新型微波介质材料与性能研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文 献 综 述

1. 微波介质陶瓷的发展与现状

1.1微波介质陶瓷的历史发展

微波是一种波长范围为 1m 到 1mm,对应频率为 300MHz 到 300GHz 的电磁波的总称。微波应用于不同的领域是有不同的划分方法,比较复杂。

在微波频段,微波具有波长短、方向性强等特征,因而适合于雷达等,用来发现、跟踪目标;微波的频率高、频带宽、信息容量大,可穿透高空电离层,因而非常适用于卫星通信方面。在过去,微波技术的应用主要是在雷达、通讯等军用场合。最近几年以来,微波在工业、民用产品中取得了广泛的应用。比如,卫星通信,移动电话,微波多路通信等的通信手段,也迅速发展壮大起来。

微波介质瓷是一种可以应用于微波频段电路中,作为一种介质材料,承担多种不同功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷是用于微波通讯电子设备核心器件的基础材料,研究方向包括通讯信息和材料学两大领域。广泛应用于电子对抗、通讯、雷达、导航等设备中的介质谐振器、介质滤波器和介质稳频振荡器等微波器件[1-5]。在国防、军事和民用等各个领域中都起到重要作用[6]

20 世纪中叶,微波介质陶瓷开始得到人们关注,并得到迅速发展。其发展历史可以分为四个不同阶段:60 年代、70 年代、80 年代、90 年代。60 年代时,B.W.Hakki 等人研究了其测量方法,利用 SrTiO3和金红石材料验证了介质谐振器理论[7]。70 年代时,BaO-TiO2系微波介质材料在实用化方面得到了长足的进步。美国率先研制出具有高介电常数、高Q值及较小谐振频率温度系数的K38材料,即 BaTi4O9陶瓷材料[8]。随后,Joker 等人发现 Ba2Ti9O20材料在做介质谐振器时比 BaTi4O9有更高的微波性能。80 年代时,日本提出 R-04C、R-09C 等不同类型材料具有微波性能。其微波性能较好,并具有趋近于零的谐振频率温度系数。随后德国、法国也开始这方面的研究。90 年代时,为了制作稳频 MIC 振荡器,人们成功研制出 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3系微波介质谐振器,并成功应用于稳频 MIC 振荡器。该系统在 10GHz 时,Q 值仍能达到 5000[9,10]。目前,移动通信用介电常数大于60的材料和毫米波及亚毫米波回路集成化介质波导线用的介电常数小于30的材料,正成为全世界研究的热点和难点[11]

1.2 微波介质陶瓷的研究现状

目前,各国学者已经研究或者在微波器件中已经应用的微波介质陶瓷材料体系有很多[9],分类方式也比较多,如按照其组成体系、应用频段、介电性能来进行分类。现在普遍采用的分类方法是用微波介质瓷的介电常数大小来进行分类[12,13],并可将其分为三类:

1) 低 εr材料

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