微波的頻率范圍為300 MHz～300 GHz，相應(yīng)的波長(zhǎng)從1 m到1 mm。微波通信技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、載波容量大、傳輸信息多等優(yōu)勢(shì)，微波通信技術(shù)在當(dāng)代信息技術(shù)中具有極為重要的地位，在軍事、民用通信、衛(wèi)星通信、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛而深度的應(yīng)用。微波介質(zhì)陶瓷材料主要應(yīng)用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料，該類材料通常在微波頻段內(nèi)具有較高的相對(duì)介電常數(shù)（10～100）、非常低的介質(zhì)損耗和接近零的諧振頻率溫度系數(shù)，廣泛應(yīng)用于微波諧振器、濾波器、振蕩器、移相器、微波電容器以及微波基板等。當(dāng)前，微波器件的小型化、片式化和集成化是發(fā)展的方向和趨勢(shì)，以 5G為代表的先進(jìn)無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的性能提出了更高、更新的要求。

5G技術(shù)是全社會(huì)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石，微波介質(zhì)陶瓷元器件是通信基站射頻單元的關(guān)鍵組件，在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有不可替代的作用。隨著全球5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；逃貌饺肟燔嚨溃槍?duì)6G通信的研發(fā)布局已全面拉開(kāi)帷幕，微波介質(zhì)陶瓷的研究面臨著諸多挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

圖1. 電磁波頻譜及不同頻率下的應(yīng)用。

1.  微波介質(zhì)陶瓷簡(jiǎn)介

1.1 微波介質(zhì)陶瓷的主要性能指標(biāo)

微波介質(zhì)陶瓷材料是制造微波元器件的關(guān)鍵材料，除了要求必備的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及經(jīng)時(shí)穩(wěn)定性外，還要求它具有不同于一般電子陶瓷的特殊性能。目前，對(duì)于微波介質(zhì)陶瓷，主要從相對(duì)介電常數(shù)ε_r ，諧振品質(zhì)因數(shù)與頻率乘積Q×f 值和諧振頻率溫度系數(shù)τ_f  三個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)材料的先進(jìn)性和實(shí)用性。

相對(duì)介電常數(shù)ε_r

電介質(zhì)指在電場(chǎng)作用下所有能建立極化的物質(zhì)，相對(duì)介電常數(shù)反映了電介質(zhì)的宏觀極化能力。 微波介質(zhì)陶瓷屬離子型晶體結(jié)構(gòu)多晶材料，通常由晶相、晶界、氣孔等組成，相對(duì)介電常數(shù)的變化服從對(duì)數(shù)混合規(guī)則:

式中，ε_r為陶瓷體系的相對(duì)介電常數(shù)，ε_i 為第i相的相對(duì)介電常數(shù)，υ_i 為第i相所占體積分?jǐn)?shù)。

電磁波在電介質(zhì)中與空氣中傳播的波長(zhǎng)關(guān)系為：

式中，λ_d 為電磁波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)，λ₀為電磁波在真空中的波長(zhǎng)，ε_r為材料的相對(duì)介電常數(shù)。對(duì)于介質(zhì)諧振器而言，其尺寸與電磁波在介質(zhì)中傳播的波長(zhǎng)有關(guān)，為λ_d /2~λ_d /4的整數(shù)倍。在相同頻率下，電介質(zhì)的ε_r 越高，λ_d就越小，相應(yīng)的諧振器的尺寸也越小，有利于諧振器的小型化和品質(zhì)的提高。為了獲得高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，應(yīng)選擇高極化率離子形成氧八面體且具有大的氧八面體體積的晶體結(jié)構(gòu)。通常，高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷都具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)或類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。然而，對(duì)于低溫共燒陶瓷（LTCC）基板材料而言，信號(hào)在介質(zhì)中傳輸?shù)臅r(shí)間正比于介電常數(shù)1/2次方，此時(shí)要求微波陶瓷相對(duì)介電常數(shù)盡可能小。因此，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，對(duì)于微波介質(zhì)陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)有不同的要求。

