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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 Fabrication and Application of Microwave Dielectric Ceramics 實驗目的:探討高介電材料對微波元件尺寸的影響  什麼是陶瓷介電材料 ‚ 判別方法.

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1 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

2 專題報告 Fabrication and Application of Microwave Dielectric Ceramics 實驗目的:探討高介電材料對微波元件尺寸的影響  什麼是陶瓷介電材料 ‚ 判別方法 ƒ 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 ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ ﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏﹏ ﹏﹏﹏﹏﹏﹏

3 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。

4 判別方法 介電係數( ε γ ): 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( τ γ ): 為一頻率隨溫度變化而改變之係數。 τ γ ↓ 則頻率 漂移量越低,且可穩定共振頻率( ±20ppm/ ℃ )

5 陶瓷材料介紹 -NCT 目標材料 Nd(Co 1/2 Ti 1/2 )O 3 化學式 : 1/2Nd 2 O 3 +1/2CoO+1/2TiO 2 →Nd(Co 1/2 Ti 1/2 )O 3 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% )

6 DOPPING→

7 最佳結果 -NCT 純 NCTNCT 摻雜 ZnO 0.5wt% 燒結溫度 (4hrs) 1440 ℃ 1350 ℃ Dielectric constant 27 Qxf140000(GHz)147000(GHz) τfτf -46ppm/ ℃ -30ppm/ ℃

8 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 FR4NCT 厚度 0.8mm 0.9mm±10 % 介電值 來源材料行自製 製作方法使用曝光技術, 再將光阻洗去 使用網印技術將 模型印上

9 軟體模擬 -FR4 ( A series 改變 GAP 位置) ←1.875GHZ 單位 mil S11

10 軟體模擬 -FR4 (B series 改變饋入線位置 ) 1.879GHZ 單位 mil S11

11 軟體模擬 -FR4 (改變 GAP 大小) 單位 mil S11

12 模擬軟體 -FR4 (P series 將基準點往上移 ) 1.891GHZ dB→ S11

13 P6 之 SMITH CHART 『 』

14 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 )

15 軟體模擬 -NCT 1.889GHZ dB → 單位 mm S11

16 NCT-SMITH CHART 『 』

17 模擬結果比較: 2000mil ≒ 50.3mm 面積相差約 倍

18 NCT 成品圖

19 測量結果 △ f=4.2MHZ ↓_____ dB→ S11

20 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 ﹏﹏

21 感謝評審委員 耐心聽完我的報告


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