專利名稱：一種含超高頻軟磁鐵氧體的可調(diào)微波左手材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于左手材料領(lǐng)域，特別涉及一種以超高頻軟磁鐵氧體作為介質(zhì)基板、特 征頻率可調(diào)的左手材料。
背景技術(shù)：
1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Vesdago從理論上提出同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率 的材料，具有負(fù)折射系數(shù)、倏逝波放大、逆多普勒效應(yīng)等迥異于傳統(tǒng)電磁介質(zhì)的物理 特性，由于在該材料中電磁波的電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向與波矢方向呈左手坐標(biāo)系，故該 材料被稱作左手材料(Left-Handed Material, LHM)。 2000年，美國(guó)的Sm池等人用 金屬線與諧振環(huán)陣列制造出首個(gè)具有負(fù)折射特性的左手材料，引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的巨 大震動(dòng)。利用左手材料的奇異電磁特性可以突破傳統(tǒng)介質(zhì)的物理極限，實(shí)現(xiàn)諸多新穎 功能，因此在左手材料的相關(guān)研究還很不完善時(shí)，國(guó)際大型材料廠商、無(wú)線設(shè)備廠商、 電機(jī)廠商就已經(jīng)開(kāi)始加緊研究開(kāi)發(fā)采用左手材料的新型微波器件，利用左手材料實(shí)現(xiàn) 新型高指向性天線、可調(diào)天線罩、微波濾波器、陷波器、耦合器等微波器件。為實(shí)現(xiàn)各種微波器件，具有頻率可調(diào)特性的左手材料受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛 關(guān)注。有人提出在金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)中外加變?nèi)荻O管來(lái)調(diào)節(jié)其頻率特性；有人設(shè)想在諧 振環(huán)陣列結(jié)構(gòu)中引入電導(dǎo)率可調(diào)的半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)左手材料；也有人將金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)浸在液晶之中，通過(guò)外加電場(chǎng)調(diào)節(jié)液晶的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的頻率可調(diào)性。但是外 加可調(diào)器件將會(huì)大大增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，而液晶又具有流動(dòng)性與腐蝕性，這均給可調(diào) 左手材料的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)很大難度。如果可以直接調(diào)節(jié)基板材料磁導(dǎo)率控制左手材料 的頻率特性，將有效簡(jiǎn)化可調(diào)左手材料的實(shí)現(xiàn)難度，大大推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、特征頻率調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、微波性能優(yōu)異的微波左 手材料。一種含超高頻軟磁鐵氧體的可調(diào)微波左手材料，特征在于采用超高頻軟磁鐵氧體作為金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板，利用金屬環(huán)線實(shí)現(xiàn)左手特性，利用鐵氧體磁導(dǎo)率的 外場(chǎng)調(diào)制特性，實(shí)現(xiàn)左手材料特征頻率的可調(diào)性。其中，鐵氧體材料需要滿足在整個(gè) 可調(diào)頻段以內(nèi)磁導(dǎo)率穩(wěn)定、無(wú)色散的要求，優(yōu)選鐵氧體材料為Ba2C02_x_yZnxCuyFei2022 鐵氧體，其中x為0 0.6、 y為0 1.2。