电子位移极化是指在电场的作用下,电子云畸变使电荷中心发生相对位移,从而使电子向电介质的两极移动,电子脱离原子核在两级处发生极化,即正极上出现感应负电荷,而负极上出现感应正电荷,这种产生偶极矩的现象称为电子位移极化。电子位移极化的时间特别短,几乎是瞬间完成的。这一过程中是没有能量损耗的,而且电子位移极化过程不受温度的影响。离子半径越大,其电子云产生畸变的可能性就越大,电子极化率也就越高。论文网
离子位移极化是指电介质内部的离子在电场作用下发生相对移动,随后正离子和负离子各自向相反的两个电极移动,进而产生感应偶极矩从而发生极化。与电子位移极化过程所不同的是,离子位移极化会受到温度的影响。而且离子的响应时间比电子要慢的多,这个时间与离子的振动周期非常接近。
偶极子取向极化是由于材料内部所有分子发生运动导致的。在各种力的作用下使得分子偶极矩相加而不能相互抵消,然后使其极化过程进一步加强。偶极子对外加电场的响应时间比电子和离子的响应时间都长。
介质的极化程度与外加电场的强度成正相关,外加电场强度越大电介质的极化程度也会随之变大。
在微波频段发生的极化过程通常都是离子位移极化,因为偶极子取向极化对外电场的响应时间比较长,在微波频段根本来不及产生。
微波介质材料的成分配比、组织结构以及它的制造工艺手段都对其介电常数有较大影响,同时介电常数还与原子的极化率、宏观的极化和电容有很大关联。因此我们可以通过合理配料、制定最佳的烧结制造工艺,来获得很高的介电常数。
( 2 ) 品质因素Q
品质因素是用来衡量微波系统中能量损耗的标准,其值的大小会直接影响到元器件的品质及能量损耗,Q值越大则信号损耗越小。Hakki经过研究共振模式的传输特点,最后发现材料的品质因数主要由介电损耗决定。品质因素与损耗值是成反比例关系,即损耗越大,材料的品质因素越小。品质因素的大小为损耗角正切值的倒数,即Q=1/tanδ,其中δ为损耗角。会使微波介质材料产生损耗的因素有很多,总的来说主要有两点:一个是电介质本身产生的额外能量消耗;另一个有两种形式:一个是在外加电场作用下电介质将部分电能转化为热能所引起的能量损耗,我们称之为电介质损耗;另一个是在外加电场作用下电介质中的载流子会作定向漂移,该过程中载流子所产生的电流会以热能的形式散去,我们将其中所产生的能量损耗称为电导损耗。因此为了降低介质材料的损耗,我们需要降低电介质材料中的电介质损耗以及电导损耗等,这样就能够提高电介质的品质因素,从而获得具有优良介电性能的微波介质材料。
会影响微波介质陶瓷品质因数的因素其实有很多,我们一般将其分为两类:其中由于材料密度、杂质、气孔以及晶体尺寸、缺陷等方面会增加材料的损耗,这种晶体结构的不完整性所引起的损耗叫做非本征损耗;另一类是由于材料晶格振动的非简谐项所引起的损耗,这种损耗称为本征损耗,其中包括晶体结构变化对品质因数所产生的影响。一般来说,微波介质陶瓷的致密度越高,杂质越少,晶粒尺寸越大,陶瓷的品质因数也就越高。文献综述
( 3) 谐振频率温度系数
谐振频率温度系数是用来衡量微波介质陶瓷热稳定性的一个重要值,其决定了器件的可靠性。该系数主要反映的是温度变化与材料的谐振频率之间的关系。对于雷达、电子战系统等高要求的微波器件来说,具有高效率和高稳定性是其基本要求,因此谐振频率温度系数的要求一般都比较严格,特别是当在工程中使用微波元件时,谐振频率温度系数的数值必须要接近于零。谐振频率温度系数的大小同时还与介电常数有着密切的关系,也就是与电介质材料的极化过程有很大关联。