【doc】ZST微波陶瓷在介质振荡器上的应用研究
ZST微波陶瓷在介质振荡器上的应用研究
第28卷第6期
2006年12月
压电与声光
PIEZOEIECTE(:TRICS8AC(}UST()OPTICS
V01.28NO.6
Dec.2O06
文章编号:1004—2474(2006)060683—03
ZST微波陶瓷在介质振荡器上的应用研究
吴坚强,付江盛,李燕荪,陈志雪
(【.景德镇陶瓷学院,江西景德镇333001;2泉州信通微波电子有限公司.福建泉州362000)
摘要:用传统固相法制备ZST(氧化锆鸣化锡氧化钛)系微波陶瓷,研究了ZST系微波陶瓷的组成对介电
性能的影响通过X一射线衍射(XRD)和HP8714ET网络分析仪对其晶体结构和微波介电性能进行研究,实验结
果
明:少量掺BieO.的ZS’I,系陶瓷材料可把烧结温度降低至1260c,微波介电性能较好;掺入量大于2(质苗
分数)时,ZST系微波陶瓷在晶界偏析形成.rBi.Ti()新相,微波性能下降.用微波介电性能较好的ZST系陶瓷
制成的介质振荡器进行测试,其电性能满足设计要求.
关键词:介质振荡器ZST系微波陶瓷;低烧结温度
中图分类号:TQ174.75文献标识码:A
TheStudyofApplicationofZSTMicrowaveDielectricCeramics
UsedtoDielectricOscillation
WUJianqiang,FUJiang-sheng.LIYan—sun.CHENZhi—xUe
(1JingdezhenCeramicInstitute,Jingdezhen333001,China:
2.QuanzhouXingtongmicrowaveelectronicCo.I,TD,Quanzhou362000,ChinB)
Abstract:ZSTsystemmicrowaveceramicswerepreparedbytraditionalceramicprocessintbipaper.The
effectsofcompositionofZSTsystemmicrowaveceramicondielectricpropertieswerestudied.Thecrvstalstructure
andmicrowavedielectricpropertiesofZS’I,systemmicrowaveceramicwere
investigatedbyXRDandarlHP8714ET
networkanalyzer.TheresultsshowedthatwithlessamountofBi2(),microwavepropertiesofZSTcer{4micscoul(t
beimproved,andcouldlowerthesinteringtemperatt,reofceramicstOI260C,ThesecondaryphaseofBi?Ti2()7
weresegregatedalgrainboundarieswhenlheamountofBi2O.{additionwasmorethan2,andthemicrowaveprop
ertiesofZSTceramicsweredecreased.l’heresuhsoftestingdielectricoscillat
ionsamplesrevealedthattheirelectric
propertiesmetdesigningdemands.
Keywords:dielectricoscillator;ZSTsystemmicrowaveceramic;low~interi
ngtemperature
介质振荡器已广泛用于通信系统,卫星通信系
统和电缆电视系统.近年来,介质振荡器因具有
相位噪声小和稳定性好的特点,已被用于军用通信
.这些装备除对器件电性能,外观质量和环境
条件的要求相当苛刻外,还对其提出低成本,易生产
的要求,这需要品质因数Q高,介电常数e适中,频
率温度系数Z’f小且低成本的谐振子.而获得低成
本器件的方法之一是减少谐振子成本及降低谐振子
烧结温度.本文着重研究了ZST系微波陶瓷的组
成对介电性能的影响.用X一射线衍射(XRD)结果
分析了掺B0.的ZST系陶瓷材料的物相组成,获
得低烧结温度的ZST系微波陶瓷,用掺入Bi的
ZST系微波陶瓷制作3500,5600MHz介质振荡
器,期望得到电性能满足设计要求的振荡器.
l实验过程与方法
1.1实验原材料
实验原料如表1所示.
表1实验原料
1.2配方实验
1.2.1配方组成点实验
根据Wolfram和Gobel等人得L叶J的ZS’I,系统
的相图组成按-r(Zr())一38,58,(SnO2)一
9,26,(TiO.)=22,45V00进行实验.固
定训(ZnO)一l的添加量.
