铝酸镁基透明陶瓷天线材料及其光电功能一体化技术研究

拟研制一种兼具可见光、红外光透波性能的透明陶瓷微带天线，实现飞行器复合制导技术中红外窗口材料、可见光窗口材料、雷达天线材料的"三合一"功能。具体技术路线为：通过改进的凝胶工艺制备MgAl2O4纳米粉体，采用低温高压烧结技术制备MgAl2O4基光学透明陶瓷，并对该透明陶瓷的微波介电特性进行优化和调控，获得一种对可见光、红外光具有良好透波性能同时还具有微波收发功能的的透明陶瓷天线材料，然后再利用溅射技术制备铝掺杂ZnO薄膜实现透明的微波天线辐射单元及微带电路，最终制备出高透光率、高增益、耐高温、小体积的透明陶瓷天线，实现"三合一"功能。这种光电功能一体化的新型天线在高速飞行器复合制导技术及保密无线通信中有重要的应用价值。本项目思路尚未见到类似报道，研究成果有可能为国产高性能、多用途、集成化的制导、导航、无线通信材料和器件做出原创性的材料及技术支持。

本项目选择Mg1-xZnxAl2O4(x≥0) 等系列微波介质材料体系，进行了原材料纳米粉体的制备、陶瓷体的烧结、材料的透过率测试、材料的微波介电性能测试、介质谐振器天线结构设计等方面的实验研究。在材料体系方面，MgAl2O4透明陶瓷具有最高的直线透过率，Tin,550nm为70%，Tin,2000nm为82%。ZnAl2O4陶瓷的直线透过率Tin,550nm为64% Tin,2500nm处的直线透过率达到85%。其中，纯MgAl2O4的最佳Qf值为52,640GHz，当Zn2+含量为2.0at%时，介电常数εr为8.49，Q×f值为66,000GHz，τf为-65.5ppm/°C。在介质谐振器天线结构设计方面，采用MgAl2O4透明材料，设计了一款新的介质谐振器天线。该介质谐振器天线可以应用在低频段，水平和垂直放置方式下，-10dB带宽分别为17.05% 和 22.37%。本项目已发表论文20 篇，毕业博士生1 名、硕士研究生2 名。