微波介质陶瓷的三大性能指标和分类

微波介质陶瓷是现代通讯技术的关键基础材料，主要用于制造谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路、介质基板等微波元器件，终端应用为移动通讯、卫星通讯、无人驾驶汽车、物联网和军用雷达等领域。

微波介质陶瓷三大性能指标

微波介质陶瓷瓷介性能的主要参数和普通电介质材料一样，主要包括介电常数(εr)，品质因素Q或介质损耗(tanδ)和谐振频率温度系数(τf)。

相对介电常数εr

在微波频率下，相对介电常数εr越大，以便器件小型化。根据微波传输理论，相同的的谐振频率下，εr越大，介质谐振器的尺寸越小，电磁能量越能集中于介质体内，受周围环境影响小。这既有利于介质谐振器的小型化，也有利于其高品质化。而不同的应用领域中，对εr的要求也不同，通常要求εr>10。

品质因数Q

高Q有利于获得良好的滤波特性及通讯质量，品质因数Q主要受介质损耗(tanδd)、欧姆损耗(tanδc)和辐射损耗(tanδλ)等三个因素影响。

Q-1=tanδd+tanδc+tanδλ

对于微波介质材料，tanδc与tanδλ可忽略，Q约与tanδd成反比关系。由于微波介质谐振腔要求tanδd小于10-4量级才有实用价值，所以材料研究中如何提高Q值是一个重要课题。

谐振频率温度系数τf

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τf。

在微波介质陶瓷的三个性能参数中，谐振频率温度系数对介质陶瓷影响较大，它直接决定介质陶瓷能否使用，所以谐振频率温度系数能否接近0是研究者最关心的问题，对谐振频率温度系数可调性的探索使许多新的微波介质陶瓷材料体系得以开发利用。而介电常数越高其Q值会比较低，三个参数相互制约其应用。

微波介质陶瓷材料分类

微波介质陶瓷按照介电常数的大小，可将其分为低介电常数类、中介电常数类和高介电常数类。

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-TiO2;CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2和铅基钙钛矿系列材料。

新一代微波介质陶瓷材料的研究开发主要围绕高介低损展开：一是追求超低损耗的极限;二是探索更高介电常数(>100乃至>150)的新材料体系。同时，微波介质陶瓷粉体通常并不是单一材料，而是多种材料按比例混合的材料体系，而在制备的过程中，还会添加稀土氧化物，众多研究说明适量稀土元素的掺杂可改善微波介质陶瓷的烧结性、致密度以及介电性能。

审核编辑：汤梓红