Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu kiện siêu cao tần như isolator, circulator và tải phối hợp dải sóng centimet sử dụng trong các dải rada

Bộ KHoa học và CôNg nghệ Bộ quốc phòng viện Khoa học - Công nghệ Quân sự Viện Rađa Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu ki

Bộ KHoa học và CôNg nghệ Bộ quốc phòng

viện Khoa học - Công nghệ Quân sự

Viện Rađa

Báo cáo tổng kết Đề tài:

Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu kiện siêu cao tần nh isolator, circulator và tải phối hợp dải sóng centimet sử dụng

trong các đài rađa

M∙ số: 28/HĐ-NĐT

Chủ nhiệm đề tài: TSKH Nguyễn Quang Bắc

8655

Hà Nội - 2008

mục lục

DAnh sách những người thực hiện đề tài 2

Bài tóm tắt 3

Tính mới, tính độc đáo của đề tài: 3

Phần I Lời mở đầu 4

Thông tin chung về đề tài 6

Phần II Nội dung CHíNH CủA BáO CáO 11

I Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 11

1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 11

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước: 11

1.3 Cá yếu ố đảm bảo ính khả hi của đề ài: 12

II Lựa chọn đối tượng nghiên cứu, cách tiếp cận 13

2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu: 13

2.2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật đã sử dụng 13

2.3 Kỹ thuật đã sử dụng: 14

2.4 Tính mới, tính độc đáo của đề tài: 14

III Những nội dung đ∙ thực hiện 14

3.1 Đối với nghiên cứu lý thuyết: 14

3.2 Đối với công việc nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm: 15

3.3 Các tài liệu kèm theo sản phẩm gồm: 15

3.4 Hình ảnh các sản phẩm của đề tài: 15

3.5 Nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm của đề tài 17

3.2 Nghiên cứu thiết kế bộ Circulator 44

3.3 Nghiên cứu thiết kế bộ tải phối hợp trở kháng siêu cao tần 50

VI Báo cáo về kết quả đo đạc đánh giá trong PTN 54

Phần III Bản tự đánh giá Về tình hình thực hiện và những đóng góp mới của đề tài khoa học 54

Nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ

theo nghị định thư

“Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu kiện Siêu cao tần như Isolator, Circulator và tải phối hợp dải sóng centimet sử dụng trong các đài rađa”

Cấp quản lý đề tài: Nhà Nước

Cơ quan chủ trì: Viện KH-CN Quân sự

Chủ nhiệm đề tài: Thiếu tướng, TSKH Nguyễn Quang Bắc – Giám đốc Viện KH-CN Quân sự

DAnh sách những người thực hiện đề tài

3 Ths Đỗ Huy Trưởng Viện Rađa Thành viên đề tài

4 Ths Nguyễn Văn Hạnh Viện Rađa Thành viên đề tài

6 TS Nguyễn Khắc Bằng Viện KH- CN Quân sự Thành viên đề tài

7 KS Vũ Quốc Bình Viện KH- CN Quân sự Thành viên đề tài

8 Ths Vũ Duy Thông Cục KH& CN Môi

trường

Thành viên đề tài

Thời gian thực hiện: 30 tháng

Ngày Tháng 6 năm 2009 Ngày Tháng 6 năm 2009

CƠ QUAN CHủ TRì Đề TàI CHủ NHIệM Đề TàI

nguyễn quang bắc

Bài tóm tắt

Việc nghiên cứu cơ bản, có định hướng để làm chủ công nghệ SCT trở thành yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nhiệm vụ cải tiến, hiện đại hoá, chế tạo Rađa quân sự trong điều kiện chiến tranh công nghệ cao Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới để thiết kế chế tạo các mạch tích hợp thụ động và tích cực siêu cao tần ứng dụng vào bán dẫn hoá toàn bộ tuyến thu cao tần của một đài rađa để nâng cao độ nhạy máy thu của đài là rất cần thiết Căn cứ vào nhu cầu thực tế và khả năng kỹ thuật, khả năng công nghệ của ta và của đối tác, chúng tôi đã chọn đối tượng nghiên cứu của đề tài gồm 2 phần chính:

- Nghiên cứu công nghệ chế tạo một số vật liệu từ của đối tác nước ngoài, tiếp cận các thiết bị, phương pháp đo đạc, đánh giá các tham số kỹ thuật cơ bản của chúng Tiếp thu quy trình công nghệ chế tạo vật liệu ferrit SCT ứng dụng vào việc thiết kế chế tạo các Isolator và Circulator ở dải sóng centimét

- Thiết kế chế tạo 02 bộ Isolator, 02 bộ Circulator và 02 bộ tải phối hợp ở

dải sóng centimét

Tính mới, tính độc đáo của đề tài:

Lần đầu tiên ở Việt nam việc nghiên cứu phát triển và nghiên cứu ứng dụng công nghệ siêu cao tần được tiến hành một cách cơ bản, có hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế chế tạo các thiết bị siêu cao tần nói chung và rađa nói riêng

Lần đầu tiên trong quân đội việc thiết kế các mạch siêu cao tần được tiến hành sử dụng bằng phương pháp tích hợp hệ thống ưu điểm của phương pháp này là nhanh hơn và tiết kiệm được thời gian, vật tư và công sức để cho ra sản phẩm có chất lượng cao hơn so với phương pháp thiết kế chế tạo thông thường Sản phẩm của đề tài mang tính khoa học và thực tiễn cao, được tạo ra trên cơ sở năng lực Việt Nam nhưng dần tiếp cận được với công nghệ tiên tiến trên thế giới

Phần I Lời mở đầu

Việc nghiên cứu cơ bản, có định hướng để làm chủ công nghệ siêu cao tần (SCT) trở thành yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nhiệm vụ cải tiến, hiện

đại hoá, chế tạo Rađa quân sự trong điều kiện chiến tranh công nghệ cao

Việc ứng dụng rộng rãi vật liệu siêu cao tần trong kỹ thuật siêu cao tần

để nghiên cứu thiết kế, chế tạo các cấu kiện siêu cao tần như Isolator, Circulator và tải phối hợp dải sóng centimét sử dụng trong các đài rađa đang

được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng rộng rãi vì tính ưu việt của nó

• Các phép đo SCT gồm:

- Đo các tham số của vật liệu: độ từ thẩm, hằng số điện môi, tổn hao tangent…

- Đo các tham số truyền sóng: tổn hao đi qua, tổn hao phản hồi, phản xạ

• Các vật liệu SCT đang được ứng dụng phổ biến bao gồm:

- Vật liệu từ : Ferrit SCT,

- Vật liệu cách điện SCT : teflon, ceramic, alumina (oxid nhôm)

- Vật liệu hấp thụ SCT

Ferrit là vật liệu từ rất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật siêu cao tần Trên thế giới người ta đã ứng dụng ferrit vào thiết kế chế tạo các mạch không thuận nghịch thụ động siêu cao tần như: các bộ Isolator, các bộ di pha, Circulator, tải phối hợp, các bộ lọc tinh thể YIG vv… Công nghệ chế tạo ferrit về đại thể giống như công nghệ chế tạo gốm cao cấp Ferrit có các loại sau: ferrit từ mềm (Ni-Zn, Mn-Zn, ferrit có chu trình trễ hình chữ nhật…vv ) và ferrit Granat Ferrit granat đất hiếm được dùng nhiều trong

kỹ thuật siêu cao tần, chúng thoả mãn nhiều đòi hỏi khắt khe về đặc tính điện

từ

Trên thế giới rất nhiều công ty như các công ty Johason Technology, công ty AVX, công ty Anaren Microwave, công ty Lumex, công ty Minicircuits, công ty Synergy Microwave, công ty Avantech, Anritsu, công ty Agilent Technologies, công ty Alpha wire, công ty Trak Microwave, công ty Silicon Valley, công ty Hdcom, công ty Componentkit, công ty MAcom, công

ty sản xuát công nghệ cao Phaza… có bán các bộ Circulator, bộ Isolator, các

bộ di pha nhưng đa số làm việc với công suất bé, giá thành đắt và không bán

đơn chiếc

Vật liệu cách điện SCT như: teflon, ceramic, alumina (oxid nhôm) …

được ứng dụng để làm tấm cách điện trong kỹ thuật SCT và để chế tạo mạch vi dải và mạch dải vì chúng có đặc tính cách điện tốt và tổn hao tangent rất bé Vật liệu cách điện SCT còn được sử dụng để làm các vít điện môi để điều hưởng trong các mạch SCT, các vít điều chỉnh này rất chuyên dụng và phải mua theo đồng bộ với thiết bị

Vật liệu hấp thụ SCT được nghiên cứu ứng dụng để chế tạo các buồng hấp thụ sóng SCT, các tải hấp thụ hoặc tải phối hợp trở kháng, làm ổn định các bộ khuếch đại

Hệ thống rađa trong trang bị của quân đội ta hiện nay có số lượng lớn,

được trang bị cho các lực lượng PK- KQ, Hải quân, pháo binh, Biên phòng, Tăng thiết giáp, thuộc nhiều chủng loại, nhiều thế hệ công nghệ, do nhiều nước sản xuất Trong đó hầu hết thuộc thế hệ thứ nhất, kinh kiện đèn điện tử,

kỹ thuật tương tự (Analog), qua nhiều năm sử dụng, số giờ tích luỹ cao, đã xuống cấp nghiêm trọng, hệ số kỹ thuật thấp, tính năng chiến thuật giảm đáng

kể Một số loại rađa mới nhập với số lượng không nhiều, thuộc thế hệ thứ hai (sử dụng tín hiệu có cấu trúc phức tạp, thu nén xung, xử lý tối ưu…)

Qua nhiều năm sử dụng, số giờ tích luỹ cao lại chịu tác động của điều kiện nhiệt đới và khí hậu khắc nghiệt, chiến tranh ác liệt nên linh kiện biến chất, lão hóa nhanh, chất lượng rađa xuống cấp nghiêm trọng Đa số các đài rađa hiện có ở nước ta sử dụng cơ cấu chuyển mạch thu phát là các đèn cặp nhả

điện, chất lượng không đảm bảo, dẫn đến công suất lọt vào máy thu lớn gây tình trạng các đèn sóng chạy bị già nhanh hoặc giảm độ nhạy, hệ số tạp tăng, làm giảm khả năng phát hiện của đài và thường khuếch đại cao tần ở đầu vào máy thu bị hỏng rất nhiều không có vật tư thay thế Vì vậy nếu chúng ta nghiên cứu thiết kế chế tạo được các bộ Circulator công suất lớn để lắp vào

đầu vào máy thu rađa thay cho các đèn cặp nhả điện thì sẽ kéo dài tuổi thọ của máy thu, giải quyết được vấn đề thiếu vật tư thay thế

