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工科性質的它，不但研制生產軍用產品，也出民用產品。5G建設中需要應用的關鍵材料——微波介質陶瓷，就是中國電科十三所（以下簡稱“十三所”）耕耘已久的一塊良田。

務實，是十三所低調的另一面展現。面對封鎖，十三所周水杉研究員依舊大氣從容：“我們應該踏實地把工作干好，不能用民族主義去應對。”

踏實搞科研，他確實是這么做的，一心撲在微波介質陶瓷和微波介質濾波器，及傳感器、雙工器、加熱器等應用方面的研究，耕耘了三十多年，在科研生涯里結出累累碩果，輸出 41件專利，其中28件是第一發明人。

這個微波介質陶瓷領域的老兵，見證了國內微波介質陶瓷在艱苦歲月中蹣跚前進的步伐。而今，幾經沉浮的微波介質陶瓷在5G時代掀開的大幕中，又一次迎來了曙光。

01

幾經浮沉的發展史

5G基站的建設如火如荼。

基站里面有一個關鍵部件—濾波器。每個基站有專屬而明確的工作頻段，這要求基站具備選擇各種頻率信號來進行收發的能力。濾波器的作用就是幫助基站完成這項工作，讓需要的頻率信號通過，阻攔其他頻率信號。

5G信號頻率高，波長短，衍射能力弱，因此基站開始縮小體積，密集地分布在各個地點。

基站要小型化，濾波器也相應要縮小，此時體積較大的金屬腔體濾波器顯然無法完成“瘦身”要求，微波介質陶瓷波導濾波器順理成章地站在了風口。

微波介質陶瓷是款神奇的“可瘦身”材料，在周水杉研究員的眼里，站在5G風口的微波介質陶瓷，當年也是這么站在微波中繼通信的風口的。

在沒有光纖的年代，通信是靠微波來傳遞的。假如從北京發出信號到深圳，在這個跨度里面，需要每隔50公里設置一個站，這些基站里面需要用到諧振器，其關鍵材料就是微波介質陶瓷。一年10萬支的微波陶瓷諧振器，對于當時的微波介質陶瓷而言是天量的數字。

早前的諧振器是靠殷鋼來做的，它的體積是介質陶瓷諧振器的數十倍甚至上百倍，除了體積大，還不能調整諧振頻率的溫度系數，使用不便?？梢?，微波介質陶瓷的瘦身，為通信的固體化、集成化帶來了可能。

使得微波介質陶瓷“可瘦身”的“魔力”是什么？

和諧振器一樣，在上世紀70年代，國家的很多微波儀器設備也需要面臨體積縮小的難題。面對國家的需求，十三所就承擔起了微波介質陶瓷的研究工作。

周水杉為《大國之材》揭開了它“可瘦身”的奧秘。“如二氧化鈦陶瓷，介電常數較大，它的原來尺寸除以介電常數開平方，就是它可縮小的一維線長度。”

1939年，國外一位科學家提出一個理論，電磁波入射到兩個介電常數不同的界面，如果入射角合適，就能產生全反射，形成諧振。以此推測，陶瓷可以用作諧振器。

到了上世紀70年代，二氧化鈦陶瓷有了技術上的突破，理論被迫不及待的需求變成商業化的產品。

此時的周水杉剛剛進入這一行，畢業于天津大學電子陶瓷專業的他，進入中國電科十三所。1983年，在導師的帶領下展開了相關的研究，成為國內微波介質陶瓷及介質濾波器開創者之一。

和國外的情況一樣，國內的微波介質陶瓷被研發出來，但由于當時市場經濟并不發達，在民用方面的應用領域有限，因此其發展經歷也是幾經浮沉。

最早的導入應用就是中繼通信。90年前后，衛星電視的出現又給微波介質陶瓷材料帶來了新的機遇，微波介質振蕩器在衛星電視高頻頭上得到大量的應用，行業得到了空前的發展。

但很快地，一方面，衛星電視高頻頭的震蕩器、混頻器、放大器等微波器件用半導體工藝直接合成在一起，也不再采用微波介質諧振器，微波介質諧振器需求大幅萎縮；另一方面，衛星電視逐漸被淘汰。這給整個行業都造成了重大打擊，大量企業在此期間破 產、倒 閉、淘汰。

如今，微波介質陶瓷又迎來一個翻身的機會。進入到5G時代，華為提出基站濾波器采用微波介質陶瓷的方案。

“老兵”周水杉頗為感激地說：“是華為這些高科技企業的選擇，讓微波介質陶瓷又有了新的機遇。”

