微波介質天線 介質諧振器 濾波器

德鍵微波介質元件的優勢

應用於無線通信的新材料 - 微波介質諧振器 - 德鍵電子
"一切物質從材料的電磁特性到微觀結構是最終的最要結果。"

一個由電介質材料組成的小陶瓷元件,是運作於幾個微波系統的濾波器和振盪器至關重要的基底,如衛星電視接收機,軍用雷達系統,全球定位系統(GPS)設備和移動通訊。 德鍵電子已開發多種專門的壓電介質材料,可以提供更可靠和更清晰的微波通信信號。

在微波通信,介質諧振濾波器是用來區分有用和無用的信號頻率的發送和接收信號。當要提取和檢測有用的頻率,元件必須保持強有力的信號。保持有用信號頻率清晰,不會受季節性溫度變化影響也是至關重要的。

實際應用的諧振材料必須有一些重要的特性。

  • 相對高的介電常數材料可微型化元器件;
  • 高品質因數(Q)可以改善選擇性;
  • 於低溫度時材料的共振頻率變化,可保持微波電路的穩定。

雖然大量的陶瓷介質材料已被開發,但事實證明,單一的材料很難滿足所有的需求及合理的成本。 "德鍵利用這些新電介質材料的優勢,使它們比目前使用的組合物相對便宜,未來電介質材料通過適當的添加劑,及優化製備條件,可以再進一步改善。"

電介質材料的組成及研究

德鍵新的電介質材料開發,是用陶瓷形成的烘烤壓粉末混合物為原料,在烤爐溫度 1200 至 1550 攝氏度烘烤。

德鍵工程師用 X 射線衍射、拉曼光譜、和掃描電鏡研究揭示陶瓷結構。電介質材料的一般公式:鈰 Ce(M1/2Ti1/2)O3.5。其中鈰 Ce 元素是"鈰" (cerium),鈦 Ti 是鈦和 O 是氧。 的“M”代表任何一個金屬鎂,鋅,鈣,鈷,錳,鎳和鎢。數字是指每個元素在陶瓷的比例。

進一步的工作是找到陶瓷確切的組成,內部結構。

德鍵的服務及目錄下載

德鍵提供高品質的零部件,根據每個客戶的特殊需求,在性能,成本和技術方面,可做相對應的配合。
對於微波介質有關的市場資源開發或已停產的壓電產品,建議您聯繫我們的銷售部,以便將你的要求轉達德鍵相關部門。

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陶瓷微波介質元器件

縮略圖系列分類及簡述 Murata (P/N) 頻率范圍

介質濾波器與聲表濾波器技術參數

表-1:介質濾波器 VS 聲表濾波器技術性能比較
性能比較 介質濾波器 (2GHz) 聲表面波濾波器 (2GHz)
插入損耗 Insertion Loss 低 (>1.8dB) 適中 (>2.5dB)
分數帶寬 Fractional Band Width 寬廣 (<10%) 適中 (<3%)
頻率範圍 Frequency Range 寬廣 (<10G) 適中 (<3G)
雜散響應 Spurious Response 普通 很好
工作功率 Handling Power 高 (<200W) 低 (<0.3W)
互相調變 IM (Inter-Modulation) 極好 普通
溫度性能 Temperature Performance 穩定 (0~5ppm) 不穩定 (-20~-90ppm)
阻抗匹配 Impedance Matching 很好 很好
設計靈活性 Design flexibility 很好 普通
尺寸 Size 適中
重量 Weight 適中
價格 Cost 適中

介質濾波器和聲表面波濾波器技術參數的比較見表-1。 比較的項目是電氣性能(插入損耗,小數帶寬,雜散響應),處理功率和相互調變,大小和重量,溫度穩定性,設計靈活性和成本(大量生產)。

聲表濾波器特別優越的是雜散響應,尺寸,重量,但分數帶寬,頻率範圍和高處理能力比較差。相對的,介質濾波器優越的是插入損耗,分數帶寬,處理功率,相互調變,和溫度性能,但雜散響應,大小和重量比較差。這些功能都屬於物理性質。因此,兩種技術是可以互補的。

從商業角度來看,SAW 聲表面波適用於小於 1 GHz 低功耗的應用,例如 900MHz 頻段移動電話濾波器。介質濾波器適用於超過 2 GHz 高功率的應用,例如毫米波濾波器和蜂窩基站濾波器。 但在重疊的區域,例如 2GHz 頻帶的手機濾波器,獲得最實際和最強大的解決方案,必須結合這些技術的融合。現今所強烈需要的是介質濾波器新技術的突破,並與聲表技術相結合。

作為新型電介質技術的候選元件,平面介質濾波器利用薄膜電極介紹。未來可以協調統一與 SAW 聲表技術並存。且介質濾波器技術將比以往更成熟。 尤其是,使用高功率,寬帶和高頻率運作,介質濾波技術將保持最強大的科技工藝。

微波介質元器件 & 壓電陶瓷術語

壓電陶瓷微波介質元件是如何工作

當壓電陶瓷元件被施以電流壓力(電壓),其尺寸發生變化。當被施以機械壓力時,它產生電荷。如果電極不短路,則會出現電壓與充電現像。

施加力與產生的反應之間的關係取決於:

