本文選題：高旋磁性　切入點(diǎn)：Li　出處：《電子科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：LiZn和NiCuZn鐵氧體均為優(yōu)良的微波鐵氧體材料。其中,LiZn鐵氧體材料具有飽和磁化強(qiáng)度可調(diào)范圍寬、剩磁對(duì)應(yīng)力敏感性低、居里溫度高以及成本低廉等特點(diǎn)。相比于LiZn鐵氧體,NiCuZn鐵氧體材料具有較低的磁晶各向異性常數(shù)及較高密度等優(yōu)點(diǎn),故其具有較低的鐵磁共振線寬ΔH,但其居里溫度較低。兩種鐵氧體材料均被廣泛應(yīng)用于各種高頻微波/毫米波器件。對(duì)于Ka波段鐵氧體移相器,為實(shí)現(xiàn)其低插入損耗、高溫度穩(wěn)定性和小型輕量化,要求應(yīng)用其中的鐵氧體具有高飽和磁化強(qiáng)度、剩磁比和居里溫度及低矯頑力、鐵磁共振線寬和介電損耗角正切。綜上所述,本文在材料方面對(duì)應(yīng)用于Ka波段鐵氧體移相器的高旋磁性LiZn鐵氧體、NiCuZn鐵氧體及復(fù)合技術(shù)制備的LiZn/NiCuZn鐵氧體的靜磁性能、微波損耗及其影響機(jī)理展開研究工作;在器件方面,針對(duì)Ka波段鐵氧體移相器的優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開研究工作。首先,在高旋磁性LiZn鐵氧體方面,針對(duì)于Zn取代、缺鐵和Bi_2O_3添加劑對(duì)LiZn鐵氧體性能影響展開研究。結(jié)果表明:(1)Zn取代可有效改善LiZn鐵氧體的旋磁性和軟磁性,但會(huì)引起居里溫度Tc下降。通過亞鐵磁性奈爾分子場理論計(jì)算了LiZn鐵氧體的分子場系數(shù)ωaa、ωab=ωba、ωbb;分子場系數(shù)ωab的減小直接導(dǎo)致A-B位超交換作用的減弱,使得居里溫度Tc降低;(2)通過XPS分析Fe2p譜得出在主配方中適量缺鐵能夠有效抑制Fe2+的產(chǎn)生,降低矯頑力Hc、磁晶各向異性常數(shù)K1和鐵磁共振線寬ΔH,但會(huì)引起居里溫度Tc下降;通過“磚墻”理論模型結(jié)合電阻率ρ和介電常數(shù)ε′頻譜(f=0.01~1MHz)計(jì)算了晶粒、晶界電阻率,主配方中缺鐵有利于提高晶粒、晶界電阻率;同時(shí),根據(jù)趨近飽和定律和自旋波理論模型對(duì)鐵磁共振線寬ΔH進(jìn)行分離,得到影響ΔH變化的主導(dǎo)因素;(3)Bi_2O_3添加劑對(duì)LiZn鐵氧體具有助熔與阻晶作用。適量Bi_2O_3可有效提高LiZn鐵氧體密度dm、飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩磁Br,降低矯頑力Hc和氣孔率P,同時(shí),適量Bi_2O_3可有效降低LiZn鐵氧體的ΔH中的氣孔致寬部分,并可改善LiZn鐵氧體的微波介電性能。其次,采用氧化物陶瓷工藝制備了NiCuZn鐵氧體,研究了Zn取代、缺鐵、Bi_2O_3添加劑對(duì)NiCuZn鐵氧體的性能的影響。研究結(jié)果表明:(1)Zn取代可有助于提高材料的飽和磁化強(qiáng)度Ms和剩磁Br,降低矯頑力Hc和居里溫度Tc�；谀螤柗肿訄隼碚�,采用非線性擬合方法求解了不同Zn含量NiCuZn鐵氧體的分子場系數(shù)(ωaa,ωbb和ωab=ωba),得到與實(shí)測曲線吻合良好的分子磁矩隨溫度變化(1.8~400K)曲線圖,并修正了適合含有多種磁性離子(Ni2+、Fe3+、Cu2+等)的NiCuZn鐵氧體材料亞鐵磁性和順磁性居里溫度Tc計(jì)算公式。當(dāng)Zn含量增多時(shí),分子場系數(shù)ωab的減小導(dǎo)致了居里溫度降低。同時(shí),計(jì)算了NiCuZn鐵氧體高溫順磁性居里溫度T-;(2)適量的缺鐵可提高NiCuZn鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度Ms、密度dm和電阻率ρ;適量缺鐵可有效降低NiCuZn鐵氧體的ΔH;當(dāng)缺鐵量x=0.08時(shí),NiCuZn鐵氧體具有最小ΔH=9.63kA/m,介電常數(shù)具有最大值ε′=14.0,介電損耗角正切tanδε為1.74×10-4;(3)適量Bi_2O_3添加劑可有效提高NiCuZn鐵氧體密度dm、飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩磁Br,降低矯頑力Hc和氣孔率P,同時(shí),適量Bi_2O_3添加劑可有效降低NiCuZn鐵氧體的ΔH,并可改善NiCuZn鐵氧體的微波介電性能。