ОКНО ВЫВОДА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СВЧ-ПРИБОРОВ

August 6, 2012 by admin Комментировать »

Криворучко В. И., Иовдальский В. А, Силин Р. А., Чепурных И. П. ФГУП НПП “ИСТОК”, г. Фрязино Московской обл., Вокзальная 2а, 141190, Россия Тел: (095) 4658620; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Аннотация разработана простая в изготовлении конструкция герметичного окна из тонкой кварцевой пластины и металлической диафрагмы в прямоугольном волноводе. Широкая рабочая полоса частот получена в результате численного анализа с использованием вычислительной программы.

I.  Введение

При изготовлении узлов мм-диапазона широко применяется гибридно-интегральная и квазимонолитная технология, которая обеспечивает повышенную надёжность аппаратуры, минимизацию массогабаритных характеристик и снижение стоимости при массовом производстве. Высокие рабочие частоты и широкая полоса частот обуславливают применение бескорпусных элементов (транзисторов, диодов и т.д.), которые нуждаются в защите от внешних воздействующих факторов. В технике ммдиапазона для минимизации потерь в качестве входной линии передачи часто используют металлический прямоугольный волновод. Поэтому защита бескорпусных элементов сводится к герметизации волноводного канала. В работе исследуется способ герметизации, заключающийся в том, что регулярный прямоугольный волновод перекрывается по всему периметру тонким диэлектрическим «окном». В литературе описано большое количество различных конструкций герметизирующих волноводных окон (1,2,3), но в большинстве случаев они плохо подходят для использования в мм-диапазоне. Часто часть диэлектрического окна (диафрагма) находится вне регулярного волновода, между присоединительными фланцами. При сборке узла, это приводит к механическим нагрузкам на диэлектрическую диафрагму, приводя к её разрушению. Кроме того, наличие части диэлектрической диафрагмы вне регулярного волновода приводит к возникновению высших типов волн, что в итоге сужает рабочую полосу частот окна вывода энергии и усложняет конструкцию.

Данная работа посвящена разработке конструкции окна вывода энергии достаточно простой в изготовлении с широкой рабочей полосой частот.

II.  Основная часть

В мм-диапазоне требования к применяемому диэлектрику достаточно жёсткие. Диэлектрическое окно может быть выполнено из разных материалов, но все они обязательно должны удовлетворять следующим требованиям:

1.    Иметь минимальный тангенс угла диэлектрических потерь (не более 10"3),

2.    Иметь минимальное значение диэлектрической проницаемости (менее 4),

3.    Иметь достаточную жёсткость для реализации возможности откачки или создания избыточного давления в герметизируемом объёме,

4.    Не разрушаться и не деградировать при неблагоприятном воздействии внешних климатических и специальных факторов.

Этим требованиям в большей или меньшей степени удовлетворяют тонкие плёночные фторопласт и полиамид , тонкая пластинка из кварцевого стекла. С точки зрения долговременной стабильности параметров и надёжности, предпочтительным является герметичное окно из кварцевого стекла. При этом для того, чтобы вносимые потери были наименьшими, толщина диэлектрика должна быть минимальна. Наличие диэлектрической пластинки в волноводе эквивалентно ёмкостной неоднородности, которая тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость материала и толщина пластинки. Скомпенсировать эту неоднородность удаётся введением металлической индуктивной диафрагмы. Элементы этой диафрагмы, а также дополнительной ёмкостной диафрагмы используются для фиксации диэлектрической пластинки в волноводе.

Способов крепления диэлектрической пластинки к элементам металлической диафрагмы существует несколько. Например, пайка, приклеивание или метод вытравливания «лишнего» диэлектрика из металлизированной диэлектрической подложки. В последнем случае оставшийся диэлектрик используется в качестве волноводного окна, а оставшаяся металлизация используется в качестве фиксирующей рамки, зажимаемой между волноводными фланцами.

Рис. 1 Зависимости Q и s (Eps) от температуры спекания Тс керамик ТБС + 0.0003*у % MnSC>4 + х % В12О3

Fig. 1. Q and Eps vs sintering temperature Tc for the Ba0/Sm203/4.67TiC>2 +0.0003*y % MnSC>4 + x % B12O3 ceramics

Почти для всех составов 1-ой серии (с висмутом) наблюдается увеличение плотности при повышении температуры спекания. Исключение составили соединения с 5% Bi203, у которых зависимость плотности от температуры синтеза имеет минимум при 1280°С, а максимальная плотность получается при температуре спекания 1320°С.

При увеличении количества легирующей добавки Bi203 диэлектрическая проницаемость повышается и имеет максимальное значение равное 70.5 при температурах спекания 1320-1340°С. Наряду с этим, величина добротности при легировании висмутом в большинстве случаев понижается.

Оптимальное количество оксида висмута для достижения высоких величин добротности и в среди исследованных составов имеет значение 3 вес.%, при температуре спекания 1300°С.