Q×f  值

品質(zhì)因數(shù)Q是微波介質(zhì)材料介電損耗的一個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)，Q = 1/tanδ。在微波頻段下，介質(zhì)損耗tanδ 要?。ɑ蚱焚|(zhì)因數(shù)Q要高），一般要求tanδ < 10^-4，以保證優(yōu)良的選頻特性，并降低器件在高頻下的插入損耗。Q×f 值是品質(zhì)因數(shù)Q 與諧振頻率f的乘積。同一材料在不同的測(cè)試頻率下具有不同的損耗，而Q×f 值將頻率因素消去，為一常數(shù)，因此通常用Q×f 值來(lái)比較不同材料在不同諧振頻率下?lián)p耗的大小。Q×f 值越高，材料的介電損耗越小，性能越好。

微波介質(zhì)陶瓷在微波頻段內(nèi)的介質(zhì)損耗通常來(lái)源于三方面：①理想晶體中，由于非簡(jiǎn)諧晶格力引起晶格聲子相互作用而產(chǎn)生的損耗，導(dǎo)致光頻聲子阻尼和由此而產(chǎn)生的微波損耗，稱為本征損耗；②均勻的實(shí)際晶體或微晶中，由晶格缺陷（如點(diǎn)缺陷、空位、取代原子或締合缺陷等）引起聲子散射導(dǎo)致的損耗；③實(shí)際的非均勻陶瓷中的雜質(zhì)缺陷偶極子或空間電荷在位錯(cuò)、晶界、包裹物和第二相等界面上的弛豫過(guò)程引起的損耗，后兩者又稱為非本征損耗。原則上通過(guò)合適的工藝可將非本征損耗消除或降至最小。

諧振頻率溫度系數(shù)τ_f

諧振頻率溫度系數(shù)用來(lái)衡量微波介質(zhì)材料和器件的溫度穩(wěn)定性，由以下公式計(jì)算得到：

式中, f₀ 和f_T 分別為室溫T₀ 和溫度T 下的諧振頻率。τ_f  越接近零，表明材料的熱穩(wěn)定性越好，一般要求τ_f  值范圍在±10 ppm/℃以內(nèi)。目前，調(diào)節(jié)材料的τ_f  主要有兩種途徑：一是采用具有相反溫度系數(shù)的材料和要調(diào)節(jié)的材料形成多相復(fù)合材料，二是采用具有相反溫度系數(shù)且結(jié)構(gòu)相近的材料形成固溶體。

1.2 微波介質(zhì)陶瓷的分類

微波陶瓷可以按介電性能和材料體系進(jìn)行分類。本文主要按介電常數(shù)的大小不同對(duì)微波介質(zhì)陶瓷進(jìn)行分類，分為低介、中介和高介微波介質(zhì)陶瓷三類。通常來(lái)講，微波介質(zhì)陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)越大，其Q 值會(huì)減?。▓D2展示了微波介質(zhì)陶瓷的主要材料體系及介電常數(shù)與Q×f 值的關(guān)系）。

