ghz鐵氧體電磁波吸收材料的研究

1、G H z 鐵氧體 電磁波 吸收材料的研究 汜 - - 1 4 - 學(xué)偉 姚敏 琪 舒 揚(yáng) 王 倩 張曉 寧2( 1 北礦磁材科技 股份有 限公 司 ， 北京 1 0 0 0 6 7 )( 2 北京工業(yè) 大學(xué)新型功 能材料教育部 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 北京 1 0 0 0 2 2 )文 摘 鑒于民用吸波材料 市場的 日益增加 ， 用傳統(tǒng)粉末冶金 的方 法制備 了鐵氧體吸收劑粉體 ， 并測定 了其 內(nèi)稟磁性能和 電磁 參數(shù) 。采 用吸收

2、劑粉體與氯化聚 乙烯復(fù)合 的方 法軋制 出不同厚度的膠板 ， 測定 了 1 0M H z1 ． 8G H z 電磁 波吸收性能及厚度的影響 ， 復(fù)合膠板在 4 0 0M H z 一1 ． 8G H z 頻段 顯示 良好 的吸收性能。降低吸收劑粉體的填充率有利于展寬頻 帶， 復(fù)合膠板在 2G H z 一1 0G H z 頻帶的測試結(jié)果表明 ， 反射 系數(shù) 小于一 5d B的帶寬達(dá)到 3 ． 6G H z ， 對應(yīng)吸收率大于 7 0 ％。樣

3、品的吸波性能 已經(jīng)具有一定的實(shí)用性。關(guān)鍵詞 電磁 波吸收材料 ， 鐵 氧體 ， 電磁參數(shù) ， 吸收性能 F e r r i t eE l e c t r o ma g n e t i cWa v eA b s o r b e r si nGHzR a n g eF a nX u e w e iY a oM i n q iS h uY a n gWa n gQ i a n Z h a n gX i a o n i n g( 1B G R

4、 I M MM a g n e t i cM a t e r i a l sa n dT e c h n o l o g yC o ． ， L t d ． ， B e i j i n g1 0 0 0 6 7 )( 2K e yL a b ． o fA d v a nc e dF u n c t i o n a lM a t e r i a l so ft h eS t a t eE d u c a t i o nC o m m i s

5、 s i o n ， B e i j i n gP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ， B e i j i n g1 0 0 0 2 2 )A b s t r a c tWi t ht h ei n c r e a s eo fp r o d u c t sf o rc i v i lu s e ， d e c t r o m a g n e t i cw a v ea b s o r b

6、e rp o w d e r sh a v eb e e np r e 刪t h r o u g hc o n v e n t i o n a lp ow d e rme t a l l u r g yme t ho d ．T h ei n t r i n s i cm a g n e t i cp r op e r t i e sa n dt hee l e ct r o ma g n e t i cp a r a me t e r

7、s o f t he m a r ea l s od e t e r mi n e d．C o mp o s i t em a t e r i a l sf r o m t hep ow d e r s a n dC P Ea r eo b t a i n e d t ot e s tt he i ra b si n gp mpe s ，w h i c ha r ef a i r l yg o o di nt he4 O OM

8、Hzt o1 ． 8G Hzr a n g e．I ti sh e l p f u lf o rr e d u c i n ga b s o r b e rc o n t e n tt ow i d e nf r e q u e n c yr a n g e ．T h ea b s o r p t i o nr a t eo f t hi sc o mp o s i t em a t e r i a l e x c e e d s7

9、 0％ i nt he3． 6GHzf r e q u e n c ymn g ew id t h．A na b s o r p t i o ne f i c i e n c yo f s a mp l e sh a ss h o w ns o m ec e r t a i np r a c t i c a b i l i t y ．Ke ywo r d sE l e c t r o ma g n e t i cwa v ea b s

10、 o r b e r ，F(xiàn) e r r i t e ，E l e c t r o ma g n e t i cp a r a me t e r ，Ab s o r pt i o ne f ic i e n c y 1 引言 始于二戰(zhàn)期 間? 1 的軍事隱身 目的的電磁波吸波 材料 ， 在 電子信息技術(shù)飛速發(fā)展 的今天 ， 重新吸引了人們的注意力。由于可以獲得更高的傳輸速率 ， 使 用 G H z 范 圍頻率 的 電磁波 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 增

