BST厚膜应用于铁电移相器的研究

论文摘要

作为一种典型的铁电材料，钛酸锶钡（BST）在顺电相下具有较高的介电可调率以及较低的介电损耗，被广泛应用于各种压控微波器件,特别是移相器的设计和开发当中。相比于体材料，BST厚膜具有适中的介电常数以及更低的驱动电压；相比于薄膜材料，厚膜材料具有更好的介电性能。与现有的各种工艺相比，丝网印刷法是一种成本低廉，工艺简单的厚膜制备工艺。随着电子元器件的微型化、集成化以及多功能化，低温共烧技术（LTCC）得到了快速的发展，该技术要求电子材料能与Ag等金属电极共烧，而BST厚膜的烧结温度太高，一般在1200℃以上，本文的研究目标是将BST厚膜的烧结温度降低到银的熔点以下。本文采用丝网印刷工艺，在Al2O3陶瓷衬底上，通过B2O3-Li2O掺杂低温液相烧结制备了Ba0.6Sr0.4TiO3厚膜材料，系统研究了B2O3-Li2O含量对厚膜样品微观结构、物相成分及介电性能的影响。结果表明：B2O3-Li2O掺杂量的增加，使BST厚膜的烧结温度递减，材料的晶粒尺寸及室温下的介电常数明显变小。当总掺杂量为4.5wt%，BST厚膜可在900℃下低温烧结，在20℃和10kHz频率下测得其介电常数为312，介电损耗为0.0039，在3kV/mm偏场下的可调率可达16.2%。采用Ansoft HFSS软件对BST厚膜移相段共面波导进行了结构和性能的综合模拟，并根据模拟分析结果对BST厚膜共面波导结构进行优化。结果表明：影响移相器性能的主要因素是BST厚膜的介电性能，适当减小厚膜的介电常数，降低介电损耗能明显提高介电调谐率是提高移相器性能。设计的移相段共面波导结构的最佳尺寸为：厚膜厚度h=80μm，中心导带宽度w=0.6mm，间隙距离g=0.25mm，电极厚度t=5μm。在上述条件下，BST共面波导结构的移相优值为264.5°/dB。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 相控阵天线及其工作原理
• 1.2 铁电移相器
• 1.3 钛酸锶钡（BST）铁电移相器
• 1.4 课题的提出及研究内容
• 2 BST 厚膜的制备及性能表征
• 2.1 厚膜的制备方法
• 2.2 BST 厚膜的制备工艺及性能测试
• 2.3 钡锶比对 BST 厚膜介电性能的影响
• 2.4 小结
• 2O₃-Li₂O 掺杂对 BST 厚膜性能的影响'>3 B₂O₃-Li₂O 掺杂对 BST 厚膜性能的影响
• 2O₃-Li₂O 共掺杂 BST 厚膜的降温烧结研究'>3.1 B₂O₃-Li₂O 共掺杂 BST 厚膜的降温烧结研究
• 2O₃-Li₂O 共掺杂 BST 厚膜的低温烧结研究'>3.2 B₂O₃-Li₂O 共掺杂 BST 厚膜的低温烧结研究
• 3.3 小结
• 4 微波传输线理论基础与移相段结构
• 4.1 均匀传输线基本理论
• 4.2 微波传输线的传输特性及结构设计
• 4.3 二端口微波网络参数
• 4.4 移相段共面波导（CPW）结构
• 4.5 移相段阻抗匹配
• 5 移相段结构及性能模拟优化
• 5.1 模拟优化仿真软件 HFSS
• 5.2 模拟优化仿真参数
• 5.3 移相段模拟仿真优化分析
• 5.4 阻抗匹配电路的模拟
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文