EA008787B1 - Малогабаритная сегнетоэлектрическая антенна и способ получения рабочего тела активного элемента антенны - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к приемопередающим антенным устройствам. Технический результат, состоящий в улучшении соотношения сигнал-шум и повышении плотности радиоканалов, достигается за счет того, что антенна содержит активный элемент в виде рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, имеющий температуру Кюри не менее 60°С. По меньшей мере одна поверхность рабочего тела является плоской, и по меньшей мере один токоввод соединен с радиокабелем через согласующее устройство. Вариант антенны содержит аналогичный активный элемент, имеющий вертикальную ось симметрии и по меньшей мере одну плоскую поверхность, токовводы перпендикулярны ей и расположены на равном расстоянии от геометрического центра. Способ производства рабочего тела активного элемента антенны состоит в спекании шихты, измельчении спека до 1-60 мкм, очистке, формовании и прессовании порошков, различающихся по крупности не более чем на 6 мкм, до остаточной пористости 4-8% с последующими обжигом до остаточной пористости 2-4%, механообработкой и воздействием постоянным полем до достижения остаточной ориентационной поляризации не менее 20% от полной теоретической поляризации.

Description

Изобретение относится к приемопередающим антенным устройствам и способам их изготовления и может быть использовано в производстве антенн для эфирной теле- и радиосвязи, спутниковой, сотовой, пейджинговой, радиотелефонной и других видов связи.

Наиболее распространенными в мире являются традиционные антенны, представляющие собой комбинированные конструкции из первичных антенных элементов, выполненных из металлов или магнитоэлектриков, и вторичных устройств (например, настраиваемые антенны дипольного типа по заявке И8 2002/0171598). Общим недостатком антенн этого типа являются значительные габариты, ограничивающие сферу их применения. Кроме того, традиционные антенны, как правило, предназначены для узких диапазонов частот приема и передачи сигналов.

Значительное распространение получили антенны, в которых элементы конструкции выполнены из диэлектрических материалов. Прежде всего, это относится к активным элементам, которые заключены в диэлектрический материал или покрыты им. Как правило, изделия различной конфигурации из диэлектрических материалов играют роль резонаторов.

На использовании диэлектриков (в том числе сегнетоэлектриков) основаны патенты компании «Антенова», например патенты Великобритании №№ 2377556, 2391154, 2401994, 2403069, относящиеся к компактным дипольным или мультипольным антеннам. Несколько таких антенн могут быть сформированы как множество, причем уменьшение нежелательного взаимного влияния передающего и принимающего элементов обеспечивается металлическими перегородками (патент Великобритании № 2386475).

Известны малогабаритные антенны, в которых диэлектрические элементы служат фильтрами, устанавливаемыми для уменьшения размера антенн, и, кроме того, выполняют функцию изоляции (например, патент Японии № 6350332); используются в качестве конденсатора (например, в перевернутой Робразной антенне по заявке США 2004/0222925).

Для известных антенн характерно следующее: простые по конструкции антенны являются монофункциональными и действуют в соответствующих узких диапазонах частот, в то же время многоэлементные антенны, обеспечивающие более широкий охват частот, конструктивно сложны и обладают более низкой надежностью.

Известно техническое решение приемопередающей малогабаритной антенны, в которой объем из сегнетоэлектрического материла с установленным в нем вибратором служит активным элементом. При этом условием его работоспособности является использование сегнетоэлектрика, который при температуре среды, в которой эксплуатируется антенна, находится в сегнетофазе, т.е. выбирают сегнетоэлектрик с температурой фазового перехода (температурой Кюри) более высокой, чем верхний предел рабочего диапазона температуры, при которой будет использоваться антенна.

Согласно этому изобретению активный элемент выполнен в виде цилиндрического объема, на торцевых поверхностях которого установлены управляющие электроды, имеющие независимое питание от источника постоянного напряжения. В процессе эксплуатации антенны под влиянием постоянного поля, создаваемого электродами, происходит изменение спонтанной поляризации, присущей сегнетоэлектрику, в результате чего происходит снижение тангенса угла диэлектрических потерь на боковых поверхностях, и происходит упорядочивание дипольных электрических микроструктур сегнетоэлектрика, и, как следствие, возникает возможность управлять режимом настройки антенны на рабочую частоту с заданной шириной полосы сигнала (патент РФ № 2138102, опубл. в 1999г.).

