1、微波介質(zhì)陶瓷材料及其應(yīng)用簡介,高斯貝爾功田電子陶瓷研發(fā)部 陳功田 2018.08.20,微波陶瓷,微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段（300MHz3000GHz）電路中作為 介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷。微波介質(zhì)陶瓷是一種新型高技術(shù)無機材料，在電子電路等方面有十分重要的作用,在軍用及民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用.其主要應(yīng)用于微波諧振器、濾波器與振蕩器，微波電路中的絕緣基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。,一 微波介質(zhì)陶瓷概述,微波介質(zhì)陶瓷成為近年來國內(nèi)外研究熱點，主要是微波移動通信迅速發(fā)展的需求。,MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介質(zhì)陶瓷,3,微波介質(zhì)陶瓷材

2、料在微波通信、雷達(dá)、移動通信、移動電話基站（由其4G、5G）,衛(wèi)星廣播通訊及全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)中有著不可替代的重要作用。,1.1 微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用,一 微波介質(zhì)陶瓷概述,介質(zhì)濾波器、雙工器,介質(zhì)天線,陶瓷電容器,微波傳輸線等,介質(zhì)基片、覆銅基板,介質(zhì)諧振器,介質(zhì)波導(dǎo),一 微波介質(zhì)陶瓷概述,微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用,1.2 微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用元器件,一 微波介質(zhì)陶瓷概述,上游,中游,下游,1.3 微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈,6,二 微波介質(zhì)陶瓷的三個關(guān)鍵參數(shù),微波介質(zhì)陶瓷作為一類電介質(zhì)材料，以電極化的方式響應(yīng)電場的作用，其關(guān)鍵性能參數(shù)有介電常數(shù)r、諧振品質(zhì)因數(shù)Q值、諧振頻率溫度系數(shù)tf，這三個性能參數(shù)的綜合數(shù)值

3、決定了微波陶瓷的應(yīng)用價值。,2.1 介電常數(shù)r,高的介電常數(shù)，以利于器件的小型化、集成化,7,2.2 品質(zhì)因數(shù)Q值,微波介質(zhì)陶瓷材料在使用時追求的是低介質(zhì)損耗tan，即高的品質(zhì)因數(shù)Q(Q1/ tan)，它可以高到10，000以上，共振頻率的頻帶寬度和Q值成反比，所以愈高的Q值其頻寬越窄。,為獲得低損耗、高Q 值的微波介質(zhì)陶瓷，必須盡可能地使用高純原料，并盡力控制工藝以制出雜質(zhì)少、缺陷少、晶粒均勻分布的陶瓷。,高的品質(zhì)因數(shù)，以保證優(yōu)良的選頻特性，實現(xiàn)成本低,二 微波介質(zhì)陶瓷的三個關(guān)鍵參數(shù),8,2.3 諧振頻率溫度系數(shù)f,通信器件的工作環(huán)境溫度是不斷變化的，從而影響設(shè)備的使用性能。這就要求材料的諧

4、振頻率不能隨溫度的變化太大，通信使用要求接近零的諧振頻率溫度系數(shù)。,：溫度變化量,：共振頻率改變量,二 微波介質(zhì)陶瓷的三個關(guān)鍵參數(shù),盡可能小的溫漂系數(shù),以確保頻率高度穩(wěn)定性、可靠性,9,三 微波介質(zhì)陶瓷分類,微波介質(zhì)陶瓷,高介電常數(shù)r80,BaO-R2O3-TiO2系,CaO-Li2O-R2O3-TiO2系,鉛基鈣鈦礦系,（A1-xBx）O3系，如CaTiO3,中介電常數(shù)r80,（Zr,Sn）TiO4系,BaO-TiO2系,低介電常數(shù)r30,MgTiO3系,Al2O3系,AB2O6系,AWO4系,A（B1/3C2/3）O3系,R2Ba(Cu1-xAx)O5系,A=Ca,Ba,Sr;B=Mg,Z

5、n,Ni;C=Nb,Ta,A=Ca,Mg,Mn,Co,Ni,Zn;B=Nb,Ta,R=Y,Sm,Nd,Yb等;A=Mg,Zn,Ni;,CaTiO3-LnAlO3系,基站用：20r50,手機用：75r90,毫米波用：10r20,小型貼片天線用：90r150,10,四 微波介質(zhì)陶瓷近十多年發(fā)展路標(biāo),高介電常數(shù) 高Q值 溫度穩(wěn)定性,手持設(shè)備,1992,通信基站,r：7590,05,r：45， Q：16000 3GHz,r：29， Q：30000 3GHz,r：29， Q：22000 3GHz,r：55， Q：16000 3GHz,r：35， Q：30000 3GHz,r：120， Q：5000 90

