介质滤波器之一
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在上世纪90年代初期，用于基站和手机的介质材料开始发生分裂。
基站需要的是高Q 值的介质材料。通常，Q值在40 000<Q×f0<250 000, 材料的相对介电常数50<εr<25。
与基站用介质材料不同的是手机用介质材料被小型化主导。材料
的介电常数达到 70<εr<120。这时，决定谐振器Q值的主要因素 不是介质材料而是金属化。现在，在手机领域射频滤波器主要使 用的是声表面波 (SAW)和体声波 (BAW) 器件。它的体积更小。
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
表一，列出了几
种基站滤波器使 用的高介电常数 材料。仅有的例 外是 Ba4Nd9.33Ti18O54 (BNT)-基系列材
料早期被用于数字电视接收系统。目前在基站谐振器市场占主导的 是 CaTiO3–NdAlO3 (CTNA)和 ZrTiO4–ZnNb2O6 (ZTZN)-基系列材 料。近年来发展起来的Ba(Co,Zn)1/3Nb2/3O3 (BCZN)-基系列材料以 其低廉的价格正在逐步取代价格昂贵的BaZn1/3Ta2/3O3 (BZT)-基系 列材料。
在未来5年之内，介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大的
份额。因此，重视基站用介质滤波器技术的发展，掌握基站用 滤波器设计与制作技术是非常重要的。
什么是高介电常数微波介质材料？
高介电常数微波介质材料实质上是一种陶瓷材料。在国外，
七十年代以前被称为特种陶瓷。早在1939年 R.D.Rechtmeyer就做出了介质谐振器。开始，主要使用金 红石（TiO2）陶瓷制作介质滤波器。但是， TiO2的温漂很大 达到500PPm/Co。用这种材料制作的滤波器在X波段温漂可 达到4MHz/Co。这对微波介质材料的使用有很大的限制。在 80年代，微波介质材料的生产技术有了很大的发展。出现了 多种新型微波陶瓷材料，特别是钡-钽系陶瓷材料的出现， 使微波介质陶瓷进入了实用阶段。这种陶瓷材料的介电常数 可以达到35，温漂小于2PPm/Co。Q值达到15000。用这种 陶瓷材料制成的介质谐振器温度稳定性可以达到殷钢腔体的 水平。此后，微波陶瓷材料才进入实际使用阶段。在卫星通 讯、雷达和蜂窝电话系统中得到广泛使用。
德国 EPCOS(S+M) 公司部分产品性能
εr = 21@7 GHz Q>7 200 ，
镁-钙系列陶瓷（MgTiO3 -CaTiO3）， εr =38@7 GHz Q>6 300 ， 锆-锡系列陶瓷（(Zr, Sn)TiO Zr ）， εr =29@10 GHz Q>9 500 ， 钡系陶瓷（Ba (Zr, Zn, Za)O3 ）， εr = 88@2.3 GHz Q>2 300 ， BaO-PbO-Nd2O3-TiO2.
微波介质材料最近十多年发展的路标
国外微波陶瓷材料的主要生产厂商
目前，微波陶瓷材料和器件生产水平比较高
的公司有：
日本 Murata 公司
德国 EPCOS(S+M) 公司
美国 Trans Tech 公司 英国 Morgan Electro Ceramics 公司 等。
日本 Murata 公司部分产品性能
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
在手机技术发展的初期，殷钢空气填充谐振腔被用于基站和手持系统
的谐振器和滤波器。这些谐振器和滤波器体积大又笨重。在1980前后，
用(Mg,Ca)TiO3, ZrTiO4, 和 BaTi4O9 制作的第一代介质谐振器开始
取代基站系统中使用的空气填充的谐振器和滤波器。
序言
在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高。同时，价格也不断降 低。所以，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于
通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域，同轴谐振腔
滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。2004年， Raafat R. Mansour在IEEE Microwave Magazine上撰文预测，
美国 Trans Tech 公司部分产品性能
εr = 29.0～30.7 @ 2 GHz Q>50 000，
εr = 34.6～36.7 @ 2 GHz Q>35 000， εr = 44.7～46.2 @ 4.36 GHz Q>9 500 ，
微波介质材料的主要特性
介质材料的三要素：
1、介电常数 2、温度系数 f
wenku.baidu.com
r
手机用：
基站用： 20 r 50
75 r 90
f (
2
L )
L
介电常数的温度系数 介质材料的线膨胀系数
3、损耗或品质因数Q
Q 30,000@1GHz 40,000GHz Q f0 250,000GHz
1 tan Q
基站用介质滤波器对介质材料的要求
高介电常数，介电常数越大，谐振器的体积就可以做
小。通常要求介电常数大于30为佳。 高Q值，一般Q值大于3000以上。 低温漂，温度系数小振荡频率比较稳定。一般要求 20 ppm / C o 为宜。
目前一些常用高介电常数微波介质材料的特性
εr =27~29 29，10 GHz 10 GHz，Q>15000 15000；
εr =24~25 25，10 GHz 10 GHz，Q>20 000 000； εr =23~24 24，10 GHz 10 GHz，Q>35 000 000； εr =6 6．4±0．6，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000： εr =21.4 21.4±1，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000； εr =92 92±1，1 GHz 1 GHz，Q>550 。
εr=36~40 =40，7GHz 7GHz，Q>6 000 000；
εr =37~40 40，7 GHz 7 GHz，Q>7 000 000；
