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1、实验报告实验名称 : 微 振器学院:材料科学与工程专业 /班级 :材料科学 子元器件1 班学生姓名 :*学号:指导教师 :*开始时间 :2012年 4月完成时间 :2012年 5月实习地点 :36日日现场表现（出勤、实习任务完成情报告书质量（ 50）总评纪律）（ 20）况（ 30）实习报告目 摘要 2第一章微波 介 .31.微波简介2.微波谐振器简介3.低频电路 LC 回路高频电路谐振腔4.从 LC 回路到谐振腔的演变过程5.几种常见的实用的微波谐振器第二章 程 .71.所设计谐振器需满足参数2.初步确定设计谐振器的类型3.微带线简介4.一些材料的介电常数和损耗角正切5.确定基片和中心导带6.
2、微带线匹配问题7.Sonnet 软件仿真8.模拟 Q 值与计算Q 值比较第三章 微 制作的工 步 .191.钛酸钡陶瓷制备总工艺流程2.钛酸钡陶瓷粉粒的制备3.钛酸钡粉粒的烧结4.中心导带的制作真空镀膜参考文献 .21- 1 -实习报告摘要微波谐振器是微波系统中的一个最基本的元件，广泛应用于振荡器、放大器、 滤波器、频率计等器件中。微波谐振器的工作情况和电路理论中的LC 集总参数谐振电路类似，在微波电路中也起着储能和选频的作用。微波谐振器的结构形式很多，既可由TEM 波和非TEM 波传输线构成，也可由非传输线的特殊腔体构成。- 2 -实习报告第一章微波简介1.微波简介微波是指频率 300MHz
3、-3000GHz 的电磁波，是无线电波中的一个频段，即波长在米（不含 1 米）到 0.1 毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波” ，微波作为一种电磁波具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。- 3 -实习报告2.微波谐振器简介微波谐振器， 广泛应用于微波信号源、 微波滤波器及波长计中。 它相当于低频集中参数的 LC 谐振回路，是一种基本的微波元件。微波谐振器可由一段两端短路
4、或两端开路的传输线段组成， 电磁波在其上呈驻波分布，即电磁能量不能传输， 只能来回振荡。 因此微波谐振器是具有储能与选频特性的微波元件。微波谐振器的应用举例- 4 -实习报告3.低频电路 LC 回路 高频电路谐振腔本质上两者物理过程均是电场能量和磁场能量相互转化的过程，但二者又有不同的特点：、 LC 回路是集总参数电路，而谐振腔是分布参数电路； LC 谐回路只有一个振荡模式和一个谐振频率；而谐振腔有无限多个振荡模式和无限多个振荡频率。这些差异使用来分析和衡量谐振回路的基本参量及分析方法有所不同。例如谐振频率f0、品质因数Q、特征阻抗Z0。LC 谐振器在高频微波段缺点：a. 尺寸变小，储能空间小
5、，容量低；b. 损耗增加：辐射损耗、欧姆损耗及介质热损耗增大，品质因数低，频率选择性差。谐振腔高频微波段优点：小型化、轻便化、高频化、低功耗化、低成本化4.从 LC 回路到谐振腔的演变过程f0, L ,Cd,N1(a) fo( b )2 LC- 5 -实习报告f od,N并联( c )f0d,N连续( d )f 0d( e)5.几种常见的实用的微波谐振器 同轴谐振器： /2 同型同轴谐振腔 /4 同型同轴谐振腔电容加载型同轴谐振腔 波导谐振腔：矩形谐振腔圆柱谐振腔 带状线与微带线谐振器：带状线谐振器微带线谐振器介质谐振器- 6 -实习报告第二章设计过程1.所设计谐振器需满足参数：? 中心频率
6、f0:5GHz? 尺寸： 4x3x1(mm)? 品质因数 Q80? 阻抗： 50 2.初步确定设计谐振器的类型3.微带线简介一般的传输线由两个或两个以上的导体组成，用来传输横电磁波（TEM 波），常见的传输线有双线、同轴线、带状线和微带线等。其中，微带线是最普遍使用的平面传输线之一，微带线可以用光刻工艺制作，并且易于与其他无源和有源器件集成，因此被广泛应用于印刷电路板中。微带线的几何形状如图（ a）所示，导带的宽度 w 是印在薄的、接地的介质基片上，基片的厚度为 d，相对介电常数 ，电磁场示意图如图（ b）所示。- 7 -实习报告微带线是一根带状导 ( 信号线 ) 与地平面之间用一种电介质隔离
7、开。如果线的厚度 t 、宽度 W以及与地平面之间 h 的距离是可控制的，则它的特性阻抗 Z0 也是可以控制的。微带线可以看成是由同轴线演变而来。其演变过程为：把同轴线的外导体对半剖开去其一半，并把剩余的一半外导体向上或向下拉开展平，然后把内导体作成扁平状态。同轴谐振腔有 /2 、 /4 型。因此设计微带线也有这两种类型。其中中心导带的长度约为l= 0/4或 l= 0/2 。- 8 -实习报告4.一些材料的介电常数和损耗角正切此图表摘自微波工程（第三版）美 David M.Pozar 著 P.588- 9 -实习报告5.确定基片和中心导带由前面中心导带长度 l 计算公式和 r 和 0 关系式知道
