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微波介质陶瓷市场发展现状分析

王明 2019-12-18 1897 0

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我国微波介质陶瓷材料及元器件在移动通信基站、共享经济以及北斗导航终端系统等领域的应用取得快速发展。截至2017年年底,针对4G通信介质滤波器的LaAlO3-SrTiO3系和ZrTiO4系已经实现国产化,技术水平达到国际先进水平,使得移动通信介质滤波器的成本大幅度下降,微波介质陶瓷天线(包括GPS和北斗)每月出货量都是按数百万件计。

  摘要:我国是移动通讯用微波介质元器件的最大市场,也是全球最大的电子信息产品生产基地。国内微波介质陶瓷的市场需求一直十分旺盛,近几年年均增长率保持在15%以上。随着北斗卫星导航、5G移动通信、物联网、无人驾驶、共享经济、卫星电视、WLAN产品、蓝牙产品等微波通信市场的发展,微波介质陶瓷元件在国内的市场需求今后5~10年内将爆发式增长。本文对微波介质陶瓷市场发展现状进行了分析。

  我国微波介质陶瓷起步晚,但研发、生产、市场发展水平与国际持平

  微波介质陶瓷是指在300MHz~300GHz的微波频率范围内作为介质材料完成一种或多种功能的陶瓷。在电子元器件中发挥介质隔离、介质波导以及介质谐振等功能,以满足微波移动通信的发展需求。其性能及应用特点是介电常数大,滤波器的尺寸会越小;频率温度系数接近于零从而可以实现器件的高稳定性和高可靠性;Q值高,滤波器可以实现越窄的通带带宽,可实现更好的滤波功能。

  我国微波介质陶瓷研发起步较晚,在较长的一段时间内只能生产较低介电常数、较低Q值等微波介质陶瓷,长期以来高品质微波介质陶瓷及元器件一直依赖进口。近年来,随着我国在微波介质陶瓷领域的研究、开发和制造技术的不断进步,移动通信领域急需的中介电常数、高Q值的微波介质陶瓷基本实现了国产化,目前国内微波介质陶瓷的研发和生产水平与国际先进水平基本持平。微波介质陶瓷材料已实现系列化,其介电常数范围涵盖6~150,高Q值材料(Qf>10*104GHz)大都集中在10~35之间。介电常数25左右的材料其Qf值已能达到25*104GHz,35左右的能达到10*104GHz左右;4G基站用谐振器(1.8G、2.8G)主要采用介电常数40/45的材料,其Qf值在48000~70000GHz之间。

  我国微波介质陶瓷材料及元器件在移动通信基站、共享经济以及北斗导航终端系统等领域的应用取得快速发展。截至2017年年底,针对4G通信介质滤波器的LaAlO3-SrTiO3系和ZrTiO4系已经实现国产化,技术水平达到国际先进水平,使得移动通信介质滤波器的成本大幅度下降,微波介质陶瓷天线(包括GPS和北斗)每月出货量都是按数百万件计。

  北斗导航与5G通信推动微波介质陶瓷市场大幅增长

  随着我国北斗全球导航系统建设的加速,微波介质陶瓷天线的需求量将持续大幅度增长。北斗天线有别于GPS天线,其要求性能更高,如具备低仰角高增益的特性,所以北斗天线设计要求微波介质陶瓷具有更低的节点常数和介电损耗,一般要求介电常数小于15。因此,北斗导航的发展也促进了我国低介电常数微波介质陶瓷的发展,特别是对介电常数为12(MgO-CaO-SiO2-TiO2系)和6.5(MgO-Al2O3-SiO2-CaO系)的介质陶瓷需求迫切。移动通信基站滤波器和微波介质陶瓷天线的主要生产厂家有:广东风华高新科技股份有限公司、嘉兴佳利电子股份有限公司、嘉康电子股份有限公司、江苏江佳电子股份有限公司、张家港灿勤电子元件有限公司等。历年来,微波介质陶瓷的产量规模如图1。

图1 我国历年微波介质陶瓷产量(吨)

(来源:五度易链行业研究中心)

  随着我国大容量通信卫星的快速发展,极低介电损耗(超高Q值)、复合钙钛矿结构的A(B’1/3B“2/3)O3类材料,如典型材料Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)需求量逐年增长。上海硅酸盐研究所多年致力于复合钙钛矿结构A(B’1/3B“2/3)O3类超高Q值微波介质陶瓷研究,已经成功突破多项关键制备技术,目前所生产的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)介质陶瓷的性能已经达到国际先进水平,并将在5G移动通信、卫星通信、特种微波通信等领域得到广泛应用。

  微波介质陶瓷将更加低成本、小型化、高频化以满足市场需求

  通信设备使用要求的特殊性使得对其中元器件、部件、系统的重量和尺寸要求越来越高,如移动通信系统中的滤波器不断朝着小型化、轻便化、高频化、低功耗化方向发展。然而,目前常见的滤波器都存在一些难以克服的缺点,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,应用范围受到限制。所幸的是,随着现代薄膜技术、单片集成电路、MEMS、LTCC等工艺的突破,极大地推动了各类微型(片式)中频、高频、微波滤波器向着高性能、低成本、小型化、更高频化等方向飞速发展。

  结语

  随着北斗卫星导航、5G移动通信、物联网、无人驾驶、共享经济、卫星电视、WLAN产品、蓝牙产品等微波通信市场的发展,微波介质陶瓷元件在国内的市场大幅增长,我国微波介质陶瓷虽然起步晚,但研发、生产、市场发展水平与国际持平。微波介质陶瓷将更加低成本、小型化、高频化以满足市场需求。

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