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BMT基微波陶瓷改性及在滤波器的应用研究

蒋婷  
【摘要】:随着通信技术的全面发展,高频用微波器件的开发正如火如荼的进行着。作为微波射频终端设备的重要组成部分,微波滤波器成为研究的重点。然而,频谱的限制和高数据速率的要求,对滤波器提出了更高的要求。其中,超高Q微波介质滤波器由于高Q基材的存在能够满足信息时代高速海量信息传输的需求。因此,本文以滤波器用高Q介质材料Ba(Mg1/3Ta2/3)O3的研究为主要内容,分析其高Q的具体原因,特别是键长等微观结构的变化;同时设计了一个高Q介质基X波段滤波器,验证了陶瓷的介电性能,实现了滤波器的高频应用。主要的研究内容如下:在烧结温度升高的过程中,Ba(Mg1/3Ta2/3)O3的结晶度、畸变度和有序度逐渐升高,结构也渐趋致密;其中,高温下较高的有序度与短键长的强作用力密切相关,其把离子束缚在局域空间促成了有序结构。此外,研究表明较少的声子交互作用倾向于在具有窄拉曼峰的高有序样品中出现,这意味着由于相互作用损耗的能量会降低。综上所述,温度越高,畸变越大、有序度越高、键长越短、声子交互作用越少,这些是低损耗的关键原因。加入1 mol%B2O3的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波陶瓷能在1550℃获得优异的微波性能:Q ×f=133716 GHz,εr=24,τf=3.61 ppm/℃,主要原因是:在 1550℃时,样品在B2O3的辅助下实现致密烧结,同时,该温度样品的有序度也相对较高;此外,1550℃样品的Ba离子在氧八面体间隙中容易移动;少的声子交互作用也在该样品中出现,这促成了高的品质因子。综上所述,1550℃致密烧结样品的高的有序度、活跃的Ba离子、少的声子交互是介电性能改善的原因。在B2O3含量对Ba(Mg1/3Ta2/3)O3介电性能影响的研究中发现,畸变度和有序度先增后减,在B2O3含量为0.5 mol%时最大;同时,该含量下TaBO4相辅助陶瓷实现液相烧结,在该样品中还观察到均匀、致密、较大的晶粒分布;同样,Ba离子在八个氧八面体间隙的活跃和较短的键长也在该样品中被检测到;综上所述,0.5 mol%B2O3有利于Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波介电性能的改善:Q×f=136964 GHz,εr=24.01,τf=1.2 ppm/℃。基于微波介质基Ba(Mg1/3Ta2/3)O3设计制作出一个应用于X波段的微波介质谐振滤波器,其性能为:传输的通频带以10.29 GHz为中心频率,伴随着小的插入损耗0.86 dB和大的带宽216 MHz。


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