微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段電路(主要是300MHz~300GHZ頻段)中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料。
圖 微波頻段電磁波譜
微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展
1939年,Richtmeyer從理論上提出介質(zhì)陶瓷材料可作為諧振器的設(shè)想,美國(guó)率先開始微波介質(zhì)陶瓷材料的研制,于20世紀(jì)70年
代最先研制出實(shí)用化的K28材料,隨后,日本、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家相繼開始這方面的研究,直至現(xiàn)在,日本后來居上,村田、松下、
NGK等公司都有其各具特色的微波介質(zhì)陶瓷材料體系,處于世界領(lǐng)先地位。
微波介質(zhì)陶瓷發(fā)展概況
我國(guó)對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料的研制始于80年代初,由于材料基礎(chǔ)、工藝水平低,檢測(cè)評(píng)價(jià)困難等因素,初期基本上是重復(fù)與追
蹤國(guó)外的研究工作。從1991年以來,國(guó)內(nèi)加強(qiáng)了對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料的研究工作,力爭(zhēng)趕上世界水平。工信部印發(fā)的《重點(diǎn)新材料
首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019年版)》將環(huán)保型微波陶瓷材料列入其中,用于通信陶瓷濾波器、陶瓷諧振器。
微波介質(zhì)陶瓷在近幾十年來發(fā)展迅速,目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的研究已經(jīng)漸為完善,在微波頻段下,各種極化機(jī)制穩(wěn)定,
材料的介電常數(shù)基本不隨頻率的變化而變化,因此根據(jù)介電常數(shù)的大小可將其歸為低介、中介和高介3大類。
微波介質(zhì)陶瓷分類
評(píng)價(jià)微波介質(zhì)陶瓷介電性能的參數(shù)主要有三個(gè):相對(duì)介電常數(shù)εr、品質(zhì)因數(shù)Q、諧振頻率溫度系數(shù)τf。通信技術(shù)的發(fā)展要求微波介質(zhì)
陶瓷材料具有可調(diào)的介電常數(shù)、高的品質(zhì)因數(shù)以及接近零的諧振頻率溫度系數(shù)。微波介質(zhì)陶瓷作為介質(zhì)諧振器、濾波器等微波元器件的
關(guān)鍵材料,高性能的微波介質(zhì)陶瓷已經(jīng)得到了人們廣泛的關(guān)注和研究,為滿足未來應(yīng)用的要求,還需要不斷開發(fā)性能更好、成本更低,
工藝更簡(jiǎn)單,材料來源廣泛的微波介質(zhì)陶瓷材料。
二 、微波介質(zhì)陶瓷的應(yīng)用
微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用范圍廣泛,可用于介質(zhì)諧振器、介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)濾波器、雙工器、介質(zhì)基片、陶瓷電容器、介質(zhì)天線、微波傳輸線等。
微波介質(zhì)陶瓷材料主要用作微波頻率器件:介質(zhì)諧振器和介質(zhì)濾波器兩大類組件。
1.介質(zhì)諧振器
介質(zhì)諧振器可視為特定頻率的微波封閉在界之空間內(nèi)的兩端開路的一段介質(zhì)波導(dǎo)或一端的同軸諧振腔,這種器件有多種形狀和結(jié)構(gòu),
如圓柱形、圓桿型等。介質(zhì)腔體濾波器是用介質(zhì)材料做諧振器,裝在鋁合金腔體中。
介質(zhì)諧振器
2.介質(zhì)濾波器
介質(zhì)濾波器通常由數(shù)個(gè)諧振器縱向多級(jí)鏈接構(gòu)成,可進(jìn)行級(jí)向耦合,其顯著特點(diǎn)是插損績(jī)效,耐功率性好。5G通信采用的陶瓷介質(zhì)
濾波器采用高介電常數(shù)的陶瓷材料制成的本體,并在陶瓷本體外表鍍銀,來形成介質(zhì)諧振器,通過依次連接的多個(gè)介質(zhì)諧振器以及各個(gè)諧
振器之間的耦合形成介質(zhì)濾波器。陶瓷介質(zhì)濾波器的電磁波諧振發(fā)生在陶瓷介質(zhì)材料內(nèi)部,具有體積小、重量輕、抗溫漂性能好等特點(diǎn)。
5G介質(zhì)濾波器陶瓷基體
3.高頻微波覆銅板
此外,微波介質(zhì)陶瓷材料作為添加改性劑添加到高頻微波覆銅板中,使得產(chǎn)品具有了低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的特性,不同介電常數(shù)
的微波介質(zhì)陶瓷粉料可以生產(chǎn)出規(guī)格不同而且介電常數(shù)十分穩(wěn)定的優(yōu)良板材。上世紀(jì)八十年代, 美國(guó)羅杰斯公司首先提出以聚四氟乙烯為
基,復(fù)合玻璃纖維布或陶瓷的基板技術(shù), 在高頻微波電路領(lǐng)域已經(jīng)獲得了很多的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的生益科技和高斯貝爾等覆銅板企業(yè)也有這方
面開發(fā)。
羅杰斯 CLTE-MW? 陶瓷填充和玻璃纖維增強(qiáng)的PTFE復(fù)合材料
現(xiàn)今,5G通信的發(fā)展為微波介質(zhì)陶瓷帶來了新的發(fā)展機(jī)遇,粉體是核心,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,擁有自有粉體配方及研發(fā)生產(chǎn)能力的
企業(yè)將獲得持久的生命力,可迅速響應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展,跟上市場(chǎng)需求。目前,在5G濾波器領(lǐng)域,擁有陶瓷粉體研制能力的企業(yè)有艾福電子、
燦勤科技、國(guó)華新材料、武漢凡谷、大富科技、佳利電子、嘉康電子、江佳、山東國(guó)瓷、順絡(luò)電子、京瓷、高斯貝爾等等。