圖2. 微波介質(zhì)陶瓷研究與發(fā)展的三個(gè)方向。

低介微波陶瓷是指ε_r<20且Qxf值>50000GHz的微波介質(zhì)陶瓷，主要用于f≥10GHz的衛(wèi)星直播等微波通訊領(lǐng)域。隨著微波通信和雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展，微波技術(shù)向著更高頻即毫米波和亞毫米波的方向發(fā)展，ε_r<15、具有高Q與近零諧振頻率溫度系數(shù)的超低介微波介質(zhì)材料也越來(lái)越受到關(guān)注。中介微波陶瓷是指ε_r=20～70且Qxf值>20000GHz的微波介質(zhì)陶瓷，主要應(yīng)用于微波軍用雷達(dá)及微波通訊系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件，移動(dòng)通信基站的小型化迫切需要研究開(kāi)發(fā)頻率溫度系數(shù)小的高Q值、中等ε_r的微波介質(zhì)陶瓷新材料。高介微波陶瓷是指ε_r>70的微波介質(zhì)陶瓷。相對(duì)于中介、低介微波介質(zhì)陶瓷來(lái)說(shuō)，高介微波介質(zhì)陶瓷的種類較少，主要應(yīng)用于f<2GHz的民用移動(dòng)通信中。表1~表3為各類微波介質(zhì)陶瓷的代表材料體系及其微波介電性能。

表1. 低介微波介質(zhì)陶瓷體系代表及其微波介電性能。

表2. 中介微波介質(zhì)陶瓷體系代表及其微波介電性能。

表3. 高介微波介質(zhì)陶瓷體系代表及其微波介電性能。

2.  微波介質(zhì)陶瓷研究現(xiàn)狀概述

2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1939年，Richtmyer從理論上證明了電介質(zhì)在微波電路中用作介質(zhì)諧振器的可能性后，美國(guó)便率先開(kāi)始了微波介質(zhì)陶瓷材料的研制。接著，日本以及法國(guó)、德國(guó)等歐洲國(guó)家相繼開(kāi)始這方面研究。隨著日本對(duì)介質(zhì)陶瓷進(jìn)行大規(guī)模實(shí)用化生產(chǎn)，微波介質(zhì)陶瓷材料得到了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，松下、村田等公司都研發(fā)出了各具特色的微波介質(zhì)材料體系。目前微波陶瓷材料和器件的生產(chǎn)水平以日本村田公司、德國(guó)EPCOS公司、美國(guó)Trans-Tech公司、Narda Microwave-West公司、英國(guó)Morgan Electro Ceramics等公司為最高。

圖3. 微波介質(zhì)陶瓷發(fā)展歷程。

相較而言，我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷的研究起步較晚，始于20世紀(jì)80年代。90年代，國(guó)家對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的研究愈發(fā)重視，同時(shí)國(guó)內(nèi)在設(shè)備儀器和合成工藝等方面有了極大的改善，我國(guó)研究人員陸續(xù)研發(fā)出了鈦酸鹽、鉬酸鹽和磷酸鹽等一系列新型陶瓷材料。2009年9月，國(guó)家發(fā)改委、工信部發(fā)布《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興計(jì)劃》，微波介質(zhì)陶瓷元器件被列入改造投資方向，標(biāo)志著微波介質(zhì)陶瓷進(jìn)入優(yōu)化發(fā)展時(shí)期。2015年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》，明確將微波介質(zhì)陶瓷列為關(guān)鍵性戰(zhàn)略材料。2017年4月，科技部發(fā)布《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，側(cè)重引導(dǎo)突破微波介質(zhì)陶瓷制備關(guān)鍵技術(shù)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷供給側(cè)改革。能夠自主研發(fā)滿足移動(dòng)通信技術(shù)要求的新型微波介質(zhì)陶瓷材料對(duì)國(guó)家的安全具有重要意義，目前國(guó)內(nèi)研究微波介質(zhì)陶瓷的主要單位有：中科院、中電13所以及清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)以及電子科技大學(xué)等高校。

盡管我國(guó)在微波介質(zhì)陶瓷材料及元器件的研究與生產(chǎn)商仍與國(guó)外存在一定差距，許多關(guān)鍵性材料都依賴進(jìn)口。但是，在產(chǎn)學(xué)研模式運(yùn)用逐漸成熟、下游行業(yè)需求旺盛、定制化與一體化生產(chǎn)模式緊密結(jié)合等因素的驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的技術(shù)水平不斷升級(jí)，高頻化、多頻化、集成化、微型化和模塊化將成為行業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前關(guān)于微波介質(zhì)陶瓷的研究通常圍繞以下幾個(gè)方面開(kāi)展：

