satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2026-25-3-246-252sat-2962Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICS AND MATHEMATICS SCIENCESВлияние условий получения керамических материалов системы ВаO – Sm2 – O3 – 4TiO4 на формирование сверхвысоких частотных свойствThe Influence of Production Conditions of ВаO – Sm2 – O3 – 4TiO4 Ceramic Materials on the Formation of Microwave PropertiesЛеткоА. К.LetkoA. K.

г. Минск

Minsk

СавчукГ. К.SauchukG. K.

Кандидат физико-математических наук, доцент.г. Минск 

Minsk

ЮркевичН. П.YurkevichN. P.

Адрес для переписки:Юркевич Наталья Петровна – кандидат физико-математических наук, доцент.Белорусский национальный технический университет просп. Независимости, 65,220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 29 117-99-79

jurkevich@bntu.by

Yurkevich Natalia P.Belarusian National Technical University 65, Nezavisimosty Ave.,220013, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 29 117-99-79

jurkevich@bntu.by

jurkevich@bntu.byАхмедовА. П.AkhmedovA. P.

г. Ташкент

Tashkent

ХудойбергановC. Б.KhudoyberganovS. B.

Доктор философии по техническим наукам, доцент.

г. Ташкент

Tashkent

Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедениюБеларусьScientific and Practical Center for Materials Science of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusТашкентский государственный транспортный университетУзбекистанTashkent State Transport UniversityUzbekistan202617062026253246252Copyright © Летко А.К., Савчук Г.К., Юркевич Н.П., Ахмедов А.П., Худойберганов C.Б., 20262026Летко А.К., Савчук Г.К., Юркевич Н.П., Ахмедов А.П., Худойберганов C.Б.Letko A.K., Sauchuk G.K., Yurkevich N.P., Akhmedov A.P., Khudoyberganov S.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2962

Получен частотный керамический материал с высокой температурной стабильностью резонансной частоты, что гарантирует устойчивую работу устройств на его основе при изменении температур. В статье представлены результаты влияния условий получения на микроструктуру и диэлектрические свойства, а также на микроволновые параметры керамики. Для получения материала использован метод твердофазного синтеза, который проводился при температуре 1000 °С и времени синтеза 2 ч с последующим термическим обжигом. Показано, что оптимальные микроволновые свойства керамики состава BaSm2Ti4O12 имеют при температурах спекания в интервале 1360–1380 °С. Установлено, что путем изменения температуры спекания значение диэлектрической проницаемости керамического материала можно увеличить почти в два раза. Экспериментально определены резонансные частоты керамик для различных температурных режимов спекания. Значения резонансных частот материалов варьируются от 6,7 до 8,9 ГГц. Получено, что добротность керамического материала вблизи резонансных частот существенно зависит от рабочих температур, при температурах выше 40 °С наблюдается снижение добротности керамического материала на 22–30 %. Путем изучения частотных зависимостей действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости исследуемых керамик установлены возможные механизмы поляризации. Показано, что резонансный характер дисперсии диэлектрической проницаемости характерен для интервала частот 100–900 МГц. На частотах гигагерцового интервала преобладает дипольная и миграционная поляризация. Полученные керамики благодаря своим свойствам в гигагерцовом диапазоне частот могут использоваться для изготовления подложек для микрополосковых антенн и СВЧ-схем, а также в качестве диэлектрических резонаторных антенн и компонентов систем спутниковой и мобильной связи.

A frequency-dependent ceramic material with high temperature stability of the resonant frequency has been obtained, which guarantees stable operation of devices based on it when temperatures change. The article presents the results of the influence of the production conditions on the microstructure and dielectric properties, as well as on the microwave parameters of ceramics. The solid-phase synthesis method was used to obtain the material. The synthesis was carried out at a temperature of 1000 °C for 2 h with subsequent thermal firing. It is shown that the optimal microwave properties of BaSm2Ti4O12 ceramics are obtained at sintering temperatures in the range of 1360–1380 °C. It is established that by changing the sintering temperature, the dielectric permeability of the ceramic material can be increased almost twice. The resonant frequencies of ceramics for various sintering temperature regimes were determined experimentally. The resonant frequencies of the materials range from 6.7 to 8.9 GHz. It is found that the quality factor of the ceramic material near the resonant frequencies significantly depends on the operating temperatures. At operating temperatures above 40 °C, a decrease in the quality factor of the ceramic material by 22–30 % is observed. By studying the frequency dependencies of the real and imaginary parts of the dielectric permittivity of the ceramics under study, possible polarization mechanisms were established. It is shown that the resonant nature of the dielectric permittivity dispersion is characteristic of the 100–900 MHz frequency range. At gigahertz frequencies, dipole and migration polarization prevail. Due to their properties in the gigahertz frequency range, the ceramics obtained can be used for the manufacture of substrates for microstrip antennas and microwave circuits, as well as for dielectric resonator antennas and components of satellite and mobile communication systems.

