5G介质滤波器对粉体要求及其粉体制备方法

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陶瓷介质滤波器具有尺寸小、重量轻、Q值大等优点，在5G领域的应用占有绝对优势，发展潜力巨大，而生产陶瓷介质滤波器的关键材料就是微波介质陶瓷。

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一、何为微波介质陶瓷
微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路（主要是300MHz~300GHZ频段）中的一种新型陶瓷功能材料。
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在微波频段下，各种极化机制稳定，材料的介电常数基本不随频率的变化而变化，因此根据介电常数的大小可将其归为低介、中介和高介3大类。'

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• 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。8
  

• 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。
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微波介质陶瓷粉体并不是单一的材料，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。

二、微波介质陶瓷的制备方法
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微波介质陶瓷材料生产方法有固相反应法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。

1.固相反应法
固相反应法是一种传统的工艺方法，具有工艺成熟，便于操作，性价比高等优点，适用于批量生产，是当前工业生产采用最多的方法。但其存在烧结温度较高，容易形成第二相和局部晶粒异常长大等缺点，影响微波介电性能。

: I9 c- h4 Y* N7 O2 k2.溶胶-凝胶法
9 g; N0 \& C  B: A6 {, ?溶胶-溶胶法是通过金属络合物溶液与无机盐在特定的pH值下，形成透明溶胶，再将其煅烧除去有机成分，便可得到均匀的、颗粒很细的原始粉末，在很大程度上提高了瓷料组成的均匀性、结构均匀性和结构致密性，大大降低了陶瓷烧结温度并缩短烧结周期，可减少或避免第二相的生成，有利于提高材料的介电性能，但其粉料成本较高，工艺复杂，工艺参数不易控制，生产周期较长，较难实现产业化。

! S& z# t0 ^9 C3 j3.水热法
水热法是反应在密封的压力容器中进行，以水溶液为介质，粉末的形成经历溶解到结晶的过程，无需昂贵的醇盐，很多材料在低温下就可以直接合成，避免由于预烧所造成的晶粒长大、缺陷和杂质侵入。

4.沉淀法
沉淀法是利用各组分元素的可溶性金属盐类按一定比例配置成溶液，加入适量的沉淀剂使金属离子均匀沉淀，通过调节溶液的浓度和pH值等来控制粉体的性能，煅烧后得到氧化物的均匀混合体。方法简单，易于规模化生产，成本低，但会产生团聚或组分不均匀影响介电性能。

粉体材料制备过程具有技术难度，如以碳酸钡为原料的水热法包括溶解、钛酰化、干燥、水热、再次干燥等过程，酸碱控制不合理、 生成杂质等都将损害粉体质量，最终影响滤波器的性能。

% U" C0 ?) \( c( l6 y4 |% k三、5G陶瓷介质滤波器对材料的要求
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微波介质陶瓷应用广泛，因具有高频介电损耗低，介电常数适中，谐振频率温度系数小等良好的微波介电性能，可用作微波电路的介质基片、介质天线、介质谐振器、介质滤波器等。
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1 V; W8 G; ~' a6 d! A0 H5G陶瓷介质滤波器中的电磁波谐振发生在陶瓷介质材料内部，因此对于微波介质陶瓷材料的性能提出更高的要求，微波陶瓷的介电性能指标主要是介电常数、品质因数Q、谐振频率温度系数三个：) a7 w( W- M9 H; i3 W1 u) P! \
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' g0 O9 I: i- I/ g5 \! o; ~1.适合的介电常数；
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1 v" B! V& Y' _9 p0 u3 ~- R高介电常数可实现滤波器尺寸小型化设计，但介电常数并不是越高越好，介电常数过高会影响输送损失，因此需考虑滤波器的设计要求来选择合适的介电常数。微波介质陶瓷的介电常数主要取决于材料结构中的晶相和制备工艺。
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4 q* M6 D7 N# `6 E# _, z9 @5 K2.高的品质因数Q，低的介电损耗；
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品质因数Q越高，通频带越窄，电路选择性越好，能实现更好的滤波功能。Q值与介电损耗tanδ成反比关系，Q值越大，滤波器插损越低。材料结构均一，高致密，晶粒生长均匀，减少杂质和缺陷可提高Q值。
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3.近零可调的谐振频率温度系数。
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谐振频率温度系数接近于零可实现滤波器的高稳定性和高可靠性，频率温度系数主要由材料的线性膨胀系数和介电常数决定。
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陶瓷粉体决定了介质滤波器的性能，粉体的配方与制备的难度较高。只有拥有好的材料配方才能获得在一定使用条件下的高Q值介质陶瓷，可以说自有粉体配方是陶瓷滤波器厂商的核心竞争力。粉体配方的滤波器厂商可以通过采买原材料自行调配，免于向粉体厂商采买，不仅节约成本费用，更便于根据客户定制化要求对滤波器的相关参数进行调整。
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