低M_s大功率石榴石型旋磁铁氧体材料研究进展

钇铁石榴石(YIG)型多晶铁氧体是适用于低波段大功率微波器件的主要旋磁材料。本文对近年来国内外石榴石型旋磁铁氧体材料的研究进展进行了综述,就通过YIG晶格中阳离子置换实现对铁氧体饱和磁化强度及其温度系数的调控、以及通过多晶显微组织结构优化实现铁氧体材料低损耗与高功率性能等方面进行了分析与讨论。

旋磁铁氧体在实现低频电磁波吸收中的作用

本文研究了旋磁铁氧体材料在不同条件下(磁化状态,大块材料和离散的阵列形式)对低频电磁波的吸收性能以及铁氧体基元间的耦合作用对吸收带宽的影响.研究结果表明,通过旋磁铁氧体在吸波材料中的结构设计可以实现对低频电磁波的高效吸收.文中4 mm大块薄层旋磁铁氧体反射率的–10 d B频点能低至0.48 GHz,并可以通过调整偏置磁场的大小或者离散铁氧体基元的大小灵活地改变共振频率.引入不同尺寸的基元形成的多谐振峰及其相互的耦合可以有效拓展–10 d B带宽,并且这种展宽作用在不同的磁化状态下都是有效的.当采用横向偏置场700 Oe时,两基元吸波材料–10 d B带宽可达单个基元各自作用带宽之和的105.7%.

旋磁铁氧体材料的微波烧结及在环行器中的应用研究

对微波烧结旋磁铁氧体材料进行了初步实验,检测和分析了烧成的材料和由其制成的环行器的主要技术参数,并与传统烧结材料进行了对比。结果表明,微波烧结旋磁铁氧体材料介电损耗较低,用其制作的环行器满足设计要求,损耗减小。该烧结方法具有一定的优越性。

基于减小谐振腔样品孔的旋磁铁氧体高介电常数测试

改进了GB/T9633-2012《微波频率应用的旋磁材料性能测量方法》的测试方法,讨论了减小测试腔的样品插入孔对材料介电常数的影响,采用旋磁铁氧体和陶瓷材料作为测试样本。测试系统沿用谐振通过式,计算模式采用电磁微扰理论。测试结果证明,随着样品尺寸的减小,介电常数相比GB/T9633-2012测试方法的精度有一定的提高,更加接近材料的真实值。

六角钡铁氧体准单晶块材制备及其磁性能研究

具有高磁晶各向异性场的六角钡铁氧体(BaFe12O19,BaM)是毫米波器件中关键的旋磁材料.以片状纳米尺度六角钡铁氧体单畴颗粒为原料粉体,通过强磁场颗粒取向、加压成型、等静压处理以及微液相参与烧结等过程,成功制备得到了晶粒沿c轴取向度达99%的六角钡铁氧体准单晶材料,其磁性接近单晶铁酸钡,饱和磁化强度达到4654kA/m,矫顽场约为9.552kA/m,并对其织构化和致密化机理进行了分析与讨论.

低饱和磁化强度旋磁In-BiCaVIG单晶小球制备

采用助熔剂法以Bi2O3、PbO为助溶剂结合加速坩埚转动技术生长了4πMs为400 G、250 G、200 G的三种石榴石型In-BiCaVIG单晶,不同配方的单晶材料均能生长出线度在10 mm以上且包杂极少的单晶颗粒。采用“V”型槽研磨技术对系列单晶小球进行了磨抛加工处理,三种型号小球的球形度在1.0041~1.0048之间,略优于同尺寸的进口小球(球形度为1.0056)。对制备的三种小球进行了器件试用,结果表明,三种型号的单晶小球性能良好,能够满足相应滤波器的应用要求。XD4C型单晶小球的批量合格率接近84%,且批量性能一致性与进口小球相近;而XD2.5C和XD2C两种型号单晶小球的合格率则不到76%,还有待进一步提高。

