2014国家大学生项目汇报-闫民杰

阻抗匹配/高功 率(εr = 30~500)
高可调率 (Tunability>10％)
高可靠性 (tanδ<0.01)
2014年度国家级大学生创新创业训练项目验收汇报
存在的问题
(Ba,Sr)TiO3材料体系本身的介电常数过高，很难与空 间阻抗匹配和高功率器件的使用要求。 两相复合体系中在微波频段下具有较高的介电损耗， 不能满足微波器件的可靠性与安全性需要。 电可调微波器件要求具有较高的介电可调率，但一般 而言，只有高介电常数的材料体系才具有较高的介电 可调率，高可调和低介电常数是一对矛盾。
x
Tc (K) 247 243 232 207 207 207 207
At about 273K
ε' tanδ 0.0010 0.0033 0.0021 0.0011 0.0010 0.0006 0.0001
Tunability(%) at 30kV/cm bias 24 23 22 19 17 17 16
研究背景-移相器
Delay 4t t 4t 2t 4t 3t 4t 4t
改变相邻移相器的相位差，可以改变天线波束的指向。即实现 其空间扫描。
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研究背景-钛酸锶钡 Ba
1-xSrxTiO3
（BST）
Ba2+/Sr2+ O2Ti4+
ABO3 Pervoskite Structure
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(1-x)Ba0.5Sr0.5TiO3-x BaSrZnSi2O7 其中x=0, 5, 10, 25, 40, 50 and 60wt%
随BSZS含量增加，居里峰被抑制和展宽，居里温 度随之降低。当BSZS含量达到25%以上时，居里 峰不再继续向低温移动，说明离子替代的作用已 不再明显。
Tunability (30kV/cm, %)
Q value/(tanδ)
BST30 BST40 BST45 BST50 BST55 BST60
-100.2 -61.9 -44.0 -25.5 -13.4 10.2
3.9 8.8 12.3 23.5 34.8 50.1
1350 /（0.0007） 935 /（0.0011） 580 /（0.0017） 424 /（0.0024） 319 /（0.0031） 97 /（0.0102）
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两相分布模式对铁电-介电复合材料介电性能的影响
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两相分布模式对铁电-介电复合材料介电性能的影响
85vol% Ba0.5Sr0.5TiO3 – 15vol% MgO 78vol% Ba0.45Sr0.55TiO3 – 22vol% Mg2TiO4 48vol% Ba0.4Sr0.6TiO3 – 52vol% BaWO4
0 5 10 25 40 50 60
2035 1673 1172 672 470 288 161
BSZS达到一定含量后，居里温 度不再持续降低，体现了doping 和composite的不同效果
得到综合性能优异的两相复合体系
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两相分布模式对铁电-介电复合材料介电性能的影响
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两相分布模式对铁电-介电复合材料介电性能的影响
85vol% Ba0.5Sr0.5TiO3 – 15vol% MgO 78vol% Ba0.45Sr0.55TiO3 – 22vol% Mg2TiO4 48vol% Ba0.4Sr0.6TiO3 – 52vol% BaWO4
介电峰增高锐化的原因：成分分布均匀， 弱化成分分布的化学梯度导致
Tc改变是离子扩散的结果
复合模式对铁电-介电复合材料介电性能的影响
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谢谢各位老师！
1-xSrxTiO3
（BST）
Microwave properties Resonant frequency (MHz) 1790 1409 1228 1130 896 632 εr (at resonant frequency) 605 1021 1279 1611 2456 5423
TC (oC)
调制随BSZS含量增加而降低， 但都保持较高的调制。
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(1-x)Ba0.5Sr0.5TiO3-x BaSrZnSi2O7 其中x=0, 5, 10, 25, 40, 50 and 60wt%
Dielectric properties (at 10 kHz) Microwave properties Resonant frequency (GHz) 1.130 1.309 1.570 1.936 2.417 3.076 2.720 ε (at resonant frequency) 1611 1433 1021 634 451 270 152 Q (1/ tanδ ) 424 147 174 221 303 382 417
Temperature dependence of relative permittivity and the loss tangent of the Ba1-xSrxTiO3 ceramics
1994年，Sengupta L. C. 和Drach W. C.向军方提交《钛酸锶钡（BST） 移相器材料电学特性》，拉开了新一代移相器研究的序幕。
研究背景
相控阵雷达
军用雷达系统
卫星通信 汽车电子系统 移动通信系统
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研究背景-相控阵雷达



相控阵雷达又称作相位阵列雷达。 相控阵雷达有相当密集的天线阵列，任何一个天线都 可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的 功能。 扫描时，选定其中一个区块对单一目标或区域进行扫 描，整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追 踪，具有多个雷达的功能。 由于一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之 扫描方式为电子控制而不必由机械转动，因此资料更 新率大大提高，机械扫描雷达因受限于机械转动频率 因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为 毫秒或微秒级,因而它更适於对付高机动目标。



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(1-x)Ba0.5Sr0.5TiO3-x BaSrZnSi2O7 其中x=0, 5, 10, 25, 40, 50 and 60wt% ε=8.4, Q*f=105000
XRD SEM
晶粒尺寸逐渐减小，随BSZS含量的 进一步增加，有液相出现，与烧结温 度随BSZS量的增加而降低相吻合。
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高频通信用电可调微波 复合陶瓷性能调控
汇报人：闫民杰 指导教师：张明伟
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内容提要

研究背景
研究内容
铁电-介电两相复合陶瓷体系的结构性能研究 相分布模式对两相复合陶瓷介电性能的影响


结论
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研究背景-移相器
移相器的目的就是要获得相控阵天线中
各单元的相位差。采用铁电材料的移相 器，其原理就是利用铁电材料在外加电 场的作用下，其介电常数随电场变化引 起透过该材料的微波相位变化，从而达 到相控阵雷达的目的。
2014年度国家级大学生创新创业训练项目验收汇报
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研究背景-钛酸锶钡 Ba
Dielectric properties (at 10kHz) Ceramic samples at about 20oC εr 640 1098 1372 2035 3084 7200 tanδ 0.0005 0.0009 0.0006 0.0010 0.0017 0.0021