Để đáp ứng mục tiêu trên, tổ đề tài đã hợp tác với các đối tác nước ngoài,

đặc biệt với một số cơ sở sản xuất và cơ sở nghiên cứu của Liên bang Nga tiếp cận hợp lý, phương pháp nghiên cứu thiết kế hiệu quả Đề tài sẽ triển khai một số nội dung sau:

Hợp tác quốc tế nghiên cứu, tiếp thu làm chủ công nghệ chế tạo một số vật liệu từ của đối tác nước ngoài, tiếp cận các thiết bị, phương pháp đo đạc,

đánh giá các tham số kỹ thuật cơ bản của chúng

Tiếp thu quy trình công nghệ chế tạo vật liệu ferrit SCT ứng dụng vào việc thiết kế chế tạo các Isolator và Circulator ở dải sóng centimét

Thiết kế chế tạo các ống dẫn sóng, các cấu kiện điện tử của các bộ phân cách (Isolator), các bộ Circulator, các tải phối hợp trở kháng dải sóng siêu cao tần

Xây dựng quy trình đo, đánh giá tham số kỹ thuật các sản phẩm của đề tài

Sử dụng các thiết bị đo của phòng thí nghiệm rađa để đo đạc, hiệu chỉnh sản phẩm

Hoàn thiện sản phẩm, xây dựng qui trình công nghệ chế tạo sản phẩm và

điều kiện kỹ thuật nghiệm thu

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên chúng tôi xây dựng đề tài này nhằm đưa ra được sản phẩm có thể đưa vào ứng dụng đáp ứng được nhu cầu trước mắt của các đơn vị và các cơ sở sản xuất, lắp ráp điện tử và mở ra khả năng ta hoàn toàn chủ động trong việc thiết kế chế tạo các mạch tích hợp siêu

cao tần

Thông tin chung về đề tài

1 Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế

tạo các cấu kiện SCT như Isolator, Circulator và tải phối hợp dải sóng centimet

sử dụng trong các đài rađa

Địa chỉ cơ quan: Viện KH- CN Quân sự- Bộ Quốc Phòng,

Nghĩa Đô - Cầu Giấy - Hà Nội

8 Cơ quan chủ trì đề tài:

Tên tổ chức KH & CN: Viện KH- CN Quân sự

Địa chỉ: K800 Đường Hoàng Quốc Việt- Nghĩa Đô - Cầu Giấy - Hà Nội Điện thoại: 7564290 Fax:

9 Mục đích của đề tài:

- Tranh thủ hợp tác quốc tế để tiếp thu và làm chủ được công nghệ chế tạo vật liệu ferrit siêu cao tần ứng dụng vào thiết kế, chế tạo bộ phân cách (Isolator) ,

bộ mạch vòng (Circulator) và tải phối hợp dải sóng siêu cao tần

- Tranh thủ thông tin, bí quyết công nghệ về kỹ thuật siêu cao tần của bạn để tiếp thu và cải tiến công nghệ, góp phần nâng cao sức cạnh tranh các sản phẩm trong nước

- Tạo ra sản phẩm, phát huy được nội lực và tiết kiệm ngân sách

- Làm chủ công nghệ siêu cao tần

- Đào tạo được đội ngũ cán bộ nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển và nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật siêu cao tần phục vụ trực tiếp cho chương trình sản xuất rađa của Việt nam

10 Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan vật liệu SCT, thu thập tài liệu và các công trình đã có

liên quan đến đề tài; lựa chọn công nghệ của nước ngoài phù hợp với công nghệ Việt Nam nhằm tạo ra được sản phẩm có chất lượng cao có thể áp dụng trong thực tế

- Nghiên cứu vật liệu ferrit siêu cao tần và ứng dụng vào thiết kế chế tạo các

- Phối hợp với đối tác nước ngoài thiết kế chế tạo bộ Isolator

- Phối hợp với đối tác nước ngoài thiết kế chế tạo bộ Circulator

- Phối hợp với đối tác nước ngoài thiết kế chế tạo tải phối hợp trở kháng dải sóng SCT

- Sử dụng các thiết bị đo của PTN Rađa để đo đạc, hiệu chỉnh và lấy các đặc tr−ng của các sản phẩm

- Hoàn thiện sản phẩm

Nội dung cụ thể:

- Nghiên cứu tổng quan vật liệu SCT

- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ chế tạo vật liệu siêu cao tần

- Nghiên cứu các giải pháp thiết kế bộ Isolator

- Nghiên cứu các giải pháp thiết kế bộ Circulator

- Nghiên cứu các giải pháp thiết kế tải phối hợp trở kháng dải sóng SCT

- Thiết kế chế tạo 02 bộ Isolator

- Thiết kế chế tạo 02 bộ Circulator

- Thiết kế chế tạo 02 tải phối hợp trở kháng dải sóng SCT

11 Tiến độ thực hiện đề tài:

TT Các nội dung thực hiện chủ yếu

(Các mốc đánh giá chủ yếu)

Sản phẩm phải đạt Thời gian

1 Xây dựng Thuyết minh chi tiết

của đề tài

Bản thuyết minh đề tài 06/2006

2 Nghiên cứu tổng quan vật liệu

SCT

Báo cáo, nghiên cứu tổng quan vật liệu SCT

08/2006 11/2006

-3 Học tập trao đổi kinh nghiệm

với bạn về thiết kế, chế tạo

các cấu kiện siêu cao tần nh−

Circulator, Isolator và tải hấp

thụ sóng siêu cao tần

Một số tài liệu thiết kế , chế tạo các cấu kiện siêu cao tần nh− Circulator, Isolator và tải hấp thụ sóng siêu cao tần

11/2006

4 Nghiên cứu vật liệu ferrit siêu

cao tần và ứng dụng vào thiết

kế chế tạo các bộ Circulator

dải sóng SCT

Báo cáo, Bản vẽ thiết kế

kỹ thuật của bộ Circulator dải sóng SCT

3/2007

11/2006-5 Cử đoàn sang tiếp thu công

nghệ chế tạo các cấu kiện

siêu cao tần nh− Circulator,

Isolator và tải hấp thụ sóng

siêu cao tần

Qui trình công nghệ chế tạo vật liệu ferrit siêu cao tần và các cấu kiện siêu cao tần

3/2007 5/2007

-6 Nghiên cứu vật liệu hấp thụ Báo cáo, Bản vẽ thiết kế

5/2007-SCT và ứng dụng vào thiết kế

chế tạo các tải phối hợp trở

kháng dải sóng SCT

kỹ thuật các tải phối hợp trở kháng dải sóng SCT

6/2007

7 Nghiên cứu vật liệu ferrit siêu

cao tần và ứng dụng vào thiết

kế chế tạo các bộ Circulator

dải sóng SCT

Báo cáo, Bản vẽ thiết kế

kỹ thuật của bộ Circulator dải sóng SCT

8/2007

6/2006-8 Chế tạo thử bộ phân cách

(Isolator) dải sóng SCT

Bộ phân cách (Isolator) dải sóng 10cm

11/2007

08/2007-9 Chế tạo thử bộ mạch vòng

(Circulator) dải sóng SCT

Bộ mạch vòng (Circulator) dải sóng 3cm

02/2008

11/2007-10 Chế tạo thử các tải phối hợp

trở kháng dải sóng SCT

Tải phối hợp trở kháng dải sóng 3cm

02/2008 04/2008

-11 Đo đạc hiệu chỉnh sản phẩm

trong phòng thí nghiệm

04/2008

13 Biên soạn các tài liệu kỹ thuật

và kết quả thực hiện đề tài

5/2008-

7/2008

12 Về các yêu cầu khoa học và chỉ tiêu cơ bản của các sản phẩm

Ghi chú

Nguyªn, vËt liÖu, n¨ng l−îng

ThiÕt

bÞ, m¸y mãc

X©y dùng, söa ch÷a nhá

Chi kh¸c

2 Vèn tÝn dông

3 Vèn tù cã

4 Thu håi

Phần II Nội dung CHíNH CủA BáO CáO

I Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước

và trong nước

1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

Kỹ thuật siêu cao tần ngày nay đã và đang được phát triển mạnh mẽ,

được nhiều nước quan tâm nghiên cứu và được ứng dụng ngày càng nhiều trong kinh tế cũng như trong quân sự

Việc sử dụng công nghệ vật liệu siêu cao tần Isolator, Circulator và tải phối hợp là thiết bị SCT được sử dụng rộng rãi trong máy thu của các đài rađa Isolator, Circulator là bộ phân cách và mạch vòng được lắp ở đầu vào/ra của các bộ khuếch đại tạp thấp và đầu ra của máy phát để nhằm bảo vệ các bộ khuếch đại và máy phát làm việc được ổn định và làm tăng tuổi thọ của các thiết bị Đối với các thiết bị vô tuyến điện tử cũng đang được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng rộng rãi vì tính ưu việt và lĩnh vực ứng dụng rộng rãi của nó

Ngày nay việc sản xuất các Isolator, Circulator đang được các nước như Nga, Hàn Quốc, Trung Quốc, Hungary tổ chức sản xuất và đưa vào ứng dụng trong lĩnh vực phát triển điện tử rất thành công

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Nhận thấy tầm quan trọng phát triển kỹ thuật siêu cao tần, gần đây Nhà nước ta đã quyết định đầu tư xây dựng Phòng thí nghiệm kỹ thuật siêu cao tần

và quang điện tử tại Viện KH-CN Quân sự Bộ quốc phòng

Nước ta đã được trang bị nhiều loại rađa trong các dải sóng khác nhau: rađa sóng mét, sóng decimet, sóng centimet bao gồm các chức năng cảnh giới, dẫn đường, ngắm bắn, điều khiển, khí tượng Tất cả các loại rađa trên trừ một

số ít mới trang bị còn đều trang bị từ những năm 60 Hiện nay chúng ta có gần

30 loại đài rađa khác nhau, hầu hết là thế hệ điện tử, sản xuất từ những năm 60-70 tại Liên xô (cũ), Trung quốc Qua nhiều năm sử dụng, số giờ tích luỹ cao lại chịu tác động của điều kiện nhiệt đới và khí hậu khắc nghiệt, chiến tranh ác liệt nên linh kiện biến chất, lão hóa nhanh, chất lượng rađa xuống cấp nghiêm trọng Vật tư linh kiện thay thế, nhất là một số linh kiện siêu cao tần không sản xuất nữa Trước tình hình đó đặt ra nhu cầu phải nghiên cứu thiết

kế chế tạo các bộ khuếch đại tạp thấp, các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần

để có vật tư thay thế nhằm phục vụ cho công tác khôi phục sửa chữa, cải tiến

và sản xuất các đài rađa

ở trong nước ta có một số cơ sở nghiên cứu đã và đang tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo các vật liệu siêu cao tần dùng cho các máy thông tin như Nhà máy M1, nhưng hiện tại ở tần số cao nhất mới chỉ 80MHz Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội cũng đã tiến hành sản xuất Nam châm đất hiếm dùng ở tần số UHF

