微波陶瓷概述
微波介质陶瓷的应用
微波介质陶瓷（MWDC）是应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段，300MHz～300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向。
近年来，移动通讯、卫星通信、军用雷达、全球卫星定位系统（GPS）、蓝牙技术、无线局域网等现代通信技术得到了快速发展。
这些通信装置中使用的微波电路一般由谐振器、滤波器、振荡器、衰减器、介质天线、微波集成电路基片等元件组成，微波介质陶瓷（MWDC）是其制备的关键基础材料。
用微波介质陶瓷制作的元器件具有体积小、质量轻、性能稳定、价格便宜等优点。
目前微波陶瓷材料和器件的生产水平以日Murata公司、德EPCOS公司、美Trans-Tech公司、Narda MICROW A VE-WEST公司、英Morgan Electro Ceramics、Filtronic等公司为最高。
其产品的应用范围已在300MHz～40GHz系列化，年产值均达十亿美元以上。
国外介质陶瓷材料发展具有综合领先水平的是日本、美国等发达国家。
日本在介质陶瓷材料领域中一直以全列化、产量最大、应用领域最广、综合性能最优，占据了世界电子陶瓷市场50％的份额。
美国在电子陶瓷的技术研发方面走在世界前列，但是产业化应用落后于日本，大部分技术停留在实验室阶段。
目前，美国电子陶瓷产品约占世界市场份额的30%，居全球第二位。
目前世界电子陶瓷的市场规模达到1300亿美元左右。
未来几年需求量每年将以15～20%的速度增长，到2015年需求量将突破2100亿美元。
我国特陶企业集中分布在北京、上海、天津、江苏、山东、浙江、福建、广东等沿海城市和地区以及华中部分城市地区，西南西北等偏远地区以原军工三线企业为主。
在我国电子陶瓷行业中，股份制和三资企业具有最强的竞争力。
国内微波介质陶瓷材料及器件的生产，在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。
我国特种陶瓷产业目前主要存在产业规模小、技术创新弱、研发投入少、品牌知名度不高、工艺和装备水平低、能耗高、融资困难、无序竞争等问题，特别是企业缺乏创新能力，产业缺乏创新平台，严重制约了特种陶瓷产业由量向质的飞跃提升。
微波介电陶瓷
天线
LNA放大器
BRF
LNB
混合器 IF输出
Lo 本机振荡器
金属外壳
调节螺钉
DR
支撑
树脂板
耦合电路
形状
DR
支撑固定类型
支撑 （镁橄榄石）
仅谐振器
MARUWA生产的产品处于4GHz至20GHz频率范围内，共有 两种类型：支撑固定型、仅谐振器。
尺寸根据频率而有所不同。提供了不同的温度特征材料。
3. 天线块、底板
• 用于汽车导航设备（GPS天线）的平面天线。 也称作接线天线。
电极尺寸A
馈电点
形状
偏心率d
至放大电路
接地
天线块
底板（50mm square）
2.95
9.00
1.50
60SS
5.90
2.13
10.00
1.00
51SS
5.05
1.95
10.00
0.15
41SS
3.93
1.50
10.00
0.50
40SS
3.90
1.20
10.00
1.00
34SS
3.40
1.15
10.00
0.20
33SS
3.35
0.75
10.00
0.20
31SS
3.05
0.小类型 A=40或更小 a=0.5或更大 L=30或更小 M20~110
A T
B 高尺寸精度 A、B=51或更小 T= 0.1~8.0 M20~180
微波烧结陶瓷原理
微波烧结陶瓷原理宝子们！今天咱们来唠唠微波烧结陶瓷这个超有趣的事儿。
咱先得知道陶瓷是啥，陶瓷啊，就是那些个土土的材料经过各种加工变得超级硬、超级漂亮的东西。
那微波烧结陶瓷呢，就像是给陶瓷来一场超级酷炫的变身之旅。
微波这玩意儿啊，就像一个个小小的魔法精灵，到处乱窜。
当我们把陶瓷放进微波环境里的时候，这些魔法精灵就开始和陶瓷材料互动起来啦。
陶瓷材料里面呢，有好多不同的粒子啊，分子啊啥的。
微波这个小机灵鬼，它的能量就被陶瓷里的一些带电粒子或者偶极子给捕捉到了。
你想啊，就像一群小蚂蚁发现了一块大糖果一样，那些陶瓷里的小粒子发现了微波带来的能量，可兴奋了呢。
这些粒子吸收了微波的能量之后，就开始变得躁动不安啦。
它们开始在自己的小位置上晃悠得更厉害，就像小朋友吃了太多糖开始在屋子里跑来跑去一样。
然后呢，这种躁动就带来了热量。
可不是那种慢慢悠悠的热量哦，是一下子就热起来的那种。
因为微波能让陶瓷里的粒子们同时都活跃起来，就像大家一起开派对，一下子就把气氛搞热乎了。
这种热量可不得了，它让陶瓷材料开始烧结起来。
烧结是啥呢？就像是把陶瓷材料里的小颗粒们紧紧地黏在一起。
本来那些小颗粒们就像一盘散沙，各玩各的，现在呢，在微波带来的热量作用下，它们就开始手拉手，紧紧抱成一团啦。
而且啊，因为微波加热是从陶瓷内部开始的，不像传统加热是从外面慢慢往里热，这就像是从内而外给陶瓷做了个全面的改造呢。
在这个过程中啊，陶瓷的结构也发生了很大的变化。
那些原本松散的结构变得越来越致密。