Описанное техническое решение антенны обеспечивает значительное снижение габаритов и массы устройства и расширение диапазона частот (от сотен кГц до десятков ГГц), причем регулирование рабочей частоты не требует изменения типоразмеров антенны.

В то же время известная антенна, как показал опыт ее использования, имеет довольно высокий уровень собственных шумов и недостаточно высокую плотность радиоканалов.

Техническим результатом заявляемых технических решений, связанных единым изобретательским замыслом, является улучшение соотношения сигнал-шум и повышение плотности радиоканалов.

По первому объекту изобретения «устройство» данный технический результат достигается за счет того, что антенна содержит:

по меньшей мере один активный элемент в виде рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, и имеющий температуру Кюри не менее 60°С, причем по меньшей мере одна поверхность рабочего тела является плоской, по меньшей мере один токоввод, закрепленный в теле активного элемента и соединенный с радиокабелем через согласующее устройство.

Представленная совокупность существенных признаков обеспечивает улучшение соотношения сигнал-шум в диапазоне от сотен кГц до десятков ГГц на величину до 7% и повышение плотности радиоканалов не менее чем в 2 раза, что значительно повышает потребительские свойства антенны.

Согласно изобретению предпочтительно активный элемент снабжен по меньшей мере двумя управляющими электродами, закрепленными на поверхности рабочего тела и имеющими автономное питание. Кроме того, рабочее тело имеет пористость 2-4%. Кроме того, в случае двух или более активных элементов они установлены с зазором. Элементы установлены в одной плоскости или в нескольких параллель

- 1 008787 ных или пересекающихся плоскостях.

По второму объекту изобретения «устройство» указанный технический результат достигается за счет того, что антенна содержит:

по меньшей мере один активный элемент в виде рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, и имеющий температуру Кюри не менее 60°С, причем рабочее тело имеет вертикальную ось симметрии и по меньшей мере одну плоскую поверхность, два токоввода, установленных в сквозных отверстиях, перпендикулярных плоской поверхности рабочего тела и расположенных на равном расстоянии от ее геометрического центра, причем токовводы соединены с радиокабелем через согласующее устройство.

Предпочтительно рабочее тело выполнено из сегнетоэлектрического композиционного материала со структурой перовскита, преимущественно, из сегнетоэлектрического композиционного материала, содержащего 78-88 мас.% титаната бария, 5,5-10 мас.% цирконата бария и 6,5-12 мас.% станната бария. Кроме того, активный элемент антенны снабжен по меньшей мере двумя управляющими электродами, закрепленными на поверхности рабочего тела и имеющими автономное питание.

Представленная совокупность существенных признаков обеспечивает повышение соотношения сигнал-шум в диапазоне от сотен кГц до десятков ГГц на величину до 10% и повышение плотности радиоканалов не менее чем в 2 раза.

Анализ уровня техники в области материалов, используемых в радиоэлектронной технике, показывает, что широкое распространение получили диэлектрики, в частности сегнетоэлектрики. В основном, сегнетоэлектрические материалы используются для производства отдельных элементов конструкции антенн, например резонаторов. Это видно уже из формулировки рубрики МПК Н01О 19/09, согласно которой первичный активный элемент антенны заключен в диэлектрический или магнитный материал или покрыт им.

Наибольшее распространение получили сегнетоэлектрики октаэдрического типа, главным образом, со структурой типа перовскита. Выбор этих соединений обусловлен высокими показателями, характеризующими нелинейность, диэлектрическую проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, стабильность и повторяемость свойств. Из соединений со структурой перовскита наиболее известен титанат бария, имеющий температуру Кюри 120°С, и однофазные твердые растворы на его основе, имеющие более низкую температуру Кюри. Широкая гамма твердых растворов обусловлена изоморфизмом титаната бария, который делает возможным замещение, соответственно, ионов бария и титана. Кроме изовалентных заместителей (для катиона бария - двухвалентных катионов кальция, стронция, кадмия; для анионов титаната - анионов на основе четырехвалентных циркония, олова, германия) получили распространение заместители большей или меньшей валентности (соответственно, для бария - одно- и трехвалентные, для титана - трех- и пятивалентные).