диэлектрические свойствамикроструктураBaSm2Ti4O12резонансная частотамикроволновые свойствачастотные зависимостиантеннадобротностьдиэлектрическая проницаемостьполяризацияdielectric propertiesmicrostructureBaSm2Ti4O12resonance frequencymicrowave propertiesfrequency dependenciesantennaquality factordielectric permittivitypolarizationReferencesЭлектрически управляемые компоненты на основе керамики BST-Mg для применения в ускорительной технике / Е. А. Ненашева, А. Д. Канарейкин, А. И. Дедык, Ю. В. Павлова // Физика твердого тела. 2009. Т. 51, вып. 8. С. 1468–1472.Nenasheva E. A., Kanareykin A. D., Dedyk A. I., Pavlova Yu. V. (2009) Electrically Controlled BST-Mg Ceramic Components for Applications in Accelerator Technology. Physics of the Solid State, 51 (8), 1557–1560. https://doi.org/10.1134/s1063783409080046Панич, А. Е. Физика сегнетоэлектрической керамики / А. Е. Панич. Ростов н/Д.: ЮФУ, 2002. 42 с.Panich A. E. (2002) Physics of Ferroelectric Ceramics. Rostov-on-Don, Southern Federal University. 42 (in Russian).Yang, C.-F. Microwave Properties of (Ba1–xSrx)Sm2Ti4O12 Ceramics and Their Application in Dielectric Resonator Antenna / C.-F. Yang // Japanese Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 39, № 3R P. 1430. https://doi.org/10.1143/JJAP.39.1430Yang, C.-F. Microwave Properties of (Ba1–xSrx)Sm2Ti4O12 Ceramics and Their Application in Dielectric Resonator Antenna. Japanese Journal of Applied Physics, 39 (3R), 1430. https://doi.org/10.1143/JJAP.39.1430New High Temperature NTC Thermistors Based on BaSm2Ti4O12 Ceramics / R. Wu, Y. Lin, Y. Liu [et al.] // Materials Letters. 2021. Vol. 304. Art. 130683. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130683Wu R., Lin Y., Liu Y., Chang A., Zhang B. (2021) New high temperature NTC thermistors based on BaSm2Ti4O12 ceramics. Materials Letters, 304, 130683. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130683Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3 / X. Huang, Y. Song, F. Wang, E. Zhang // Journal of the Ceramic Society of Japan. 2010. Vol. 118, is. 1384. P. 1135–1139. https://doi.org/10.2109/jcersj2.118.1135Huang X., Song Y., Wang F., Zhang E. (2010) Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3. Journal of the Ceramic Society of Japan, 118 (1384), 1135–1139. https://doi.org/10.2109/jcersj2.118.1135.Low Temperature Sintering of BaO-Sm2O3-4TiO2 Ceramics / K.-H. Cho, J.-B. Lim, S. Nahm, H. T. Kim [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. 2007. Vol. 27, No 2/3. P. 1053–1058. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.061Cho K.-H., Lim J.-B., Nahm S., Kim H.-T., Kim J.-H., Paik J.-H., Lee H.-J. (2007) Low Temperature Sintering of BaO-Sm2O3-4TiO2 Ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 27 (2/3), 1053–1058. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.061The Reaction Sequence and |Dielectric Properties of BaSm2Ti4O12 Ceramics / P.-S. Cheng, Ch.-F. Yang, Y.-Ch. Chen, W.-Ch. Tzou // Ceramics International. 2000. Vol. 26, No 8. P. 877–881. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00030-4.Cheng P.-S., Yang C.-F., Chen Y.-C., Tzou W.-C. (2000) The Reaction Sequence and |Dielectric Properties of BaSm2Ti4O12 Ceramics. Ceramics International, 26 (8), 877–881. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00030-4Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3 / X. Huang, P. Wang, Q. Sun, Y. Song // Key Engineering Materials. 2007. Vol. 336–338. P. 252–254. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.336-338.252Huang X. L., Wang F. P., Sun Q., Song Y. (2007) Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3. Key Engineering Materials, 336–338, 252–254. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.336-338.252Акимов, А. И. Керамические материалы (диэлектрические, пьезоэлектрические, сверхпроводящие): условия получения, структура, свойства / А. И. Акимов, Г. К. Савчук. Минск: Изд. центр БГУ, 2012. 256 с.Akimov A. I., Savchuk G. K. (2012) Ceramic Materials (Dielectric, Piezoelectric, Superconducting): Production Conditions, Structure, Properties. Minsk, Publishing Center of Belarusian State University. 256 (in Russian).Дамор, Д. Новый уровень характеристик для ВЧ-анализаторов цепей / Д. Дамор // Компоненты и технологии. 2012. № 4. С. 198–199.Damor D. (2012) New Level of Performance for RF Network Analyzers. Komponenty i Tekhnologii [Components and Technologies], (4), 198–199 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.