В.М. Коломин1, В.Н. Рыбкин2, Н.С. Карасев3, А.А. Смирнова4, Т.Н. Сметюхова5

1–4 АО «НПП «Исток» им. Шокина» (г. Фрязино, Россия)

5 РТУ МИРЭА (Москва, Россия)
1 vmkolomin@istokmw.ru, 2 lab_281@mail.ru, 3 mail@nikita-karasev.ru, 4 s7owa1997@gmail.com, 5 smetyukhova.t.n@yandex.ru

Постановка проблемы. Последние достижения в области СВЧ-связи, спутникового вещания и интеллектуальных транспортных систем привели к увеличению спроса на диэлектрические резонаторы, а исследования и разработки в сфере миниатюризации устройств стали одной из самых больших проблем в современном материаловедении. Дальнейшее развитие беспроводной связи и миниатюризация приборов приводит к необходимости разработки новых материалов, которые имеют свои собственные специализированные требования и функции.

Цель. Провести анализ основных параметров серийно выпускаемых диэлектрических резонаторов различных производителей и определить основные факторы создания диэлектрических материалов со сверхвысокой добротностью и вектор развития направления производства диэлектрических резонаторов.

Результаты. Проведен обзор номенклатуры разработанных материалов и диэлектрических резонаторов на их основе,
которые производят отечественные и зарубежные компании. Рассмотрены основные параметры диэлектрического резонатора, а также состояние и перспективы развития технологии производства диэлектрических резонаторов в АО «НПП «Исток» им. Шокина». Обозначены перспективные направления производства диэлектрических резонаторов. Подробно исследована технология синтеза и термической обработки материала в системе оксидов Ba-Mg-Ta (БМТ).

Практическая значимость. Диэлектрические резонаторы на основе материала БМТ обладают высокой добротностью – более 20000 на частоте 10 ГГц. Высокое значение добротности диэлектрического резонатора представляет интерес с точки зрения технологии получения и последующего применения в технике сверхвысоких частот. Предложены пути обеспечения технологического суверенитета РФ в рамках направления производства диэлектрических резонаторов.

Коломин В.М., Рыбкин В.Н., Карасев Н.С., Смирнова А.А., Сметюхова Т.Н. Диэлектрические резонаторы для техники сверхвысоких частот // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. T. 78. № 10. С. 59–69. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202410-07

