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.     

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。     

Ka波段自偏置微带环行器优化设计与仿真分析

基于BaM型六角铁氧体材料,利用有限元仿真软件建立微带环行器的三维电磁场模型,优化仿真设计Ka波段自偏置环行器的结构和尺寸,探究铁氧体基板厚度h、中心圆盘半径R₀以及大小Y结尺寸对环行器性能的影响。结果表明,在26～28 GHz频率范围内,插入损耗S₂₁随着铁氧体基板厚度h增大而增大,隔离度S₁₂和回波损耗S₁₁随铁氧体基板厚度h和中心圆盘半径R₀先增大后减小;随着大小Y结长度和宽度的增大,回波损耗S₁₁和隔离度S₁₂均先增大后减小。经优化仿真后,在26～27.6 GHz频率范围内,环行器插入损耗S₂₁均小于1 d B,最小插入损耗为0.85 d B,最大隔离度为53 d B,隔离度S₁₂和回波损耗S₁₁均大于20 dB的带宽约1.6 GHz,器件整体尺寸为7 mm×7mm×0.4 mm,具有良好的环行性能。     

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。     

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。     

X波段铁氧体微带环行器阵列封装设计与仿真

对一种新型的X波段瓦片式相控阵雷达中铁氧体微带环行器阵列(4×4)封装结构展开研究,设计了一种小体积、高密度的微带环行器阵列封装形式。基于HFSS三维仿真软件对该环行器阵列进行仿真,在满足其环行功能的同时,实现了环行器与天线和T/R组件的垂直互联。仿真结果表明,在8.7～12 GHz范围内,环行器阵列正向插入损耗(S12)小于0.52 dB,反向隔离度(S21)和回波损耗(S11)均大于20 dB。     

小型化微带环行器的设计与仿真

为了降低微带环行器的平面尺寸,满足器件小型化需求,采用三维电磁仿真软件HFSS设计了不同结构(单Y结、双Y结和鱼刺结)的微带环行器.仿真结果表明:与单Y结和双Y结微带环行器相比,鱼刺结微带环行器可以显著减小器件的平面尺寸,提高铁氧体基片的有效使用面积.在中心频率处,鱼刺结微带环行器的反射、隔离度和插入损耗分别为33.8、48.6和0.17 dB,电压驻波比为1.05,带宽高于300 MHz,满足器件的性能要求.     

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...     

Sr~(2+)取代对Z型六角铁氧体性能的影响

采用固相反应法制备Z型六角铁氧体(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41材料。研究了Sr2+取代对Z型六角铁氧体显微结构和电磁性能的影响。结果表明,Sr2+取代量x≤0.5时,随着取代量的增加,平均晶粒尺寸和烧结密度增加,1200℃烧结时,材料的起始磁导率从x=0的4.8增加到x=0.5的16.5,同时矫顽力减小;进一步增加取代量时,材料的起始磁导率下降,并且其矫顽力增大。x=0.5时,材料具备高的磁导率(1250℃烧结时为17)、较高的截止频率fr和磁品质因数Q,以及较低的矫顽力Hc。     

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。     

有效线宽ΔHeff和场移S的来源分析

考虑了晶粒表层中由杂音和应力引起的表面单轴各向异性场,计算表明非共振ΔＨｅｆｆ源于晶粒表层的自旋波共振损耗Ｘ＾＋＾ｓ,场移源于Ｘ＋＾ｓ,－Ｘ＋＾ｂ,理论与实验十分一致。     

多晶微波铁氧体材料中的铁磁弛豫过程研究

基于晶粒表层自旋波共振模型对有效线宽行为的成功解释,提出在多晶中存在一个由晶粒表层自旋波系统到晶格的弛豫过程,这一弛豫过程在非共振区是微波能量损耗的主渠道。     

微波铁氧体铁磁共振有效线宽扫频测量可调谐振腔设计

讨论了一种用于微波铁氧体铁磁共振有效线宽扫频测量的可调谐振腔,即TE011模式的圆柱谐振腔,通过手动或电动方式改变腔体大小,可实现谐振频率连续调节。介绍了其详细设计方法,给出了腔体直径和长度的计算方法。提出了多个腔体分段覆盖的方法,解决了单腔体结构导致的调谐精度差和Q值较低的问题。制作了样品进行验证,该样品采用两个谐振腔覆盖8~12GHz的调谐范围,第一个腔体直径52mm,调谐长度40~21.5mm,调谐频率范围为7.9~9.9GHz,第二个腔体直径42mm,调谐长度为33.4~17.8mm,调谐频率范围为9.8GHz~12.1GHz。测试结果表明调谐频率符合理论计算结果,Q值满足设计要求。     