Tuy nhiên cho đến nay ở Việt nam có rất it cơ sở đầu tư nghiên cứu cơ bản và có hệ thống vào thiết kế chế tạo các mạch tích hợp thụ động và vật liệu siêu cao tần và bán dẫn hoá toàn bộ tuyến thu cao tần của một đài rađa Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới để thiết kế chế tạo các bộ Isolator, Circulator, bộ tải phối hợp siêu cao tần ứng dụng vào bảo vệ toàn bộ tuyến thu cao tần của một đài rađa để nâng cao độ bền, độ an toàn máy thu của đài rađa là rất cần thiết

Ngoài ra, việc nghiên cứu cơ bản, có định hướng để làm chủ công nghệ SCT trở thành yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nhiệm vụ cải tiến, hiện đại hoá, chế tạo Rađa quân sự trong điều kiện chiến tranh công nghệ cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên chúng tôi xây dựng đề tài này nhằm đưa ra được sản phẩm có thể đưa vào ứng dụng đáp ứng được nhu cầu trước mắt của các cơ sở lắp ráp, sản xuất các thiết bị điện tử và mở ra khả năng ta hoàn toàn chủ động trong việc thiết kế chế tạo các mạch tích hợp thụ

động SCT (bộ Isolator, Circulator, bộ tải phối hợp trở kháng siêu cao tần)

+ Về cơ sở vật chất:

- Viện KH- CNQS vừa được đầu tư hệ thống gia công mạch dải ProtoLazer có khả năng gia công cả bằng đầu cơ khí và đầu lazer cho phép gia công được cả mạch dải alumina va mạch gốm ceramic

- Viện KH- CNQS vừa được đầu tư hệ thống lắp ráp và hàn dán linh kiện SMD cùng hệ thống mạ xuyên lỗ, làm mạch in nhiều lớp

- Viên KH- CNQS có PTN Siêu cao tần (nay gọi là PTN Rađa) có nhiều trang thiết bị hiện đại có khả năng đo kiểm và hiệu chỉnh các mạch SCT (có máy phân tích mạng vectơ dải tần làm việc đến 20GHz có khả năng đo các tham số

tán xạ S của linh kiện và đo hằng số điện môi của vật liệu để phục vụ cho

công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo)

Căn cứ vào nhu cầu cấp bách và khả năng kỹ thuật, khả năng công nghệ của ta, chúng tôi đã chọn đối tượng nghiên cứu của đề tài gồm 2 phần phối hợp với phía đối tác nghiên cứu và học tập phía nước ngoài về công nghệ chế tạo vật liệu SCT, cách tổ chức sản xuất, định hướng sản phẩm và nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ thụ động siêu cao tần Isolator, Circulator, tải phối hợp siêu cao tần

• Nghiên cứu thiết kế chế tạo 02 bộ Isolator ở 2 dải tần số khác nhau

• Nghiên cứu thiết kế chế tạo 02 bộ Circulator ở 2 dải tần số khác nhau

• Nghiên cứu thiết kế chế tạo 02 tải phối hợp trở kháng SCT

2.2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật đã sử dụng

Căn cứ kết quả nghiên cứu tổng quan các tài liệu, sau thời gian phối hợp, trao đổi và thăm các cơ sở sản xuất của một số nước và công trình đã có liên quan đến đề tài, chọn phương pháp thiết kế và giải pháp công nghệ tiên tiến của nước ngoài phù hợp với công nghệ Việt Nam nhằm tạo ra được sản phẩm

có chất lượng cao có thể áp dụng trong thực tế

Kế thừa các kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án liên quan đến đề tài

đã được thực hiện từ trước đến nay

Lựa chọn mạch dải phù hợp (cả về tính năng kỹ thuật và khả năng công nghệ của nước ta) và lựa chọn linh kiện gắn bề mặt đáp ứng các yêu cầu tính năng kỹ thuật đề ra để thiết kế chế tạo các mạch tích hợp thụ động SCT và các mạch tích hợp tích cực SCT

Nghiên cứu thiết kế các mạch tích hợp thụ động SCT, dựa vào các tham

số tán xạ S tính toán các mạch phối hợp trở kháng vào/ ra, thiết kế và mô phỏng mạch trên máy tính Từ đó đưa ra được phương pháp thiết kế, cách chọn các mẫu ferrit SCT, tính toán điều hưởng mạch tuyến tính, phi tuyến SCT

và đưa ra kích thước hình học của mạch sản phẩm để có thể gia công phần cơ khí tại trung tâm cơ khí chính xác của Viện KH – CN Quân sự

Sử dụng các thiết bị hiện đại của Phòng thí nghiệm Rađa (máy phân tích mạng vectơ HP8720D, máy đo tổng hợp siêu cao tần Marconi 6200B, máy

đếm tần HP 5361B, máy phân tích phổ HP 8593E, máy đo hệ số tạp và các bộ dụng cụ chuẩn, các đầu chuyển đổi, cáp cao tần vv ) để đo đạc, hiệu chỉnh và

đánh giá chất lượng sản phẩm

2.3 Kỹ thuật đã sử dụng:

• Kỹ thuật siêu cao tần và kỹ thuật hệ thống rađa

• Kỹ thuật gia công cơ khí chính xác

• Kỹ thuật lắp ráp và hàn dán linh phụ kiện

• Kỹ thuật đo siêu cao tần

2.4 Tính mới, tính độc đáo của đề tài:

Lần đầu tiên ở Việt nam việc nghiên cứu phát triển và nghiên cứu ứng dụng công nghệ siêu cao tần được tiến hành một cách cơ bản, có hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế chế tạo các thiết bị siêu cao tần nói chung và rađa nói riêng

Lần đầu tiên trong Quân đội việc thiết kế các mạch SCT được tiến hành sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng ADS ưu điểm của phương pháp thiết kế này là nhanh hơn và tiết kiệm được thời gian, vật tư và công sức để cho ra sản phẩm có chất lượng cao hơn so với phương pháp thiết kế thông thường

Sản phẩm của đề tài mang tính khoa học và thực tiễn cao, được tạo ra trên cơ sở năng lực Việt Nam nhưng dần tiếp cận được với công nghệ tiên tiến trên thế giới và trong tương lai có thể phát triển cho các đài rađa khác, phục vụ cho công tác phai thác, cải tiến, hiện đại hoá và thiết kế chế tạo rađa mới

III Những nội dung đ∙ thực hiện 3.1 Đối với nghiên cứu lý thuyết:

Các sản phẩm đã thực hiện (có kèm theo như một thành phần hồ sơ của

đề tài):

- Sản phẩm thứ nhất: Báo cáo khoa học Nghiên cứu vật liệu siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu kiện siêu cao tần

- Sản phẩm thứ hai: Báo cáo khoa học Nghiên cứu các giải pháp thiết kế các

bộ Isolator, Circulator, tải phối hợp trở kháng siêu cao tần

- Sản phẩm thứ ba: Báo cáo khoa học Nghiên cứu đề án lộ trình tiếp thu

chuyển giao công nghệ chế tạo các cấu kiện siêu cao tần

- Sản phẩm thứ t−: Báo cáo khoa học tổng kết Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu

siêu cao tần vào thiết kế chế tạo các cấu kiện SCT nh− Isolator, Circulator và

tải phối hợp dải sóng centimet sử dụng trong các đài rađa

- Sản phẩm thứ năm: Xây dựng 2 tiêu chuẩn Quân sự TQSB và đã đ−ợc ban

Kết qủa đạt đ−ợc về đào tạo:

3 02 l−ợt cán bộ tham quan và học hỏi kinh nghiệm tại Liên bang Nga và 01

l−ợt cán bộ tham quan và học hỏi kinh nghiệm tại Hàn Quốc

3.2 Đối với công việc nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm:

Đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công toàn bộ:

- 02 bộ Circulator ở hai dải tần số khác nhau

- 02 bộ Isolator ở hai dải tần số khác nhau

- 02 bộ tải phối hợp siêu cao tần ở hai dải tần số khác nhau

3.3 Các tài liệu kèm theo sản phẩm gồm:

- Báo cáo khoa học lý thuyết và ứng dụng hệ thống ferrit ở dải sóng siêu cao

tần

- Báo cáo khoa học về đề án lộ trình tiếp thu chuyển giao công nghệ chế tạo

các cấu kiện siêu cao tần

- Báo cáo khoa học Nghiên cứu nguyên lý thiết kế chế tạo các cấu kiện siêu

cao tần Circulator, Isolator, tải phối hợp trở kháng siêu cao tần

3.4 Hình ảnh các sản phẩm của đề tài:

3.5 Nghiên cứu thiết kế chế tạo các sản phẩm của đề tài

Circulator, Isolator, tải hấp thụ phối hợp trở khỏng là những thành phần quan trọng trong cỏc hệ thống siờu cao tần cụng suất cao và cỏc mạng anten trong đú năng lượng được truyền đi cú hướng hoặc được hấp thụ khụng cú năng lượng phản hồi Thiết kế Circulator, Isolator thường theo cỏch sử dụng cỏc mụ hỡnh được nghiờn cứu kỹ dựa trờn phương trỡnh điển hỡnh được đưa ra bởi Bosma Hai phương trỡnh này cung cấp cơ sở cho sự phỏt triển cỏc mụ hỡnh Circulator, Isolator tần số cao

Để sự lan truyền tớn hiệu xảy ra thỡ hai phương trỡnh cơ sở phải được thoả món đồng thời

Hai phương trình này nhận được từ sự giải trường điện từ cho một sự lan truyền hoàn toàn được đưa ra bởi Bosma Các thông số P,M và N được xác định như sau:

trong đó Ψ là góc hợp lại 1 nửa ở bất kì một cổng và:

trong đó Jn đưa ra các hàm Bessel của loại đầu tiên bậc n

s là hằng số truyền sóng, ε r = hằng số điện môi,

f = tần số,

c = vận tốc ánh sáng,

là độ từ thẩm cho các thông số µ and κ được đưa ra bởi Polder

Thông số Q được xác định sau:

Trong đú cỏc thụng số Zd và Zeff theo thứ tự là trở khỏng đặc tớnh bờn ngoài ở cỏc cổng Circulator, Isolator và trở khỏng đặc tớnh ferrit từ Nguyên lý làm việc của các Isolator, Circulator dựa trên hiện tượng hấp thụ không đồng thời khi quá trình cộng hưởng sắt nhiễm từ xảy ra Các Isolator, Circulator là các

đoạn ống dẫn sóng hình chữ nhật, trong đó có các mẫu ferrit được tác động bởi từ trường do nam châm 1 chiều tạo ra