Например, согласно патенту Японии № 11345518 используют титанаты кальция, стронция, бария, их смеси, а также смесь титанатов бария и неодима, согласно заявке США 2005/5486491 используют различающиеся по соотношению смеси титанатов бария и стронция; согласно патентам США № 5635434 и № 6074971- титанаты стронция и бария в смеси с цирконатами, алюминатами и титанатами магния.

В патентах отмечаются высокие показатели как электрофизических, так и эксплуатационных свойств для всех перечисленных материалов.

Способы получения сегнетоэлектрических материалов основаны на изученных и известных из научно-технической литературы технологических факторах, влияющие на электрофизические свойства сегнетоэлектриков, в том числе титаната бария и твердых растворов на его основе (например, см. сборник «Титанат бария», Ростовский университет, 1971г., с. 127-143).

К ним относятся, например:

вид соединения, в которое входят образующие твердые раствор вещества, и его структура; степень дисперсности;

температура синтеза;

температура обжига (спекания);

продолжительность обжига (спекания);

состав атмосферы вокруг образца при обжиге;

скорость охлаждения.

Совокупность факторов и их роль известны специалистам в области керамики, что позволяет говорить о том, что некоторые базовые параметры процесса (например, температура синтеза и спекания, состав атмосферы при обжиге) подбираются на основе известных закономерностей. Однако в каждом конкретном случае получение новых или улучшение уже достигнутых технологических результатов требует разработки новых приемов.

Так, например, согласно опубликованной заявке РФ №2002126356 способ получения керамического материала на основе титаната бария из шихты оксидов и солей заключается в предварительном приготовлении титаната бария прокалкой титанилоксалата бария, предварительном приготовлении титаната кальция прокалкой смеси углекислого кальция и двуокиси титана, смешивании компонентов шихты в

- 2 008787 среде водного раствора карбоната или бикарбоната аммония в шаровой мельнице мелющими шарами из полимерного материала и последующих операциях обезвоживания, сушки, формования заготовок. Смешиванию компонентов в водной среде предшествует предварительное смешивание и помол сухим способом титанатов бария, кальция, оксида свинца, диоксида титана и диоксида кремния в вибрационной или шаровой мельнице мелющими телами на основе двуокиси циркония до размера частиц менее 1,2 мкм.

Данный способ получения твердых растворов на основе титаната бария обеспечивает свойства материала, позволяющие использовать его при изготовлении резонатора, однако, он не может быть применен при изготовлении самостоятельного активного элемента антенны.

То же ограничение по использованию присуще известному способу получения керамики на основе титаната бария спеканием оксидов в вакууме в закрытом графитовом тигле путем нагрева графитового тигля с образцом электронным лучом. Полученную керамику дополнительно подвергают термообработке в воздушной атмосфере (патент РФ № 2162457).

Известен композиционный керамический материал, состоящий из 90 мас.% кристаллического порошка титаната бария, 5 мас.% станната бария и 5 мас.% цирконата бария (патент РФ № 2209192).

В описании патента имеется информация о способе его получения, состоящем в измельчении и перемешивании исходных соединений на вибромельнице в течение 40-50 мин, обжиге смеси при температуре 1300°С в течение 2 ч, измельчении спека (дроблении и помоле), просеве и отмагничивании, смешении с пластификатором, перемешивании, пропускании через сито, прессовании на гидравлическом прессе, сушке, обжиге на подложке из циркония с засыпкой из диоксида циркония в газовой камере в течение 24 ч при температуре 1420°С, зачистке заготовок и механической обработке. Данный материал обладает пьезоэффектом и диэлектрической проницаемостью, равной 2300.

Основным недостатком данного способа является то, что антенна с активным элементом из полученного материала обладает довольно высоким уровнем собственных шумов и имеет недостаточную плотность радиоканалов.

