高性能旋磁铁氧体材料及其应用研究

发布时间：2017-09-09 16:25

  本文关键词：高性能旋磁铁氧体材料及其应用研究

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【摘要】：随着当今电子领域的技术发展,旋磁铁氧体器件在工业中的应用越发重要。其中钇铁石榴石铁氧体(YIG)具有铁磁共振线宽窄、温度稳定性高、介电损耗低等特点,非常适合应用于旋磁器件,利于器件往小型化、轻量化、高集成度的方向发展。在材料方面,本文主要对YIG铁氧体材料进行了研究。首先探索了制备过程对材料性能的影响。通过传统氧化物法,制备了YIG铁氧体样品。制备过程的主要变量是烧结温度,通过XRD、SEM和VSM对样品进行测试和分析。结果显示:烧结温度为1450℃的YIG样品成相最好,磁性能最优。然后通过Al3+离子、Gd3+离子和In3+离子分别掺杂,研究了离子掺杂对YIG铁氧体的磁性能影响。通过对样品相结构和微观形貌的测试分析,发现三种离子的最佳掺杂量分别是Al3+离子x=1.2(Y3Fe5-xAlxO12),Gd3+离子x=1.8(Y3-xGdxFe5O12),In3+离子x=0.45(Y3Fe5-xInxO12)。对样品的磁性能测试分析表明:Al3+离子的掺入可以降低材料的饱和磁化强度4?Ms,并且保持铁磁共振线宽?H基本不变,但会引起居里温度Tc的下降。Gd3+离子也可以使材料的饱和磁化强度4?Ms下降,但下降的程度不及Al3+作用时的程度。同时Gd3+离子掺杂也可以使室温范围内材料的温度稳定性有所提高。但Gd3+离子的引入会导致铁磁共振线宽?H的增加,因此单独的Gd3+离子掺杂并不实用。In3+离子掺入可以降低铁磁共振线宽?H,也可以使材料的介电损耗下降,从而达到降低损耗的目的。对于YIG旋磁铁氧体材料的应用,主要通过环形器的设计和制作来探究。首先介绍了铁氧体结型环形器的工作原理,然后利用HFSS电磁仿真软件设计了基于YIG铁氧体的结型环形器,并对其进行了模拟仿真。结果表明在X波段范围内,环形器的传输损耗在-0.15dB左右,回波损耗和隔离度都明显在-20dB以下,完全满足设计指标。最后,制作了基于YIG铁氧体的环形器实物,并对其进行了测试,结果表明,制作的实物环形器与仿真结果相符,具有环形特性,证明了YIG旋磁铁氧体在器件中具有良好的应用。
【关键词】：铁氧体 钇铁石榴石 YIG 旋磁 环形器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM277
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究工作的背景与意义11
• 1.2 国内外对旋磁铁氧体的研究历史与现状11-14
• 1.3 旋磁铁氧体材料的发展趋势14
• 1.4 旋磁铁氧体材料的应用14-17
• 1.4.1 旋磁铁氧体材料在隔离器中的应用15-16
• 1.4.2 旋磁铁氧体材料在环形器中的应用16
• 1.4.3 旋磁铁氧体材料在移相器中的应用16
• 1.4.4 旋磁铁氧体材料在滤波器中的应用16-17
• 1.4.5 旋磁铁氧体材料在振荡器中的应用17
• 1.5 本论文的主要研究内容17-18
• 第二章 旋磁铁氧体的结构与重要参数18-27
• 2.1 晶体结构18-20
• 2.2 磁性来源20-21
• 2.3 YIG的离子取代规律21-23
• 2.4 旋磁铁氧体材料的主要性能参数23-27
• 2.4.1 饱和磁化强度23-24
• 2.4.2 铁磁共振线宽24-25
• 2.4.3 电阻率和介电损耗25
• 2.4.4 居里温度25-27
• 第三章 YIG旋磁铁氧体材料的制备与分析27-37
• 3.1 YIG旋磁铁氧体的制备27-32
• 3.1.1 实验原料27
• 3.1.2 制备过程27-32
• 3.2 烧结温度对材料性能的影响32-36
• 3.2.1 材料的物相分析32-33
• 3.2.2 材料的显微结构分析33-34
• 3.2.3 材料的磁性能分析34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 离子取代对YIG旋磁铁氧体的性能影响37-55
• 4.1 引言37
• 4.2 材料样品的制备37
• 4.3 掺杂Al~(3+)对YIG铁氧体性能的影响37-42
• 4.3.1 材料配方以及Al~(3+)离子来源38
• 4.3.2 材料的物相38-39
• 4.3.3 材料的显微结构39-40
• 4.3.4 材料的磁性能分析40-42
• 4.4 掺杂Gd~(3+)对YIG铁氧体性能的影响42-47
• 4.4.1 材料配方以及Gd~(3+)离子来源42-43
• 4.4.2 材料的物相43-44
• 4.4.3 材料的显微结构44-45
• 4.4.4 材料的磁性能分析45-47
• 4.5 掺杂In~(3+)对YIG铁氧体性能的影响47-53
• 4.5.1 材料配方以及In~(3+)离子来源48
• 4.5.2 材料的物相48-49
• 4.5.3 材料的显微结构49-50
• 4.5.4 材料的磁性能分析50-53
• 4.6 Al~(3+)、Gd~(3+)和In~(3+)三种离子对YIG性能的影响对比53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 基于YIG铁氧体的环形器设计与制作55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 环形器理论55-59
• 5.2.1 环形器的基本特性55-56
• 5.2.2 环形器的电磁场理论56-59
• 5.3 结型环形器的设计59-60
• 5.4 环形器的建模仿真60-62
• 5.5 环形器制作62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 结论65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间取得的成果70-71

【共引文献】

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本文编号：821508