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。