[发明专利]一种温度稳定、介电常数可调的微波介质陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介质陶瓷及其制造领域，尤其涉及一种温度稳定、介电常数可调的微波介质陶瓷及制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷(Microwave Dielectric Ceramics,MWDC)应用于微波频段(300MHz～300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质天线和介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器和军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

应用于微波频段的介质陶瓷通常需要满足如下三个条件：(1)适宜的介电常数以利于器件的小型化(介质元器件的尺寸与介电常数ε_r的平方根成反比)；(2)高的品质因数Q以降低损耗，一般要求Q×f≥3000GHz(其中f为谐振频率)；(3)稳定的频率温度系数，以保证器件的温度稳定性。上世纪70年代以来，开始了大规模的对介质陶瓷材料的开发工作，根据相对介电常数ε_r的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为四类。

1、超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是Al₂O₃-TiO₂、Y₂BaCuO₅、MgAl₂O₄和Mg₂SiO₄等，其ε_r≤20，品质因数Q×f≥50000GHz，τ_f≤10ppm/℃。主要用于微波基板以及高端微波元器件。

2、低ε_r和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta₂O₅,BaO-ZnO-Ta₂O₅或BaO-MgO-Nb₂O₅,BaO-ZnO-Nb₂O₅系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其ε_r＝20～35,Q＝(1～2)×10⁴(在f≥10GHz下),τ_f≈0。主要应用于f≥8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。

3、中等ε_r和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀和(Zr、Sn)TiO₄等为基的MWDC材料,其ε_r＝35～45，Q＝(6～9)×103(在f＝3～-4GHz下)，τ_f≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。

4、高ε_r而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8～4GHz频率范围内民用移动通讯系统。

其中，现有的低ε_r和高Q值的微波介电陶瓷材料均在追求接近于零的频率温度系数，高的介电常数，高的品质因数，但是在一定频率温度系数范围内，其介电常数不可调节，然而，随着通信技术向高频发展，如4G已经开始普及，且5G技术也成熟，对于高频下所需要的介质天线(如GPS、北斗卫星天线)、谐振器和滤波器，则要求高的品质因子，良好的温度稳定性。另外根据设计的不同，需要构造不同尺寸的介质天线、谐振器和滤波器以满足不同安装的需求，由于天线、谐振器和滤波器的尺寸大小与介电常数成反比，则需要微波介质陶瓷的介电常数可调节以期满足需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有的微波介质陶瓷频率温度系数不稳定，且介电常数不可调节等的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种温度稳定、介电常数可调的微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的化学式为：(1-n)MgTi_1-x(Al_0.5Nb_0.5)_xO₃-nSrTi_1-ySi_yO₃，其中0.01≤n≤0.08，0.01≤x≤0.05，0.03≤y≤0.06。