Керамический материал для малогабаритных СВЧ-антенн

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ СВЧ-АНТЕНН(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Савчук Галина Казимировна Летко Анжелика Константиновна Климза Алексей Антонович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению. - 2008. - . 43. - . 3122-3129. АКИМОВ А.И. и др. Материалы Всероссийской научно-технической конференции Новые материалы и технологии. - Москва, 2006. - Т. 1. С. 100-101.49098 , 1991.6074971 , 2000.(57) Керамический материал для малогабаритных СВЧ-антенн, содержащий оксид титана,оксид цинка и оксид висмута, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.2 50-56 2-11. Изобретение относится к области получения керамических материалов, обладающих низким значением диэлектрической проницаемости, низкими диэлектрическими потерями, близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты, и может быть использовано для изготовления твердотельных элементов СВЧ-электроники, преимущественно для малогабаритных СВЧ диэлектрических антенн. Керамические материалы, используемые для изготовления элементов малогабаритных керамических антенн, наряду с миниатюризацией антенны должны обеспечивать эффективность ее работы. Значение эффективности антенн не должно быть менее 70 . Для обеспечения такой эффективности при изготовлении антенн необходимы керамические диэлектрические материалы, имеющие диэлектрическую проницаемость(17-20),температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (К)1910-6 С-1 и тангенс диэлектрических потерьменьше 110-4. 17013 1 2013.04.30 Известен керамический материал для изготовления твердотельных СВЧ-элементов,включающий 2 1, который обладает диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь, имеющими слишком высокие значения для элементов малогабаритных керамических антенн, что ухудшает технические характеристики материала. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является диэлектрический материал на основе системы -2- 23 2. Недостатком материала является то, что материал имеет относительно высокие значения диэлектрической проницаемости (26,68) и тангенса угла диэлектрических потерь(110-4), а это ухудшает технические характеристики материала. Задачей предлагаемого изобретения является улучшение технических характеристик материала за счет уменьшения значений диэлектрической проницаемости и снижения тангенса диэлектрических потерь. Предложен керамический материал для изготовления твердотельных элементов СВЧэлектроники, преимущественно для малогабаритных СВЧ диэлектрических антенн, который позволяет устранить недостатки известных материалов такого же назначения и обеспечивает достижение более низких значений диэлектрической проницаемости (17-19) и тангенса диэлектрических потерь (до 910-5). Новым, по мнению авторов, является то, что предлагаемый материал дополнительно содержит оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.2 50-56 2-11. Сущность изобретения состоит в следующем в смесь из исходных компонент ,2 и 23, взятых в необходимом соотношении, дополнительно вводится (2,011,0) мас.. Содержание оксида магния вычислялось исходя из доли замещающегося оксида цинка. В полученную смесь исходных порошков добавляется этиловый спирт до получения консистенции густой сметаны. Затем смесь перетирается в яшмовой или агатовой ступке в течение 60 мин. Перетертый порошок высушивается и прессуется в таблетки при давлении 0,1 ГПа. Синтез образцов проводится в электрической печи в атмосфере воздуха в алундовых тиглях при температурах (850-1050) С в течение 2-8 ч. После синтеза керамического материала производится измельчение, смешивание и помол. С целью образования жидкофазной прослойки между зернами в процессе спекания перед помолом сверх стехиометрии в количестве 1-2 мас.вводился оксид висмута. Затем полученная смесь формовалась в диски, обжиг которых производился в электропечах при температурах 1100-1250 С в течение 2-6 ч. Полученные керамические образцы имели высокую плотность (98,8 от теоретической плотности). Конкретными примерами заявляемого материала, иллюстрирующими изобретение,являются следующие составы Компонент,мас. Свойства керамического материала подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные о которых приведены в таблице. 2 17013 1 2013.04.30 Характеристики керамического материала Тангенс угла диэлектрических потерь Диэлектрическая проницаемость Составы керамического материала Заявляемые Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Как следует из таблицы, предлагаемый керамический диэлектрический материал в сравнении с прототипом позволяет снизить значение тангенса угла диэлектрических потерь с 0,0001 до 0,00009, значение диэлектрической проницаемости на 30 . Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого керамического материала, предназначенного в основном для малогабаритных высокочастотных диэлектрических антенн и фильтров. Анализ результатов исследования диэлектрических характеристик керамических образцов, полученных из шихты с различными добавками , показывает, что наилучшие показатели имеет состав 3. Для образцов всех составов точка Кюри фазового перехода сегнетоэлектрикпараэлектрик находится выше 500 С, что обеспечивает диапазон рабочих температур для использования керамического материала от 20 до 200 С. Оптимальность состава предлагаемого керамического материала подтверждается тем,что при введении добавкиболее максимального количества 17,7 мас.(состав 5) и при введении его менее минимального количества 1,3 мас.(состав 1) наблюдается рост значений тангенса угла диэлектрических потерь. При этом значения диэлектрической проницаемости лежат за пределами требуемого диапазона (17-19). Экспериментально установлено, что наилучший технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов материалов. Технология изготовления керамического материала проста, дешева, экологически безопасна и промышленно применима. Практическое применение заявляемого керамического материала для элементов СВЧантенн обеспечивает высокую эффективность диэлектрических малогабаритных антенн и фильтров и их низкую себестоимость. В настоящее время разработан состав керамического материала, а также изготовлены опытные партии материала и элементов малогабаритных антенн из него и проведены их испытания, результаты которых подтверждают получение технического результата. Для изготовленных малогабаритных (343417) антенн с помощью анализатора 5071 (фирма) измерен коэффициент стоячей волны (КСВ), который составил 1,9971. Частотная зависимость КСВ приведена на фигуре. Источники информации 1. - , - , -. .-(,)3 //. - 2008. . 43. - . 3122-3129. 2. Акимов А.И., Савчук Г.К., Летко А.К. Условия получения и диэлектрические свойства СВЧ-материалов на основе системы // Весц НАНБ. Серыя фз.- мат. навук. 2009. -2. - С. 94-99. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.