微波介質陶瓷元器件的重要應用方向為移動通信基站，介質諧振器、介質濾波器、雙工器和多工器均是通信基站射頻單元的關鍵組件。大規模建立5G基站對微波介質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，開發出具有低損耗、高穩定性等優異性能的微波介質陶瓷材料是近年功能陶瓷方向研究的重點之一。
微波介質陶瓷行業整體處于5G產業鏈上游，在各省市的5G規劃中，重點關注5G上游射頻元器件、有源陣列天線等關鍵技術與核心元器件的突破和發展，并制定了全方位扶持政策，這將帶動微波介質陶瓷元器件的快速發展。5G通信技術提升，基站數量大幅增（將是4G時代的4~5倍），對微波通信元件需求巨大。5G天線的通道數量是4G時代的7~15倍，意味著對射頻器件中微波介質陶瓷元器件的需求量是4G時代的7~15倍。小型化和輕量化成為天線設計的基礎，相較于金屬濾波器，微波陶瓷介質波導濾波器可實現高抑制的系統兼容，體積更小，重量更輕，成為5G基站的主流技術方案。
隨著全球5G網絡規模化商用步入快車道，針對6G研發的戰略性布局已全面拉開帷幕。盡管業界雖然還尚未對6G的愿景、關鍵技術、標準等形成統一的共識，但普遍預期6G在2030年左右開始商用，未來3~5年將是6G研發的關鍵窗口期。相較于5G，6G將具有更加泛在的連接、更大的傳輸帶寬、更低的端到端時延、更高的可靠性和確定性以及更智能化的網絡特性。
國際電信聯盟（ITU）于2019年11月23日宣布，世界無線電通信大會（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帶寬的頻譜標識用于5G 和未來國際移動通信系統，表明其中部分毫米波頻段或可用于6G。同時，WRC-19正式批準了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業務應用，這些頻段未來可能用于6G通信業務。
圖1. 近十年以特定國家/地區為目的地的6G關鍵技術專利申請量。
近年來，全球6G專利快速發展（見圖1），6G相關的關鍵技術專利申請量呈攀升態勢（2020 年由于受新冠肺炎影響，申請量有所減少），技術開始加速更新迭代。各國已啟動6G研究，各大企業與研究機構對6G具體潛在技術的構想略有區別，但已逐步收斂于“至簡+柔性+數字孿生”、立體網絡覆蓋、全頻段組網、超大規模天線、感知通信一體化、AI使能空口、新材料、新器件、新天線、新基站、可見光通信、確定性數據傳輸、算網融合等領域。在面向6G時代的研究中，需強化儲備6G潛在關鍵技術，積極推進新材料、儀器儀表等關聯產業基礎儲備，進行6G 應用場景的前瞻研究和應用試驗，保護知識產權，做好專利儲備與布局，實現產業鏈自主可控。
表1. 各國家或組織6G研究情況。
太赫茲通信技術可能是未來6G通信技術發展的一個重要方向。太赫茲頻率在0.1～10THz波段，波長為0.03 ~3 mm，處于微波與紅外光譜之間。與微波相似，太赫茲能穿透不導電材料，此外，太赫茲的寬頻帶能提供達幾GB/秒的傳輸速率, 在高速通信等領域有良好的應用前景。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體，對于陶瓷在太赫茲下介電性能的系統研究剛剛開始。陶瓷在太赫茲頻段下的測試面臨兩個問題：一是陶瓷的低損耗使得信號對比度小，誤差增加；另一方面，陶瓷具有相對高的介電常數，在空氣與陶瓷界面會引起多反射。微波介質陶瓷的折射率可調（高折射率有利于器件小型化和集成）、耐高溫、強度高、成本低，但在太赫茲下損耗和吸收系數較高。因此，要實現微波介質陶瓷在太赫茲頻段的應用，首先需要發展準確、可靠的表征技術，確保正確測量材料在太赫茲下的性能；二要進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，簡單地認為現有性能優異的微波介質陶瓷材料體系在太赫茲下也能表現出良好性能是不嚴謹的。
微波介質陶瓷是5G/6G通信的關鍵基礎材料，未來的研究應圍繞以下重點展開：①進一步提高材料微波介電性能，降低介電損耗，尤其是研發超低介電常數（εr <20）以及中高介電常數（εr =60~80）的材料；②利用先進測試表征技術和計算方法從本征因素和非本征因素角度研究微波介質陶瓷的介電響應機理；③深入探索燒結助劑的降溫機理，發展LTCC技術，在降低微波介質陶瓷燒結溫度的同時仍使其具有優異的介電性能；④響應5G/6G技術發展對上游材料及元器件的新需求，研發合適的材料體系，積累生產技術經驗，力爭實現產業鏈的自主可控。
6G時代我國將面臨比5G時代更為激烈的競爭，乃至不公平的封鎖，應貫徹落實“十四五規劃綱要”的要求，牢牢把握未來3~5年的關鍵窗口期，科學有序推進關鍵材料、關鍵技術的研發，實現高水平科技自立自強。
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