（1）提高微波介質(zhì)陶瓷的介電性能。利用離子置換、復(fù)合等多種方式對(duì)現(xiàn)有微波介質(zhì)陶瓷材料體系的性能進(jìn)行改善。如采用離子置換等手段提高微波介質(zhì)陶瓷的品質(zhì)因數(shù)，通過(guò)與高介電常數(shù)的材料復(fù)合提高微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)，通過(guò)兩相復(fù)合調(diào)節(jié)τ_f  近零從而改善和微波介質(zhì)陶瓷的溫度穩(wěn)定性等。

（2）降低微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度，滿足低溫陶瓷共燒技術(shù)的要求。LTCC技術(shù)可以使器件高度集成。由于需要與銀（961℃）等低熔點(diǎn)電極共燒，要求器件所用陶瓷粉料具有低的燒結(jié)溫度。降低燒結(jié)溫度也可抑制某些基板成分高溫下?lián)]發(fā)或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，還可以減少能源的消耗。目前，降低燒結(jié)溫度的主要途徑是添加助燒劑（如低熔點(diǎn)的玻璃）。

（3）改進(jìn)工藝，開(kāi)發(fā)新的材料合成技術(shù)，以獲得性能更為優(yōu)異的微波介質(zhì)陶瓷材料，并降低生產(chǎn)成本。提高微波介質(zhì)陶瓷的介電性能，除了改變成分，還可以通過(guò)改進(jìn)制備工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般而言，大幅度改進(jìn)微波陶瓷材料的合成工藝能夠使陶瓷材料的性能有著明顯的提高。利用熱壓燒結(jié)、微波快速閃燒等方法，可提高陶瓷的致密性，使基體的氣孔減少、晶粒尺寸分布更均勻，從而提高微波介質(zhì)陶瓷的品質(zhì)因數(shù)。

（4）探索新的微波介質(zhì)陶瓷材料體系。根據(jù)元素周期表中各元素本征特性關(guān)系，探索具有良好介電性能的新型微波介質(zhì)陶瓷材料新體系，以便滿足5G及6G通信技術(shù)的發(fā)展要求。

（5）材料機(jī)理研究。研究微波介質(zhì)陶瓷材料的極化機(jī)理與材料損耗之間的關(guān)系，研究缺陷與介電性能的關(guān)系，分析材料氣孔、物相結(jié)構(gòu)等對(duì)微波介電性能的影響，從理論基礎(chǔ)上了解改善陶瓷材料微波介電性能的依據(jù)，并可利用理論指導(dǎo)微波介質(zhì)陶瓷材料的研發(fā)。

2.2 微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分析

如圖4所示，微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分為三部分：上游參與者為原材料和設(shè)備的供應(yīng)商，中游主體為微波介質(zhì)陶瓷元器件生產(chǎn)企業(yè)，下游由信息通信、航空航天、雷達(dá)、汽車等不同應(yīng)用領(lǐng)域的各類生產(chǎn)企業(yè)構(gòu)成。

圖4. 微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。

微波介質(zhì)陶瓷制造中需使用高純?cè)希嫌蔚奶沾煞垠w材料占微波介質(zhì)陶瓷類產(chǎn)品成本約為30%，陶瓷粉體的龍頭企業(yè)有日本村田、日本京瓷、廣東風(fēng)華高科、無(wú)錫鑫圣慧龍、無(wú)錫惠虹電子。微波介質(zhì)陶瓷制備的工藝參數(shù)須經(jīng)嚴(yán)格控制以達(dá)到雜質(zhì)少、缺陷少、晶粒分布均勻、微波介電性能良好的效果。微波介質(zhì)陶瓷制備技術(shù)包括固相法、濕化學(xué)合成法、水熱法三大技術(shù)體系，涉及到的工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘高。微波介質(zhì)陶瓷元器件有諸多不同的應(yīng)用方向（見(jiàn)表4）。下游參與者為通信設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和微波通信類消費(fèi)類電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，其中華為、中興、愛(ài)立信、大唐移動(dòng)、三星、諾基亞等企業(yè)壟斷了中國(guó)通信設(shè)備行業(yè)的絕大部分市場(chǎng)份額，對(duì)中游企業(yè)有很強(qiáng)的議價(jià)能力。

