Transcript 國立聯合大學 電機工程學系 專題報告 指導老師：許正興

國立聯合大學
電機工程學系
專題報告
指導老師：許正興
言講者 ：張尹馨
組員
：盧珈汶
專題報告
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Fabrication and Application of Microwave
Dielectric Ceramics
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實驗目的：探討高介電材料對微波元件尺寸的影響
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什麼是陶瓷介電材料
判別方法
陶瓷材料介紹
陶瓷基板製作流程圖
NCT之最佳結果
微帶天線之研製
什麼是陶瓷介電材料



陶瓷材料是一種經過高溫處理成為緻密化
的非金屬無機材料。而利用化學及物理方
式控 制其結構的組成產生不同的特性。
陶瓷材料的結構會因為電場影響產生極化。
陶瓷介電材料因高介電係數、高品質因數
及低頻率溫度係數使體積小，重量輕可以
直接裝置在微波電路上。
判別方法


介電係數（εγ）：
越高越好，介電係數↑，共振尺吋↓，一般以30為
佳。
品質因數（Q）：
共振器內電磁能之儲存與散失的比值，Q↑表示電
磁能儲存越大。
（tanδ=1/Q，tanδ為介電損耗，∴Q↑，tanδ↓）

頻率溫度係數（τγ）：
為一頻率隨溫度變化而改變之係數。 τγ ↓則頻率
漂移量越低，且可穩定共振頻率（±20ppm/℃)
陶瓷材料介紹-NCT

目標材料Nd(Co1/2 Ti1/2)O3
化學式:
1/2Nd2O3+1/2CoO+1/2TiO2→Nd(Co1/2 Ti1/2)O3

透過相關文獻知用ZnO作為燒結促進劑，可
降低燒結溫度。故添加ZnO來探討其對電特
性與燒結之關係
（Doping 比例: 0.5wt% , 1wt% , 2wt%）

原始粉末
球磨
烘乾
煆燒
DOPPING→
加黏劑
壓磨
燒結(去黏劑)
鍍金
SEM Analysis
微波特性量測
Q、ε、τ
拋光
XRD Analysis
最佳結果-NCT
純NCT
燒結溫度
(4hrs)
Dielectric
constant
Qxf
τf
1440℃
NCT摻雜 ZnO
0.5wt%
1350℃
27
27
140000(GHz)
-46ppm/℃
147000(GHz)
-30ppm/℃
微帶天線之研製



設計微帶天線在1.9GHZ頻段（手機系統）
使用軟體IE3D、AutoCAD
差異
材料
厚度
介電值
來源
製作方法
FR4
0.8mm
4.4
材料行
使用曝光技術，
再將光阻洗去
NCT
0.9mm±10％
27
自製
使用網印技術將
模型印上
軟體模擬-FR4（A series改變GAP位置）
S11
0
-0.5
-1
DB值
-1.5
-2
-2.5
A3
-3
A8
-3.5
-4
A12
←1.875GHZ
-4.5
1.8
1.815
1.83
1.845
1.86
1.875
1.89
1.905
頻率
1.92
1.935
1.95
1.965
1.98
1.995
單位mil
軟體模擬-FR4 (B series改變饋入線位置)
S11
0
-0.5
-1
-1.5
DB
-2
B2
-2.5
-3
B6
-3.5
-4
B11
-4.5
1.879GHZ
-5
1.8
1.815
1.83
1.845
1.86
1.875
1.89
1.905
1.92
1.935
1.95
1.965
1.98
1.995
頻率
單位mil
軟體模擬-FR4 （改變GAP大小）
0
S11
-1
-2
DB值
-3
-4
A2
-5
B1
-6
C1
-7
D1
-8
1.8 1.815 1.83 1.845 1.86 1.875 1.89 1.905 1.92 1.935 1.95 1.965 1.98 1.995
頻率
單位mil
模擬軟體-FR4 (P series將基準點往上移)
S11
0.00
-5.00
P2
-15.00
P4
DB
-10.00
P5
1.891GHZ
-23.94dB→
-20.00
P6
-25.00
1.8
1.815
1.83
1.845
1.86
1.875
1.89
1.905
頻率
1.92
1.935
1.95
1.965
1.98
1.995
P6之SMITH CHART
『
』
總結




由A series和B series比較GAP和饋入線不要
距離太遠較好,損失較小。
C1、D1比較發現GAP的L值越大Lose較小但
是中心頻率向左移（降低）。
A2、B1差不多 、但B1整體而言較佳，所以
GAP之W值小一點較佳。
P series 將饋入線和GAP往上移，並將GAP大
小則中,取W＝30，L＝450發現其lose小，在
觀察SMITH CHART發現P6阻抗較匹配，便選
擇P6實作。（單位mil）
軟體模擬-NCT
S11
0
-5
DB值
-10
-15
介電係數27
-20
1.889GHZ
-24.04dB→
-25
1.8
1.815 1.83 1.845 1.86 1.875 1.89 1.905 1.92 1.935 1.95 1.965 1.98 1.995
頻率
單位mm
NCT-SMITH CHART
『
』
模擬結果比較：面積相差約11.25倍
2000mil≒50.3mm
NCT成品圖
測量結果
S11
2
DB值
-3
△f=4.2MHZ
↓
-8
＿＿＿＿＿
-13
-18
-23
-21.484dB→
1.95 1.95 1.96 1.96 1.96 1.96 1.97 1.97 1.97 1.97 1.98 1.98 1.98 1.98
頻率
結論
在這次專題中使用陶瓷高介電係數
之材料確實縮小天線的大小
﹏﹏
感謝評審委員
耐心聽完我的報告