εr =33 33～36 36，10 GHz 10 GHz，Q>10 000 000； εr =29~31 31，l0 GHz GHz，Q>12000 12000；
基站需要的是高Q 值的介质材料。通常，Q值在40 000<Q×f0<250 000, 材料的相对介电常数50<εr<25。
与基站用介质材料不同的是手机用介质材料被小型化主导。材料
的介电常数达到 70<εr<120。这时，决定谐振器Q值的主要因素 不是介质材料而是金属化。现在，在手机领域射频滤波器主要使 用的是声表面波 (SAW)和体声波 (BAW) 器件。它的体积更小。
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
表一，列出了几
种基站滤波器使 用的高介电常数 材料。仅有的例 外是 Ba4Nd9.33Ti18O54 (BNT)-基系列材
料早期被用于数字电视接收系统。目前在基站谐振器市场占主导的 是 CaTiO3–NdAlO3 (CTNA)和 ZrTiO4–ZnNb2O6 (ZTZN)-基系列材 料。近年来发展起来的Ba(Co,Zn)1/3Nb2/3O3 (BCZN)-基系列材料以 其低廉的价格正在逐步取代价格昂贵的BaZn1/3Ta2/3O3 (BZT)-基系 列材料。
在未来5年之内，介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大的
份额。因此，重视基站用介质滤波器技术的发展，掌握基站用 滤波器设计与制作技术是非常重要的。
什么是高介电常数微波介质材料？
高介电常数微波介质材料实质上是一种陶瓷材料。在国外，
七十年代以前被称为特种陶瓷。早在1939年 R.D.Rechtmeyer就做出了介质谐振器。开始，主要使用金 红石（TiO2）陶瓷制作介质滤波器。但是， TiO2的温漂很大 达到500PPm/Co。用这种材料制作的滤波器在X波段温漂可 达到4MHz/Co。这对微波介质材料的使用有很大的限制。在 80年代，微波介质材料的生产技术有了很大的发展。出现了 多种新型微波陶瓷材料，特别是钡-钽系陶瓷材料的出现， 使微波介质陶瓷进入了实用阶段。这种陶瓷材料的介电常数 可以达到35，温漂小于2PPm/Co。Q值达到15000。用这种 陶瓷材料制成的介质谐振器温度稳定性可以达到殷钢腔体的 水平。此后，微波陶瓷材料才进入实际使用阶段。在卫星通 讯、雷达和蜂窝电话系统中得到广泛使用。
德国 EPCOS(S+M) 公司部分产品性能
εr = 21@7 GHz Q>7 200 ，
镁-钙系列陶瓷（MgTiO3 -CaTiO3）， εr =38@7 GHz Q>6 300 ， 锆-锡系列陶瓷（(Zr, Sn)TiO Zr ）， εr =29@10 GHz Q>9 500 ， 钡系陶瓷（Ba (Zr, Zn, Za)O3 ）， εr = 88@2.3 GHz Q>2 300 ， BaO-PbO-Nd2O3-TiO2.
微波介质材料最近十多年发展的路标
国外微波陶瓷材料的主要生产厂商
目前，微波陶瓷材料和器件生产水平比较高
的公司有：
日本 Murata 公司
德国 EPCOS(S+M) 公司
美国 Trans Tech 公司 英国 Morgan Electro Ceramics 公司 等。
日本 Murata 公司部分产品性能
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
在手机技术发展的初期，殷钢空气填充谐振腔被用于基站和手持系统
的谐振器和滤波器。这些谐振器和滤波器体积大又笨重。在1980前后，
用(Mg,Ca)TiO3, ZrTiO4, 和 BaTi4O9 制作的第一代介质谐振器开始
取代基站系统中使用的空气填充的谐振器和滤波器。
序言
在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高。同时，价格也不断降 低。所以，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于
通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域，同轴谐振腔
滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。2004年， Raafat R. Mansour在IEEE Microwave Magazine上撰文预测，
美国 Trans Tech 公司部分产品性能
εr = 29.0～30.7 @ 2 GHz Q>50 000，
εr = 34.6～36.7 @ 2 GHz Q>35 000， εr = 44.7～46.2 @ 4.36 GHz Q>9 500 ，
微波介质材料的主要特性
介质材料的三要素：
1、介电常数 2、温度系数 f
wenku.baidu.com
r
手机用：
基站用： 20 r 50
75 r 90
f (
2
L )
L
介电常数的温度系数 介质材料的线膨胀系数
3、损耗或品质因数Q
Q 30,000@1GHz 40,000GHz Q f0 250,000GHz
1 tan Q
基站用介质滤波器对介质材料的要求
高介电常数，介电常数越大，谐振器的体积就可以做
小。通常要求介电常数大于30为佳。 高Q值，一般Q值大于3000以上。 低温漂，温度系数小振荡频率比较稳定。一般要求 20 ppm / C o 为宜。
目前一些常用高介电常数微波介质材料的特性
εr =27~29 29，10 GHz 10 GHz，Q>15000 15000；
εr =24~25 25，10 GHz 10 GHz，Q>20 000 000； εr =23~24 24，10 GHz 10 GHz，Q>35 000 000； εr =6 6．4±0．6，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000： εr =21.4 21.4±1，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000； εr =92 92±1，1 GHz 1 GHz，Q>550 。
εr=36~40 =40，7GHz 7GHz，Q>6 000 000；
εr =37~40 40，7 GHz 7 GHz，Q>7 000 000；
εr =33 33～36 36，10 GHz 10 GHz，Q>10 000 000； εr =29~31 31，l0 GHz GHz，Q>12000 12000；