11、長得 很 快 。例如 ， 移動(dòng) 通信 和局域 網(wǎng) ( I _ A N) 系統(tǒng) 就使用 1G H z 一 5G H z 的電磁波 2； M D一8 0民航機(jī)機(jī)身上 有 2 0 個(gè)天線 ， 用 于通信 、 導(dǎo)航 、 雷 達(dá)等系統(tǒng) ， 其分別 的 工作頻譜范 圍從 1 0k H z 直至 9 ． 2G H z [ 3 】 。然而 ， 由收稿 日期 ： 2 O O 3 — 0 6 — 3 0 ； 修 回 日期 ： 2 O O 3 — 0 8

12、一l 8范學(xué)偉 ， 1 9 7 3 年出生 ， 博士 ， 從事永磁材料及 吸波材料的研究開發(fā)工作 此引發(fā)的電磁 干擾 ( E M I ) 問題也 日趨嚴(yán)重 ， 最直接 解決 問題 的辦法 之一 就是 利用吸波材料 ， 使有 害電 磁波轉(zhuǎn)化為熱能被 消解 。隨著 中國加入 WT O后 面 臨的世界范圍的電磁兼容 ( E M C ) 標(biāo)準(zhǔn) 的強(qiáng)制實(shí)施 ，以及人們對居住所處的電磁環(huán)境的高度關(guān)注， 吸波 材料在 民用方面， 如防止高層建筑物反射

13、 電磁波 引起 的電視重影H J 、 E M C暗室 以及解決高頻設(shè)備引起 的設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備之間的干擾等方面 】 具有廣泛 的應(yīng)用前景 。宇航材料工藝 2 O 0 4 年 第 3 期 維普資訊 http://www.cqvip.com 隨頻率升高從 1 9 ． 2 0 減小到 1 ． 0 5 ； 虛部從 1 0M H z 的 9 ． 1 6下降到約 3 7M H z 的 5 ． 6 4 ， 后隨頻率升高上升 至 3 1 4M H z

14、的 7 ． 4 6 ， 之后 隨頻率升高緩慢下 降； 3 3 7M H z ～1 ． 8G H z ， 磁導(dǎo)率虛部值超過實(shí)部 。在所用測 試設(shè)備的頻率上限 ( 1 ． 8G H z ) 處的磁導(dǎo)率虛部仍然 保持在大于 3 這樣的較高值。圖3 結(jié)果表明， 除了 1 0 0M I q _ z 以下 ￡和 ￡ ： 有小 幅震蕩之外， 在 1 0 0M I q _ z6 0 0M I q _ z 介 電常數(shù) 的實(shí)部 和虛部也分別維持在 1 O

15、一1 2 、 0 — 2 之間的一個(gè)相對穩(wěn) 定值； 超過 6 0 0M I q _ z 后 ， 實(shí)部和虛部分別有小幅下 降 和上升 ， 但也基本上保持在前述數(shù)值范圍內(nèi)。對于鐵 氧體來說 ， 介電損耗對于吸收作用 的貢獻(xiàn)主要來源于 固有電偶極子極化和界面極化【， 但是作用有限。3 ． 2 吸收性能 不同厚度的 C P E復(fù)合樣 品 ( 1 1 t 3—2 ， 吸收劑粉 體的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 9 o ％) 1 0M H z 一1 ． 8G H

16、z 的反射損 耗( R ． L ． ) 如 圖 4 所示 ， 其 中厚( t ) 為 l O ． 3 4m m樣品 是將 ￡ 7 ． 6 3m m和 ￡ 2 ． 7 1m m樣品疊加得來的。作為 比較 ， ￡ 6 ． 6 1m m燒結(jié)標(biāo)樣 s s的吸收特性 也在圖 中給出。S T D為設(shè)備的校準(zhǔn) 曲線 。對于較厚的兩個(gè) C P E復(fù)合樣品 ， 5 0 0M H z1 ． 8G H z 的吸收性 能在 總體上優(yōu) 于燒結(jié)樣 S S ； t

