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系列科普7:微波介质陶瓷材料能做什么?
2021年03月01日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:369
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微波介质陶瓷是一种重要的功能陶瓷材料,是应用于微波通信领域的陶瓷材料之一,主要应用在介质谐振器、介质滤波器、波导双工器、天线等领域作为介质材料完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷的存在让微波集成电路的尺寸和封装密度得到了大幅提高。

图片来源:MARUWACo.,Ltd

万物互联时代,微波介质陶瓷的下游应用:移动通讯、卫星通信、军用雷达、电子工业、全球卫星定位系统(GPS)蓝牙技术、其他国防军工等众多行业的蓬勃发展,技术水平不断升级ing微波介质陶瓷行业的材料也提出了新的要求。随着5G和物联网的应用范围不断扩大,微波介质陶瓷行业迎来了爆发式的增长,据有关市场研究报告预估(见参考文献1),我国微波介质陶瓷的 年复增加率在20%左右,到了2023年,我国微波介质陶瓷市场规模将达到百亿级。这个具有巨大潜力的应用市场,正蓬勃发展中,今天小编将为大家做相关概念的梳理,相信对它感兴趣的小白们会对它有个感性的认知。

一、先来了解一下微波通信

微波指的是波长较短的电磁波,在无线电通信中指波长在0.1毫米至1米(频率为300MHz-300GHz)之间的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”

图片来源:kids.alma儿童科普网站

二、微波介质陶瓷三大性能指标

衡量微波介质陶瓷主要有三个性能指标:介电常数,谐振频率温度系数,品质因子。介电常数简单来说表征了谐振器所适合的频率且决定了器件尺寸。谐振频率温度系数,又叫做温漂,表征了器件在环境温度变化下稳定工作的能力。品质因子简单来说衡量了滤波特性和通讯质量。品质因子越高,通讯质量越好。一般来说,介电常数与品质因子呈负相关,而与谐振频率温度系数呈正相关。

新一代微波介质陶瓷材料的研究开发将主要围绕如下两大方向展开:首先是追求超低损耗的极限;其次是探索更高相对介电常数的新材料体系。前者是为了适应高可靠性与更高频率应用的需要,而后者的应用主要是为满足下一代通信技术的小型化要求。国际上微波介质材料与器件行业一方面为了缩小器件的体积而开发高介电常数的材料体系,另一方面为了提高器件的灵敏度而研究高品质因子的材料配方,重视器件工作的高稳定性而开发小谐振频率温度系数的介质陶瓷。

三、微波介质陶瓷的类型

微波介质陶瓷元器件生产涉及到材料学、微波与电磁场、电子技术与应用、微波与射频测量技术、高精度机械制造技术、电磁兼容与可靠性技术等多学科理论与技术,学科领域复杂,技术壁垒高。

从原料的角度看的话,为了不同的应用领域要求,微波介质陶瓷主要是往里掺杂各种其他元素实现材料介电性能优化,因此材料体系是相当的复杂。通常可以按照材料介电常数的大小,大致将微波介质陶瓷归为低介、中介和高介3大类。

低介微波介质陶瓷体系如Al2O3-TiO2系和钛酸镁系列等,因其高品质因数而被应用于对介质损耗要求比较严格的领域,如卫星通讯、军用雷达等方面;中介微波介质陶瓷体系如(Zr,Sn)TiO4系具有高Q值,低谐振频率温度系数,可用于制备介质谐振器解决窄带谐振器的频率漂移问题;高介微波介质陶瓷能促进微波通讯设备、谐振器的小型化和集成化,在高电容量的集成电路中以及低频下工作的通讯设备中应用广泛,高介微波介质陶瓷主要以BaO - Ln2O3 - TiO2CaO -Li2O -Ln2O3 -TiO2 和铅基钙钛矿系列材料。

微波介质陶瓷产业这么厉害,那玩家都有谁呢?

根据公开资料显示,日本富士钛、日本化学等企业占据了国际上微波介质陶瓷材料市场的主要份额,国内则以国瓷材料为首,其次还有灿勤和风华高科等,但相信优秀企业还有很多在民间,欢迎微波介质陶瓷产业链相关企业文末留言补充,免费的广告机会不要错过哦。

参考资料:

1、2019年中国微波介质陶瓷行业概览;头豹研究院,杨晓丹,陈夏琳等。

2、2019年微波介质陶瓷行业市场现状,通信技术发展推动产品需求;华经产业研究院

3、低介电常数微波介质陶瓷研究进展;南京工程学院材料工程学院,胡杰、吕学鹏、张天宇,李真,陈昊元,徐文盛;江苏省先进结构材料与应用技术重点实验室,吕学鹏。

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编辑:粉体圈Alpha


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