由于高介電常數覆銅板在小型化微帶天線中的廣泛、重要應用，本文對微帶天線的小型化方法、微帶天線的理論與設計和高介電常數覆銅板的制作進行了簡要概述。

1、前言

　　無線通信技術是通過電磁波的輻射來完成。電磁波的產生，基本上是電場與磁場的變化過程，將能量以波的方式在空間中傳遞，而天線的存在提了電場變化的環境。現代電磁學歷經三百多年的發展，日臻完善。天線作為實現無線電應用的關鍵設備，隨著微電子技術與大規模集成電路的迅猛發展，對能與設備大小協調且具有有效電性能的小天線的需求愈加迫切。

　　然而遺憾的是，在較低頻段，傳統的半波長微帶天線尺寸仍然太大。這樣，實用化小型微帶天線的研制，特別是用作第三代移動通信系統、藍牙系統、無線定位系統及衛星導航系統的天線，成為國內外研究熱點。尤其在衛星導航產業，據估計，到2020年導航應用產業的經濟效益可達2600億元，總收益甚至可達4200億元。我國已建成的“北斗一號”衛星導航系統，填補了我國衛星導航定位領域的空白。與普通微波天線相比，微帶天線重量輕、體積小、剖面薄、具有低輪廓、可共形、易集成，以及便于獲得圓極化，實現雙頻段、雙極化工作等多項優點。微帶天線是一維小天線，必須經恰當設計才能獲得良好性能。

2、微帶天線小型化的方法

　　微帶天線是20世紀70年代初期研制成功的一種天線形式。由于其結構簡單、低剖面、重量輕、可與飛行器表面共形安裝和可與微帶電路集成等優點，在通信、雷達等領域得到了廣泛的應用。但由于微帶天線是一種諧振結構，故當其應用于較低的頻率時，其結構尺寸通常都較大，不能滿足某些小尺寸要求。而且近年來，無線通信系統的不斷發展對個人通信終端模塊提出了更高的要求。

5、高介電常數材料介紹

　　傳統的高介電材料包括鐵電陶瓷材料和聚合物材料。陶瓷材料有較高的介電常數，但在制備陶瓷瓷體材料時需高溫燒結，得到的材料具有孔隙率較高、機械性能差、損耗大等弊端;聚合物具有良好的力學性能、優良的沖擊性能、良好的電絕緣性、低介電損耗、優越的加工性能、質量輕以及低成本等優勢，但除少數材料外，其介電常數通常較低。以高介電陶瓷粒子填充的聚合物基復合材料，結合了高分子材料和無機材料優點，可以同時具有介電常數高、介電損耗低、易加工等優良性能，成為制備高介電常數、低損耗材料的一種趨勢。

5.1、高介電常數聚合物基復合材料介紹

　　制備高介電常數聚合物基復合材料所使用的基體主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物(PVDF-TrFE-CTFE)、三元乙丙橡膠(EPDM)、環氧樹脂(Epoxy Resin)、氰酸酯(CE)、雙馬來酰亞胺(BMI)以及聚酰亞胺(PI)等。制備高介電常數高分子復合材料的無機粒子主要有陶瓷、碳類和金屬粒子。

　　目前常用的高介電常數填料有鈦酸鋇)BaTiO3，BT)、鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3，BST)、鈦酸鉛(PbTiO3，PT)、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)等無機鐵電陶瓷以及TiO2等氧化物。楊曉軍等以鈦酸鋇(BT)粉末與環氧樹脂(EP)采用溶液共混法制備了0-3型兩相復合材料，研究發現，EP/BT復合物的介電常數隨BT顆粒粒徑的增大而增大，這與BT顆粒的介電常數隨粒徑的變化規律一致。隨BT體積分數的增加，EP/BT復合材料的介電常數呈非線性增長，介電損耗的變化不明顯，均在0.015~0.025之間。而且介電常數和介電損耗在103Hz ~ 107 Hz的頻率范圍內較為穩定。Chao等[27]研究了氰酸酯/BaTiO3體系的介電性能，用硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)對填料進行了處理，提高BaTiO3粒子的分散性，從而提高材料的介電性能。當填料含量為60%(質量分數)時，1 MHz下體系的介電常數達15.823，介電損耗低至0.001。

