磁性纳米结构的微磁学模拟及其微波器件的研究

发布时间：2017-09-20 09:45

  本文关键词：磁性纳米结构的微磁学模拟及其微波器件的研究

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【摘要】：本文基于微磁学理论和微磁学仿真软件OOMMF探讨了多种纳米结构磁材料的磁性能,具体包括:椭球状纳米片结构,多孔纳米片结构,纳米线阵列结构和纳米管阵列结构。研究结果表明:不同厚度的椭球状纳米片具有不同的磁畴分布,厚度低于18-20 nm时,会产生单畴结构,单畴结构的纳米片具有较好的形状各向异性,其虚部磁导率谱有且仅有一个尖锐的共振峰,纳米片的矫顽力与厚度相关,单畴结构时Hc随厚度的增加而增加,多畴结构时Hc随厚度的增加而减小;多孔纳米片结构具有较好的平面各向异性,孔洞存在会增加多孔纳米片的磁损耗峰数目,且部分损耗峰由于频率相近而交叠,相当于展宽了损耗峰宽,多孔纳米片结构可用于开发质量轻、工作带宽宽的高频电磁波吸收材料;纳米管阵列结构的磁畴分布图和磁滞回线图受纳米管间距和纳米管管壁厚度的影响,一个重要原因是纳米管间距和管壁厚度会影响相互作用力,论文通过FORC的方法半定量的探讨了相互作用力的变化,结果表明,间距越小或管壁越厚,相互作用力越大;纳米线阵列结构具有较好的形状各向异性,纳米线中磁矩在自发磁化状态下的近乎一致排列,沿与纳米线平行的方向磁化所得的磁滞回线具有极高的矫顽力和剩磁比,纳米线阵列的磁导率谱与纳米线在模版中的体积占比相关,磁导率谱实部在低频段随着体积占比的增加而增大,磁导率谱虚部的共振频率与体积占比线性相关。基于纳米线阵列的优异磁特性,本论文还设计了两款采用了沉积于多孔氧化铝模板中的?-Fe纳米线阵列作为磁性材料的微波无源器件。所设计的环形器采用了微带线结构的传输线,其工作的中心频段为12 GHz,插入损耗为-0.88 dB,反射系数为-41.6 dB,隔离度为-28.7 dB,相对带宽达到了10%。所设计的隔离器采用了基片集成波导结构的传输线,它工作频段为9.1 GHz~10 GHz,插入损耗为-0.72dB~0.86 d B,隔离度为-20 dB~-31 d B,驻波比约为1.1,相对带宽超过了9%。所设计器件的各项指标均达到了要求。更重要的是,受益于纳米线阵列结构自发磁化状态下的极高的剩磁比,以上两款器件均实现了自偏置,从而去除了某些基于磁性材料的微波器件所必须的永磁体(用于提供偏置场),大大的降低了器件的体积和重量。
【关键词】：磁性纳米材料 微磁学模拟 微波器件设计 自偏置
【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】：TN61;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-20
• 1.1.1 微磁学理论与微磁学模拟软件简介10-14
• 1.1.2 磁性纳米材料14-15
• 1.1.3 磁性纳米材料在微波器件领域的应用15-17
• 1.1.4 FORC简介17-20
• 1.2 研究内容与研究意义20-21
• 1.3 本论文的特色和创新点21-22
• 第二章 纳米片结构软磁材料的微磁学模拟22-41
• 2.1 椭球状纳米片结构软磁材料的微磁学模拟22-33
• 2.1.1 不同厚度椭球状纳米片结构静态磁性能分析23-27
• 2.1.2 厚度为 10 nm的椭球状纳米片结构动态磁性能分析27-33
• 2.2 多孔纳米片结构的微磁学模拟33-39
• 2.2.1 多孔纳米片结构软磁材料的静态磁性能分析34-37
• 2.2.2 多孔纳米片结构软磁材料的动态磁性能分析37-39
• 2.3 本章小结39-41
• 第三章 磁性纳米管/线阵列的微磁学研究41-59
• 3.1 纳米管阵列结构软磁材料的微磁学研究42-53
• 3.1.1 壁厚为 20 nm、间距为 90 nm的铁纳米管阵列磁性能分析42-48
• 3.1.2 壁厚为 20 nm、间距为 150 nm的铁纳米管阵列磁性能分析48-51
• 3.1.3 壁厚为 5 nm、间距为 90 nm的铁纳米管阵列磁性能分析51-53
• 3.2 纳米线阵列结构软磁材料磁性能研究53-57
• 3.3 本章小结57-59
• 第四章 基于磁性纳米线阵列的微波无源器件设计59-75
• 4.1 纳米线阵列结构软磁材料的制备工艺简介59-62
• 4.2 基于Fe纳米线阵列的自偏置微带环形器设计62-69
• 4.2.1 环形器的基础理论62-63
• 4.2.2 自偏置环形器的设计方案63-69
• 4.3 基于Fe纳米线阵列的自偏置H面隔离器设计69-73
• 4.3.1 隔离器的基础理论69-70
• 4.3.2 自偏置隔离器的设计方案70-73
• 4.4 本章小结73-75
• 第五章 全文总结75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的成果82-83

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本文编号：887338