Этим же недостатком обладает материал, использованный в прототипе антенны, приведенном выше при описании уровня техники в области устройства (патент РФ 2138102). Керамика БЦС (титанаты бария, циркония и олова), впервые использованная в радиоэлектронике авторами прототипа и заявляемого технического решения, как показал опыт эксплуатации, удовлетворяет повышенным требованиям использования в качестве рабочего тела активного элемента антенны только в том случае, если она получена согласно заявляемому способу.

Технический результат заявляемого способа состоит в получении материала, обладающего комплексом электрофизических, технологических и механических свойств, обеспечивающих в сочетании с конструктивными признаками антенны улучшение соотношения «полезный сигнал-шум». Кроме того, за счет однородности структуры, повторяемости электрических характеристик, химической инертности, термостабильности, механической прочности материала, полученного согласно заявляемому способу, антенна имеет повышенный срок службы, в течение которого она работает стабильно без постепенного снижения эксплуатационных свойств, что для компактных антенн является актуальным (по сравнению с известными малогабаритными антеннами срок службы заявляемой антенны увеличивается в 1,5-2 раза).

Указанный технический результат при получении рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, и имеющий температуру Кюри не менее 60°С, достигается за счет совокупности существенных признаков, включающей:

спекание шихты компонентов, измельчение спека до получения порошка с крупностью частиц от 1 до 60 мкм, очистку порошка от магнитных примесей, формование и прессование, при этом для каждого сегнетоэлектрического материала формованию подвергают порошки с частицами, различающимися по крупности не более чем на 6 мкм, и прессование ведут до достижения значения остаточной пористости в полученной заготовке 4-8%, обжиг заготовки до получения камневидного тела сегнетоэлектрика с остаточной пористостью 2-4%, механообработку его поверхностей, причем механообработку по меньшей мере одной плоской поверхности ведут шлифованием.

Преимущественно, используют шихту, состоящую из 78-88 мас.% титаната бария, 5,5-10 мас.% цирконата бария и 6,5-12 мас.% станната бария. Кроме того, шихту готовят механическим смешением компонентов сегнетоэлектрического материала или их совместным осаждением из растворов. Шлифование ведут до достижения чистоты поверхности, соответствующей по меньшей мере 8 классу чистоты. Воздействие наложенного постоянного поля осуществляют при его напряженности не менее 100 В/мм в течение 1,5-2,5 ч или перед воздействием наложенного постоянного поля камневидное тело сегнетоэлектрика нагревают до температуры Кюри и воздействие ведут при его напряженности не менее 100 В/мм в течение 5-15 мин.

Полученное согласно данному способу рабочее тело с указанной остаточной объемной ориентационной поляризацией является основным элементом антенны, что значительно упрощает конструкцию и

- 3 008787 улучшает эксплуатационные свойства антенны.

Сущность изобретения

Объект - устройство (№ 1).

Описание устройства в статике

Антенна, схематично показанная на фиг. 1, представляет собой активный элемент, рабочее тело которого (1) выполнено в виде монолитного сегнетоэлектрика, в конкретном случае имеющего температуру Кюри 65 °С и остаточную ориентационную поляризацию, составляющую 20% от величины полной теоретической поляризации. По меньшей мере одна поверхность рабочего тела, условно изображенного в виде усеченного конуса, выполнена плоской. По специальной технологии поверхностно или с заглублением на рабочем теле закреплен по меньшей мере один токоввод (2), соединенный с радиокабелем (на фигуре не показан), при этом одна из жил токоввода соединена с «земляным» проводом радиокабеля через согласующее устройство (3), например в виде дросселя, а вторая соединена с проводом потенциала.

В случае двух или более активных элементов они установлены с зазором в одной или более плоскостях.

На фиг. 1 показаны также направления волнового вектора падения электромагнитной волны (К) и вектора напряженности поля падающей электромагнитной волны ( Е ) и направление доменов в теле сегнетоэлектрика в результате предварительного воздействия на него постоянного поля.

