微波介質(zhì)陶瓷的三大性能指標和分類

微波介質(zhì)陶瓷是現(xiàn)代通訊技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，主要用于制造諧振器、濾波器、介質(zhì)天線、介質(zhì)導波回路、介質(zhì)基板等微波元器件，終端應用為移動通訊、衛(wèi)星通訊、無人駕駛汽車、物聯(lián)網(wǎng)和軍用雷達等領(lǐng)域。

微波介質(zhì)陶瓷三大性能指標

微波介質(zhì)陶瓷瓷介性能的主要參數(shù)和普通電介質(zhì)材料一樣，主要包括介電常數(shù)(εr)，品質(zhì)因素Q或介質(zhì)損耗(tanδ)和諧振頻率溫度系數(shù)(τf)。

相對介電常數(shù)εr

在微波頻率下，相對介電常數(shù)εr越大，以便器件小型化。根據(jù)微波傳輸理論，相同的的諧振頻率下，εr越大，介質(zhì)諧振器的尺寸越小，電磁能量越能集中于介質(zhì)體內(nèi)，受周圍環(huán)境影響小。這既有利于介質(zhì)諧振器的小型化，也有利于其高品質(zhì)化。而不同的應用領(lǐng)域中，對εr的要求也不同，通常要求εr>10。

品質(zhì)因數(shù)Q

高Q有利于獲得良好的濾波特性及通訊質(zhì)量，品質(zhì)因數(shù)Q主要受介質(zhì)損耗(tanδd)、歐姆損耗(tanδc)和輻射損耗(tanδλ)等三個因素影響。

Q-1=tanδd+tanδc+tanδλ

對于微波介質(zhì)材料，tanδc與tanδλ可忽略，Q約與tanδd成反比關(guān)系。由于微波介質(zhì)諧振腔要求tanδd小于10-4量級才有實用價值，所以材料研究中如何提高Q值是一個重要課題。

諧振頻率溫度系數(shù)τf

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τf。

在微波介質(zhì)陶瓷的三個性能參數(shù)中，諧振頻率溫度系數(shù)對介質(zhì)陶瓷影響較大，它直接決定介質(zhì)陶瓷能否使用，所以諧振頻率溫度系數(shù)能否接近0是研究者最關(guān)心的問題，對諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)性的探索使許多新的微波介質(zhì)陶瓷材料體系得以開發(fā)利用。而介電常數(shù)越高其Q值會比較低，三個參數(shù)相互制約其應用。

微波介質(zhì)陶瓷材料分類

微波介質(zhì)陶瓷按照介電常數(shù)的大小，可將其分為低介電常數(shù)類、中介電常數(shù)類和高介電常數(shù)類。

低介微波介質(zhì)陶瓷體系如Al2O3-TiO2系和鈦酸鎂系列等，因其高品質(zhì)因數(shù)而被應用于對介質(zhì)損耗要求比較嚴格的領(lǐng)域，如衛(wèi)星通訊、軍用雷達等方面;

中介微波介質(zhì)陶瓷體系如(Zr,Sn)TiO4系具有高Q值，低諧振頻率溫度系數(shù)，可用于制備介質(zhì)諧振器解決窄帶諧振器的頻率漂移問題;

高介微波介質(zhì)陶瓷能促進微波通訊設(shè)備、諧振器的小型化和集成化，在高電容量的集成電路中以及低頻下工作的通訊設(shè)備中應用廣泛，高介微波介質(zhì)陶瓷主要以BaO-Ln2O3-TiO2;CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2和鉛基鈣鈦礦系列材料。

新一代微波介質(zhì)陶瓷材料的研究開發(fā)主要圍繞高介低損展開：一是追求超低損耗的極限;二是探索更高介電常數(shù)(>100乃至>150)的新材料體系。同時，微波介質(zhì)陶瓷粉體通常并不是單一材料，而是多種材料按比例混合的材料體系，而在制備的過程中，還會添加稀土氧化物，眾多研究說明適量稀土元素的摻雜可改善微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)性、致密度以及介電性能。

審核編輯：湯梓紅