大功率微波铁氧体材料

简要介绍了大功率微波铁气体材料的设计原理及反采取的技术措施。人出了Ｄｙ：ＹＧｄＩＧ的主要实验结果以及实型材料的性能和使用情况。     

多晶YIG磁调滤波器研究

工作频率在6GHz以下、瞬时带宽大于200MHz的磁调滤波器,用传统的单晶YIG磁调滤波器是难以实现的。选择多晶YIG小球作为谐振子,用环耦合结构,借鉴单晶YIG磁调滤波器的设计理论和方法,设计制作了多晶YIG磁调滤波器。器件实测性能如下:在频率2～4GHz范围内,3dB带宽大于150MHz,损耗小于6dB,已达到实用化,表明了多晶YIG用于磁调滤波器的可行性。     

Sol-Gel法低温共烧LiZn铁氧体研究

用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了Li0.5-0.5xZnxMnaFe2.5-0.5x-aO4(0.1≤x≤0.6)铁氧体纳米粉.比较了分别以柠檬酸和聚乙烯醇(PVA)为络合剂时粉料的X射线衍射(XRD)谱.XRD分析表明,以柠檬酸为络合剂制备的粉料粒度为6～22 nm,生成尖晶石的固相反应从400℃开始,到600℃完成;以PVA为络合剂的粉料的XRD谱为复杂双相结构.SEM形貌照片和烧结收缩曲线表明,不同活性粉料对烧结致密化和晶粒生长过程有明显影响.在纳米粉的低温烧结过程中发生了晶粒异常生长.选择较少(0.25 mol%)的Bi2O3添加量和适当工艺参数便可以实现Ts≤900℃的低温烧结.给出了880±20℃烧结样品的铁磁共振线宽△H和饱和磁化强度Ms随Zn含量的变化.     

氧化物法低温烧结LiZn(Ti)铁氧体的球磨工艺、性能及显微结构

以普通陶瓷工艺结合精细球磨制备了Li0.365Zn0.27MnaFe2.365-aO4和Li0.51Zn0.15Ti0.17MnaFe2.17-aO4铁氧体超细粉.研究了球磨时间和球质对粉料粒度的影响.实验表明,平均粒度随球磨时间的延长而减小,超过15h球磨效率就十分低了,获得了＜0.2μm的平均粒度.钢球和ZrO2球的球磨效果相近.给出了氧化物法、880(20℃下烧结的Li0.365Zn0.27MnaFe2.365-aO4的密度、收缩率和Ms、△H与烧结温度的关系,显示出良好的低温烧结特性.获得了在880±10℃烧结温度下△H≤14kA/m,Ms=400(±5%)kA/m的磁性能.SEM照片表明氧化物法低温烧结样品的气孔率比Sol-Gel法样品的明显低.     

氧化物法低温烧结Li系铁氧体的固相反应、致密化过程及微波性能

采用普通陶瓷工艺结合精细球磨制备了Li0.5-0.5xZnxMnaFe2.5-0.5x-aO4(0.1≤x≤0.6)和(LiFe)(1-x y)/2ZnxTiyFe2.5-x/2-3y/2MnaO4(0.1≤x≤0.25,0≤y≤0.4)铁氧体超细粉料(～200 nm).不同预烧温度粉料样品的XRD分析表明,生成尖晶石的固相反应从500～600℃开始,到700℃完成.预烧料的磁化强度-烧结温度曲线表明,大量生成磁性尖晶石相Li铁氧体的温度大约在550～700℃.在该LiZn铁氧体材料的烧结中出现了先膨胀后收缩的现象,致密化主要发生在固相反应基本完成之后.Li0.365Zn0.27 MnaFe2.365-aO4的密度和收缩率、铁磁共振线宽△H和自旋波线宽△Hk、饱和磁化强度Ms和矫顽力Hc等性能参数的烧结温度曲线表明,在880±10℃下获得了良好低温烧结特性和电磁性能,特别是△Hk值为普通样品的3～4倍.根据饱和磁化强度的温度曲线,确定出Ms=400(1±5%),358(1±5%)和255(1±5%)kA/m材料的居里温度分别为475、540和430℃.     

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。