摘 要：本文并采用標準陶瓷工藝制備了M型六角晶系鐵氧體Ba（ZnTi）Fe10O19?；谒苽涞匿^鐵氧體材料，設(shè)計并制備了一種Ka波段波導(dǎo)環(huán)行器，在中心頻率35.2GHz處，插入損耗1.45dB，隔離度為36dB，表明此鋇鐵氧體有望在毫米波段鐵氧體器件中獲得應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：六角鐵氧體；鐵氧體器件；環(huán)行器；毫米波

1 引言

近年來，有源相控陣（AESA）技術(shù)使雷達的功能和性能獲得極大的擴展和提高，逐漸成為新型雷達的標準配置[1]。其中大量使用的收發(fā)（T/R）模塊是相控陣雷達的關(guān)重件。隨著低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)的普及，T/R模塊中的大部分的微波電路都可集成在多層陶瓷芯片中，使其呈現(xiàn)出小型化、集成化和平面化的發(fā)展趨勢。但目前由于T/R模塊中的環(huán)行器與隔離器無法使用LCTT技術(shù)加工，成為T/R模塊實現(xiàn)小型化和平面化進程的主要障礙。自偏置環(huán)行器與隔離器是克服這種障礙途徑[2]。自偏置環(huán)行器與隔離器對其中所使用的旋磁鐵氧體材料提出了更高的要求，一般尖晶石型和石榴石型鐵氧體已經(jīng)不能滿足需求。六角晶系結(jié)構(gòu)的鋇鐵氧體（BaFe12O19）和鍶鐵氧體（SrFe12O19）由于其自身的高磁晶各向異性場可部分或全部取代器件外加的偏置磁場[3-5]，是構(gòu)成自偏置環(huán)行器與隔離器合適的材料[6，7]。但由于六角鐵氧體材料其自身損耗過大[8]，一般用于制作諧振式器件，采用六角鐵氧體制備環(huán)行器和隔離器的研制報道不多。本文制備六角鐵氧體Ba（ZnTi）Fe10O19應(yīng)用于Ka波段波導(dǎo)環(huán)行器，研究了其微波傳輸性能。

2 實驗

2.1 鋇鐵氧體制備

采用標準的陶瓷制備工藝，原料選擇分析純級別的金屬氧化物和碳酸鹽制備Ba（ZnTi）Fe10O19，并加入微量的MnCO3和Bi2O3來降低鋇鐵氧體的介電損耗。一次球磨時間為24小時，在1150-1250℃預(yù)燒2小時。二次球磨時間24小時，二磨后的漿料在預(yù)磁化條件下烘干，使鐵氧體顆粒初步取向排列從而形成“準單疇體”。受條件所限，成形采用無磁場的普通干壓成形方法。生坯在1200-1300℃燒結(jié)5小時，燒結(jié)氣氛為空氣。

燒結(jié)得到的鋇鐵氧的晶體結(jié)構(gòu)采用荷蘭Philips公司X Pert Pro MPD的XRD分析， 磁化強度采用美國Lake Shore公司7410振動樣品磁強計測試，樣品密度用排水法測量。

2.2 Ka波段環(huán)行器的設(shè)計與制備

Ka波段環(huán)行器采用波導(dǎo)結(jié)形式，其中心結(jié)的設(shè)計采用部分高度雙鐵氧體圓片和對稱金屬臺階匹配而成。根據(jù)仿真結(jié)果，制備出Ka波段波導(dǎo)環(huán)行器，并用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Agilent 8722ES）對其微波特性進行測試。

3 結(jié)果及討論

3.1 鋇鐵氧體的結(jié)構(gòu)和磁性能

圖1為制備的Ba（ZnTi）Fe10O19的XRD曲線，通過與標準PDF卡片（84-0757）比對，發(fā)現(xiàn)其為M型六角多晶鐵氧體，晶粒取向大多沿易磁化軸c軸生長。表明粉體的預(yù)磁化處理對取向生長有很好效果。通過排水法的到的表觀密度5.08g/cm3，較為致密。

圖2為鋇鐵氧體樣品的磁滯回線，樣品的飽和磁化強度為3700G。制備樣品的密度與飽和磁化強度與文獻[6]中結(jié)果近似。

3.2 Ka波段環(huán)行器性能分析

圖3為環(huán)行器中心結(jié)的結(jié)構(gòu)圖，采用部分高部分高度雙鐵氧體圓片和對稱金屬臺階匹配而成。

圖4是HFSS仿真優(yōu)化參數(shù)后環(huán)行器的仿真結(jié)果，其中鐵氧體飽和磁化強度3700G，介電常數(shù)設(shè)置為15。從圖中可以看出，環(huán)行器中心頻率為35.9GHz，中心頻率隔離度30dB，插入損耗小于1dB。

（下轉(zhuǎn)第202頁）

（上接第200頁）

根據(jù)仿真結(jié)果制作出波導(dǎo)環(huán)行器，由于鋇鐵氧體呈現(xiàn)出沿c軸生長的趨勢，其自身的各向異性場部分取代了外加偏置磁場，較磁化飽和Ni尖晶石鐵氧體所需磁鋼體積大幅縮小。

圖5是用矢網(wǎng)測得的環(huán)行器性能照片。從圖上可以看出，中心頻率35.2GHz處，插入損耗1.45dB，隔離度為36dB。環(huán)行器在34.5-35.8GHz頻帶內(nèi)，隔離大于15dB，插入損耗小于1.5dB，部分頻點插損小于1dB，實現(xiàn)了環(huán)行性能。與仿真結(jié)果相比，環(huán)行器插入損耗偏大，這是由于制備的鋇鐵氧體損耗還是偏大。后續(xù)工作應(yīng)仍集中在降低鋇鐵氧體損耗中，可通過通氧燒結(jié)和濕法磁場成形等工藝來進一步改進。鋇鐵氧體自身的各向異性場部分取代了。

4 結(jié)論

根據(jù)制備的Ba（ZnTi）Fe10O19鐵氧體，設(shè)計并制作出Ka波段波導(dǎo)環(huán)行器，中心頻率35.2GHz處，插入損耗1.45dB，隔離度為36dB，實現(xiàn)了環(huán)行性能，但插入損耗偏大，后續(xù)通過工藝改進，降低鋇鐵氧體損耗，有望在毫米波段鐵氧體器件中獲得應(yīng)用。

參考文獻：

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作者簡介：陳曉萌（1982-），男，安徽渦陽人，博士，工程師，研究方向：微波鐵氧體材料與器件。endprint