CN102936132A - 用于宽带uhf天线的陶瓷介电配方 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了介电陶瓷组合物，其在1MHz下的介电常数K为至少200，介电损耗DF为0.0006或者更小。所述介电陶瓷组合物可通过在空气中烧结而制得，而不需控制气氛。所述介电陶瓷组合物可以具有92.49-97.5重量%的主要组分和2.50-7.51重量%的次要组分，其中所述主要组分含有60.15-68.2重量%的钛酸锶、11.02-23.59重量%的钛酸钙以及7.11-21.32重量%的钛酸钡；所述次要组分含有1.18-3.55重量%的锆酸钙、0.50-1.54重量%的三氧化铋、0.2-0.59重量%的氧化锆、0.02-0.07重量%的二氧化锰、0.12-0.35重量%的氧化锌、0.12-0.35重量%的无铅玻璃料、0.24-0.71重量%的高岭土以及0.12-0.35重量%的氧化铈。所述介电陶瓷组合物可用于UHF天线和单片陶瓷元件。
Description
本申请是2007年6月7日提交的国际申请号为PCT/US2007/013442，中国国家申请号为200780053245.5，发明名称为“用于宽带UHF天线的陶瓷介电配方”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
本发明涉及介电陶瓷材料。更具体地，本发明涉及适宜于例如UHF天线的应用的介电陶瓷材料，在这些应用中介电常数和损耗因子适当组合是理想的。
几种不同的介电陶瓷体系可能适用于RF和微波频率的天线。在微波装置中使用电介质的优势在于减小了天线的尺寸，这是因为电磁波在介质中的波长与介质的介电常数的平方根成反比
大多数市售微波材料的介电常数在～10到30-40到80-100的范围内变化，在后一种情况中最大可使天线或共振器的尺寸减少到十分之一。这些材料其中的一部分在以下专利中有所描述：Kim等的美国专利No.5,840,642、Jung等的美国专利No.5,569,632、KR20040051732、CN1519216、RU2167842；Suvorov等已公开的PCT专利申请WO9721642；JP3192606、JP3183657、Ouchi等的美国专利No.4,442,220，所有的这些专利都以引文的形式整体并入本申请中。
然而，对于用于波长范围为约30~60cm的UHF范围(470MHz~870MHz)内的装置，即使尺寸减小到十分之一也是不够的，这需要显著增大材料的介电常数。具有更高的介电常数(>1000)的材料基于铁电体系，因此在UHF范围中表现出高的介电损耗和显著的频率相关性。为了形成可行的UHF天线，当在最终的天线装置中组合了其它组件时，介电材料必须具有介电常数和损耗因子的适当组合，以使得可在期望的UHF频率范围450MHz-900MHz内使天线小型化。在Valant等的已公开PCT专利申请WO9803446中描述了基于Ag(Nb,Ta)O3体系的，介电常数K在250-380的范围内的介电陶瓷，但是这些材料非常昂贵，需要在氧气气氛中烧结，并且在UHF中表现出相对较高的介电损耗。
为了用于UHF天线和/或其它应用中，需要改进的介电材料。
因此，本发明的主要目标、特征或优点就是改进现有技术。
本发明的进一步的目标、特征或优点是提供适用于UHF天线的改进的介电材料。
本发明的再进一步的目标、特征或优点是提供在烧结时不需要特殊的气氛控制的陶瓷介电材料。
本发明的另一个目标、特征或优点是提供不使用昂贵的金属(诸如银、铌或钽)的陶瓷介电材料。
本发明的再一个目标、特征或优点是提供具有相对高的介电常数和相对低的介电损耗的陶瓷介电材料。
通过阅读说明书和所附的权利要求书，可以理解本发明的这些和/或其它的一个或多个目标、特征或优点。
发明内容
介电陶瓷组合物，其在1MHz下的介电常数K为至少200，介电损耗DF为0.0006或者更小。所述介电陶瓷组合物可通过在空气中烧结而形成，不需控制气氛。所述介电陶瓷组合物可以具有92.49-97.5重量%的主要组分和2.50-7.51重量%的次要组分，其中所述主要组分含有60.15-68.2重量%的钛酸锶、11.02-23.59重量%的钛酸钙以及7.11-21.32重量%的钛酸钡；所述次要组分含有1.18-3.55重量%的锆酸钙、0.50-1.54重量%的三氧化铋、0.2-0.59重量%的氧化锆、0.02-0.07重量%的二氧化锰、0.12-0.35重量%的氧化锌、0.12-0.35重量%的无铅玻璃料、0.24-0.71重量%的高岭土以及0.12-0.35重量%的氧化铈。所述介电陶瓷组合物可用于宽带UHF天线、介电共振器((dielectric resonator))、电滤波器、基板、单片陶瓷元件(monolithicceramic component)等。
制造方法，其包括提供主要由92.49-97.5重量%的主要组分和2.50-7.51重量%的次要组分构成的陶瓷介电材料，其中所述主要组分含有60.15-68.2重量%的钛酸锶、11.02-23.59重量%的钛酸钙以及7.11-21.32重量%的钛酸钡；所述次要组分含有1.18-3.55重量%的锆酸钙、0.50-1.54重量%的三氧化铋、0.2-0.59重量%的氧化锆、0.02-0.07重量%的二氧化锰、0.12-0.35重量%的氧化锌、0.12-0.35重量%的无铅玻璃料、0.24-0.71重量%的高岭土以及0.12-0.35重量%的氧化铈。该方法进一步包括烧结所述陶瓷介电材料。
