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1、. 本 科 毕 业 设 计论文题目 微波介质陶瓷材料及其应用 学生姓名 杨 威 学 号 053622025 所属院部 电子与信息工程学院 专 业 电子信息科学与技术 班 级 2005级二班 指导教师 熊 钢 20XX5月.摘 要微波介质陶瓷作为一种新型电子材料,在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等,广泛应用于微波技术的许多领域。可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。随着科学技术日新月异的发展,通信信息量的迅猛增加,以及人们对无线通信的要求,使用卫星通讯和卫星直播电视等微波通信系统己成为当前通信技术发展的必然趋势。这就使得微波材料在民用方而的需求逐渐增多,如手
2、机、汽车、蜂窝无绳等移动通信和卫星直播电视等新的应用装置。本课题综述国内外微波介质陶瓷的应用现状,阐明微波介质陶瓷材料应用中存在的问题,指明微波陶瓷材料今后的研究方向。关 键 词：微波介质陶瓷材料；应用；发展.ABSTRACTMicrowave dielectric ceramics as a new electronic material, in modern communications were used to resonator, filter, dielectric substrate, dielectric antenna, medium wave guide loop, wide
3、ly used in many fields of microwave technology. It can be used in mobile communications, satellite communications and military radar, etc. With the rapid development of science and technology, the communication rapid increase of information, and the requirements for wireless communication, using sat
4、ellite communications and satellite live TV etc microwave communication system, the communication technology has become an inevitable trend. This makes the material in civil microwave and demand increase gradually, such as mobile phone, cellular and cordless auto mobile communication and satellite T
5、V broadcast on new application equipment.This paper present situation of the application of microwave dielectric ceramic dielectric ceramics, microwave problems existing in the application of microwave ceramics, pointing out the direction of future research.KEY WORDS: Microwave dielectric ceramic ma
6、terials; Application; Development.目 录1 绪论12微波介质陶瓷材料的发展32.1微波介质陶瓷材料的发展背景32.2国内外微波介质陶瓷材料的发展33微波介质陶瓷材料的应用43.1微波介质陶瓷的性能要求53.2微波介质陶瓷材料的分类6低介微波介质陶瓷体系6中介微波介质陶瓷体系8高介微波介质陶瓷93.3 微波介质陶瓷材料的主要应用113.3.1 介质谐振器12介质滤波器13其它方面的应用134微波介质陶瓷材料存在的问题和展望15致谢17参考文献18.1 绪论陶瓷的发展史是人类文明史的一个缩影,现代人在研究古代历史的时候,各个时期留存下来的陶瓷便是最有价值的线索。当
7、陶瓷这一古老的工艺发展成陶瓷科学的时候,她便成了对我们生活能产生重大影响的一门学科。近半个多世纪以来,随着陶瓷材料的研究和开发,在与人类生活息息相关的各个领域,如电子、通讯、能源、交通、宇宙探索和国家安全等,都能找到陶瓷的身影。可以说现代人的生活离不开陶瓷,陶瓷的进步给人类带来的是生活方式的日新月异。微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应用于微波频率主要是300MHz 30GHz 频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料,是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。它具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等优良性能,适于制造多种微波元器件,能满足微波电路小
8、型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。 近年来,由于微波通信事业的迅速发展,卫星通信、汽车和便携式等移动通信领域对小型化、高性能化的微波电路和微波器件的需求量日益增加,更高频带的利用也在计划之中。这就要求作为情报通信社会的支撑,要不断开发具有更加优越性能的新型材料。由于微波信号的频率极高,波长极短,信息容量大,有强方向性、穿透性和吸收能力,并且微波设备可实现通信的保密性,十分有利于通信技术领域和军事领域中的应用。实现微波设备的小型化、高稳定性和廉价的途径是微波电路的集成化。传统的金属谐振腔和金属波导体积和重量过大,限制了微波集成电路的发展。而微波介质陶瓷能很好地解决这些问题。使得微波介质陶瓷在
