C波段（4 - 8 GHz）介质谐振器天线（DRA）在通信领域享有盛誉，已被广泛应用于卫星电视、雷达、移动通信、电子计算机和现代医学等众多领域，是科研人员重点研究的对象。其中，作为介质谐振器的微波介质陶瓷的选择至关重要。随着电子元器件小型化、高频化、集成化和低成本化的发展，低温共烧陶瓷（LTCC）技术成为实现无源集成的主流策略。因此，微波介质陶瓷在满足合适的ε_r、高的Q×f和近零的TCF值的同时，还要具备较低的烧结温度（< 960 ºC）以便与金属电极的共烧。单斜白钨矿BiVO₄因其结构稳定、烧结温度及成本低和潜在的微波介电性能(ε_r  ~ 68.00, Q × f ~ 6,800 GHz和TCF ~ − 260.0 ppm/℃)被广泛研究。然而，较大的负值 TCF限制了其在 LTCC 技术中的应用。优化BiVO₄陶瓷介电性能的尝试主要集中在通过A位、B位或A / B位取代形成固溶体或与其他端元的混合物。由于相似的离子半径，镧系元素（RE,包括Y³⁺）被认为是单斜BiVO₄中最有前途取代Bi³⁺的元素。前期研究表明，Ce³⁺、Nd³⁺、Y³⁺离子的A位取代（Bi³⁺）为设计温度稳定的介质陶瓷提供了两种潜在的思路：复相陶瓷（白钨矿和锆石相）和锆石相固溶体。鉴于此，本工作研究了BiVO₄-LaVO₄二元介质陶瓷体系的晶体结构、物相演变及其与微波介电性能之间的关系，并探索了该陶瓷体系在C波段介质谐振器天线领域的应用。

西安交通大学周迪教授团队一直致力于微波介质材料及其器件的研究，近日在Applied Materials Today上发表了题为“A comprehensive study on crystal structure, phase compositions of the BiVO4-LaVO4 binary dielectric ceramic system and a typical design of Dielectric Resonator Antenna for C-band Applications”的学术论文，论文第一作者为吴芳芳博士（现就职于宁夏大学材料与新能源学院），通讯作者为西安交通大学周迪教授和芬兰奥卢大学Heli Jantunen教授。研究表明：组分诱导了单斜白钨矿（m-BiVO₄）、四方锆石（zt-(La,Bi)VO₄）和单斜独居石（m-LaVO₄）之间的相转变，且基于四方结构组成范围内的相变过程对获得高Q×f有着至关重要的作用。在含有锆石相成分范围内，Q×f值明显增加，并在纯锆石相固溶体中（x = 0.5）达到最大值（12,800 GHz），即锆石相结构对本征损耗的影响不容忽视，有利于降低介电损耗。较低的取代离子极化率（La³⁺ = 6.07 Å3 < 6.12 ų = Bi³⁺）是主导和影响本征介电常数的主要因素。同时，通过调节Bi³⁺/La³⁺的浓度比来调控ε_r和TCF值，从而获得适当ε_r和近零TCF值的复合材料或固溶体。此外，设计的BVLO0.5陶瓷圆柱形介质谐振器天线（CDRA）在中心频率（6.73 GHz）处具有较高的模拟辐射效率（99.8 %）和增益（4.58 dBi），表明由于其可调介电常数和低损耗，BVLO0.5微波介质陶瓷在C波段具有潜在的应用价值。

 

 

 

 

 

吴芳芳，2023年9月博士毕业于西安交通大学电子科学与工程学院，同年11月入职于宁夏大学材料与新能源学院，主要从事于新型微波介质陶瓷及其器件的开发。以第一作者在国际知名期刊发表科技论文5篇：Chemistry of Materials，2023，35, 104-115（SCNMo微波介质陶瓷）；ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14, 5, 7030-7038（SBN微波介质陶瓷）；ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14, 48897-48906（CNV微波介质陶瓷）; Journal of the European Ceramic Society, 2022, 42, 5731-5737 （BVFW微波介质陶瓷）; Journal of Materials Chemistry C, 2021, 9, 9962-9971（SNV微波介质陶瓷）。

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