微波介質(zhì)陶瓷材料及其應(yīng)用簡(jiǎn)介_高斯貝爾功田電子

1、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(jī)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。 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(zhì)陶瓷概述 微波介質(zhì)陶瓷成為近年來國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，主要是微波移動(dòng)通信迅速發(fā)展的需求。 MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介質(zhì)陶瓷 2 微波介質(zhì)陶瓷材料在微波通信、雷達(dá)、移動(dòng)通信、 移動(dòng)電話基站（由其4G、5G）,

2、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)用應(yīng)用 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(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) 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(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)用元器件應(yīng)用元器件 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(zhì)陶瓷概述 上游上游 中游中游 下游下游 化工原料：化工原料： 二氧鈦二氧鈦TiO2、氧化鋯、氧化鋯ZrO2、 氧化鋁氧化鋁AlO3、碳酸鈣、碳酸鈣CaCO3、 碳酸鋇碳酸鋇BaCO3 能源：能源： 電力、電力、 天然氣天然氣 微波介質(zhì)陶

3、微波介質(zhì)陶 瓷粉體材料瓷粉體材料 微波介質(zhì)陶元器件：諧振器、微波介質(zhì)陶元器件：諧振器、 濾波器、電路基片、陶瓷天濾波器、電路基片、陶瓷天 線線 移動(dòng)移動(dòng) 通信通信 衛(wèi)星衛(wèi)星 通信通信 航 空航 空 航天航天 電子、電子、 汽車汽車 軍事、軍事、 工業(yè)工業(yè) 新 能新 能 源源 1.3 微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈 5 二二 微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)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(chǎng)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(gè)性能參數(shù)的綜合數(shù)值決定 了微波陶瓷的應(yīng)用價(jià)值。 1 4 r L r=21,f0=1.575GH

4、zr=125,f0=1.575GHzr=40,f0=1.575GHz 2.1 介電常數(shù)r 高的介電常數(shù)，以利于器件的小型化、集成化高的介電常數(shù)，以利于器件的小型化、集成化 6 2.2 品質(zhì)因數(shù)Q值 微波介質(zhì)陶瓷材料在使用時(shí)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?cè)希⒈M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(shí)現(xiàn)成本低高的品質(zhì)因數(shù)，以保證優(yōu)良的選頻特性，實(shí)現(xiàn)成本低 )3d

5、Bat ( 0 f f QL 二二 微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù) 7 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)。 f f fT f T ：溫度變化量 ：共振頻率改變量 二二 微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù) 盡可能小的溫漂系數(shù)盡可能小的溫漂系數(shù),以確保頻率高度穩(wěn)定性、可靠性以確保頻率高度穩(wěn)定性、可靠性 溫度特性最好的殷鋼 微波介質(zhì)陶瓷 8 三三 微波介質(zhì)陶瓷分類微波介質(zhì)陶瓷分類 微波介質(zhì)陶瓷 高介電 常數(shù) r80 BaO-

6、 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(C u1- xAx)O5 系 A=Ca,Ba,Sr;B=Mg, Zn,Ni;C=Nb,Ta A=Ca,Mg,Mn,Co, Ni,Zn;B=Nb,Ta R=Y,Sm,Nd,Yb 等等;A=Mg,Zn,Ni; CaTiO3- LnAlO3 系 基站用：基站用：20r

7、50 手機(jī)用：手機(jī)用：75r90 毫米波用：毫米波用：10r20 小 型 貼 片 天 線 用 ：小 型 貼 片 天 線 用 ： 90r150000GHZ，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(dòng)電話基站）； r： 35 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于衛(wèi)星通訊和移動(dòng)電話基站）； r：82，Qf8000GH Z ，f=05ppm/，(用于移動(dòng)GPS)； r：91 ，Qf5000GHZ，f 3600GHZ，f 3000GHZ，f 3600036000-10-100 GT7GT7

8、6.76.70.53000030000-60-60-10溫度系數(shù)可調(diào)溫度系數(shù)可調(diào) GT10GT1010 10 0.56000060000-60-60+10溫度系數(shù)可調(diào)溫度系數(shù)可調(diào) GT20GT2020200.71000001000000 05溫度系數(shù)可調(diào)溫度系數(shù)可調(diào) GT25GT25252511000001000000 05 GT35GT353535160000600000 05 GT38GT383838145000450000 05溫度系數(shù)可調(diào)溫度系數(shù)可調(diào) GT45GT454545245000450000 010溫度系數(shù)可調(diào)溫度系數(shù)可調(diào) GT55GT55* *5555235000350001

9、025000250001020000200001080008000106000600020300030002025002500202000200030180018003012001200303010 GT245GT245* *245245510001000303010 13 6.2 介質(zhì)諧振器 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 介質(zhì)振蕩器介質(zhì)振蕩器 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。 14 6.2 介質(zhì)諧振器(L波段） 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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 12

10、0 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 15 6.2 介質(zhì)諧振器（C/Ku波段） 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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 16 6.2 介質(zhì)諧振器（Ka） 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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 17 6.3