再次,采用氧化物陶瓷工藝復(fù)合技術(shù)制備了高旋磁性鐵氧體,研究了將LiZn與NiCuZn按不同質(zhì)量比復(fù)合對(duì)高旋磁性鐵氧體的性能的影響。同時(shí),為與將LiZn鐵氧體與NiCuZn鐵氧體按不同質(zhì)量比復(fù)合制備的鐵氧體進(jìn)行對(duì)比,采用氧化物陶瓷工藝制備了Ni2+、Cu2+取代LiZn鐵氧體中的Fe3+構(gòu)成的五元系鐵氧體,研究了不同Ni、Cu取代量對(duì)五元系鐵氧體的晶相、顯微結(jié)構(gòu)、靜磁性能、電阻率和鐵磁共振線寬的影響。結(jié)果表明:(1)對(duì)于將LiZn鐵氧體與NiCuZn鐵氧體按不同質(zhì)量比復(fù)合制備的高旋磁性鐵氧體,隨著NiCuZn鐵氧體在復(fù)合中比例的增加,可有效提高高旋磁性鐵氧體的密度dm、飽和磁化強(qiáng)度Ms和剩磁Br,降低矯頑力Hc、磁晶各向異性常數(shù)K1和鐵磁共振線寬ΔH,并可改善高旋磁性鐵氧體的微波介電性能,但居里溫度Tc逐漸降低;同時(shí),通過對(duì)Ni元素和Fe元素的EDS能譜分析,隨著燒結(jié)溫度從800提高到1200℃,LiZn和NiCuZn鐵氧體由兩相逐漸融合為均勻質(zhì);(2)適量Ni、Cu取代可有效提高五元系鐵氧體的密度dm、飽和磁化強(qiáng)度Ms和剩磁Br,降低鐵磁共振線寬ΔH,但不利于矯頑力Hc的降低。最后,基于采用復(fù)合技術(shù)制備的高旋磁性鐵氧體材料對(duì)背脊式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的Ka波段鐵氧體移相器進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),結(jié)果表明:(1)針對(duì)于中心孔寬度、磁心壁厚度、鐵氧體磁心中心孔填充介質(zhì)及鐵氧體磁心長度的仿真優(yōu)化有助于抑制電磁波的高次模,降低Ka波段鐵氧體移相器的回波損耗S11、插入損耗S21和駐波比VSWR,提高相移量;(2)在室溫到80℃溫度范圍內(nèi),通過對(duì)Ka波段鐵氧體移相器模型的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo);(3)在80℃溫度下Ka波段(33.5~34.5GHz)鐵氧體移相器實(shí)際測試回波損耗|S11|均大于20dB、插入損耗|S21|均小于0.77dB、駐波比VSWR小于1.1、相移量達(dá)到360°、相移精度小于2°。
[Abstract]:In this paper , the effects of low insertion loss , high temperature stability and low cost of LiZn ferrite have been studied . The results show that : ( 1 ) Zn substitution can effectively improve the magnetic anisotropy constant and high density of LiZn ferrite . The effects of Zn substitution , Fe - deficiency and Bi _ 2O _ 3 additives on the properties of NiCuZn ferrite have been studied . ( 1 ) With the increase of the proportion of the NiCuZn ferrite in the composite , the density dm , the saturation magnetization Ms and the residual magnetism Br of the high - rotation magnetic ferrite can be effectively improved . The simulation optimization design of the Ka - band ferrite phase shifter can improve the microwave dielectric property of the high - rotation magnetic ferrite , but the Curie temperature Tc decreases gradually .

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM277

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1720789