丝网印刷六角铁氧体厚膜热压烧结工艺与性能研究进展

自偏置是毫米波环行器/隔离器小型化的重要途径之一,具有高内场和高剩磁的六角铁氧体是一种很好的自偏置材料,因而成为微波铁氧体材料的研究热点。综合报道了国内外自偏置BaM六角铁氧体厚膜的丝网印刷热压工艺研发进展及性能与工艺参数的关系。比较了不同烧结温度和保温时间下,热压厚膜与普通烧结厚膜的密度、晶粒尺寸、矩形度(M_r/M_s)、饱和磁化强度4Ms、矫顽力Hc和铁磁共振线宽H。分析了性能之间以及性能与显微结构的关系。基于高矩形度所需晶粒尺寸的公式,讨论了矩形度与烧结温度、保温时间、成型磁场的关系,探讨了提高剩磁的途径;着重比较了不同工艺条件下的BaM厚膜的铁磁共振线宽,通过H来源分析,讨论了密度、取向度、内应力、固相反应完成程度等因素的影响,提出了进一步减小丝网印刷热压BaM厚膜线宽的途径。最后指出,丝网印刷热压BaM厚膜虽然在降低线宽上取得了显著进展,获得210 Oe的最小H值,但离器件对自偏置材料低损耗的要求还有差距,仍需进一步努力。     

磁化状态对自偏置微带环行器性能的影响

基于钡铁氧体材料设计并制作了中心频率在22GHz的自偏置环行器,仿真结果表明,在22.6GHz附近,插入损耗小于0.2dB,隔离和回波损耗均大于30dB。测试结果表明,无外加磁场、铁氧体没有达到磁化饱和时,在22GHz处,器件插入损耗为2.9dB,隔离损耗接近50 dB。为了研究磁化状态对自偏置环行器性能的影响,在测试时施加弱磁场,插入损耗最小值为1.57 dB,出现在频率22.6 GHz处,对应的隔离度为11.4 dB;当施加强磁场时,插入损耗最小值为1.1 dB,对应的隔离度为11.6 dB;对比施加强弱磁场时的测试结果,可发现随外磁场增强,在22.6GHz处插入损耗降低,但是在22GHz处的隔离度变小。     

Ka波段自偏置微带边导模隔离器仿真设计与性能

基于M型锶六角铁氧体的高各向异性场,采用HFSS软件设计了中心频率在28.2GHz的自偏置边导模隔离器。仿真结果表明,在28.2GHz附近,插入损耗为6dB,隔离度大于38dB,20dB以下隔离带宽约为3.5GHz。采用传统固相反应法制备SrM六角铁氧体材料基片并用丝网印刷工艺实现基片上的微带电路,根据设计的结构参数制备了自偏置边导模隔离器。测试结果表明,该自偏置隔离器在27~29GHz范围内,表现出强烈的非互易性,插入损耗小于10dB,最大隔离度大于45dB。由于不需要外加偏置磁场,器件实现了小型化,宽频带,仿真与实测吻合得较好。     

基于带状线腔法测试铁磁共振线宽的设计与仿真

基于谐振腔微扰理论及铁磁共振线宽定义,给出了一种两端开路的可调带状线腔测试圆片型微波铁氧体材料铁磁共振线宽的方法,并用HFSS仿真软件验证该方法的可行性。根据带状线腔的基本理论和测试频率的要求,通过计算和仿真确定腔体的尺寸和耦合方式,并根据测试原理确定样品的加载方式。仿真验证过程中,通过找到铁磁共振点,以及偏离共振磁场处?H/2的谐振点S21的值判断仿真误差,从而验证装置的可行性。仿真结果表明该方法可用于在1 GHz频率下实验室通过压片制得的圆片型微波铁氧体材料的线宽测试,进而实现材料的简化加工。     

Ka波段小型化自偏置微带环行器的设计与仿真

为了满足环行器小型化和集成化的需求,基于0.4 mm厚的锶六角铁氧体材料,采用多枝节短截线阻抗匹配设计,利用HFSS软件进行仿真,制备了工作在Ka波段的自偏置环行器。测试结果和仿真结果基本吻合。测试结果表明环行器工作在29 GHz附近,插入损耗3.4 dB,隔离度29.5 dB。分析了插入损耗的主要来源以及改进措施。     

