低介低损耗LTCC材料研制及基于该材料的阵列天线设计

发布时间：2017-05-19 19:14

  本文关键词：低介低损耗LTCC材料研制及基于该材料的阵列天线设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信系统的快速发展,人们对微波介电材料的需求急剧上升。由于越来越多的器件应用于微波段且尺寸小集成度高,促进了低温共烧陶瓷技术(LTCC)的快速发展,拥有低的烧结温度(950℃),高的品质因数(Q×f)和低介电常数(εr)的介电基板材料是LTCC发展的基础。ZnO-SiO2作为一种拥有高品质因数和低介电常数的重要陶瓷材料,在最近几年被广泛研究应用于LTCC领域。低熔点的玻璃掺杂是最常用的降低电子陶瓷烧结温度的方法。然而,对于拥有极高烧结温度的陶瓷材料,如Zn2SiO4,常常需要加入大量的玻璃。这不仅将导致材料极差的介电性能,还会因为玻璃与材料的不同收缩率而导致在LTCC工序中材料的开裂,这种现象对于玻璃掺杂量大于5 wt%时尤其严重。在本课题工作中,使用了Co2+离子替代和玻璃掺杂相结合的方法来使Zn2SiO4陶瓷的烧结温度降低到900℃附近。首先,研究了不同Co2+离子替代量对Zn2SiO4的结构和性能的影响,定量的Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3(LBSCA)玻璃被掺杂到(Zn1-xCox)2SiO4中来使得其可以在900℃附近完成致密烧结。最后发现Co2+离子替代量为0.05时陶瓷拥有致密的微观结构,生长均匀的晶粒和优良的微波介电性能。其次,研究了不同的LBSCA玻璃掺杂量对(Zn0.95Co0.05)2SiO4介电陶瓷的微观结构和微波性能参数的影响。发现了当掺杂2 wt%LBSCA时陶瓷拥有最致密的微观结构且晶粒生长均匀一致性好,同时拥有相当优异的微波介电性能:εr=6.5、Q×f=57,000 GHz、τf=-55 ppm/℃。最后,对比研究了不同量的CaTiO3掺杂(Zn0.95Co0.05)2SiO4+2 wt%LBSCA介电陶瓷,尝试将其温度系数调节到趋于0。实验研究表明当CaTiO3的掺杂量为5.5 wt%时陶瓷的温度系数为-1.3 ppm/℃,从而达到了LTCC应用的要求。基于自己开发的低介低损耗的(Zn0.95Co0.05)2SiO4+2 wt%LBSCA+5.5 wt%CaTiO3陶瓷材料来设计并制作了一个2×2的圆极化阵列天线。第一,通过采用“双层结构+“工”型口径耦合馈电”的方法来达到2.36 GHz的带宽;第二,采用“天线单元90°旋转排列+馈电网络90°相位差”来达到1.33 GHz的圆极化带宽。最后用丝网加工将天线印刷在陶瓷介质基板上,测试得到性能参数并与仿真曲线相差不大,因此可以判定本课题的材料研究与天线设计是成功的。
【关键词】：低介低损耗陶瓷 微波介电性能 低温共烧陶瓷(LTCC) (Zn0.95Co0.05)2SiO4-LBSCA 阵列圆极化天线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 LTCC技术介绍10-12
• 1.3 LTCC基板材料的主要特点12-13
• 1.4 LTCC基板材料低温烧结的实现13-14
• 1.5 低温烧结Zn_2SiO_4基板材料的国内外研究现状14-15
• 1.6 LTCC圆极化阵列宽带天线综述15
• 1.7 本论文的内容与研究路线15-17
• 第二章 Zn_2SiO_4关键特性参数分析17-24
• 2.1 Zn_2SiO_4介电陶瓷材料特点17-18
• 2.2 Zn_2SiO_4介电陶瓷材料关键特性参数分析18-21
• 2.2.1 Zn_2SiO_4介电常数影响因素18-19
• 2.2.2 Zn_2SiO_4品质因数影响因素19-20
• 2.2.3 Zn_2SiO_4温度系数影响因素20-21
• 2.3 Zn_2SiO_4烧结特性影响因素21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 Zn_2SiO_4介电陶瓷的制备与测试方法24-30
• 3.1 Zn_2SiO_4介电陶瓷的制备24-27
• 3.1.1 Zn_2SiO_4介电陶瓷制备所需的原料24
• 3.1.2 Zn_2SiO_4介电陶瓷制备的工艺流程24-27
• 3.2 Zn_2SiO_4介电陶瓷的表征与测试27-29
• 3.2.1 Zn_2SiO_4相对密度的测试27
• 3.2.2 物相分析27-28
• 3.2.3 微观相貌的测试28
• 3.2.4 微波介电性能的测试28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 第四章 Co~(2+)替代和LBSCA玻璃掺杂对Zn_2SiO_4性能影响30-46
• 4.1 研究方法与实验步骤30-31
• 4.1.1 研究方法30
• 4.1.2 实验步骤30-31
• 4.2 Co~(2+)替代Zn2+对Zn_2SiO_4性能影响研究31-36
• 4.2.1 烧结特性研究31
• 4.2.2 物相与晶胞参数分析31-33
• 4.2.3 微观相貌研究33-34
• 4.2.4 微波介电性能研究34-36
• 4.2.5 小结36
• 4.3 LBSCA玻璃掺杂对(Zn_(0.95)Co_(0.05))_2SiO4性能的影响研究36-42
• 4.3.1 烧结特性研究38
• 4.3.2 物相分析38-39
• 4.3.3 微观相貌分析39-41
• 4.3.4 微波介电性能研究41-42
• 4.3.5 小结42
• 4.4 (Zn_(0.95)Co_(0.05))_2SiO4 +2 wt% LBSCA温度系数的调节42-44
• 4.5 本章小结44-46
• 第五章 基于Zn_2SiO_4基介电陶瓷的X波段LTCC阵列天线研究46-67
• 5.1 引言46
• 5.2 微带天线理论分析46-48
• 5.3 微带天线的性能参数48-53
• 5.3.1 辐射方向图48-49
• 5.3.2 增益49
• 5.3.3 天线的极化49-51
• 5.3.4 反射系数51
• 5.3.5 中心频率及带宽51-53
• 5.4 阵列天线的设计与加工53-66
• 5.4.1 天线设计元技术53
• 5.4.2 阵列单元设计53-58
• 5.4.3 组阵方法及阵列仿真58-64
• 5.4.4 天线加工及测试64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间取得的成果73-74

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨娟;堵永国;张为军;周文渊;;LTCC基板材料研究进展[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年

  本文关键词：低介低损耗LTCC材料研制及基于该材料的阵列天线设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：379588