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① 什麼是陶瓷介電材料② 判別方法③ 陶瓷材料介紹④ 陶瓷基板製作流程圖⑤ NCT 之最佳結果⑥ 微帶天線之研製

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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

加黏劑

壓磨

燒結 ( 去黏劑 )

鍍金 微波特性量測Q 、 ε 、 τ

拋光

SEM Analysis XRD Analysis

DOPPING→

最佳結果 -NCT

純 NCT NCT 摻雜 ZnO 0.5wt%

燒結溫度 (4hrs)

1440℃ 1350℃

Dielectricconstant

27 27

Qxf 140000(GHz) 147000(GHz)

τf -46ppm/℃ -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 FR4 NCT

厚度 0.8mm 0.9mm±10 ％介電值 4.4 27

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

軟體模擬 -FR4 （ A series 改變 GAP 位置）

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

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

DB值

A3

A8

A12←1.875GHZ

單位 mil

S11

軟體模擬 -FR4 (B series 改變饋入線位置 )

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

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

DB B2

B6

B111.879GHZ

單位 mil

S11

軟體模擬 -FR4 （改變 GAP 大小）

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

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

DB值

A2

B1

C1

D1

單位 mil

S11

模擬軟體 -FR4 (P series 將基準點往上移 )

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

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

DB

P2

P4

P5

P6

1.891GHZ

-23.94dB→

S11

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

-25

-20

-15

-10

-5

0

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

DB值

27介電係數1.889GHZ

-24.04dB→

單位 mm

S11

NCT-SMITH CHART

『 』

模擬結果比較：

2000mil 50.3mm≒

面積相差約 11.25 倍

NCT 成品圖

測量結果

-23

-18

-13

-8

-3

2

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

DB值

△f=4.2MHZ ↓

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

-21.484dB→

S11

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