982 resultados para Dielectric Resonators


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Ceramic dielectrics with high dielectric constant in the microwave frequency range are used as filters, oscillators [I], etc. in microwave integrated circuits (MICs) particularly in modern communication systems like cellular telephones and satellite communications. Such ceramics, known as 'dielectric resonators (DRs),donot only offer miniaturisation and reduce the weight of the microwave components. but also improve the efficiency of MICs

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Ceramic dielectric resonators in the BaO-RE2O3-TiO2 (RE = rare earth) system have been prepared by the conventional solid state ceramic route. The dielectric properties have been tailored by substitution of different rare earth oxides and by bismuth oxide addition. The dielectric constants increased with Bi addition whereas the 0 decreased. The temperature coefficient of the resonant frequency improved with bismuth addition

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Microwave ceramic dielectric resonators (DRs) based on RETiNbO6 (RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, and Yb) have been prepared using the conventional solid -state ceramic route. The DR samples are characterized using XRD and SEM methods. The microwave dielectric properties are measured using resonant methods and a net work analyzer . The ceramics based on Ce, Pr, Nd, and Sin have dielectric constants in the range 32-54 and positive coefficient of thermal variation of resonant frequency (r,). The ceramics based on Gd, Tb, Dy, Y. and Yb have dielectric constants in the range 19-22 and negative Tf

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Microwave dielectric resonators (DRs) based on Ba(B1,2Nbi/2)03 [B' = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Yb, and In] complex perovskites have been prepared by conventional solid state ceramic route. The dielectric properties (relative permittivity, Er; quality factor, Q; and resonant frequency, rr) of the ceramics have been measured in the frequency range 4-6 GHz using resonance methods. The resonators have relatively high dielectric constant in the range 36-45, high quality factor and small temperature variation of resonant frequency. The dielectric properties are found to depend on the tolerance factor (t), ionic radius (r), and lattice parameter (ap)

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Dielectric ceramics have been widely investigated and used for microwave applications such as resonators and filters. The present study deals with the influence of sintering temperature on microwave dielectric properties of TiO2 ceramics with 10, 20, and 30 wt% ZrO2. Three compositions have been developed through mixing procedures and then tested for each sintering temperature: 1500 and 1400°C. X-ray diffraction and scanning electron microscopy are carried out aiming to explain the ceramic behavior of each sample. The dielectric constants of different ceramics for both temperatures varied from 85.4 to 62.6, while their quality factor due to dielectric losses varied from 3110 to 1630. The Q decrease is attributed to the non uniform grain growth and to the obtained crystalline phases. The best microwave parameters were obtained for the ceramics sintered at 1400°C, which can be applied in microwave circuits as dielectric resonators. © (2010) Trans Tech Publications.

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Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

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This thesis presents the microwave dielectric properties of two novel dielectric resonator materials with the composition Ca(Ca1/4Nb2/4Ti1/4)O3 and Ca(Ca1/4Ta2/4Ti1/4)O3 ceramics and their application in the fabrication of wideband antennas. The microwave dielectric properties of the ceramics were tailored by several techniques such as doping, glass addition and solid solution formations in the complex perovskite A and B-sites with suitable substitutions. Among the wide variety of DRs developed, ceramic resonators with optimum properties were identified to fabricate broadband dielectric resonator loaded microstrip patch antennas. Furthermore, wideband, high permittivity dielectric resonator antennas were fabricated and explored the possibility of tuning their characteristics by modifying the feed line geometries.

