Л.А. Близнюк1, Н.В. Любецкий2, А.К. Летко3, Т.П. Петроченко4, В.И. Каско5

1–5 ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению» (г. Минск, Республика Беларусь)
4 tanya-petr@physics.by

Постановка проблемы. Сегнетоэлектрическая керамика титаната бария (BT) и его твердые растворы нашли широкое применение в технике, в том числе – антенной. В настоящее время электрически управляемые компоненты на основе сегнетокерамики BST находят широкое применение в ускорительной технике. С развитием 5G-технологий должна повышаться эффективность антенн. Одним из основных технологических направлений для этого является разработка перестраиваемых диэлектрических материалов, имеющих перед другими материалами ряд весомых преимуществ. В статье описаны экспериментальные исследования, призванные выявить свойства сегнетоэлектрических композитов в микроволновом диапазоне, выполненные с использованием микроволновой полосковой линии, коаксиальной измерительной ячейки и емкостного преобразователя в частотном диапазоне от 0,1 до 8,5 ГГц при температуре 20°С

Цель. Получить температурные зависимости электрофизических свойств сегнетоэлектрических композитов в микроволновом диапазоне.

Результаты. В микроволновом диапазоне исследованы композиты на основе системы твердых растворов титанат бария – титанат стронция ВаxSr1-xTiO3, где x=0; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7. Получены температурные зависимости электрофизических свойств объемных керамических образцов на основе сегнетоэлектрических композитов в температурном интервале от -100°С до 350°С. Исследованы амплитудно-частотные характеристики коэффициента прохождения (S21) микроволновой полосковой линии с образцом при его нагреве от 20°С до 60°С с интервалом 10 градусов. По значению резонансной частоты и геометрическим размерам образца рассчитана диэлектрическая проницаемость материала образца. Показано, что с увеличением содержания титаната бария (х= 0,1–0,3) растет диэлектрическая проницаемость исследуемых образцов, а резонансная частота смещается в область более низких частот. У образцов с содержанием титаната бария 50% и выше (х ≥ 0,5) резонансные зависимости отсутствуют и наблюдается сильное поглощение электромагнитных волн. Установлено, что с ростом температуры резонансная частота образцов композитных материалов смещается в область более высоких частот. Экспериментальные исследования выполнены с использованием микроволновой полосковой линии, коаксиальной измерительной ячейки и емкостного преобразователя в частотном диапазоне от 0,1 до 8,5 ГГц, что позволило измерять диэлектрическую проницаемость материалов с величинами более нескольких сотен в микроволновом диапазоне и значительно снизить время контроля при проведении термических исследований.

Практическая значимость. Показано, что с изменением температуры электрофизические свойства образцов в значительной степени меняются, что может быть использовано в различных системах и устройствах для изменения коэффициента отражения и фазы электромагнитной волны.

Близнюк Л.А., Любецкий Н.В., Летко А.К., Петроченко Т.П., Каско В.И. Свойства сегнетоэлектрических композитов в микроволновом диапазоне // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024. Т. 16. № 2. С. 40–47. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202402-04

1. Хасбулатов С.В., Садыков Х.А., Половинкин Б.С., Вербенко И.А., Шилкина Л.А., Дудкина С.И., Андрюшина И.Н., Резниченко Л.А., Нагаенко А.В. Оптимизация условий получения функциональных керамических материалов с участием титаната бария // Конструкции из композиционных материалов. 2016. № 4. С. 27–34.
2. Сидоркин А.С., Нестеренко Л.П. Свойства слоистых структур на основе титаната бария в слабых и сильных электрических полях // Охрана, безопасность, связь. 2019. № 4–3. С. 48–57.
3. Гриднев С.А., Калинин Ю.Е., Макагонов В.А., Панков С.Ю. Электрические свойства полупроводниковых керамик на основе титаната бария // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012. Т. 8. № 11. С. 57–61.
4. Мыльников И.Л., Буровихин А.П., Дедык А.И., Семенов А.А., Павлова Ю.В., Белявский П.Ю., Антонова А.С., Ершов А.А. Измерения температурных зависимостей емкости конденсаторных структур на основе BTO и BST в режиме «охлаждение-нагрев» // Сб. докладов XI Всерос. науч.-техн. конфер. «Электроника и микроэлектроника СВЧ». 2022. С. 324–329.
5. Канарейкин А.Д., Шейнман И.А., Альтмарк А.М. Управление частотным спектром в кильватерных волноводных структурах // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28(21). С. 75–80.
6. Альтмарк А.М., Канарейкин А.Д., Шейнман И.А. Управляемая ускорительная кильватерная структура с диэлектрическим заполнением // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 75(1). С. 89–97.
7. Ненашева Е.А., Канарейкин А.Д., Дедык А.И., Павлова Ю.В. Электрически управляемые компоненты на основе керамики BST−Mg для применения в ускорительной технике // Физика твердого тела. 2009. Т. 51. Вып. 8. С. 1468–1471.
8. Платонов Р.А., Алтынников А.Г., Ястребов А.В., Михайлов А.Л., Козырев А.Б. Электрически управляемая структура с периодическим изменением волнового сопротивления для отклонения основного луча высоконаправленного излучателя миллиметрового диапазона длин волн // Изв. вузов России. Сер.: Радиоэлектроника. 2016. № 3. С. 67–70.
9. Lubetsky N.V. Modulator of polarization for quasioptical transmission line // MSMW 2001 Symposium Proceedings. Kharkov. Ukraine. June 4–9. 2001. Р. 630–632.
10. Близнюк Л.А., Любецкий Н.В., Петроченко Т.П., Летко А.К., Каско В.И. Свойства объемных сегнетоэлектрических материалов в микроволновом диапазоне // Сб. докладов Х МНК «Актуальный проблемы физики твердого тела». Минск. 22–26 мая 2023 г. С. 283–286.
11. Karonis G.J., Kaklamani D.I., Uzunoglu N.K. Accurate Analysis of a Cylindrical Dielectric Resonator Mounted on a Grounded Dielectric Substrate. Progress in Electromagnetics Research. 1999. P. 187–219. ceta.mit.edu/PIER/pier23/9811252. K. Kaklamani.U.pdf.