1、ANSYS TRAINING微波介质陶瓷材料及其应用简介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高斯贝尔功田电子陶瓷研发部 陈功田陈功田20182018. .0808. .2020ANSYS TRAINING微波陶微波陶瓷瓷 微波介质陶瓷是指应用于微波频段（微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz3000GHz）电路）电路中作为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,在军用及民用领域在军用及民用领
2、域有广泛的应用有广泛的应用.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。的绝缘基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。一一 微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷成为近年来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需微波介质陶瓷成为近年来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需求。求。MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波微波介质陶瓷介质陶瓷ANSYS TRAINING3微波介质陶瓷材料在微波通信、微波介质陶瓷材料在微波通信、雷达、移动通信、移动电话基站
3、雷达、移动通信、移动电话基站（由其（由其4G、5G）,卫星广播通讯及全球卫星定位卫星广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导航系统中有着不可替代的重要作用。用。1.1 微波介微波介质陶瓷应用质陶瓷应用一一 微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷概述ANSYS TRAINING介质滤波器、双工器介质天线陶瓷电容器微波传输线等介质基片、覆铜基板介质谐振器介质波导一一 微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷应用1.2 微波介质陶瓷微波介质陶瓷应用元器件应用元器件ANSYS TRAINING一一 微波介质陶瓷概述微波介质陶瓷概述上上游游中中游游下下游游化工原料：化工原料：二 氧 钛二 氧 钛
4、 T i O 2 、 氧 化 锆、 氧 化 锆ZrO2、氧化铝、氧化铝AlO3、碳酸、碳酸钙钙 C a C O 3 、 碳 酸 钡、 碳 酸 钡BaCO3能源：能源：电力、电力、天然气天然气微 波 介 质微 波 介 质陶瓷粉体材陶瓷粉体材料料微波介质陶元器件：谐振器微波介质陶元器件：谐振器、滤波器、电路基片、陶瓷天、滤波器、电路基片、陶瓷天线线移移动动通通信信卫卫星星通通信信航航空 航空 航天天电电子、子、汽汽车车军军事、事、工工业业新新能源能源1.3 微波介质陶瓷微波介质陶瓷产业链产业链ANSYS TRAINING6二二 微波介质陶瓷的三个关键参数微波介质陶瓷的三个关键参数 微波介质陶瓷作为
5、一类电介质材料，以电极化的方式响应电场的作用，其关键性能微波介质陶瓷作为一类电介质材料，以电极化的方式响应电场的作用，其关键性能参数有介电常数参数有介电常数 r、谐振品质因数、谐振品质因数Q值、谐振频率温度系数值、谐振频率温度系数tf，这三个性能参数的综合数值，这三个性能参数的综合数值决定了微波陶瓷的应用价值。决定了微波陶瓷的应用价值。 14rL r=21,f0=1.575GHz r=125,f0=1.575GHz r=40,f0=1.575GHz2.1 介电常数介电常数 r高的介电常数，以利于器件的小型化、集成高的介电常数，以利于器件的小型化、集成化化ANSYS TRAINING72.2 品
6、质因数品质因数Q值值 微波介质陶瓷材料在使用时追求的是低介质损耗微波介质陶瓷材料在使用时追求的是低介质损耗tantan，即高的品质因数，即高的品质因数Q(Q(Q1/ tanQ1/ tan) )，它可以高到，它可以高到1010，000000以上，共振频率的频带宽度和以上，共振频率的频带宽度和Q Q值成反比值成反比，所以愈高的，所以愈高的Q Q值其频宽越窄。值其频宽越窄。为获得低损耗、高为获得低损耗、高Q Q 值的微波介质陶瓷，必须尽可能地使用高纯原料，并尽力值的微波介质陶瓷，必须尽可能地使用高纯原料，并尽力控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷。控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分