表4. 微波介質(zhì)陶瓷元器件應(yīng)用方向。

微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)壁壘，行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量少，整體供給能力較弱，一定程度上制約了行業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。一方面，微波介質(zhì)陶瓷元器件的生產(chǎn)涉及多學(xué)科交叉，需要材料科學(xué)、微波與電磁場(chǎng)、電子技術(shù)與應(yīng)用、微波與射頻測(cè)量技術(shù)、電磁兼容與可靠性技術(shù)等多學(xué)科的理論與技術(shù)，難度大；另一方面，下游的通信行業(yè)產(chǎn)品種類多、市場(chǎng)需求更新頻繁。這要求企業(yè)具備不斷升級(jí)的研發(fā)實(shí)力和對(duì)于新產(chǎn)品的快速響應(yīng)能力。目前，國(guó)內(nèi)具有自主研發(fā)生產(chǎn)能力的微波介質(zhì)陶瓷企業(yè)不到20家，具備批量化生產(chǎn)能力的企業(yè)只有幾家，且在技術(shù)水平和產(chǎn)品品種上與國(guó)際龍頭企業(yè)依然存在顯著差距。在高端微波介質(zhì)陶瓷市場(chǎng)，國(guó)際龍頭企業(yè)更是占據(jù)了近90%的市場(chǎng)份額。

微波介質(zhì)陶瓷元器件的產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)際效果直接影響下游整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量，這對(duì)行業(yè)整體的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)提出了較高的要求。然而，現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還是原電子工業(yè)部于1991年制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《微波介質(zhì)材料A-陶瓷》，更新速度緩慢，覆蓋類型和體系不完善，配套細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)有待完善。此外，國(guó)內(nèi)專業(yè)配套的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心較少，難以確保微波介質(zhì)陶瓷及其元器件的高品質(zhì)產(chǎn)出。質(zhì)量測(cè)試產(chǎn)業(yè)配套不完善在一定程度上制約了行業(yè)高質(zhì)發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)不完善和質(zhì)量測(cè)試產(chǎn)業(yè)配套不完善亦在一定程度上制約了我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的高質(zhì)發(fā)展。

3.  5G/6G應(yīng)用下的新機(jī)遇

微波介質(zhì)陶瓷元器件的重要應(yīng)用方向?yàn)橐苿?dòng)通信基站，介質(zhì)諧振器、介質(zhì)濾波器、雙工器和多工器均是通信基站射頻單元的關(guān)鍵組件。大規(guī)模建立5G基站對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料提出了高速、高頻、高度集成化和超低損耗等性能要求，開(kāi)發(fā)出具有低損耗、高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能的微波介質(zhì)陶瓷材料是近年功能陶瓷方向研究的重點(diǎn)之一。

微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)整體處于5G產(chǎn)業(yè)鏈上游，在各省市的5G規(guī)劃中，重點(diǎn)關(guān)注5G上游射頻元器件、有源陣列天線等關(guān)鍵技術(shù)與核心元器件的突破和發(fā)展，并制定了全方位扶持政策，這將帶動(dòng)微波介質(zhì)陶瓷元器件的快速發(fā)展。5G通信技術(shù)提升，基站數(shù)量大幅增（將是4G時(shí)代的4~5倍），對(duì)微波通信元件需求巨大。5G天線的通道數(shù)量是4G時(shí)代的7~15倍，意味著對(duì)射頻器件中微波介質(zhì)陶瓷元器件的需求量是4G時(shí)代的7~15倍。小型化和輕量化成為天線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，相較于金屬濾波器，微波陶瓷介質(zhì)波導(dǎo)濾波器可實(shí)現(xiàn)高抑制的系統(tǒng)兼容，體積更小，重量更輕，成為5G基站的主流技術(shù)方案。