Các tham số cơ bản của các Isolator, Circulator là độ phân cách của các sóng ngược và tổn hao của sóng theo hướng thuận, hệ số sóng đứng trong dải tần làm việc Ngoài các tham số này, các tham số về nhiệt độ, công suất tới hạn của sóng ngược, Tần số làm việc trung tâm, Dải tần làm việc, kích thước

và trọng lượng đặc trưng cho nam châm 1 chiều cũng là các tham số hết sức quan trọng của các Isolator, Circulator Phụ thuộc vào việc các Isolator, Circulator được sử dụng cho trường hợp nào, người ta sẽ sử dụng các ferrit có các tham số phù hợp

Các tham số và các đặc tính trên cho phép đánh giá khả năng sử dụng của Isolator, Circulator trong các thiết bị cụ thể ở các chế độ sử dụng nhất định Tần số trung tâm của dải (MHz) và độ rộng dải (% hoặc MHz), xác định dải tần làm việc của các bộ Isolator và các bộ Circulator hay nói cách khác là dải tần số, trong đó các tham số cơ bản vẫn nằm trong dải, đây là các tham số

kỹ thuật, đặt ra cho các bộ Isolator và Circulator Trong dải này ta cũng thực hiện kiểm tra giá trị các tham số cơ bản có đáp ứng được các yêu cầu hay không Việc kiểm tra các tham số của hệ thống ferrit để đánh giá chất lượng hiệu chỉnh của một hệ thống ferrit cũng được thực hiện tại tần số trung tâm

Đối với một số Circulator vòng dải hẹp có dải thông từ 3 – 7%, đặc tuyến tần

số thường đối xứng qua tần số trung tâm

Việc đảm bảo tính đối xứng của đặc tuyến tần số, hay nói cách khác để nhận được các tham số có giá trị giống nhau ở các tần số biên khi có một lượng dự trữ về giá trị của chúng ở tần số trung tâm sẽ xác định tính ổn định của các tham số trong 1 dải cho trước khi có các yếu tố khí hậu ảnh hưởng

Đặc tuyến tần số của các bộ Isolator và các bộ Circulator có dải thông từ 7 - 10% thường có dạng sóng

Việc tín hiệu bị suy giảm khi nó đi qua Isolator ở các hướng tới và hướng phản xạ được gọi tương ứng là tổn hao chèn ở hướng tới (tổn hao đi qua) và suy giảm ở hướng phản xạ Tổn hao chèn và suy giảm đặc chưng cho lượng công suất bị mất ở đầu ra của Isolator so với mức công suất đầu vào ở hướng tới và hướng phản xạ của đường truyền Công suất tổn hao chung này có đơn

vị là dB và được tính theo công thức sau đây:

10 lg ,

r

v th

P

P

=

α {dB} (3)

Trong đó Pv – công suất đầu vào

Pr – công suất đầu ra

Tổn hao chèn của tín hiệu ở hướng tới là tổn hao tản mát sóng điện từ, còn tổn hao khi phản xạ là tổn hao do các mẫu ferrit, các linh kiện điện môi và

đường truyền gây nên do trường bị suy giảm trên các thành ống dẫn sóng Khi ta lựa chọn kích thước mặt cắt ống dẫn sóng đúng, do đó tổn hao trên các thành của ống sóng nhỏ (cỡ 0,05-0,1 dB/m) hoặc khi các bộ Isolator được chế tạo dưới dạng các đoạn ống sóng ngắn (từ vài cm đến vài dm) thì công năng lượng tín hiệu tổn hao tổng trong các chi tiết ferrit và điện môi sẽ giảm

từ 1 đến 2 lần Một điều cần hết sức lưu ý là khi thiết kế, chế tạo và cả trong quá trình sử dụng cần phải chú ý tới chất lượng (độ nhẵn), trạng thái và chất liệu phủ của các thành ống dẫn sóng Nếu ống dẫn sóng gia công với chất lượng kém thì trong quá trình sử dụng sẽ dẫn đến rất nhiều tổn hao

Tổn hao điện môi trong ferrit và trong các chất điện môi được đặc trưng bởi góc tangen tổn hao điện môi ( )tgδ và được xác định bằng các tính chất của vật liệu Đối với các chất điện môi cao tần, đại lượng ( )tgδ không vượt quá10-3, còn với ferrit cao tần, không quá 10-2 Giá trị tổn hao điện môi trong phần lớn các hệ thống ferrit dao động trong khoảng từ 0,05 đến 0,2 dB

Tổn hao đi qua do tổn hao trong ferrit tạo ra, các tổn hao này xuất hiện

do hiện tượng cộng hưởng từ hoá hấp thụ Khi thiết kế các hệ thống Isolator, Circulator, vùng làm việc được lựa chọn trước hoặc sau vùng cộng hưởng Nguyên nhân gây tổn hao trong các bộ Circulator cũng hoàn toàn tương

tự như trong các bộ Isolator Tuy nhiên, trong các bộ Circulator còn có các tổn hao phụ do năng lượng bị tiêu tán trong một số nhánh không được cách ly hoàn toàn khỏi nhánh đầu vào

Tổn hao ngược của các Isolator được xác định bằng sự suy giảm của tín hiệu ở đầu ra so với đầu vào Giá trị tổn hao ngược của từng loại Isolator khác nhau có giá trị khác nhau và phụ thuộc vào nguyên lý hoạt động và cấu trúc của mỗi loại Về nguyên tắc, giá trị này thường là 20 dB, song cũng có thể dao

động trong khoảng từ 15 – 40 dB hoặc lớn hơn

Đối với các bộ Circulator tham số tổn hao ngược được gọi là độ phân cách giữa các nhánh được truyền sống điện từ với các nhánh không truyền sóng điện từ

Một tham số quan trọng nữa là hệ số sóng chạy theo điện áp, tham số này

đặc trưng cho giá trị công suất phản xạ trong hệ thống Circulator Hiện tượng phản xạ năng lượng sóng điện từ từ tải xảy ra khi trở kháng tảiZ H và trở kháng

đường truyền Z C không bằng nhau (bất phối hợp trở kháng) Hệ số này được tính theo công thức sau đây:

C H

C H Z Z

Z Z G

sự khác nhau về trở kháng ở vùng tiếp giáp giữa thành ống sóng và các thiết

bị, chi tiết ferrit và điện môi Qua tham số Γ ta có thể xác định được hệ số sóng đứng theo điện áp:

G

G HSSD

ư

+

= 1

1

(5)

Để thoả mãn giá trị hệ số sóng đứng theo điện áp cho trước khi thiết kế, chế tạo các hệ thống ferrit cao tần, người ta sử dụng phương pháp phối hợp dải rộng Trong các bộ Circulator, các bộ Isolator cộng hưởng, các bộ Isolator trường hỗn hợp, các chi tiết, thiết bị ferrit và điện môi được đặt xiên với mục

đích chuyển dịch từ từ từ môi trường ống dẫn sóng sang môi trường điện môi Trong các Circulator hình cầu người ta sử dụng rộng rãi các ống lót có chức năng như các biến trở phối hợp Tuy nhiên, ngay cả các thiết bị ferrit được phối hợp tốt cũng xuất hiện phản xạ lớn do sự dịch chuyển của ống sóng với nhau ở các khớp nối, do các mối hàn không đồng nhất trong ống dẫn sóng Trong các trường hợp không phối hợp phụ kể trên có thể cho các giá trị hệ số phản xạ điện áp là 1,1 (đặc biệt là trong các đường truyền đồng trục) Đây là một giá trị lớn, do vậy khi đo các tham số và gá lắp các chi tiết, thiết bị ferrit

cần phải chú ý đặc biệt tới các điểm nối, các mối hàn trong ống dẫn sóng và cáp đồng trục

ở mức công suất cao, trong cấu trúc của các hệ thống ferrit cần thiết phải

sử dụng các phương pháp đặc biệt để loại trừ các hiệu ứng, các hiện tượng không mong muốn, ảnh hưởng tới chế độ làm việc bình thường của các hệ thống ferrit Về nguyên tắc, trong các hệ thống ferrit siêu cao tần công suất cao, cần phải sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức (bằng chất lỏng hoặc bằng không khí) Ngoài ra, ở mức công suất cao có thể xuất hiện các hiệu ứng phi tuyến trong ferrit, các hiệu ứng này sẽ làm tổn hao tăng lên Do vậy, các

hệ thống này khi được thiết kế, chế tạo cần phải tính đến khả năng không xuất hiện các hiệu ứng không mong muốn khi mức công suất tác động cao

Để thiết kế chế tạo được các bộ Isolator, Circulator, tải hấp thụ phối hợp trở kháng ở tần số cao sử dụng cho các đài rađa trong lĩnh vực đề tài đã xây dựng các báo cáo khoa học lý thuyết và ứng dụng hệ thống ferrit ở dải sóng siêu cao tần, báo cáo khoa học về đề án lộ trình tiếp thu chuyển giao công nghệ chế tạo các cấu kiện siêu cao tần, báo cáo khoa học Nghiên cứu nguyên

lý thiết kế chế tạo các cấu kiện siêu cao tần Circulator, Isolator, tải phối hợp trở kháng siêu cao tần

1 Báo cáo khoa học lý thuyết và ứng dụng hệ thống ferrit ở dải sóng siêu cao tần được xây dựng trên cơ sở 7 chương Trong báo cáo đã đi sâu nghiên cứu các tính chất, nguyên lý hoạt động, công dụng và phân loại các hệ thống ferrit siêu cao tần (SCT)

Ferrit là chất từ hoá có điện trở riêng rất lớn và cũng chính nhờ đặc điểm này mà chúng được sử dụng rộng rãi trong ở dải siêu cao tần

Trên thực tế, các tính chất của ferrit phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể Ferrit đơn tinh thể là các tinh thể đơn, trong khi ferrit đa tinh thể có cấu tạo từ các tinh thể riêng lẻ, định hướng một cách ngẫu nhiên trong không gian

Ferrit đa tinh thể được chế tạo tương tự như gốm siêu cao tần Ôxit của kim loại phù hợp được nghiền nhỏ và trộn với chất hoá dẻo Tiếp theo, chất này được nung ở nhiệt độ 1000 – 14000C trong môi trường khí ôxi hoặc trong môi trường khí trơ (tuỳ thuộc vào các yêu cầu đã đặt ra đối với ferrit) Công

đoạn cuối là mài nhẵn và đánh bóng vật liệu này Cũng như gốm siêu cao tần, ferrit có điện trở riêng rất lớn, trong dải từ 102 – 106 Ohm.cm và điện trở này phụ thuộc vào điều kiện chế tạo vào các chất tạo nên ferrit Chính vì vậy, ở dải

siêu cao tần, ferrit có tổ hao điện môi (tổn hao tgβ = 10 ư2ư 10 ư4) rất nhỏ Đại lượng hằng số điện môi tương đối của phần lớn ferrit ở vào khoảng 10 - 15,

đại lượng này cũng phụ thuộc vào thành phần của ferrit cũng như các điều kiện chế tạo nó

