CN101800107A

CN101800107A - 各向异性z型六角铁氧体及使用该铁氧体的天线

Info

Publication number: CN101800107A
Application number: CN 201010133383
Authority: CN
Inventors: 冯全源
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: CN101800107B

Abstract

本发明公开了一种各向异性Z型六角铁氧体，适用于高频和超高频段天线，所述各向异性Z型六角铁氧体主配方是：Ba₃Me₂Fe₂₄O₄₁其中Me为：Co，Zn，Ni，Mg，Cu之一；各向异性Z型六角铁氧体的烧结温度控制在1150℃～1300℃，并通过加入微量的氧化物调节介电常数、磁导率和烧结温度，使得介电常数的实部ε′在1～20，复数磁导率的实部μ′在1～10，在100MHz～3GHz频率的某个频段内能够使介电常数或磁导率保持在某一数值上基本不变。六角铁氧体因其较高的磁晶各向异性场，具有很高的截止频率，高的介电常数和磁导率，可以应用于高频和超高频天线尺寸的小型化。

Description

各向异性Z型六角铁氧体及使用该铁氧体的天线

所属技术领域

本发明属于无线通讯天线，尤其是微带天线制造领域。

背景技术

由于无线通信技术的飞速发展，出现了多种类型的工作于不同频段的移动通信系统。例如无线通信系统DCS1800(1.71～1.88GHz)、PCS1900(1.85～1.99GHz)、WCDMA(1.92～2.17GHz)、UMTS(1.92～2.17GHz)、WLAN(2.4～2.484GHz)、DMB和DVB-H(170～800MHz)等等。此外对于近年来备受关注并迅猛发展的物联网中的RFID系统，世界各地区也有不同的超高频工作频段，欧洲规定为866～869MHz，南北美洲是902～928MHz，我国为840～845MHz，920～925MHz，而日本和某些亚洲国家则是950～956MHz。可见RFID系统中的天线工作频带能覆盖840～960MHz才能满足市场通用性的要求。集多功能于一体是现代通信设备发展的必然趋势，然而对于不同的通信系统往往采用不同的工作频率，这给设计多系统集成的通信设备带来了困难。同时，对于移动通信终端设备来说，微电子技术与大规模集成电路的发展，使得天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出。因此，设计宽频带、小型化、低剖面的天线成为天线领域一个重要研究方向。

由于微带天线有剖面低、重量轻、体积小、制造简单等优点，被广泛地应用于无线通信领域，其贴片的尺寸是和缩减因子

(等效介电常数ε_r和磁导率μ_r)成正比例关系的。传统的微带天线可以通过使用高介电常数的基底进行尺寸的缩小。例如陶瓷材料，其介电常数ε可以做的很大，有的甚至可以超过100。但使用高介电常数材料设计小型化的天线具有如下缺点：1、高介电常数的介质区域呈容性使得大部分的场被约束，从而降低了天线的带宽。2、高介电常数的材料的本征阻抗通常比较低，从而使天线的阻抗匹配变得比较困难。

各向异性Z型六角铁氧体磁性材料的介电常数和磁导率都比较高，因此这种介质呈现的容性特性没有高介电常数的介质材料强，对场的约束能力也比较弱。同时，它的电阻率也较高，因此可以在比较大的频率范围内实现天线的阻抗匹配。在固定的工作频率下，具有高磁导率和高介电常数的各向异性Z型六角铁氧体磁性材料可以用于减少天线尺寸。

由于其它类型的铁氧体磁性材料的性能在超高频及微波频段内不够理想，使得目前铁氧体材料在天线中的使用还比较少，并且主要是使用铁氧体材料作为环形线圈天线的磁芯，天线的工作频率也都比较低。在将铁氧体磁性材料用于微带天线时，例如尖晶石型铁氧体，根据Snoek公式，尖晶石结构的Mn-Zn、Ni-Zn系铁氧体最高使用频率受到立方晶体结构的限制。目前Ni-Zn铁氧体是直到100MHz的中高频段广泛应用的软磁铁氧体材料，但是在超过200MHz的频段，电磁感应引起的趋肤效应和涡流损耗将导致性能显著劣化，同时由于其材料本身截止频率的限制使得它无法使用。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是研究各向异性Z型六角铁氧体及使用该铁氧体的天线，使之克服现有技术的以上缺点。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