　　朱寶庫等通過將聚酰胺酸溶液與硅烷偶聯劑處理的鈦酸鋇(BaTiO3)粒子進行溶液共混，亞胺化后得到高介電常數的聚酰亞胺/BaTiO3復合膜。復合膜的介電常數和介電損耗隨著BaTiO3粒子含量的增加而增加，在50%(體積分數)時，介電常數可達35，介電損耗為0.0082(10 kHz)，而且在相當大的溫度和頻率范圍內保持穩定，是一種綜合性能良好的高介電常數材料。

5.2、高介電常數覆銅板介紹

　　高介電常數覆銅板由高介電常數介質材料和銅箔組成，研制具有高介電常數和良好絕緣性能及加工性能的介質材料是關鍵，介質材料通常利用上文所述的高介電常數聚合物基復合材料。

　　張景奎用普通FR-4型覆銅板浸膠料制成了介電常數為106，介質損耗為0.0487，其它性能接近于FR-4的一種新型高介電常數鋁基覆銅板。在相同的體積和電場強度下，金屬與電介質構成的復合覆銅板的電極化強度遠大于純電介質材料。

　　金紅石型二氧化鈦的介電常數較大(Dk=114)，介質損耗很小(Df=0.001)，在樹脂體系中少量添加，就可以達到調節介電常數的目的，而且二氧化鈦的粒徑小，且呈球形，易于在樹脂溶液中攪拌均勻。劉軍采用聚苯醚(PPO)樹脂體系，同時采用金紅石型二氧化鈦復合陶瓷粉材料作為介電常數調節劑，研制開發出了介電常數為6.23(9.37 GHz)，介質損耗因數為0.0014(9.37 GHz)的金屬基覆銅板。

　　張翔宇等通過填料預分散法和原位聚合法合成了一種BaTiO3填充的熱塑性聚酰亞胺(TPI)樹脂。添加BaTiO3的主要目的是提高整個材料的介電常數。BaTiO3含量(重量比)為20%、40%、60%、80%的TPI的Dk分別為3.44、6.07、9.34、21.30，Df分別為0.0062、0.0080、0.0108、0.0194。隨著填料加入量的增加，介電常數也相應增加。值得注意的是，填料含量在60%后，介電常數和介電損耗開始突增。這與填料含量只有增加到一個臨界值后才急劇增大的現象相符。BaTiO3含量為20%、40%、60%、80%的TPI與銅箔的剝離強度分別為：2.00 N/mm、1.85 N/mm、1.75 N/mm、0.78 N/mm。

　　李小蘭采用自制的溴化環氧樹脂、BMI型聚酰亞胺、氰酸酯樹脂三種有機樹脂(樹脂的介電性能見表1)、鈦酸鋇陶瓷粉及分散劑、溶劑等配成一定粘度的膠粘劑，用50 g/m2的玻璃纖維無紡布浸膠后，在一定的條件下烘干制作成粘結片，雙面用35 m銅箔，在4.9 MPa(50 kg/cm2)的壓力下進行熱壓成型，壓制溫度170 ℃ ~ 175 ℃，保溫2 h。采用三種樹脂制作的高介電常數覆銅板性能見表2。

表1 常見有機樹脂的介電性能

表2 高介電常數覆銅板檢測結果

6、結語

　　微帶天線由于結構簡單、體積小、成本低以及優良的電性能在衛星終端領域獲得了廣泛的應用，特別是近年來便攜式導航產品(車用導航儀、智能手機等)的普及，更使得微帶天線的用量越來越大。長期以來，衛星導航天線用介質基板材料主要是陶瓷基板，雖然陶瓷基板材料的介電常數大，可以滿足衛星導航天線小型化的要求，但是其價格昂貴，脆性大，加工困難，很難在民用產品中大量應用。因此，具有優異介電性能、良好加工性能及高可靠性的有機介質基板材料成為材料界的產品開發方向之一。作為有機介質基板材料的高介電常數覆銅板的研究與開發，具有非常大的市場前景和應用價值。