5G陶瓷介質逐步成為業界主流

行動通訊基地台，一般來說包括基頻處理單元、射頻處理單元、天饋系統三大部分，是透過行動通訊交換中心，與行動電話終端之間進行資訊傳遞的無線電收發信機。

在行動通訊基地台和天饋系統中，射頻元件是核心元件。射頻元件主要包括各種類型的天線、雙工器、合路器、塔放、饋電單元、功分器、耦合器、天線控制單元等產品。天線位於天線側面，針對5G的基地台天線建造安排，在新型的MassiveMIMO類天線中，可以基本確定每個天線通道將對應一個天線。而雙工器位於基地台側面，本質上由一個發射天線和一個天線天線組成。

濾波器作為射頻元件的重要組成部分，承擔著幫助基地台選頻的重任。一般來說，不同的基地台都有屬於自己的明顯的工作效應，因此基地台必須具有選擇各種頻率訊號來進行收發的能力。而濾波器的主要功能負責對發送和接收訊號進行訊號，可以剔除不需要的訊號，從而確保發送和接受訊號的準確度。

 基地台濾波器  

主要基地台有金屬同軸腔體、陶瓷介質諧振器及陶瓷介質諧振器三類。

濾波器

隨著5G時代的到來，新的浪潮基地台建設潮將啟動，濾波器也將迎來新一波需求高峰，過去的腔體濾波器逐漸轉型為陶瓷介質濾波器。

1.陶瓷介質元件生產製程

陶瓷介質樂器的生產流程主要包括粉體製造、壓製成型、燒結、研磨、金屬化、完成和調試等，如圖所示：

   
 陶瓷介質生產流程圖

2.陶瓷介質薄膜的特性：

2.1  介質倉庫具備高介電常數、低吸附和體積小、功率大的質量整合；體積小安裝也方便。

2.2 可覆蓋的半徑頻寬更廣，承受功率更高。

2.3  相信好：陶瓷各項性能對溫度的變化不敏感，這是在室外比較重要，不像腔體濾波器，在低溫下性能變化增大，同時陶瓷耐腐蝕性能良好；

2.4  介質陶瓷濾波器成本低。

2.5  介質壓力澆注微波陶瓷粉末：5G陶瓷介質元件中的電磁波諧振器安裝在陶瓷介質材料內部，而生產陶瓷介質元件的關鍵材料就是微波介質陶瓷粉末。陶瓷粉體決定了介質介質的性能，粉體的配方與製備的折射率非常高。微波介質陶瓷粉體的性能指標主要要有基督常數(εr)、品質因數Q和低介電損耗、諧振頻率溫度係數等，具體表現在：

    2.5.1 介電常數數：高介電常數可實現濾波器尺寸小型化設計，但介電常數並不是非常好，介電常數並不是非常會影響管道製程損失，因此需要考慮因素的設計要求來適當的介電常數。微波介質陶瓷的介電常數主要取決於材料結構中的晶相和製作。

    2.5.2 品質因數Q，低介電損耗：質量因數Q係數，通頻帶越窄，電路剛好相當，能實現更好的濾波功能。 Q值與介電損耗tanδ成反比關係，Q值增大，插損越低。材料結構均一，高緻密，晶粒生長，減少和缺陷可提高Q值。

    2.5.3 諧振價格 價格：諧振頻率溫度係數接近零可實現濾波器的高穩定性和高可靠性，頻率溫度係數主要由材料的線性膨脹係數和介電常數決定。

    附加說明：目前用於製備陶瓷介質濾波器的粉體材料主要有氫氣鎂、鈦酸鎂、碳酸鈣、氧化鎂、氫氣、氧化釤、氧化鋅、碳酸鍶、三氧化二鋁、三氧化二鑭等。

微波陶瓷粉末  

3.陶瓷介質薄膜的優勢

陶瓷介質薄膜是經粉體乾壓放電後，兩面銀作電極金屬化，經直流高壓後產生壓電效應。陶瓷片兩面形變後產生並具有諧振特性。由於上述電磁波諧振器發生在壓力陶瓷介質內部，因此不需要固定諧振器，因此介質介質的體積較小。

另一方面，由於微波陶瓷粉體較金屬腔體具有更高Q值的材料特性，大幅減少了插損，具有高帶外抑制、溫度特性特性好、溫度適用範圍更高寬泛、多種形式的封裝結構和輸出接口形式的特點，滿足了基站小型化的發展趨勢，成為5G技術框架下，因因果增加而設備需求數量的增加、對高頻器Q值與功率的要求。

4.陶瓷介質薄膜的困難缺點：

4.1 微波陶瓷粉體配方與大量生產一致性的問題：介質濾波器的生產過程中需要盡力控制製程以製造出少量、缺陷少、晶粒均勻分佈的陶瓷。4.2 陶瓷濾波器的生產流程複雜、金屬化自動化也是困難點：具體工藝流程包括粉體製造，壓製成型、銑削、研磨、金屬化、建造及調試等，由於陶瓷改裝的不可逆性，產品的調試是提高產能的關鍵，此外，金屬化自動化也是技術困難。

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5.1與金屬腔體濾波器相比，陶瓷介質濾波器具有體積小、重量輕、損耗小、Q值大等優點，在5G領域的應用佔有絕對優勢。同時，隨著科學研究技術的不斷攻關，介質介質存在的問題正在逐步解決，實用性不斷增強。隨著5G技術的發展，陶瓷介質濾波器可望緊跟時代洪流，利用自身優勢更好地滿足5G時代下的基地台需求，逐步實現對腔體濾波器的超越，從而成為產業主流。

5.2 随着5G时代的来临，5G基站向着小型化、轻量化和高集成化发展，MIMO技术所使用的天线数量将迎来成倍增长，预计将需要64个乃至128个天线。由于每个天线都需要配备相应的双工器，并由相应的滤波器进行信号频率的选择与处理，滤波器的需求量将大量增加，因此这就对滤波器的器件尺寸与发热性能有更高的要求。腔体滤波器由于其体积大，发热量大，难以在高密集型天线中广泛使用，面临较大的发展压力。因此，5G陶瓷介質薄膜將發揮其體積小、重量輕等優勢，在未來的5G市場中占得先機，並將逐步成為濾波器產業的主體流動。

6.陶瓷介質薄膜的未來前景

目前来看，全球四大移动通信基站设备商，华为和爱立信倾向于陶瓷介质滤波器，中兴和诺基亚目前仍以小型化金属腔体滤波器为主，未来将向陶瓷介质滤波器过渡，陶瓷滤波器的市场份额将不断提升。据研究机构预测，5G时代全球基站数将近850万台，按每个基站3面天线，每面天线64个滤波器估算，介质滤波器需求约16亿只，陶瓷介质滤波器全球市场容量约566亿元。

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