【摘要】：隨著現(xiàn)代通訊設(shè)備向著小型化、高頻率化和集成化的飛速發(fā)展,對(duì)微帶線陶瓷濾波器的大小和工作頻率的要求也越來(lái)與高。這不僅僅對(duì)濾波器設(shè)計(jì)提出了更高的要求,對(duì)濾波器介質(zhì)基板材料的各項(xiàng)性能的要求也越來(lái)越高。本文正是從上述要求出發(fā),研究了相對(duì)介電常數(shù)為25左右,諧振頻率溫度系數(shù)趨近于0的微波介質(zhì)陶瓷材料的配方。以0.85MgTiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3微波介質(zhì)陶瓷材料(以下簡(jiǎn)稱為85MLC)為研究對(duì)象,系統(tǒng)的研究了非化學(xué)計(jì)量比,ZnO摻雜,Co_2O_3摻雜,Nd_2O_3摻雜,SnO_2摻雜對(duì)材料的物相組成,微觀形貌,介電性能的影響。采用固相反應(yīng)法,在本實(shí)驗(yàn)室合成了0.85MgTiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3陶瓷,并對(duì)其物相組成,微觀結(jié)構(gòu)及微波介電性能進(jìn)行了表征。XRD結(jié)果表明85MLC陶瓷的主晶相為MgTiO_3,次晶相為Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3,并且伴有少量的雜相MgTi_2O_5。85MLC的最佳燒結(jié)溫度為1255oC,燒結(jié)溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致陶瓷晶粒的不正常生長(zhǎng),陶瓷樣品的致密度變低。揭示了非化學(xué)計(jì)量比對(duì)85MLC體系陶瓷晶相組成、微觀形貌及介電性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鈦缺失或者過(guò)量對(duì)85MLC陶瓷的晶相組成基本無(wú)影響。鈦的缺失使得陶瓷樣品表面出現(xiàn)了氣孔,當(dāng)鈦的含量增加時(shí),氣孔消失,陶瓷變得致密,這表明TiO_2的摻入可以提高陶瓷的致密度,但是當(dāng)體系中鈦含量較多時(shí),體系中生成了更多的MgTi_2O_5雜相,對(duì)陶瓷樣品的性能產(chǎn)生了不利影響研究了ZnO摻雜對(duì)85MLC陶瓷的物相組成、微觀形貌及微波介電性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果表明,ZnO可以促進(jìn)陶瓷晶粒的生長(zhǎng),從而提升了致密度,略微提升了陶瓷樣品的相對(duì)介電常數(shù)。然而由于ZnO的易揮發(fā)性導(dǎo)致了體系中TiO_2的含量相對(duì)較多,隨著ZnO摻雜量的增多,體系中的雜相略微增多,些許惡化了陶瓷的Q×f值。研究了Co_2O_3的摻雜對(duì)85MLC陶瓷的物相組成、微觀形貌及微波介電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明少量的Co_2O_3的摻雜可抑制體系中雜相MgTi_2O_5的產(chǎn)生,從而改善陶瓷材料的Q×f值。但當(dāng)Co_2O_3的摻雜量過(guò)多后,又會(huì)產(chǎn)生新的雜相Mg2TiO4,惡化了陶瓷材料的性能。研究了Nd_2O_3的摻雜對(duì)85MLC陶瓷晶相結(jié)構(gòu)、微觀形貌及介電性能的影響規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)由于Nd3+離子的離子極化率較La3+離子的離子極化率要低,導(dǎo)致陶瓷體系的相對(duì)介電常數(shù)有所降低,與此同時(shí)體系的Q×f值也有所降低。但是當(dāng)x=0.2時(shí),陶瓷樣品的諧振頻率溫度系數(shù)最接近于零。研究了SnO_2摻雜對(duì)85MLC陶瓷的物相組成、有序度、微觀形貌及介電性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SnO_2少量摻雜可有有效地提高陶瓷的燒結(jié)致密度,由于SnO_2的在高溫下極容易揮發(fā),陶瓷表面出現(xiàn)了大量的氣孔,然而陶瓷內(nèi)部相較與陶瓷表面氣孔要少,十分致密。在本課題所研究中,獲得如下具有較優(yōu)微波性能的體系(測(cè)試頻率6.2GHz):(1)0.85Mg0.90Zn0.10TiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3:εr=25.04,Q×f=43363GHz。(2)Mg0.85Ca0.09La0.04Ti0.95O_3:εr=23.49,Q×f=55984 GHz,τf=+3.28ppm/℃。(3)0.85MgTiO_3-0.15Ca0.6La0.6/3Nd0.2/3TiO_3:εr=24.76,Q×f=47500GHz,τf=+0.5ppm/℃。(4)0.85MgTiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3-0.010SnO_2:εr=24.96,Q×f=50500GHz。(5)0.85MgTiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3+1wt%Co_2O_3:εr=24.28,Q×f=55000GHz。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN713;TQ174.75
【圖文】：

