微波介质陶瓷材料及其应用
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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。 Equation Chapter (Next) Section 1
2 微波介质陶瓷材料的发展
微波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(GPS)、蓝牙技术以及无线局域 网(WLA)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。
低介微波介质陶瓷体系 ...................................................................错误!未定义书签。 中介微波介质陶瓷体系 ...................................................................错误!未定义书签。 高介微波介质陶瓷 ...........................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷材料的主要应用 ......................................................... 错误!未定义书签。
近年来,由于微波通信事业的迅速发展,卫星通信、汽车电话和便携式电话等移动通 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电话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
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， Richtmeyer 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 εr≥60 的材料和毫米波、亚毫米波回路集成化的介 质波导线路用 εr≤30 的材料, 正成为世界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 εr≥110,Q≥1200(约 2GHz)，τf≤30×10-6/℃。这是至今为止 εr 最高的微波介 质陶瓷材料[3,4]。
微波介质陶瓷材料的发展背景 ...........................................................错误!未定义书签。 国内外微波介质陶瓷材料的发展 .......................................................错误!未定义书签。 3 微波介质陶瓷材料的应用....................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷的性能要求 ...................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷材料的分类 ...................................................................错误!未定义书签。
本科毕业设计
论文题目 学生姓名 学号 所属院部 专业 班级 指导教师
微波介质陶瓷材料及其应用 杨威 0
电子与信息工程学院 电子信息科学与技术
2005 级二班 熊钢
2009 年 5 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，如手机、汽车电话、蜂窝无绳电话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。
KEY WORDS: Microwave dielectric ceramic materials; Application; Development
目录
1 绪论.......................................................................................................错误!未定义书签。 2 微波介质陶瓷材料的发展....................................................................错误!未定义书签。
Equation Chapter 1 Section 1
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，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
介质谐振器 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 介质滤波器 .......................................................................................错误!未定义书签。 其它方面的应用 ...............................................................................错误!未定义书签。 4 微波介质陶瓷材料存在的问题和展望................................................错误!未定义书签。 致 谢.......................................................................................................错误!未定义书签。 参考文献 ...................................................................................................错误!未定义书签。
关 键 词：微波介质陶瓷材料；应用；发展
ABSTRACT
Microwave dielectric ceramics as a new electronic material, in modern communications were used to resonator, filter, dielectric substrate, dielectric antenna, medium wave guide loop, widely 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 satellite 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 TV broadcast on new application 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.
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。 Equation Chapter (Next) Section 1
2 微波介质陶瓷材料的发展
微波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(GPS)、蓝牙技术以及无线局域 网(WLA)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。
低介微波介质陶瓷体系 ...................................................................错误!未定义书签。 中介微波介质陶瓷体系 ...................................................................错误!未定义书签。 高介微波介质陶瓷 ...........................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷材料的主要应用 ......................................................... 错误!未定义书签。
近年来,由于微波通信事业的迅速发展,卫星通信、汽车电话和便携式电话等移动通 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电话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
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， Richtmeyer 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 εr≥60 的材料和毫米波、亚毫米波回路集成化的介 质波导线路用 εr≤30 的材料, 正成为世界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 εr≥110,Q≥1200(约 2GHz)，τf≤30×10-6/℃。这是至今为止 εr 最高的微波介 质陶瓷材料[3,4]。
微波介质陶瓷材料的发展背景 ...........................................................错误!未定义书签。 国内外微波介质陶瓷材料的发展 .......................................................错误!未定义书签。 3 微波介质陶瓷材料的应用....................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷的性能要求 ...................................................................错误!未定义书签。 微波介质陶瓷材料的分类 ...................................................................错误!未定义书签。
本科毕业设计
论文题目 学生姓名 学号 所属院部 专业 班级 指导教师
微波介质陶瓷材料及其应用 杨威 0
电子与信息工程学院 电子信息科学与技术
2005 级二班 熊钢
2009 年 5 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，如手机、汽车电话、蜂窝无绳电话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。
KEY WORDS: Microwave dielectric ceramic materials; Application; Development
目录
1 绪论.......................................................................................................错误!未定义书签。 2 微波介质陶瓷材料的发展....................................................................错误!未定义书签。
Equation Chapter 1 Section 1
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，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
介质谐振器 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 介质滤波器 .......................................................................................错误!未定义书签。 其它方面的应用 ...............................................................................错误!未定义书签。 4 微波介质陶瓷材料存在的问题和展望................................................错误!未定义书签。 致 谢.......................................................................................................错误!未定义书签。 参考文献 ...................................................................................................错误!未定义书签。
关 键 词：微波介质陶瓷材料；应用；发展
ABSTRACT
Microwave dielectric ceramics as a new electronic material, in modern communications were used to resonator, filter, dielectric substrate, dielectric antenna, medium wave guide loop, widely 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 satellite 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 TV broadcast on new application 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.