微波介质陶瓷的技术优势及应用前景

微波介质陶瓷（MWDC）是指应用于微波频段(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。是近二十多年发展起来的一种新型功能陶瓷材料。它是制造微波介质谐振器和滤波器的关键材料，近年来研究十分活跃。它在原来微波铁氧体的基础上，对配方和制作工艺都进行了大幅的升级换代，使之具有高介电常数、低微波损耗、温度系数小等优良性能，适于制作现代各种微波器件， 如电子对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备中的稳频振荡器、滤波器和鉴频器，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信和现代电子设备的发展，微波介质陶瓷的研究越来越受到人们的重视，承载着未来微波器件的无限希望。

为什么要使用介质谐振器

正是随着现代通信技术的迅速发展，通信设备使用要求的特殊性使得人们对通信系统装备的重量和尺寸要求越来越高，特别是对移动通信系统中滤波器的小型化、轻便化、高频化、低功耗化方面的要求越来越加强。然而，当前常见的滤波器存在着各自的缺点，比如：采用微带结构及金属谐振器构成的滤波器、双工器要实现小型化难度太大；声表面波滤波器虽然可以减小电路尺寸，但由于功率容量小及插入损耗大的不足，其应用范围受到了限制。所幸的是，随着现代材料科学与电子信息科学技术的交叉渗透，新材料和制造工艺技术的发展，如薄膜工艺技术、单片集成电路、MEMS、LTCC等工艺，极大地带动了微带及基于薄膜技术的滤波器设计、加工与应用的飞速发展，因此，全固态化的各类微型（片式）中频、高频、微波滤波器向着高性能、低成本、小型化、更高频化等各方面飞快发展。

微波介质谐振器优点

微波介质谐振器与金属空腔谐振器相比，具有以下一些优点：

(l)小型化

(高介电常数?r)。众所周知，微波设备实现小型化、高稳定及廉价的方式是微波电路的集成化。在微波电路集成化的进程中，金属波导实现了平面微带集成化，微波管实现了小型化。但是，微波电路中各种金属谐振腔由于体积和重量太大，难以和微带电路相集成，解决这一困难的出路在于使用微波介质陶瓷材料制作谐振器。已经知道，谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比。所以电介质材料的介电常数越大，所需要的电介质陶瓷块体就越小，谐振器的尺寸也就越小。因此，微波介质陶瓷材料的高介电常数有利于微波介质滤波器的小型化，可使滤波器同微波管、微带线一道实现微波电路混合集成化，使器件尺寸达到毫米量级，其价格也比金属谐振腔低廉得多。一般要求?>1O。

(2)高稳定性

(接近于零的频率温度系数?f)。通信器件的工作环境温度不可能一成不变。如果微波介质材料的谐振频率随温度变化较大，滤波器的载波信号在不同的温度下就会漂移，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变化太大。温度的实际要求范围大致是－40℃-+100℃，在这个范围内，材料的频率温度系数?f不大于l0ppm/℃。目前，己实用化的微波介质陶瓷材料的频率温度系数可达0 ppm/℃，从而可以实现器件的高稳定性和高可靠性。

(3)低损耗

(高品质因子Q)。滤波器的一个重要要求是插入损耗低，微波介质材料的介质损耗是影响介质滤波器插入损耗的一个主要因素。微波介质材料Q值与介质损耗tand成反比关系。Q值越大，滤波器的插入损耗就越低。
 
综上所述，介质陶瓷材料现正以极快的发展速度席卷微波市场，掌握新型陶瓷材料的配方成了各个微波厂商竟相追逐的新宠。

介质谐振器的用途

微波介质陶瓷主要用于用作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件。微波介质滤波器的优点是微型化、损耗低，频率温度系数小、介电常数高、成本低等。与金属谐振滤波器相比，它具有微型化的优点，其体积只有前者的几十分之一；与声表面滤波器相比，它使用的频率高，且成本低。微波滤波器被广泛的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星接力、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能。它的应用领域很广，以手机为例，2005年中国的手机年销售量为6400万部，而且中国手机市场将以每年20%的速度增长，在两三年内销售量将达到1亿部。由此可见，微波介质陶瓷在商业应用上有极大的发展空间和市场。

国外研究开发与应用情况

目前，国外已有相应公司在大量生产微滤波器器件，比较著名的公司有美国的DLI、TRANS-TECH、日本MURATA、英国的FILTRONIC公司等。他们生产的各种微波介质陶瓷滤波器