微波调谐钛酸锶钡薄膜与其新型掺杂系列薄膜的性能.研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：垄丝鎏整日期：力圆舻年j7月乡日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：趔’导师签名：日期：7，口第一章绪论1．1引言钛酸锶钡薄膜因介电常数与外电场之间良好的非线性关系在介质移相器等微波调谐器件具有广泛的应用前景。所谓微波调谐，是指电磁介质在微波频率下的相对介电常数或磁导率可通过外加电场或磁场被调节的特性。这一特性在现代相控阵雷达技术等领域有着极其重要的地位和广泛的应用。作为雷达技术的佼佼者，相控阵雷达在近三十年来取得了辉煌的成就，已经应用到预警、引导、测量、制导、火控和超视距探测

3、等领域。载体平台涉及陆、海、空、天【l】。目前各国致力研究的相控阵雷达比传统机械扫描雷达在扫描速度、精确性、可靠性等方面具有无可比拟的优越性，可实现对多个目标的快速和精确跟踪。一般雷达对目标的搜索用机械扫描，不但搜索速度有限，而且一旦发现目标进入跟踪就不能顾及来自其他方向的目标【2】。相控阵雷达无机械惯性，可高速扫描，现代相控阵雷达进行一个全程扫描仅需几微秒【3J；能同时进行多目标的搜索和跟踪；具备更大的孔径功率乘积，天线本身不必转动，天线孔径尺寸可以做得很大从而提高雷达的角分辨率及总的辐射功率。相控阵雷达的发展经历了三个阶段：第一代——无源相控阵

4、如爱国者(PATRIOT)；第二代——应用分立元器件的有源固态阵如铺路爪(PAVEPAWS)；第三代——应用单片微波集成电路的相控阵如IRIDIUM公司的L波段卫星有源阵【4，5J。尽管相控阵雷达以其特有的功能和优势在军用雷达领域受到广泛重视，然而其发展与应用的进程却比较缓慢，其主要原因是相控阵雷达的成本和复杂性都很高[61。据估计无源相控阵雷达的天线系统占雷达价格的40％．50％，有源相控阵雷达的天线系统占到70％．80％【_71。移相器的费用一般占整个天线阵的一半。因此，为了降低相控阵天线的成本，开发新材料进而研制低成本的移相器意义重大。相控阵

5、雷达是相控阵天线的一种应用，是由众多的天线单元组成的阵列，每个单元向一定空间辐射一定幅度和相位的微波信号，叠加成整个系统的辐射波束，因此只要连续地改变单元之间的相位，便能完成波束的空间扫描【2,8,9】。其基本结构如图1—1所示。电r科技大学硕士学位论文年枣_作为相控阵天线核心器件的移相器，随着外加电场或磁场的变化，其组成材料的介电常数或磁导率相应变化，因而一定频率的微波信号通过时引起相位变化从而达到调节控相移量的目的，如图1—2所小。FCoupledMicrostrip／、阁I-2耦音徽带线铁电移项器结构简图移相器的性§}直接决定着相控阵T／R收

6、发组件的工作频率、响应速度、插入损耗、功率、体积等重要技术指标[1“。现代相控阵的发展要求移相器必须具有成本低、速度快、精度高、体积小等特点。目前相控阵天线主要使用铁氧体移相器，利用铁氧体碰导率可由外加磁场调制的性赝，通过改变旃加磁场的大小调节相移量。铁氧体器件虽然性能良好(调谐率和O因子都较高)．但其调谐电路复杂，体积庞大，功耗高，价格昂贵，大大限第一章绪论制了其应用，铁氧体移相器主要用于军事领域。为了解决这些问题，人们从上世纪九十年代起就致力于铁氧体单片集成电路的研究，但迄今还并未取得太大的进展。目前，半导体技术广泛用于集成微波调谐电路，利用P

7、IN二极管、变容二极管或场效应管的电容连续可调特性达到调谐的目的。然而，半导体移相器在微波频率下Q因子低，而且半导体调谐电路具有功率容量低、带宽窄等难以克服的缺点。MEMS移相器通过改变类似平行金属板电容器间距的方法改变电容量以实现对电路相移量的调节，显著地提高了O因子，且功耗较小。然而MEMS移相器对环境温度和湿度非常敏感，导致其可靠性相当差，功率处理能力低、响应速度慢等。基于新型铁电材料的移相器，成本比铁氧体移相器低约一个数量级，响应速度比半导体移相器更快，几乎是瞬时的(<1ns)，而功耗与MEMS器件相当，具有功率容量大、工作温度范围宽等优点

8、，且易制成平面结构，具有发展集成器件的潜力，从表l一1的比较可以明显看出。表1-1几种移相器的性能比较参数半导体MEMS铁