9、近二十多年来得到迅速的发展,成为制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。微波介质陶瓷具有高介电常数、低微波损耗、温度系数小等优良性能,适于制作各种微波器件,如电子对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接受机和移动等设备中的微波振荡器、滤波器和鉴频器,能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信的发展,微波介质陶瓷的研究越来越受到人们的重视1。随着微波技术的迅速发展,信息化社会对微波介质陶瓷材料的要求也会越来越高,其应用前景也会越来越好。但目前的体系还不能完全满足令人满意,还存在一些问题。对微波介质材料性能的微观机理有待于进一步研究,希望能从理论上了解影响陶瓷材料微波损耗的
10、机理,找出晶体的微观结构和材料微波介电性能之间的关系。另外现有的制备工艺也有待于进一步改进。目前多采用常规的高温固相反应方法制备,不仅烧结时间长,很难获得致密的结构,而且组分易挥发,使产物偏离预期的组成并形成多相结构,从而导致材料性能的劣化和不稳定性。近年来软化学法作为一种先进的材料制备方法,已经在功能陶瓷的制备方面开辟了一种新的工艺路线。我们相信随着研究的进一步深入和新型烧结技术的运用,最终可实现微波介质陶瓷材料组成、结构与性能的可调控性,微波介电材料将显示出广阔的应用前景绪论部分主要论述论文的选题意义及应用背景、国内外研究现状分析及论文的主要研究内容等。.2微波介质陶瓷材料的发展2.1微波
11、介质陶瓷材料的发展背景近年来,移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统、蓝牙技术以及无线局域网等现代通信业得到了飞速发展。这种飞速发展极大的带动了现代通信相关元器件的需求。对微波谐振器、滤波器、振荡器、移相器、微波电容器以及微波基板等元器件这种庞大的市场需求,再加上微波介质陶瓷制作的介质谐振器等微波元器件具有体积小、质量轻、性能稳定、价格便宜等优点,因此微波介质陶瓷也发展得相当迅速,其市场也迅速扩大,并且在现代通信工具的微型化、片式化、集成化起着举足轻重的作用。正是这种强大的市场驱动,微波介质陶瓷得到了广泛而深入的研究。世界各国都在加大投入进行广泛的研究,陆续开发出新材料体系。这些体系要得到工业应
12、用,必须在性能上要满足高介电常数、低介电损耗以及良好的频率稳定性,当然还要求低的成本。2.2国内外微波介质陶瓷材料的发展微波,一般是指频率介于300MHz-300GHz,波长介于lm-lmm的电磁波。在整个电磁波频谱中,微波处于超短波和红外波之间。与普通的无线电波相比,微波的频率高,可用频带宽,信息容量大,可以实现多路通信；微波的波长很短,方向性极强,很适合于雷达等发现和跟踪目标；微波能穿透高空的电离层,因而特别适用于卫星通讯等。鉴于微波的这些特点,微波技术在通信领域的应用有着广阔的前景2。微波介质陶瓷,是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷,1939年,B.Q Ric
13、htmeyer从理论上提出介质陶瓷材料可作谐振器的设想后, 美国率先开始了微波介质陶瓷材料的研制。70年代美国最先研制出实用化的K38材料。接着, 日本在80年代提出了R-04C、R-09C等不同类型材料的微波性能。其后, 法国、德国等欧洲国家也相继开始了这方面的研究。目前, 日本在该领域的研究已后来居上, 村田、松下、NGK等公司都有其各具特色的微波介质材料体系;美国、欧洲也未停止研究工作, 不断有微波介质陶瓷的研究报告发表。随着微波应用范围的拓广,亟须满足特殊频段使用要求的微波介质陶瓷材料。现在, 移动通信用r60的材料和毫米波、亚毫米波回路集成化的介质波导线路用r30的材料, 正成为世界
14、性的研究热点和难点。1992年7月,日本松下电气公司在高介电常数微波介质陶瓷材料上取得进展, 研制出钙酸铅体系的Pb-Zr-Ca新材料, 其r110,Q1200,f3010-6/。这是至今为止r最高的微波介质陶瓷材料3,4。我国对微波介质陶瓷材料的研制始于80年代初。由于材料、工艺水平低, 测试评价困难等因素, 基本上是重复与追踪国外的研究工作。80年代重复国外BaOTiO2系微波介质陶瓷的研究, 90年代则追踪国外的BaO3 、BaO3以及BaO-Sm2O3-TiO2、BaO-La2O3-TiO2等体系分别简写为BZT、BMT及BST、BLT的研究工作, 如华南理工大学的BMT-BZT系材料
15、, 上海科大的BST系材料,799厂和999厂的九钛钡, 电子科技大学的BaO-Nd2O3-TiO2等。这些研究工作或者缺少对f的测试, 或者对f的测试因采用了太粗糙的设备如波长仪而数据不精确, 其水平与应用都远远不能满足国内微波通讯技术发展的需要。从1991年以来, 电子部和国家科委加强了对微波介质陶瓷材料的研究工作, 北京建材院、电子科技大学信息材料学院等研究单位凭借其雄厚的科研实力和先进的测试设备, 都把微波介质陶瓷作为 八五 、 九五攻关的重要课题, 力争赶上世界水平。电子科大已经有初步的研究成果,如低损耗的BZT-BMT材料达到相当水平, 用先进的HIP工艺制备BaO-Nd2O3-TiO2微波陶瓷属国内外首创。综合微波陶瓷的发展历史, 根据其发展特点大致可以分为60年代、70年代、80年代和90年代四个不同的发展阶段。各阶段的特点和代表材料的性