1. Yu J., Huan L., Raz M., Xinjiang L. et al. Broadband and high-efficiency of garnet-typed ceramic dielectric resonator antenna for 5G/6G communication application // Ceramics International. 2022. V. 48(18). P. 26922–26927. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.05.396.
2. Ruytenberg T. Design of a dielectric resonator receive array at 7 Tesla using detonable ceramic resonators // Journal of Magnetic Resonance. 2017. V. 284. P. 94–98. DOI: 10.1016/j.jmr.2017.09.015.
3. Sebastian M.T. Dielectric Materials for Wireless Communication. Elsevier Science. 2008.
4. Yu J., Huan L., Zhiyu X. et al. Temperature-stable Y2.95Dy0.05MgAl3SiO12 garnet-type 5G millimeter-wave dielectric ceramic resonator antenna // Ceramics International. 2022. № 48(23A). P. 35085–35091. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.08.098.
5. Ильченко М.Е., Взятышев Л.Г., Гасланов Л.Г. Диэлектрические резонаторы / Под ред. М.Е. Ильченко. М.: Радио и связь. 1989.
6. Геворкян В., Кочемасов В. Объемные диэлектрические резонаторы-основные типы, характеристики, производители. Часть 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. 2016. № 4. С. 62–77.
7. Коломин В.М., Рыбкин В.Н., Иовдальский В.А., Соколов И.А. Диэлектрические резонаторы для изделий электронной техники СВЧ-диапазона: учеб. пособие / Под ред. С.В. Щербакова. Москва: КУРС. 2021.
8. Официальный сайт АО «НПП «Исток» им. Шокина». URL: https://istokmw.ru/products/microwave-generators
9. Микроволновые диэлектрические резонаторы. ООО «Керамика». 2024. URL: https://ramics.ru/wp-content/uploads/2023/12/03-Микроволновые-диэлектрические-резонаторы.pdf
10. Cat.No.O95E-9. Dielectric Resonators (RESOMICS®). Murata Manufacturing Co., Ltd. URL: http://www1.isti.cnr.it/~salerno/Microonde/MuRataResonators.pdf
11. DIELECTRIC RESONATORS. EXXELIA TEMEX 2015.июль. URL: https://exxelia.com/uploads/PDF/e7000-v1.pdf
12. Dielectrics. «Trans-Tech Ceramics and Advanced Materials» URL: https://www.trans-techinc.com/dielectrics
13. Dielectric Resonators – TE mode. «MCV Microwave».2024. URL: https://mcv-microwave.com/dielectric-resonators-te-mode
14. Dielectric resonators. «T-Ceram». URL: http://www.t-ceram.com/dielectric-resonators.htm
15. Matsumoto H., Tamura H., Wakino K. Ba(MgTa)O3–BaSnO3 high Q dielectric resonator // Jpn. J. Appl. Phys. 1991. V. 30.
    P. 2347–2349. DOI: 10.1143/JJAP.30.2347.
16. Matsumoto K., Hiuga T., Takada K., Ichimura H. Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 ceramics with ultralow loss at microwave frequencies // Proc. 6th IEEE Intl. Symp. On Applications of Ferroelectrics IEEE. NY, 1986.
17. Kolodiazhnyi T., Petric A., Belous A., Vyuno O., Yannchevskij O. Synthesis and dielectric properties of barium tantalates and niobates with complex perovskite structure // J. Mater. Res. 2002. V. 17. P. 3182–3189. DOI: 10.1557/JMR.2002.0460.
18. Murata Electronic North America, RF and Microwave Products Catalog. 1996.
19. Shimada T. Dielectric loss and damping constant of lattice vibration in Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. P. 2647–2651. DOI: 10.1016/S0955-2219(03)00191-2.
20. Ichinose N., Shimada T. Effect of grain size and secondary phase on microwave dielectric properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 and Ba([Mg,Zn]1/3Ta2/3)O3 systems // J. Eur. Ceram. Soc. 2006. V. 26. P. 1775–1760. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.09.032.
21. Kolodiazhnyi T.V., Petrice A., Johari G.P., Belous A.G. Effect of preparation conditions on cation ordering and dielectric properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2002. V. 22 (12). P. 2013–2021. DOI: 10.1016/S0955-2219(01)00515-5.
22. Yoon K.H., Kim D.P., Kim E.S. Effect of BaWO4 on the microwave dielectric properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 // J. Am. Ceram. Soc. 1994. V. 77. P. 1062–1066. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1994.tb07269.x.
23. Furuya F., Ouchi A. Microwave dielectric properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3-A(Mg1/2 W1/2)O3 (A=Ba,Sr,Ca) // Jpn. J. Appl. Phys. 1994. V. 33. P. 5482–5487. DOI: 10.1143/JJAP.33.5482.
24. Nomura S. Ceramics for microwave dielectric resonator // Ferroelectrics. 1983. V. 49. P. 61–70. DOI: 10.1080/00150198308244666.
25. Nomura S., Toyoma K., Kaneta K. Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 ceramics with temperature stable high dielectric constant and low microwave loss // Jpn. J. Appl. Phys. 1982, V. 21. P. L624. DOI: 10.1143/JJAP.21.L624.
26. Tamura H., Sagala D.A., Murata M., Wakino K. High Q dielectric resonator material for millimeter wave frequency // 3rd US–Japan seminar on Dielectric & Piezoelectric Ceramics, 1986. P. 53–54.
27. Surendran K.P., Mohanan P., Sebastian M.T. Effect of glass additives on the microwave dielectric properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 // J. Solid State Chem. 2004. V. 177 (11). P. 4031–4046. DOI: 0.1016/j.jssc.2004.07.018.
28. Yoon K.H., Yoon J.J., Kim W.S., Kim J.B., Kim S. Effect of BaO/WO3 addition on the microwave loss quality of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. V. 38. P. 5616–5620. DOI: 10.1143/JJAP.38.5616.
29. Surendran K.P., Sebastian M.T., Mohanan P., Jacob M.V. The effects of dopants on the microwave dielectric properties of Ba(Mg0.33Ta0.67)O3 ceramics // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. 094114. DOI: 10.1063/1.2127124.
30. Lee M.K., Chung J.-H., Ryu K.W., Lee Y.H. Microwave dielectric properties of Ba(Mg,Ta)O3–Ba(Co,Nb)O3 ceramics // Proc. Intl. Symp. Insulating Materials, Toyahashi, Japan. 1998. P. 139–142. DOI: 10.1109/ISEIM.1998.741705.