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The search for ever smaller device and without loss of performance has been increasingly investigated by researchers involving applied electromagnetics. Antennas using ceramics materials with a high dielectric constant, whether acting as a substract element of patch radiating or as the radiant element are in evidence in current research, that due to the numerous advantages offered, such as: low profile, ability to reduce the its dimensions when compared to other devices, high efficiency of ratiation, suitability the microwave range and/or millimeter wave, low temperature coefficient and low cost. The reason for this high efficiency is that the dielectric losses of ceramics are very low when compared to commercially materials sold used in printed circuit boards, such as fiberglass and phenolite. These characteristics make ceramic devices suitable for operation in the microwave band. Combining the design of patch antennas and/or dielectric resonator antenna (DRA) to certain materials and the method of synthesis of these powders in the manufacture of devices, it s possible choose a material with a dielectric constant appropriate for the design of an antenna with the desired size. The main aim of this work is the design of patch antennas and DRA antennas on synthesis of ceramic powders (synthesis by combustion and polymeric precursors - Pe- chini method) nanostructured with applications in the microwave band. The conventional method of mix oxides was also used to obtain nanometric powders for the preparation of tablets and dielectric resonators. The devices manufactured and studied on high dielectric constant materials make them good candidates to have their small size compared to other devices operating at the same frequency band. The structures analyzed are excited by three different techniques: i) microstrip line, ii) aperture coupling and iii) inductive coupling. The efficiency of these techniques have been investigated experimentally and compared with simulations by Ansoft HFSS, used in the accurate analysis of the electromagnetic behavior of antennas over the finite element method (FEM). In this thesis a literature study on the theory of microstrip antennas and DRA antenna is performed. The same study is performed about the materials and methods of synthesis of ceramic powders, which are used in the manufacture of tablets and dielectric cylinders that make up the devices investigated. The dielectric media which were used to support the analysis of the DRA and/or patch antennas are analyzed using accurate simulations using the finite difference time domain (FDTD) based on the relative electrical permittivity (er) and loss tangent of these means (tand). This work also presents a study on artificial neural networks, showing the network architecture used and their characteristics, as well as the training algorithms that were used in training and modeling some parameters associated with the devices investigated

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Zirconium tin titanate (ZST) is often used as a dielectric resonator for the fabrication of microwave devices. Pure compositions do not sinter easily by solid state sintering; therefore, sintering ZST requires sintering aids capable of creating defects that could improve diffusion processes and/or promote liquid phase sintering. The mechanisms by which the additives influence the microstructure and, consequently, the ZSTs dielectric properties are not very clear. The effects of ZnO, Bi2O3, and La2O3, on the stoichiometry and dielectric properties of ZST sintered at different temperatures were investigated in this study.

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An invisibility cloak is a device that can hide the target by enclosing it from the incident radiation. This intriguing device has attracted a lot of attention since it was first implemented at a microwave frequency in 2006. However, the problems of existing cloak designs prevent them from being widely applied in practice. In this dissertation, we try to remove or alleviate the three constraints for practical applications imposed by loosy cloaking media, high implementation complexity, and small size of hidden objects compared to the incident wavelength. To facilitate cloaking design and experimental characterization, several devices and relevant techniques for measuring the complex permittivity of dielectric materials at microwave frequencies are developed. In particular, a unique parallel plate waveguide chamber has been set up to automatically map the electromagnetic (EM) field distribution for wave propagation through the resonator arrays and cloaking structures. The total scattering cross section of the cloaking structures was derived based on the measured scattering field by using this apparatus. To overcome the adverse effects of lossy cloaking media, microwave cloaks composed of identical dielectric resonators made of low loss ceramic materials are designed and implemented. The effective permeability dispersion was provided by tailoring dielectric resonator filling fractions. The cloak performances had been verified by full-wave simulation of true multi-resonator structures and experimental measurements of the fabricated prototypes. With the aim to reduce the implementation complexity caused by metamaterials employment for cloaking, we proposed to design 2-D cylindrical cloaks and 3-D spherical cloaks by using multi-layer ordinary dielectric material (εr>1) coating. Genetic algorithm was employed to optimize the dielectric profiles of the cloaking shells to provide the minimum scattering cross sections of the cloaked targets. The designed cloaks can be easily scaled to various operating frequencies. The simulation results show that the multi-layer cylindrical cloak essentially outperforms the similarly sized metamaterials-based cloak designed by using the transformation optics-based reduced parameters. For the designed spherical cloak, the simulated scattering pattern shows that the total scattering cross section is greatly reduced. In addition, the scattering in specific directions could be significantly reduced. It is shown that the cloaking efficiency for larger targets could be improved by employing lossy materials in the shell. At last, we propose to hide a target inside a waveguide structure filled with only epsilon near zero materials, which are easy to implement in practice. The cloaking efficiency of this method, which was found to increase for large targets, has been confirmed both theoretically and by simulations.