6、0MHz,Simple perovskites,Comple perovskites,00,95,NPO chips,11,r：251， Qf150000GHZ，f =0 5ppm/ ，（用于衛(wèi)星通訊）。 r： 45 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于衛(wèi)星通訊和移動電話基站）； r： 35 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于衛(wèi)星通訊和移動電話基站）； r：82，Qf8000GH Z ，f=05ppm/，(用于移動GPS)； r：91 ，Qf5000GHZ，f 3600GHZ，f 3000GHZ，f 20ppm/ ，（用于移動電話）；,五

7、微波介質(zhì)陶瓷部分商用產(chǎn)品性能,12,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,我們的微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品從化工原料開始，全部由公司獨立生產(chǎn)完成，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)。,我們的五大產(chǎn)品,微波介質(zhì)陶瓷粉體材料,13,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,14,6.2 介質(zhì)諧振器,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,介質(zhì)諧振器，振蕩器為微波電子設(shè)備提供穩(wěn)定的頻率參考源。,15,6.2 介質(zhì)諧振器(L波段）,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品, 頻率范圍：0.8 4GHz 使用環(huán)境溫度：-40 80 介電常數(shù)：40 120 Q值：100022000 典型代表產(chǎn)品參數(shù)見下表,L波段介質(zhì)諧振器,16,6.2 介質(zhì)諧振器（C/Ku波段）,六

8、 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品, 315GHz 使用環(huán)境溫度：-40 80 介電常數(shù)：20 50 Q值5000 諧振頻率溫度系數(shù)： 05PPm/ 性能穩(wěn)定、可靠,C/Ku波段介質(zhì)諧振器,17,6.2 介質(zhì)諧振器（Ka）,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,Ka波段介質(zhì)諧振器, 1540GHz，70GHz防撞雷達(dá)本振 使用環(huán)境溫度：-40 80 介電常數(shù)：6 20 Q值1500 諧振頻率溫度系數(shù)： 010PPm/ 性能穩(wěn)定、可靠,18,6.3 通信基站諧振濾波器,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,介質(zhì)腔體濾波器,通信諧振器,TE模諧振器,TM模諧振器,19,6.3 通信基站諧振濾波器,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷

9、產(chǎn)品,典型代表產(chǎn)品參數(shù)表,20,6.3 通信基站諧振濾波器,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,全介質(zhì)濾波器,介質(zhì)腔體濾波器,金屬腔體濾波器,在介質(zhì)腔體濾波器還在更新?lián)Q代金屬腔體濾波器的同時，全新理念的全介質(zhì)濾波器開始誕生。新技術(shù)使基站濾波器極大的簡化了單個繁瑣的調(diào)試，向?qū)崿F(xiàn)大批量自動生產(chǎn)邁步。,介質(zhì)腔體濾波器目前市場前景確實很好，但說不定突然出現(xiàn)一個不受人關(guān)注的企業(yè)顛覆一個行業(yè)走向,21,6.4 陶瓷天線(定位導(dǎo)航天線）,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,22,6.4 GPS、北斗、RFID、WiFi陶瓷片天線,全球定位導(dǎo)航的GPS、北斗天線用什么陶瓷介質(zhì)基板，對天線的性能影響是很大。特別是材料的介電

10、常數(shù)對天線的尺寸起到關(guān)鍵的作用。 在同一諧振頻率的條件下高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，天線的體積會減小。,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,23,6.4 GPS、北斗、RFID陶瓷片天線,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,24,6.5 微波覆銅板,傳統(tǒng)覆銅板達(dá)不到日益發(fā)展的微波通信低損耗和高一致穩(wěn)定性的需求。微波覆銅板適合用于微波高頻10GHz以上的微波低損耗傳輸電路噪聲放大器PCB，超低剖面微波天線，及對微波高頻板材有特殊性能要求的電子產(chǎn)品中應(yīng)用。,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,CCL,PCB,PCB (printed circuit board)印刷電路板,CCL (Copper Clad Laminate) 覆銅板,25,6.5 微波覆銅板,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,應(yīng)用頻率：3100GHz,26,6.5 微波覆銅板的低剖面天線,六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品,高介電常數(shù)微波覆銅板四陣列單元,采用高介電常數(shù)的微波覆銅板設(shè)計微波通信天線，使天線的體積大幅度減小，厚度變得很薄。使用超低剖面天線設(shè)計技術(shù)使天線超薄，發(fā)展基片集成波導(dǎo)技術(shù)提供傳輸陣列，組合使用在保證體積減小和厚度變薄后，做出高增益天線。,微波覆銅板集成波導(dǎo)（SIW）,微波陣列天線,27,6.5 高微波覆銅板的低剖面