磁性薄膜微波噪声抑制器研究进展

噪声抑制器是现代通信电路中抗电磁干扰的一种重要手段.介绍了磁性薄膜噪声抑制器噪声抑制机理:铁磁谐振和焦耳热损耗.综述了薄膜的电阻率、三维尺寸以及其他方面因素对其噪声抑制性能的影响规律,指出存在一个最佳薄膜电阻使得噪声损耗达到最大,电磁辐射达到最小,且在一定范围内,随着薄膜长度和厚度的增加、宽度的减小,薄膜的谐振频率逐渐提高,噪声的功率损耗逐渐加大,噪声抑制性能明显提高.     

FeCoNiMnY高熵薄膜的软磁性能及噪声抑制特性

采用电化学沉积法制备了FeCoNiMnY高熵薄膜，利用XRD、VSM和VNA等测试手段对其性能进行表征，并研究了不同Y元素浓度对高熵薄膜晶体结构、软磁性能和噪声抑制特性的影响。结果表明，Y的添加一方面粗化了晶粒尺寸，增加了合金矫顽力(从12.09 kA/m增加至21.7 kA/m);另一方面，元素Y的添加引起的晶格畸变提高了高熵薄膜的电阻率(高达336μΩ·mm)。FeCoNiMnY高熵薄膜的最大功率损耗比在6.1 GHz处可达到0.84。上述结果表明，FeCoNiMnY噪声抑制片在千兆赫频率下的抗电磁干扰应用中具有很大的潜力。     

磁性薄膜的各向异性对高频噪声抑制效果的影响及HFSS仿真分析

针对高频薄膜噪声抑制器进行了HFSS有限元仿真,根据LLG方程计算了块状薄膜计及退磁因子和涡流损耗的磁导率,分析了薄膜各向异性对噪声抑制频率和噪声抑制效果的影响。结果发现当薄膜易轴方向由垂直方向转变为水平方向时,共振频率从1.5 GHz提高到了4 GHz,而功率损耗Ploss/Pin也有明显的提高。     

纳米磁性多层膜的微波电磁特性研究

采用射频磁控溅射法制备了FeCoB／SiO2纳米磁性多层膜,并对其微波特性进行研究。用微波谐振腔法测量了该薄膜的复磁导率．2GHz频率处复磁导率实部及虚部分别可达251和22．7。重点研究了多层膜结构中介质层厚度及薄膜总厚度对磁导率的影响,同时结合直流电阻率ρ、静态磁参数Bs、Hc的测量结果分析．探讨了纳米磁性多层膜的微波高磁导率机理．并提出了微波频率下获得高磁导率及低磁损耗的途径。实验结果也表明这种纳米磁性多层膜材料有望在高频平面变压器、平面电感器、薄膜电磁干扰抑制器等领域获得应用。     

Ni含量对FeCoNiB软磁薄膜微波电磁性能的影响

为了改良磁性材料的高频电磁性能,采用射频磁控溅射工艺制备了一系列FeCoB和FeCoNiB磁性薄膜.研究了Ni元素的引入对材料微结构和电磁性能的影响.结果表明,适量的Ni添加量有利于获得优良的微波电磁性能,这主要归因于B在晶粒边界的析出.制备的厚度约为200nm薄膜样品在GHz频段下同时具有高饱和磁化强度47πMs=2...     

FeCoB-Al2O3软磁颗粒膜磁特性研究

采用射频磁控倾斜共溅射制备了一系列的(Fe40Co40B20)1-x(Al2O3)x软磁颗粒膜。分别研究了基片转速及溅射气压对FeCoB–Al2O3薄膜微波磁特性影响。并通过改变FeCoB靶以及Al2O3靶的溅射功率进一步调控了软磁颗粒膜的磁特性和电阻率。研究结果表明在基片转速为60 r/min,溅射气压为0.2 Pa,FeCoB靶的溅射功率为250 W,Al2O3靶的溅射功率为100 W时,获得的FeCoB-Al2O3软磁颗粒膜具备了优良的软磁特性、微波磁特性和较高的电阻率。薄膜的饱和磁化强度为1.73 T,易轴难轴矫顽力均小于80 A/m,电阻率为126.75μΩ·cm,共振频率高达2.22 GHz,磁导率实部在2 GHz仍大于400。     