隨著全球5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；逃貌饺肟燔嚨溃槍?duì)6G研發(fā)的戰(zhàn)略性布局已全面拉開(kāi)帷幕。盡管業(yè)界雖然還尚未對(duì)6G的愿景、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等形成統(tǒng)一的共識(shí)，但普遍預(yù)期6G在2030年左右開(kāi)始商用，未來(lái)3~5年將是6G研發(fā)的關(guān)鍵窗口期。相較于5G，6G將具有更加泛在的連接、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時(shí)延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網(wǎng)絡(luò)特性。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）于2019年11月23日宣布，世界無(wú)線電通信大會(huì)（WRC-19）已確定5G新增頻譜的新決議，將24.25 GHz~27.5 GHz、37 GHz~43.5 GHz、66 GHz~71 GHz共14.75GHz帶寬的頻譜標(biāo)識(shí)用于5G 和未來(lái)國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)，表明其中部分毫米波頻段或可用于6G。同時(shí)，WRC-19正式批準(zhǔn)了275 GHz~296 GHz、306 GHz~313 GHz、318 GHz~333 GHz和356 GHz~450 GHz共137 GHz帶寬的資源可用于固定和陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些頻段未來(lái)可能用于6G通信業(yè)務(wù)。

圖5. 近十年以特定國(guó)家/地區(qū)為目的地的6G關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量。

近年來(lái)，全球6G專利快速發(fā)展（見(jiàn)圖5），6G相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量呈攀升態(tài)勢(shì)（2020 年由于受新冠肺炎影響，申請(qǐng)量有所減少），技術(shù)開(kāi)始加速更新迭代。各國(guó)已啟動(dòng)6G研究，各大企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)對(duì)6G具體潛在技術(shù)的構(gòu)想略有區(qū)別，但已逐步收斂于“至簡(jiǎn)+柔性+數(shù)字孿生”、立體網(wǎng)絡(luò)覆蓋、全頻段組網(wǎng)、超大規(guī)模天線、感知通信一體化、AI使能空口、新材料、新器件、新天線、新基站、可見(jiàn)光通信、確定性數(shù)據(jù)傳輸、算網(wǎng)融合等領(lǐng)域。在面向6G時(shí)代的研究中，需強(qiáng)化儲(chǔ)備6G潛在關(guān)鍵技術(shù)，積極推進(jìn)新材料、儀器儀表等關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)儲(chǔ)備，進(jìn)行6G 應(yīng)用場(chǎng)景的前瞻研究和應(yīng)用試驗(yàn)，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，做好專利儲(chǔ)備與布局，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。

表5. 各國(guó)家或組織6G研究情況。

太赫茲通信技術(shù)可能是未來(lái)6G通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。太赫茲頻率在0.1～10THz波段，波長(zhǎng)為0.03 ~3 mm，處于微波與紅外光譜之間。與微波相似，太赫茲能穿透不導(dǎo)電材料，此外，太赫茲的寬頻帶能提供達(dá)幾GB/秒的傳輸速率, 在高速通信等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。但是在太赫茲頻段，只有非常少的低損耗材料符合使用要求。目前，太赫茲頻段下的研究主要集中在聚合物和半導(dǎo)體，對(duì)于陶瓷在太赫茲下介電性能的系統(tǒng)研究剛剛開(kāi)始。陶瓷在太赫茲頻段下的測(cè)試面臨兩個(gè)問(wèn)題：一是陶瓷的低損耗使得信號(hào)對(duì)比度小，誤差增加；另一方面，陶瓷具有相對(duì)高的介電常數(shù)，在空氣與陶瓷界面會(huì)引起多反射。微波介質(zhì)陶瓷的折射率可調(diào)（高折射率有利于器件小型化和集成）、耐高溫、強(qiáng)度高、成本低，但在太赫茲下?lián)p耗和吸收系數(shù)較高。因此，要實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷在太赫茲頻段的應(yīng)用，首先需要發(fā)展準(zhǔn)確、可靠的表征技術(shù)，確保正確測(cè)量材料在太赫茲下的性能；二要進(jìn)一步降低材料的損耗、提高Q值；三要探索新的、合適的材料體系，簡(jiǎn)單地認(rèn)為現(xiàn)有性能優(yōu)異的微波介質(zhì)陶瓷材料體系在太赫茲下也能表現(xiàn)出良好性能是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>

