[發明專利]高調諧低損耗鈦酸鍶鋇-鋁酸鋅復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310703545.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103708825A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 梁瑞虹;董顯林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鍶鋇-鋁酸鋅(Ba_1-xSr_xTiO₃/ZnAl₂O₄)復合材料及其制備方法，屬于電光材料技術領域，特別涉及相控陣移相器用材料領域。

背景技術

移相器是相控陣雷達的核心組件。目前用作移相器的材料主要是鐵氧體和PIN二極管，但它們存在一些較大的缺點，例如：鐵氧體移相器(1)峰值功耗大，傳輸速度受到限制；(2)溫度補償電路不可避免引起相控陣天線的指向誤差；(3)控制線路、補償電路不僅使移相器本身體積龐大，而且導致相控陣天線可靠性降低；(4)制作工藝復雜，生產成本較高。PIN二極管移相器比鐵氧體移相器要便宜，但是高的插入損耗限制了它的應用。因此，鐵氧體移相器和PIN二極管移相器都難以滿足現代軍事技術對新一代相控陣天線提出的輕量化、小型化、高可靠性和高頻段的要求。

近年來移相器材料研究的熱點是用鐵電材料來取代鐵氧體，這是由于鐵電材料的介電常數在偏置直流電場的作用下可以改變，引起透過該材料微波的相位發生變化，以達到相控雷達的目的。二十世紀90年代末，美國海軍實驗室（NRL）J.L.Rao等人提出鐵電式透鏡相控陣系統的思想，采用整體式移相單元，可有效減少移相器、驅動器和控制器的數量（由原來的m×n變成m+n個，其中m、n分別為相控陣的列數和行數），美國陸軍研究實驗室人員做過一項統計,使用鐵氧體制備1000單元的雷達陣列，所需費用約500萬美元，而采用鐵電材料代替鐵氧體，只需20萬美元，材料造價僅為原來的1/25。同時體積趨于小型化且可集成度得以提高，可使相控陣雷達更便于在機載和艦載系統應用。用于移相器的鐵電材料必須具有以下性能：

（1）低的介電常數：有利于實現和電路的阻抗匹配；

（2）低的微波介電損耗：可降低插入損耗,減少能量在材料中的損失；

（3）高的可調性：可調性是衡量鐵電材料的介電常數隨偏置電場作用下改變的程度，可以定義為：(不加電場的介電常數ε₀-偏置電場下的介電常數ε_app)/不加電場的介電常數ε₀。移相器改變相位角的能力主要由可調性來決定，所以高的可調性對于移相器材料來說是非常必要的；

（4）好的溫度穩定性:溫度穩定性可以用TCP_ppm來表示：

TCP_ppm=(ε_max-ε_ref)/ε_ref(T_max-T_ref)

ε_max：相關溫度范圍內介電常數最大值；

ε_ref：某一參考點的介電常數；

T_max：介電常數最大值所處的溫度；

T?_ref：參考點的溫度；

TCP_ppm越低，溫度穩定性會越高。溫度穩定性好的材料能夠應用于高介襯底材料，而且可以使材料的工作溫度變寬；

（5）低的居里溫度：鐵電材料的居里溫度是指材料從鐵電態轉為順電態的溫度。低居里溫度使材料在工作溫度范圍內不會發生相改變，也就無需在電路中使用熱保護。