就像把一个松松垮垮的棉花糖捏成了一个紧实的小团子一样。
而且啊，微波烧结还有个好处呢，它能够让陶瓷的性能变得更好。
比如说啊，陶瓷可能会变得更坚硬，更耐磨。
这就好比一个人本来身体有点弱，经过一场特殊的训练之后，变得强壮又健康啦。
不过呢，微波烧结陶瓷也不是那么简单的事儿。
它就像一场精心编排的舞蹈，每个环节都得恰到好处。
微波的功率啊，烧结的时间啊，这些都得控制好。
要是微波功率太大了，就像你给小朋友喂饭喂得太快太多了，陶瓷可能会受不了，就出现一些缺陷啦。
微波介质陶瓷材料及其应用简介 高斯贝尔功田电子
εr：35， Q：30000 @ 3GHz
9
0
0
5
0
ANS5YS TRAININ1G0
五 微波介质陶瓷部分商用产品性能
εr：25±1， Qf>150000GHZ，τf =0 ± 5ppm/ ℃，（用于卫星通讯 ）。
εr： 45± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介
微波介质陶瓷成为质近陶年瓷 来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需
ANSYS TRAINING
微波介质一陶微瓷波材介料质在陶微瓷波概通述信、雷 达、移1.动1 通微信波、介移质动电话基站（由其4G、 5G）,卫陶瓷星应广用播通讯及全球卫星定位导 航系统中有着不可替代的重要作用 。
微波介质陶瓷材料及其应用简介
高斯贝尔功田电子陶瓷研发部 陈功田
2018.08.20
ANSYS TRAINING
微波陶
一 微波介质陶瓷概述
瓷
微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz～3000GHz）电路中作 为
介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。微波介质陶瓷是一种新型高 技术无机材料，在电子电路等方面有十分重要的作用,在军用及民用领域 有广泛的应用.其主要应用于微波谐振器、滤波器与振荡器，微波电路中 的绝缘基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr： 35± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr：82，Qf>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃，(用于移动GPS)；
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷讲解
5
5
5.5 微波介质陶瓷
实现微波设备的小型化、高稳定性和廉价的途径是微波电
路的集成化。由于金属谐振腔和金属波导体积和重量过大，
大大限制了微波集成电路的发展，而微波介质陶瓷制作的
谐振器与微波管、微带线等构成的微波混合集成电路，可
使器件尺寸达到毫米量级。这就使微波陶瓷成为实现微波 控制功能的基础和关键材料。它的应用大致分为两个方面. 从而对性能也有两种不同要求: 一种是用于介质谐振器(dielectric resonator )DR的功能 陶瓷，其中用于包括带通(阻）滤波器(filters )、分频器、 耿氏二极管、双工器和多工器、调制解调器(modem）等 固体振荡器(oscillators)中的稳倾元件;
P.R.China: 6 companys mainly
浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任 公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电 子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、 张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子 股份有限公司
11
11
1.4.5 微波介质陶瓷
最简单的电介质谐振器是一个相对介电常数为εr的陶瓷圆 柱体，其εr值很高，足以使得电介质－空气界面上反射的 电磁波仍维持在体腔内。
Avoidance Sensors Dielectric Resonator Antennas Motion Detectors
9
9
Famous company
Japan: Murata村田制作所 Germany: EPCOS(S+M) USA: Skyworks Solutions Inc. 陶瓷分部 Trans-Tech USA: Narda Microwave-West Mini-Circuits England: Morgan Electro Ceramics
微波介质陶瓷的应用
微波介质陶瓷（MWDC）是应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段，300MHz～300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向。