На рис. 2 приведены микроволновые характеристики составов 2-ой серии при разных температурах спекания. Самая высокая плотность и диэлектрическая проницаемость у этих материалов наблюдались при минимальном количестве лантана (z=0.1). Показано, что изменения плотности и диэлектрической проницаемости керамики от температуры спекания имеют одинаковый характер. Для величины добротности этого не наблюдается.

Рис. 2. Зависимости Q и s (Eps) от температуры спекания Тс керамик Ba0/(Smi-zLaz)203/5Ti02

Fig. 2. Q and Eps vs sintering temperature Tc for the BaO/(Smi-zLaz)203/5TiO2 ceramics

У составов с z= 0.15, синтезированных при температурах 1330°С-И350°С в = 51н-67, Q = 850-И140. Зависимости диэлектрической проницаемости и плотности от температуры спекания имеют максимум при температуре 1340°С, при этом наибольшее значение вир достигаются при температуре прокаливания 1150°С.

Авторы выражают благодарность к.т.н. Н.Д. Васильевой за содействие в микроструктурном анализе, а также сотрудникам Научно-исследовательского отдела МЭИ «Гиромагнитной радиоэлектроники» (А. Китайцеву, В. Конкину, А. Шинкову) за помощь при СВЧ-измерениях.

III.  Заключение

По традиционной керамической технологии получен параметрический ряд поликристаллических материалов. Добавление рассчитанных количеств оксидов ЬагОз, В1гОз и МпЭОд в исходный состав способствовало улучшению микроволновых характеристик керамик.

IV. Список литературы

[1] Ю. М. Безбородов, Т. Н. Нарытник, В. Б. Федоров

Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Киев:

Тэхника. 1989.

MICROWAVE FEATURES OF Ba0/Sm203/4.67Ti02+x Bi203+y MnS04AND Ba0/(Sm.,_zLaz)203/5Ti02 CERAMICS

Dambis М. K., Dolgov A. V., Filikov V. A., Cherkasov A. P.

Moscow Power Engineering Institute Moscow, Russia, 111250 phone +7 (95) 3627658, e-mail: dambis_m@pochtamt.ru

Abstract Microwave dielectrics have been manufactured by a conventional ceramics process. The effects of Bi203 and MnS04 additives on the microwave characteristics of Ba0/Sm203/4.67Ti02 ceramics have been investigated. The microstructure of the ВаО^Згтн-гЬа^гОз/бТЮг (х=0.1ч-0.3) ceramic system has been studied.

I.  Introduction

It has been known that materials used in modern microwave devices should have a high permittivity (s>30) and low dielectric loss (high Q) [1]. Titanium-containing ceramics doped with rareearth ions meet these requirements. Microwave characteristics of these materials depend not only on their composition, but also on the aspects ofthe manufacturing synthesis procedure.

II.  Main part

A model for controlling microwave features of ceramics is currently being developed by the authors using the available experimental data.

Two batches of ceramic materials have been produced by a conventional process: Ba0/Sm203/4.67Ti02 + x wt.% Bi203 + 0.0003 у wt.%MnS04 (x=0, 1.5, 3, 5; y=0, 1) (1st batch) and BaO/tSm^LazhCb/STiC^ z = 0.1, 0.15, 0.2, 0.3 (2nd batch).

BaC03, Ti02, Sm203, La203, Bi203 and the MnS04 aqueous solution were used as initial reactants. The components were ball-crushed in distilled water for 8 hours, dried at 180°C and air-calcined at 1180°C for 4 hours (181 batch) or at 1150°C for 2 hours (2nd batch). Compounds with z=0.15 were calcined at 1150-И 180°C for 2 hours. The powders mixed with a 7% PVA water solution were pressed and sintered at 1260-И 340°C (1st batch) or at 1320-И350°C (2nd batch). The synthesized ceramics had the density of up to 5.5g/cm3.

The surface of the samples was examined with a scanning electron microscope. Most of the ceramics were formed by columnar crystallites of up to 2|xm in width and up to 20|xm in length. Their microwave features were measured at 8-И 2GHz.

Fig. 1 shows the dependence of Q and s on the sintering temperature for the first batch. A small addition of MnS04 increases s while keeping Q nearly the same. Almost all materials in the batch have displayed growing density with an increase in a sintering temperature, while a compound with 5 wt.% of Bi203 has the peak density at 1280°C and the lowest density at 1320°C.

The permittivity and Q of the Ba0/(Sm1.zLaz)203/5Ti02 ceramics against the sintering temperature are shown in Fig. 2. The peak values of p and s are observed at z=0.1.

The BaO/(Sm0.85La0.i5)2O3/5TiO2 ceramics sintered at 1330°С-И350°С have the following microwave characteristics: 8=51^-67, 0=850^-1140. The temperature dependences of density and permittivity for these ceramics peak at 1340°C, while the highest values of p and s are observed at the calcination temperature of 1150°C.

III.  Conclusion

A range of polycrystalline materials has been produced by a conventional ceramics process. Microwave performance of the ceramics has been improved by adding specified quantities of La203, Bi203 and MnS04.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты