Исследование температурных и частотных зависимостей кварцевого стекла в СВЧ-диапазоне

Применение стекол в СВЧ-устройствах требует исследования диэлектрических свойств материала. В работе представлены результаты исследования температурных и частотных зависимостей диэлектрических свойств кварцевого стекла на сверхвысоких частотах. Частотные зависимости диэлектрической проницаемости материала и тангенса угла диэлектрических потерь определяли с помощью высокоточных установок на основе объемных резонаторов на фиксированных частотах в диапазоне 8 – 26 ГГц при нормальной температуре, температурные зависимости — с использованием объемного резонатора из кварцевого стекла с платиновым покрытием, обладающего низким коэффициентом термического расширения и малым изменением собственных параметров при нагреве до 1200 °C. Экспериментальные температурные и частотные изменения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь получали с использованием классических механизмов проводимости и с учетом структурных особенностей кварцевого стекла. Проводили также оценку влияния ионной проводимости в кварцевом стекле на сверхвысоких частотах. Установлено, что изменения в температурной зависимости диэлектрической проницаемости не превосходят погрешности измерения. Полученные результаты могут быть использованы при практических применениях кварцевого стекла в радиотехнических конструкциях.

1. Старцев Ю. К. Стекла для СВЧ-устройств / Электроника и микроэлектроника. 2016. Т. 1. С. 46 – 50.

2. Ларчук Д. А., Старцев Ю. К. Диэлектрические материалы для СВЧ-устройств / Электроника и микроэлектроника. 2018. Т. 1. С. 557 – 562.

3. Li E., Nie Z., Guo G., Zhang Q. Broadband Measurements of Dielectric Properties of Low-loss Materials at High Temperatures Using Circular Cavity Method / Progress in Electromagnetics Research, PIER 92. 2009. P. 103 – 120.

4. Varadan V., Hollinger R., Ghodgaonkar D., Vagadan V. Free-Space Broadband Measurements of High-temperature, Complex Dielectric Properties at microwave Frequencies / IEEE Trans. Instr. Measurement. 1991. Vol. 40. N 5. P. 234 – 245.

5. Литовченко А. В., Игнатенко Г. К. Некоторые аспекты метрологического обеспечения измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысокой частоте в интервале температур 20 – 1200 °C / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 8. С. 66 – 69.

6. Анисимова Т. И., Демьянов В. В., Ушаткин Е. Ф. и др. Частотные спектры поглощения некоторых керамических материалов в СВЧ и субмиллиметровом диапазонах / Научные основы материаловедения. 1981. С. 173 – 177.

7. Von Eva-Maria Amrhein. Das dielektrische Verhalten binarer Oxydglaser im Mikroweellengebiet zwischen — 100 und 900 °C / Glastechnische Berichte. Band. 1963. Vol. 36. N 11. P. 425 – 444.

8. Крылов В. П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 10 ГГц при нагреве до 1200 °C в цилиндрическом волноводном резонаторе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 9. С. 47 – 49.

9. Певнева Н. А., Кондрашов Д. А., Гурский А. Л., Гусинский А. В. Определение S-параметров и диэлектрической проницаемости образцов кварцевой керамики в милиметровом диапазоне длин волн / Доклады БГУИР. 2021. Т. 19. № 7. С. 65 – 71.

10. Физика нагрева СВЧ-диэлектриков летательных аппаратов и их защита. — Новосибирск: СГГА, 2008. — 156 с.

11. Мазурин О. В. Электрические свойства стекла / Тр. ЛТИ им. Ленсовета. 1962. Вып. 6.

12. Полонский Ю. А., Корчагин К. Ф., Миловидова Т. В. Диэлектрические свойства кварцевого стекла в диапазоне сверхвысоких частот в интервале температур 20 – 1800 °C / Тр. института огнеупоров. 1973. № 3. С. 31 – 34.

13. Сканави Г. И. Физика диэлектриков. Область слабых полей. — М., Л.: Изд. технико-технической литературы, 1949. — 500 с.

14. Прянишников В. П. Система кремнезема. — Л.: Изд. литературы по строительству, 1971. — 61 с.

15. Пивинский Ю. Е. Кварцевая керамика и огнеупоры. — М.: Теплоэнергетик, 2008. — 458 с.

16. Зайцев В. Н. Комплексообразующие кремнеземы, синтез, строение привитого слоя и химии поверхности. — Харьков: Фолио, 1997. — 239 с.

17. Браун В. Ф. Диэлектрики. — М.: Иностранная литература, 1961. — 304 с.

18. Демьянцева Н. Г., Кузьмин С. М., Солунин М. А. и др. О движении заряженных частиц в переменном неоднородном электрическом поле / Журнал теоретической физики. 2012. Т. 82. № 11. С. 1 – 10.

19. Болотовский Б. М., Серов А. В. Об особенностях движения заряженных нерелятивистских частиц в переменном поле / Успехи физических наук. 1994. Т. 164. № 5. С. 545 – 547.

20. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. — М.: Энергоиздат, 1982. — 320 с.