低温烧结无源集成旋磁材料研究

In order to achieve planar miniaturization and passive integration of microwave ferrite devices, this project, with the low temperature sintering M- hexaferrite and M- hexaferrite/dielectric ceramic multi-phase cofired system as the research object，focuses on the main researching content of the mechanism for low temperature sintering, influencing laws for iron substitution on gyromagnetic properties, anisotropy effective fields, LTCC processing compatibility of the material and its applications on planar circulators/isolators and microwave passive integration. The aim is to develop low temperature sintering M- hexaferrite with excellent electromagnetic properties, which can be applied both as gyromagnetic functional material supporting microwave ferrite devices and microwave transmission dielectric material, so as to solve the problem of base material for its application on planar microwave ferrite devices and passive integrated. Meanwhile, the design and LTCC process of self-bias and planar miniaturized circulators will be studied and the supporting technology of microwave passive integration will be researched also. The works can lay the foundation for miniaturization of microwave ferrite devices and passive integration of microwave functional module.

以实现微波铁氧体器件（环行器/隔离器等）的片式小型化以及微波无源集成为研究目标，以低温烧结M型钡铁氧体旋磁材料及其与介电陶瓷构建的多相共烧体系、适于无源集的平面片式化微波铁氧体环行器/隔离器及技术为研究对象，主要对材料的低温烧结机理与技术、离子取代对材料旋磁性能的影响规律、磁各向异性内场分析、材料的LTCC工艺兼容性以及材料在LTCC平面片式微波铁氧体环行器/隔离器及微波无源集成的应用等方面进行研究。使M型钡铁氧体旋磁材料实现低温烧结的同时具有优良的电磁性能，既能作为支撑器件研制的旋磁功能材料，又能作为微波传输介质材料，解决微波铁氧体器件的平面小型化与微波无源集成的基础材料问题，并探索自偏置、平面小型化的微波铁氧体环行器的设计与LTCC制备工艺、微波无源集成基础技术，为微波铁氧体器件的小型化及微波功能组件的无源集成技术奠定基础。

为了满足现代电子信息系统集成化、小型化等要求，基于铁氧体材料的微波旋磁器件例如环行器/隔离器等的片式小型化与射频（RF）无源集成化就成为制约通信与雷达等整机系统进一步向小型化、功能模块化发展的瓶颈。支撑这一技术发展的关键是与射频无源集成技术相适应的微波旋磁功能材料的突破。项目以低温烧结M型钡铁氧体旋磁材料及其与介电陶瓷构建的多相共烧体系、适于无源集的平面片式化微波铁氧体环行器/隔离器及技术为研究对象，得到了以下研究成果：Zn2+Ti4+、Co2+Ti2+、Sc3+等离子取代可以有效改善材料磁晶各向异性与旋磁性能，并能实现85% 的取向；研究了材料的低温烧结机理与技术，粉体的细化与助烧剂的添加是降低材料烧结温度的有效途径，低温烧结机理机理在于液相烧结与反应活化能的降低，实现了900℃的低温烧结以及15%的收缩率，满足了LTCC工艺要求并能与Ag浆、陶瓷进行共烧；基于微带结环行器工作原理，研究了平面片式自偏置环行器/隔离器的设计与一体化制作技术，设计制作了K波段自偏置微带环行器样品，具有良好的性能。项目研究工作为自偏置、平面小型化的微波铁氧体器件的设计与LTCC制备工艺、射频与微波无源集成技术奠定了基础。