高頻鐵氧體材料的磁介性能調(diào)控研究.pdf

1、電子信息與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和射頻微波技術(shù)的快速發(fā)展與普及，對電子器件的小型化、輕量化和集成化提出了越來越高的要求，因此電子信息材料的磁介多功能化成為當(dāng)今發(fā)展的重點。磁介多功能指的是一種電子信息材料同時具有良好的磁性能和介電性能，由于磁性和介電性是眾多電子元器件工作所利用的兩個主要的物理性能，因此使用一種磁介材料就能制成多種器件，從而可以十分方便地實現(xiàn)不同器件的良好匹配和高密度集成，進而促進電子器件、整機和系統(tǒng)的小型化

2、和集成化。
　　由于同時具有較高的磁性能和介電性能以及高的電阻率，鐵氧體材料成為當(dāng)前磁介多功能材料研究的熱點，尤其是隨著電子器件和系統(tǒng)不斷向著高頻發(fā)展，對鐵氧體高頻磁介性能的研究變得尤為重要。根據(jù)不同的適用頻段，本文選擇了在各自頻段應(yīng)用最廣泛的NiZn尖晶石鐵氧體、Z型六角鋇鐵氧體(BaCo-Z)和M型六角鋇鐵氧體(BaM)這三種鐵氧體作為主要的研究對象，分別就調(diào)控其高頻的磁介性能展開了研究，探索影響高頻磁介性能的關(guān)鍵因素和物理機

3、理，開發(fā)出具有良好高頻磁介性能的鐵氧體材料并應(yīng)用于相關(guān)器件之中。
　　首先，采用固相反應(yīng)法制備了一系列的NiZn尖晶石/BaCo-Z六角復(fù)合鐵氧體，系統(tǒng)研究了復(fù)合鐵氧體的磁性能和介電性能。結(jié)果表明，兩相鐵氧體的復(fù)合對材料的微結(jié)構(gòu)和燒結(jié)性能有著顯著影響，從而表現(xiàn)出宏觀磁性能和介電性能在大范圍內(nèi)的可調(diào)性。尤其是復(fù)合鐵氧體的高頻磁損耗和介電損耗比單相的 NiZn和BaCo-Z鐵氧體都要低，介電損耗 tanδε降低可達(dá)到兩個數(shù)量級。同時，

4、分析發(fā)現(xiàn)Maxwell-Garnett等效介質(zhì)理論模型不適用于存在較大晶粒尺寸變化的兩相鐵氧體復(fù)合，而加入一個晶粒變化因子對等效磁導(dǎo)率公式修正后則得到了十分滿意的結(jié)果，這證明了復(fù)合鐵氧體微結(jié)構(gòu)與磁導(dǎo)率之間的密切關(guān)聯(lián)。基于該復(fù)合體系，開發(fā)出了一種應(yīng)用于甚高頻VHF頻段的低損耗等磁介材料，理論分析發(fā)現(xiàn)，將該材料應(yīng)用于微帶天線基板時，天線的小型化因子可達(dá)到15。
　　其次，先是制備了納米ZnAl2O4(ZA)摻雜到NiZn鐵氧體，發(fā)現(xiàn)Z

5、A與NiZn鐵氧體可以固溶在一起形成單相的尖晶石晶體結(jié)構(gòu)，并顯著改變NiZn的晶體結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)以及磁性能和介電性能。然后，制備了ZA摻雜的BaCo-Z鐵氧體并研究了其在0.1?10 GHz頻率范圍內(nèi)的磁介性能。發(fā)現(xiàn)隨著ZA的加入，BaCo-Z磁導(dǎo)率μ'的頻率穩(wěn)定區(qū)逐漸往高頻擴展并達(dá)到1 GHz以上，介電常數(shù)ε'在0.1?10 GHz內(nèi)具有穩(wěn)定的值。當(dāng)ZA量為3 wt％時，獲得了性能優(yōu)異的等磁介材料，其在1 GHz的磁損耗tanδμ在0.

6、15以內(nèi)，介電損耗tanδε在10-3量級，并且具有幾乎相等的μ'和ε'。將該材料應(yīng)用于UHF頻段小型化天線，理論分析表明天線的小型化因子n可以達(dá)到8左右，并可在較寬頻帶內(nèi)達(dá)到與自由空間近乎完全的阻抗匹配。
　　然后，在920℃低溫?zé)Y(jié)制備了BaM六角鐵氧體，研究了BaM在毫米波Ka波段的磁導(dǎo)率譜和介電常數(shù)譜等參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)助燒劑Bi2O3對BaM在Ka波段的磁導(dǎo)率影響不大，磁導(dǎo)率實部μ'基本處于1.2到1.6之間；但對介電性能影

7、響顯著，隨著Bi2O3量從0增加到5 wt%，介電常數(shù)從~9增加到~18，增大為原來的兩倍，并且發(fā)現(xiàn)與常規(guī)高溫?zé)Y(jié)樣品相比，低溫?zé)鼴aM具有更低的介電損耗值。
　　最后，設(shè)計并搭建了涵蓋X波段和Ka波段的微波鐵氧體鐵磁共振線寬?H測試系統(tǒng)，尤其是創(chuàng)新性地實現(xiàn)了?H在毫米波段的一腔多頻點測試和系統(tǒng)的全自動化運行。在完成了諧振腔測試夾具設(shè)計制作、系統(tǒng)平臺設(shè)計制作、系統(tǒng)組合、微波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與調(diào)試、測試控制軟件編制等一系列工作之后，該測試系