Khi chưa có từ trường một chiều hay nói cách khác khi chưa được từ hoá, sắt từ là tập hợp các vùng nhỏ có kích thước cỡ 10-3 mm (còn gọi là các miền) Bên trong các miền này, các mô men từ của các electron có cùng hướng và các tinh thể tự nhiên được từ hoá đến mức bão hoà Nói cách khác, các hạt cơ bản của sắt từ có mức từ hoá và các mô men từ riêng, khi không có từ trường bên ngoài Nếu ta đưa ferrit vào từ trường một chiều, khi đó ranh giới giữa các miền sẽ bị mất đi, các mô men từ lúc này sẽ cùng hướng với hướng của từ trường một chiều Đồng thời khi đó ferrit đặc trưng cho độ từ hoá của mẫu ferrit, còn khi đã đủ lớn và đại lượng từ hoá của ferrit không phụ thuộc vào độ lớn của từ trường một chiều, thời điểm này được gọi là thời điểm từ hoá bão hoà M0

Đại lượng từ hoá bão hoà của ferrit phụ thuộc vào nhiệt độ (về nguyên tắc

đại lượng này sẽ giảm khi nhiệt độ tăng) ở nhiệt độ đủ cao, các dao động nhiệt sẽ phá huỷ hoàn toàn định hướng đồng nhất các mô men từ của các electron, làm mất tính từ hoá của các miền và cuối cùng là tính từ hoá của ferrit Nhiệt độ nhỏ nhất mà tại đó, ferrit mất tính từ hoá gọi là nhiệt độ Quyri Các tính chất quan trọng nhất của ferrit, cho phép sử dụng chúng trong dải siêu cao tần để chế tạo các bộ phân cách (Isolator), mạch vòng (Circulator), các bộ quay pha và nhiều dụng cụ, thiết bị cao tần khác có liên quan đến các tính chất hồi chuyển các mô men từ của các electron Nếu đưa ferrit vào từ trường một chiều H0 thì hướng vectơ từ hoá của ferrit M0 trùng với chiều của từ trường một chiều Nếu đặt vuông góc với từ trường một chiều một trường xoay chiều có giá trị nhỏ h( )ω , khi đó mức từ hoá sẽ bị thay đổi và xuất hiện thành phần cao tần m( )ω Véctơ từ hoá bắt đầu hồi chuyển theo hướng của từ trường một chiều, hướng hồi chuyển của véctơ từ hoá sẽ trùng với hướng kim đồng hồ nếu quan sát theo hướng của từ trường một chiều Dễ dàng có thể thấy trong trường hợp này, cùng với thành phần từ hoá xoay chiều, trùng với hướng của trường xoay chiều h( )ω (trong trường hợp của

chúng ta là trục x), sẽ xuất hiện một thành phần từ hoá nữa, vuông góc với hướng này

Quá trình hồi chuyển của véctơ từ hoá diễn ra với tần số ω = ω0 = γH0, trong đó H0 là từ trường một chiều có đơn vị là estred, γ - tỷ số hồi chuyển,

được gọi là hệ số tỷ lệ thuận bằng 2,8 MHz/e

Các tính chất của ferrit phụ thuộc rất nhiều vào mức độ liền kề nhau giữa tần số hồi chuyển và tần số của từ trường xoay chiều tác động vào Các tính chất này có thể được mô tả qua khái niệm tenxơ độ từ thẩm

Từ trường xoay chiều đồng nhất, tác động vào mẫu ferrit đến mức bão hoà trùng với từ thông trong ferrit Biểu thức đối với các thành phần từ thông

do Ponder phát minh lần đầu tiên và được mô tả như sau:

0 0

à à

Các thành phần này phụ thuộc vào tần số của từ trường xoay chiều, cường

độ của từ trường một chiều và độ từ hoá của ferrit:

t H

M k

M

γ ω

ω ω

ω γ

ω ω

ω γ à à

2 2 0

0 0

Trong đó: à0 - độ từ thẩm của không gian tự do;

γ - tỷ số hồi chuyển, nói cách khác đây là tỷ số mô men từ của electron với mô men cơ khí của nó

H i- từ trường một chiều bên trong, hướng theo trục z

Đại lượng H i xác định từ trường, tác động bên trong mẫu Nó có thể được tính theo các bảng thống kê từ trường và phụ thuộc vào mãu ferrit Sự phụ thuộc này được biểu đạt dưới dạng các hằng số, được gọi là các hằng số khử

từ

Độ từ hoá M là hiệu Bư àH, trong đó B là từ thông Đối với ferrit có độ

từ hoá đến mức bão hoà, đại lượng này bằng đại lượng từ hoá bão hoà à0 Đại lượng ω0 là tần số hồi chuyển của electron trong từ trường một chiều H i Khi

đó, cần lưu ý rằng mô men từ và mô men cơ học của điện tử nằm ở các hướng ngược nhau, do đó γ là đại lượng có giá trị âm

Do tính chất tenxơ của từ thẩm ferrit, từ trường xoay chiều theo trục x sẽ tạo ra các thành phần từ thông xoay chiều vừa hướng theo trục x vừa hướng theo trục Giá trị của thành phần k tenxơ của độ từ thẩm cho thấy mức độ quan hệ giữa sóng điện từ với phân cực vuông góc của từ trường và cho biết khả năng trao đổi năng lượng giữa các sóng này

Khái niệm tenxơ độ từ thẩm của ferrit giúp thuận tiện khi thực hiện các phép tính về điện động học và được sử dụng để giải thích hàng loạt các hiệu ứng trong đường truyền sóng có chứa ferrit Tuy nhiên, đối với cácc sóng có phân cực tròn của từ trường xoay chiều cũng có thể tìm được biểu thức vô hướng đối với từ thẩm

Giả sử trong ferrit có phân cực tròn và phân cực này quay theo chiều kim

đồng hồ (quay về bên phải), nếu quan sát theo chiều từ trường một chiều Véctơ từ trường xoay chiều được ký hiệu là H ph Khi đó:

x x

h k j b

h k b

) (

) (

Các thành phần này sẽ tạo ra véctơ từ thông, có phân cực tròn theo chiều kim đồng hồ Ta ký hiệu nó là b ph

Đối với các sóng phân cực tròn có hướng quay ngược lại, véctơ từ trường của chúng ta ký hiệu là b tr, ta có:

x y

x x

x y

h k j b

h k b

jh h

) (

) ( +

Như vậy, chúng ta đã nhận được véctơ từ thông b tr quay ngược chiều kim

đồng hồ

Có thể thấy rằng, đối với sóng phân cực tròn, từ thẩm xác định mối quan

hệ giữa các véctơ trường và từ thông được biểu diễn qua các đại lượng vô hướng ở các biểu thức sau đây:

ω ω

γ à à

M k

h

b qp qp

ω ω

γ à à

à

+

ư

= +

=

=

0 0 qt

M k

h

b qt qt

Từ các biểu thức trên, rõ ràng rằng đối với các sóng quay phải, khi tần số của từ trường xoay chiều trùng với tần số hồi chuyển, đại lượng àphsẽ tiến tới vô cùng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cộng hưởng sắt từ Trên hình

1, hiệu ứng này tương ứng với điểm nghiêng cực đại của véctơ mômen từ (M0)

so với hướng của từ trường 1 chiều (H0)

Tuy nhiên, trong các ferrit luôn có một vài tổn hao Để chứng minh, ta giả sử chúng là các “lực ma sát”, cản trở sợ hồi chuyển của véctơ từ hoá quanh hướng của từ trường 1 chiều Trên hình 1 các lực này sẽ hạn chế dao động của véctơ bằng ở 1 góc nhất định Còn đối với từ thẩm àphthì tính đến tổn hao có thể coi nó là đại lượng phức và trong quá trình cộng hưởng sắt từ, nó không tiến đến vô cùng

Tuy các biểu thức đưa ra ở trên chưa tính đến tổn hao, tại điểm cộng hưởng sắt từ phần thực của từ thẩm (à') không tiến đến vô cùng Phần ảo tổn hao từ thẩm (à'') sẽ đạt giá trị lớn nhất khi cộng hưởng

Để bảo toàn tính hồi chuyển khi có tổn hao cần phải có năng lượng Năng lượng này được lấy từ trường điện từ xoay chiều để vượt qua khái niệm “lực

ma sát” đã nói ở trên và phân bố trong ferrit dưới dạng nhiệt Nói cách khác,

khi cộng hưởng sắt từ, ferrit luôn hấp thụ năng lượng điện từ Giá trị công suất

điện từ hấp thụ tỷ lệ thuận với à'' và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nữa, trong đó đầu tiên phải kể đến là vật liệu chế tạo ferrit

Chất lượng của ferrit có thể được đánh giá qua độ rộng đường cong cộng hưởng 2 ∆H tính ở mức 0,5 mức công suất hấp thụ cực đại Giá trị 2 ∆H càng nhỏ thì năng lượng điện từ bị hấp thụ bởi ferrit càng lớn (ở các điều kiện cân bằng vững) Độ rộng đường cong cộng hưởng cũng phụ thuộc vào nhiều yếu

tố (kích thước và hình dạng của mẫu ferrit, trong đó , chất lượng xử lý bề mặt của mẫu, dải tần làm việc) Các ferrit dạng đơn tinh thể itri có độ rộng đường

cong cộng hưởng lớn nhất 2 ∆H = 0 , 3 ư 0 , 5e Đây là giá trị nhận được đối với mẫu hình cầu có đường kính 0,5 – 0,8 mm, được mài nhẵn và làm việc ở dải sóng 3 cm Các ferrit đa tinh thể thường có độ rộng đường cong cộng hưởng từ

30 – 40 đến 800 – 1000 e

Hiện tượng cộng hưởng sắt từ phải được tính đến trong quá trình chế tạo các thiết bị, công cụ ferrit siêu cao tần Trong trường hợp cần phải có mức tổn hao lớn thì cần phải làm việc gần vùng cộng hưởng ví dụ như các bộ ventil cộng hưởng Còn ở phần lớn các trường hợp khác, khi cần thiết phải có mức tổn hao nhỏ thì cần phải làm việc trong từ trường một chiều, càng xa vùng cộng hưởng càng tốt

Tuy nhiên, ngay cả trong các trường cách xa vùng cộng hưởng, tổn hao trong các hệ thống, thiết bị và dụng cụ ferrit cao tần tăng nhanh khi tăng mức công suất Tổn hao này có liên quan tới sự hình thành các dao động từ hoá không đồng nhất với bước sóng rất nhỏ Do biên độ sóng đứng phụ thuộc vào giá trị công suất, hiệu ứng này được coi là phi tuyến và tổn hao trong các hệ thống ferrit ở mức công suất cao cao hơn rất nhiều so với ở mức công suất thấp

