微(wei)波(bo)介(jie)质(zhi)(zhi)陶瓷(ci)是(shi)一种(zhong)重要的功能陶瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao),是(shi)应(ying)用于微(wei)波(bo)通信领域的陶瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)之一,主要应(ying)用在介(jie)质(zhi)(zhi)谐振器(qi)、介(jie)质(zhi)(zhi)滤波(bo)器(qi)、波(bo)导双工(gong)器(qi)、天线(xian)等领域作为介(jie)质(zhi)(zhi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)完成(cheng)一种(zhong)或多种(zhong)功能的陶瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。微(wei)波(bo)介(jie)质(zhi)(zhi)陶瓷(ci)的存在让微(wei)波(bo)集成(cheng)电(dian)路(lu)的尺寸和封装密度(du)得到了大幅提高。
(图(tu)片来源:MARUWACo.,Ltd)
万物互联时代,微波介(jie)质陶(tao)瓷的下游应用:移动通讯、卫星(xing)通信、军用雷达、电子工(gong)业、全球(qiu)卫星(xing)定位系(xi)统(tong)(GPS)、蓝牙技术、其他国防军工等众多行业的蓬勃发展,技术水平不断升级,对微波介质陶瓷行业的材料也提出了新的要求。随着5G和物联网的应用范围不断扩大,微波介质陶瓷行业迎来了爆发式的增长,据有关市场研究报告预估(见参考文献1),我国微波介质陶瓷的 年复增加率在20%左右,到了2023年,我国微波介质陶瓷市场规模将达到百亿级。这个具有巨大潜力的应用市场,正蓬勃发展中。
一、微(wei)波通(tong)信的(de)介(jie)绍
微波(bo)指的是波(bo)长(zhang)(zhang)较(jiao)短的电(dian)(dian)磁波(bo),在(zai)无线(xian)电(dian)(dian)通信中指波(bo)长(zhang)(zhang)在(zai)0.1毫米至1米(频率为300MHz-300GHz)之间的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。
(图片来源:kids.alma儿童科普网站)
(表格(ge)资(zi)料来源:头(tou)豹研究院)
二(er)、微波(bo)介质陶(tao)瓷三大性(xing)能(neng)指(zhi)标
衡量微波(bo)介(jie)质(zhi)(zhi)(zhi)陶瓷主(zhu)要(yao)有三个性能指标:介(jie)电常(chang)数(shu),谐振(zhen)频(pin)率(lv)温(wen)度系(xi)数(shu),品(pin)质(zhi)(zhi)(zhi)因子。介(jie)电常(chang)数(shu)简(jian)单来(lai)说表征了谐振(zhen)器所适合的频(pin)率(lv)且决定了器件尺(chi)寸(cun)。谐振(zhen)频(pin)率(lv)温(wen)度系(xi)数(shu),又叫(jiao)做温(wen)漂,表征了器件在环(huan)境温(wen)度变化下稳定工作的能力。品(pin)质(zhi)(zhi)(zhi)因子简(jian)单来(lai)说衡量了滤波(bo)特性和通(tong)讯质(zhi)(zhi)(zhi)量。品(pin)质(zhi)(zhi)(zhi)因子越(yue)高(gao),通(tong)讯质(zhi)(zhi)(zhi)量越(yue)好。一般来(lai)说,介(jie)电常(chang)数(shu)与品(pin)质(zhi)(zhi)(zhi)因子呈(cheng)负相关,而与谐振(zhen)频(pin)率(lv)温(wen)度系(xi)数(shu)呈(cheng)正相关。 新(xin)一(yi)(yi)代(dai)微(wei)波介(jie)质(zhi)陶瓷材料(liao)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)开发将(jiang)主要(yao)(yao)围绕如下两大方向(xiang)展开:首先是追(zhui)求(qiu)超低损耗(hao)的(de)(de)(de)(de)极限;其次是探索(suo)更(geng)高(gao)相(xiang)对(dui)介(jie)电(dian)常数(shu)的(de)(de)(de)(de)新(xin)材料(liao)体(ti)系。