7、布的陶瓷。 高的品质因数，以保证优良的选频特性，实现成本高的品质因数，以保证优良的选频特性，实现成本低低)3dBat (0ffQL二二 微波介质陶瓷的三个关键参数微波介质陶瓷的三个关键参数ANSYS TRAINING82.3 谐振频率温谐振频率温度系数度系数f 通信器件的工作环境温度是不断变化的，从而影响设备的使用性能。这就要求材通信器件的工作环境温度是不断变化的，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的变化太大，通信使用要求接近零的谐振频率温度系数。料的谐振频率不能随温度的变化太大，通信使用要求接近零的谐振频率温度系数。fffTfT：温度变化量：温度变化量：共振频率改变：共
8、振频率改变量量二二 微波介质陶瓷的三个关键参数微波介质陶瓷的三个关键参数尽可能小的温漂系数尽可能小的温漂系数,以确保频率高度稳定性、可靠以确保频率高度稳定性、可靠性性温度特性最好的殷钢温度特性最好的殷钢微波介质陶瓷微波介质陶瓷ANSYS TRAINING9三三 微波介质陶瓷分类微波介质陶瓷分类微波介质微波介质陶瓷陶瓷高介高介电常数电常数r80BaO-R2O3-TiO2系系CaO-Li2O-R2O3-TiO2系系铅铅基钙基钙钛矿钛矿系系（A1-xBx）O3系，系，如如CaTiO3中介中介电常数电常数r80（Zr,Sn）TiO4系系BaO-TiO2系系低介低介电常数电常数r30MgTiO3系系Al
9、2O3系系AB2O6系系AWO4系系A（B1/3C2/3）O3系系R2Ba(Cu1-xAx)O5系系A=Ca,Ba,Sr;B=Mg,Zn,Ni;C=Nb,TaA=Ca,Mg,Mn,Co,Ni,Zn;B=Nb,TaR=Y,Sm,Nd,Yb等等;A=Mg,Zn,Ni;CaTiO3-LnAlO3系系基站用：基站用：20r50手机用：手机用：75r90毫米波用：毫米波用：10r20小型贴片天线用：小型贴片天线用：90r150000GHZ，f =0 5ppm/ ，（用于，（用于卫星通讯）。卫星通讯）。r： 45 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于卫星通讯和移（用于卫星通讯和移
10、动电话基站）；动电话基站）； r： 35 1， Qf80000GHZ, f =0 5ppm/ ， （用于卫星通讯和移（用于卫星通讯和移动电话基站）；动电话基站）； r：82，Qf8000GH Z ，f=05ppm/，(用于移动用于移动GPS)； r：91 ，Qf5000GHZ，f 3600GHZ，f 3000GHZ，f 3600036000-10-100GT7GT76.76.70.53000030000-60-60-10温度系数可调温度系数可调GT10GT1010 10 0.56000060000-60-60+10温度系数可调温度系数可调GT20GT2020200.71000001000000
11、 05温度系数可调温度系数可调GT25GT25252511000001000000 05GT35GT353535160000600000 05GT38GT383838145000450000 05温度系数可调温度系数可调GT45GT454545245000450000 010温度系数可调温度系数可调GT55GT55* *5555235000350001025000250001020000200001080008000106000600020300030002025002500202000200030180018003012001200303010GT245GT245* *24524551000
12、1000303010ANSYS TRAINING146.2 介质谐振器介质谐振器 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品介质振荡器介质振荡器介质谐振器，振荡器为微波介质谐振器，振荡器为微波电子设备提供稳定的频率参考电子设备提供稳定的频率参考源。源。 ANSYS TRAINING156.2 介质谐振器介质谐振器(L波段）波段） 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品 频率范围：0.8 4GHz 使用环境温度：-40 80 介电常数：40 120 Q值：100022000 典型代表产品参数见下表L波段介质谐振器ANSYS TRAINING166.2 介质谐振器（介质
13、谐振器（C/Ku波段）波段） 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品 315GHz 使用环境温度：-40 80 介电常数：20 50 Q值5000 谐振频率温度系数： 05PPm/ 性能稳定、可靠C/Ku波段介质谐振器ANSYS TRAINING176.2 介质谐振器（介质谐振器（Ka） 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品Ka波段介质谐振器 1540GHz，70GHz防撞雷达本振 使用环境温度：-40 80 介电常数：6 20 Q值1500 谐振频率温度系数： 010PPm/ 性能稳定、可靠ANSYS TRAINING186.3 通信基站谐振通信基站谐振滤波