  1. 陶瓷的壓電性能;
  2. 尺寸大小和形狀;
  3. 電氣和機械的激發方向。

壓電陶瓷因而能當作傳感或傳輸元件,或兩者兼而有之。由於壓電陶瓷元件能夠產生很高的電壓,符合新一代的固態元件 - 堅固,緊湊,可靠,高效。

同軸諧振器 Coaxial Resonator

組件的駐波建立了陶瓷同軸線,後端是短路或開路,從驅動器遙控。同軸諧振器類型可以是 1/4 λ 波長或 1/2 λ 波長。

介電損耗因數 Dielectric Dissipation Factor (tanδ)

介質損耗因數(介質損耗因子),tanδ,為陶瓷材料的正切介電損耗角。tanδ 取決於有效電導對有效電納的比率於並聯的電路,使用阻抗電橋測量。
tanδ 介損值通常是在 1 kHz。

介質諧振器 Dielectric Resonator (DR)

非金屬介質陶瓷的功能相似的機械諧振腔的微波頻率,但尺寸卻大大縮小,因為它的高介電常數。

介電常數 Dielectric Constant (K)

相對介電常數是的材料誘電率(介電常數),ε,對可用空間誘電率(介電常數)的比例,ε0,在無約束條件,即遠低於機械共振的一部分。
公式:K =(介電常數材料 ε / 自由空間介電常數 ε0

導航星系統 Global Positioning System (GPS)

一個全球導航系統有 24 個或更多的衛星繞地球在海拔 12000 英里,並提供非常精確,全球定位和導航信息,每天24小時,在任何天氣。也稱為導航星 (NAVSTAR) 全球定位系統。

寄生模式 Spurious Mode

從介質諧振器輸出由的信號或信號具非預期的共振頻率。較高的諧振模式接近共振頻率的主模式,模式會干擾濾波器或振盪器的性能。

壓電元件的施力分佈方向
(Figure-1) - 壓電元件的施力分佈方向

壓電電荷常數 Piezoelectric Charge Constant "d"

壓電常數關聯於施加電場的機械應力被稱為應變常數,或“d”係數。單位可以表示為米每米,每伏特每米(公尺每伏)。
公式: d = (應力形成 / 外加電場)

這是應該記住,大 dij 常數為大機械位移,這通常尋求動感傳感器設備。 相反,對施加的機械應力,這係數可被視為收集相關的電極。

  1. d33 適用於力是在3方向(沿極化軸)並在同一平面上電荷的收集。
  2. d31 適用於表面電荷的收集,但力應用於直角偏振軸。
  3. d15 表明,對與原來成直角的極化電極的電荷收集,適用的機械剪切應力。

dij 係數的單位一般表達為庫倫/平方米每牛頓/平方米。
公式: d = (短路電荷密度 / 印加的機械應力)

當力量應用在完全由電極分佈的區域(即使是只有部分總電極),則此單位從等式中抵銷和係數表示電荷每單位力量,庫倫每牛頓。以這種方式查看的 dij 係數是非常有用的,當預期的電荷發生器,例如,加速計。

壓電電壓常數 Piezoelectric Voltage Constant "g"

介質極化
(Figure-2) - 介質極化

壓電常數與電場產生的機械應力被稱為電壓常數,或“g”係數。單位表示為伏特/米每牛頓/平方米。
公式: g = (開路電場 / 印加的機械應力)

輸出電壓可以由陶瓷電極之間的厚度的電場乘積計算取得。

  1. “33”標表明,電場和機械應力都沿極化軸。
  2. “31”標標誌著壓力作用於成直角偏振軸,但電壓出現在同一電極如“33”。
  3. “15”標意味著外加剪切應力和由此產生的電場垂直於極化軸。

高 gij 常數傾向大電壓輸出,並成為廣受歡迎的的傳感器。 雖然 g 係數被稱為電壓係數,這也是正確的說,gij 是應變展開適用於電荷密度與單位米的比例,每米超過庫倫每平方米。

介質的極化 Polarization of Dielectric

如果材料含有極性分子,在沒有施加電場的情況下,他們一般都處在隨機的方向。外加電場的極化材料,會重從定向它的極性分子的偶極矩。 這將減少板和增加平行板結構的電容之間的有效電場。電介質必須是一個良好的電氣絕緣材料,以盡量減少任何直流洩漏的電流通過電容器。

電壓駐波比 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

傳統確定反射係數的方法是衡量入射波和反射波的疊加造成的駐波。傳統量測電壓的方法,是使用開槽測試線測量一系列的點。電壓駐波比(VSWR)是最高除以最低的比率。 總駐波的 VSWR 是無窮盡的,因為最低電壓為零。如果沒有反射發生 VSWR 為 1.0。VSWR 和反射係數的關係如:公式: VSWR = (1 + ρ) / (1 - ρ)

品質因數 Quality Factor (Q = 1 / tanδ)

品質因數 Q 是性能評估值或質量的諧振器,是衡量能源損失或每週期消耗與諧振器內電場能量儲存比較值。