《现代滤波器设计讲座4.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代滤波器设计讲座4.pdf（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（四）电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（四）微波陶瓷材料微波陶瓷材料序言序言在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高。同时，价格也不断降 低。所以，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于 通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域，同轴谐振腔 滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高
2、。同时，价格也不断降 低。所以，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于 通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域，同轴谐振腔 滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。2004年，年，Raafat R.Mansour在在IEEE Microwave Magazine上撰文预 测，在未来上撰文预 测，在未来5年之内，介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大 的份额。因此，重视基站用介质滤波器技术的发展，掌握基站 用滤波器设计与制作技术是非常重要的。年之内，介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大 的份额。因此，重视基站用介质滤波器技术的发展，掌握基站 用滤波器设计与制作技术是非常重要的。什么
3、是高介电常数微波介质材料？什么是高介电常数微波介质材料？?高介电常数微波介质材料实质上是一种陶瓷材料。国外，七十年代以前把高介电常数微波介质材料称为特种陶瓷。?早在1939年R.D.Rechtmeyer就做出了介质谐振器和滤波器。?开始人们主要使用金红石（TiO2）陶瓷制作介质滤波器。但是，TiO2的温漂很大达到500PPm/Co。用这种材料制作的滤波器在X波段温漂可达到4MHz/Co。对微波介质材料的使用有很大的限制。?上世纪80年代，微波介质材料的生产技术有了很大的发展。出现了多种新型微波陶瓷材料，特别是钡-钽系陶瓷材料的出现，使微波介质陶瓷进入了实用阶段。这种陶瓷材料的介电常数可以达到3
4、5，温漂小于2PPm/Co。Q值达到15000。用这种陶瓷材料制成的介质谐振器温度稳定性可以达到殷钢腔体的水平。?此后，微波陶瓷材料进入大规模实际使用阶段。在卫星通讯、雷达和蜂窝电话系统中都有广泛使用。微波介质材料的主要特性微波介质材料的主要特性介质材料的三要素：1、介电常数介质材料的三要素：1、介电常数2050rr7590r040,000250,000GHzQfGHz()2fL=+介电常数的温度系数介电常数的温度系数L介质材料的线膨胀系数介质材料的线膨胀系数1tanQ?基站用介质滤波器对介质材料的要求?高介电常数，介电常数越大，谐振器的体积就可以做小。通常要求介电常数大于30为佳。?高Q值，
5、一般Q值大于3000以上。?低温漂，温度系数小振荡频率比较稳定。一般要求为宜。20/oppm C目前一些常用高介电常数微波介质材料的特性目前一些常用高介电常数微波介质材料的特性通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史?在手机技术发展的初期，殷钢空气填充谐振腔被用于基站和手持系统的谐振器和滤波器。这些谐振器和滤波器体积大又笨重。在1980前后，用(Mg,Ca)TiO3,ZrTiO4,和 BaTi4O9制作的第一代介质谐振器开始取代基站系统中使用的空气填充的谐振器和滤波器。?在上世纪90年代初期，用于基站和手机的介质材料开始发生分裂。基站需要的是高Q 值的介质材
6、料。通常，Q值在40 000Qf0250 000,材料的相对介电常数50r25。?与基站用介质材料不同的是手机用介质材料被小型化主导。材料的介电常数达到 70r6 000 000；?r=3740 40，7 GHz 7 GHz，Q7 000 000；?r=33 3336 36，10 GHz 10 GHz，Q10 000 000；?r=2931 31，l0 GHz GHz，Q12000 12000；?r=2729 29，10 GHz 10 GHz，Q15000 15000；?r=2425 25，10 GHz 10 GHz，Q20 000 000；?r=2324 24，10 GHz 10 GHz，Q
7、35 000 000；?r=6 6406，7 GHz 7 GHz，Q2 000 000：?r=21.4 21.41，7 GHz 7 GHz，Q2 000 000；?r=92 921，1 GHz 1 GHz，Q550。德国德国 EPCOS(S+M)公司部分产品性 能公司部分产品性 能?r=217 GHz Q7 200，镁-钙系列陶瓷（MgTiO3-CaTiO3），?r=387 GHz Q6 300，锆-锡系列陶瓷（(Zr,Sn)TiO Zr），?r=2910 GHz Q9 500，钡系陶瓷（Ba(Zr,Zn,Za)O3），?r=882.3 GHz Q2 300，BaO-PbO-Nd2 O3-Ti
8、O2.美国美国 Trans Tech 公司公司部分产品性 能部分产品性 能?r=29.030.7 2 GHz Q50 000，?r=34.636.7 2 GHz Q35 000，?r=44.746.2 4.36 GHz Q9 500，?r=35.036.5 4.5 GHz Q9 500，?r=27.630.6 10 GHz a10 000.?介质谐振器频率覆盖 800 MHz40 GHz 系列化，f=(1或 2)PPm/Co。英国英国 Morgan Electro Ceramics 公司公司覆盖 600 MHz25GHz?r=20,12 GHz,Q=6,000，(Mg Ca Ti系列)：?r=
9、30，10GHz，Q=12,600，(Ba Zn Ti 系列)：?r=37，9 GHz，Q=5,800,(Zr Sn Ti 系列)：?r=43，2 GHz，Q=20,000，?r=77，5GHz，Q=10,000，?r=88 5GHz Q=1,100,(Ba Nd Ti 系列)：国内微波陶瓷材料的主要生产厂商国内微波陶瓷材料的主要生产厂商?浙江正原电气股份有限公司、?潮州三环(集团)股份有限公司、?景华电子有限责任公司(999厂)、?苏州捷嘉电子有限公司、?浙江嘉康电子有限公司、?福建南安讯通电子公司等，在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大 差距。国内微波陶瓷的主要研究单位国内微波
10、陶瓷的主要研究单位?上海大学 天津大学、上海同济大学、华 中科技大学、浙江大学、厦门大学承担了 国家 863 计划中相应课题，并取得了一定 成果。?电子科技大学、清华大学、华南工学院、哈尔滨工业大学、兰州大学、西安交通大 学、北京科技大学、电子 13 所、电子9所和 中科院上海硅酸盐研究所等也对微波介质 陶瓷材料及元器件进行了研究。国产微波陶瓷材料的技术参数国产微波陶瓷材料的技术参数?=82=821，QF8000GH Z，f=05ppm/，(用于移动电话 GPS)；?=91=1，QF5000GHZ，f 5000GHZ，f100，QF3600GHZ，f 35 1，QF80000GHZ,f=0 5
11、ppm/，（用于卫星通讯和移动电话基站）；?=251，QF150000GHZ，f=0 5ppm/，（用于卫星通讯）。天津大学天津大学?r=24，(BaMg1/3Ta 2/3O3系统）12.44mmx5.39mm 7.4652 GHz，Qf=172,000频率温度系数 f=+4.80PPm/?r=23，(Mg2TiO4系统)12.74 mmx5.88 mm 7.2297 GHz，Qf=69,000 GHz频率温度系数 f=+13,6 PPm/6。上海大学上海大学?r=30，10 GHz，Qf 100,000 GHz；?r=38，10 GHz，Qf 60,000GHz；?r=80，3GHz，Qf 8,000 GHz；?r=90，1 GHz，Qf 5 000 GHz；?新开发 r=25，33和40 等三种微波介质陶瓷。电子科技大学电子科技大学?r=24(BaMg1/3Ta2/303系统），Qf120 000 GHz?r=30(Ba Zn Ta 系统)，?r=80(Ba Nd Ti 系统)。