[发明专利]各向异性Z型六角铁氧体及使用该铁氧体的天线

说明书

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。