附图说明
图1的图表显示了不同实施例中的介电陶瓷材料的介电常数和介电损耗。
图2的图示显示了用陶瓷介电配方制备的UHF天线的一个实施方案。
优选实施方案的详细说明
本发明提供了一种陶瓷配方，当烧结成陶瓷基板时，提供了具有高介电常数(>200)和低损耗(在1MHz下，<0.00060)的材料。当与调谐器电路元件结合时，该基板是有效的宽带UHF天线。而且，不同于已公开的PCT专利申请WO9803446中所描述的Ag(Nb,Ta)O3体系材料，本发明在烧结时不需要特殊的气氛控制，也不需要使用昂贵的金属(例如银、铌或钽)。
通过广泛研究SrTiO3-BaTiO3-CaTiO3体系中的陶瓷配方，确定了一系列的配方，具有适用于UHF宽带天线的特性组合。下表1描述了研究的组合物：
表1陶瓷组合物
这些陶瓷组合物通过现有技术中公知的方法制成陶瓷片并铸成基板。在烘干步骤中除去有机溶剂之后，在空气中分别在1270℃和1250℃下进行最终烧结，但也可在其它的温度下烧结。在1MHz下测量了介电特性，显示在表2中。
表2在1MHz下的介电性质
两种不同烧结温度下的介电常数(K)非常相似，而介电损耗(DF)存在小的波动。两种烧结温度下的电容温度系数(TCC)相似。应当注意，与1级C0G多层电容器配方(在-55℃到+125℃的温度范围，+/-30ppm/℃)或窄带微波天线相比，这些组合物的TCC非常高。对于多层电容器或者窄带微波天线，需要相对于温度具有稳定的特性，以防止随着温度的波动而偏离规格之外。然而，因为这些陶瓷应用于宽频带范围内的UHF天线，所以温度稳定性不太关键，因此容许较高的TCC。
为了在使天线小型化的同时保持低损耗，必须在保持低损耗时使介电常数最大化。图1的图表示出了实施例的介电常数和DF。通过绘制表2中所列的介电常数和DF的曲线可以看出，只有介电配方B、C和D在DF小于0.0005的条件下介电常数超过了300。
图2的图示是用陶瓷介电配方制备的UHF天线的一个实施方案。UHF天线10包括例如前述陶瓷组合物烧结成的陶瓷基板12。该UHF天线10还包括调谐电路元件14。然后将UHF天线10结合到电子装置16中。
除了用于UHF天线之外，所述介电陶瓷材料还可用于其它的目的。可用于介电共振器、滤波器、微电子电路基板或内置于任何类型的电子装置中。
本发明不限于说明书中的特定的实施例。本发明设想了所述介电陶瓷组合物的配方的变化、特定应用，包含所述介电陶瓷组合物的单片陶瓷元件的种类、包含UHF天线的电子装置的种类，以及在本发明主旨和范围内的其它变形。
Claims (15)
1.宽带UHF天线，其包含介电陶瓷组合物，所述介电陶瓷组合物含有超过50重量%的非铁电材料，所述介电陶瓷组合物在1MHz下的介电常数K为至少200，介电损耗DF为0.0006或者更小。
2.权利要求1的宽带UHF天线，其中所述介电陶瓷组合物通过烧结而形成烧结体。
3.权利要求1的宽带UHF天线，其中所述介电陶瓷组合物在1MHz下的介电常数K为至少300，介电损耗DF为0.0005或者更小。
4.权利要求1的宽带UHF天线，其中所述介电陶瓷组合物是单片陶瓷元件的形式。
5.介电陶瓷组合物，其包含：
钛酸锶、
钛酸钙、
钛酸钡、
锆酸钙、
三氧化铋、
氧化锆、
二氧化锰、
氧化锌、
无铅玻璃料、
高岭土以及
氧化铈。
6.宽带UHF天线，其包含权利要求5的介电陶瓷组合物。
7.电子装置，其包含权利要求6的宽带UHF天线。
8.陶瓷介电材料，其主要由92.49-97.5重量%的主要组分组成，所述主要组分含有60.15-66.80重量%。
9.权利要求8的陶瓷介电材料，其中所述介电陶瓷材料通过烧结而形成烧结体。
10.宽带UHF天线，其包含权利要求8的陶瓷介电材料烧结形成的基板。
11.电子装置，其包含权利要求10的宽带UHF天线。
12.制造方法，其包括：提供主要由92.49-97.5重量%的主要组分和2.50-7.51重量%的次要组分构成的陶瓷介电材料，其中所述主要组分含有60.15-66.80重量%的钛酸锶、11.02-23.59重量%的钛酸钙以及7.11-21.32重量%的钛酸钡；所述次要组分含有1.18-3.55重量%的锆酸钙、0.50-1.54重量%的三氧化铋、0.2-0.59重量%的氧化锆、0.02-0.07重量%的二氧化锰、0.12-0.35重量%的氧化锌、0.12-0.35重量%的无铅玻璃料、0.24-0.71重量%的高岭土以及0.12-0.35重量%的氧化铈；并烧结所述陶瓷介电材料。
13.介电陶瓷组合物，其包含60.15-66.80重量%的钛酸锶、11.02-23.59重量%的钛酸钙、7.11-21.32重量%的钛酸钡、1.18-3.55重量%的锆酸钙、0.50-1.54重量%。
14.宽带UHF天线，其包含权利要求13的介电陶瓷组合物。
15.电子装置，其包含权利要求14的宽带UHF天线。
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