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 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

1

mục lục

DAnh sách những ngời 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 nớc 11
1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc: 11
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc: 11
1
1
.
.
3
3


C
C
á
á
c
c


y
y

ế
ế
u
u


t
t
ố
ố


đ
đ
ả
ả
m
m


b
b
ả
ả
o
o


t
t

í
í
n
n
h
h


k
k
h
h
ả
ả


t
t
h
h
i
i


c
c
ủ
ủ
a
a

đ
đ
ề
ề


t
t
à
à
i
i
:
: 12

II. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu, cách tiếp cận 13
2.1. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu: 13
2.2. Cách tiếp cận, phơng 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




2

Nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ
theo nghị định th
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
Cấp quản lý đề tài: Nhà Nớc
Cơ quan chủ trì: Viện KH-CN Quân sự.
Chủ nhiệm đề tài: Thiếu tớng, TSKH Nguyễn Quang Bắc Giám đốc Viện
KH-CN Quân sự
DAnh sách những ngời thực hiện đề tài
T
T
Họ và tên Cơ quan công tác Nội dung
thực hiện chính
1 Phó CN đề tài:
TS. Lê Ngọc Uyên
Viện Rađa- Thành viên đề tài
2 TS.Nguyễn Thị Ngọc
Minh
Viện Rađa Thành viên đề tài
3 Ths. Đỗ Huy Trởng Viện Rađa Thành viên đề tài

4 Ths. Nguyễn Văn Hạnh Viện Rađa Thành viên đề tài
5 KS. Trần Thị Trâm 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
trờng
Thành viên đề tài
9 KS. Đỗ Quốc Thờng Viện ĐTVT Thành viên đề tài
10 KS Phan văn Bá Viện Hoá Thành viên đề tài
11
GS. TSKH
M.A.
Trờng Đại học Vật lý
Kỹ thuật Matxcova

12
GS.TSKH M M. A.
Trờng Đại học Vật lý
Kỹ thuật Matxcova

Kinh phí đợc cấp: 964 triệu
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

3

Bài tóm tắt
Việc nghiên cứu cơ bản, có định hớng 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 tợng nghiên cứu của đề tài gồm 2
phần chính:
- Nghiên cứu công nghệ chế tạo một số vật liệu từ của đối tác nớc ngoài,
tiếp cận các thiết bị, phơng 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 đợc 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 đợc tiến
hành sử dụng bằng phơng pháp tích hợp hệ thống. u điểm của phơng pháp
này là nhanh hơn và tiết kiệm đợc thời gian, vật t và công sức để cho ra sản
phẩm có chất lợng cao hơn so với phơng pháp thiết kế chế tạo thông thờng.
Sản phẩm của đề tài mang tính khoa học và thực tiễn cao, đợc tạo ra trên
cơ sở năng lực Việt Nam nhng dần tiếp cận đợc với công nghệ tiên tiến trên
thế giới.

4

Phần I. Lời mở đầu
Việc nghiên cứu cơ bản, có định hớng 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 nh Isolator,
Circulator và tải phối hợp dải sóng centimét sử dụng trong các đài rađa đang
đợc các nớc tiên tiến trên thế giới áp dụng rộng rãi vì tính u 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 đợc 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 đợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ
thuật siêu cao tần. Trên thế giới ngời ta đã ứng dụng ferrit vào thiết kế chế
tạo các mạch không thuận nghịch thụ động siêu cao tần nh: 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 nh 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 nhậtvv ) và ferrit Granat. Ferrit granat đất hiếm đợc 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 nh 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 nhng đa số làm việc với công suất bé, giá thành đắt và không bán
đơn chiếc.

