2.12. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Для изготовления диэлектрических резонаторов используют обычно кристаллы двуокиси титана (рутил) и титаната стронция Двуокись титана представляет собой кристалл - с тетрагональной структурой.

Диэлектрическая проницаемость монокристалла рутила имеет анизотропию с осевой симметрией. При комнатной температуре соответственно параллельная и перпендикулярная кристаллической оси составляющие тензора диэлектрической проницаемости).

Рис. 27. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости рутила.

Рис. 28. Температурная зависимость тангенса угла потерь рутила.

Диэлектрическая проницаемость поликристалла рутила — порядка 80 при Комнатных температурах. Титанат стронция является изотропным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью при комнатных температурах порядка 150—300 [34].

Основным недостатком диэлектрических резонаторов, изготовленных на основе названных материалов, является сильная температурная зависимость диэлектрической проницаемости и угла потерь (рис. 27, 28) [34]. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости определяет и температурный уход резонансной частоты диэлектрического резонатора, который

обычно составляет величину порядка Сильная температурная зависимость резонансной частоты диэлектрических резонаторов является серьезным препятствием на пути широкого их применения в технике СВЧ. Однако перспективность применения стимулирует работы по созданию термостабильных материалов и резонаторов. Эти работы ведутся в двух основных направлениях:

1. Исследования в области технологии получения новой термостабильной керамики для диэлектрических резонаторов. В последнее время освоена технология получения СВЧ-керамики, обладающей низким температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости, малыми потерями и диэлектрической проницаемостью порядка 30—40 [50].

2. Разработка методов температурной стабилизации резонансной частоты диэлектрических резонаторов в СВЧ-устройствах. При этом необходимо обеспечить стабильность частоты как при нагреве резонатора мощностью СВЧ, так и при изменении температуры окружающей среды.

Вследствие поглощения СВЧ-мощности резонатором его температура повышается, что влечет за собой изменение диэлектрической проницаемости. Изменение резонансной частоты при этом является существенным препятствием для использования резонаторов из рутила или титаната стронция при работе генераторов СВЧ в непрерывном режиме. Для улучшения температурной стабильности диэлектрического резонатора при нагреве его мощностью СВЧ был разработан метод термостабилизации [51], который заключается в использовании теплоотводящих веществ типа нитрида бора. Нитрид бора отличается чрезвычайно высокой теплопроводностью относительно низкой диэлектрической проницаемостью и малым углом потерь Тепло от диэлектрического резонатора отводится стенками волновода через порошок нитрида бора. Этот метод позволяет обеспечить стабильную работу диэлектрического резонатора при поглощаемой резонатором средней мощности порядка

Для обеспечения стабильности резонансной частоты при изменении температуры окружающей среды заслуживает внимания предложение об использовании метода термокомпенсации применительно к двойному диэлектрическому резонатору [49]. В этом случае отдельные резонаторы укрепляют на держателях, имеющих низкую диэлектрическую проницаемость и высокий температурный коэффициент линейного расширения. При колебаниях температуры изменяется диэлектрическая проницаемость отдельных резонаторов, однако резонансная частота двойного диэлектрического резонатора может остаться практически постоянной вследствие изменения расстояния между отдельными резонаторами, обусловленного линейным расширением держателей.