該可調(diào)左手材料，可以在鐵氧體素坯上印刷金 屬環(huán)線，采用疊層共燒陶瓷工藝制備而成；或者將燒結(jié)鐵氧體直接夾于印有金屬環(huán)線 的印刷線路板之間復(fù)合而成。金屬圖案可以為單開(kāi)口環(huán)形或雙開(kāi)口環(huán)形。該發(fā)明的有益效果在于直接利用基板材料的磁導(dǎo)率在外場(chǎng)作用下的可變性實(shí)現(xiàn) 可調(diào)左手特性，無(wú)需在左手材料中再引入其它外加元件，簡(jiǎn)化了左手材料結(jié)構(gòu)；采用 固態(tài)的鐵氧體基板作為可調(diào)左手材料的核心條件組件，使結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)且安全耐用， 可以設(shè)計(jì)不同的金屬圖案，使可調(diào)左手材料具有多樣化的微波特性，適用于多種微波 器件應(yīng)用。


圖1是以鐵氧體為基板材料的可調(diào)微波左手材料的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是單開(kāi)口環(huán)單元結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是雙開(kāi)口環(huán)單元結(jié)構(gòu)示意4是以Co2Y鐵氧體為基板材料的可調(diào)SRR結(jié)構(gòu)左手材料的樣品照片 圖5是圖4所示樣品的微波透射譜具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:采用固相反應(yīng)法合成Ba2CoLoZna2Cuo.8Feu022鐵氧體粉體，以分析純BaC03、 Co304、 ZnO、 CuO、 Fe203為原料，按分子式中原子配比混合，經(jīng)球磨、烘干、過(guò)篩 后在1000'C煅燒3小時(shí)，再球磨、烘干后獲得所需的鐵氧體粉體。利用陶瓷漿料流延技術(shù)；將鐵氧體粉末加1 Wt。/。Bi203后與流延用有機(jī)溶湘混合配成漿料進(jìn)行流延，在襯底上將鐵氧體漿料印刷成鐵氧體膜，在其上采用掩模用銀漿印刷單開(kāi)口環(huán)，尺寸為 r=1.0mm、 d=1.0mm、缺口寬度g^.5mm，環(huán)間距4 mm，如圖2所示。爾后按此 過(guò)程交替印刷鐵氧體膜和單開(kāi)口環(huán)圖案，印刷20層，經(jīng)烘干、切割、倒角等工序， 再在870。C燒結(jié)，最后將燒結(jié)后的樣品精密磨加工至所需尺寸，獲得最終樣品。 實(shí)施例2:采用固相反應(yīng)法制備Ba2Co2Fei2022鐵氧體粉體，以分析純BaC03、 Co304、 ZnO、 CuO、 Fe203為原料，按分子式中原子配比混合，經(jīng)球磨、烘干、過(guò)篩后在110(TC煅 燒3小時(shí)，再球磨、烘干后獲得所需的鐵氧體粉體。將鐵氧鐵粉末加粘結(jié)劑聚乙烯醇 造粒，干壓成型，制得鐵氧體塊狀生坯，在115(TC燒結(jié)，將燒結(jié)后的樣品磨加工成尺 寸為34mmx34mmx5mm的片狀基板。采用電路板刻蝕技術(shù)在34mmx34mmxlmm的 環(huán)氧玻璃纖維上印刷雙開(kāi)口環(huán)，尺寸為產(chǎn)0.8mm、 dc=0.4mm、 d=0.8 mm、缺口寬度 g=0.6 mm，環(huán)間距2 mm如圖3所示。將鐵氧體基板與印有雙開(kāi)口環(huán)的印刷線路板交 替疊合，鐵氧體與線路板上的雙開(kāi)口環(huán)金屬圖案緊密貼合，如圖4所示。實(shí)施例3:采用波導(dǎo)法測(cè)試實(shí)施例2中樣品的微波透射特性，如圖5所示。隨著外磁場(chǎng)增加， 測(cè)試樣品的特征頻率逐漸向高頻方向移動(dòng)，當(dāng)外加磁場(chǎng)由500 Oe增至2300 Oe時(shí)， 微波禁帶中心頻率從2.83 GHz升至3.15 GHz，即該材料具有優(yōu)異的可調(diào)特性，利用 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了可調(diào)微波左手材料。
權(quán)利要求
1、一種含超高頻軟磁鐵氧體的可調(diào)微波左手材料，其特征在于采用超高頻軟磁鐵氧體作為金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板，利用金屬環(huán)線實(shí)現(xiàn)左手特性，利用鐵氧體磁導(dǎo)率的外場(chǎng)調(diào)制特性實(shí)現(xiàn)左手材料特征頻率的可調(diào)性。