17、為 2 ． 7 1m m復(fù)合樣在 1 ． 2G H z1 ． 4G H z 之間顯示 了超過 一2 0d B的吸收性 能。隨著 復(fù)合 樣 品厚度 的變 薄 ： t1 O ． 3 4 m m 、 t 7 ． 6 3m m 、 t 2 ． 7 1m m， 最 大吸收分別發(fā)生 在 6 7 5M H z 、 9 0 0M H z 和 1 ． 3 0G H z ， 產(chǎn)生 了吸收峰 向高頻端的漂移 ， 這與鐵氧體材料的厚度匹配特性密 切相關(guān)。與內(nèi)

18、藤喜之 8 的匹配厚度 d同匹配頻率 ．廠 m 成反 比的公式完全一致 dV o ／ ( Z 4m ~ ； )式中，為真空中的光速。從圖 4中還可以看 出， 發(fā)生較 明顯吸收( 如 一 5d B ) 的頻率 隨樣 品厚度的增加移 向低頻 端 ， 從最薄 的 ￡ 2 ． 7 1m m到 ￡ 7 ． 6 3m m， 再 到最厚的 t 1 0 ． 3 4m m樣 品， 該點(diǎn)頻率分別為 5 3 1M H z 、 4 3 2M H z 、 3

19、9 6M H z ，估計(jì)也與鐵氧體材料 的厚度 匹配特性有關(guān) 系。而 燒結(jié)樣 品 s S 僅在 2 2 5M H z 處即達(dá)到 一 5d B的吸收 效果 ， 而且在 2 2 5M H z1 ． 8G H z 如此寬的頻率范圍 均穩(wěn)定在 一5d B 一一1 Od B之間 ， 與 s S厚度較為接 近的 ￡ 7 ． 6 3m m粘結(jié) 樣 品 的吸收特 性 曲線甚 為相 似。一 3 2 一 圖 41 0} I zt o1 ． 8G I -

20、I z 吸收性能 F i g ． 4Ab s o r p t i o ne f i c i e n c y0 fs e v e r a ls a mp l e sa t1 0MH zt o1 ． 8G Hz利用鐵氧體材料的匹配厚度特性 ， 可以制備 出在有限的范圍 內(nèi)滿足不 同頻段 吸收性能 的復(fù)合 材 料。改變吸收劑的含量 ， 可能在大于 1 0G H z 的頻段 獲得吸收峰- 9 J ， 對展寬頻帶十分有利。本文嘗試將 吸收 劑 1

21、 1 t 3—2與 C P E復(fù) 合 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 降 低 至 6 5 ％， 測試了長 × 寬 × 厚 =1 8 0m m×1 8 0m m×6 ． 0 6m m試樣在 2G H z1 0G H z 范圍的吸收性能 ， 如 圖 5所示 。最小反射系數(shù)為 4 ． 6G H z 時(shí)的 一 7 ． 7 9d B ， 反 射系數(shù)小 于 一 5d B的帶寬約為 3 ． 6， 對應(yīng) 的吸 收率 大于 7

22、 0 ％， 已經(jīng)顯示出一定的實(shí)用價(jià)值 。對樣品的磁導(dǎo)率測試結(jié)果表明 ， 8 ． 2G H z 時(shí)， 樣 品的磁導(dǎo)率值很小 ， 實(shí)部 = 0 ． 7 7 、 虛部 =0 ． 0 8 ，此后 隨頻率升高， 磁導(dǎo)率實(shí)部略微增大， 而虛部進(jìn)一 步降低接近零 ， 導(dǎo)致 以磁損耗為主的鐵氧體 損耗很 小。因此圖 5 中， 超過 8G H z 時(shí) ， 反射 系數(shù) 大于 一2d B ， 吸收性能變壞。0． 2 ∞ ． 4羹_ 6． 8． 1 0 2

23、468l O頻率廠 ／ G { | z圖 52G I - I z ～ 1 0G I - I z 低填充率試樣 吸收性能 F i g ． 5Ab s o r p t i o ne f l i e i e n c y0 fl o w e rI I l a s sc o n t e n ts a mp l ea t2GI - I zt o1 0G I - I z宇航材料工藝 2 0 0 4 年 第 3 期 維普資訊 http://www.cq