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1、微波介质陶瓷材料及其应用简介,高斯贝尔功田电子陶瓷研发部 陈功田2018.08.20,微波陶瓷,微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz3000GHz）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。微波介质陶瓷是一种新型高技术无机材料，在电子电路等方面有十分重要的作用,在军用及民用领域有广泛的应用.其主要应用于微波谐振器、滤波器与振荡器，微波电路中的绝缘基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。,一 微波介质陶瓷概述,微波介质陶瓷成为近年来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需求。,MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介质陶瓷,3,微波介质陶瓷材料在
2、微波通信、雷达、移动通信、移动电话基站（由其4G、5G）,卫星广播通讯及全球卫星定位导航系统中有着不可替代的重要作用。,1.1 微波介质陶瓷应用,一 微波介质陶瓷概述,介质滤波器、双工器,介质天线,陶瓷电容器,微波传输线等,介质基片、覆铜基板,介质谐振器,介质波导,一 微波介质陶瓷概述,微波介质陶瓷应用,1.2 微波介质陶瓷应用元器件,一 微波介质陶瓷概述,上游,中游,下游,1.3 微波介质陶瓷产业链,6,二 微波介质陶瓷的三个关键参数,微波介质陶瓷作为一类电介质材料，以电极化的方式响应电场的作用，其关键性能参数有介电常数r、谐振品质因数Q值、谐振频率温度系数tf，这三个性能参数的综合数值决定
3、了微波陶瓷的应用价值。,2.1 介电常数r,高的介电常数，以利于器件的小型化、集成化,7,2.2 品质因数Q值,微波介质陶瓷材料在使用时追求的是低介质损耗tan，即高的品质因数Q(Q1/ tan)，它可以高到10，000以上，共振频率的频带宽度和Q值成反比，所以愈高的Q值其频宽越窄。,为获得低损耗、高Q 值的微波介质陶瓷，必须尽可能地使用高纯原料，并尽力控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷。,高的品质因数，以保证优良的选频特性，实现成本低,二 微波介质陶瓷的三个关键参数,8,2.3 谐振频率温度系数f,通信器件的工作环境温度是不断变化的，从而影响设备的使用性能。这就要求材料的谐振频
4、率不能随温度的变化太大，通信使用要求接近零的谐振频率温度系数。,：温度变化量,：共振频率改变量,二 微波介质陶瓷的三个关键参数,尽可能小的温漂系数,以确保频率高度稳定性、可靠性,9,三 微波介质陶瓷分类,微波介质陶瓷,高介电常数r80,BaO-R2O3-TiO2系,CaO-Li2O-R2O3-TiO2系,铅基钙钛矿系,（A1-xBx）O3系，如CaTiO3,中介电常数r80,（Zr,Sn）TiO4系,BaO-TiO2系,低介电常数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,Zn,
5、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,手机用：75r90,毫米波用：10r20,小型贴片天线用：90r150,10,四 微波介质陶瓷近十多年发展路标,高介电常数高Q值温度稳定性,手持设备,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 900MHz,Simpl
6、e perovskites,Comple perovskites,00,95,NPO chips,11,r：251， Qf150000GHZ，f =0 5ppm/ ，（用于卫星通讯）。r： 45 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于卫星通讯和移动电话基站）； r： 35 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于卫星通讯和移动电话基站）； r：82，Qf8000GH Z ，f=05ppm/，(用于移动GPS)； r：91 ，Qf5000GHZ，f 3600GHZ，f 3000GHZ，f 20ppm/ ，（用于移动电话）；,五 微波介质陶瓷部分商用产
7、品性能,12,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,我们的微波介质陶瓷产品从化工原料开始，全部由公司独立生产完成，具有完全的自主知识产权。,我们的五大产品,微波介质陶瓷粉体材料,13,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,14,6.2 介质谐振器,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,介质谐振器，振荡器为微波电子设备提供稳定的频率参考源。,15,6.2 介质谐振器(L波段）,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品, 频率范围：0.8 4GHz 使用环境温度：-40 80 介电常数：40 120 Q值：100022000 典型代表产品参数见下表,L波段介质谐振器,16,6.2 介质谐振器（C/Ku波段）,六 高斯贝尔微波介质陶瓷
8、产品, 315GHz 使用环境温度：-40 80 介电常数：20 50 Q值5000 谐振频率温度系数： 05PPm/ 性能稳定、可靠,C/Ku波段介质谐振器,17,6.2 介质谐振器（Ka）,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,Ka波段介质谐振器, 1540GHz，70GHz防撞雷达本振 使用环境温度：-40 80 介电常数：6 20 Q值1500 谐振频率温度系数： 010PPm/ 性能稳定、可靠,18,6.3 通信基站谐振滤波器,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,介质腔体滤波器,通信谐振器,TE模谐振器,TM模谐振器,19,6.3 通信基站谐振滤波器,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,典型代表产品参数
9、表,20,6.3 通信基站谐振滤波器,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,全介质滤波器,介质腔体滤波器,金属腔体滤波器,在介质腔体滤波器还在更新换代金属腔体滤波器的同时，全新理念的全介质滤波器开始诞生。新技术使基站滤波器极大的简化了单个繁琐的调试，向实现大批量自动生产迈步。,介质腔体滤波器目前市场前景确实很好，但说不定突然出现一个不受人关注的企业颠覆一个行业走向,21,6.4 陶瓷天线(定位导航天线）,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,22,6.4 GPS、北斗、RFID、WiFi陶瓷片天线,全球定位导航的GPS、北斗天线用什么陶瓷介质基板，对天线的性能影响是很大。特别是材料的介电常数对天线的尺寸起到关
10、键的作用。 在同一谐振频率的条件下高介电常数的介质材料，天线的体积会减小。,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,23,6.4 GPS、北斗、RFID陶瓷片天线,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,24,6.5 微波覆铜板,传统覆铜板达不到日益发展的微波通信低损耗和高一致稳定性的需求。微波覆铜板适合用于微波高频10GHz以上的微波低损耗传输电路噪声放大器PCB，超低剖面微波天线，及对微波高频板材有特殊性能要求的电子产品中应用。,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,CCL,PCB,PCB (printed circuit board)印刷电路板,CCL (Copper Clad Laminate) 覆铜板,25,6
11、.5 微波覆铜板,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,应用频率：3100GHz,26,6.5 微波覆铜板的低剖面天线,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,高介电常数微波覆铜板四阵列单元,采用高介电常数的微波覆铜板设计微波通信天线，使天线的体积大幅度减小，厚度变得很薄。使用超低剖面天线设计技术使天线超薄，发展基片集成波导技术提供传输阵列，组合使用在保证体积减小和厚度变薄后，做出高增益天线。,微波覆铜板集成波导（SIW）,微波阵列天线,27,6.5 高微波覆铜板的低剖面平板阵列天线,六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品,蝶形动中视Ku车船载移动天线,介质波导Ka缝隙天线,采用低损耗的微波覆铜板可以使阵列天线厚度从传统波导的2cm，到1cm，甚至到1mm。 从金属面天线，到波导腔平板天线，到微波介质板超薄平面天线 ，是通信天线小型化便携式的发展趋势。,2.45.8GH微带天线,28,Thank You,报告完毕,