11、通信基站諧振濾波器 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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 18 6.3 通信基站諧振濾波器 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 典型代表產(chǎn)品參數(shù)表 NO型號(hào)頻率介質(zhì)介電常數(shù)支撐介電常數(shù)Q值 諧振頻率 溫度系數(shù) 1TM-G-DR185018505M3719.81500003PPM/ 2TE-G-DR275027505M4519.81700003PPM/ 3TE-G-DR8978978M4519.812200003PPM/ 4TE-G-DR214021408M4519.811400003PPM/ 5TE-G

12、-DR263026307M4519.811000003PPM/ 19 6.3 通信基站諧振濾波器 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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(shí)，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(jiǎn)化了單個(gè)繁瑣的調(diào)試，向?qū)崿F(xiàn)大 批量自動(dòng)生產(chǎn)邁步。 介質(zhì)腔體濾波器目前市場(chǎng)前景確實(shí)很好，但說不定突然 出現(xiàn)一個(gè)不受人關(guān)注的企業(yè)顛覆一個(gè)行業(yè)走向 20 6.4 陶瓷天線(定位導(dǎo)航天線） 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 21 6.4 GPS、北斗、RFID、WiFi陶瓷片天線

13、 全球定位導(dǎo)航的GPS、北斗天線用什么陶瓷介質(zhì)基板，對(duì) 天線的性能影響是很大。特別是材料的介電常數(shù)對(duì)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(huì)減小。 序 號(hào) 天線尺寸 mm 天線增 益dB 駐波比 VSWR 天線 軸比 材料 介電常數(shù) 備注 16666161.532.55.4要接地基板7070mm或更大 22525431.531525接地板是3535mm，可以做到4.5dB 3181841.5233540接地板是5050mm，可以做到3dB 41313402385100要求接地板是5050mm 510104-22395120要求接地板是2020mm

14、 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 22 6.4 GPS、北斗、RFID陶瓷片天線 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 23 6.5 微波覆銅板 銅銅 箔箔 陶陶 瓷瓷 基基 料料 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(duì)微波高頻板材有特殊性能要求的電子產(chǎn)品中應(yīng)用。 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 CCLPCB PCB (printed circuit board)印刷電路板CCL (Copper Cla

15、d Laminate) 覆銅板 24 6.5 微波覆銅板 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 應(yīng)用頻率：3100GHz 25 6.5 微波覆銅板的低剖面天線 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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(jì)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(jì)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 26 6.5 高微波覆銅板的低剖面平板陣列天線 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)

16、品高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品 蝶形動(dòng)中視Ku車船載移動(dòng)天線 介質(zhì)波導(dǎo)Ka縫隙天線 采用低損耗的微波覆銅板可以使陣列天線厚度從傳 統(tǒng)波導(dǎo)的2cm，到1cm，甚至到1mm。 從金屬面天線，到波導(dǎo)腔平板天線，到微波介質(zhì)板 超薄平面天線 ，是通信天線小型化便攜式的發(fā)展趨勢(shì)。 2.45.8GH微帶天線 27 報(bào)告完畢報(bào)告完畢 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(jī)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

17、片材料，和高性能陶瓷基微波板材。 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(zhì)陶瓷概述 微波介質(zhì)陶瓷成為近年來國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，主要是微波移動(dòng)通信迅速發(fā)展的需求。 MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介質(zhì)陶瓷 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) 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(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)用元器件應(yīng)用元器件 一一 微波介質(zhì)陶瓷概述微波介質(zhì)陶瓷概述 上游上游 中游中游 下游下游 化工原料：化工原料： 二氧鈦二氧鈦TiO2、氧化鋯、氧化鋯ZrO2、 氧化鋁氧化鋁AlO3、碳酸

18、鈣、碳酸鈣CaCO3、 碳酸鋇碳酸鋇BaCO3 能源：能源： 電力、電力、 天然氣天然氣 微波介質(zhì)陶微波介質(zhì)陶 瓷粉體材料瓷粉體材料 微波介質(zhì)陶元器件：諧振器、微波介質(zhì)陶元器件：諧振器、 濾波器、電路基片、陶瓷天濾波器、電路基片、陶瓷天 線線 移動(dòng)移動(dòng) 通信通信 衛(wèi)星衛(wèi)星 通信通信 航 空航 空 航天航天 電子、電子、 汽車汽車 軍事、軍事、 工業(yè)工業(yè) 新 能新 能 源源 1.3 微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈 31 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)。 f f fT f T ：溫度變化量 ：共振頻率改變量 二二 微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù) 盡可能小的溫漂系數(shù)盡可能小的溫漂系數(shù),以確保頻率高度穩(wěn)定性、可靠性以確保頻率高度穩(wěn)定性、可靠性 溫度特性最好的殷鋼 微波介質(zhì)陶瓷 32 6.5 微波覆銅板的低剖面天線 六六 高斯貝爾微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品高斯貝爾微波介質(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(jì)微波