CoFeB-SiO2磁性不连续多层颗粒膜微波电磁特性

采用直流/射频磁控溅射方法和不连续多层交替溅射工艺,制备了CoFeB-SiO2系列纳米不连续多层磁性颗粒膜,并对制备的薄膜样品进行了不同温度下的退火处理.实验结果表明,通过调整SiO2绝缘介质相含量及磁场退火温度可有效地调控薄膜微结构和微波电磁特性.制备的薄膜样品在GHz微波频段同时具有高磁导率和高磁损耗,1.5GHz处薄膜复相对磁导率实部和虚部均大于260,同时电阻率高达1.38mΩ·cm.该薄膜样品可应用于微波吸收材料和抗电磁干扰的设计中.     

三维织物石膏基微波吸收材料的制备及性能

采用浸渍工艺在三维织物表面包覆炭黑,并将其与石膏复合制备石膏基微波吸收材料。利用弓形反射法测试了该复合材料在2~18GHz内的吸波性能,结果表明吸波性能随炭黑含量的增加而增强,三维织物的最佳厚度为6mm。三维织物厚度为6mm、乙炔炭黑含量为24%的复合材料在2~18GHz内对电磁波的反射损耗均低于-5dB,最低反射损耗可达-28.3dB。三维织物的特殊结构不仅能够有效改善材料的阻抗匹配,还能够增加材料的电磁波损耗路径,从而达到增强损耗能力、拓宽吸波频宽的目的。此外,三维织物还能够明显增强石膏基材料的抗折性能。     

Tb掺杂Fe基纳米晶片状微波吸收剂制备

采用气体雾化工艺制备的Tb掺杂Fe合金粉为原料,经高能球磨处理和真空退火处理制备薄片状外形和纳米晶微结构的Tb掺杂Fe基合金吸收剂;选用改性聚氨酯为胶粘剂,以Tb掺杂Fe基合金吸收剂为填料制备了吸波涂层。研究了掺杂稀土元素Tb对合成材料微波电磁特性的影响,并对Tb掺杂的Fe基合金吸收剂的微波电磁参量和吸波性能做了测量和分析评价。结果表明,重稀土元素Tb的掺入能有效调整材料的微波磁导率及其频响特性,有利于获得高微波磁导率和大磁损耗(2GHz处,试样的复磁导率实部μ′和虚部μ″分别达6.1和4.3);基于Tb掺杂的Fe基纳米晶薄片状吸收剂制备的薄层吸波涂料在2～18GHz的微波宽频带具有良好的吸波性能(厚度1mm涂层的全频段吸波性能优于-4.5dB),可以应用于民用抗电磁辐射干扰和军事隐身技术领域。     

玻璃层对Co基玻璃包覆非晶丝磁性能及其复合膜噪声抑制特性的影响

本文通过交流磁滞回线研究了Co基玻璃包覆丝去除玻璃层前后的磁性能变化；制备了含有Co基玻璃包覆非晶丝的膜状噪声抑制材料,采用微带线测试系统测试了复合膜的S参数,并计算出功率损耗比,由此研究了丝材玻璃层对复合膜微波噪声抑制特性的影响.实验结果显示:在5kHz频率下,制备态玻璃包覆非晶丝的矫顽力大于去除玻璃层后丝材的矫顽力...     