近年来，移动通讯、卫星通信、军用雷达、全球卫星定位系统（GPS）、蓝牙技术、无线局域网等现代通信技术得到了快速发展。
这些通信装置中使用的微波电路一般由谐振器、滤波器、振荡器、衰减器、介质天线、微波集成电路基片等元件组成，微波介质陶瓷（MWDC）是其制备的关键基础材料。
用微波介质陶瓷制作的元器件具有体积小、质量轻、性能稳定、价格便宜等优点。
目前微波陶瓷材料和器件的生产水平以日Murata公司、德EPCOS公司、美Trans-Tech公司、Narda MICROWAVE-WEST公司、英Morgan Electro Ceramics、Filtronic等公司为最高。
其产品的应用范围已在300MHz～40GHz系列化，年产值均达十亿美元以上。
国外介质陶瓷材料发展具有综合领先水平的是日本、美国等发达国家。
日本在介质陶瓷材料领域中一直以全列化、产量最大、应用领域最广、综合性能最优，占据了世界电子陶瓷市场50％的份额。
美国在电子陶瓷的技术研发方面走在世界前列，但是产业化应用落后于日本，大部分技术停留在实验室阶段。
目前，美国电子陶瓷产品约占世界市场份额的30%，居全球第二位。
目前世界电子陶瓷的市场规模达到1300亿美元左右。
未来几年需求量每年将以15～20%的速度增长，到2015年需求量将突破2100亿美元。
我国特陶企业集中分布在北京、上海、天津、江苏、山东、浙江、福建、广东等沿海城市和地区以及华中部分城市地区，西南西北等偏远地区以原军工三线企业为主。
在我国电子陶瓷行业中，股份制和三资企业具有最强的竞争力。
国内微波介质陶瓷材料及器件的生产，在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。
我国特种陶瓷产业目前主要存在产业规模小、技术创新弱、研发投入少、品牌知名度不高、工艺和装备水平低、能耗高、融资困难、无序竞争等问题，特别是企业缺乏创新能力，产业缺乏创新平台，严重制约了特种陶瓷产业由量向质的飞跃提升。
LTCC微波介电陶瓷知识介绍
概念：LTCC低温共烧陶瓷技术是于1982年由休斯公司开发的新型材料技术，它采用厚膜材料，根据预先设计的结构，将电极材料、基板、电子器件等一次性烧成，是一种用于实现高集成度、高性能电路封装技术，普遍应用于多层芯片电路模块化设计中。
工艺流程：从国内外技术的应用领域来看,主要应用于以下几个方面：一、高频无线通讯领域：基于材料具有优异的高频性能，同时还具有低成本、高集成度等特点二、航空、航天工业领域，例如，美国的空间系统制造公司，为满足通讯卫星上控制电路。
产线宽，每层个以上通孔的一组件的电路要求，选用了杜邦公司的材料技术。
三、存储器、驱动器、滤波器、传感器等电子元器件领域可以通过埋植内电容、内电感等形成三维结构，缩小电路体积，提高电性能。
日本太阳诱电公司采用插人应力释放层的方法，研制出了。
规格的片式叠层组合元件。
以LTCC技术制造片式滤波器,陶瓷材料应具备以下几个要求：①烧结温度应低于950℃②介电常数和介电损耗适当，一般要求值越大越好，谐振频率的温度系数应小③陶瓷与内电极材料等无界面反应，扩散小，相互之间共烧要匹配④粉体特性应利于浆料配制和流延成型等。
3.2L TCC技术的主要优点LTCC技术除了在成本和集成封装方面的优势外，在布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计的多样性、器件可靠性及优良的高频性能等方面都具备许多其它基板技术所没有的优点(1)LTCC技术结合了共烧技术和厚膜技术的优点，减少了昂贵、重复的烧结过程，所有电路被叠层热压并一次烧结，印制精度高，多层基板生瓷带可进行逐步检查，方便灵活，有利于生产效率的提高，降低了成本。
(2)LTCC技术可使每一层电路单独设计而不需要很高成本，能使多种电路封装在同一多层结构中，可集成数字、模拟、射频、微波及内埋置无源元件，降低了组装复杂程度。
由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件，模块尺寸减小20%~40%，系统成本更低。
采用LTCC工艺可实现无源器件的高度集成，减少了表面安装元件的数量，提高了布线密度，减少了引线连接与焊点的数目，提高了电路的可靠性。
第四章-1 微波介质陶瓷
2.2 Q值及其影响因素
品质因数Q 是微波系统能量损耗的一个度量标准。 对于微波谐振器，损耗由四种类型组成：介质损耗，导 体损耗，辐射损耗和外部损耗。介质品质因数Qd，导体 品质因数Qc，辐射品质因数Qr 分别表示为:
Qd = 2ωW1 Pd Qc = 2ωW1 Pc Qr = 2ωW1 Pr
广泛应用于移动通信、卫星通讯、军事雷达、卫星定位导航系统等军用和民用领域。
微波介质陶瓷的生产厂家及市场需求
国际厂家 目前微波介质陶瓷和器件的生产水平以下 面公司为最高
日本Murata 公司 德国EPCOS 公司 美国Trans-Tech 公司 Narda MICROWAVE-WEST 公司 英国Morgan Electro Ceramics公司
微波介质陶瓷的应用
表1 微波介质陶瓷的应用分类
