[科普中国]-微波介质陶瓷

微波介质陶瓷，是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷作为一种新型电子材料，在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等，广泛应用于微波技术的许多领域，如移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接收器、卫星广播、雷达、无线电遥控等。随着低温共烧陶瓷技术的不断发展，微波介质陶瓷材料的应用前景会更好。

优点(1)小型化。众所周知，微波设备实现小型化、高稳定及廉价的方式是微波电路的集成化。在微波电路集成化的进程中，金属波导实现了平面微带集成化，微波管实现了小型化。但是，微波电路中各种金属谐振腔由于体积和重量太大，难以和微带电路相集成，解决这一困难的出路在于使用微波介质陶瓷材料制作谐振器。已经知道，谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比。所以电介质材料的介电常数越大，所需要的电介质陶瓷块体就越小，谐振器的尺寸也就越小。因此，微波介质陶瓷材料的高介电常数有利于微波介质滤波器的小型化，可使滤波器同微波管、微带线一道实现微波电路混合集成化，使器件尺寸达到毫米量级，其价格也比金属谐振腔低廉得多。

(2)高稳定性。接近于零的频率温度系数。通信器件的工作环境温度不可能一成不变。如果微波介质材料的谐振频率随温度变化较大，滤波器的载波信号在不同的温度下就会漂移，从而影响设备的使用性能。这就要求材料的谐振频率不能随温度变化太大。温度的实际要求范围大致是-40℃~100℃，在这个范围内，材料的频率温度系数f不大于l0ppm/℃。

(3)低损耗。滤波器的一个重要要求是插入损耗低，微波介质材料的介质损耗是影响介质滤波器插入损耗的一个主要因素。微波介质材料Q值与介质损耗tand成反比关系。Q值越大，滤波器的插入损耗就越低。

微波介质陶瓷的分类微波介质陶瓷可以按照组成、结构、介电性能以及应用频域来加以分类。例如按照应用频域划分，微波介质材料可大致分为低频、中频以及高频三大类。

1、低频微波介质陶瓷材料(0.8~4GHz)

低频微波介质陶瓷的介电常数e，一般大于70，Q值相对较小，主要包括钨青铜结构的BaO-Ln2O3-TiO2 (BLT)系列、CaTiO3改性系列和改性铅基钙钛矿系列等。它们主要在0.8～4GHz频率范围内的民用移动通信系统中作为介质谐振器。

2、中频微波介质陶瓷材料(4～8GHz)

中频微波介质陶瓷一般指介电常数￡，在30～70之间的微波介质陶瓷材料。主要是以BaTi4O9、Ba2Ti9O20和(Zr，Sn)TiO4等为基的微波介质陶瓷材料以及低介电常数物质与CaTiO3、SrTiO3等的复合材料，主要用于4～8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。

3、高频微波介质陶瓷材料(8～30GHz)

一般指介电常数在10～30之间，品质因数Q.f值非常高的微波介质陶瓷材料。复合钙钛矿结构型材料是使用最广泛的一种高频微波介质陶瓷，该系列材料的Q值相当高。1

微波陶瓷的主要参数在微波电路中评价微波介质陶瓷介电性能的参数主要有三个：相对介电常数εr、品质因数Q、谐振频率温度系数τf。

1)相对介电常数。在微波频率下，材料相对介电常数￡，应较大，以便于器件小型化。根据微波传输理论：微波在介质体内传输，无论采用何种模式，谐振器的尺寸都大约在λ/2～λ4的整数倍间。

2)品质因数。在微波频率下的介质损耗tanδ应很小，即介质的品质因数Q(=1/tanδ)要高，以保证优良的选频特性和降低器件在高频下的插入损耗。共振系的损耗由电介质的损耗、辐射损耗和电介质的支撑物及其周围金属容器的导体损耗组成。只有使用低损耗的微波介质陶瓷，才有可能制出高Q值的谐振器件。

3)频率温度系数。材料的谐振频率温度系数是表示温度变化时谐振器谐振频率变化的大小，用来衡量谐振器谐振频率温度稳定性的一个参数。τf越大，则表明器件的中心频率随温度的变化而产生的漂移越大，将无法保证器件在温度变化着的环境中工作的高稳定性。1

微波介质陶瓷的应用微波介质陶瓷是指应用于微波技术领域的一类电介质陶瓷。在微波技术中的应用主要有三方面：

(1)微波集成电路基片；

(2)小型化的微波介质谐振器(包括微波滤波器)；

(3)微波衰减材料。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学