[发明专利]高调谐低损耗钛酸锶钡-铝酸锌复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸锶钡-铝酸锌(Ba_1-xSr_xTiO₃/ZnAl₂O₄)复合材料及其制备方法，属于电光材料技术领域，特别涉及相控阵移相器用材料领域。

背景技术

移相器是相控阵雷达的核心组件。目前用作移相器的材料主要是铁氧体和PIN二极管，但它们存在一些较大的缺点，例如：铁氧体移相器(1)峰值功耗大，传输速度受到限制；(2)温度补偿电路不可避免引起相控阵天线的指向误差；(3)控制线路、补偿电路不仅使移相器本身体积庞大，而且导致相控阵天线可靠性降低；(4)制作工艺复杂，生产成本较高。PIN二极管移相器比铁氧体移相器要便宜，但是高的插入损耗限制了它的应用。因此，铁氧体移相器和PIN二极管移相器都难以满足现代军事技术对新一代相控阵天线提出的轻量化、小型化、高可靠性和高频段的要求。

近年来移相器材料研究的热点是用铁电材料来取代铁氧体，这是由于铁电材料的介电常数在偏置直流电场的作用下可以改变，引起透过该材料微波的相位发生变化，以达到相控雷达的目的。二十世纪90年代末，美国海军实验室（NRL）J.L.Rao等人提出铁电式透镜相控阵系统的思想，采用整体式移相单元，可有效减少移相器、驱动器和控制器的数量（由原来的m×n变成m+n个，其中m、n分别为相控阵的列数和行数），美国陆军研究实验室人员做过一项统计,使用铁氧体制备1000单元的雷达阵列，所需费用约500万美元，而采用铁电材料代替铁氧体，只需20万美元，材料造价仅为原来的1/25。同时体积趋于小型化且可集成度得以提高，可使相控阵雷达更便于在机载和舰载系统应用。用于移相器的铁电材料必须具有以下性能：

（1）低的介电常数：有利于实现和电路的阻抗匹配；

（2）低的微波介电损耗：可降低插入损耗,减少能量在材料中的损失；

（3）高的可调性：可调性是衡量铁电材料的介电常数随偏置电场作用下改变的程度，可以定义为：(不加电场的介电常数ε₀-偏置电场下的介电常数ε_app)/不加电场的介电常数ε₀。移相器改变相位角的能力主要由可调性来决定，所以高的可调性对于移相器材料来说是非常必要的；

（4）好的温度稳定性:温度稳定性可以用TCP_ppm来表示：

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

ε_max：相关温度范围内介电常数最大值；

ε_ref：某一参考点的介电常数；

T_max：介电常数最大值所处的温度；

T _ref：参考点的温度；

TCP_ppm越低，温度稳定性会越高。温度稳定性好的材料能够应用于高介衬底材料，而且可以使材料的工作温度变宽；

（5）低的居里温度：铁电材料的居里温度是指材料从铁电态转为顺电态的温度。低居里温度使材料在工作温度范围内不会发生相改变，也就无需在电路中使用热保护。