陶瓷材料种类 应用领域 应用 频率稳定化振荡器 种类 1.耿式二极管 2.GaAs-FET振荡器 3.双极晶体管放大器 1.TE01δ模式介质滤波器 2.同轴介质滤波器 3.介质片状滤波器 1.圆棒、管、放条形介质线路 2.圆棒、管、放条形图像线路 1.棒形天线 2.平板天线 3.天线阵 1.单层电容(SLC) 2.多层电容(MLC)
80年代至今
已经成功地研制出 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 微波高端频率 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 （8～30GHz） BaO-Ln2O3-TiO2(Ln=Nd,Sm) 等体系，使其达到了实用阶段
微波介质陶瓷的实用器件
微波介质陶瓷的应用领域
GPS定位系统
卫星通讯
微波介质陶瓷
军事雷达
民用移动电话
QL =
f0 f (at 3dB)
在微波范围内微波介质陶瓷的Q· f 乘积基本保持不变， 因此一般情况下，用Q· f 的乘积来衡量微波介质陶瓷损 耗的大小 但是从上面的公式对比可以看出，大的Q· f 值与高介电 常数相矛盾
微波介质陶瓷材料及其应用简介_高斯贝尔功田电子
BaOR2O3TiO2系
铅基 钙钛 矿系
（A1-xBx） O3系，
如 CaTiO3
9
四 微波介质陶瓷近十多年发展路标
高介电常数 高Q值 温度稳定性
1992
εr：75~90
εr：120， Q：5000 @ 900MHz
NPO chips
εr：45， Q：16000 @ 3GHz
εr：55， Q：16000 @ 3GHz
（用于卫星通讯和移动电话基站）； εr： 35± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
（用于卫星通讯和移动电话基站）； εr：82，Qf>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃，(用于移动GPS)； εr：91 ，Qf>5000GHZ，τf <15ppm/ ℃ ，(用于移动电话 )； εr：100， Qf>3600GHZ，τf <15ppm/ ℃，（用于移动电话）； εr：120， Qf>3000GHZ，τf <20ppm/ ℃，（用于移动电话）；
27
报告完毕
Thank You
28
六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品
6.1 微波介质陶瓷材料体系性能一览表
介电常数r 品质因素Q•f (GHz) 谐振频率温度系数 说明
f(ppm/℃)
5.0±0.3
>36000
-10～0
6.7±0.5
>30000
-60～-10
温度系数可调
10 ±0.5
>60000
-60～+10
温度系数可调
20±0.7
>100000
有介电常数r、谐振品质因数Q值、谐振频率温度系数tf，这三个性能参数的综合数值决定 了微波陶瓷的应用价值。
微波介质陶瓷
报告内容
1 微波介质陶瓷的简介
微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料 （主要是300MHz～300GHz 频段波长介于0.1mm-1m的电 磁波）并完成一种或多种功能的陶瓷
2 微波介质陶瓷的应用
应用
3 微波介质陶瓷的发展史
我国微波介质陶瓷的发展
在我国直到20世纪80年代初才开始有微波介质陶瓷材料 方面的研究，20世纪90年代以来，我国开始重视研发新型 微波介质陶瓷材。 目前，随着国家越来越重视微波介质元器件的发展， 《中国制造2025》指出加快微波功能模块，微波介质陶瓷， 4G通信产业相关发展。 我国在微波介质陶瓷领域的研究水平正在逐渐接近发达 国家。研发拥有自主知识产权的微波介质陶瓷新材料及新 型微波元器件对提高我国电子信息领域的国家竞争力具有 重要的战略意义
4 微波陶瓷的展趋势
具体来说，可以从以下几个方面展开
理论上加强对微波介质极化、介质损耗机理的研究，明确微观 结构对材料微波性能的影响，以研究和开发新型的微波介质材料。 为提高Q值和εr ，可以采用新工艺和新技术。
根据性能，可以采用同种材料体系的离子复合取代或不同材料 体系的复合，提高材料的综合性能.采用低温共烧陶瓷 (LTCC)技 术降低微波介质陶瓷的烧结温度，解决微波陶瓷生产应用的困难， 促进微波陶瓷的产业化。通常以氧化物或低熔点玻璃为助烧剂， 以此来降低材料的烧结温度.
功能陶瓷--电介质陶瓷和绝缘陶瓷-中介-微波介质陶瓷概要
浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任 公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电 子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、 张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子 股份有限公司
Dielectric Filter
