论文总字数：21855字

摘 要

在新的5G时代，陶瓷滤波器有可能取代现有的金属滤波器成为基站的核心元件。相较于传统的金属滤波器，陶瓷滤波器有正切损耗小，品质因数高等优点，是未来滤波器的理想材料。MCT体系陶瓷由于具有高Q值，接近于0的温度系数，是微波陶瓷滤波器的理想原料之一。但是由于MCT体系具有温度系数不稳定，品质因数波动较大，烧结条件对产品性能影响较大的缺点，限制了其实际应用。因此，提高MCT陶瓷的品质因数，使其温度系数在工作温度范围内接近于0，提高其介电性能就成为了目前的研究重点。

本文以MgO，CaO，TiO为主要原料，以固相合成法合成MCT体系陶瓷。以XRD,SEM，微波网络分析仪等分析手段，研究了MCT体系陶瓷中，煅烧粉体的工艺条件；陶瓷制备的工艺条件；以及Ca/Mg相对摩尔比和Al，Si的添加对陶瓷的微波介电性能的影响。

研究结果表明：提升Ca/Mg相对摩尔比以及加入Al,Si可以在一定程度上提升了陶瓷的微波介电性能，但存在峰值。而改变烧结温度以及成型压力和粉体合成工艺不仅仅能改变陶瓷的物理性能也能影响其微波介电性能。

在研究中，选取了MCT体系陶瓷作为研究对象，探究了制备粉体时的工艺流程以及制备陶瓷时的制度对陶瓷的影响。从而获得一个较为成熟的配方及其制备工艺制度。

关键词：微波介质陶瓷；MCT陶瓷；介电性能；钙镁比

Abstract

In the 5G era, ceramic filters may replace the existing metal filters to become the core components of base stations. Compare with the traditional metal filters, ceramic filters have lots of advantages, such as low tangent loss or high quality factor, which make them ideal materials for future filters. MCT ceramics are one of the ideal raw materials for microwave ceramic filters due to their high Q value and temperature coefficient close to zero. However, the MCT ceramics have the disadvantages that the temperature coefficient is unstable, the quality factor fluctuates greatly, and the sintering condition greatly effects the performance of the product, which limits its practical application. Therefore, improving the quality factor of MCT ceramics, making its temperature coefficient closed to zero in the operating temperature range and improving its dielectric properties has become the focus of current research.

In this paper, MgO, CaO and TiO are used as the main raw materials, and the MCT system ceramics are synthesized by the two grinding and two firing synthesis method. Using XRD, SEM, microwave network analyzer and other analysis methods to analysis the ceramics.The process conditions of calcined powder in MCT system ceramics; the process conditions of ceramic preparation; and the radio of Ca and Mg; the addition of Al, were studied to figure their effects to the dielectric properties of MCT ceramics. 

The results of the study show that: increasing the radio of Ca and Mg or adding Al and Si can improve the microwave dielectric properties of ceramics, but there is a peak. And changing the sintering temperature, molding pressure and powder synthesis process can not only change the physical properties of the ceramic but also affect its microwave dielectric properties.

In research：The MCT system ceramics are selected as the research object. The influence of the process condition of sintering and powder synthesizing is explored. So as to obtain a better formula and a preparation condition.

Key Words：microwave dielectric ceramics；MCT ceramics; dielectric properties; value of Ca/Mg

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究简述 1

1.2 微波介质陶瓷与微波通信 1

1.2.1微波通信 1

1.2.2 微波介质陶瓷 2

1.2.3 微薄介质陶瓷的介电性能 2

1.3 MCT系微波介电陶瓷 4

1.3.1 MCT系微波介电陶瓷 4

1.3.2 MCT系陶瓷的研究现状 5

1.4 课题研究内容与预期目标 6

第2章 实验过程 7

2.1 引言 7

2.2实验部分 7

2.2.1 实验材料与仪器 7

2.2.2 实验方案与内容 8

2.2.3 性能测试与表征方法 9

第3章 结果与讨论 11

3.1 配方的确定 11

3.2 工艺制度的研究 13

3.2.1 成型压力的研究 13

3.2.2 砂磨时间对粉体和密度的影响 14

3.2.3 烧结温度对密度的影响 16

3.3 助烧剂对微观结构的影响 17

3.4 介电性能的影响因素 21

3.4.1 Ca/Mg对介电性能的影响 21

3.4.2 烧结温度对介电性能的影响 23

3.4.3 助烧剂对介电性能的影响 24

第4章 结论 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1研究简述

随着时代的进步，对数据传输速度需求逐渐提升，更快更便捷的5G技术将逐步取代现有的4G技术。目前，对传统4G技术的投入逐渐减少，国内厂家逐步将目光投向5G技术。滤波器可以有效滤除所选中的频率，起到屏蔽干扰信号的作用，是5G移动通信的核心器件。