02

艱難的測試

作為現代通信的關鍵材料，微波介質陶瓷的研發被多個國家列入戰略地位。

不少西方發達國家都將功能陶瓷作為關鍵技術，投入大量經費進行研究和開發，中國也不例外。“5G里邊所用的介質波導濾波器、介質波導雙工器，中國目前是領先的。”周水杉對《大國之材》說。

而在早期，微波介質陶瓷的研制，卻像“兩彈一星”等尖端科研項目一樣歷經困難重重。

科研人員面臨的最大的問題就是微波介質陶瓷參數測試，只有測試出結果才知道實驗產品的好壞，“沒有測試方法，沒有測試儀器，不會測、不能測。”周水杉回憶起當初的窘境，有些無奈，這在當年阻擋了很多想進行微波介質陶瓷研究的人。

他回憶道，當時測試一個TE01模的諧振器，沒有測試儀器，只能用測電容的辦法測損耗角正切，頻率是1MHz，可測的精度非常差，“就好比拿一把米尺測1微米一樣。”

沒有夾具和儀器，周水杉只好用土辦法自己搭建測試儀器。用掃頻信號源作為頻率源，同時把示波器、功分器、耦合器、衰減器、隔離器、環形器等搭建測試系統，高Q的頻率計也處于缺乏狀態，當初的周水杉經常樓上樓下來回跑，“找了個旋轉機械式的，結果它自身的誤差都有2兆。”

周水杉是學材料出身的，對微波的理解深度有限，只能自己鉆研微波知識，然后找方法、找夾具、找儀器去嘗試?；貞洰敃r的場景，他覺得無奈又好笑。

除了測試儀器，還有輔助材料、計算都是缺乏狀態。在計算機資源十分匱乏的年代，像“兩彈一星”這樣的尖端科技項目，繁瑣復雜的計算靠的是計算尺。“兩彈元勛”鄧稼先在研究原子彈的過程中，一個關鍵數據算上一遍，要有上萬個網點，而每個網點要解五、六個方程。

“我們當時搞這個材料的時候，測試方面的難度可能跟用計算尺計算導彈軌跡差不多。”

所幸的是，測試儀器在國家的幫助下得到了解決，微波介質陶瓷的研究進展也飛速突破。“中國人都是很聰明的，只要把短板補齊了，跟國外的差距就會越來越小，甚至會迎頭趕上。”

03

用做工藝品的方式做產品

微波介質陶瓷產業的發展步伐愈發穩健。

相關數據顯示，2011年國內微波介質陶瓷行業規模約12.92億元，到2018年增長到了22.9億元。

微波介質陶瓷的應用面也在不斷被挖掘出來。基站介質陶瓷濾波器商業化之前，用量較大的是全球定位系統的貼片天線和共享單車定位天線。

隨著5G的爆發，面對5G濾波器巨量的需求，國內傳統的介質廠商以及4G時代的主流腔體濾波器廠商都進行了相關產業的布局，很多企業都在大資金投入建設陶瓷介質濾波器生產線，擴大產能儲備。

為了分得一杯羹，不少企業布局其中。面對企業反應的直通率低的問題，周水杉研究員表示，“如果用做藝術品的心態去做產品，這些問題自然迎刃而解。”

隨著電子產品朝著輕薄化方向發展，微波介質陶瓷以自身特性有了更多的用武之地，但加工工藝仍然有限，現在的陶瓷工藝都是通過成型、燒結、研磨、拋光等一些機械式的方式來調整其尺寸。“如果要在更高頻率的頻段上發揮作用，就要看能否用半導體工藝來對它進行精細加工。”

挖掘微波介質陶瓷的潛力，是行業人士一直在致力推動的方向，“如果更高的介電常數、更小的微波損耗、更低的生產成本的陶瓷材料能被找到，它就能走到更寬廣的應用空間里。”

如今，微波介質陶瓷的發展瓶頸在于它的“魔咒”，在自然界中，介電常數越大的材料，微波的損耗也都同樣的較大。因此，要打破介電常數變大后，性能變差的“魔咒”。

為了更多地挖掘它的“魔力”，這所低調的科研機構一直也在圍繞著它在轉，正如“老兵”周水杉所說，從絕緣體、半導體到超導體，他愿意在這里開展更深入的研究和推廣工作。