5
Vật liệu cách điện SCT nh: teflon, ceramic, alumina (oxid nhôm)
đợc 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 đợc sử dụng để làm các vít điện môi để điều
hởng 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 đợc 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 lợng lớn,
đợc trang bị cho các lực lợng PK- KQ, Hải quân, pháo binh, Biên phòng,
Tăng thiết giáp, thuộc nhiều chủng loại, nhiều thế hệ công nghệ, do nhiều
nớc sản xuất. Trong đó hầu hết thuộc thế hệ thứ nhất, kinh kiện đèn điện tử,
kỹ thuật tơng 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 lợng không nhiều, thuộc thế hệ thứ hai
(sử dụng tín hiệu có cấu trúc phức tạp, thu nén xung, xử lý tối u)
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 lợng rađa xuống cấp nghiêm trọng. Đa số các đài rađa
hiện có ở nớc ta sử dụng cơ cấu chuyển mạch thu phát là các đèn cặp nhả
điện, chất lợng 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 thờng khuếch đại cao tần ở đầu vào
máy thu bị hỏng rất nhiều không có vật t thay thế. Vì vậy nếu chúng ta
nghiên cứu thiết kế chế tạo đợc 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 đợc vấn đề thiếu vật t thay thế.
Để đáp ứng mục tiêu trên, tổ đề tài đã hợp tác với các đối tác nớc ngoài,
đặc biệt với một số cơ sở sản xuất và cơ sở nghiên cứu của Liên bang Nga tiếp
cận hợp lý, phơng 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 nớc ngoài, tiếp cận các thiết bị, phơng pháp đo đạc,
đánh giá các tham số kỹ thuật cơ bản của chúng.

6
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 đa ra đợc sản phẩm có thể đa vào ứng dụng đáp ứng đợc nhu cầu
trớc 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 nh Isolator, Circulator và tải phối hợp dải sóng centimet
sử dụng trong các đài rađa.
2. Mã số:
3. Thời gian thực hiện: 30 tháng từ tháng 06/ 2006 đến tháng 12/ 2008
4 . Cấp quản lý: Nhà nớc
5. Kinh phí: 964 triệu đồng (chín trăm sáu mơi t triệu đồng chẵn)
Trong đó, từ ngân sách SNKH: 964 triệu đồng
6. Thuộc chơng trình Khoa học và Công nghệ:
Đề tài hợp tác Quốc tế về khoa học kỹ thuật theo nghị định th.
7. Chủ nhiệm đề tài:
Họ và tên: Nguyễn Quang Bắc
Học hàm, học vị: Tiến sĩ Khoa học - chuyên ngành: Tự động hoá chỉ huy.
Chức danh khoa học: Nghiên cứu cao cấp
Điện thoại: 7560128 / 069.516.130 (CQ); 7333378 (NR)
Mobile: 0983005387
Email:

7
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 Đờng 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 đợc 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 nớc.
- Tạo ra sản phẩm, phát huy đợc nội lực và tiết kiệm ngân sách.
- Làm chủ công nghệ siêu cao tần.
- Đào tạo đợc 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 chơng 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 nớc ngoài phù hợp với công
nghệ Việt Nam nhằm tạo ra đợc sản phẩm có chất lợng 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
bộ Circulator dải sóng SCT
- Nghiên cứu vật liệu hấp thụ SCT và ứng dụng vào thiết kế chế tạo các tải
phối hợp trở kháng dải sóng SCT.
- 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
- Phối hợp với đối tác nớc ngoài thiết kế chế tạo bộ Isolator.
- Phối hợp với đối tác nớc ngoài thiết kế chế tạo bộ Circulator.
- Phối hợp với đối tác nớc ngoài thiết kế chế tạo tải phối hợp trở kháng dải
sóng SCT.