7
7
在微波电路中的应用主要有以下几方面： 用作微波电路的介质基片 起着电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘作用； 用作微波电路的电容器 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 用作微波电路的介质天线 起着集中吸收储存电磁波能量的作用； 用作微波电路的介质波导 起着导引电磁波沿一定方向传播的作用； 用作微波电路的介质谐振器件（最主要应用） 起着类似于一般电子线路中LC谐振电路的作用
微波谐振器的频率特征曲线
17
17
1.4.5 微波介质陶瓷
在微波频段 εr基本上为定值，不随频率而变化。 要使微波介质陶瓷具有高εr值。除需考虑微观晶相类型及 其组合外，应在工艺上保证晶粒生长充分，结构致密。
18
18
在微波频段，品质因数Q值与微波频率f有关，因此微波 介质陶瓷材料的介电损耗与品质因数则可表示为：
27
测试频率<1GHz,可用阻抗分析仪如HP4294A
28
28
1.4.5 微波介质陶瓷
Q值的测量
样品Q值可以通过测量TE011, 谐振峰的宽度计算出来。
Q fr f
相 对
△f为3dB频带宽度(BW)
辐 射
功
率
τf值的测量
f
f2 f1 f1 T2 T1
微波介质陶瓷研究报告
微波介质陶瓷研究报告微波介质陶瓷是一种应用广泛的高性能陶瓷材料，其性能优异，可广泛应用于微波电子器件、高频电子玻璃等领域。
针对微波介质陶瓷的研究报告如下：一、微波介质陶瓷的基本概念微波介质陶瓷是一种用于制作微波电子器件的陶瓷材料，主要用于制作高性能陶瓷薄膜、陶瓷电容器、微波电子器件等。
其特点是介电常数高、损耗低、温度稳定性好、化学稳定性好等。
二、微波介质陶瓷的制备方法微波介质陶瓷的制备方法主要包括干燥压制、共烧法、化学气相沉积法、反应烧结法等。
其中，干燥压制方法是最常用的一种方法，通过将陶瓷粉末进行混合、干燥后压制成型，再进行烧结得到微波介质陶瓷材料。
三、微波介质陶瓷的性能要求微波介质陶瓷的性能要求主要包括介电常数、品质因数、温度系数、热膨胀系数等。
一般来说，介电常数越高、品质因数越大、温度系数越小、热膨胀系数越小，微波介质陶瓷的性能就越优异。
四、微波介质陶瓷的应用领域微波介质陶瓷的应用领域很广，包括微波天线、微波滤波器、微波隔离器、微波振荡器、微波天线等。
其中，微波滤波器是应用最为广泛的一种器件，其主要功能是将无用信号分离出来，只将需要的信号传输到下一个电路中。
五、微波介质陶瓷的发展趋势随着微波电子技术的发展，微波介质陶瓷材料的应用领域也在不断扩展。
未来，随着5G通信、人工智能等技术的不断发展，微波介质陶瓷材料的需求量也将会持续增长。
同时，人们对微波介质陶瓷材料性能的要求也会越来越高，因此，微波介质陶瓷材料的制备方法和性能要求也将不断创新和改进。
综上所述，微波介质陶瓷是一种应用广泛的高性能陶瓷材料，其制备方法和性能要求都需要进一步研究和改进。
未来，随着微波电子技术的发展和应用越来越广泛，微波介质陶瓷材料的市场前景也将会持续看好。
-新电子陶瓷第七章-122页文档资料
微波 终 端站
微波 中 继站
微波 分 路站
微波 分 路站
微波 中 继站
微波 终 端站
数字 终 端站
数字分路 数字分路
终 端站
终 端站
数字 终 端站
交 换机
数字 终 端站
交 换机
交 换机
交 换机
用户
微波
用户
用户
终端
终 端站
终端
终端
用户 终端
微波 中 继站
微波 终 端站
数字 终 端站
交 换机
微波中继通信线路组成框图
4
5
BaTi4O9-WO2
35 50400
6
-0.5
(Sn,Zr)TiO4
38 49000
7
0
BaSm2Ti5O14
78 8000
2
21
BaNb2Ti5O14
89 4000
2
-50
Bi2O3-BaO-Nb2O3- 88 2000
2
0
TiO2
PbO-BaO-Nb2O3-TiO2 90 5200
4
3
(PbO,-Bi2O3 )-BaO- 105 2500
第七章 微波陶瓷
对普通的集中参数的电路中，电感L与 电容C并联，组成了最简单的并联谐振回 路：
回路的谐振频率f为：
f 1
2 LC
第七章 微波陶瓷
f 1
2 LC
C
L
第七章 微波陶瓷
f 1
2 LC
C
L
rc
rL
第七章 微波陶瓷
电阻会使谐振回路有损耗。
谐振回路的损耗以品质因数Q表示:。
Q
微波介电陶瓷
电子陶瓷第六章微波陶瓷1第六章微波陶瓷一微波陶瓷概述二微波陶瓷基本特征三微波陶瓷性能测试四微波陶瓷体系五微波陶瓷应用2一微波陶瓷概述1 概念微波陶瓷（介质）是指应用于微波频段（300MHz~3000GHz）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。
可以用作微波电路中的绝缘基片材料，也是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