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Lagrange's equation is utilized to show the analogy of a lossless microwave cavity resonator with the conventional LC network. A brief discussion on the resonant frequencies of a microwave cavity resonator and the two degenerate companion modes H01 and E11 appearing in a cavity is given. The first order perturbation theory of a small deformation of the wall of a cavity is discussed. The effects of perturbation, such as the change in the resonant frequency and the Q of a cavity, the change in the electromagnetic field configurations and hence mixing of modes are also discussed. An expression for the coupling coefficient between the two degenerate modes H01 and E11 is derived with the help of the field equations. Results indicate that in the absence of perturbation the above two degenerate modes can co-exist without losing their individual identities. Several applications of the perturbation theory, such as the measurement of the dielectric properties of matter, study of ferromagnetic resonance, etc., are described.

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Optical frequency combs (OFCs) provide direct phase-coherent link between optical and RF frequencies, and enable precision measurement of optical frequencies. In recent years, a new class of frequency combs (microcombs) have emerged based on parametric frequency conversions in dielectric microresonators. Micocombs have large line spacing from 10's to 100's GHz, allowing easy access to individual comb lines for arbitrary waveform synthesis. They also provide broadband parametric gain bandwidth, not limited by specific atomic or molecular transitions in conventional OFCs. The emerging applications of microcombs include low noise microwave generation, astronomical spectrograph calibration, direct comb spectroscopy, and high capacity telecommunications.

In this thesis, research is presented starting with the introduction of a new type of chemically etched, planar silica-on-silicon disk resonator. A record Q factor of 875 million is achieved for on-chip devices. A simple and accurate approach to characterize the FSR and dispersion of microcavities is demonstrated. Microresonator-based frequency combs (microcombs) are demonstrated with microwave repetition rate less than 80 GHz on a chip for the first time. Overall low threshold power (as low as 1 mW) of microcombs across a wide range of resonator FSRs from 2.6 to 220 GHz in surface-loss-limited disk resonators is demonstrated. The rich and complex dynamics of microcomb RF noise are studied. High-coherence, RF phase-locking of microcombs is demonstrated where injection locking of the subcomb offset frequencies are observed by pump-detuning-alignment. Moreover, temporal mode locking, featuring subpicosecond pulses from a parametric 22 GHz microcomb, is observed. We further demonstrated a shot-noise-limited white phase noise of microcomb for the first time. Finally, stabilization of the microcomb repetition rate is realized by phase lock loop control.

For another major nonlinear optical application of disk resonators, highly coherent, simulated Brillouin lasers (SBL) on silicon are also demonstrated, with record low Schawlow-Townes noise less than 0.1 Hz^2/Hz for any chip-based lasers and low technical noise comparable to commercial narrow-linewidth fiber lasers. The SBL devices are efficient, featuring more than 90% quantum efficiency and threshold as low as 60 microwatts. Moreover, novel properties of the SBL are studied, including cascaded operation, threshold tuning, and mode-pulling phenomena. Furthermore, high performance microwave generation using on-chip cascaded Brillouin oscillation is demonstrated. It is also robust enough to enable incorporation as the optical voltage-controlled-oscillator in the first demonstration of a photonic-based, microwave frequency synthesizer. Finally, applications of microresonators as frequency reference cavities and low-phase-noise optomechanical oscillators are presented.