8
- Sử dụng các thiết bị đo của PTN Rađa để đo đạc, hiệu chỉnh và lấy các đặc

trng 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.
11/2006-
3/2007
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-

9

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.
6/2006-
8/2007
8 Chế tạo thử bộ phân cách
(Isolator) dải sóng SCT.
Bộ phân cách (Isolator)
dải sóng 10cm .
08/2007-
11/2007
9 Chế tạo thử bộ mạch vòng
(Circulator) dải sóng SCT.
Bộ mạch vòng (Circulator)
dải sóng 3cm.
11/2007-
02/2008
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
12 Hoàn thiện sản phẩm 06/2008
13 Biên soạn các tài liệu kỹ thuật
và kết quả thực hiện đề tài
5/2008-
7/2008
14 Đánh giá, nghiệm thu đề tài 8/2008
12. Về các yêu cầu khoa học và chỉ tiêu cơ bản của các sản phẩm
KH&CN
Chỉ tiêu kỹ thuật
Số
TT
Tên sản phẩm,
Chỉ tiêu kỹ thuật
Số
lợng
Đơn vị Giá trị cần đạt
Ghi
chú
01

Bộ Isolator dải sóng cm
Dải tần làm việc
Độ phân cách
Tổn hao đi qua
Hệ số sóng đứng
Mức công suất
01
GHz
dB
dB

W

2,7 ữ 3,1
> 20
<
1
< 1,3
100

02 Bộ Circulator dải sóng cm
Dải tần làm việc
Độ phân cách
Tổn hao đi qua
01
GHz
dB
dB

2,7 ữ 3,1

> 20
<
1


10
Hệ số sóng đứng
Mức công suất

W
< 1,3
100
03 Tải phối hợp dải sóng cm
Dải tần làm việc
Hệ số sóng đứng
Mức công suất
01
GHz

W

2,7 ữ 3,1
< 1,2
2

04 Bộ Isolator dải sóng cm
Dải tần làm việc
Độ phân cách
Tổn hao đi qua
Hệ số sóng đứng

Mức công suất
01
GHz
dB
dB

W

8,0 ữ 12,0
> 20
<
1
< 1,3
100

05 Bộ Circulator dải sóng cm
Dải tần làm việc
Độ phân cách
Tổn hao đi qua
Hệ số sóng đứng
Mức công suất
01
GHz
dB
dB

W

8,0 ữ 12,0
> 20

<
1
< 1,3
100

06 Tải phối hợp dải sóng cm
Dải tần làm việc
Hệ số sóng đứng
Mức công suất
01
GHz

W

8,0 ữ 12,0
< 1,2
2


13. Kinh phí thực hiện đề tài phân theo các khoản chi:
Trong đó
TT
Nguồn kinh phí
T
ổng s
ố
Thuê
khoán
chuyên
môn

Nguyên,
vật liệu,
năng
lợng
Thiết
bị,
máy
móc
Xây
dựng, sửa
chữa nhỏ
Chi
khác


1 Ngân sách SNKH 964 299 108 21 536
2 Vốn tín dụng
3 Vốn tự có
4 Thu hồi


11
Phần II. Nội dung CHíNH CủA BáO CáO

I. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc
và trong nớc

1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc:
Kỹ thuật siêu cao tần ngày nay đã và đang đợc phát triển mạnh mẽ,
đợc nhiều nớc quan tâm nghiên cứu và đợc ứng dụng ngày càng nhiều

trong kinh tế cũng nh trong quân sự.
Việc sử dụng công nghệ vật liệu siêu cao tần. Isolator, Circulator và tải
phối hợp là thiết bị SCT đợc sử dụng rộng rãi trong máy thu của các đài rađa.
Isolator, Circulator là bộ phân cách v mạch vòng đợc 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 đợc ổn định và làm tăng tuổi thọ của các
thiết bị. Đối với các thiết bị vô tuyến điện tử cũng đang đợc các nớc tiên
tiến trên thế giới áp dụng rộng rãi vì tính u việt và lĩnh vực ứng dụng rộng rãi
của nó.
Ngày nay việc sản xuất các Isolator, Circulator đang đợc các nớc nh
Nga, Hàn Quốc, Trung Quốc, Hungary tổ chức sản xuất và đa vào ứng dụng
trong lĩnh vực phát triển điện tử rất thành công.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc:
Nhận thấy tầm quan trọng phát triển kỹ thuật siêu cao tần, gần đây Nhà
nớc ta đã quyết định đầu t xây dựng Phòng thí nghiệm kỹ thuật siêu cao tần
và quang điện tử tại Viện KH-CN Quân sự Bộ quốc phòng.
Nớc ta đã đợc 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 đờng, ngắm bắn, điều khiển, khí tợng. 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 lợng rađa xuống cấp
nghiêm trọng. Vật t linh kiện thay thế, nhất là một số linh kiện siêu cao tần
không sản xuất nữa. Trớc tình hình đó đặt ra nhu cầu phải nghiên cứu thiết