丝材含量对Co基玻璃包覆非晶丝复合膜微波噪声抑制特性的影响

制备了含有Co基玻璃包覆非晶丝的膜状噪声抑制材料,采用微带线测试系统测试了复合膜的S参数,并计算出功率损耗比,研究了丝材含量对复合膜噪声抑制特性的影响。结果显示,在较低频率(10MHz～3.5GHz),复合膜导致的反射随着丝材含量的增加而增大,但当丝材含量增加至60cm-2时,反射接近饱和。丝材含量高于30cm-2时,样品的S21曲线在测试频率范围内出现吸收峰,且峰值对应的频率随着丝材含量的增加逐渐减小。丝材含量为60cm-2时,复合膜的功率损耗比在2.7～8.5GHz范围内高于75%,具有较好的噪声抑制效果。     

石墨烯/碳纳米管复合材料的微波吸收性能研究

石墨烯和碳纳米管都是新型纳米尺寸碳材料,具有极大的比表面积、良好的导电性以及优秀的机械性能等特性。通过微波膨化法在石墨烯(寡层石墨)表面空隙结构内生长了碳纳米管,制备出石墨烯/碳纳米管复合材料,碳纳米管不仅可以发挥连接石墨烯层片结构的作用,还可以与石墨烯共同发挥协同吸波效应;同时生长碳纳米管所添加的催化剂在微波状态下分解为纳米磁性颗粒,提高整体复合材料的吸波性能。通过采用SEM、EDX、XRD等对材料的形貌、化学成分进行表征,并用矢量网络分析仪测试了材料在2~18GHz频带内的复介电常数和复磁导率,利用计算机模拟出不同厚度的微波衰减性能。结果表明,材料的电磁损耗机制由电介质损耗、磁损耗共同构成,微波吸收峰随着材料厚度的增加向低频移动,当厚度为2.5mm时,在14.4GHz时最大损耗值为-28dB,并且在频带12.4~17.7GHz的范围内达到-10dB的吸收。     

退火对Fe/Al_2O_3纳米复合物微波吸收性能的影响

采用球磨法制备Fe/Al2O3纳米复合物,并在氩气保护下退火,研究了退火对Fe/Al2O3纳米复合物的微观结构、磁性和微波吸收性能的影响。结果表明,退火使样品的晶粒尺寸增大,缺陷减少,微观应力得到释放;同时,退火使Al2O3的缺陷发光峰强度明显减弱,398 nm和484 nm处的发光峰发生蓝移。厚度为7.7 mm的球磨样品,其反射损耗在15.5 GHz频率处达到最大值-11.4 dB。退火使样品的介电损耗和磁损耗均增大,电磁波吸收性能明显提高,厚度为6.4 mm时反射损耗在17 GHz频率处达到最大值-35.5 dB。     

隔离器负载用微波吸收材料的性能研究

以羰基铁粉、磷化羰基铁粉、硅烷改性羰基铁粉、铁镍合金粉为吸收剂;以环氧树脂为基体制备复合微波吸收材料。对制备的各种复合材料的体电阻率、击穿强度、磁损耗、吸收损耗进行了测试,并进行了对比分析,研究了不同频段下各因素对吸波性能的影响。结果表明,由磷化和硅烷改性羰基铁粉制备的吸收体的电阻率得到较大程度的提高,达到5.62×10~6Ω·cm以上,在高频段(10～18GHz)的吸收损耗为3.7～7.0dB/mm,击穿强度达700V/mm以上,电阻率的提高使吸波体具有良好的高频特性。片状铁镍合金粉和磷化羰基铁粉复合共掺制备的吸收体在低频段(2～7GHz)具有良好的磁损耗能力,吸收损耗为0.9～4.2dB/mm。     

新型Al_2O_3/BCB多层薄膜复合介质材料的传输线损耗特性

本文结合功能材料Al2O3和BCB(苯并环丁烯树脂)的特点,创新性地提出了Si/Al2O3/BCB多层薄膜复合结构的衬底,利用Al2O3高介电常数的优点和BCB薄膜工艺制备厚度的灵活性实现了低传输损耗。本研究采用与CMOS相兼容的半导体制造工艺在三种不同衬底(Si、Si/BCB和Si/Al2O3/BCB)上制作了CPW结构的传输线,通过仿真、测量、比较和分析其传输损耗特性得出Si/Al2O3/BCB多层薄膜复合结构衬底有效地降低了普通硅衬底的高频损耗(20GHz时CPW传输线的损耗为1.18dB/mm),实现了微波毫米波电路低损耗传输线,具有广泛的应用前景。     

