微波介質陶瓷

微波介質陶瓷，是指套用於微波頻段電路中作為介質材料並完成一種或多種功能的陶瓷材料。微波介質陶瓷作為一種新型電子材料，在現代通信中被用作諧振器、濾波器、介質基片、介質天線、介質導波迴路等，廣泛套用於微波技術的許多領域，如行動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛星接收器、衛星廣播、雷達、無線電遙控等。隨著低溫共燒陶瓷技術的不斷發展，微波介質陶瓷材料的套用前景會更好。

基本介紹

• 中文名：微波介質陶瓷
• 外文名：Microwave dielectric ceramic
• 類型：新型電子材料
• 發展前景：套用前景隨著技術的發展會更好
• 套用：諧振器、濾波器、介質基片
• 領域：行動電話、衛星接收器、衛星廣播

優點

(1)小型化。眾所周知，微波設備實現小型化、高穩定及廉價的方式是微波電路的集成化。在微波電路集成化的進程中，金屬波導實現了平面微帶集成化，微波管實現了小型化。但是，微波電路中各種金屬諧振腔由於體積和重量太大，難以和微帶電路相集成，解決這一困難的出路在於使用微波介質陶瓷材料製作諧振器。已經知道，諧振器的尺寸和電介質材料的介電常數的平方根成反比。所以電介質材料的介電常數越大，所需要的電介質陶瓷塊體就越小，諧振器的尺寸也就越小。因此，微波介質陶瓷材料的高介電常數有利於微波介質濾波器的小型化，可使濾波器同微波管、微帶線一道實現微波電路混合集成化，使器件尺寸達到毫米量級，其價格也比金屬諧振腔低廉得多。

(2)高穩定性。接近於零的頻率溫度係數。通信器件的工作環境溫度不可能一成不變。如果微波介質材料的諧振頻率隨溫度變化較大，濾波器的載波信號在不同的溫度下就會漂移，從而影響設備的使用性能。這就要求材料的諧振頻率不能隨溫度變化太大。溫度的實際要求範圍大致是-40℃~100℃，在這個範圍內，材料的頻率溫度係數f不大於l0ppm/℃。

(3)低損耗。濾波器的一個重要要求是插入損耗低，微波介質材料的介質損耗是影響介質濾波器插入損耗的一個主要因素。微波介質材料Q值與介質損耗tand成反比關係。Q值越大，濾波器的插入損耗就越低。

微波介質陶瓷的分類

微波介質陶瓷可以按照組成、結構、介電性能以及套用頻域來加以分類。例如按照套用頻域劃分，微波介質材料可大致分為低頻、中頻以及高頻三大類。

1、低頻微波介質陶瓷材料(0.8~4GHz)

低頻微波介質陶瓷的介電常數e，一般大於70，Q值相對較小，主要包括鎢青銅結構的BaO-Ln₂O₃-TiO₂ (BLT)系列、CaTiO₃改性系列和改性鉛基鈣鈦礦系列等。它們主要在0.8～4GHz頻率範圍內的民用移動通信系統中作為介質諧振器。

2、中頻微波介質陶瓷材料(4～8GHz)

中頻微波介質陶瓷一般指介電常數￡，在30～70之間的微波介質陶瓷材料。主要是以BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀和(Zr，Sn)TiO₄等為基的微波介質陶瓷材料以及低介電常數物質與CaTiO₃、SrTiO₃等的複合材料，主要用於4～8GHz頻率範圍內的微波軍用雷達及通信系統中作為介質諧振器件。

3、高頻微波介質陶瓷材料(8～30GHz)

一般指介電常數在10～30之間，品質因數Q.f值非常高的微波介質陶瓷材料。複合鈣鈦礦結構型材料是使用最廣泛的一種高頻微波介質陶瓷，該系列材料的Q值相當高。

微波陶瓷的主要參數

在微波電路中評價微波介質陶瓷介電性能的參數主要有三個：相對介電常數ε_r、品質因數Q、諧振頻率溫度係數τ_f。

1)相對介電常數。在微波頻率下，材料相對介電常數￡，應較大，以便於器件小型化。根據微波傳輸理論：微波在介質體內傳輸，無論採用何種模式，諧振器的尺寸都大約在λ/2～λ4的整數倍間。

2)品質因數。在微波頻率下的介質損耗tanδ應很小，即介質的品質因數Q(=1/tanδ)要高，以保證優良的選頻特性和降低器件在高頻下的插入損耗。共振系的損耗由電介質的損耗、輻射損耗和電介質的支撐物及其周圍金屬容器的導體損耗組成。只有使用低損耗的微波介質陶瓷，才有可能制出高Q值的諧振器件。

3)頻率溫度係數。材料的諧振頻率溫度係數是表示溫度變化時諧振器諧振頻率變化的大小，用來衡量諧振器諧振頻率溫度穩定性的一個參數。τ_f越大，則表明器件的中心頻率隨溫度的變化而產生的漂移越大，將無法保證器件在溫度變化著的環境中工作的高穩定性。

微波介質陶瓷的套用

微波介質陶瓷是指套用於微波技術領域的一類電介質陶瓷。在微波技術中的套用主要有三方面：

(1)微波積體電路基片；

(2)小型化的微波介質諧振器(包括微波濾波器)；

(3)微波衰減材料。