12
kế chế tạo các bộ khuếch đại tạp thấp, các bộ dao động bán dẫn siêu cao tần
để có vật t thay thế nhằm phục vụ cho công tác khôi phục sửa chữa, cải tiến

và sản xuất các đài rađa.
ở trong nớc 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 nh
Nhà máy M1, nhng hiện tại ở tần số cao nhất mới chỉ 80MHz. Trờng 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 t 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 hớng 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 đa ra đợc sản phẩm có thể đa vào ứng dụng đáp ứng đợc nhu cầu
trớc 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).
1
1
.
.
3
3


C

C
á
á
c
c


y
y
ế
ế
u
u


t
t
ố
ố


đ
đ
ả
ả
m
m


b

b
ả
ả
o
o


t
t
í
í
n
n
h
h


k
k
h
h
ả
ả


t
t
h
h
i

i


c
c
ủ
ủ
a
a


đ
đ
ề
ề


t
t
à
à
i
i
:
:




+ Về cơ sở vật chất:

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

13
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).
+ Về con ngời:
Viện KH- CN Quân sự là cơ sở có đội ngũ cán bộ đợc đào tạo cơ bản về kỹ
thuật SCT và có kinh nghiệm nghiên cứu, đo đạc trong lĩnh vực này.

II. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu, cách tiếp cận
và phơng pháp nghiên cứu
2.1. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu:
Căn cứ vào nhu cầu cấp bách và khả năng kỹ thuật, khả năng công nghệ
của ta, chúng tôi đã chọn đối tợng nghiên cứu của đề tài gồm 2 phần phối
hợp với phía đối tác nghiên cứu và học tập phía nớc ngoài về công nghệ chế
tạo vật liệu SCT, cách tổ chức sản xuất, định hớng 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, phơng 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 nớc và công trình đã có liên
quan đến đề tài, chọn phơng pháp thiết kế và giải pháp công nghệ tiên tiến
của nớc ngoài phù hợp với công nghệ Việt Nam nhằm tạo ra đợc sản phẩm
có chất lợng 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 đợc thực hiện từ trớc đến nay.
Lựa chọn mạch dải phù hợp (cả về tính năng kỹ thuật và khả năng công
nghệ của nớc 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 đa ra đợc phơng pháp thiết kế, cách
chọn các mẫu ferrit SCT, tính toán điều hởng mạch tuyến tính, phi tuyến SCT

14
và đa ra kích thớc 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 lợng 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 đợc 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 đợc tiến hành sử
dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng ADS. u điểm của phơng pháp thiết kế
này là nhanh hơn và tiết kiệm đợc thời gian, vật t và công sức để cho ra sản
phẩm có chất lợng cao hơn so với phơng pháp thiết kế thông thờng.
Sản phẩm của đề tài mang tính khoa học và thực tiễn cao, đợc tạo ra trên
cơ sở năng lực Việt Nam nhng dần tiếp cận đợc với công nghệ tiên tiến trên
thế giới và trong tơng 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 nh 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

