Une étude examine les céramiques diélectriques à faible permittivité pour la communication micro-ondes/ondes millimétriques

Les céramiques diélectriques micro-ondes sont la pierre angulaire des dispositifs de communication sans fil, largement utilisées dans les applications de communications mobiles, de radars satellites, de GPS, de Bluetooth et de WLAN. Les composants fabriqués à partir de ces matériaux céramiques, tels que les filtres, les résonateurs et les antennes diélectriques, sont largement utilisés dans les réseaux de communication sans fil.

À mesure que les fréquences de communication sans fil s’étendent vers des bandes plus élevées, les problèmes de retard du signal deviennent de plus en plus importants. De faibles constantes diélectriques (εr) peuvent réduire les effets de couplage électromagnétique, minimisant ainsi efficacement les retards de signal.

Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux céramiques à faibles constantes diélectriques est devenu un enjeu crucial dans ce domaine. De plus, l’exploration des mécanismes de réponse diélectrique intrinsèques des céramiques diélectriques afin de fournir des conseils théoriques pour l’amélioration des performances constitue un objectif clé pour les chercheurs dans ce domaine.

Le groupe de recherche dirigé par le professeur Zidong Zhang de l’Université du Shandong a récemment signalé un nouveau système pionnier de céramiques diélectriques micro-ondes légères, à faible constante diélectrique et à faibles pertes. Ce système innovant présente une forte covalence [PO4] Un cadre tétraédrique, intégrant du LiO2 à bas point de fusion et des éléments de terres rares, est introduit pour atteindre des valeurs de facteur de qualité (Q·f) élevées.

Sur la base du diagramme de phase ternaire LiO2-Ln2O3-P2O5, le système LiLn(PO3)4 (Ln = La, Sm, Eu) a été synthétisé avec succès à des températures de frittage inférieures à 950°C, qui présentent une faible constante diélectrique (5,05-5,26). , un facteur de qualité élevé (41 607 à 75 968 GHz) et une faible densité (3,04 à 3,26 g/cm3), présentant des performances globales exceptionnelles parmi les matériaux à faible diélectrique.

L’équipe a publié son avis dans le Journal des céramiques avancées le 14 mai 2024.

« Dans ce travail, notre équipe de recherche a signalé un système à faible diélectrique à base de phosphates. En nous appuyant sur des études systématiques des orthophosphates (-PO4) et des pyrophosphates (-P2O7), nous avons identifié un système métaphosphate dans les régions stables du diagramme de phase du phosphate. En optimisant les conditions de préparation, nous avons obtenu d’excellentes propriétés diélectriques.

« De plus, en pensant aux futures applications des appareils, l’équipe de recherche a conçu un prototype d’antenne patch microruban. Les mesures pratiques correspondent étroitement aux résultats de simulation, démontrant les excellentes performances de l’antenne », a déclaré le professeur Zhang de l’École de science et d’ingénierie des matériaux du Shandong. Université. Le professeur Zhang est également secrétaire général adjoint de la branche métamatériaux de la Société chinoise de recherche sur les matériaux.

« De plus, dans cette étude, nous avons effectué des calculs de principes fondamentaux basés sur l’évolution de la structure cristalline et effectué des calculs théoriques PVL à l’aide de données expérimentales XRD. Ces calculs ont corroboré les propriétés des liaisons chimiques, quantifiant l’impact des paramètres de liaison chimique sur les performances diélectriques des micro-ondes, et explorer les mécanismes de réponse intrinsèques des propriétés diélectriques.

« De plus, en examinant les contributions intrinsèques à la réponse diélectrique des micro-ondes grâce à la spectroscopie de vibration du réseau, nous avons extrapolé la limite de faible perte aux fréquences micro-ondes. Cette analyse indique le potentiel de cette structure pour obtenir des pertes encore plus faibles », a déclaré le professeur Zhang.

L’équipe de recherche aspire à ce que cette étude offre de nouvelles options matérielles pour les dispositifs RF. De plus, l’exploration des limites de faibles pertes et l’étude de la relation entre structure et performance peuvent fournir des orientations théoriques pour la modification des matériaux. Cela facilitera le développement de la communication par ondes millimétriques et améliorera le retard du signal.

Le premier auteur est Huanrong Tian de l’École de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université de Shandong. Parmi les autres contributions figurent le professeur Yao Liu de l’École de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université de Shandong, et Xiaohan Zhang, le professeur Haitao Wu de l’École d’environnement et d’ingénierie des matériaux. Ingénierie à l’Université de Yantai.