高频磁铅石型铁氧体材料的制备及软磁特性研究

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随现代通信技术的不断发展,电子设备与整机系统正朝着更小更轻更薄的方向发展,这使得在通信设备中占有重要作用的天线的小型化成为研究重点之一。磁介材料作天线基板时,其独特的电磁参数不仅可以大大减小天线尺寸,同时易于实现阻抗匹配,对天线带宽的提升有重要意义。由于天线工作频率通常较高,因此,磁铅石型铁氧体的研究与开发成为了科技工作者的重点关注,尤其以M型铁氧体和Z型铁氧体最为突出。因此,本文以M型铁氧体和Z型铁氧体为研究对象,研究了不同离子取代对其微观结构、比饱和磁化强度以及高频磁介性能的影响。具体研究内容为:首先研究了Co-Nb、Co-Ta双离子取代对M型锶铁氧体材料性能的影响。发现,Co-Nb、Co-Ta双离子取代都能增加铁氧体样品的比饱和磁化强度,提高其高频磁介性能。在2.5-6GHz频段内,Co-Nb和Co-Ta双离子取代的M型锶铁氧体的磁导率μ’从1.15增加至1.4左右,磁损耗tanδμ从0.45降至0.1左右,介电损耗tanδε从0.27降至0.1左右;Co-Nb双离子取代的M型锶铁氧体介电常数ε’从13.5增加至25.6左右;Co-Ta双离子取代的M型锶铁氧体介电常数ε’从13.5至35.1左右。其次研究了Zn-Ti双离子取代和Fe离子取代对Z型铁氧体材料性能的影响。实验发现,在10MHz-1GHz频段内,当Zn-Ti双离子取代的Ba1.5Sr1.5(ZnTi)xFe24-2xO41铁氧体样品在1210℃烧结时,其磁导率μ’从18.5增加至19.8,但同时磁损耗也有所增加;当烧结温度提升至1250℃时,样品的磁导率有所降低,磁损耗降低至0.5以下,且截止频率提高至GHz以后。在0.5-1.0GHz频段内,Fe离子取代对Ba1.5Sr1.5Co2-xFe24+xO41铁氧体样品的磁导率无提升作用,但可以降低材料磁损耗,调节磁介性能;当取代量为0.2时,样品在0.5-1.0GHz频段内的磁介性能为:μ’:7.1-8.2,tanδμ£0.22,ε’:7.8,tanδε£0.02。最后将配方为Ba1.5Sr1.5Co1.8Fe24.2O41铁氧体样品作为天线基板材料,设计仿真了一款中心工作频率在915MHz的RFID微带天线。HFSS仿真结果显示,该天线的阻抗宽带为120MHz(860MHz-980MHz),覆盖了全球UHF RFID频段(860MHz-960MHz)。该天线的尺寸为37.8×43.425×2mm~3,相较于其他工作在此频段的RFID天线,尺寸大大减小。
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