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研究生：	林鈴梅 Lin, Ling-Mei
論文名稱：	燒結促進劑對Mg0.95Co0.05TiO3介電陶瓷之微波特性改善及其應用 Improved and Applications of Mg0.95Co0.05TiO3 Dielectric Ceramics with Sintering Aids
指導教授：	黃正亮 Huang, Cheng-Liang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	88
中文關鍵詞：	帶通濾波器、介電材料
外文關鍵詞：	Dielectric Materials, filter
相關次數：	點閱：67 下載：3
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　本論文文將討論介電陶瓷材料Mg0.95Co0.05TiO3 ，實驗結果顯示，原始的Mg0.95Co0.05TiO3 燒結溫度必須達到1450 ℃，可得介電特性εr ~16.8，Q*f~230000 (9GHz) ，τf ~-55 (ppm/oC)。
　　由於τf為負值，藉由分別以Ca0.6La0.80/3TiO3 (+213(ppm/oC))與Ca0.61Nd0.78/3TiO3 (+247(ppm/oC))混相以調整其τf 。添加不同燒結促進劑B2O3 、V2O5 與CuO ，探討產生的液相對其微波特性的影響。
　　在1250℃燒結且添加0.50 wt% B2O3 於0.9 Mg0.95Co0.05TiO3 -0.1Ca0.6La0.80/3TiO3時，具有最佳的介電特性﹔εr ~22.56， Q*f ~76000 (9GHz)，τf ~10.7 (ppm/oC)。
　　在1250℃燒結且添加0.25 wt% CuO 於0.9 Mg0.95Co0.05TiO3 -0.1Ca0.61Nd0.78/3TiO3時，具有最佳的介電特性﹔εr ~22.33， Q*f ~62000 (9GHz)，τf ~-27.5(ppm/oC)。改善了Mg0.95Co0.05TiO3 介電陶瓷微波特性。
　　最後，本論文利用印刷電路板的方式製作一個高頻Chebyshev 帶通濾波器，操作頻段涵蓋2.0GHz，然而所使用之基板則分別使用了FR4 ，Al2O3 ，及摻雜了燒結促進劑V2O5 之MCT-CNT 三種材料由自製基版可以發現應用於同一電路上，可以有效縮小其電路面積，且有更有的濾波特性。

　　The microwave properties of Mg0.95Co0.05TiO3 dielectric ceramic materials are discussed in this paper. By adding different sintering aids V2O5 、CuO and B2O3 respectively, we study the existence effects of liquid phase for the microwave properties of Mg0.95Co0.05TiO3.
　　The experiment results show that with 0.50 wt% B2O3 addition can efficiently reduce sintering temperature from 1350 oC to 1250 oC, and we obtain that the dielectric properties are εr ~22.56， Q*f ~76000 (GHz) and τf ~10.7(ppm/oC). Concerning about the negative value of τf , we choose CuO adding the Ca0.61Nd0.78/3TiO3 (+247(ppm/oC)) reduce sintering temperature from 1350 oC to 1250 oC, and we obtain that the dielectric properties are εr ~22.33， Q*f ~62000 (GHz) and τf ~-27.5 (ppm/oC)
　　Hence, the microwave properties of dielectric ceramic materials is improved. Hence, the microwave properties of Mg0.95Co0.05TiO3 dielectric ceramic materials is improved.
　　In addition, we design and fabricate a second order compact microstrip bandpass filters with two transmission zeros in 2.0 GHz on FR4 、Al2O3 、Mg0.95Co0.05TiO3 substrate.