14、器滤波器 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品介质腔体滤波介质腔体滤波器器通信谐振器TE模谐振器TM模谐振器ANSYS TRAINING196.3 通信基站谐振通信基站谐振滤波器滤波器 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品典型代表产品参数表NO型号频率介质介电常数支撑介电常数Q值谐振频率温度系数1TM-G-DR185018505M3719.81500003PPM/2TE-G-DR275027505M4519.81700003PPM/3TE-G-DR8978978M4519.812200003PPM/4TE-G-DR214021408M4519.8114000
15、03PPM/5TE-G-DR263026307M4519.811000003PPM/ANSYS TRAINING206.3 通信基站谐振通信基站谐振滤波器滤波器 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品全介质滤波器介质腔体滤波器金属腔体滤波器在介质腔体滤波器还在更新换代金属腔体滤波器的同时，全新理念的全介质滤波器开始诞生。新技术使基站滤波器极大的简化了单个繁琐的调试，向实现大批量自动生产迈步。介质腔体滤波器目前市场前景确实很好，但说不定突然出现一个不受人关注的企业颠覆一个行业走向ANSYS TRAINING216.4 陶瓷天线陶瓷天线(定定位导航天线）位导航天线） 六六 高斯贝尔
16、微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品ANSYS TRAINING22 6.4 GPS、北斗、北斗、RFID、WiFi陶瓷片天线陶瓷片天线 全球定位导航的全球定位导航的GPS、北斗天线用什么陶瓷介质基板、北斗天线用什么陶瓷介质基板，对天线的性能影响是很大。特别是材料的介电常数对天线的，对天线的性能影响是很大。特别是材料的介电常数对天线的尺寸起到关键的作用。尺寸起到关键的作用。 在同一谐振频率的条件下高介电常数的介质材料，天线在同一谐振频率的条件下高介电常数的介质材料，天线的体积会减小。的体积会减小。 序号天线尺寸mm天线增益dB驻波比VSWR天线轴比材料介电常数备注16666161.532.
17、55.4要接地基板7070mm或更大22525431.531525接地板是3535mm，可以做到4.5dB3181841.5233540接地板是5050mm，可以做到3dB41313402385100要求接地板是5050mm510104-22395120要求接地板是2020mm六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品ANSYS TRAINING23 6.4 GPS、北斗、北斗、RFID陶陶瓷片天线瓷片天线 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品ANSYS TRAINING246.5 微波覆铜板微波覆铜板 铜铜箔箔陶陶瓷瓷基基料料传统覆铜板达不到日益发展的微波通信低
18、损耗和高一致稳定性的需求。微波覆传统覆铜板达不到日益发展的微波通信低损耗和高一致稳定性的需求。微波覆铜板适合用于微波高频铜板适合用于微波高频10GHz以上的微波低损耗传输电路噪声放大器以上的微波低损耗传输电路噪声放大器PCB，超低，超低剖面微波天线，及对微波高频板材有特殊性能要求的电子产品中应用。剖面微波天线，及对微波高频板材有特殊性能要求的电子产品中应用。六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品CCLPCBPCB (printed circuit board)印刷印刷电路板电路板CCL (Copper Clad Laminate) 覆铜板覆铜板ANSYS TRAINING256
19、.5 微波覆铜板微波覆铜板六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品应用频率：3100GHzANSYS TRAINING266.5 微波覆铜板的低微波覆铜板的低剖面天线剖面天线 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品高介电常数微波覆铜板四阵列单元 采用高介电常数的微波覆铜板设计微波通信天线，使天线的体积大幅度减小，厚度变得很薄。使用超低剖面天线设计技术使天线超薄，发展基片集成波导技术提供传输阵列，组合使用在保证体积减小和厚度变薄后，做出高增益天线。微波覆铜板集成波导（SIW）微波阵列天线ANSYS TRAINING276.5 高微波覆铜板的低剖面高微波覆铜板的低剖面平板阵列天线平板阵列天线 六六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品高斯贝尔微波介质陶瓷产品蝶形动中视蝶形动中视Ku车船载移动天线车船载移动天线 介质波导介质波导Ka缝隙天缝隙天线线 采用低损耗的微波覆铜板可以使阵列天线厚度从采用低损耗的微波覆铜板可以使阵列天线厚度从传统波导的传统波导的2cm，到，到1cm，甚至到，甚至到1mm。 从金属面天线，到波导腔平板天线，到微波介从金属面天线，到波导腔平板天线，到微波介质板超薄平面天线质板超薄平面天线 ，是通信天线小型化便携式的发展是通信天线小型化便携式的发展趋势。趋势。2.45.8GH微带微带天线天线 ANSYS TRAINING28报告完毕报告完毕