磁化铁氧体电磁参数的测试

为研究微波铁氧体器件,需要获知磁化后铁氧体的电磁性能参数。以具有高磁晶各向异性场的六角晶型铁氧体为材料,在22-40GHz的频率范围内对磁化后材料的共极化和交叉极化透射系数进行了测试,然后采用数值仿真透射系数与实验测试结果拟合的方法,得到了磁化六角晶型铁氧体的各向异性场H0为1095kA／m,共振线宽AH为7．5kA／m,饱和磁化强度Ms为160kA／m和在Ka频段时的介电常数ε约为22．1。结果表明六角晶系铁氧体具有高磁晶各向异性场,借助这些已获知的电磁参数,就可以使用此种材料进行微波铁氧体器件的研究与设计。     

缺铁量对LiZn铁氧体电磁性能的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备组成为Li0.35Zn0.3Fe2.35-xO4(0≤x≤0.25)的铁氧体。用XRD、SEM分别对样品进行晶相和微观结构表征。采用谐振腔微扰法在9.3GHz频率下测试材料介电损耗及铁磁共振线宽,利用B-H分析仪测试材料磁性能,研究了缺铁量对LiZn铁氧体电磁性能的影响。结果表明,适量的缺铁配方能有效提高材料的直流电阻率,降低LiZn铁氧体微波介电损耗和铁磁共振线宽,提高饱和磁感应强度和矩形比,降低材料的矫顽力,但缺铁过多会使成份发生偏析,导致材料电磁性能恶化。     

生长条件和化学抛光对锂铁氧体单晶铁磁共振线宽的影响

本文介绍了助熔剂法的生长条件——降温速度、加速坩埚转动技术及化学抛光对锂铁氧体单晶铁磁共振线宽的影响,给出了最佳化学抛光条件。在9.3GHz下,测得Li_(0.5)Fe_(2.5)O_4单晶的铁磁共振线宽△H=4.800e。目前国内测得锂铁氧体单晶的最小线宽为5.8Oe(9GHz);法国原子能研究中心制得锂铁氧体单晶的线宽为1.25Oe(9.5GHz)。     

分散剂对YIG铁氧体结构和性能的影响

钇铁石榴石(YIG)微波铁氧体具有铁磁共振线宽小、损耗低等特点,是低损耗和宽频带微波铁氧体环行器隔离器的必备材料。通过一次球磨与二次球磨过程中添加不同量分散剂的方法,研究其对YIG微波铁氧体材料结构和性能的影响。实验结果表明,适量分散剂的添加能够有效提高浆料的分散性、稳定性及粒径分布均匀性,防止固体颗粒的二次凝聚及沉降,有效解决纯YIG铁氧体材料球磨过程中的分层现象,有助于提高粉料活性,促进预烧与烧结中的固相反应,提高YIG铁氧体性能的稳定性,拓宽烧结温度。     

基于复合铁氧体基片的三倍频程超宽带微带环行器设计与仿真分析

通常利用单一铁氧体材料制成的微带环行器难以有超倍频程的带宽。根据一般微带环行器的设计理论,利用两种不同的铁氧体材料构成的复合基片设计并制作了一种工作在三倍频程带宽的超宽带微带环行器。仿真结果表明,该环行器在6~18 GHz的工作频带内,插入损耗(|S12|)小于1 d B,回波损耗(|S11|)大于20 d B,隔离度(|S21|)约19 d B,满足超宽带微带环行器的设计指标。除在整个工作频带内插入损耗有所增加且在低频段的6~6.5 GHz内出现了低场损耗外,实测结果与仿真结果基本吻合。文末讨论了实测结果和仿真结果之间出现低场损耗等差异的原因。     

基于铁氧体材料(YIG)的微带环行器设计与仿真

以高纯度的Y2O3、Fe2O3为原料,用固相反应法制备Y3FesO12( YIG)材料,通过VSM、SEM、Agilent 4291B对材料样品进行分析、测试.结果表明,所制备的YIG材料介电常数大约为15,饱和磁化强度μ0Ms约180mT.基于该材料设计环行器,利用Ansoft HFSS仿真软件建立三维电磁场仿真模型...     

