中國(guó)粉體網(wǎng)訊  微波介質(zhì)陶瓷是近30年發(fā)展起來(lái)的新型電子功能陶瓷。它具有損耗低、頻率溫度系數(shù)小、介電常數(shù)高等特點(diǎn)。用微波介質(zhì)陶瓷做成的各類高性能器件，已被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、電視、雷達(dá)、移動(dòng)通訊、電子計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。

隨著微波電子工業(yè)的迅速發(fā)展，在實(shí)用電路中對(duì)微波元器件提出了新的要求�，F(xiàn)代移動(dòng)通訊和衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者把目標(biāo)集中在縮小電路的尺寸以及提高其性能上。這就要求微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)具有高的介電常數(shù)εr，高的品質(zhì)因數(shù)(低的介電損耗)，溫度系數(shù)τf要接近于零或可調(diào)節(jié)。因此，評(píng)價(jià)微波陶瓷質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)是εr，Q·f，τf。但是，這些要求很難同時(shí)滿足，具有高的εr的材料也同時(shí)具有高的介電損耗和高的頻率溫度系數(shù)。目前制備Q·f和τf符合要求的材料已不是問(wèn)題，提高εr是眾多研究者的目的，也是很難突破的問(wèn)題。

微波介質(zhì)陶瓷性能要求

評(píng)價(jià)微波介質(zhì)陶瓷介電性能的參數(shù)主要有３個(gè)，相對(duì)介電常數(shù)εr、品質(zhì)因數(shù)Q·f及諧振頻率溫度系數(shù)τf。

1、相對(duì)介電常數(shù)ε_ｒ

在微波頻率下材料相對(duì)介電常數(shù)εr應(yīng)較大，以便于器件小型化。由微波傳輸理論可知：微波在介質(zhì)體內(nèi)傳輸，無(wú)論采用何種模式，諧振器的尺寸都大約在λ/２～λ/4的整數(shù)倍間。微波在介質(zhì)體內(nèi)傳輸時(shí)的波長(zhǎng)λ與它在自由空間傳輸時(shí)的波長(zhǎng)λ０有如下關(guān)系：

λ_２＝λ₀²／ε_ｒ

式中：

λ_０———自由空間傳輸時(shí)的波長(zhǎng)；

λ———介質(zhì)體內(nèi)傳輸時(shí)的波長(zhǎng)；

ε_ｒ———材料相對(duì)介電常數(shù)。

所以，一方面，在相同的諧振頻率下，ε_r越大，介質(zhì)諧振器的尺寸就越小，電磁能量越能集中于介質(zhì)體內(nèi)，受周圍環(huán)境的影響也小。這既有利于介質(zhì)諧振器件的小型化，也有利于其高品質(zhì)化。另一方面，諧振頻率越高，波長(zhǎng)越短，介質(zhì)諧振器的尺寸在相對(duì)介電常數(shù)不是很大的情況下也可以很小，不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)εr的要求不同，通常要求ε_r＞10。

2、品質(zhì)因數(shù)Q·f

在微波頻率下的介電損耗tan_δ應(yīng)很小，即介質(zhì)的品質(zhì)因子Q·f（＝1/tanδ_u）要高，以保證優(yōu)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tanδu由電介質(zhì)的損耗tanδ_Ｄ、輻射損耗tanδ_R和電介質(zhì)的支撐物及其周圍金屬容器的導(dǎo)體損耗tan_δC組成，只有使用低損耗的微波電介質(zhì)陶瓷，才有可能制出高Q·f值的諧振器件。

3、諧振頻率溫度系數(shù)τ_ｆ

接近于零的頻率溫度系數(shù)τ_f。材料的諧振頻率溫度系數(shù)τf是用來(lái)衡量諧振器諧振頻率溫度穩(wěn)定性的一個(gè)參數(shù)，τ_f越大，則表明器件的中心頻率隨溫度的變化而產(chǎn)生的漂移越大，將無(wú)法保證器件在溫度變化著的環(huán)境中工作的高穩(wěn)定性。諧振頻率的溫度系數(shù)與電介質(zhì)的線膨脹系數(shù)α、介電常數(shù)的溫度系數(shù)存在以下關(guān)系：

τ_f＝－（α＋１/２τ_ε）

式中：

τ_f——頻率溫度系數(shù)；

α———電介質(zhì)的線膨脹系數(shù)；

τ_ε———介電常數(shù)的溫度系數(shù)。

隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷的研究越來(lái)越受到人們的重視。隨著微波技術(shù)的迅速發(fā)展，信息化社會(huì)對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料的要求也會(huì)越來(lái)越高，其應(yīng)用前景也會(huì)越來(lái)越好。但目前的體系還不能令人滿意，還存在一些問(wèn)題。對(duì)微波介質(zhì)材料性能的微觀機(jī)理有待于進(jìn)一步研究，希望能從理論上了解影響陶瓷材料微波損耗的機(jī)理，找出晶體的微觀結(jié)構(gòu)和材料微波介電性能之間的關(guān)系，另外現(xiàn)有的制備工藝也有待于進(jìn)一步改進(jìn)。我們相信，隨著研究的深入和新型燒結(jié)技術(shù)的運(yùn)用，最終可實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷材料組成、結(jié)構(gòu)與性能的可調(diào)控性，微波介電材料將顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

2020年10月29-30日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在無(wú)錫舉辦“2020第三屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”，屆時(shí)，來(lái)自天津大學(xué)的馬衛(wèi)兵教授帶來(lái)題為《微波介質(zhì)陶瓷性能研究》的報(bào)告。馬衛(wèi)兵教授在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電/反鐵電特性及微波介質(zhì)陶瓷損耗及介電常數(shù)調(diào)控等方面有著多年的研究經(jīng)驗(yàn)，讓我們聽(tīng)馬衛(wèi)兵教授講解一下微波介質(zhì)陶瓷的研究現(xiàn)狀及相關(guān)性能的研究方法。

參考資料：

[1]曲秀榮，賈德昌.微波介質(zhì)陶瓷的研究進(jìn)展

[2]馬調(diào)調(diào).微波介質(zhì)陶瓷材料應(yīng)用現(xiàn)狀及其研究方向

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