Nghiên cứu các tính chất của ferrit đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật siêu cao tần hiện đại Nhiều vấn đề cần nghiên cứu vượt khỏi phạm vi mục tiêu của cuốn sách này là giới thiệu một số hệ thống, thiết bị và dụng cụ ferrit siêu cao tần cụ thể Do vậy chúng tôi sẽ hạn chế và chỉ đưa ra các tham

số quan trọng nhất của các ferrit, hiện đang được sử dụng trong kỹ thuật siêu cao tần, các tham số này được cho trong bảng 1

Bảng 1 Các tham số chính của ferrit, sử dụng trong lĩnh vực siêu cao tần

0

M

Hằng số

điện môi ε' ở

1СЧ НЦ-11 4750 10,.4 1,1.10 -2 - 650 270 5,4 1СЧ 27 1980 8,2 4,1.10 -3 - 1000 450 3,5 1СЧ НМ-2 2450 12,2 1,6.10 -2 - 350 400 4,5 1СЧ M-50 4200 8,5 1,1.10 -2 - 480 400 4,4

1СЧ M-55 4630 11,1 1,0.10 -2 - 240 400 5,0 2СЧ A-30 2070 9,2 1,0.10 -2 - 1000 500 4,1 2СЧ1 7MM-2 1880 10,6 6,4.10 -3 785 800 370 3,8 2СЧ4 M-274 4180 12,5 1,7.10 -2 - 120 450 4,9 3СЧ A-17 1780 11,6 5,6.10 -3 435 650 320 4,1 3СЧ1 M-18 1500 8,2 6,5.10 -3 760 720 370 3,7 3СЧ2 M-78 1070 6,5 1,5.10 -2 940 900 310 3,1 3СЧ3 M-188 2090 9,5 1,7.10 -2 480 400 330 4,6 3СЧ4 Ф 3/1 1980 11,4 8,5.10 -3 410 600 220 4,1 3СЧ5 Ф 3/3 2530 12,5 6,7.10 -3 204 280 300 4,3 3СЧ6 П -28 3100 12,2 1,7.10 -2 350 100 200 4,6 3СЧ7 MA -4 1500 11,1 1,7.10 -3 170 180 330 4,1 3СЧ8 HЦ-12 3700 10,4 9,8.10 -3 - 700 370 4,1 3СЧ9 П -43 3080 13,2 1,7.10 -2 410 170 230 4,4 3СЧ15 M-195 2040 12,0 8,0.10 -3 230 470 360 4,5 4СЧ A-6-25C 670 5,2 3,3.10 -3 - - 270 2,1 4СЧ1 A-6-25C 1030 6,5 2,1.10 -3 - 700 250 2,7 4СЧ2 A-33H-

15C

710 5,5 1,1.10 -3 - 900 280 2,5

Đồng thời chúng tôi cũng đã nghiên cứu phân tích và Phân loại, công dụng và tham số của các hệ thống ferrit siêu cao tần, hiện có rất nhiều các hệ thống ferrit siêu cao tần với các công dụng, các tham số chế tạo và cấu trúc khác nhau đã được sản xuất, chế tạo Ngay cả các hệ thống có cùng công dụng, cùng chức năng cũng có thể khác nhau rất nhiều, bởi nguyên lý làm việc của chúng khác nhau, do vậy ta chỉ phân loại các hệ thống ferrit siêu cao tần một cách tương đối

Có thể phân loại chúng theo các dấu hiệu sau đây:

1) Theo nguyên lý làm việc và công dụng;

2) Theo mức công suất có khả năng chịu đựng;

3) Theo dải tần làm việc;

4) Theo cấu trúc;

Dấu hiệu thứ nhất, theo nguyên lý làm việc và công dụng có thể chia làm các nhóm sau:

- Mức công suất thấp Mức công suất thấp được hiểu là mức công suất của các máy phát đo hoặc các máy phát công suất thấp (một vài chục mW) Các hệ thống ferrit công suất thấp được sử dụng trong các máy thu (ví dụ trong các bộ khuếch đại tạp thấp);

- Mức công suất trung bình (đây là mức công suất không cần có các ứng dụng đặc biệt để duy trì độ bền các tham số điện của hệ thống, không cần làm mát và khử các hiện tượng phi tuyến trong ferrit)

- Mức công suất cao ở mức công suất này, trong cấu trúc của các hệ thống ferrit cần thiết phải sử dụng các phương pháp đặc biệt để loại trừ các hiệu ứng, các hiện tượng không mong muốn, ảnh hưởng tới chế độ làm việc bình thường cảu các hệ thống ferrit Về nguyên tắc, trong các hệ thống ferrit siêu cao tần công suất cao, cần phải sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức (bằng chất lỏng hoặc bằng không khí) Ngoài ra, ở mức công suất cao có thể xuất hiện các hiệu ứng phi tuyến trong ferrit, các hiệu ứng này sẽ làm tổn hao tăng lên Do vậy, các hệ thống này khi được thiết kế, chế tạo cần phải tính đến khả năng không xuất hiện các hiệu ứng không mong muốn khi mức công suất tác động cao

Theo dải tần làm việc, các hệ thống ferrit siêu cao tần có thể chia làm các

hệ thống dải mm (từ 1 –10 mm), dải cm (từ 1 –10 cm), dải dm (từ 10 –100 cm) và dải sóng m (từ 1 –10 m) Tất nhiên trên thực tế ranh giới giữa các dải

này không rõ ràng hoàn toàn, chẳng hạn, ở dải sóng 12 mm, hệ thống thường

được coi là dải mm chứ không phải dải cm

Cấu trúc của các hệ thống ferrit có liên quan mật thiết tới nguyên lý làm việc, công dụng, dải tần làm việc và mức công suất chịu dựng của hệ thống Chẳng hạn, các bộ Circulator pha, các bộ Isolator ở “trường hỗn hợp” là các

hệ thống ống dẫn sóng, trong khi đó các bộ Circulator chữ “Y” có thể là các

hệ thống ống dẫn sóng cũng như mạch dải còn các Isolator cộng hưởng có thể vừa là các hệ thống ống dẫn sóng, có thể là các hệ thống mạch dải và có thể là các hệ thống trên cáp đồng trục

Trong dải mm, ống dẫn sóng vẫn là phương tiện duy nhất được sử dụng

để làm phương tiện truyền năng lượng, còn ở dải sóng m, đường truyền năng lượng được thiết kế chủ yếu trên cáp đồng trục và trên mạch dải bởi nếu sử dụng ống dẫn sóng thì kích thước của chúng sẽ rất lớn Với mức công suất cao, người ta cũng sử dụng đường truyền năng lượng trên ống dẫn sóng, do trong ống dẫn sóng, các hiện tiện đánh lửa dễ dàng bị khống chế và dễ dàng

sử dụng các biện pháp toả nhiệt cho các phần tử ferrit Trên thực tế, ở dải dm hiện đã xuất hiện các hệ thống ferrit trên mạch dải có mức công suất chịu dựng cao

Công dụng chính của các hệ thống ferrit không có điều khiển (nghĩa là làm việc trong trường từ hoá không đổi) - các bộ Isolator và các bộ Circulator

là phân cách nguồn năng lượng cao tần với tải Khi đó, các bộ Circulator có nhiệm vụ vừa truyền năng lượng SCT theo hướng 1 → 2 → 3 → 4 → 1 vừa dẫn năng lượng hướng về phía tải vào một kênh khác Các bộ Isolator sẽ hấp thụ năng lượng phản xạ và chỉ cho sóng điện từ đi theo 1 hướng nhất định

Các bộ Circulator là những hệ thống có cấu trúc phức tạp và có nhiều tính năng hơn, thường được sử dụng trong các đài ra đa để làm các bộ chuyển mạch an ten Năng lượng từ máy phát, nối với nhánh 1 được truyền tới an ten, nối với nhánh 2 Khi đó chỉ có 1 phần nhỏ năng lượng điện từ rò vào nhánh 3 Tín hiệu do an ten thu được sẽ được truyền tới nhánh 3, nhánh này được nối với máy thu chứ không đi vào nhánh 1 Tải hấp thụ sẽ được mắc ở nhánh 4

Có thể dễ dàng thấy rằng, bất kỳ 1 bộ Circulator nào cũng có thể được dùng như 1Isolator Để làm điều đó, chỉ cần nối vào nhánh 3 một tải phối hợp, tải này sẽ hấp thụ năng lượng siêu cao tần, phản xạ từ tải ở đầu ra của bộ mạch vòng (nhánh 2) Đây là ứng dụng được sử dụng rất nhiều trong thực tế bởi các

bộ Circulator chữ “Y” và “T” được sản xuất nhiều Kích thước và trọng lượng

của các bộ Circulator này có cả tải thậm chí còn nhỏ và nhẹ hơn kích thước các bộ Isolator được sản xuất công nghiệp, và đây cũng chính là một trong những lý do chúng tìm được sự ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Các bộ Isolator bảo toàn chức năng của mình (khi được sử dụng là các bộ phân cách, cách ly) phần lớn ở mức công suất trung bình và mức công suất cao, cũng như trong kỹ thuật đo lường Chúng đặc biệt có ích và cần thiết trong các hệ thống phát được xây dựng theo nguyên lý các tầng khuếch đại, khi cần thiết phải cách ly các tầng khuếch đại sau với các tầng khuếch đại trước nhằm nâng cao độ ổn định của máy phát Trong trường hợp này, về nguyên tắc, ta sử dụng các Isolator cộng hưởng hoặc các bộ Circulator, được chế tạo theo cấu trúc của 1 Isolator

Mặt khác trong phần này cũng đã nghiên cứu đến sự ảnh hưởng của ferrit khi đặt trong ống sóng, về hiện tượng điện từ trong ferrit, về các ống sóng có điều chỉnh chứa ferrit từ hoá, xem xột những vấn đề lý thuyết cỏc ống súng trũn, vuụng và phẳng chứa ferrit từ hoỏ Các ống sóng có chứa ferrit theo thiết diện ngang sẽ được coi là bất kỳ, nú phộp làm rừ hàng loạt những hiện tượng quan trọng mới cú ứng dụng trong thực tế

Việc nghiờn cứu cỏc phương ỏn khỏc nhau những ống súng cú chứa ferrit trong yờu cầu giải quyết những bài toỏn giới hạn tương ứng, kết quả xỏc định được cấu trỳc trường và cỏc hằng số lan truyền cỏc kiểu súng riờng của

hệ này hay hệ khỏc Vỡ vậy, những kết quả này như là cơ sở cho nghiờn cứu chi tiết tiếp theo của cỏc hiện tượng riờng đỏp ứng thực tế

Trong báo cáo này cũng đã đi sâu nghiên cứu về các hiện tượng pha tương hổ trong các ống sóng với ferrit từ hoá, hiện tượng pha khụng tương hỗ

cú ứng dụng thực tế lớn, trờn cơ cở đú cú thể tạo ra những phần tử ống súng là cỏc bộ xoay pha khụng tương hỗ Trong sự kết hợp nối cần ống súng những

bộ xoay pha khụng tương hỗ thể hiện là thiết bị tuyến tớnh khụng đỏp ứng nguyờn lý tương hỗ