Функционирование устройства

Антенна работает как устройство, осуществляющее излучение электромагнитных волн в режиме передачи, или преобразует падающее излучение и посылает его к приемнику. Преобразование происходит в неоднородной среде, какой является рабочее тело, выполненное из сегнетоэлектрика с температурой Кюри не ниже 60°С. Предварительное воздействие на рабочее тело постоянного поля (до значения не менее 20% от полной теоретической поляризации) обеспечивает ориентацию внутриструктурных доменов в одном направлении. В режиме приема замкнутые силовые линии в пространстве, окружающем среду сегнетоэлектрика, начинают воспринимать колебательный волновой процесс в такте падающей волны, возбуждая тем самым в теле активного элемента антенны электромагнитную волну. Электрический сигнал передается через токоввод, согласующее устройство и радиокабель потребителю (на приемное устройство).

Согласующее устройство, например дроссель, обеспечивает фазовый сдвиг между электрической и магнитной составляющей и подбирается с учетом получения оптимальной величины коэффициента стоячей волны и коэффициента отражения по мощности.

В режиме излучения происходит обратный процесс: через радиокабель и согласующее устройство на активный элемент подается электрический сигнал, который возбуждает в рабочем теле активного элемента электромагнитную волну. Замкнутые силовые линии в среде, окружающей сегнетоэлектрик, изменяются в такт электромагнитной волны, и, таким образом, происходит излучение в окружающую среду.

Технический результат - улучшение соотношения сигнал-шум и повышение плотности радиоканалов - достигается за счет снижения собственных шумов антенны и в результате более высокой степени безынерционности электромагнитных волновых процессов, происходящих в активном элементе устройства.

В табл. 1 приведены данные, подтверждающие улучшение соотношения сигнал-шум, определяемого согласно принятой методике как разность между уровнем сигнала и уровнем собственного шума антенны.

Таблица 1

Частота	920 КГц	50 МГц	270 МГц	860 МГц	3,095 ГГц	10,59 ГГц
Соотношение сигналшум (дБ): Прототип	38,0	40,0	31,0	34,0	43,0	45,0
Соотношение сигналшум (дБ): устройство № 2	40,3	42,8	33,1	36,4	45,5	47,9
Улучшение соотношения сигнал-шум (дБ)	2,3	2,8	2,1	2,4	2,5	2,9
Улучшение соотношения сигнал -шум (%)	6,0	7,0	6,8	7,0	5,9	6,5

Повышение плотности радиоканалов иллюстрируется графиками А (заявленное устройство) и Б (прототип), на которых представлена амплитудно-частотная характеристика сопоставляемых антенн.

Скорость нарастания и спадания фронта волны на графике А значительно резче, что позволяет по

- 4 008787 высить величину плотности радиоканалов с определенной шириной полосы в определенной области частот. В конкретном случае при трансляции равного количества радиоканалов ширина занимаемой частотной полосы по уровню 20 дБ на графике Б составляет 15 МГц, а на графике А - 7,5 МГц, что соответствует повышению плотности в 2 раза.

Объект - устройство (№ 2).

Описание устройства в статике

Антенна, схематично показанная на фиг. 2, представляет собой активный элемент из сегнетоэлектрика с температурой Кюри не менее 60°С, имеющего остаточную ориентационную поляризацию не менее 20% от полной теоретической поляризации, выполненный в виде тела, имеющего вертикальную ось симметрии и по меньшей мере одну плоскую поверхность. На фигуре изображен частный случай, когда тело представляет собой цилиндр с плоскими верхним и нижним основаниями (1). На равном расстоянии от вертикальной оси выполнены сквозные отверстия (2), в которых установлены токовводы (3), которые через согласующее устройство (4) соединены с радиокабелем (на фигуре не показан), подключенным к приемнику или передатчику (на фигуре не показаны).

Для перенастройки антенны на другие диапазоны частот на торцевых стенках активного элемента установлены управляющие электроды (на фигуре не показаны), имеющие автономное питание.

На фиг. 2 показаны также направления волнового вектора падения электромагнитной волны (К) и вектора напряженности поля падающей электромагнитной волны (Е) и направление доменов в теле сегнетоэлектрика в результате предварительного воздействия на него постоянного поля.

