Разработка новой элементной базы сверхвысокочастотной электроники на основе нелинейных диэлектрических материалов

Разработка новых управляемых СВЧ устройств на основе сегнетоэлектрических композитных метаматериалов и многослойных пленочных структур. Стремительное увеличение информационных потоков в настоящее время делает актуальной проблему повышения пропускной способности и рабочей мощности современных сверхвысокочастотных (СВЧ) телекоммуникационных систем за счет расширения их частотной полосы и, как следствие, увеличения скорости передачи информации. Наиболее актуальными проблемами развития современных систем телекоммуникаций и радиолокации являются: создание новой элементной базы (фазовращатели, умножители частоты, формирователи импульсов, смесители и тд.), позволяющей повысить мощность источника рабочего сигнала; создание дешевых сканирующих приемо-передающих антенн с высоким коэффициентом усиления. Сегодня конструирование телекоммуникационных СВЧ систем ведется, в основном, на базе полупроводниковой и ферритовой элементной базы. Однако, возможности полупроводниковых элементов ограничены для высокомощных применений, когда в них возникают паразитные нелинейные эффекты, приводящие к деградации характеристик устройств. С другой стороны, мощные ферритовые СВЧ устройства демонстрируют низкое быстродействие и высокое энергопотребление, что ухудшает характеристики приборов на их основе. Поэтому поиск альтернативных материалов, обеспечивающих высокое быстродействие и рабочую мощность при малом энергопотреблении, а также простоту конструкций элементной базы СВЧ электроники, является актуальной научной проблемой. Одной из таких альтернатив является использование функциональных материалов, меняющих свои электрофизические свойства в результате управляющего воздействия – нелинейных диэлектриков. Применение нелинейных диэлектриков в СВЧ устройствах может привести к радикальному улучшению их рабочих характеристик. Основными преимуществами таких устройств потенциально являются высокие уровни рабочей мощности, низкие СВЧ потери, высокое быстродействие и простота технологии изготовления элементов и их стоимость. По сравнению с ферритовыми материалами, нелинейные диэлектрики демонстрируют высокое быстродействие (~ 10 нс), а по сравнению с полупроводниковыми – радикально меньшие потери и лучший уровень рабочей мощности. В связи с этим разработка новых СВЧ устройств на основе нелинейных диэлектриков является актуальной научной задачей, решение которой может существенно улучшить пропускную способность и рабочую мощность радиолокационных и телекоммуникационных систем.