隔离器负载用吸波材料的热压工艺及其性能

采用热压成型工艺,以环氧树脂为基体、羰基铁粉为吸收剂制备复合微波吸收材料。对获得的羰基铁粉/环氧树脂复合吸收体的微观结构、电磁性能及微波吸收性能进行了表征和测试,并研究了该材料在隔离器中的应用性能。结果表明,调节吸收剂含量及成型压力可以制备出结构致密、吸收损耗大的微波吸收体。其中在30MPa压力下成型,羰基铁粉体积分数为65%的吸收体在8～12GHz内的吸收损耗为7.8～8.9dB/mm。隔离器负载中使用该材料,器件电压驻波比≤1.2时,隔离度≥20dB,相对带宽达20%。     

单质链状钴的制备及电磁性能

为了研究表面形貌对钴电磁性能的影响,本文通过改变表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度可以制备得到单质链状钴。试验结果表明:其微波吸收主要来自磁损耗。当钴粉末厚度为2 mm时,其吸波曲线在11.88 GHz达到最大吸收-14 dB。     

组分对FeCoB纳米晶微波电磁参数及吸波性能的影响

利用两步机械球磨法制备了薄片状的Fe-CoB纳米晶材料,并研究了B含量对材料物相结构、静态磁性能、微波电磁参数和吸波性能的影响。结果表明,适当地加入非晶B会加强晶相与非晶相的交换耦合作用,从而使FeCoB的磁导率随着B含量的增加先增大后减小,复介电常数则随着B含量的增加单调降低,显著地改善了吸波材料的阻抗匹配特性。通过计算机模拟表明,与未添加非晶B的样品相比,FeCoB纳米晶材料在低频端有优异的吸波性能。当B含量从3%变化到15%时,在1.8～6.7GHz范围内的吸收强度均-6dB,可应用于拓展吸波材料吸收带宽的设计中。     

旋转喷镀NiZnCo铁氧体颗粒膜的等效磁导率

通过低温(90℃)旋转喷雾镀覆方法成功地将尖晶石NiZnCo铁氧体颗粒薄膜沉积在外加2.38×104A/m偏置场的玻璃衬底上.制备的薄膜有1.27×102Ω·cm高的电阻率,2.78×105A/m大的饱和磁化强度和692.52A/m低的矫顽力.由弱交变磁场作用下磁畴转动磁化强度的进动方程,建立了铁氧体膜高频等效磁导率的计算模型.在50MHz～5GHz频率范围通过短路微带线法测量了薄膜的复数磁导率.薄膜的复磁导率的实部μ'在300MHz处高达80.9,而薄膜的共振频率高达2.1GHz.薄膜的磁损耗μ"在共振频率处达到最大值61.7,且在1～3.5GHz宽频范围μ"＞15.测量结果和模型计算结果比较有相同的共振频率和相同数量级的磁导率.由于μ"×f和噪声吸收成比例,这种软磁薄膜可应用于微波频段的电磁干扰抑制器.     

玻璃包覆铁基合金微丝的微结构与吸波性能

采用熔融纺丝工艺制备了玻璃包覆Fe基非晶合金微丝,通过X射线衍射分析研究了工艺条件对其微结构的影响,采用扫描电子显微镜分析了拉丝速度对微丝直径、玻璃包覆层厚度等结构参数和形貌的影响,利用微波矢量分析仪测量了2～18GHz的复磁导率和复介电常数,计算模拟了1mm厚度单层吸波材料的吸波性能.结果表明,通过冷却水急冷淬火可以获得非晶态结构,氩气保护可以防止合金氧化;拉丝速度提高有利于减小微丝直径,但玻璃包覆层的体积含量也随之增加;由该玻璃包覆Fe基非晶合金微丝设计的薄层吸波材料,在3～18GHz的宽频段内可以获得＜-2.5dB的微波吸收性能.