低损耗铁电移相材料的研究

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1、2008全国频率控制技术年会论文集-213一低损耗铁电移相材料的研究徐翔匡轮罗辉华(北京无线电计量测试研究所，北京100039)摘要采用固相反应法制备了不同组分BSTO基铁电移相材料。研究了该系材料的介电性能。实验结果表明，对于BaO．65Sr0．35Ti03／60wt％RO材料，1MHz下，8，=116，tanS--O．001；2．91GHz下，e,=122，tan8=0．005；3kWmm偏置电场下，介电调谐率-q=13．5％。材料的介电性能基本上达到了相控阵移相器的使用要求。关键词钛酸锶钡铁电材料移相器介电性能

2、AnInvestigationonDielectricPropertiesofBSTO／ROFerroelectricMaterialsforPhase-shiftersXUXiangKUANGLunLU0Hui-huafBeijingInstituteofRadioMetrology＆Measurement；Beijing100039)AbstractBST0ferroeleetricmaterialsforphaseshifterswerepreparedbytraditionalceramicsprocess—

3、solidsynthesis．Thedielectricpropertieswereinvestigated．7rheresultsshowthatforBa嘣SrQ3Ji03／60wt％RO，￡。andtanSofthematerialsare116，0．001砒lMHzand122。0．005at2．91GHz，respectively．Tunabilityreachesl3．5％withtheexternalDCfield3kV／mm．Itmeetstherequirementsofmaterialsforph

4、aseshifters．KeywordsBariumstrontiumtitanateFerroelectricmaterialPhaseshifterDielectricproperty1引言8，(E)一E场强作用下材料的相对介电常数。微波器件的小型化和微波电路的集成化已成为微波器件发展方向之一的共识。一种用铁电材料合成整体移相器的结构形式因适应微波器件的发展方向而成为近期国内外重点关注的研究方向之一。该种移相器的制备技术能够与现有LTCC工艺技术进行较好的结合，并且，由其制备的天线能够大大地减少辐射单元、移相单元

5、及其驱动电路的数量，较传统的用铁氧体和PIN二极管移相器制备的天线大幅度地降低了雷达的制造成本焖。移相器所使用的铁电材料具有非线性。非线性主要指材料的极化强度随外加电场强度呈非线性变化，因而介电常数有随外加电场强度而变化的特性。介电常数的电场变化率可用调谐率来表征，如式(1)所示川，、，，，，；丛生曼!盟x100％m￡．to)、‘7其中：田一调谐率；占r(o)一零电场强度下材料的相对介电常数；在三个涉及材料主要性能的技术指标中，调谐率直接决定了移相器的相移能力，其关系如式(2)所示问妒署d厕(1一√而)(2)其中：出

6、介质长度；入旷工作波长。材料的调谐率增大有利于相移度的提高。钙钛矿结构的钛酸锶钡(BsTO)是这种铁电材料的典型代表。目前，大部分的研究还集中在对该种铁电材料的改性方面阻11】。主要通过配方设计及工艺优化以降低材料的介质损耗，同时提高调谐性能。本文根据器件设计需要，制备了几种不同分子学配比的BSTO基复合材料，并对其介电性能进行了系统研究，得到了适用于移相器使用的低损耗铁电材料。-214-2008全国频率控制技术年会论文集2实验BSTO基体以分析纯BaC03、SrC03、Ti02为原料，通过传统陶瓷工艺，引入行星式球

7、磨技术在l150。C下合成粉体，而后在1380℃的烧结温度下制备出BSTO基复合材料。其中BSTO分别选取了化学当量Ba／Sr=0．65，o．35、0．60／0．40、0．55／0．45和0．50／0．50四种相对较为合适的配比，复合掺杂的氧化物(RO)质量百分比分别为30％、45％、52．5％和60％。所有样品均压制成圆柱和圆片两种形状。圆片样品尺寸为中13×2mm，两面被银后用于低频(1MHz)下的介电参数以及调谐性能(10kHz)的测试。圆柱形样品烧成后加工尺寸为①10X5mrn，用于微波频段下材料介电性能的测

8、试。材料的X—Ray衍射谱在FI本理学D／Nax一验2200PCX射线衍射仪上用CuKOt射线测得。材料的低频介电参数在Agilent4284A精密LCR数字电桥测试仪上测得。调谐性能通过自研的低频调谐性能测试系统测量得出。微波频段下，材料的介电参数测量则采用了国际电工学会推荐的开式腔法在矢量网络分析仪．Agilent8722EC上进行测试。3