目錄
第一章   緒論 －－－－－－－－－－－－－1 
1-1   前言－－－－－－－－－－－－－－－1  
1-2   研究目的－－－－－－－－－－－－－1  
第二章   介電材料原理 －－－－－－－－－3  
2-1   材料的微波特性－－－－－－－－－－3  
2-2    介電理論 －－－－－－－－－－－－9  
2-3   介電共振器理論－－－－－－－－－－11
2-4   鈦鐵礦與鈣鈦礦之結構－－－－－－－12
2-4-1  鈦鐵礦之結構 －－－－－－－－－－12
2-4-2  鈣鈦礦之結構 －－－－－－－－－－14
2-5   燒結理論及工藝－－－－－－－－－－14
2-5-1 燒結過程分析－－－－－－－－－－－15 
2-5-2 影響燒結的幾個因素－－－－－－－－16  
2-5-3  液相燒結理論 －－－－－－－－－－17
第三章	微帶線與濾波器原理 －－－－－－18
3-1   微帶線的原理－－－－－－－－－－－18
3-1-1 微帶線傳輸組態－－－－－－－－－－18
3-1-2 微帶線各項參數公式計算－－－－－－19
3-1-3 微帶線各項考量－－－－－－－－－－22
3-2   集總元件(lump element) 濾波器簡介 26
3-3   微帶線諧振器種類－－－－－－－－－28
3-3-1 四分之一波長短路微帶線諧振器－－－28
3-3-2 二分之一波長開路微帶線諧振器－－－29
3-4  共振器間的耦合形式 －－－－－－－－31
3-4-1電場耦合 －－－－－－－－－－－－－31
3-4-1磁場耦合 －－－－－－－－－－－－－34
3-4-1混合耦合 －－－－－－－－－－－－－37
3-5  Tapped Line 輸入及輸出點的設計 －－39
3-6  零點饋入設計 	－－－－－－－－－－－41
第四章   實驗程序 	－－－－－－－－－－－44
4-1   微波介電材料的製備與特性量測流程圖44
4-1-1 微波介電材料的製備步驟－－－－－－44
4-2   微波介電材料的特性分析與量測－－－47
4-2-1  X-Ray 分析 －－－－－－－－－－－47
4-2-2  掃描式電子顯微鏡(SEM) 分析 －－－47
4-2-3  密度之量測 －－－－－－－－－－－47
4-2-4  微波特性的量測 －－－－－－－－－48
4-3   濾波器的製作與量測－－－－－－－－55
4-3-1  濾波器的規格 －－－－－－－－－－55
4-3-2  濾波器的設計 －－－－－－－－－－55
4-3-3  特性量測 －－－－－－－－－－－－56
第五章  實驗結果與討論－－－－－－－－－57
5-1   Mg0.95Co0.05TiO3 之微波特性之探討 57
5-1-1 0.9Mg0.95Co0.05TiO3 +0.1Ca0.6La0.80/3 TiO3 　　　添加燒結促進劑B2O3－－－－－－－－57
5-1-2 0.9Mg0.95Co0.05TiO3 +0.1Ca0.61Nd0.78/3TiO3 　　　添加燒結促進劑V2O5－－－－－－－－64
5-1-3 0.9Mg0.95Co0.05TiO3 +0.1Ca0.61Nd0.78/3TiO3 　　　添加燒結促進劑CuO －－－－－－－－70
5-2   濾波器特性探討－－－－－－－－－－76
5-2-1 FR4 基板－－－－－－－－－－－－－76
5-2-2 Al2O3 基板－－－－－－－－－－－－78
5-2-3 9MCT -CNT+0.25 wt% V2O5 基板－－－80
第六章   結論 －－－－－－－－－－－－－84
 