微波介質(zhì)陶瓷是5G/6G通信的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，未來(lái)的研究應(yīng)圍繞以下重點(diǎn)展開(kāi)：①進(jìn)一步提高材料微波介電性能，降低介電損耗，尤其是研發(fā)超低介電常數(shù)（ε_r <20）以及中高介電常數(shù)（ε_r =60~80）的材料；②利用先進(jìn)測(cè)試表征技術(shù)和計(jì)算方法從本征因素和非本征因素角度研究微波介質(zhì)陶瓷的介電響應(yīng)機(jī)理；③深入探索燒結(jié)助劑的降溫機(jī)理，發(fā)展LTCC技術(shù)，在降低微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度的同時(shí)仍使其具有優(yōu)異的介電性能；④響應(yīng)5G/6G技術(shù)發(fā)展對(duì)上游材料及元器件的新需求，研發(fā)合適的材料體系，積累生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。

6G時(shí)代我國(guó)將面臨比5G時(shí)代更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)，乃至不公平的封鎖，應(yīng)貫徹落實(shí)“十四五規(guī)劃綱要”的要求，牢牢把握未來(lái)3~5年的關(guān)鍵窗口期，科學(xué)有序推進(jìn)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。

主要參考資料：

1. 6G 全球進(jìn)展與發(fā)展展望白皮書(shū), 賽迪智庫(kù), 2021.

2. 聞立群, 王亦菲, 李暉,等. 主要國(guó)家和地區(qū)5G發(fā)展戰(zhàn)略舉措及對(duì)我國(guó)的啟示, 2021.

3. 張文帝. 布局6G搶先機(jī)[J].中國(guó)電信業(yè),2021(08):34-39.

4. Wireless Communications and Applications Above 100 GHz: Opportunities and Challenges for 6G and Beyond[J]. IEEE Access, 2019, 7:78729-78757.

5. Ohsato H ,  Tsunooka T ,  Sugiyama T , et al. Forsterite ceramics for millimeterwave dielectrics[J]. Journal of Electroceramics, 2006, 17(2-4):445-450.

6. 張迎春, 黃延偉, 張遠(yuǎn)謀,等. 鈣鈦礦和類鈣鈦礦型微波介質(zhì)陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2021, 49(4):15.

7. 王文文. Li-Mg-Nb系微波介質(zhì)陶瓷改性研究[D].電子科技大學(xué),2020.

8. 熊喆. Ba/Ca-Nd-Ti基高介微波介質(zhì)陶瓷制備與改性機(jī)理研究[D].電子科技大學(xué),2020.

9. 張杰. 高Q微波介質(zhì)陶瓷材料的改性及缺陷-性能的關(guān)聯(lián)研究[D].清華大學(xué),2016.10. 2019年中國(guó)微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)概覽, 頭豹研究院.

作者簡(jiǎn)介

施赟舟，畢業(yè)于清華大學(xué)材料學(xué)院，先后獲得學(xué)士學(xué)位和博士學(xué)位，2020年11月加入姑蘇實(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)略規(guī)劃部，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃及科研業(yè)務(wù)規(guī)劃工作。