因此加強(qiáng)對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料的研究就顯得十分重要。微成為事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家安全的命脈，所以加強(qiáng)對(duì)微波介質(zhì)陶自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵材料，成為了各個(gè)國(guó)家的共識(shí)。外研究現(xiàn)狀外研究狀況基微帶線濾波器是一種微波無(wú)源器件，其品質(zhì)因數(shù)較高、損耗較各種通信設(shè)備中，其最大的特點(diǎn)就是體積小，重量輕，承載功率器件的小型化。主要應(yīng)用在無(wú)線接收機(jī)、無(wú)線發(fā)射機(jī)等設(shè)備的振電路中，以實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配，減少功率的消耗，降低信噪比等。電路中控制電路的輸出頻率、輸出電流、輸出功率。然而由于制大，基片材料要求高，所以目前高端的陶瓷基微帶線濾波器僅僅少數(shù)幾家公司提供，DLI 公司相應(yīng)的微帶線濾波器如圖 1-2 所示，如圖 1-3 所示。這些公司基本壟斷了高端陶瓷基微帶線濾波器的市技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)很多單位為使用這些產(chǎn)品付出了很高的成本。

圖 1-3 濾波器的 S 參數(shù)特性以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家擁有十分完整的技術(shù)以及先進(jìn)的加工設(shè)備，目前獲得了可以大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的微波介質(zhì)陶瓷材料。人們對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的始于 20 世紀(jì) 60 年代，Barash 和 okaya 于 1962 年研究了使用 TiO2單晶制作微波器，TiO2的介電常數(shù)較高，損耗較低，但是溫度穩(wěn)定性比較差[14,15]。上世0 年代是全球微波介質(zhì)陶瓷研究和生產(chǎn)的黃金時(shí)期，美國(guó)和日本在這個(gè)時(shí)期取很大的成果。美國(guó)首先研究出了可以實(shí)用的 K38 材料，接著日本也提出了各能優(yōu)秀的不同類型的微波介質(zhì)陶瓷材料，例如 R-04C，R-09C。其后英國(guó)、法德國(guó)等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼投入了大量人力物力進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研究。最近 ，由于人們要求與需求的逐漸提高，使得微波設(shè)備向著更加小型化的方向發(fā)展而對(duì)微波介質(zhì)陶瓷各項(xiàng)性能的要求逐漸提高，又引起了人們對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的新一輪研究熱潮。日本村田、松下等多家公司都有著適用于不同場(chǎng)合、不件的微波介質(zhì)陶瓷材料產(chǎn)品。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)也不斷有新的關(guān)于介質(zhì)陶瓷材料應(yīng)用的研究論文發(fā)表。中國(guó)臺(tái)灣在 2010 年左右也出現(xiàn)了關(guān)于微

r 0 (1-1)其中εr是傳輸介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，λ0是電磁波在真空中傳輸時(shí)的波長(zhǎng)。從公式(1-1)可以看出，對(duì)于同樣波長(zhǎng)的電磁波來(lái)說(shuō)，其在不同相對(duì)介電常數(shù)εr的基板材料中傳輸時(shí)，其波長(zhǎng)也將不相同，具體來(lái)說(shuō)，介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)越高，在其中傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL(zhǎng)就越小，這就使得電路中的電磁波波長(zhǎng)就越短，微帶線的線寬越小，從而器件的尺寸也越小。當(dāng)介質(zhì)基板材料的相對(duì)介電常數(shù)較高時(shí)，在其中傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL(zhǎng)短，也使得電磁波的能量基本集中在介質(zhì)基板附近，這就使得電磁波受到環(huán)境因素的影響也將減小，使得屏蔽盒的體積減小，從而減小了器件的體積。小的元器件體積使得最終的系統(tǒng)集成度也較高，節(jié)約了成本。因此，為了實(shí)現(xiàn)器件的小型化，就要提高介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)。微波介質(zhì)陶瓷介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)的大小主要取決于材料的本征結(jié)構(gòu)，這與組成元素的極化率等相關(guān)，介電常數(shù)高的材料代表該材料在電場(chǎng)的作用下的極化能力強(qiáng)[17,18]，微觀粒子有著不同的極化機(jī)制，主要有：電子位移極化，離子位移極化，取向極化和空間電荷極化[19]。圖 1-3 給出了各種常見離子的離子極化率。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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本文編號(hào)：2749080