圖目錄
圖2-1  極化頻率分佈圖係 －－－－－－－－7
圖2-2  極化空間電荷 －－－－－－－－－－7 
圖2-3  方向極化 －－－－－－－－－－－－7  
圖2-4  離子極化 －－－－－－－－－－－－8
圖2-5  電子極化 －－－－－－－－－－－－8
圖2-6  圓柱型DR電場分佈圖 －－－－－－－10
圖2-7  圓柱型DR中各種mode之外部與內部功率傳輸比11
圖2-8  電磁波入射介電陶瓷關係圖 －－－－12
圖2-10 鈦鐵礦結構 －－－－－－－－－－－13
圖2-11 鈣鈦礦結構 －－－－－－－－－－－14
圖2-12 陶瓷燒結示意圖 －－－－－－－－－16
圖3-1 （a微帶線之外觀圖（b微帶線之電場與磁場分
　　　 佈圖 －－－－－－－－－－－－－－19
圖3-2  步階阻抗不連續處之示意圖（a）實際結構（b）　　　 等效電路 －－－－－－－－－－－－23
圖3-3  微帶線開路端效應 －－－－－－－－24
圖3-4  直角彎折效應之結構圖與等效電路圖 25
圖3-5  Butterworth頻率響應圖－－－－－－27
圖3-6  Chebyshev頻率響應圖－－－－－－－27
圖3-7  elliptic函數頻率響應圖 －－－－－27
圖3-8  四分之一波長微帶線諧振器的傳輸線示意圖28
圖3-9  interdigital 濾波器－－－－－－－29
圖3-10 二分之一波長微帶線諧振器的傳輸線示意圖29
圖3-11 平行耦合線濾波器 －－－－－－－－30
圖3-12 U 型諧振器與U 型濾波器 －－－－－30
圖3-13 正方形開迴路諧振器與開迴路諧振器濾波器30
圖3-14微帶線共振器之電場強度分佈圖(a)短路(b)開路31
圖3-15 幾種電場耦合的共振器佈局 －－－－32
圖3-16 兩電場耦合的共振器之等效電路圖 －32
圖3-17 當 以及 的等效π型網路－－－－－－33
圖3-18表示電場耦合使用導納反轉子的另一種等效電路圖　　－－－－－－－－－－－－－－－－－－33
圖3-19 微帶線共振器之磁場強度分佈圖(a)短路(b)開路 　　　  －－－－－－－－－－－－－－－－34
圖3-20 幾種磁場耦合的共振器佈局 －－－－35
圖3-21 兩磁場耦合的共振器之等效電路圖 －35
圖3-22 當 以及 的等效T型網路  －－－－－36
圖3-23 表示磁場耦合使用阻抗反轉子的另一種等效電路
　　　 圖 －－－－－－－－－－－－－－－36
圖3-24 幾種混和耦合的共振器佈局 －－－－37
圖3-25 兩混和耦合的共振器之等效電路圖 －38
圖3-26導納反轉子和阻抗反轉子個別代表電場、磁場耦合　　　的另一種等效電路圖－－－－－－－－38
圖3-27 (a) 對稱式（Symmetric）饋入(b)非對稱式饋入　　（skew-symmetric）－－－－－－－－－41
圖4-1  實驗流程圖 －－－－－－－－－－－46
圖4-2  Courtney hold 基本架構 －－－－－48
圖4-3  量測用模具組 －－－－－－－－－－48
圖4-4  判別TE mode 和TM mode 之方法 －－49
圖4-5  (a)TE011 mode (b)TE012 mode－－－50
圖4-6  一顆DR放入測量系統內測量介電常數 53
圖4-7  兩顆DR放入測量系統內測量介電常數 53
圖4-8  濾波器之電路佈局 －－－－－－－－55
圖4-9  濾波器量測架構 －－－－－－－－－56
圖5-1 (a)9MCT – CLT 添加0.50 wt % B2O3 不同燒結溫度X-ray圖 －－－－－－－－－－－－－－－58
　　　(b)9MCT – CLT添加不同比例B2O3於1250℃的X-
ray －－－－－－－－－－－－－－－－－－58
圖5-2	9MCT – CNT添加0. 50 wt% B2O3在不同燒結溫度的SEM圖 －－－－－－－－－－－－－－61
圖5-3  (a)MCT – CLT 添加不同比例的B2O3之 Q*f 與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－62
　　　　(b)MCT – CLT 添加不同比例的B2O3之介電常數與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－62
　　　　(c)MCT – CLT 添加不同比例的B2O3之密度與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－63
　　　　(d)MCT – CLT 添加不同比例的B2O3之溫度飄移
係數與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－63
圖5-4 (a)9MCT – CNT添加0.50 wt % V2O5不同燒結溫度
X-ray圖 －－－－－－－－－－－－－－－－66
　　　(b)9MCT – CNT添加不同比例V2O5於1250℃的X-　
ray －－－－－－－－－－－－－－－－－－66
圖5-5	9MCT – CNT添加0. 25 wt% V2O5 在不同燒結
溫度的SEM圖 －－－－－－－－－－－－－－67
圖5-6 (a)MCT - CNT添加不同比例的V2O5 之 Q*f 與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－－68
(b)MCT - CNT添加不同比例的V2O5 之介電常數與不同燒
結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－－－68
(c)MCT - CNT添加不同比例的V2O5 之密度與不同燒結溫
度關係圖－－－－－－－－－－－－－－－－69
(d)MCT - CNT添加不同比例的V2O5 之溫度飄移係數與不
同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－69
圖5-7  (a)9MCT – CNT添加0.50 wt % CuO不同燒結溫度X-ray圖 －－－－－－－－－－－－－－－－72
　　　　(b)9MCT – CNT添加不同比例CuO於1250℃的X-ray －－－－－－－－－－－－－－－－－－72
圖5-8  9MCT – CNT添加0. 25 wt% CuO 在不同燒結溫度的SEM圖 －－－－－－－－－－－－－－－－73
圖5-9 (a)MCT - CNT添加不同比例的CuO 之 Q*f 與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－－74
　　　(b)MCT - CNT添加不同比例的CuO 之介電常數與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－74
　　　(c)MCT - CNT添加不同比例的CuO 之密度與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－－－－－75
　　　(d)MCT - CNT添加不同比例的CuO 之溫度飄移係數與不同燒結溫度關係圖－－－－－－－－－－75
圖5-10  FR4 的電路圖(a)模擬電路(b)實做電路76
圖5-11  FR4 的電腦模擬圖－－－－－－－－77
圖5-12   FR4 實作量測圖 －－－－－－－－77
圖5-13  Al2O3 的電路圖(a)模擬電路(b)實做電路 78
圖5-14  Al2O3 的電腦模擬圖－－－－－－－79
圖5-15   Al2O3 實作量測圖 －－－－－－－79
圖5-16  MCT-CNT 的電路圖(a)模擬電路(b)實做電路 80
圖5-17  MCT-CNT 的電腦模擬圖－－－－－－81
圖5-18   MCT-CNT 實作量測圖 －－－－－－81

                                    

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校內：2007-06-22公開
校外：2007-06-22公開

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