隨著電子通信系統(tǒng)性能上的寬帶高速、結(jié)構(gòu)上的小型與集成化發(fā)展,對(duì)無(wú)源電子元器件的片式小型化、高頻化提出了更高的要求。一方面要求無(wú)源電子元器件尤其是射頻軟磁器件例如電感元件實(shí)現(xiàn)GHz頻率的應(yīng)用并滿足片式化和無(wú)源集成的要求;另一方面是用于T/R組件的微波旋磁器件如環(huán)行器/隔離器的小型化。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)是具有高磁晶各向異性的六角鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)以及低微波損耗的單軸六角鐵氧體材料的研究。六角晶系鋇鐵氧體具有高磁晶各向異性、高飽和磁化強(qiáng)度、可通過離子摻雜調(diào)控磁晶各向異性大小與類型(主軸型,平面型),是滿足上述要求的關(guān)鍵材料。本論文研究工作圍繞M型六角鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)、離子摻雜取代和單軸取向M型與W型六角鐵氧體的制備展開。首先,為實(shí)現(xiàn)射頻軟磁器件的片式小型化、與LTCC工藝實(shí)現(xiàn)兼容,開展了M型鋇鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)研究。選取具有高截止頻率特性的Ba(CoTi)_(1.5)Fe_9O_(19)材料進(jìn)行研究,添加BBSZ助燒劑降低材料燒結(jié)溫度。當(dāng)BBSZ添加量為4wt%時(shí),材料的綜合性能最優(yōu),此時(shí)材料的密度為4.62 g/cm~3,收縮率為13.8%接近LTCC工藝15%的要求,飽和磁化強(qiáng)度最大達(dá)到24.5 emu/g,矯頑力為188Oe,磁導(dǎo)率截止頻率達(dá)到2.45GHz以上,Q值為所有樣品中最大值在1.7GHz時(shí)達(dá)到3.75,此時(shí)磁導(dǎo)率為11.3。采用高能球磨工藝細(xì)化低溫?zé)Y(jié)Ba(CoTi)_(1.5)Fe_9O_(19)預(yù)燒粉料,磁性能相比常規(guī)球磨材料有顯著改善,當(dāng)BBSZ含量為2%的樣品收縮率達(dá)到14.2%,飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到53emu/g、矯頑力為113Oe,截止頻率達(dá)到2.5GHz。通過對(duì)材料不同頻率點(diǎn)的磁導(dǎo)率實(shí)部、虛部、Q值以及損耗值隨摻雜量變化進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)材料在助燒劑含量為2wt%時(shí)具有最佳性能,2GHz時(shí),材料磁導(dǎo)率實(shí)部為15.8,Q值為2.5。為實(shí)現(xiàn)微波旋磁器件尤其是隔離器、環(huán)行器小型化的關(guān)鍵是利用材料的磁晶各向異性等效磁場(chǎng)作為偏置磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)器件的自偏置,去除外加偏置磁體。因此,開展了主軸型六角鋇鐵氧體的制備工藝、取向度、離子取代改性的研究。首先采用氧化物法制備了Hf~(4+)離子摻雜M型鋇鐵氧體和Sc~(3+)離子取代M型鋇鐵氧體并對(duì)材料的物相、微觀形貌以及基本磁性能等一系列性能進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)兩種離子摻雜方式均能有效調(diào)控M型鋇鐵氧體的磁性能,但是Hf~(4+)離子摻雜會(huì)導(dǎo)致材料中出現(xiàn)雜相并提高材料的介電損耗。因此,采用Sc~(3+)離子取代M型鋇鐵氧體進(jìn)行取向M型鋇鐵氧體制備研究。采用氧化物法以及磁場(chǎng)取向成型工藝制備了Sc~(3+)離子取代取向M型鋇鐵氧體材料。通過延長(zhǎng)二次球磨時(shí)間、降低燒結(jié)溫度以及加入添加劑H_3BO_3、Bi_2O_3,得到了具有較高矩型比和致密度的取向M型鋇鐵氧體BaSc_(0.2)Fe_(11.8)O_(19)材料,矩形比達(dá)到0.85,飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到4400G、磁晶各向異性場(chǎng)超過11500Oe、矯頑力達(dá)到2800Oe。在取向M型鋇鐵氧體制備工藝基礎(chǔ)上,制備了取向Zn_2W鋇鐵氧體BaZn_2Fe_(16)O_(27)。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)1020℃燒結(jié)后的Zn_2W鋇鐵氧體具有最佳性能,易磁化方向磁滯回線的矩形比為0.8、鐵磁共振線寬為996Oe、各向異性場(chǎng)強(qiáng)度為7532Oe、飽和磁化強(qiáng)度為3115G、矯頑力1011Oe,介電常數(shù)14。在制作材料的基礎(chǔ)上,采用HFSS軟件進(jìn)行自偏置三角結(jié)微帶環(huán)行器設(shè)計(jì)、優(yōu)化與仿真。根據(jù)最終仿真結(jié)果,采用0.65mm厚度基片進(jìn)行環(huán)行器實(shí)物制作與測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,器件未在設(shè)計(jì)目標(biāo)頻率26.5GHz左右范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)環(huán)行功能。因此對(duì)導(dǎo)致器件失效的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析,并對(duì)下一步工作提出了可行的改進(jìn)方案。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM277;TN60
【部分圖文】：

第一章 緒 論發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線三個(gè)模塊不可替代的元器模組中占到很大比例，如圖1-2為一個(gè)典型的X波是環(huán)行器，圖示 T/R 模組中大部分元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)器的尺寸依然難以突破。此外，如圖 1-2 下半部加外磁場(chǎng)偏置磁化來實(shí)現(xiàn)環(huán)行功能。綜上所述，統(tǒng)的小型輕量化，必須實(shí)現(xiàn)天線單元、T/R 模組關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)環(huán)行器、隔離器（隔/環(huán)器件）等微波偏置磁體，從而減小器件體積重量并提高可靠性

框標(biāo)注器件是環(huán)行器，圖示 T/R 模組中大部分元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度集成化，但是環(huán)行器的尺寸依然難以突破。此外，如圖 1-2 下半部分側(cè)視圖所示行器需要添加外磁場(chǎng)偏置磁化來實(shí)現(xiàn)環(huán)行功能。綜上所述，要實(shí)現(xiàn)相控微波通信系統(tǒng)的小型輕量化，必須實(shí)現(xiàn)天線單元、T/R 模組的小型輕量化這一目標(biāo)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)環(huán)行器、隔離器（隔/環(huán)器件）等微波旋磁器件的以去除外加偏置磁體，從而減小器件體積重量并提高可靠性。圖 1-1 T/R 模組連接示意圖

第一章 緒 論此其堆積結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)鏡面對(duì)稱趨勢(shì)，因此圖中 R*塊 п而成。在 R 塊之間的氧離子堆積、鐵離子填充氧構(gòu)稱為 S 塊，其組成為(Fe6O8)2+。因此 M 型鋇鐵…的形式堆垛而成，其中一個(gè) M 型鋇鐵氧體晶胞含個(gè) BaFe12O19。在 M 型鋇鐵氧體中，R 塊與 S 塊最氧離子堆積形成六面體空位，又稱為三角形雙棱錐晶格位。

【參考文獻(xiàn)】

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1 張寧寧;蘇樺;荊玉蘭;張懷武;;Zn~(2+)、Sn~(4+)共取代對(duì)YIG鐵氧體性能的影響[J];壓電與聲光;2015年03期

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本文編號(hào)：2815295