[发明专利]一种以尖晶石铁氧体为母体的天线基板材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及一种适于10MHz～200MHz低频天线应用的，以尖晶石铁氧体为母体的复合基板材料。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的快速发展，通信设备的小型化已成为一种必然的发展趋势，如何减小天线的特征尺寸同时又不影响其辐射性能，成为当前无线通信设备小型化发展所面临的主要瓶颈难题。根据天线的设计理论，天线应用的频率越低，其特征尺寸就越大，因此，这一瓶颈技术难题在低频段应用的天线上体现得尤为明显。我们知道使用高介电材料作为天线基板能有效的缩小天线的特征尺寸，但这种方法同时也会带来一系列的问题。首先高介电材料会增加天线基板的损耗角正切，从而增加电磁波传播的损耗；其次高介电材料作为基板还会导致天线带宽减小，从而限制了天线的适用频段。此外，天线基板的介电常数越高，对电磁波的束缚能力就越强，并且也更易激发表面波，从而会大大降低天线的效率。因此，天线小型化的发展趋势迫切需要研发出新型的基板材料来更好的兼顾天线小型化和高性能的综合技术要求。根据天线谐振频率关系式                                                可知，通过提高天线基板材料的磁导率，同样也可达到缩小天线特征尺寸的效果，并且通过提高磁导率而不是介电常数来缩小天线特征尺寸的话，还不易激起表面波并更有利于拓展天线的带宽。同时，如果能做到使介质基板材料的磁导率和介电常数近似相等的话，天线介质基板的特性阻抗，与真空的特性阻抗相等，这样可使天线辐射能量反射趋近于零，对提高天线的辐射效率也大有裨益。此外，为了尽可能缩小天线尺寸，还要在天线应用频段内尽量提高基板材料的磁导率和介电常数，并保证材料的磁导率/介电常数截止频率都需要高于天线的应用频率。与此同时，还要尽量降低磁损耗和介电损耗，以提高天线的效率和增益。因此，该类型基板材料的研发难度很大。目前国内外针对此相关类型材料的报道，主要有新加坡Hwa Chong Institution的M.L.S. Teo和L.B.Kong等人采用Li_0.5Fe_2.5O₄铁氧体和Mg_1-xCu_xFe_1.98O₄铁氧体进行适当离子替代或掺杂的方式来获得等磁介的陶瓷材料。（M.L.S. Teo, L.B.Kong, et al. “Development of magneto-dielectric materials based on Li-ferrite ceramics: Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ”, J. Alloys. Comp., vol.559 (2008) 557-566, 567-575, 576-582; L.B.Kong, Z.W.Li, “Magneto-dielectric properties of Mg-Cu-Co Ferrite Ceramics: Ⅰ,Ⅱ”, J. Am. Ceram. Soc., vol.90 (2007) 3106-3112, 2104-2112）。但以上两种类型的等磁介基板材料适用的频段都比较窄，主要在3～30MHz。我们课题组在2009年申请了一项国家发明专利（ ZL200910058207.3，一种低频微带天线基板材料及其制备方法），采取将Ni_xCu_0.1Zn_yCo_0.05Fe_zO_4－δ（其中x的取值范围为0.78～0.82，y的取值范围为0.07～0.03，z的取值范围为1.90～1.94，δ范围一般在0～0.5之间）材料与Bi_aSr_1－aTiO₃（其中a的取值范围为0.20～0.24）进行复合，可实现在1MHz～100MHz的范围内复合材料磁导率和介电常数都近似相等，在18至25之间。材料的介电损耗因子在整个频带内都低于0.03。但该材料磁损耗相对还较大，超过50MHz以后磁损耗因子会上升到0.05以上，100MHz时已接近于0.1，因此在50MHz以上的应用效果不太好。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于10MHz～200MHz的低频段天线基板材料及其制备方法。该材料能够显著降低低频段微带天线的结构尺寸并提高天线的效率。