西安交大在低损耗温度稳定型微波介质陶瓷及介质谐振器天线获进展

卫星通信是现代通信系统中最吸引人的技术之一，也是克服日益增长的数据需求的一个非常有前途的解决方案。天线作为卫星通信系统中必不可少的一部分也受到广泛关注。如今，介质谐振器天线（DRAs）凭借其高辐射效率、高增益、高度设计灵活性以及易于与平面电路集成等优点吸引了越来越多的关注。中低介电常数（ ）、高品质因数（Q）和近零的谐振频率温度系数（TCF）是微波介质陶瓷设计的目标。

近日，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院周迪教授团队采用Ca2+/Mo6+离子对单斜褐钇铌矿结构SmNbO4陶瓷进行Sm/Nb-位离子的同时取代，发现该体系在0.15≤x<0.375范围内为单斜褐钇铌相，0.375≤x≤0.7范围内为四方白钨矿，表明A位离子半径的增加有效地促进了铁弹相变（单斜褐钇铌→四方白钨矿，x= 0.375），并加强了四方白钨矿结构的稳定性。SNCMo@x陶瓷介电常数（）具有组分依赖性，分布在12.0-17.7之间。[BO4]多面体的扭曲是造成谐振频率温度系数（TCF）由负转正和品质因数（Q×f不规则行为的主要原因。SNCMo@0.18陶瓷实现了最佳的微波介电性能（ ~17.1，Q×f~ 52, 800 GHz（@~8.8 GHz），TCF ~ ‒1.4ppm/°C）。这项工作证明了A/B阳离子同时取代可以有效调节RENbO4材料中[BO4]多面体的畸变，从而进一步调节微波介电性能。此外，在该工作中SNCMo@0.18陶瓷被设计成圆柱形介质谐振器天线（CDRA），在中心频率（7.75 GHz）处具有较高的辐射效率（97.1%）和增益（5.96 dBi），结合其极低的损耗和良好的温度稳定性，SNCMo@0.18陶瓷有望在X-波段卫星通信（7.62 - 7.89 GHz）中获得应用。

RENbO4陶瓷的介电性能与B-位离子半径的关系（★代表SNCMo@0.18陶瓷）及介质谐振器原型器件

该工作以《基于新型低损耗温度稳定型(Sm1-xCax)(Nb1-xMox)O4(x=0.15-0.7)微波陶瓷的卫星通讯用介质谐振器天线设计与制备》（Design and Fabrication of a Satellite Communication Dielectric Resonator Antenna with Novel Low loss and Temperature Stabilized (Sm1-xCax)(Nb1-xMox)O4(x = 0.15-0.7) Microwave Ceramics）为题发表在国际期刊《材料化学》（Chemistry of Materials）上。论文第一作者为西安交通大学电信学部电子科学与工程学院博士生吴芳芳，通讯作者为西安交通大学周迪教授和芬兰奥卢大学Heli Jantunen教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.2c02663

(来源：电子科技大学 版权属原作者 谨致谢意）