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微带线滤波器用高Q值微波介质陶瓷的制备及性能研究

微带线滤波器用高Q值微波介质陶瓷的制备及性能研究

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作者：许振鹏天津大学

学位级别：硕士

近年来,随着第五代移动通讯技术(5G)的快速布局,虚拟现实、自动驾驶、远程医疗等新式应用场景带来数据浪潮将引起更高的电力消耗。以5G基站为例,大规模天线技术(Massive MIMO)的引入使5G基站能耗达到4G基站的3倍,如何降低微波系统功耗成... 详细信息

近年来,随着第五代移动通讯技术(5G)的快速布局,虚拟现实、自动驾驶、远程医疗等新式应用场景带来数据浪潮将引起更高的电力消耗。以5G基站为例,大规模天线技术(Massive MIMO)的引入使5G基站能耗达到4G基站的3倍,如何降低微波系统功耗成为5G发展的首要问题。高品质因数(Q值)微波介质陶瓷是低功耗微波器件的基础,综合提升微波介质陶瓷介电性能是解决5G功耗问题的关键。本文以MgTiO为基础,通过掺杂、复合等工艺,制备出具有适中介电常数、高Q值、谐振频率温度系数近零的微波介质陶瓷;并基于MgTiO陶瓷基板,研发面向5G网络的C波段(4～8GHz)低损耗陶瓷基微带线滤波器,具有重要的理论及应用价值。本文的主要研究内容及结果如下:1、为提升MgTiO微波介质陶瓷的品质因数,通过低熔点氟化物MgF掺杂形成液相促进陶瓷致密化烧结过程,并以过量镁元素掺杂改善陶瓷晶相。在此基础上进行如下分析:(1)探究了r-p相结构对品质因数的影响机理;(2)基于体积密度表征以及漏导电流变化趋势,建立了微波介质陶瓷微观结构与介电性能间的作用关系。最终制备MgTiO-3wt%MgF样品具有如下微波介电性能:ε=18.09,Qf=262,900GHz(@8.98GHz),τ=-41.5×10/℃,有望满足5G微波通信的低损耗应用需求,但谐振频率温度系数需要进一步改进。2、为调节MgTiO微波介质陶瓷的负谐振频率温度系数近零,采用具有正谐振频率温度系数的(CaSr)Ti O体系进行复合。通过分析复合体系的物相组成与微观结构,建立微波介质陶瓷介电性能与物相组成之间的内在关联。最终制备3wt%MgF掺杂0.95MgTiO-0.05(CaSr)Ti O样品具有如下微波介电性能:ε=19.99,Qf=90,100GHz(@8.72GHz),τ=-2.9×10/℃,满足低损耗微带线滤波器基板应用需求。3、基于MgTiO-3wt%MgF陶瓷基板研发了一款4阶6.1GHz的C波段平行耦合微带线滤波器。基于Agilent ADS软件系统分析了基板各性能参数对滤波器S参数的影响。最终测试结果:滤波器中心频率f=6.1GHz,相对带宽FBW约6.5%,带内插入损耗|S|小于3d B,最优值1.18d B,带内回波损耗|S|大于15d B,5.4GHz处|S|值衰减大于30d B,6.8GHz处|S|值衰减大于20d B,为5G网络C波段微波系统实现提供了新的器件选择,具有重要的应用价值。

关键词：钛酸镁微波介电性能 r-p复合相结构漏导电流微带线滤波器

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