文 献 综 述

前言：

行波管是一种重要的微波放大器，具有功率大、增益高、频带宽和寿命长等一系列优点，它被广泛地应用于各种国防重点工程，如雷达、通信电子对抗等领域。耦合腔行波管是目前最主要的高功率微波器件，但由于其具有慢波结构的特点，所以十分容易产生高次模式振荡、自激振荡和边带振荡这三种有害振荡。为此，我们必须在慢线区域内放置衰减材料来吸收非设计模式波，消除振荡，以确保获得既定的高频参数。衰减材料是一种高频率的损耗材料，它能够将电磁能转换成热能和其他形式的能量从而将其消耗掉。

1.衰减材料综述

1.1行波管的特性

与民用吸波材料相比,微波管用吸波材料使用条件更苛刻^[1]。除具备微波能量衰减特 性和特定的频率匹配特性外,微波管用衰减材料还必须满足电真空器件内部材料的基本 要求,如:(1) 能耐700一800℃的烘烤温度,容易去气,且去气后不再放气。(2)有足够大的功率容量,在额定功率下特性不变,不烧毁。(3)有良好的导热性,将微波衰 、减所产生的热量及时传导出去,维持管子正常工作状态。(4)有足够的强度和适当的热膨胀系数,满足衰减瓷与管内金属部件焊接需求^[2]。特别是近年来,随着军用微波管向高频、高功率、宽频带、小型化方向的发展,对管内衰减材料性能提出新的更高的要求。首先是使用频率的提高,以目前研制难度较大的毫米波行波管为例,其使用频率高达30一40GHz。而通常的雷达波吸波材料使用频率多在18GHz以下,因此需要开发高频吸波材料。其次作为微波管用体衰减材料,除了要具有大的微波衰减能力外,还必须满足管子在使用频率范围内匹配特性。而管内衰减材料的结构和尺寸设计受微波管结构设计的制约,在管型结构一定的情况下,要想使单一结构的体衰减材料同时满足上述两个条件,材料本身的设计很关键。

目前针对毫米波行波管开发的体衰减材料主要有将半导体相分散于绝缘介质中形 成的半导体一介质复合陶瓷,以及在此基础上添加一定量的金属粉末形成的导体一半 导体一介质复合陶瓷。这些复合材料中起微波衰减作用的是金属导体或半导体相。在一定范围内材料的微波衰减量随金属导体或半导体相的增加而增加。但是在为了提高衰减 量而增加金属导体或半导体相在复合材料中的含量的同时,也使复合衰减材料整体电 性能发生变化。以TiO₂一Al₂O₃导体介质复合衰减瓷为例,随着其中TiO₂半导体相含量的增加,材料的介电常数和介质损耗增加,这有可能对频率匹配性能产生影响。因此在管子结构和衰减瓷尺寸一定的情况下,只能完全依靠调节单一体衰减材料的相组成和微观结构来同时满足衰减和频率匹配要求,即对材料进行配方和工艺设计,在尽可能提高材料微波衰减量和满足管子的频率匹配要求间找到一个平衡点。

1.2微波介质陶瓷

微波介质陶瓷具有损耗低，频率温度系数小，介电常数高等特点^[3]。为了适应移动通讯与卫星通讯等方面的迅速发展，国际上对微波介质陶瓷的研究与开发应用愈来愈重视。目前对微波介质陶瓷的研究开发主要围绕如下几个大方向开展：①追求低损耗的极限，研究已有材料的低损耗化；②探索更高的介电常数（＞100乃至＞150）新体系；③频率捷变（电调）微波介质陶瓷^[4]。而关于高介电常数微波介质陶瓷的研究，主要从以下几个方面展开：1)现有高介电常数材料体系的协调改性；2)更高介电常数（εrgt;110甚至更高）的微波介质陶瓷新体系探索；3)非线性电介质的微波应用。

2. AlN的介绍