低损耗微波铁氧体材料及其应用研究

发布时间：2017-08-11 07:06

  本文关键词：低损耗微波铁氧体材料及其应用研究

  更多相关文章： YIG 介电损耗 磁损耗 环行器

【摘要】：微波铁氧体材料是现代电子信息产业的基础材料,广泛应用于军事雷达和商用无线通信等领域。石榴石铁氧体作为一种常见的微波铁氧体材料,因其优良的性能而被广泛应用和研究。YIG是一种典型的石榴石铁氧体材料,有着低的介电损耗和磁损耗、良好的温度稳定性等诸多优势,广泛应用与环行器隔离器等微波器件。本文主要工作是在纯YIG优良性能的基础上进一步探究介电损耗和磁损耗降低的方法,并基于低损耗YIG材料进行环行器的设计研究。首先分析了石榴石铁氧体的晶体结构、磁性来源和离子取代规律,为材料掺杂改性提供理论支撑。然后介绍了铁氧体的氧化物法制备工艺和性能分析手段,并通过在不同温度下烧结来探究YIG的最佳烧结温度,分析结果表明1450℃烧结时YIG样品有最佳的微观形貌和电磁性能。实验核心部分是低损耗的研究,通过缺铁配方和Mn2+离子掺杂降低电损耗,结果表明,缺铁配方下Y3Fe5-xO12,x=0.18和Mn2+离子掺杂Y3Fe5-3xMn2xVxO12,x=0.15时,材料介电损耗有明显降低,而微观形貌和其它电磁性能均较为优异;通过Sn4+离子掺杂降低磁损耗,结果表明,配方为Y3-xCaxFe5-xSnxO12,x=0.4时,磁损耗明显降低;最后通过复合掺杂Mn2+离子和Sn4+离子进行电磁损耗共同降低的研究,配方Y3Fe5-2xMnxSnxO12,结果表明当x=0.2时,材料的介电损耗和磁损耗都有明显下降,说明复合掺杂思路正确。环行器基于低损耗YIG材料进行设计,利用第一、第二环行条件计算得到环行器尺寸初值,再利用HFSS进行仿真优化,仿真结果表明在X波段,基于低损耗YIG环行器插损小于0.5dB,回波损耗和隔离度大于18dB,满足设计要求。然后使用丝网印刷技术根据仿真结果进行实物制作,最后用矢量网络分析仪测试分析。
【关键词】：YIG 介电损耗 磁损耗 环行器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM277
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 微波铁氧体材料的研究历史与发展态势10-11
• 1.2 不同微波铁氧体材料的对比11-12
• 1.3 本文研究工作的背景与意义12-13
• 1.4 本论文的主要研究内容13-14
• 第二章 石榴石铁氧体的理论基础14-22
• 2.1 晶体结构14-15
• 2.2 磁性来源15-17
• 2.3 YIG离子取代规律17-19
• 2.4 微波铁氧体材料性能参数19-22
• 2.4.1 饱和磁化强度19-20
• 2.4.2 居里温度20
• 2.4.3 电阻率和介电损耗20
• 2.4.4 铁磁共振线宽20-22
• 第三章 微波铁氧体材料YIG的制备与表征22-34
• 3.1 铁氧体材料的常用制备方法22
• 3.2 氧化物法制备YIG22-27
• 3.2.1 实验原料22-23
• 3.2.2 配料23
• 3.2.3 一次球磨23-24
• 3.2.4 预烧24-25
• 3.2.5 二次球磨25
• 3.2.6 造粒25
• 3.2.7 成型25-26
• 3.2.8 烧结26-27
• 3.2.9 测试27
• 3.3 微波铁氧体YIG最佳烧结温度探究27-33
• 3.3.1 样品制备27-28
• 3.3.2 结果分析28-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 低损耗YIG铁氧体的制备与分析34-50
• 4.1 电损耗降低研究34-41
• 4.1.1 理论分析34
• 4.1.2 缺铁配方对电损耗降低影响34-38
• 4.1.3 离子掺杂对电损耗降低影响38-41
• 4.2 磁损耗降低研究41-45
• 4.2.1 理论分析41-42
• 4.2.2 离子掺杂对磁损耗降低影响42-45
• 4.3 复合掺杂对电磁损耗影响45-48
• 4.3.1 理论分析45
• 4.3.2 样品制备45
• 4.3.3 复合掺杂结果分析45-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 基于低损耗YIG微带环行器的设计50-70
• 5.1 引言50
• 5.2 铁氧体环行器理论分析50-54
• 5.2.1 环行器的工作特性50-52
• 5.2.2 环行器的电磁场理论52-54
• 5.3 微带环行器的设计54-62
• 5.3.1 环行器设计指标54
• 5.3.2 铁氧体基板参数确定54-55
• 5.3.3 环行器结构尺寸确定55-56
• 5.3.4 单Y结环行器仿真优化56-60
• 5.3.5 双Y结环行器仿真优化60-62
• 5.4 微带环行器实物制作和测试62-69
• 5.4.1 环行器实物制作62-65
• 5.4.2 环行器实物测试65-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75
• 攻读硕士期间取得的成果75-76

【参考文献】

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本文编号：654753