【摘要】：隨著現(xiàn)代通訊設備向著小型化、高頻率化和集成化的飛速發(fā)展,對微帶線陶瓷濾波器的大小和工作頻率的要求也越來與高。這不僅僅對濾波器設計提出了更高的要求,對濾波器介質基板材料的各項性能的要求也越來越高。本文正是從上述要求出發(fā),研究了相對介電常數(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微波介質陶瓷材料(以下簡稱為85MLC)為研究對象,系統(tǒng)的研究了非化學計量比,ZnO摻雜,Co_2O_3摻雜,Nd_2O_3摻雜,SnO_2摻雜對材料的物相組成,微觀形貌,介電性能的影響。采用固相反應法,在本實驗室合成了0.85MgTiO_3-0.15Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3陶瓷,并對其物相組成,微觀結構及微波介電性能進行了表征。XRD結果表明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的最佳燒結溫度為1255oC,燒結溫度過高會導致陶瓷晶粒的不正常生長,陶瓷樣品的致密度變低。揭示了非化學計量比對85MLC體系陶瓷晶相組成、微觀形貌及介電性能的影響規(guī)律。實驗結果表明鈦缺失或者過量對85MLC陶瓷的晶相組成基本無影響。鈦的缺失使得陶瓷樣品表面出現(xiàn)了氣孔,當鈦的含量增加時,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,但是當體系中鈦含量較多時,體系中生成了更多的MgTi_2O_5雜相,對陶瓷樣品的性能產(chǎn)生了不利影響研究了ZnO摻雜對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。實驗結果結果表明,ZnO可以促進陶瓷晶粒的生長,從而提升了致密度,略微提升了陶瓷樣品的相對介電常數(shù)。然而由于ZnO的易揮發(fā)性導致了體系中TiO_2的含量相對較多,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Co_2O_3的摻雜量過多后,又會產(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85MLC陶瓷晶相結構、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,導致陶瓷體系的相對介電常數(shù)有所降低,與此同時體系的Q×f值也有所降低。但是當x=0.2時,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。實驗結果表明SnO_2少量摻雜可有有效地提高陶瓷的燒結致密度,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。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN713;TQ174.75
【圖文】：

因此加強對微波介質陶瓷材料的研究就顯得十分重要。微成為事關國民經(jīng)濟以及國家安全的命脈，所以加強對微波介質陶自主知識產(chǎn)權的關鍵材料，成為了各個國家的共識。外研究現(xiàn)狀外研究狀況基微帶線濾波器是一種微波無源器件，其品質因數(shù)較高、損耗較各種通信設備中，其最大的特點就是體積小，重量輕，承載功率器件的小型化。主要應用在無線接收機、無線發(fā)射機等設備的振電路中，以實現(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封鎖，國內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)特性以美國為代表的發(fā)達國家擁有十分完整的技術以及先進的加工設備，目前獲得了可以大規(guī)模商業(yè)化應用的微波介質陶瓷材料。人們對微波介質陶瓷的始于 20 世紀 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陶瓷研究和生產(chǎn)的黃金時期，美國和日本在這個時期取很大的成果。美國首先研究出了可以實用的 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陶瓷材料，例如 R-04C，R-09C。其后英國、法德國等歐洲發(fā)達國家也相繼投入了大量人力物力進行相關產(chǎn)品的研究。最近 ，由于人們要求與需求的逐漸提高，使得微波設備向著更加小型化的方向發(fā)展而對微波介質陶瓷各項性能的要求逐漸提高，又引起了人們對微波介質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合、不件的微波介質陶瓷材料產(chǎn)品。歐美等發(fā)達國家的研究機構也不斷有新的關于介質陶瓷材料應用的研究論文發(fā)表。中國臺灣在 2010 年左右也出現(xiàn)了關于微

r 0 (1-1)其中εr是傳輸介質的相對介電常數(shù)，λ0是電磁波在真空中傳輸時的波長。從公式(1-1)可以看出，對于同樣波長的電磁波來說，其在不同相對介電常數(shù)εr的基板材料中傳輸時，其波長也將不相同，具體來說，介質材料的相對介電常數(shù)越高，在其中傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL就越小，這就使得電路中的電磁波波長就越短，微帶線的線寬越小，從而器件的尺寸也越小。當介質基板材料的相對介電常數(shù)較高時，在其中傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL短，也使得電磁波的能量基本集中在介質基板附近，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，為了實現(xiàn)器件的小型化，就要提高介質材料的相對介電常數(shù)。微波介質陶瓷介質材料的相對介電常數(shù)的大小主要取決于材料的本征結構，這與組成元素的極化率等相關，介電常數(shù)高的材料代表該材料在電場的作用下的極化能力強[17,18]，微觀粒子有著不同的極化機制，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】

相關期刊論文 前4條

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相關博士學位論文 前2條

1 唐鑫;新型鎢錳鐵礦型微波介質陶瓷性能及低溫燒結研究[D];浙江大學;2015年

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本文編號：2749080