Rừ ràng là, giả sử giữa cỏc cầu T ống súng nối chỳng với nhau theo Hỡnh vẽ là bộ xoay pha khụng tương hỗ đưa vào độ dịch pha cho súng ngược lớn hơn súng thực là 1800

là sóng sẽ truyền từ kênh 2 sang kênh 3

Tương tự tiếp tục xem xét, dễ theo dõi được các sóng sẽ chuyển vào hướng các kênh 1 → 2 → 3 → 4 → 1 Thiết bị không tương hỗ này như đã nêu gọi là Ciculator Trong trường hợp riêng nó có thể được dùng như một Van, tức hệ chỉ cho qua sóng ở hướng thuận (1 → 2 ) và suy hao chúng khi truyền ở hướng ngược 2→ 1, chỉ cần đặt các bộ suy giảm ở các kênh 3 và 4

Rõ ràng là, các chỉ số điện của hệ đã xem xét ở mức rất cao, xác định bởi các tham số của bộ xoay pha không tương hỗ Về việc này trước tiên là nối đến mức cố định của độ dịch pha không tương hỗ ở dải tần xác định (tính dải thông), lượng tổn hao ở phần tử được đề cập, kích thước của chúng, cường độ của trường từ hoá, trọng lượng của nam châm v.v

Việc thực hiện các tham số tối ưu yêu cầu phải nắm các vấn đề lý thuyết

và nghiên cứu thực nghiệm các mặt của hiện tượng pha không tương hỗ Việc nghiên cứu này bao gồm cả trường hợp tấm ferrit cách điện hai lớp Khi đó các hiệu ứng không tương hỗ thể hiện mạnh hơn

Hiện tượng giới hạn không tương tác trong ống dẫn sóng với ferrit: Đặc điểm được quan tõm nhất của ống súng giới hạn chứa pherit liờn quan đến những tớnh chất khụng tương tỏc Như vậy, cú khả năng chế tạo được hệ ống súng là giới hạn chỉ để cho súng ở một hướng, gọi hiện tượng đó nờu là hiện tượng giới hạn khụng tương tỏc Nú cú ý nghĩa khụng chỉ ở tớnh khoa học mà

cả thực tiễn vỡ nú cho phộp thực hiện chế tạo cỏc loại Isolator mới

Đặc điểm khỏc biệt của Isolator giới hạn là khả năng suy hao mạnh súng ngược khi độ dài khụng lớn, điều này vụ cựng quan trọng trong thực tiễn, nghiờn cứu lý thuyết giới hạn khụng tương tỏc ở ống súng chứa pherit nhiễm

từ Khụng cú những nghiờn cứu này thỡ khụng những khụng thể thực hiện được Isolator giới hạn mà để hiểu được nguyờn lý làm việc của nú cũng trở nờn rất khú khăn Ở đõy, chớnh là sự khỏc biệt rừ nột của thiết bị ta xem xột với thiết bị pherit khỏc, mà cú thể dễ thực hiện bằng phương phỏp thực nghiệm

Hiện tượng không tương tác ảnh hưởng đến cấu trúc của trường sóng thuận và sóng ngược: Những hiện tượng khụng tương tỏc liờn quan đến sự

khỏc biệt của trường cỏc súng thuận và ngược cú cả ở ống súng trũn với pherit nhiễm từ dọc giống như ở ống súng vuụng với pherit nhiễm từ ngang Đối với ống súng vuụng cỏc hiện tượng nờu ra cú hàng loạt ứng dụng thực tế, trong đú

quan trọng nhất là khả năng thực hiện Isolator ta gọi nú ngắn gọn là “Isolator

dịch trường” Trong trường hợp ống dẫn súng vuụng, để tạo được Isolator này

rất đơn giản Nú chỉ là đoạn ống dẫn súng với tấm pherit nhiễu từ ngang, tham

số của nú chọn sao cho cấu trỳc của súng thuận khỏc biệt lớn với súng ngược

Ở mộp phải của pherit cú lớp màng suy hao thỡ ở hướng thuận hệ thống này sẽ cú tổn hao nhỏ Trong khi đú súng ngược sẽ bị lớp màng suy hao lớn,

vỡ sự tập trung của điện trường của súng này ở nơi cú lớp màng là rất lớn Cỏc hiện tượng cần xem xột khụng chỉ cần thiết để chế tạo cỏc Isolator

mà cả cỏc bộ Circulator, cỏc bộ điều chế và cỏc hệ thống tương tự khỏc nữa

Nú cũn được dựng ở kĩ thuật anten để điều khiển bức xạ khe ở thành ống súng chứa pherit

2 Bỏo cỏo khoa học về đề ỏn lộ trỡnh tiếp thu chuyển giao cụng nghệ chế tạo cỏc cấu kiện siờu cao tần:

Nội dung của bỏo cỏo nghiờn cứu đi sõu về nghiờn cứu cụng nghệ chế tạo ferrit siờu cao tần và qua cỏc đợt học tập, trao đổi với đối tỏc nước ngoài

về kinh nghiệm chế tạo cỏc bộ Isolator, Circulator, tải hấp thụ phối hợp trở khỏng siờu cao tần như một số cơ sở của Trường Đại học Vạt lý kỹ thuật Matxcova và nhà mỏy „ Fara” của Nga chuyờn sản xuất chế tạo cỏc sản phẩm siờu cao tần (trong đó có Isolator và Circulator) chúng tôi đã tiếp cận được với qui trình công nghệ và các thiết bị công nghệ chế tạo vật liệu ferrit/granat từ

và các bộ Isolator cùng Circulator chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau:

- Để sản xuất được các vật liệu từ ferrit/granat cần cú cỏc thiết bị sau: mỏy nghiền rung, mỏy hỳt chõn khụng, lũ nung nhiệt độ cao ( khoảng 1300 độ C

đến 1450 độ C ), mỏy ộp

- Để chế tạo được các dụng cụ siêu cao tần như Isolator và Circulator đòi hỏi rất nhiêu công đoạn và nhiều thiết bị công nghệ như : Máy phủ mạch vi dải, thiết bị làm sạch chân không, máy quang khắc, máy cắt nam châm điện (cắt bằng tia lửa điện), máy cắt mạch dải cứng allumina (cắt bằng kim cương mỏng 110àm), máy mài, máy hàn dây Đò hỏi trang bị đầu tư máy móc và

đầu tư lớn về kinh tế

Sau đú, năm 2007 chỳng tụi đó đi tham quan khảo sỏt cụng ty Yooil của Hàn quốc, chuyờn sản xuất chế tạo cỏc sản phẩm siờu cao tần (trong đú cú Isolator và Circulator) Tại đõy họ chỉ tổ chức sản xuất qui mụ nhỏ, chủ yếu

họ mua vật liệu ferrit/granat cú sẵn và chỉ tiến hành lắp rỏp và hiệu chỉnh, đo đạc đỏnh giỏ cỏc bộ Isolator và Circulator

Theo khuyến cỏo của cỏc chuyờn gia Nga và Hàn quốc thỡ đối với nền tảng thiết bị cụng nghệ hiện cú nước ta cũng chỉ nờn phỏt triển theo hướng này

Cụng ty TKI – Ferrit Hungaria là nhà sản xuất duy nhất của Hungary hiện đang sản xuất chế tạo cỏc izolỏtorok, cirkulỏtorok lờn đến tần số 40GHz Khả năng cụng nghệ của TKI – Ferrit : cú khả năng cung cấp cỏc phần tử siờu cao tần chất lượng cao với giỏ thành cú thể cạnh tranh được Cụng ty TKI – Ferrit cú đầy đủ cỏc cụng nghệ cơ bản và cỏc trang bị chuyờn dụng như: cụng nghệ gốm truyền thống, cụng nghệ hybrid và cụng nghệ phim màng mỏng, cụng nghệ quang khắc, cỏc phương phỏp xử lý bề mặt khỏc nhau (mạ nicken, sơn theo yờu cầu của người đặt hàng), Mỏy cắt, mỏy dỏn, mỏy ộp, mỏy đỏnh búng cỏc vật liệu ferrit/granat, cỏc phộp đo cỏc tham số SCT của vật liệu

ferrit/granat, cỏc thiết bị đo thử nghiệm cỏc tớnh năng kỹ thuật SCT của cỏc dụng cụ SCT

Tuy nhiờn để hiểu và nắm vững qui trỡnh cụng nghệ phỏt triển vật liệu điện mụi gốm và ferrit SCT để chế tạo cỏc dụng cụ ferrit và cỏc linh kiện SCT(izolỏtorok, cirkulỏtorok) trong tập bỏo cỏo này chỳng tụi đã đi sõu trỡnh bày

Lộ trỡnh phỏt triển vật liệu điện mụi gốm và ferrit SCT để chế tạo cỏc dụng cụ ferrit và cỏc linh kiện SCT Đõy là lộ trỡnh đó được cỏc nước tiờn tiến như Nga và Hungary đó thực hiện trong những năm gần đõy, trỡnh bày qui trỡnh cụng nghệ chế tạo vật liệu ferrit và qui trỡnh lắp rỏp cỏc dụng cụ SCT như Isolator, Circulator Cỏc qui trỡnh này được xõy dựng căn cứ theo qui trỡnh đang được triển khai ỏp dụng để sản xuất qui mụ nhỏ ở tại Cụng ty TKI – Ferrit Hungaria

Các thiết bị chứa thành phần ferrit SCT là thành phần không thể thay thế các hệ thống SCT

Ứng dụng phổ biến nhất của chỳng là ở cỏc bộ chuyển mạch thu – phỏt, cỏc bộ chuyển kờnh và cỏc bộ lọc để tỏch cỏc kờnh Cirkulỏtor là dụng cụ ba hoặc nhiều cửa, cũn izolỏtor dụng cụ hai cửa thụ động khụng thuận nghịch mà tớn hiệu RF đi vào một cửa đến cửa tiếp theo với tổn hao nhỏ, cũn đi đến cỏc cửa cũn lại với tổn hao lớn

Cỏc hệ thống SCT cú kớch thước nhỏ, cú cỏc tham số truyền đạt ổn định, dải tần rộng và dải chịu nhiệt độ cũng rộng, do vậy đũi hỏi cỏc dụng cụ ferrit cũng phải cú tổn hao truyền qua nhỏ Mục tiờu là phải chế tạo được cỏc dụng cụ ferrit cú dải tần làm việc rộng (thường ∆f= 1 Oktav) và cú tổn hao đúng lớn, tổn hao đi qua và hệ số súng đứng nhỏ Trong trường hợp này ta chế tạo cirkulỏtor như sau: mạch cộng hưỏng ferrit đó được từ hoỏ được ghộp với mạch phối hợp sao cho phối hợp trở khỏng với cỏc cửa theo qui định Linh hồn của cỏc cirkulỏtor là vật liệu ferrit/grỏnỏt từ mềm SCT, mà giỏ trị từ bóo hoà của nú ảnh hưởng đến tần số làm việc của dụng cụ, sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ bóo hoà làm ảnh hưởng đến dải nhiệt độ làm việc của dụng cụ, tổn hao điện mụi và từ thẩm ảnh hưởng đến độ lớn cỏc tham số truyền đạt của dụng cụ