Функционирование устройства

Показанное на фиг. 2 устройство обеспечивает высокую эффективность возбуждения электромагнитной волны в среде сегнетоэлектрика, имеющего остаточную ориентационную поляризацию. В конкретном случае она составляет 23% от теоретической. Поляризация имеет направление, параллельное направлению вектора падающей волны. В результате ориентированные внутриструктурные домены, имеющие замкнутые силовые линии в пространстве, окружающем среду сегнетоэлектрика, начинают воспринимать колебательный волновой процесс в такте падающей волны, возбуждая тем самым в теле активного элемента антенны электромагнитную волну, передаваемому через радиокабель потребителю (на приемное устройство). В режиме передающего устройства через радиокабель и согласующее устройство на активный элемент подается электрический сигнал, который возбуждает в рабочем теле активного элемента электромагнитную волну. Замкнутые силовые линии в среде, окружающей сегнетоэлектрик, изменяются в такт электромагнитной волны, и происходит излучение в окружающую среду.

В случае, когда устройство дополнительно снабжено управляющими электродами, упрощается перенастройка антенны.

Подсоединение одного из токовводов к радиокабелю через согласующее (замедляющее) устройство, например дроссель, обеспечивает фазовый сдвиг между электрической и магнитной составляющей. Согласующее устройство подбирается с учетом получения оптимальной величины коэффициента стоячей волны и коэффициента отражения по мощности.

Технический результат - улучшение соотношения сигнал-шум и повышение плотности радиоканалов - достигается за счет снижения собственных шумов антенны и в результате высокой степени безынерционности электромагнитных волновых процессов за счет отсутствия свободного движения электронного газа, обеспечиваемого устройством.

В табл. 2 приведены данные, подтверждающие достижение технического результата. Соотношение сигнал-шум определено как разность между уровнем сигнала и уровнем собственного шума антенны.

Таблица 2

Частота	920 КГц	50 МГц	270 МГц	860 МГц	3,095 ГГц	10,59 ГГц
Соотношение сигналшум (дБ): Прототип	38,0	40,0	31,0	34,0	43,0	45,0
Соотношение сигналшум (дБ): устройство № 2	41,3	43,6	34,1	37,2	46,6	49,3
Улучшение соотношения сигнал-шум (дБ)	3,3	3,6	3,1	3,2	3,6	4,3
Улучшение соотношения сигнал-шум (%)	8,8	9,0	10,0	9,4	8,3	9,6

- 5 008787

Повышение плотности радиоканалов иллюстрируется графиками А и Б, приведенными выше, в связи с тем, что для выбранных полосы и диапазона частот амплитудно-частотная характеристика заявленных устройств 1 и 2 совпадает. В других диапазонах частот для устройства 2 может быть достигнут еще более высокий результат по повышению плотности радиоканалов.

Объект - способ.

Описание способа

Согласно заявляемому изобретению в способе получения рабочего тела активного элемента антенны может быть использован широкий круг материалов, выбор которых ограничен температурой Кюри сегнетоэлектриков, которая не может быть ниже 60°С. В частности, с позиции доступности соединений и стабильности свойств получаемой керамики предпочтительно использовать шихту, состоящую из 78-88 мас.% титаната бария, 5,5-10 мас.% цирконата бария и 6,5-12 мас.% станната бария. Шихту готовят либо механическим смешением компонентов, либо проводят их совместное осаждение из растворов и сушку, что обеспечивает повышение однородности смеси.

Последовательность дальнейших действий над материальным объектом состоит в том, что шихту подвергают термическому синтезу при температуре, подбираемой для каждой конкретной смеси компонентов. Охлажденный продукт синтеза измельчают, причем для каждого материала выбирают определенную степень измельчения, но для любого из материалов крупность частиц порошка находится в пределах от 1 до 60 мкм. Далее проводят очистку порошка от магнитных примесей, наличие которых может увеличить электропроводность продукта. Затем для каждого материала известными методами ситового анализа отбирают соответствующую фракцию порошка с частицами, различающимися по крупности не более чем на 6 мкм. Отобранную фракцию подвергают формованию, в результате которого получают тело заданной конфигурации, и прессованию до достижения значения остаточной пористости 4-8%. Это значение пористости выбрано с учетом того, что в результате последующего отжига должно быть получено камневидное тело сегнетоэлектрика с остаточной пористостью 2-4%, необходимой для обеспечения электрофизических и механических свойств. Далее проводят механообработку поверхности камневидного тела, причем по меньшей мере одну плоскую поверхность подвергают шлифовке предпочтительно до достижения 8 или более высокого класса чистоты.