目前现有的4G基站的基础为传统的金属腔体滤波器，其具有性能可靠，Q值适中等优点。但是5G基站要求传播速度更快，处理信息更多，信息通道更多，如果还采用金属腔体滤波器会使得基站体积增加且重量过大，并带来一系列的问题。所以滤波器作为基站的核心构件也必将迎来新的更新。而介质陶瓷滤波器因为具有体积小，高品质因数，损耗小的特点，有望成为新的发展方向。具有广阔的市场空间。

1.2微波介质陶瓷与微波通信

1.2.1 微波通信

微波是指波长在1毫米到1米之间，频率在0.3GHz到3THz之间的电磁波^[1]。是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的总称。所谓微波通信，就是采用微波为介质进行的远程信息传递。由于频率高，频带宽，微波通信的用途之广泛是其余短波通信所不能比拟的。

1947年，人们就已经搭建了第一条微波通信线路，自此之后1950年到1979年间，微波通信的话路由1200路增加到了6000路。我国的微波通信历史也并不短，从20世纪60年代起就开始有微波通信方面的研究，时至今日，我国的微波通信也经历了稚嫩到日益成熟的过程。

目前所熟知的三大通信方式为光纤通信、微波通信和卫星通信。广泛使用的光纤通讯使用光波在光导纤维中进行传播，传播信息量大，传播距离远，干扰低等优点。但是光纤通信需要铺设光缆，属于有线通讯，抗灾能力较差。微波通信由于不需要固态介质，属于无线通信技术，抗自然灾害能力强。微波通信技术因为不需要固定的光缆，所以建设周期短。而微波具有很强的穿透力，能够穿越山或海之类的地形，在深山或是难以到达的丛林拥有更好的运用前景，相较于光纤通信更加的灵活。微波频率在0.3GHz到3THz之间，频带宽，频率高，且由于不需要固态的传播介质所以信息容量大。

但是微波通信也拥有许多缺点，如信号易受干扰。没有光纤传播类似的固态传播媒介，微波直接暴露在自然环境中，容易受到不同信号源的干扰。且易容易产生信息泄露等一系列问题。尽管如此，微波通信依然是21世纪最有前景的通信方式之一。

1.2.2 微波介质陶瓷

微波通讯中用于微波频段（主要是应用于特高频率，超高频率），起到介质作用，从而完成多种功能的陶瓷材料就成为微波介质陶瓷。微波介质陶瓷在微波通讯中可以作为滤波器，谐振器，微波天线等电子元件使用。在微波通信技术日益发展的今天，微波介质陶瓷的应用范围越来越广泛，逐渐被民众或军队所需求^[2]。

微波介质陶瓷相较于传统的介质材料有许多优点：

（1）微波介质陶瓷拥有更高的Q值。对于滤波器而言，损耗是一个重要的性能指标，其中，介质损耗tanδ与品质因数Q呈反比关系，Q值越大，介质损耗越小，滤波器的效率也就更高。相比于传统的金属介质，微波介质陶瓷的品质因数更高，所带来的的损耗更小。

（2）微波介质陶瓷的谐振频率温度系数接近于0。在工作温度下，电子器件的谐振频率不能有较大的波动，应保证谐振频率温度系数接近于0。

（3）微波介质陶瓷体积更小。微波介质陶瓷的介电常数ε要大于金属，在制作谐振器时，传统的介质由于介电常数较小，所以体积过大，与目前电路的小型化趋势相悖，微薄介质陶瓷由于介电常数大，所需的介质块较小更能满足小型化的需求。

自1939年Rithtmyer对电介质能否在微波电路中作为谐振器使用进行了论证之后，数十年来，人们逐步对微波介电陶瓷进行研究，从TiO2开始，人们对BaO2-TiO2基微波介电陶瓷、LaNbO4基微波介电陶瓷、La-Ni-Ti基微波介电陶瓷等一系列陶瓷进行了不同的研究^[3]，我国的微波介电陶瓷由上世纪80年代开始起步，目前也已拥有一定规模的研究基础^[4]。

1.2.3 微薄介质陶瓷的介电性能

微波介质陶瓷除了具有一定的物理性能外还应在介电性能方面有三个主要的需求：首先应有较高的品质因数Q，品质因数和介质损耗tanδ呈反比关系^[5]，品质因数越高说明介质损耗越小，而介质损耗是微波介质陶瓷插入损耗重要的组成部分。损耗越小，对应电子器件的品质越好。另外，由于微波介质陶瓷作为介质在电子元件中起到不同的作用，所以应当在工作温度范围内拥有接近于0的温度系数。避免其介电性能大幅波动，影响电子元件的功能。其次，微波介电陶瓷还应当具有较高的介电常数ε，以提高其使用效率，降低其使用体积。

1. 介电常数ε

用来描述电介质的极化能力的物理量称之为介电常数ε。介质在外加电场的作用下会产生极化作用以削弱外加电场，介电常数就是衡量极化作用大小的物理量。相对介电常数乘以真空中绝对介电常数就可以算出介电常数。此外，介电常数越大的介质材料，对电子的束缚能力也就越强。

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