[发明专利]一种高饱和低损耗双组分微波铁氧体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种高饱和低损耗双组份微波铁氧体材料及其制备方法与应用，该高饱和低损耗双组份微波铁氧体材料包括第一微波铁氧体材料与第二微波铁氧体材料。该制备方法包括如下步骤：(1)按配方量混合第一微波铁氧体材料与第二微波铁氧体材料，然后进行湿法球磨，得到球磨料；(2)烘干步骤(1)所得球磨料，过筛后进行造粒；(3)步骤(2)所述造粒后的颗粒依次进行成型与烧结，得到所述高饱和低损耗双组份微波铁氧体材料。经测试，所述微波铁氧体材料的饱和磁矩强度在1950‑1960Gs，介电损耗在1.48×10^‑4‑2×10^‑4，居里温度可达260℃以上，线宽小于20Oe；且制备方法稳定可重复性好，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及微波通信领域及磁性材料领域，涉及一种高饱和低损耗双组份微波铁氧体材料及其制备方法与应用。

背景技术

微波铁氧体器件在微波技术中占有重要地位，在航空航天、卫星通信、电子对抗、移动通信及医疗领域中有着广泛的应用，微波铁氧体材料作为器件的核心，在各领域广泛应用。5G通信是未来信息基础设施的重要组成部分，该技术需采用微波作为传输手段，环形器、隔离器作为不可缺少的器件，其小型化、轻量化的任务尤为重要。现有微波铁氧体的介电常数在12-16之间，在低频环形器隔离器设计时器件尺寸偏大，无法满足小型化、集成化的需求。作为器件设计的主要参数之一的介电常数ε′与器件尺寸密切相关。电磁波在介质中传播的介质波长与介电常数的平方根成反比，所提高材料的介电常数就成了器件小型化的重要手段。在带线环行器中铁氧体半径R有如下近似公式：

其中，k为有效波数，ω是工作角频率，c为光速，ε_f为铁氧体介电常数的实数部分ε′，μ_eff为有效磁导率。μ_eff由下式给出：

μ_eff＝1-(k/μ)²＝1-P²

其中，(k/μ)是铁氧体分裂因子，P是铁氧体的归一化饱和磁化强度，P＝ω_m/ω

其中，ω_m＝γMs，Ms是饱和磁化强度，γ是旋磁比。由此可见：铁氧体圆盘半径与介电常数ε′的平方根成反比。实践也证实：提高材料的介电常数确实可以有效地减小器件尺寸。

以前对微波铁氧体材料的研究多集中在材料的微波损耗方面，而对饱和磁矩研究的较少。随着微波技术的迅猛发展，系统对元器件小型化的要求越来越迫切，而铁氧体元器件的体积远高于其他元器件，因此其小型化、轻量化的任务尤为重要。

环行器的工作磁场区有两种，即高场区和低场区。近年来，通信用环行器迅速发展，高场区环形器的用量远远超过低场区的用量，高场区工作就是铁氧体的工作内场在该工作频率的共振场以上；共振场Hr＝ω/γ确定，工作内场HiHr，用一化内场表示时，σ＝Hi/Hr。当σ1时，称为高场工作，一般取σ的1.1-2.4范围内。高场工作环行器一般适宜于低频段。频率在4GHz以下的均可采用；高场环行器设计高场设计环行器有如下优点：

(1)高场工作条件下，材料充分饱和，避免了零场损耗，这对低损耗器件有利，目前的低线宽材料△H＝100e很适宜在高场工作，插损很小。

(2)高场工作的环行器选择材料的归一化磁矩p＝γ4πMs/ω均大于1，甚至到几十，大大缩小了样品的尺寸(或器件的尺寸)，从设计经验来看，铁氧体样品直径Df≈λ₀/40-λ₀/10(λ₀为对应频率的波长)。