Подготовленное таким образом рабочее тело подвергают поляризации, сохраняющейся в течение всего срока эксплуатации антенны. Для достижения необходимого значения остаточной ориентационной поляризации не менее 20% от полной теоретической поляризации на камневидное тело воздействуют наложенным постоянным полем до достижения величины объемной остаточной ориентационной поляризации не менее 20% от полной теоретической поляризации сегнетоэлектрика. Предложены два варианта проведения поляризации: воздействие наложенного постоянного поля осуществляют при его напряженности не менее 100 В/мм в течение 1,5-2,5 ч или предварительно нагревают камневидное тело сегнетоэлектрика до температуры Кюри и тогда при той же напряженности постоянного поля процесс ведут в течение 5-15 мин. Примеры осуществления способа

Пример 1.

Готовят шихту титаната бария, цирконата бария и станната бария при их массовом соотношении 84:7:9 для получения композиционного материала, являющегося сегнетоэлектриком с температурой Кюри 60°С.

Далее шихту подвергают термическому синтезу в результате спекания при 1210°С, спек охлаждают, измельчают в режиме, обеспечивающем разброс крупности частиц в пределах от 5 до 20 мкм, и очищают от магнитных примесей. Далее отбирают фракцию 10-15 мкм, формуют заготовку в виде цилиндра, верхняя часть которого выполнена сферической, диаметр основания составляет 58 мм, а высота 4 мм, и проводят прессование до достижения пористости заготовки 6%. Контроль пористости проводят с помощью стандартного метода измерения. Затем проводят обжиг при температуре 1350°С. В результате этой операции получают камневидное тело сегнетоэлектрика необходимой конфигурации с остаточной пористостью 3%. Далее все поверхности (нижнюю плоскую поверхность, стенки и верхнюю сферическую часть) шлифуют, а плоскую поверхность дополнительно полируют до достижения чистоты, соответствующей 9 классу.

Полученный образец помещают в постоянное электрическое поле с напряженностью 110 В/мм и выдерживают в течение 2 ч. В результате этого воздействия он приобретает объемную остаточную ориентационную поляризацию, характеризующуюся значением 25% от полной теоретической поляризации.

Полученное по данному примеру рабочее тело активного элемента обеспечивает достижение искомого технического результата при использовании антенны, а именно улучшение соотношения полезный сигнал-шум в рабочем диапазоне частот на 10% и повышение плотности радиоканалов в 2 раза по сравнению с прототипом.

Пример 2.

Шихту титаната бария, цирконата бария и станната бария при их массовом соотношении 82:8:10 для получения сегнетоэлектрика с температурой Кюри 65°С готовят с осаждением из раствора исходных соединений бария, титана, циркония и олова карбонатом аммония с последующей сушкой.

Шихту подвергают термическому синтезу спеканием при 1250°С, спек охлаждают, измельчают в режиме, обеспечивающем разброс крупности частиц в пределах от 20 до 50 мкм, и подвергают очистке

- 6 008787 от магнитных примесей. Далее отбирают фракцию 30-35 мкм, проводят формование заготовки в виде усеченного конуса с диаметром основания 12 мм и высотой 5 мм и прессование до достижения пористости образца 4%. Затем проводят отжиг при температуре 1420°С. В результате этой операции получено камневидное тело сегнетоэлектрика необходимой конфигурации с остаточной пористостью 2%. Далее коническую поверхность и верхнее основание подвергают механической обработке, а нижнее основание полируют до достижения чистоты, соответствующей 8 классу.

Обработанный образец нагревают до 65°С, помещают в постоянное электрическое поле с напряженностью 120 В/мм и выдерживают в течение 10 мин до приобретения объемной остаточной ориентационной поляризации, характеризующейся значением 22% от полной теоретической поляризации.

В результате получено рабочее тело активного элемента, обладающее характеристиками, обеспечивающими достижение искомого технического результата при использовании антенны, а именно улучшение соотношения полезный сигнал-шум на 7% в рабочем диапазоне частот и повышение плотности радиоканалов в 2 раза.

