微波铁氧体环行器在雷达系统收发组件（T/R组件）和电路中起信号分路隔离、匹配以及提高增益的作用,对电子系统性能有重要影响。而对于铁氧体环行器来说,应用于其中的铁氧体材料对其性能有重要影响。与高频段器件相比,L波段铁氧体环行器工作频段低,铁氧体材料在低场区进行工作时,要求铁氧体材料的饱和磁化强度（4πM_s）较低,会导致材料的温度稳定性下降。因此,本文针对L波段环行器中低4πM_s石榴石铁氧体材料的制备技术进行研究,并基于此材料进行环行器仿真优化设计。采用传统氧化物陶瓷工艺制备低4πM_s石榴石铁氧体材料,研究配方、添加剂、缺铁量和工艺等因素对材料饱和磁化强度（4πM_s）、居里温度（T_c）、铁磁共振线宽（ΔH）、温度稳定性和介电损耗等性能的影响。确定材料的基础配方为Y_2.7-yCa_0.3-zGd_yAl_xFe_4.68-x-zZr_0.3V_zMn_0.02O₁₂,通过实验探索Al³⁺、Gd³⁺和V⁵⁺取代以及制备石榴石铁氧体材料过程中烧结温度、Bi₂O₃添加剂和缺铁量这三种因素对材料性能的影响。为了降低材料的4πM_s,研究Al³⁺取代对石榴石铁氧体性能的影响,结果表明:（1）适量的Al³⁺取代对样品的晶相组成无明显影响,各组样品均为纯石榴石相;（2）随Al³⁺取代量的增加,样品烧结活化能Q增大,烧结样品密度减小,气孔率增大,收缩率减小,烧结充分程度下降。这是由于Al₂O₃与Y₂O₃烧结生成Y₃Al₅O₁₂所需能量高于Fe₂O₃与Y₂O₃烧结生成Y₃Fe₅O₁₂所需的能量,因此Al³⁺取代量越多,材料烧结所需的能量越大,烧结越困难;（3）随Al³⁺取代量增加,烧结样品的4πM_s显著降低,同时T_c和ΔH也呈下降趋势。当Al³⁺取代量为1.2时,样品4πM_s=305 Gs,T_c=115℃,ΔH=40 Oe。为提高材料的温度稳定性,在Al³⁺取代的基础上进行了Gd³⁺取代研究,结果表明:（1）各组Gd³⁺取代样品晶相组成无明显区别,均为纯石榴石相,同时T_c无明显变化,但Gd³⁺取代可以改变样品抵消点温度T_d,从而显著改善材料在-55℃⁺85℃的温度稳定性;（2）随着Gd³⁺取代量的增加,样品T_d逐渐上升,温度系数α_4πMs先减小后增大,当Gd³⁺取代量为0.4时α_4πMs达到最小值3.60‰/℃;（3）Gd³⁺取代使烧结样品的密度增大,但对样品气孔率和收缩率影响很小;随着Gd³⁺取代量增多,材料的4πM_s略有降低,同时材料的ΔH明显增大。为改善烧结样品的显微结构和降低材料的ΔH,进行了V⁵⁺取代研究,结果表明:V⁵⁺取代对材料烧结有促进作用,随V⁵⁺取代量增加,样品的气孔率P降低,收缩率η增大,显微结构明显改善,样品4πM_s、T_c和ΔH均呈降低趋势。烧结温度实验的研究结果表明,随着样品烧结温度提高,样品平均晶粒尺寸和4πM_s先增大后减小,P和ΔH先减小后增大,在1320℃时样品P和ΔH达到最小值。为进一步促进烧结与优化材料性能,以Bi₂O₃为添加剂进行掺杂研究,结果表明随着Bi₂O₃掺杂量增大,样品表观密度d_b先增大后减小,P先减小后增大,当Bi₂O₃掺杂量为0.1 wt%时,样品显微结构最好,同时4πM_s最大,ΔH最小。采用缺铁配方以降低材料介电损耗,结果表明少量缺铁时样品晶相组成无明显变化,各组样品均为纯石榴石相,随着材料缺铁量增大,样品介电损耗tanδ_ε和介电常数ε_r呈下降趋势。由上述研究可得适宜的材料配方为Y_2.3Ca_0.25Gd_0.4Al_1.2Fe_3.43Zr_0.3V_0.05Mn_0.02O₁₂,烧结温度为1320℃,Bi₂O₃和BaTiO₃掺杂量分别为0.1wt%。所得样品的静磁性能为:4πM_s=305 Gs（常温）,T_c=115℃,温度系数α_4πMs=3.60‰/℃（-55℃⁺85℃）,常温下,在9.25GHz下样品的微波性能为:ΔH=38 Oe,tanδ_ε=1.77×10^-4,ε_r约12。基于上述制备的石榴石铁氧体材料,利用HFSS软件开展铁氧体微带环行器仿真设计研究。首先,根据铁氧体微带环行器环行条件计算环行器中心结半径和铁氧体基板厚度,并根据阻抗匹配理论计算微带线尺寸,得到环行器的初始模型和尺寸参数。最初的环行器模型中心结半径约为26 mm,铁氧体基板厚为6 mm,大Y结长为24 mm,宽为15 mm。采用HFSS软件对环行器的初始模型和结构尺寸进行仿真优化设计。最终经过HFSS仿真软件优化后,基片体积为66×66×3.6 mm³,仿真结果为:在0.81 GHz⁰.98 GHz范围内,回波损耗|S₁₁|和隔离度|S₃₁|均大于20dB,插入损耗|S₂₁|小于0.3 dB,驻波比VSWR<1.5,环行效果良好。