基于YIG/PZT层合结构的磁电耦合效应研究

摘要

可调微波器件被广泛的应用于雷达、通信和射频测试系统。传统的基于微波铁氧体旋磁材料的磁可调的互易和非互易的微波器件可以在一个非常宽的频带范围内调节，但是调节速度相对较慢且功耗较大。而另一类采用铁电材料设计的电场可调的微波器件的调节速度更快、功耗更小，但是也存在调节范围小的问题。近来，一种更有前途和应用前景的双向可调微波器件却得到越来越多研究人员的关注，尤其是基于铁氧体-铁电材料层合结构制备的器件，这类器件同时拥有传统磁可调和电可调微波器件的优点。
　　基于铁氧体-铁电材料层合结构的磁电材料具有较强的磁电耦合效应和更大的磁电系数，是磁电双可调微波器件设计的理想材料。本文主要是微波频段下基于YIG/PZT层合结构的磁电材料的应用基础研究，计算了典型磁电层合材料磁电系数的理论值，在HFSS中对YIG/PZT磁电层合材料进行了电磁仿真，仿真结果显示铁磁共振频率与外加偏置磁场和外加电压的改变成线性关系。偏置磁场方向为平行和垂直且PZT两端的电压为1000V时，制备的YIG/PZT磁电层合谐振单元获得了如下电可调性：当YIG薄膜厚度为9.1μm时磁电耦合层合谐振单元的铁磁共振频率漂移量为10.5 MHz和15.8 MHz；而YIG薄膜厚20μm时对应的电调频率范围为8 MHz和13.3 MHz。偏置磁场方向相同的情况下，YIG薄膜更薄的磁电层合材料能获得更强的微波磁电耦合效应；采用相同厚度YIG薄膜的实验样品，在偏置磁场方向垂直时能获得更强的微波磁电耦合效应。对基于静磁表面波原理设计的磁电双可调带通滤波器进行了测试，观察到了磁电耦合现象。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 磁电耦合效应及磁电材料

1.3 微波频段下磁电层合材料的研究动态

1.4 论文的主要工作与章节安排

第二章 微波频段下磁电层合材料的磁电耦合效应的理论研究

2.1 研究微波频段下磁电层合材料的磁电耦合效应的模型

2.2 磁电层合结构中铁氧体旋磁材料的FMR频率

2.3 压电材料及其本构方程

2.4 磁致伸缩材料及其本构方程

2.5 微波频段下磁电层合材料的磁电系数的理论研究

2.6 本章小结

第三章 基于YIG/PZT层合结构的磁电耦合效应的电磁仿真

3.1 PZT压电陶瓷和YIG铁氧体薄膜

3.2 基于微带换能器的YIG/PZT磁电层合材料的电磁仿真

3.3 基于共面波导换能器的YIG/PZT磁电层合材料的电磁仿真

3.4 本章小结

第四章 基于YIG/PZT层合结构的磁电耦合效应的实验研究

4.1 实验材料

4.2 实验仪器

4.3 实验方案和测试方法

4.4 基于微带换能器的YIG/PZT磁电层合材料的实验结果

4.5 本章小结

第五章 基于静磁表面波原理的磁电双可调带通滤波器研究

5.1 静磁波的概念

5.2 静磁波器件

5.3 静磁表面波磁可调带通滤波器

5.4 静磁表面波基本理论简介

5.5 基于静磁表面波原理的磁电双可调带通滤波器设计

5.6 基于静磁表面波原理的磁电双可调带通滤波器测试

5.7 实验结果的分析及总结

5.8 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果