8、，如果选用材料的 r 过大，则会使 l 过小，不利工艺加工；如果过大则不满足尺寸要求，综合以上信息考虑，选取r 大致为 36 的钛酸钡作为基片。同时确定中心导带金属为金，金在空气中不易氧化，在镀膜工艺时不易氧化，延展性，导热性方面都具有良好的性能。其中中心导带的厚度为 t=0.01mm，宽度 W=1.00mm。基片厚度为 d=1.00mm。则可以确定中心导带长度大致为l=60 364=2.5mm6.微带线匹配问题该微带线有效介电常数为 =( +1)/2+( - 1)/2- 1/ (1+12d/w),带人数值 =36，d/W=1，得 e=23.3536.则特征阻抗 Z0=60/(e)ln(8d/
9、w+w/4d), 带入 e=23.3536 , 有 Z0=26.2050.00 , 则与电路阻抗不匹配。则谐振器必须增加耦合电路才能够正常工作- 10 -实习报告7.Sonnet 软件仿真在 Cicuit=Units 将单位改为 mm，在 Cicuit=Box 确定器件整体尺寸 4.0*3.0mm 以及精度为 0.02mm。在 Cicuit=Metal Types 选项里建立导电率 为 4.10x107S/m ，厚度 t 为 0.01mm 的 Metal1 ；在容器内用 Toolbox 作出长度 l 大致为 2.5mm，宽为 1.00mm 的矩形。 双击矩形区域， 选择金属类型为 Metal1
10、 。（注意矩形与边界相连时，软件默认表示接地）- 11 -实习报告同理用Toolbox 作出中心导带两旁的电容，选择相同的Matel1 ，再添加端口1、 2。（因为还没有调节，随便画两个相同的矩形即可）- 12 -实习报告选择 Circuit=DielectricLayers ，设置基板上面空气厚度以及基板厚度d， r 和损耗 tan ，保存。（一般空气厚度约为基板厚度的3-5 倍）- 13 -实习报告然后选择Analysis=Steup 设置扫描方式及扫描范围。选择 Project=Analyze 分析。 先微调中心导带的长度以使中心频率在5GHz ，再调节两旁的电容大小，反复调试，使 DB
11、S12 和 DBS21 越尖锐越好，直到满足 Q 值为止。（其中 Q= （ f 2-f 1） /f 0 ； f1、 f2 分别表示上截止和下截止频率。经过反复试验和分析得到了如图的曲线图- 14 -实习报告查看 Smith 圆图：- 15 -实习报告计算波峰即有：- 16 -实习报告此时的微带线结构为- 17 -实习报告8.模拟 Q 值与计算 Q 值比较- 18 -实习报告第三章设计微带线制作的工艺步骤1.钛酸钡陶瓷制备总工艺流程2.钛酸钡陶瓷粉粒的制备采用钛酸丁酯和氢氧化钡原料，采用溶胶一凝胶法制备钛酸钡粉体。将 20 g 的氢氧化钡溶入 60 mL 的乙二醇甲醚中，充分振荡使之形成氨氧化钡
12、的乙二醇甲醚溶液。将10 mL的钛酸丁脂溶入 40mL 的甲醇之中，充分搅拌形成钛酸丁脂的甲醇溶液。将上述两种溶液混含，并不停的搅拌使其充分互溶。然后加水少许形成透明的溶胶，待其老化后取出捣碎并用过滤漏斗在真空抽滤瓶下洗涤、抽滤，并在真空干燥箱中约80下充分干燥，然后在900 下隔绝空气煅烧6h。将煅烧好的块体用球磨机混料8h 制成钛酸钡陶瓷粉粒。3.钛酸钡粉粒的烧结先将制得的钛酸钡粉粒在800900 之间预烧，预烧后加PVA（ 3%以内，浓度过高对生坯烧结不利） ，烘干，研磨过筛，开始烧结过程。将研磨的粉粒浇注到4.5 3.5 1.5mm的模具中，压力成型。 （考虑加入挥发物质，烧结时体积缩
13、小，因此多加0.5mm）粉粒排胶在 550600之间保温 40 分钟左右，然后在 1250保温 24 小时即可获得晶粒生长良好的钛酸钡陶瓷基片。- 19 -实习报告4.中心导带的制作真空镀膜简介：真空镀膜是一种产生薄膜材料的技术。在真空室内材料的原子从加热源离析出来打到被镀物体的表面上。此项技术用于生产激光唱片（光盘）上的铝镀膜和由掩膜在印刷电路板上镀金属膜。由于是在钛酸钡陶瓷基片上镀Au 膜，因此选用溅射+掩膜镀膜。用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。常用的二极溅射设备如图。将高纯 Au（纯度： 99.9%-99.9999% ）制成板材Au 靶 ,固定
14、在阴极上。钛酸钡陶瓷基片置于正对Au 靶面的阳极上 ,距 Au 靶几厘米。将掩模板精确的放置在基片上面。系统抽至高真空后充入1 10 帕的氩气，在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与 Au 靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的溅射Au 原子 , 溅射 Au 原子在基片表面沉积成 Au 膜。调节蒸发源的蒸发速率、时间和源与基片的距离，使膜厚为0.01mm 即可。- 20 -实习报告参考文献1David M.Pozar.Microwave Engineering(Third Edition)M.北京：电子工业出版社，2006.3：123-124 ，
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