基于铁磁薄膜的磁调带阻滤波器设计

论文摘要

随着国际通讯、安全、军事竞争的日益激烈,各种电子设施要求可以在极端的气候情况下工作。工作在微波频段的接收或者发射机以其可轻易穿越大雾、云层及烟雾等特性,显示出了可见光及红外频段的器件无法比拟的优越性,从而被各国研究学者重视。目前,宽带微波通讯系统中除滤波器外的后端系统都可以集成在单个芯片中,滤波器组的体积已经远大于后端的整个系统。随着微波通讯频段的广泛应用,微波频段的电磁环境变的越来越复杂。为了提高微波频段的通讯质量,就需要针对通讯频段某些信号进行衰减,带阻滤波器就被广泛应用在该场合。采用传统YIG小球技术制成的带阻滤波器,其体积庞大、不易集成。本论文旨在研究一种能与单片集成电路技术兼容的薄膜器件(磁调带阻滤波器),磁调带阻滤波器是指滤波器的阻带中心频点可以随着外部的直流磁场变化而随之调谐。磁调带阻滤波器基于铁磁共振原理,采用具有高饱和磁化强度的FeCoB薄膜,外加一个很小的直流磁场就可以工作微波频段,克服了传统技术带阻滤波器需要很大外加直流磁场的缺点。针对磁调带阻滤波器的设计本论文将从三个方面开展工作。第一,进行磁调带阻滤波器电路及结构设计分析。对滤波器特性进行研究,设计电路图形与掩膜板。第二,激励器及测试平台的研究与设计。激励器作为磁调带阻滤波器的组成部分,为滤波器工作提供可调节的直流磁场。。通过以上工作,本论文设计实现了一个工作在微波毫米波频段、中心阻带可调谐的带阻滤波器和测试该滤波器的激励器及测试平台,掌握了磁性薄膜器件设计的基本方法,为后续薄膜器件设计与研究打下一个良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要内容
• 第二章 磁调带阻滤波器理论分析
• 2.1 概述
• 2.2 磁调带阻滤波器传输特性理论分析
• 2.2.1 磁调带阻滤波器工作机理分析
• 2.2.2 滤波器多层薄膜传输特性理论分析
• 2.3 磁调带阻滤波器结构设计研究
• 2.3.1 磁性薄膜各向异性对滤波器设计的影响
• 2.3.2 滤波器微带线传输结构分析
• 2.3.2.1 耦合微带传输线特性阻抗研究
• 2.3.2.2 微带传输线阻抗匹配研究
• 第三章 磁调带阻滤波器激励器研究
• 3.1 概述
• 3.2 磁调带阻滤波器激励源特性分析
• 3.2.1 激励源动态调谐特性
• 3.2.2 激励源调谐速度
• 3.2.3 激励源调谐的直线性
• 3.2.4 线包电流与扫瞄电压的关系
• 3.2.5 激励器温度补偿机制
• 3.3 磁路设计分析
• 3.3.1 磁铁结构设计要求
• 3.3.2 磁铁设计研究
• 第四章 磁调带阻滤波器研制
• 4.1 磁调滤波器结构参数及掩膜板制设计
• 4.1.1 滤波器参数计算
• 4.1.2 掩膜板设计及制作
• 4.1.2.1 掩膜板制作工艺
• 4.1.2.2 掩膜板图形设计设计及加工
• 4.2 滤波器制备及分析
• 4.2.1 多层薄膜的制备工艺参数
• 4.2.2 滤波器成品制备
• 4.2.3 滤波器薄膜层成分一致性分析
• 4.3 激励器设计
• 4.3.1 设计方案概况
• 4.3.2 激励器方案论证与比较
• 4.3.3 激励器硬件电路研究与实现
• 4.3.3.1 高精度驱动采样电路实现
• 4.3.3.2 温度补偿硬件电路实现
• 4.3.3.3 单片机控制电路实现
• 4.3.3.4 激励器硬件系统实现
• 4.3.3.5 结构设计及装配图
• 4.3.4 激励器软件实现
• 4.3.5 电磁铁及支撑平台设计及制作
• 4.3.5.1 电磁铁设计
• 4.3.5.2 电磁铁绕制工艺
• 4.3.5.3 线包绕制参数及电性能测试
• 4.3.5.4 电磁铁装配设计
• 4.3.6 激励器及测试平台制作及测试
• 4.4 磁调带阻滤波器测试结果及分析
• 4.4.1 磁调带阻滤波器常温测试结果及分析
• 4.4.2 磁调带阻滤波器高低温动态测试结果及分析
• 4.4.3 薄膜厚度对滤波器性能的影响测试
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果
• 附录一 电流源主控程序