2、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)微波左手材料，其特征是頻率位于1 4GHz，而且特征 頻率能由外磁場(chǎng)調(diào)控，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，特征頻率越高，可調(diào)范圍為零場(chǎng)頻率/c至2倍 /0。
3、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)微波左手材料，其特征是鐵氧體具有軟磁特性，而且滿 足在整個(gè)可調(diào)頻段以內(nèi)磁導(dǎo)率穩(wěn)定、無(wú)色散的要求，鐵氧體材料選 Ba2Co2+yZiixCuyFen022鐵氧體，其中x為0~0.6、 y為0~1.2。
4、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)微波左手材料，其特征是金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)為單開(kāi)口環(huán)形或 雙開(kāi)口環(huán)形，能在微波段實(shí)現(xiàn)左手特性-(1) 單開(kāi)口諧振環(huán)半徑產(chǎn)0.2 3mm、線寬度d=0.2~2 mm、缺口寬度g=0.1~l mm， 環(huán)間距0.1 10mrn;(2) 雙開(kāi)口諧振環(huán)內(nèi)環(huán)半徑r=0.2~2 mm、內(nèi)外環(huán)間隙dc=0.2~2 mm、線寬度d=0.2~2 訓(xùn)、缺口寬度g二0.1 1 ■，環(huán)間距0.1 10顧。
5、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)微波左手材料，其特征是采用以下方式制備而成利用 陶瓷漿料流延技術(shù)，將權(quán)利要求3所述鐵氧體粉末加0.2~5 wt% Bb03后與流延用有 機(jī)溶劑混合配成漿料進(jìn)行流延，在襯底上將鐵氧體楽料印刷成鐵氧體膜，在鐵氧體膜 上采用掩模用銀漿印刷如權(quán)利要求4所述的金屬環(huán)線圖案，爾后按此過(guò)程交替印刷鐵 氧體膜和金屬環(huán)線圖案，印刷層數(shù)為4 50層，經(jīng)烘干、切割、倒角工序后燒結(jié)，最 后將燒結(jié)后的樣品精密磨加工至所需尺寸，獲得最終樣品。
6、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)微波左手材料，其特征是采用以下方式制備而成將權(quán)利要汆3所述的鐵氧體粉末加粘結(jié)劑造粒，采用干壓成str藝，制得鐵氧體塊狀生坯，燒結(jié)，將燒結(jié)后的樣品磨加工成所需尺寸的片狀基板；采用電路板刻蝕技術(shù)在環(huán)氧玻 璃纖維上印刷如權(quán)利要求4所述的金屬環(huán)線圖案；將鐵氧體基板與印有金屬環(huán)線圖案 的印刷線路板交替疊合，鐵氧體與線路板上的雙開(kāi)口環(huán)金屬圖案緊密貼合形成最終樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以超高頻軟磁鐵氧體作為介質(zhì)基板、特征頻率可調(diào)的左手材料。其特征在于采用軟磁鐵氧體作為金屬環(huán)線結(jié)構(gòu)左手材料的介質(zhì)基板，利用金屬環(huán)線實(shí)現(xiàn)左手特性，利用鐵氧體磁導(dǎo)率的外場(chǎng)調(diào)制特性實(shí)現(xiàn)左手特征頻率的可調(diào)性。該可調(diào)左手材料直接利用基板特性實(shí)現(xiàn)可調(diào)左手特性，無(wú)需再引入其它外加元件，簡(jiǎn)化了可調(diào)左手材料的結(jié)構(gòu)；采用固態(tài)的鐵氧體基板，使結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)且安全耐用；可以改變金屬環(huán)線圖案，使可調(diào)左手材料具有多樣化的微波特性，適用于多種微波器件應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01F1/12GK101262084SQ20081010402
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者喬利杰, 芳 徐, 洋 白, 芬 艾 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)