微波鐵氧體分類,石榴石型微波鐵氧體,尖晶石型微波鐵氧體材料,六角晶系微波鐵氧體材料

????????微波鐵氧體器件是利用鐵氧體旋磁效應制成的微波器件,材料是器件的核心。這種器件在微波電路中用來調控微波信號的頻率、振幅、相位、極化狀態和通道選擇,被廣泛用于雷達、通信、導航、電子對抗、遙控、遙測、廣播電視、微波加熱等微波系統以及微波測量儀器中。微波鐵氧體器件的種類很多,從材料來分有單晶和多晶器件;從傳輸線的結構來分,有波導、同軸、帶線和微帶器件;從偏磁場的工作點來分,有高場、低場和共振場器件。還可以按工作頻段、承受功率的大小、端口的數量、頻帶的寬窄來分。

????????石榴石和尖晶石鐵氧體是應用最為廣泛的兩大類旋磁材料。尖晶石和柘榴石系列材料性能基本上滿足了100MHz~100GHz整個微波波段,各種微波鐵氧體器件,如環行器、隔離器、開關和移相器的應用要求。隨著毫米波技術的發展,毫米波諧振式器件也需要用有高內場的六角晶系鐵氧體。
????????值得指出的是,在低微波頻段如幾十到幾百MHz工作的旋磁和軟磁器件有本質上的區別。區別在工作原理上,旋磁器件是基于材料的旋磁特性,即磁導率的張量特性的器件;軟磁器件利用的則是材料的復數磁導率標量特性。所以不能籠統的說工作在微波頻率下的鐵氧體就是微波鐵氧體材料。
石榴石鐵氧體的線寬ΔH最低,是首選的低損耗材料。但是其飽和磁化強度4πMs在1900G以下,主要應用在X頻段以下;而Ni系和Li系鐵氧體的Ms較高,X頻段以上及毫米波器件都需要選用尖晶石材料,只是它們的損耗比較大。

 

一、石榴石型微波鐵氧體
????????石榴石型微波鐵氧體材料具有很窄的鐵磁共振線寬、低的介電損耗以及小的磁晶各向異性。由于損耗低性能優良,目前在微波鐵氧體器件的應用中占有統治地位。

1)釔鐵石榴石鐵氧體
釔鐵石榴石記為YIG,是發現得最早(1956年)的石榴石型鐵氧體。各種實用的石榴石型微波鐵氧體材料都是由YIG派生出來的。
2)釔鋁石榴石鐵氧體
YAlIG是早期的通用石榴石材料。
3)窄線寬石榴石鐵氧體
其H100e,是低損耗環形器隔離器的必用材料。主要有YCaInVIG、YCaSnVIG和YCaInGeIG。
4)鉍鈣釩石榴石鐵氧體
BiCaVIG是一類不含釔的石榴石鐵氧體材料,具有低成本、低磁矩、低H、高居里溫度等所謂三高的優點。
5)釔釓石榴石鐵氧體

二、尖晶石型微波鐵氧體材料
????????尖晶石型鐵氧體是最早(1952年)應用于微波鐵氧體器件的旋磁材料。它們的優點是飽和磁化強度高,最高可達4Ms=5200G,因此適用于XKu頻段,以至毫米波。常用微波鐵氧體尖晶石材料的種類有Ni(Zn)系、Li(Zn)系和Mg(MnAl)系等。
Ni系微波鐵氧體材料的特點是含有兩種磁性離子(Fe3+和Ni2+)因而ΔHeff高,ΔHk較高,宜用作高功率材料。
Li系微波鐵氧體材料的特點是磁滯回線的矩形度好(可達0.9以上) ,適用于鎖式移相器,ΔHeff比較低、可用于低損耗器件。

三、六角晶系微波鐵氧體材料
????????毫米波諧振式器件所要求的工作磁場非常高,工程上難以實現。六角晶系鐵氧體M和W型材料具有較高的單軸各向異性, 因而有較高的磁晶各向異性內場(Ha),可用來降低器件設計對外場的要求。

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