Аналогично осуществляют способ с использованием других сегнетоэлектриков, имеющих температуру Кюри не менее 60°С, преимущественно, октаэдрических со структурой перовскита, при этом температуры синтеза и обжига для каждого сегнетоэлектрика определяются на основании справочных материалов или подбираются экспериментально. Выход за пределы каждого из заявленных в независимом пункте формулы параметров способа приводит к снижению эксплуатационных свойств продукта, и, тем самым, не обеспечивается достижение искомого технического результата. Кроме того, снижается срок службы антенны.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Антенна, содержащая по меньшей мере один активный элемент в виде рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, и имеющий температуру Кюри не менее 60°С, причем по меньшей мере одна поверхность рабочего тела является плоской, по меньшей мере один токоввод, закрепленный в теле активного элемента и соединенный с радиокабелем через согласующее устройство.
2. 2. Антенна, содержащая по меньшей мере один активный элемент в виде рабочего тела, представляющего собой монолитный сегнетоэлектрик с объемной остаточной ориентационной поляризацией не менее 20% от полной теоретической поляризации, и имеющий температуру Кюри не менее 60°С, причем рабочее тело имеет вертикальную ось симметрии и по меньшей мере одну плоскую поверхность, два токоввода, установленных в сквозных отверстиях, перпендикулярных плоской поверхности рабочего тела и расположенных на равном расстоянии от ее геометрического центра, причем токовводы соединены с радиокабелем через согласующее устройство.
3. 3. Антенна по п.2, в которой рабочее тело выполнено из сегнетоэлектрического композиционного материала со структурой перовскита.
4. 4. Антенна по пп.2, 3, в которой рабочее тело выполнено из сегнетоэлектрического композиционного материала, содержащего 78-88 мас.% титаната бария, 5,5-10 мас.% цирконата бария и 6,5-12 мас.% станната бария.
5. 5. Антенна по п.2, в которой активный элемент снабжен по меньшей мере двумя управляющими электродами, закрепленными на поверхности рабочего тела и имеющими автономное питание.
6. 6. Антенна по п.2, в которой активные элементы установлены с зазором в одной или в нескольких параллельных или пересекающихся плоскостях.
7. 7. Способ производства рабочего тела активного элемента антенны путем спекания шихты компонентов, обеспечивающих получение сегнетоэлектрического материала с заданной температурой Кюри, измельчения спека до получения порошка с крупностью частиц от 1 до 60 мкм, очистки порошка от магнитных примесей, формования и прессования, при этом для каждого сегнетоэлектрического материала формованию подвергают порошки с частицами, различающимися по крупности не более чем на 6 мкм, и прессование ведут до достижения значения остаточной пористости в полученной заготовке 4-8%, обжига заготовки до получения камневидного тела сегнетоэлектрика с остаточной пористостью 24%, механообработки его поверхностей, причем механообработку по меньшей мере одной плоской поверхности ведут шлифованием, воздействия наложенным постоянным полем до достижения остаточной ориентационной поляризации не менее 20% от полной теоретической поляризации.
8. 8. Способ производства рабочего тела активного элемента антенны по п.7, в котором используют шихту, состоящую из 78-88 мас.% титаната бария, 5,5-10 мас.% цирконата бария и 6,5-12 мас.% станната

   - 7 008787 бария.
9. 9. Способ производства активного элемента антенны по пп.7, 8, в котором шихту готовят механическим смешением компонентов сегнетоэлектрического материала или их совместным осаждением из растворов.
10. 10. Способ производства активного элемента антенны по п.7, в котором шлифование ведут до достижения чистоты поверхности, соответствующей по меньшей мере 8 классу чистоты.
11. 11. Способ производства активного элемента по п.7, в котором воздействие наложенного постоянного поля осуществляют при его напряженности не менее 100 В/мм в течение 1,5-2,5 ч.
12. 12. Способ производства активного элемента по п.7, в котором перед воздействием наложенного постоянного поля камневидное тело сегнетоэлектрика нагревают до температуры Кюри и воздействие ведут при его напряженности не менее 100 В/мм в течение 5-15 мин.