各向异性Z型六角铁氧体，适用于高频和超高频段天线，其特征在于，(1)所述各向异性Z型六角铁氧体主配方是：Ba₃Me₂Fe₂₄O₄₁其中Me为：Co，Zn，Ni，Mg，Cu之一；(2)各向异性Z型六角铁氧体的烧结温度控制在1150℃～1300℃，并通过加入微量的氧化物调节介电常数和磁导率，使得介电常数的实部ε′在1～20，复数磁导率的实部μ′在1～10，在100MHz～3GMHz的某个频段范围内能够保持介电常数或磁导率在某一数值上基本不变化。

本发明的目的还在于，制造各向异性Z型六角铁氧体的天线，其天线由所述各向异性Z型六角铁氧体充当，用于1MHz～3GHz微带天线。

采用本发明技术，是因为六角铁氧体有较高的磁晶各向异性场，很高的截止频率，并具有较高的介电常数和磁导率，较低的损耗，所以它可以应用于高频和超高频天线尺寸的小型化。

图1：超高频RFID微带天线结构俯视图。

图2：图1的侧视图。

图3：天线S₁₁曲线图。

具体实施方式

实施例1(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)

物料采用纯度高于99％的金属氧化物和碳酸盐为原材料，BaCO₃，Co₂O₃和Fe₂O₃按分子式重量比配，采用常规的陶瓷工艺，预烧温度1180～1240℃，烧结温度1200～1280℃，加入微量Bi₂O₃和MnCO₃调节(加入量按重量比0.005～0.01％)，介电常数的实部ε′约为8～18，复数磁导率的实部μ′约为5～10，在100MHz～2G的频率范围内能够保持介电常数和磁导率的虚数部分ε″，μ″很小，即该Z型铁氧体的损耗很小，一般损耗角正切角小于0.06。且本发明还可以通过控制工艺和配方，使得各向异性Z型六角铁氧体在某个频率点达到

实施例2(用该材料设计超高频RFID微带天线)

采用实施例1的工艺和材料(各向异性Z型六角铁氧体ε′＝17，μ′＝7，tgδ_ε＝0.01，tgδ_μ＝0.05)为磁性基体制造超高频RFID微带天线，天线结构如图1和图2所示，图中1为接地板，2为矩形贴片，3为馈电点，4为各向异性Z型六角铁氧体，5为馈电探针；贴片尺寸L＝16mm，W＝18mm，接地板LG＝WG＝30mm。

所得天线S₁₁曲线如图3(天线带宽(S₁₁＜-10dB)为918MHz～939MHz)；天线增益约为1.76dBi。

Claims

1.各向异性Z型六角铁氧体，适用于高频和超高频段天线，其特征在于，(1)所述各向异性Z型六角铁氧体主配方是：Ba₃Me₂Fe₂₄O₄₁其中Me为：Co，Zn，Ni，Mg，Cu之一；(2)各向异性Z型六角铁氧体的烧结温度控制在1150℃～1300℃，并通过加入微量的氧化物调节介电常数和磁导率，使得介电常数的实部ε′在1～20，磁导率的实部μ′在1～10，在100MHz～3GHz频率的某个频段内能够使介电常数或磁导率保持在某一数值上基本不变。

2.根据权利要求1所述之各向异性Z型六角铁氧体，其特征在于，所述微量的氧化物为以下物质之一：Bi₂O₃、MnO₂、GeO₂、SiO₂。

3.使用权利要求1或2所述之各向异性Z型六角铁氧体的天线，其特征在于，天线由所述各向异性Z型六角铁氧体充当，用于1MHz～3GHz微带天线。