现代滤波器设计讲座(4-1微波陶瓷材料).ppt

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。国外，七十年代以前把高介电常数微波介质材料称为特种陶瓷。 早在1939年R. D. Rechtmeyer就做出了介质谐振器和滤波器。 开始人们主要使用金红石（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。对微波介质材料的使用有很大的限制。 上世纪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，微波陶瓷材料进入大规模实际使用阶段。在卫星通讯、雷达和蜂窝电话系统中都有广泛使用。 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 为宜。 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。 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 000Q×f0250 000, 材料的相对介电常数50εr25。 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 70εr120。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 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 εr=36~40 =40，7GHz 7GHz，Q6 000 000； εr =37~40 40，7 GHz 7 GHz，Q7 000 000； εr =33～36，10 GHz 10 GHz，Q10 000 000； εr =29~31 31，l0 GHz GHz，Q12000 12000； εr =27~29 29，10 GHz 10 GHz，Q15000 15000； εr =24~25 25，10 GHz 10 GHz，Q20 000 000； εr =23~24 24，10 GHz 10 GHz，Q35 000 000； εr =6 6．4±0．6，7 GHz 7 GHz，Q2 000 000： εr =21.4 21.4±1，7 GHz 7 GHz，Q2 000 000； εr =92 92±1，1 GHz 1 GHz，Q550 。 德国 EPCOS(S+M) 公司部分产品性能 εr = 21@7 GHz Q7 200 ， 镁-钙系列陶瓷（MgTiO3 -CaTiO3）， εr =38@7 GHz Q6 300 ， 锆-锡系列陶瓷（(Zr, Sn)TiO Zr ）， εr =29@10 GHz Q9 500 ， 钡系陶瓷（Ba (Zr, Zn, Za)O3 ）， εr = 88@2.3 GHz Q2 300 ， BaO-PbO-Nd2O3-TiO2. 美国 Trans Tech 公司部分产品性能 εr = 29.0～30.7 @ 2 GHz Q50 000， εr = 34.6～36.7 @ 2 GHz Q35 000， εr = 44.7～46.2 @ 4.36 GHz Q9 500 ， εr = 35.0～36.5 @ 4.5 GHz Q9 500， εr=27.6～30.6 @ 10 GHz a10 000 . 介质谐振器频率覆盖 800 MHz~40 GHz 系列化，τf=(±1或± 2)PPm/Co。 英国 Morgan Electro Ceramics 公司