15
- 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 đợc ban
hành gồm:
+27T QSB 44:2008: Bộ Isolator- yêu cầu kỹ thuật và Phơng pháp kiểm

tra,
+ 41TQSB 134:2008: Bộ Circulator- yêu cầu kỹ thuật và phơng pháp
kiểm tra.
Kết qủa đạt đợc về đào tạo:
3. 02 lợt cán bộ tham quan và học hỏi kinh nghiệm tại Liên bang Nga và 01
lợt 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:



16

17







3.5. Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm cña ®Ò tµi
Circulator, Isolator, tải hấp thụ phối hợp trở kháng là những thành phần
quan trọng trong các hệ thống siêu cao tần công suất cao và các mạng anten
trong đó năng lượng được truyền đi có hướng hoặc được hấp thụ không có
năng lượng phản hồi. Thiết kế Circulator, Isolator thường theo cách sử dụng
các mô hình được nghiên cứu kỹ dựa trên phương trình điển hình được đưa ra
bởi Bosma. Hai phương trình này cung c
ấp cơ sở cho sự phát triển các mô
hình Circulator, Isolator tần số cao.
Để sự lan truyền tín hiệu xảy ra thì hai phương trình cơ sở phải được
thoả mãn đồng thời.

18


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 J
n
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:

19

Trong ú cỏc thụng s Z
d
v Z
eff
theo th t l tr khỏng c tớnh bờn ngoi
cỏc cng Circulator, Isolator v tr khỏng c tớnh ferrit t. Nguyên lý làm
việc của các Isolator, Circulator dựa trên hiện tợng hấp thụ không đồng thời

khi quá trình cộng hởng sắt nhiễm từ xảy ra. Các Isolator, Circulator là các
đoạn ống dẫn sóng hình chữ nhật, trong đó có các mẫu ferrit đợc tác động
bởi từ trờng do nam châm 1 chiều tạo ra.
Các tham số cơ bản của các Isolator, Circulator là độ phân cách của các
sóng ngợc và tổn hao của sóng theo hớng 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 ngợc, Tần số làm việc trung tâm, Dải tần làm việc, kích thớc
và trọng lợng đặc trng 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 đợc sử dụng cho trờng hợp nào, ngời 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 đợc các yêu cầu hay
không. Việc kiểm tra các tham số của hệ thống ferrit để đánh giá chất lợng
hiệu chỉnh của một hệ thống ferrit cũng đợc 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 thờng đối xứng qua tần số trung tâm.
Việc đảm bảo tính đối xứng của đặc tuyến tần số, hay nói cách khác để
nhận đợc các tham số có giá trị giống nhau ở các tần số biên khi có một
lợng 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 trớc khi có các yếu tố khí hậu ảnh hởng.
Đặc tuyến tần số của các bộ Isolator và các bộ Circulator có dải thông từ 7 -
10% thờng có dạng sóng.

20

Việc tín hiệu bị suy giảm khi nó đi qua Isolator ở các hớng tới và hớng
phản xạ đợc gọi tơng ứng là tổn hao chèn ở hớng tới (tổn hao đi qua) và
suy giảm ở hớng phản xạ. Tổn hao chèn và suy giảm đặc chng cho lợng
công suất bị mất ở đầu ra của Isolator so với mức công suất đầu vào ở hớng
tới và hớng phản xạ của đờng truyền. Công suất tổn hao chung này có đơn
vị là dB và đợc tính theo công thức sau đây:

,lg10
r
v
th
P
P
=

{dB} (3)
Trong đó P
v
công suất đầu vào
P
r
công suất đầu ra.
Tổn hao chèn của tín hiệu ở hớng 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
đờng truyền gây nên do trờng bị suy giảm trên các thành ống dẫn sóng.
Khi ta lựa chọn kích thớc 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 đợc
chế tạo dới dạng các đoạn ống sóng ngắn (từ vài cm đến vài dm) thì công
năng lợng 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 lu ý là khi thiết kế, chế tạo và cả trong

quá trình sử dụng cần phải chú ý tới chất lợng (độ nhẵn), trạng thái và chất
liệu phủ của các thành ống dẫn sóng. Nếu ống dẫn sóng gia công với chất
lợng 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 đợc đặc trng
bởi góc tangen tổn hao điện môi
(
)

tg và đợc xác định bằng các tính chất của
vật liệu. Đối với các chất điện môi cao tần, đại lợng
(
)

tg không vợt 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 tợng cộng hởng từ hoá hấp thụ. Khi thiết kế các hệ thống Isolator,
Circulator, vùng làm việc đợc lựa chọn trớc hoặc sau vùng cộng hởng.
Nguyên nhân gây tổn hao trong các bộ Circulator cũng hoàn toàn tơng
tự nh trong các bộ Isolator. Tuy nhiên, trong các bộ Circulator còn có các tổn
hao phụ do năng lợng bị tiêu tán trong một số nhánh không đợc cách ly
hoàn toàn khỏi nhánh đầu vào.

21
Tổn hao ngợc của các Isolator đợc xác định bằng sự suy giảm của tín

hiệu ở đầu ra so với đầu vào. Giá trị tổn hao ngợc 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 thờng 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 ngợc đợc gọi là độ phân
cách giữa các nhánh đợc 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 trng cho giá trị công suất phản xạ trong hệ thống Circulator. Hiện tợng
phản xạ năng lợng sóng điện từ từ tải xảy ra khi trở kháng tải
H
Z và trở kháng
đờng truyền
C
Z không bằng nhau (bất phối hợp trở kháng). Hệ số này đợc
tính theo công thức sau đây:

CH
CH
ZZ
ZZ
G
+

=
(4)
Sự xuất hiện trong ống dẫn sóng hoặc trong các hệ thống đờng truyền
khác các thiết bị, chi tiết ferrit và điện môi sẽ dẫn đến hiện tợng phản xạ do
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

ta có thể xác định đợc hệ số
sóng đứng theo điện áp:

G
G
HSSD

+
=
1
1
(5)
Để thoả mãn giá trị hệ số sóng đứng theo điện áp cho trớc khi thiết kế,
chế tạo các hệ thống ferrit cao tần, ngời ta sử dụng phơng pháp phối hợp dải
rộng. Trong các bộ Circulator, các bộ Isolator cộng hởng, các bộ Isolator
trờng hỗn hợp, các chi tiết, thiết bị ferrit và điện môi đợc đặt xiên với mục
đích chuyển dịch từ từ từ môi trờng ống dẫn sóng sang môi trờng điện môi.
Trong các Circulator hình cầu ngời ta sử dụng rộng rãi các ống lót có chức
năng nh các biến trở phối hợp. Tuy nhiên, ngay cả các thiết bị ferrit đợc
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 trờng 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 đờng 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

22
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 phơng pháp đặc biệt để loại trừ các hiệu ứng, các hiện tợng
không mong muốn, ảnh hởng tới chế độ làm việc bình thờng 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 cỡng 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 đợc 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 đợc 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 đợc xây dựng trên cơ sở 7 chơng. 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 đợc 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 hớng một cách ngẫu nhiên trong không gian.
Ferrit đa tinh thể đợc chế tạo tơng tự nh gốm siêu cao tần. Ôxit của
kim loại phù hợp đợc nghiền nhỏ và trộn với chất hoá dẻo. Tiếp theo, chất
này đợc nung ở nhiệt độ 1000 1400
0
C trong môi trờng khí ôxi hoặc trong
môi trờng 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 nh gốm siêu cao tần,
ferrit có điện trở riêng rất lớn, trong dải từ 10
2
10
6
Ohm.cm và điện trở này
phụ thuộc vào điều kiện chế tạo vào các chất tạo nên ferrit. Chính vì vậy, ở dải