前者(zhe)是为(wei)了(le)适应高(gao)可(ke)靠性与更(geng)高(gao)频率(lv)应用的(de)(de)(de)(de)需要(yao)(yao),而(er)后(hou)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)应用主要(yao)(yao)是为(wei)满足下一(yi)(yi)代(dai)通信技术的(de)(de)(de)(de)小型化要(yao)(yao)求(qiu)。国际(ji)上微(wei)波介(jie)质(zhi)材料(liao)与器件(jian)(jian)行业(ye)一(yi)(yi)方面为(wei)了(le)缩(suo)小器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)体(ti)积而(er)开发高(gao)介(jie)电(dian)常数(shu)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)体(ti)系,另一(yi)(yi)方面为(wei)了(le)提(ti)高(gao)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)灵(ling)敏度(du)而(er)研究(jiu)高(gao)品质(zhi)因子的(de)(de)(de)(de)材料(liao)配方,重视器件(jian)(jian)工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)高(gao)稳定性而(er)开发小谐振频率(lv)温度(du)系数(shu)的(de)(de)(de)(de)介(jie)质(zhi)陶瓷。
三(san)、微波(bo)介(jie)质陶瓷的(de)类型
微(wei)波(bo)(bo)介(jie)质陶瓷元器(qi)件(jian)生产(chan)涉及到材料(liao)学、微(wei)波(bo)(bo)与(yu)电磁场、电子(zi)技(ji)术(shu)(shu)与(yu)应用、微(wei)波(bo)(bo)与(yu)射频测量技(ji)术(shu)(shu)、高(gao)(gao)精度机械(xie)制造技(ji)术(shu)(shu)、电磁兼容与(yu)可靠性技(ji)术(shu)(shu)等多学科(ke)理论(lun)与(yu)技(ji)术(shu)(shu),学科(ke)领域复杂,技(ji)术(shu)(shu)壁垒(lei)高(gao)(gao)。 从原料(liao)的(de)角(jiao)度看的(de)话,为了(le)不同的(de)应用领域(yu)要求,微(wei)波介质(zhi)陶瓷(ci)(ci)主要是(shi)往(wang)里掺杂各种其(qi)他元素(su)实现(xian)材料(liao)介电性能优(you)化,因此材料(liao)体系是(shi)相当的(de)复(fu)杂。通常可以按照(zhao)材料(liao)介电常数的(de)大小,大致将微(wei)波介质(zhi)陶瓷(ci)(ci)归为低(di)介、中介和高介3大类。 低介微波介质陶瓷体系如Al2O3-TiO2系和钛酸镁系列等,因其高品质因数而被应用于对介质损耗要求比较严格的领域,如卫星通讯、军用雷达等方面;中介微波介质陶瓷体系如(Zr,Sn)TiO4系具有高Q值,低谐振频率温度系数,可用于制备介质谐振器解决窄带谐振器的频率漂移问题;高介微波介质陶瓷能促进微波通讯设备、谐振器的小型化和集成化,在高电容量的集成电路中以及低频下工作的通讯设备中应用广泛,高介微波介质陶瓷主要以BaO - Ln2O3 - TiO2;CaO -Li2O -Ln2O3 -TiO2 和铅基钙钛矿系列材料。
四、微波(bo)介质(zhi)陶(tao)瓷产业市场
根据(ju)公开资料显示,日本(ben)富士钛、日本(ben)化学等企业占据(ju)了国际上微(wei)波介质陶瓷材料市场的主要(yao)份额,国内则(ze)以国瓷材料为首,其次还有灿(can)勤和(he)风华高(gao)科等。
参考资(zi)料:
1、2019年中国微(wei)波介质陶瓷行业概览(lan);头(tou)豹研究(jiu)院,杨(yang)晓丹,陈夏琳等。
2、2019年微波介质陶瓷行业市场(chang)现状,通信技术发展推动(dong)产品需求;华经(jing)产业研究院
3、低(di)介电常数微波介质陶(tao)瓷研(yan)究(jiu)进(jin)展(zhan);南京工程学院(yuan)材料(liao)工程学院(yuan),胡(hu)杰、吕(lv)学鹏、张天宇,李真,陈(chen)昊元(yuan),徐文盛;江苏省先进(jin)结(jie)构材料(liao)与应用技术(shu)重点(dian)实验(yan)室,吕(lv)学鹏。
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