3一微波陶瓷概述2 微波频段四个分波段：¾分米波段：λ=1m~10cm，f=300MHz~3GHz，称为特高频段UHF¾厘米波段：λ=10cm~1cm，f=3GHz ~30GHz，称为超高频段SHF¾毫米波段：λ=1cm~1mm，f=30GHz~300GHz，称为极高频段EHF¾亚毫米波段：λ=1mm~0.1mm，f=300GHz~3000GHz称为极超高频段SEHF5一微波陶瓷概念2 微波特点¾微波的波长很短、方向性极强，很适合于雷达等用来发现和跟踪目标¾微波的频率高、信息容量大，在其300MHz~ 3000GHz范围内所包含的可使用波段数是0~300MHz 的长、中、短波范围内所包含的可使用波段的1000倍，有利于用来进行微波通讯¾微波能穿透高温的电离层，特别适用于卫星通讯610二微波陶瓷基本特征2) 品质因数Q在微波频率下，介质损耗tan δ要小，或者品质因数Q 要高(1/ tan δ)。
一般要求tan δ<10-4，Q >1000。
高Q 有利于获得良好的滤波特性及通讯质量。
14二微波陶瓷基本特征¾经验规律：εr 、Q 及τf 具有下列的经验规律：ln εr =x 1ln εr1+x 2ln εr2(1) 1/Q =x 1/Q 1+x 2/Q 2(2)τf =x 1τf1+x 2τf2(3)以上三式表明：微波介质陶瓷体系若有多相存在时，它的εr 、Q 及τf 为各相值之和，其中x 1、x 2分别为各相的体积分数。
微波陶瓷材料
微波陶瓷材料
微波陶瓷材料是一种具有优异性能的新型陶瓷材料，具有优良的微波透射性能、高温稳定性和化学稳定性。
它在微波通信、微波加热、微波干燥等领域有着广泛的应用。
首先，微波陶瓷材料具有优异的微波透射性能。
微波是一种电磁波，具有较短
的波长和高频率，能够穿透一些传统材料无法穿透的物质。
而微波陶瓷材料由于其特殊的晶体结构和化学成分，能够有效地透射微波，使得其在微波通信和雷达系统中有着重要的应用。
其次，微波陶瓷材料具有高温稳定性。
在高温环境下，一些传统材料容易发生
热膨胀、热震裂等问题，而微波陶瓷材料由于其晶格结构的稳定性和化学成分的稳定性，能够在高温环境下保持结构的稳定，不易发生变形和破裂，因此在高温设备和高温工艺中有着广泛的应用。
此外，微波陶瓷材料还具有优异的化学稳定性。
在一些腐蚀性较强的化学介质中，一些金属材料和塑料材料容易受到腐蚀和损坏，而微波陶瓷材料由于其化学成分的稳定性和晶体结构的 compo性，能够有效地抵抗化学腐蚀，因此在化工设备
和化学实验室中有着重要的应用。
总的来说，微波陶瓷材料具有微波透射性能、高温稳定性和化学稳定性等优异
性能，因此在微波通信、高温设备、化工设备等领域有着广泛的应用前景。
未来随着科学技术的不断发展，相信微波陶瓷材料将会有更多的创新和应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
微波介电陶瓷
微波介电陶瓷小朋友们，今天我们来认识一种超级神奇的东西——微波介电陶瓷。
你们知道微波炉吧？它可以很快地把食物加热。
那你们有没有想过，是什么让微波炉有这么厉害的功能呢？这其中就有微波介电陶瓷的功劳哦。
微波介电陶瓷从外表上看，可能就是一块看起来普普通通的陶瓷块，但它可有着很特别的本领呢。
它有一种很神奇的特性，就是能够和微波“交流”。
微波就像我们看不见的小精灵，在空气中跑来跑去。
微波介电陶瓷能够很好地接收微波，并且和微波一起做游戏。
当微波进入到微波介电陶瓷里面的时候，它会让微波发生一些奇妙的变化。
就好像我们把小皮球扔到一个有弹性的墙壁上，小皮球会弹来弹去一样。
微波在微波介电陶瓷里也会不断地反弹、传递能量。
这种陶瓷有一个很重要的本领就是能够储存能量。
它可以把微波带来的能量暂时存起来，然后再慢慢释放出去。
比如说，就像小松鼠储存松果过冬一样，微波介电陶瓷把能量存起来，等到我们需要的时候再用。
在一些通信设备里，它能帮助信号更好地传播。
信号就像一个个小信使，微波介电陶瓷可以让这些小信使跑得更快、更远，而且不会迷路。
它还有一个很棒的特点就是稳定性好。
不管是很冷的冬天还是很热的夏天，它都能正常工作。
不会因为天气冷了就偷懒，也不会因为天气热了就发脾气不好好干活。
而且它很坚固，不像有些东西轻轻一碰就坏了。
微波介电陶瓷在我们生活中的用处可多啦。
除了在微波炉里发挥作用，在手机里也有它的身影哦。
它可以帮助手机更好地接收信号，这样我们和爸爸妈妈打电话或者上网看动画片的时候，就不会出现信号不好、卡顿的情况啦。
在卫星通信里，它也起着很重要的作用呢。
卫星在高高的天上，微波介电陶瓷帮助卫星把信息传送到地球上各个地方，让我们能看到电视节目、听到广播。
科学家们一直在努力研究微波介电陶瓷，想让它变得更厉害。
他们尝试用不同的材料来制作它，让它的性能越来越好。
说不定以后，微波介电陶瓷会帮助我们实现更多神奇的事情，比如让我们能更快地下载喜欢的游戏，或者能和在很远地方的朋友进行超级清晰的视频通话。
陶瓷PPT
Ln
La
εr
106.5
Q·/GHz f
1161 6611 10010 10549
Τf/PPm•℃﹣1 +297 +150 +47 -12.9
x
Pr Nd
92
78 81
2/3
Sm
二 BLT系微波介质陶瓷的主要性能参数
介电常数εr 是表征微 观极化能 力的宏观量