Li-Zn系铁氧体铁磁共振研究

在纯锂铁氧体（Ｌｉ０．５Ｆｅ２．５Ｏ４）基础上，用Ｚｎ２＋离子代换其中Ｌｉ＋０．５Ｆｅ３＋０．５离子，研究了（Ｌｉ０．５Ｆｅ０．５）１－ｘＺｎｘＦｅ２Ｏ４（其中ｘ＝０．０，０．２０，０．３０，０．４０，０．５０）系铁氧体室温铁磁共振效应．结果表明，用Ｚｎ２＋离子代换Ｌｉ＋０．５Ｆｅ３＋０．５离子能有效降低内场和铁磁共振线宽，当频率高于６ＧＨｚ时，铁磁共振线宽与频率成线性关系．

SIW旋磁倍频器的研究

研究旋磁铁氧体在内场作用下的非线性,设计了一个SIW旋磁倍频器。该倍频器采用无源倍频的方式,将一个中心频率19 GHz、带宽500 MHz的输入信号倍频到中心频率38 GHz、带宽1 GHz的输出信号。该旋磁倍频器在输入功率30 dBm的情况下,中心频率处的谐波分量大于20 dBm。设计、仿真分析与实验研究的结果表明:无源旋磁倍频器为提供大功率高效率倍频提供了一种有效的技术手段。

离子取代对高介YIG铁氧体材料的性能影响

基于固相反应烧结法制备了Bi_(x)Y_(3-x-y)Ca_(y)M_(y)Fe_(5-y)O_(12)(x=1.0~1.6,y=0.1~0.5,M为4价离子Zr^(4+)、Sn^(4+))旋磁铁氧体材料。首先分析了不同Bi^(3+)离子取代量对材料介电性能和微波旋磁性能的影响,由此确定最佳的Bi^(3+)离子取代量。然后在其基础上,研究了不同Ca^(2+)/Zr^(4+)和Ca^(2+)/Sn^(4+)离子共取代对材料综合性能的影响。研究表明,当Bi^(3+)离子取代量x为1.4时,能最好地兼顾YIG铁氧体材料高介电常数和低铁磁共振线宽的综合要求。进一步对Ca^(2+)/Zr^(4+)和Ca^(2+)/Sn^(4+)离子共取代的研究发现,采取Ca^(2+)/Zr^(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.4),更有助于获得高的介电常数,其最佳性能为:Ms=145 kA/m,ε=29.4,ΔH=2.7 kA/m;而采用Ca^(2+)/Sn^(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.3),则可以在进一步降低铁磁共振线宽上取得突破,其最佳性能为:Ms=147 kA/m,ε=28.5,ΔH=2.2 kA/m。

一步共烧法制备的异质MCT-NiZn复合基板

以Ni_(0.6)Zn_(0.4)Nd_(0.01)Sn_(0.01)Mn_(0.01)Fe_(1.95)O_(4)(NiZn)旋磁铁氧体材料为内芯、0.85(Mg_(0.7)Zn_(0.3))TiO_(3)-0.15Ca_(0.8)Sm_(0.4/3)TiO_(3)(MCT)微波陶瓷为外环,采用一步共烧法制备了环行器/隔离器用钛酸镁钙-镍锌MCT-NiZn异质复合基板。首先将NiZn粉料压制成圆柱体,作为复合基板的内芯;将MCT粉料压制成环形柱体,作为基板的外环,将内芯NiZn和外环MCT的生坯组装,并在特定温度下直接一步共烧,获得MCT-NiZn异质复合基板。研究了共烧温度对复合基板的相组成、微观组织、剪切强度的影响。此外,还研究了复合基板直接共烧结后过渡区的结构与性能。结果表明,NiZn-MCT复合基板之间发生了界面反应,在过渡区形成了新相Mg_(2)TiO_(4),复合基板的最佳共烧温度为1260℃。此外,复合材料具有高剪切强度,达到57.45 MPa。综上,采用一步共烧法制备MCT-NiZn复合基板是一种具有广阔应用前景的复合材料。

带线环行器、隔离器生产技术

4．2旋磁铁氧体片 众所周知，所有类型的环行器、隔离器都离不开旋磁铁氧体片，在环行器的设计中，旋磁铁氧体材料的选择是最重要的一个方面。旋磁铁氧体材料选择不正确，会导致器件达不到设计指标。另外，如果要更换材料，无疑会带来牛产周期的延迟。

压缩波导隔离器设计

提出了一种压缩波导隔离器的设计结构和原理，对铁氧体样品的理论计算和实验结果完全相符，并给出了13.5～13．9GHz隔离器的实验结果和测试曲线。