23
siêu cao tần, ferrit có tổ hao điện môi (tổn hao
42
1010

=

tg ) rất nhỏ. Đại
lợng hằng số điện môi tơng đối của phần lớn ferrit ở vào khoảng 10 - 15,
đại lợng này cũng phụ thuộc vào thành phần của ferrit cũng nh các điều
kiện chế tạo nó.
Khi cha có từ trờng một chiều hay nói cách khác khi cha đợc từ hoá,
sắt từ là tập hợp các vùng nhỏ có kích thớc cỡ 10
-3
mm (còn gọi là các miền).
Bên trong các miền này, các mô men từ của các electron có cùng hớng và các
tinh thể tự nhiên đợc 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 trờng bên
ngoài. Nếu ta đa ferrit vào từ trờng một chiều, khi đó ranh giới giữa các
miền sẽ bị mất đi, các mô men từ lúc này sẽ cùng hớng với hớng của từ
trờng một chiều. Đồng thời khi đó ferrit đặc trng cho độ từ hoá của mẫu
ferrit, còn khi đã đủ lớn và đại lợng từ hoá của ferrit không phụ thuộc vào độ

lớn của từ trờng một chiều, thời điểm này đợc gọi là thời điểm từ hoá bão
hoà
0
M
.
Đại lợng từ hoá bão hoà của ferrit phụ thuộc vào nhiệt độ (về nguyên tắc
đại lợng này sẽ giảm khi nhiệt độ tăng). ở nhiệt độ đủ cao, các dao động
nhiệt sẽ phá huỷ hoàn toàn định hớng 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 đa
ferrit vào từ trờng một chiều
0
H thì hớng vectơ từ hoá của ferrit
0
M trùng
với chiều của từ trờng một chiều. Nếu đặt vuông góc với từ trờng một chiều
một trờng xoay chiều có giá trị nhỏ
(
)

h , khi đó mức từ hoá sẽ bị thay đổi và
xuất hiện thành phần cao tần
(
)

m . Véctơ từ hoá bắt đầu hồi chuyển theo

hớng của từ trờng một chiều, hớng hồi chuyển của véctơ từ hoá sẽ trùng
với hớng kim đồng hồ nếu quan sát theo hớng của từ trờng một chiều. Dễ
dàng có thể thấy trong trờng hợp này, cùng với thành phần từ hoá xoay
chiều, trùng với hớng của trờng xoay chiều
(
)

h (trong trờng hợp của

24
chúng ta là trục
x
), sẽ xuất hiện một thành phần từ hoá nữa, vuông góc với
hớng này.
Quá trình hồi chuyển của véctơ từ hoá diễn ra với tần số
00
H



=
=
,
trong đó
0
H
là từ trờng một chiều có đơn vị là estred,

- tỷ số hồi chuyển,
đợc 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 trờng xoay chiều tác động vào. Các tính
chất này có thể đợc mô tả qua khái niệm tenxơ độ từ thẩm.
Từ trờng 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 đợc mô tả nh sau:

,yxx
jkhhb

=
à


yxy
hjkhb
à
+
=


zz
hb
0
à
=

trong đó
0
,,

à
à
k là các thành phần tenxơ từ thẩm

0
00
0
0
à
à
à
à
jk
jk
=
Các thành phần này phụ thuộc vào tần số của từ trờng xoay chiều, cờng
độ của từ trờng một chiều và độ từ hoá của ferrit:

t
H
M
k
M






àà

=
=

=
0
22
0
22
0
0
0

Trong đó:
0
à
- độ từ thẩm của không gian tự do;


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

i
H - từ trờng một chiều bên trong, hớng theo trục z .
Đại lợng
i
H
xác định từ trờng, tác động bên trong mẫu. Nó có thể đợc
tính theo các bảng thống kê từ trờng và phụ thuộc vào mãu ferrit. Sự phụ
thuộc này đợc biểu đạt dới dạng các hằng số, đợc gọi là các hằng số khử
từ.