收稿日期:20060626
基金项目:2005年江西省教育厅基金资助项目
作者简介:吴坚强(1958),男,安徽休宁人,教授,学十.主要从事尤机非
金属材料及电子元器件教学与科研.
压电与声光
1.2.2添加物实验
本实验基本配方是在(ZrsSn.)Ti()中加入
叫(ZnO)一l并处于能形成固溶体的区域内,基本
配方在1l8O?,保温4h预烧合成.主要通过添
加不同质量分数的Bi()进行实验.
1.3实验工艺
1.3.1陶瓷材料制备
配料一振磨一烘干一预烧一振磨一烘干一加粘
合剂一成型一烧成一被银,烧银一备用.
L.3.2谐振器制备
瓷料一成型一烧成一研磨一测量.
1.3.3实验仪器
LCR电容测量仪,CJs-2电容器介质损耗测量
仪,HP8714ET矢量网络分析仪.
2结果与讨论
2.1配方组成与性能的关系
配方组成的实验结果如图l所示.由图可看
出,,=30~42,Q一5000~8000,rf最好能达,2×
lO/.C.这是因为高温下形成固熔体(Zr,Sn)
Tit)4和ZrTiO4的rf一55×10/C,SnTi04的rf
具有较大的负值,可调节材料r.另外,该配方组成
的材料无载Q值较高.因此,材料组成在(Zr.s
Sn)TiO附近是较好的组成点.
sn022060”
(a)岛与ZST关系(b)Q与ZST关系
~TiO2
(c)ff与ZST关系
图1,,Q和rr与ZST的关系图
2.2添加物对性能的影响
Bi.().添加量对基础配方陶瓷介电性能的影响
实验结果如表2所示.配方33和35的XRD图
如图2所示.从表2知,在添加量小于29/6(质量分
数)时,随着Bi().添加量的增多,e,Q值和rr并没
有太大改变;在添加量大于2时,e迅速增大,Q
值急剧下降,这是因为少量Bi().产生的液相起到
了助烧作用,这一点从烧结温度的下降得到证实;当
添加量增至3时,由于BiH(0.096nm)半径比
Z一(0.072nm),Sn”(0.069nm),Ti
(0.06lnm)大,不能完全固溶而出现了Bi={T在晶界
偏析的情况,形成了新相BiTi().新相Bi.Tiz0
的,为1lO,Q值低,这是其介电性能发生突变的原
因.由图2可知,Bi.().添加量为2时,主晶相为
ZrTiO,Bi.O.添加量为6时,主晶相为ZrTiO,
还有少量Bi.Ti07新相.
表2BiO.添加量实验结果
配方添加剂烧成温度Q
号加入量//C(7GHz)
0(Lro8n02外形尺寸(安装投影图)为66mm×
45mill×34mm,主要技术要求如表3所示.采用
ZST系材料的主要性能指标如表4所示.
表335005600MHz介质振荡器主要技术要求
表4ZST系瓷料的性能
2.3.2设计原理和实验结果
采用反射型(传输型)稳频振荡器,虽然频带较
窄,但其工作稳定,有载Q值高,相位噪声小,结构
简单,可精确设计在电路的设计中,首先要粗略
地估算出一组元件的初始值,然后在Serenade8.7
8437
一一一一一
58l75
77845
33344
00O00
0OO0O
53123
66643
O0OO0
O8655
32222
O5OOO
11256
#####
12345
33333
第6期吴坚强等:ZST微波陶瓷在介质振荡器的麻用研究685
软件中采用大信号的分析方法进行优化设计,最终
得出满足设计要求的电路参数.在电路制作中,利
用EDA软件可以很方便地绘制印刷电路板图.振
荡器实测性能如表5所示.
表5振荡器宾测性能
3结论
a.ZST陶瓷中(Zr…Sn.)Ti()附近性能好.
b.(Zr8Sn?_2)TI()Il陶瓷中引入Bi2(),
126OC下叮得介电性能最好的配方,其性能指标
为,一38.5,Q>6000(7GHz),订为一lO,+10(1
×l0/”C).
c.用ZST系统的瓷料制作的谐振子Q值高,
用这种谐振子制作的介质振荡器输出功率大,相位
噪声小和稳定性好.
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