Cú thể lựa chọn vật liệu ferrit cần thiết cho dụng cụ dựa vào mối quan

hệ giữa từ bóo hoài ferrit và tần số làm việc

Ta thường sử dụng các miếng gốm SCT trong các mạch phối hợp trở kháng Giải pháp này cho phép giảm kích thước dụng cụ ferrit và mở rộng dải tần là việc của dụng cụ ferrit

Hoạt động của Circulator có thể giải thích bằng cộng hưởng thể tích xuất hiện trên đĩa ferrit

Chúng ta sử dụng mạch cộng hưởng ở tần số nằm giữa tần số cộng hưỏng mốt n = ±1 bởi vì như vậy có thể ứng dụng mạch cộng hưởng ferrit có đường kính nhỏ nhất

Phía trên và phía dưới của mạch cộng hưởng được bao bọc bằng kim loại còn phía bên cạnh thì được che bằng điện môi Người ta nối các ống sóng phối hợp với mạch cộng hưởng và đặt đối xứng nhau 1200

Để phối hợp với trở kháng sóng của đường truyền ta sử dụng kỹ thuật ghép biến áp λ/4-es nó đảm bảo phối hợp trong dải tần 20-30% tần số trung tâm Cũng có thể nâng cao dải tần bằng cách sử dụng nhiều đoạn phối hợp λ/4 hoặc λ/2

Hằng số điện môi của vật liệu gốm được sử dụng sẽ quyết định kích thước hình học của mạch phối hợp trở kháng

Hằng số điện môi của vật liệu ferrit/ granat tùy từng hợp chất có thể thay đổi trong khoảng từ 10 đến 18, còn hằng số điện môi của vật liệu gốm thì

có thể lên đến vài trăm

Cộng thêm các yếu tố này, bằng cách lựa chọn hằng số điện môi của vật liệu ferrit và vật liệu gốm có thể thay đổi rất nhiều kích thước và dải tần làm việc của dụng cụ ferrit

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các tham số truyền đạt của dụng cụ ferrit trước tiên là do Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ bão hòa ferrit/granat SCT, sau đó là do sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ điện thẩm của vật liệu gốm và kiểu loại nam châm vĩnh cửu bảo đảm từ trường không đổi quyết định

Trong trường hợp vật liệu ferrit/gránát giá trị từ bão hòa sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Ở điểm Curie thì nó bằng 0

Từ hệ thống vật liệu điện môi gốm, tùy thuộc vào cách pha trộn có thể

có sự phụ thuộc của điện từ thẩm vào nhiệt độ là âm hoặc là dương Nếu ta biệt lựa chọn khéo thành cặp chất ferrit/granat- chất điện môi gốm ta có thể

chỉnh sự phụ thuộc vào nhiệt độ của cỏc tham số truyền đạt của dụng cụ ferrit gần như khụng thay đổi trong dải nhiệt độ rất rộng

Bờn cạnh tổn hao điện mụi của vật liệu ferrit từ và tổn hao điện mụi của chất điện mụi gốm, cỏc quan điểm cấu trỳc cũng ảnh hưởng đến tổn hao

đi qua của dụng cụ ferrit

Bằng cỏch thay đổi cụng nghệ và cỏc thành phần hoỏ học cú thể thay đổi tham số siờu cao tần của vật liệu ferrit/granat và chất điện mụi gốm theo yờu cầu

Chỳng ta hóy khảo sỏt cỏc ưu nhược điểm của cỏc tớnh chất cỏc hệ thống vật liệu khỏc nhau đứng trờn quan điểm ứng dụng Từ khảo sỏt này, bằng cỏch chọn từng cặp vật liệu ferrit/granat và chất điện mụi gốm chỳng ta phỏt triển cỏc dụng cụ F dải rộng cú tham số truyền đạt ổn định trong dải nhiệt độ từ -400C đến +850C

Trong nước ta kỹ thuật siêu cao tần chưa được chú trọng quan tâm phát triển, nhất là công nghệ vật liệu siêu cao tần Isolator, Circulator và tải phối hợp là thiết bị SCT được sử dụng rộng rãi trong máy thu của các đài rađa Isolator, Circulator là bộ phân cách và mạch vòng được lắp ở đầu vào/ra của các bộ khuếch đại tạp thấp và đầu ra của máy phát để nhằm bảo vệ các bộ khuếch đại và máy phát làm việc được ổn định và làm tăng tuổi thọ của các thiết bị Hiện nay ở nước ta chưa chế tạo được các bộ Isolator, Circulator và tải hấp thụ .sử dụng ferrit granat đất hiếm Ta hoàn toàn có khả năng thiết kế các bộ các bộ Isolator, Circulator, tải phối hợp nhưng về công nghệ còn rất hạn chế, do công nghệ chế tạo ferrit SCT là công nghệ cao và đòi hỏi đầu tư nhiều kinh phí Hiện nay nhà máy M2 Bộ tư lệnh Thông tin đang triển khai dự

án nghiên cứu chế tạo ferrit từ mềm ở tần số thấp để ứng dụng trong các thiết

bị thông tin

Qui trỡnh cụng nghệ chế tạo vật liệu Ferrit

Bước 1: Cõn cỏc vật liệu gốc dựa theo thực đơn, tổng cộng 100g

Bước 2: Đỗ các vật liệu gốc vừa cân xong vào máy xay rung kiểu Fritsch Bước 3: Đổ các vật liệu gốc (100g) vào cả 4 cối xay sao cho thiết bị ở trạng thái cân bằng

Bước 4: Sau khi cân và phân chia các chất bột xong ta đổ 260ml aceton hoặc nước vào ống thuỷ tinh hình trụ

Bước 5: Sau đó ta đổ 260ml aceton hoặc nước vào từng cối xay dựa theo thực

đơn

Bước 6: Sau khi đổ aceton và nước vào ta đóng nắp cối xay lại

Bước 7: Sau đó ta xiết chặt nắp cối xay lại

Bước 8: Ta đóng máy xay rung lại

Bước 9: Điều chỉnh tốc độ quay của máy xay về 200 vòng/phút và đặt thời gian về 20 phút

Bước 10: Ta khởi động máy xay

Bước 11: Ta chuẩn bị một đĩa sứ và một cái rây bột (sàng) để sàng lọc các vật liệu đã được xay nhỏ

Bước 12: Sau đó bật máy hút chân không

Bước 13: Sau khi nghiền thành bột ta đổ các chất đã được nghiền ra cái rây bột

Bước 14: Sau đó ta pha hỗn hợp đã được nghiền nhỏ thành bột với aceton hoặc với nước

Bước 15: Các vật liệu đã được lọc xong ta để cho khô ở trong phòng nhỏ khoảng 3 ngày để bay hơi hết chất aceton

Bước 16: Ta đặt các vật liệu vẫn còn nước vào một tủ xấy và đặt ở nhiệt độ

220 độ C và để xấy khô trong khoảng 22 giờ

Bước 17: Sau đó đổ vật liệu đã được xấy khô vào cái rây bột có đường kính lỗ bằng 0,8mm

Bước 18: Ta cà nát và rây bột các vật liệu vừa được xấy khô

Bước 19: Đổ hỗn hợp vừa rây sàng xong vào một khay nung Khay này phải chứa hết vật liệu đã được sàng

Bước 20: Đặt khay chứa vật liệu cần nung vào lò nung

Bước 21: Đóng cửa lò lại và bật lò nung

Bước 22: Sau khi đã đạt được nhiệt độ đặt trước, giữ nhiệt độ ở mức định trước khoảng 5 đến 6,5 tiếng ở áp suất không khí

Bước 23: Sau khi làm nguội vật liệu ta đổ chúng vào cối xay rung kiểu Frisch Bước 24: Giống như lần nghiền vật liệu lần thứ nhất chúng ta đổ chúng vào cối xay và đóng máy xay lại

Bước 25: Điều chỉnh tốc độ quay của máy xay về 200 vòng/phút và đặt thời gian về 30 phút Sau đó bật máy

Bước 26: Sau lần nghiền bột thứ hai ta chuẩn bị một đĩa sứ và một cái rây bột (sàng) để sàng lọc các vật liệu đã được xay nhỏ

Bước 27: Tương tự như trên, sau khi nghiền thành bột ta đổ các chất đã được nghiền ra cái rây bột

Bước 28: Sau đó ta pha hỗn hợp đã được nghiền nhỏ thành bột với aceton hoặc với nước

Bước 29: Trong trong tủ xấy ( đặt ở nhiệt độ 180 độ C) và để xấy khô

Bước 30: Sau đó đổ mẫu vật liệu đã được xấy khô vào cái rây bột có đường kính lỗ bằng 0,4mm, ta cà nát và rây bột

Bước 31: Ta chuẩn bị một bát sứ to để cho công đoạn đóng bánh vật liệu Bước 32: Từ vật liệu đã được chưng cất ta cân một lượng 400g

Bước 33: Trong buồng sạch ta cân 160ml 4m/m% dung dịch Mowilith (Polivinil- acetát- aceton) và đổ vào mẫu vật liệu

Bước 34: Ta quấy liên tục mẫu vật liệu cho nhuyễn ra Mất khoảng 30 phút Bước 35: Sau đó đổ vật liệu hỗn hợp vào cái rây bột có đường kính lỗ bằng 0,4mm và rây bột sao cho hỗn hợp không còn bị đóng vón cục

Bước 36: Từ hợp chất đã được sàng lọc mịn ta cân một lượng tương ứng phù hợp với độ dày của máy ép ta sẽ đặt

Bước 37: Ta đổ hợp chất vừa cân được vào một khuôn đúc trước

Bước 38: Thả nắp bảo vệ ở trước máy ép

Bước 39: Khởi động máy ép: bật động cơ và quay tay đòn về vị trí nén

Bước 40: Quá trình ép kéo dài 20 giây Ta ép bột ferrit với áp lực 1tấn/cm2 Bước 41: Sau khi ép xong ta nhả tay đòn ra và tắt động cơ

Bước 42: Sau khi tháo khuôn bảo vệ ra ta lấy miếng ferrit ra khỏi máy ép Bước 43: Tuỳ thuộc vào dạng máy ép, độ dày của miếng ferrit có thể thay đổi

Bước 48: Sau khi sấy (5 giờ và 250 độ C) ta đặt vào một khay nung các miếng

đã được tạo hình và đã khô