Микроволновая керамика

Высокочастотные керамические материалы для конденсаторов и фильтров

Микроволновые диэлектрические подложки

Керамические пластины

Микроволновые диэлектрические резонаторы

Керамические резонаторы коаксиального типа

Устройства селекции УС-1

Керамические волноводы

СВЧ-керамика для феррит-диэлектрических приборов

В настоящее время диэлектрические материалы прочно вошли в технику сверхвысоких частот (СВЧ), причем диапазон функций, выполняемых диэлектриками в СВЧ- устройствах, непрерывно расширяется.

Микроволновые керамические диэлектрики служат основой резонансных элементов микроволновых фильтров, твердотельных генераторов, приборов радиорелейных линий, а также используются в качестве диэлектриков в керамических конденсаторах и согласующей среды и конструктивных элементов СВЧ- приборов в сочетании с ферритовыми материалами

ОАО "НИИ "Гириконд" в рамках договора о партнерстве с ООО "Керамика" (www ceramics. sp. ru) развивает данное направление, проводя совместные разработки и организовывая производство широкого класса керамических материалов и микроволновых изделий на их основе. В качестве основы микроволновой керамики используется широкий спектр специально разработанных составов титанатов, цирконатов, танталатов и ниобатов, бария, кальция, магния, а также оксидов редкоземельных элементов.

Основными направлениями применения микроволновых керамических материалов являются:

- диэлектрические резонаторы,

- микроволновые подложки,

- феррит-диэлектрические приборы,

- СВЧ-керамические конденсаторы. 

Каждое из перечисленных направлений предъявляет свои специальные требования к керамическим материалам. Основными общими требованиями к электрическим параметрам керамических материалов являются:

- широкий набор значений диэлектрической проницаемости e от 5 до 15 000,

- малые диэлектрические потери tgd ~10^-3 – 10^-5 в СВЧ- диапазоне,

- высокий уровень температурной стабильности электрических параметров.

Наиболее высокие требования предъявляет направление диэлектрических резонаторов.

Диэлектрические резонаторы (ДР) применяют для изготовления микроволновых фильтров, высокостабильных СВЧ-генераторов и других устройств микроволновой техники, работающих в диапазоне частот от сотен мегагерц до десятков гигагерц. Принцип действия ДР основан на явлении объемного резонанса электромагнитной волны внутри используемого образца диэлектрика при заданных размерах и форме. Увеличение диэлектрической проницаемости керамического материала приводит к уменьшению размеров ДР на заданную частоту (f₀) в Öe-раз. Диэлектрическая проницаемость керамических материалов для ДР в основном лежит в пределах от 20 до 100.

Добротность (Q) – отношение энергии, запасенной в ДР, к энергии, теряемой за один период колебаний электромагнитного поля – характеризует потери в объеме диэлектрика. Q~1/ tgd и обычно, в зависимости от величины e, лежит в пределах от 500 до 10000 на частотах ~10ГГц.

Температурный коэффициент резонансной частоты (t_f) – характеризует уход резонансной частоты с температурой и определяется как

t_f=∆f/(f₀´∆t), 

где ∆f – сдвиг резонансной частоты при изменении температуры на ∆t.

Чем меньше величина t_f по абсолютной величине, тем выше качество колебательной системы. Однако часто требуется ДР с определенными значениями t_f – для компенсации ухода частоты всего устройства в целом, куда ДР входит как его составная часть. Как правило, величина t_f-лежит в пределах от -9 до+9´10⁶град^-1

Исследования диэлектрических спектров широкого ряда микроволновых диэлектриков в диапазоне частот вплоть до 1000ГГц показало, что e не изменяется с частотой, а tgd растет с увеличением частоты так, что произведение величины Q´f – является величиной постоянной. Таким образом, измеряя Q на фиксированных частотах, можно прогнозировать значения Q образцов из этого материала на любой заданной частоте в широком диапазоне СВЧ и оптимизировать выбор материала ДР для конкретного применения.

Диэлектрические резонаторы выпускаются дисковой (ДРД) и цилиндрической (ДРЦ) формы. Соотношение высоты ДР к его диаметру, как правило, лежит в пределах от 0,4 до 0,6, что обеспечивает максимальный уровень добротности ДР.

Направление развития керамических материалов для ДР – это повышение их добротности (снижение диэлектрических потерь) в СВЧ-диапазоне при сохранении уровня диэлектрической проницаемости и/или повышение e при сохранении уровня Q и термостабильности.