[发明专利]一种微带天线有机复合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，涉及一种适用于100MHz～1GHz微带天线应用的无机/有机复合磁介基板材料及其制备方法。

背景技术

微带天线是二十世纪七十年代初出现的一种新型天线，具有体积小、重量轻、剖面低、容易与载体共形、与集成电路的兼容性好、容易实现双频段、双极化工作等优点。常规的微带天线应用频率都较高，近年来，随着移动通信技术的发展，较低频段(如UHF、L、S波段)的微带天线也逐步得到应用和发展。但是根据微带天线的结构设计计算公式，其基板尺寸大小与电磁场在介质基板内的波长成正比。由于在低频下电磁波的波长很长，因此采用传统介质基板加工的低频微带天线尺寸很大，并且频率越低，尺寸越大。

为了缩小较低频段微带天线的尺寸、质量和体积，一种方式是提高天线基板材料的有效介电常数ε_eff，但采取这种方式，不仅容易激起表面波，而且高介电常数基板会束缚电场，使天线的辐射效率大大降低。根据天线谐振频率关系式可知，提高天线介质基板的有效磁导率μ_eff，同样也可

达到降低天线基板尺寸的效果，并且还不易激起表面波并有利于天线能量的辐射。此外，由于微带天线的带宽主要受基板介电常数大小的影响，而与磁导率大小无关，介电常数越小越有利于提高天线带宽。因此，在同等尺寸下，采取磁介材料制备的天线也比采用纯介电材料制备的天线具有更宽的带宽。因此，将磁介材料应用到天线基板上具有十分重要的现实意义。但是，为了获得在天线基板上具有实用价值的磁介材料，除了要求其磁导率和介电常数在天线应用频段内较高外，还要求该类材料具有尽量低的介电和磁损耗，且材料的磁导率/介电常数截止频率都需要高于天线的应用频率。因此，该类型材料的研发技术难度较大。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_0.50Fe_2.50O₄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)以及法国国家实验室的A.Thakur等人采用纳米制粉技术制备的纳米量级的Ni_0.5Zn_0.3Co_0.2Fe₂O₄铁氧体陶瓷材料(A.Thakur,A.Chevalier,et al.“Low-loss spinel nanoferrite with matching permeability and permittivity in the ultrahigh frequency range”,J.Appl.Phys.,vol.108(2010)014301)。此外，电子科技大学苏桦、唐晓莉等人于2009年申请的中国发明专利“一种低频微带天线基板材料及其制备方法(ZL200910058207.3)”提出了一种尖晶石铁氧体与钛酸锶铋陶瓷复合的磁介材料；电子科技大学夏祺和苏桦等人在(Ba_0.5Sr_0.5)₃Co₂Fe₂₄O₄₁中掺入适量的WO₃得到了磁介陶瓷材料(Qi Xia，Hua Su,et al.“Investigation of low loss Z-type hexaferrites for antenna applications”,J.Appl.Phys.,vol.111(2012)063921)。但是，这些此前报道的磁介材料都存在一个比较突出的问题，就是其磁导率和介电常数都比较高，虽然能较大程度的降低天线尺寸，但根据磁性材料遵循的斯诺克定律，其磁导率越高，截止频率就越低，因此，此前报道的磁介材料适用频率都在300MHz以下，有的甚至只适合于在100MHz以下频段应用，无法用于300MHz以上的天线基板上。并且基板材料为纯陶瓷构成，柔韧性差。为此，电子科技大学唐晓莉、苏桦等人于2011年申请的中国发明专利“一种微带天线复合基板材料及其制备方法(ZL201110235563.5)”对此进行了改善，通过六角晶系铁氧体与聚丙烯树脂复合来得到应用于300MHz以上的磁介基板材料，但是该方法操作复杂，增加了工业应用时的成本。