Li2O-Nb2O5-TiO2系微波介电陶瓷的制备及其在微带天线上的应用

摘要

目前微波通讯技术正经历着飞速发展，便携性、轻质性、高可靠性和低成本化已逐渐成为新一代通讯设备的标准。具有上述优良特性的微波介质陶瓷不可避免的承接起了作为微波通讯设备主要的微波介质材料的重大使命。微波介质陶瓷具有巨大的发展前景，可应用于众多领域，已受到世界范围科研工作者的重视。
　　作为具有相对较低烧结温度，较低的微波介电损耗，可调节的介电常数和相对较小的频率温度系数的微波介质陶瓷，Li2O-Nb2O5-TiO2(LNT)系陶瓷不可避免的成为了众多专家学者关注的焦点。通过改变化学配方，可以得到不同介电常数的LNT微波介质陶瓷，因而可应用于众多领域。
　　本文主要研究两种不同介电常数的LNT系微波介质陶瓷的制备及在微带天线上的应用，文章实验部分可分为以下三个部分：
　　（1）工艺探索：文章前期对LNT系微波陶瓷进行了不同球磨时长的优化实验，实验分别选取3、5、7、9小时的球磨时间，采用1:1:5的料水球比的球磨配方进行实验，通过实验结果确定了LNT系微波介质陶瓷最佳的球磨时间为5小时。
　　（2）陶瓷制备：文章首先对低介电常数 LNT系微波介质陶瓷进行了不同 Li含量的优化实验，然后进行了中介电常数LNT系微波介质陶瓷的制备和降烧工作，通过大量的实验，最终得到了相对较好的微波介电性能。对于低介电常数LNT陶瓷来说，当LNT陶瓷减去4 wt.％的Li时，样品在1125℃下烧结2小时得到相对致密的陶瓷，并得到良好的微波介电性能：εr=21.67，tgδ=9.72×10-5，Q×f=67576 GHz(f=6.567 GHz)，τf=-20.833 ppm/℃。当掺入0.3 wt.%Li-B-Si(LBS)玻璃并且在900℃下烧结1个小时，可以得到中介电常数 LNT陶瓷的微波介电性能为εr=47.49，Q×f=9606GHz(f=4.67 GHz)和τf=49.8 ppm/℃。
　　（3）天线制备：文章利用实验前期所制备出来的低介LNT微波介质陶瓷作为天线的微波介质材料，制备出了具有良好性能的微带贴片天线。天线采用双馈电点方式实现右旋圆极化，所设计的微带天线的中心频率为1.2685 GHz，主要用于收发北斗信号，所设计的天线带宽不小于20 MHz。经过仿真可得带内回波损耗绝对值（|S11|）大于10 dB，未加移相器时带宽内电压驻波比不大于1.7623，轴比为1.196 dB，最大辐射方向增益为5.45 dB，天线微波性能良好。最后依据仿真结果，制备出了天线实物，并通过测试得到了理想性能，即最大增益为4.688 dB，中心频率为1.2685 GHz，天线带宽23.6 MHz，轴比为1.235 dB，带宽内电压驻波比不大于1.2809，极化方式为右旋圆极化。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 微波介质陶瓷的分类

1.3 国内外研究现状

1.4 微波介质陶瓷的发展趋势

1.5 Li2O-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷介绍

1.6 降低微波介质陶瓷烧结温度的原理

1.7 论文主要研究内容及思路

第二章 微波天线基础理论

2.1 微波天线辐射原理

2.2 微波天线分类

2.3 微波天线相关性能指标

2.4 微波天线发展趋势

2.5 本章小结

第三章 实验方法及测试方法

3.1 实验原材料及特性

3.2 实验工艺设备介绍

3.3 实验方案及制备流程

3.4 实验测试设备介绍

3.5 样品性能测试方法及原理

3.6 本章小结

第四章 Li2O-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷的研究

4.1 实验工艺优化

4.2 低介Li2O-Nb2O5-TiO2陶瓷的研究及测试

4.3 中介Li2O-Nb2O5-TiO2陶瓷的研究及测试

4.4 本章小结

第五章 微带贴片天线的设计

5.1 微带天线基础理论

5.2 微带天线的理论分析方法

5.3 微带贴片天线的结构及其工作原理

5.4 微带贴片天线的数值仿真及结果

5.5微带贴片天线实物性能测试分析

5.6 本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果