基于微扰理论的毫米波铁磁共振线宽测试

应用电磁场微扰理论,参照IEE556标准建立铁磁共振线宽测量系统,用传输式谐振腔法设计新的波谐振腔体,可在33GHz下测试旋磁材料的铁磁共振线宽,并分析了测试误差,解决了目前毫米波六角材料的线宽测试问题。     

外加磁场对石榴石铁氧体介电损耗测量值的影响和性能与缺铁量的关系

用普通陶瓷工艺制备YIGs、YGdIGs和BiCaVIGs等系列石榴石多晶铁氧体,按GB9633(等同IEC60556)标准在10.7GHz下测量了复合石榴石YIGs、YGdIGs和BiCaVIGs的介电常数ε′和介电损耗角正切tanδε,同时也测量了9.37GHz下的铁磁共振线宽DH。比较了加与不加稳恒磁场时ε′和tanδε的测量结果,讨论了加磁场后介电损耗的下降。此外还研究了tanδε和DH与缺铁量的关系,分析了DH最小值对应的缺铁量和tanδε最小值对应的缺铁量不重合的原因。     

小球表面粗糙度和温度对石榴石多晶铁氧体铁磁共振线宽的影响

用普通陶瓷工艺制备小线宽石榴石多晶铁氧体材料,用压缩空气吹磨法和研磨膏研磨法对石榴石小球表面进行了抛光,按GB9633(等同采用IEC60556)标准)在9.37GHz下测量了小线宽石榴石铁氧体材料的铁磁共振线宽ΔH。讨论了ΔH与抛光粉粒度的关系,比较了压缩空气法与研磨法的抛光效果。在7?30℃环境温度区间,测量了小线宽材料的ΔH随温度的变化。     

Co~(2+)取代对Ni铁氧体材料微波特性的影响

采用陶瓷工艺制备了Ni_(1-z)Co_z Fe_2O_4(0≤z≤0.04)微波铁氧体材料,研究了快弛豫离子Co~(2+)取代对Ni铁氧体材料微波性能的影响。结果表明,加入微量取代离子Co~(2+),随取代量的增大铁氧体材料的自旋波线宽ΔHk呈线性增大;材料的铁磁共振线宽ΔH先降后升,在Co含量为z=0.02时,材料ΔH出现最小值;Co~(2+)取代对材料的饱和磁化强度M_s、介电损耗的影响不大。     

钡铁氧体厚膜在自偏置微带结环行器中的应用

采用丝网印刷工艺制备钡铁氧体厚膜,研究了玻璃粉含量对钡铁氧体厚膜结构和磁性能的影响。基于所制备的钡铁氧体厚膜设计并制备了自偏置微带结环行器。结果表明,所制备的钡铁氧体厚膜具有明显的c轴择优取向,随着玻璃含量的适当增加,钡铁氧体厚膜的剩磁比和矫顽力增大,磁性能提高。钡铁氧体厚膜在c轴方向上的最大剩磁比为0.72,矫顽力最高为286.6kA/m。钡铁氧体厚膜应用于微带结环行器,在中心频率38.6GHz处插入损耗为18dB,隔离度为40dB。     

退火时间对FeGaB/Al2O3多层薄膜性能的影响

现代电子元器件的高速发展,以及磁性元器件小型化、集成化需求日益增长,推动了纳米级磁性功能薄膜材料的研究。以高饱和磁致伸缩系数、低矫顽力的FeGaB薄膜材料为研究基础,以提高薄膜软磁性能为目标,使用脉冲激光沉积系统制备了FeGaB/Al2O3复合多层薄膜,发现在350℃的生长环境下,未退火的样品成膜质量较好,但软磁性能一般。为了提高磁性能,进行一组不同退火时间下的退火实验,实验发现样品的铁磁共振线宽较大,且退火时间对吸收峰强度影响较大。