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微波介質(zhì)陶瓷材料概述
通常頻段為300MHz-300GHz的電磁波被叫做微波。在微波器件的制造過程中，經(jīng)常使用到的的陶瓷材料則被稱為介電陶瓷。
隨著電子技術(shù)在21世紀(jì)的蓬勃發(fā)展，無論是民用產(chǎn)品還是軍工設(shè)備都進(jìn)行著飛快的更新?lián)Q代。從衛(wèi)星通信，軍用雷達(dá)，到已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的4G通信和即將到來的5G通信，無一不對(duì)微波通信設(shè)備性能提出越來越高的要求，而研發(fā)性能更加優(yōu)異，穩(wěn)定性更加良好的微波介質(zhì)陶瓷則是實(shí)現(xiàn)微波器件性能進(jìn)一步提高的一條思路。
相對(duì)于其它材料，微波介質(zhì)陶瓷具有以下優(yōu)勢：
（1）可以根據(jù)微波器件的設(shè)計(jì)需求，通過調(diào)節(jié)配方和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)介電常數(shù)εr的調(diào)節(jié)，從而滿足各類器件的需求；
（2）具有特別優(yōu)秀的Q×f值，從而確保微波器件可以得到非常低的損耗；
（3）溫度系數(shù)τf在零度附近，從而實(shí)現(xiàn)微波器件在更加多樣的環(huán)境條件中能有穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)；
（4）具有制造過程花費(fèi)很低的優(yōu)點(diǎn)，使產(chǎn)品在市場占據(jù)更大優(yōu)勢。
微波介質(zhì)陶瓷材料的研究現(xiàn)狀
早在1939年，Richtmyer首次通過理論論證將金屬作為主要材料用以設(shè)計(jì)諧振器的可行性，但由于無法找到恰當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，因而發(fā)展緩慢。微波介質(zhì)陶瓷的探索階段是在上個(gè)世紀(jì)60年代到來的，1960年，Okaya開始了TiO2的介電性能的研究，在對(duì)于濾波器的嘗試制作進(jìn)程中，由于無法解決溫度系數(shù)的問題失敗了。
在60年代末期，Hakki與Coleman一同提出了對(duì)于微波介質(zhì)陶瓷的測量方式和其性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。70年代，微波介質(zhì)陶瓷實(shí)現(xiàn)了從理論到應(yīng)用的重要一步，無論是美國研發(fā)的K38系列陶瓷還是由日本研發(fā)的Ba2Ti9O20陶瓷，都擁有優(yōu)異的性能，從而為微波諧振器小型化的實(shí)現(xiàn)提供了材料基礎(chǔ)。80年代，日本繼續(xù)研發(fā)出了BMT、BZT等性能優(yōu)異的介電陶瓷系列，從而引導(dǎo)了微波陶瓷新材料的潮流。隨后，歐洲的各個(gè)國家相繼開展了針對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的科研進(jìn)程。
直到80年代初期，我國才開始微波介電陶瓷的相關(guān)研究，相比國際水平，我國起步晚了很多。我國缺少先進(jìn)的理論基礎(chǔ)，并且也不了解先進(jìn)的工藝流程，更沒有高端的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，相較于國外成熟的應(yīng)用技術(shù)，我國的行業(yè)技術(shù)水平距離實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。因此，我們最初的研究方法是借鑒國外的成熟材料體系進(jìn)行模仿和重復(fù)。
近年來，由于國家的大力投入，我國微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)從理論基礎(chǔ)，到工藝水平，再到生產(chǎn)設(shè)備與科研設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展，涌現(xiàn)出大批優(yōu)秀的介質(zhì)陶瓷研發(fā)的高校、公司、研究所。與美、日等先進(jìn)國家相比，受限于起步晚、設(shè)備差、原材料缺乏等原因，我國現(xiàn)階段研究水平仍有較大提升空間，研究成果還無法支撐國內(nèi)微波通訊技術(shù)的需求。
為了滿足人們對(duì)電子產(chǎn)品輕型化、體積更小、集成化的需求，在無線通訊技術(shù)高速進(jìn)步的如今，我們有必要開發(fā)出高性能、高可靠性、低成本新型材料，這對(duì)微波介質(zhì)材料而言，也是難度更大的挑戰(zhàn)。
微波介質(zhì)陶瓷的性能及應(yīng)用領(lǐng)域
決定介電陶瓷是否實(shí)用有三個(gè)重要的要素：品質(zhì)因素（Q×f）、相對(duì)介電常數(shù)（εr）、對(duì)于諧振頻率的溫度穩(wěn)定性（τf），它們相互制約，同時(shí)也有一定聯(lián)系，但是研究發(fā)現(xiàn)，想要同時(shí)取得三個(gè)參數(shù)的最佳值，并非易事。
微波介電陶瓷中，研究的核心內(nèi)容：陶瓷的介電損耗問題。陶瓷，是一個(gè)包含主晶相、晶界、孔隙、缺陷、夾雜物、第二相、玻璃相等微結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一體結(jié)構(gòu)，而且這些微觀結(jié)構(gòu)對(duì)陶瓷的介電性能影響很大。
各種因素對(duì)介電損耗的影響程度是不同的，可以將介電損耗具體分成兩大類，一類是由產(chǎn)生了不同的主晶相導(dǎo)致?lián)p耗的不一樣，屬于本征介電損耗一類；另外一類是由于工藝條件的影響產(chǎn)生的損耗。由顯微結(jié)構(gòu)引起的，如晶界、孔隙等屬于非本征介電損耗。
就當(dāng)今的市場而言，微波陶瓷在下列幾個(gè)方向的元件中被使用得最多：作為微帶天線、濾波器等微波元件的基板材料，作為腔體濾波器等微波器件的諧振子。多數(shù)能夠?qū)嶋H應(yīng)用的微波陶瓷都具有損耗低、溫度系數(shù)接近0、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢，因此微波電路中的諧振器通常都會(huì)使用微波介質(zhì)陶瓷，可以說諧振器是介電陶瓷應(yīng)用中一個(gè)極其常用的方向。
微波陶瓷的使用方向
資料來源：
王海宇.高Q微波介電陶瓷材料及器件應(yīng)用研究
張文博.BaO-TiO2系微波介電陶瓷的研究
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