谐振频率温度 系数τf表征的 是某一种谐振 模式下谐振频 率的温度特性
3
近年来湿化学法作为一种先进的制备方法 已经广泛应用于微波介质陶瓷的制备中,但 制备过程中工艺还不是很成熟
展望
1
从结构出发证明离子取代的具体位置,研究 结构和性能的关系,为新型微波介质陶瓷的 研究开发提供理论指导。 进一步提高介电常数。虽然BLT 系微波介质陶 瓷的介电常数已经很大,但是介电常数的提高将进 一步促进器件的小型化, 提高介电常数仍是目 前研究的主要方向之一。
BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质 陶瓷的研究进展
学生：刘欢 学号：11S025028
LOGO
目录
1
2 3
微波介质陶瓷简介
BLT系陶瓷的主要性参数及影响因素 BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质陶瓷的改性研究
4
存在的问题及展望
一 微波介质陶瓷
1.定义 微波介质陶瓷（MWDC）是指应用于微波频段（ 主要是UHF、SHF频段）电路中作为介质材料并 完成一种或多种功能的陶瓷，它是制造微波介质 滤波器、谐振器、介质天线及介质波导的关键材 料。 2. 分类 微波介质陶瓷包括钙钛矿、类钙钛矿、复合钙钛 矿、钛铁矿以及其它的体系, 其中具有钨青铜结 构的类钙钛矿BLT具有高的介电常数,品质因数高 、谐振频率温度系数近零,因而被广泛研究并应用 于实际的生产中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
渐升高；低频下，弛豫 温度约为70K，GHz下 弛豫温度升为200多K； 若频率再升高，弛豫温 度可能升至常温 添加替代无法消除介电 弛豫，对弛豫温度的移 动效果也不明显
•
β 相介电性能
• 介电常数60左右，损耗10-4量级，温度系数
在100ppm/℃左右，烧结温度950℃以下。
过添加某种氧化物来调节使其接近零 • 烧结温度大多在 1250℃以上，要求用高钯 （熔点1552℃）做共烧电极材料。 • 结论：低烧微波介质材料的研发迫在眉睫
低温烧结的机制
低温烧结是一种以助烧剂作为过渡液 相的烧结方法。由于烧结时助烧剂产生的 液相改善了纯固相烧结时的烧结环境，从 而大大降低了烧结温度。
微波器件对介质材料的基本要求
• 高介电常数 • 高品质因素（即小损耗） • 零频率温度系数 • 其他特殊要求：有时还要考虑材料的机
械特性、物理化学特性以及导热系数、 绝缘电阻和相对密度等因素
高介电常数εr
• 根据电磁场理论，谐振腔高度L与谐振频率f和介
电常数ε r的关系如下(c为光速)：
L
c 4f
我国Bi基微波陶瓷的研究现状
• 西安交通大学，电子材料研究所 • 同济大学，功能材料研究所 • 浙江大学，陈湘明教授 • 上海硅酸盐研究所
低烧结温度的材料体系
• Pb系钙钛矿型化合物：较高的介电常数和Q
值，近零τf值。可通过替代、掺杂等方式使 烧结温度进一步降低。但会对环境造成一 定程度的破坏 • Bi基系列微波介质陶瓷
Bi基系列微波介质陶瓷
• Bi203-Nb2O5二元体系 • Bi2O3-ZnO-Nb2O5三元体系 • Bi2O3-ZnO-Ta2O5三元体系
介质谐振器的工作模式
a TE01δ模
b TEM模
C
带状谐振器
几个概念
• 介电常数：表征相同体积介质电容大小的物理量。 • • •
真空介电常数ε0、绝对介电常数ε，相对介电常数 εr 介质损耗角正切tgδ：简称损耗，介质的有功功率 与无功功率的比值，即表征介质阻性大小的物理 量 品质因素Q值：与损耗互为倒数 温度系数：表征物理量随温度的稳定性，物理量 随温度的相对变化率。电容温度系数（介电常数 温度系数）、损耗温度系数
Bi203-Nb2O5（BiNbO4 ）体系
• 1992年日本首次报道片式多层微波谐振器件和滤波 •
器材料使用BiNbO4基材料。90年代中期引起了国外 一些材料研究者的注意，对其展开了广泛的研究。 近二十年的研究，已经对其结构有了清楚的认识， 并且通过多种低熔点金属氧化物或固溶体的添加， 达到了进一步降低烧结温度、调节温度系数、改善 介电特性等目的。 介电常数在50~70之间，损耗10-3量级，温度系数为 较大的正值，烧结温度在1000℃以下。 二元系统是相结构非常复杂的系统，相结构较多、 稳定性不高，相结构随组分、温度的变化比较大。
• 介质的谐振频率在一定温度范围内不随温
度的改变而改变 • 实现谐振器件高稳定性和高可靠性的要求 • 通常要求频率温度系数 τf达10-5/℃(即ppm/ ℃)数量级
片式元件对介质材料的特殊要求
• 多层片式元器件是实现微波电路集成化和小型化
的重要途径
• 采用微波介质材料与高电导率的金属电极共烧的
方式，要求介质材料的烧结温度低于电极熔点
BZN研究工作进展
目前对 BZN 三元体系中焦绿石的结构、 相变及介电性能，立方相和正交相的关系 及Bi离子对立方相变所起的作用已经有了较 深的研究，初步定出了两相的晶格原子排 布和晶格常数；但对于立方相的介电弛豫 现象的机理仍然没有定论。对于BZN体系的 添加改性工作也处于进行中，并取得了一 些成效。
基于TiO2的材料
• BaO-TiO2系列 • BaO-Ln2O3-TiO2系列 • A(B1/3′B2/3“)O3系列 • CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列 • (Zr,Sn)TiO4系列
TiO2基材料的特性
• 复晶介电常数约100 • Q值基本满足要求 • 频率温度系数约为1000ppm/℃，但可以通
微波材料概述
报告人：康利平
何谓微波材料
• 应用于微波频段用来进行微波传输的材料 • 微波：米波到亚毫米波（波长范围：
1m~0.1mm，频率范围：300MHz～ 3000GHz ），位于超短波和红外波之间。 按照波长可划分为分米波段、厘米波段、 毫米波段和亚毫米波段；按照频率可对应 划分为甚高频段、超高频段和极高频段。
我国对微波介质材料的研究
• 始于 80 年代初，从无到有，得到了长足的
发展 • 我国在BZN低烧微波介质陶瓷材料的工艺、 材料介电性能改良以及微观机理的研究上 始终处于世界前列
两类已商业化的产品
• 一 类 是 BSSZ(BaO+SrO+SiO2+ZrO2) 和
CZG(CaZrO3+玻璃)材料 • 烧结温度都在 1000℃以下，温度系数和介 电损耗也能够满足制作器件的要求 • 介电常数过低，只有 10 ～ 25 ，不利于器件 的小型化 • 另一类：基于TiO2的材料
•
•
Bi2O3-ZnO-Nb2O5（BZN）体系
70年代由我国材料工作者独立研制开发。 90年代开始，在西安交通大学姚熹以及贝尔 实验室的 H.C.Ling 等众多科学家的系列研究 下，对其结构和性能渐有了一定的了解。多 数 BZN 材料具有焦绿石型结构，有两种典型 相：立方相即 α -BZN 和正交相即 β -BZN （近 期文献称单斜类钙钛矿结构）。
微波信号的特点
• 基本特点：频率高，波长短 • 频带宽，信息容量大，穿透能力强——通讯 • 波长很短，容易定向发射——雷达 • 某些介质对微波有很强的穿透和吸收能力 —
—微波医学治疗，微波探伤，微波吸收材料 和发热体
• 微波设备的数字化——通信的保密性
微波技术发展动向
• 移动通讯技术的发展促进微波技术向微电
子方向发展，呈现了很多新特点： • 进入毫米波段 • 微波固态器件走向小型化 • 微波技术与光波技术相结合
市场对微波器件的要求
• 高性能，高可靠性，高机动性，体积小，
重量轻
实现途径
• 微波电路混合集成和表面贴装技术(SMT)
谐振器
• 微波电路的重要部分——选频谐振 • 谐振器的工作原理：将高频电磁波引
Bi2O3-ZnO-Ta2O5（BZT）体系
BZT可以看作是Ta元素完全替代BZN中 的Nb元素形成的化合物。BZT仍旧保持单 纯的焦绿石结构，而且各方面介电性能优 于BZN。介电常数70～90，损耗10-4或更低， 温度系数也更低；但是烧结温度大约比BZN 高100℃，进一步降低其烧结温度是目前的 首要任务。对BZT的研究也正进行的如火如 荼。
低温烧结的方法
• 氧化物或低熔点玻璃的掺加 ——应用最广泛、最 •
• •
经济，但是温度降低的幅度并不大，同时它们还 会对材料的微波介电性能带来不同程度的损坏 化学合成方法 —— 需要复杂的处理步骤，会大大 增加微波介质元器件的生产成本和时间 降低原始颗粒大小——增加成本，效果也不明显 选用低烧结温度的材料体系
入电介质（或金属腔）中，电磁波在 电介质（或金属面）与自由空间的界 面不断反射，形成驻波产生振荡
介质谐振器与金属谐振腔的比较
• 金属谐振腔和金属波导（空腔谐振器）
体积和重量过大——逐渐被淘汰 • 微波介质谐振器便于集成——被广泛 研究和应用 • 微波介质陶瓷制作的谐振器与微波管、 微带线等构成的微波混合集成电路， 可使器件尺寸达到毫米量级
• 从经济性和环境保护角度考虑，使用贱金属Ag或
Cu等作为电极材料最为理想
• Ag和Cu的熔点较低（分别为962℃和1083℃），
要求低温烧结的微波介质陶瓷
微波介质陶瓷的发展与研究现状
• 1939年，第一次将介质材料应用于微波电路 • 60年代，开始对微波介质材料的特性进行较
广泛的研究 • 60年代末期，利用TiO2陶瓷设计出微波滤波 器，但由于其频率温度系数高达 450ppm/℃ 而未能使之实用化 • 70年代，开始了大规模的对介质陶瓷材料的 研究工作
r
• 若谐振频率固定，谐振器的大小与εr成反比。
• 金属谐振腔：空气εr≈1• 一般要求介质来自料的介电常数在20～100之间。
高品质因数Q值
• 提高谐振频率的频率控制精度 • 抑止回路中的噪声 • 减少发热 • 一般要求介质材料的损耗角正切tgδ小于104，即Q值大于10000（无损Q值）
零频率温度系数τf
BZN研究工作进展——α相
• 典型配方Bi1.5ZnNb1.5O7 • 低频（1MHz）介电性能良好：εr≈145，
τf≈-400ppm/℃，损耗小于6×10-4；介电 性能以及组分配比可在较大的范围内进行 调整并保持原有相结构 • 因为低频介电弛豫的存在，微波介电性能 很差 • 介电弛豫
α相的介电弛豫