通过四价重过渡金属离子替代在Co2Z六角铁氧体中实现用于小型化射频器件的宽带自由空间阻抗

通过陶瓷工艺制备了标称组成为$\mathrm{Ba_3Co_{2+x}Fe_{24-2x}M_xO_{41}}$（其中M = $\mathrm{Ir^{4+}, Hf^{4+}, Mo^{4+}}$，x=0和0.05）的Z型六角铁氧体多晶样品，以追求低磁损耗和介电损耗以及等效的介电常数和磁导率。进行了精细工艺控制以确保最佳磁性能。采用有机分散剂（即异丁烯和马来酸酐）以实现最大密度。由X射线衍射表征的晶体结构表明，掺杂$\mathrm{Ir^{4+}, Hf^{4+}, Mo^{4+}}$不会对Z型六角铁氧体的晶体结构和相纯度产生不利影响。测量的微波和磁性能显示谐振频率随特定掺杂剂而偏移，从而允许对工作频率和带宽进行调谐。介电常数和磁导率非常接近相等的频率带宽（即对于$\mathrm{Mo^{4+}}$（x），其中x=0.05掺杂，约400 MHz）显示为出现在0.2至1.0 GHz之间，取决于掺杂剂类型。这些结果在650 MHz处产生低损耗，尺寸减小一个数量级，同时保持自由空间的特征阻抗（即377 $\mathrm{\Omega}$）。这些结果使得磁介电材料用于通信器件（如天线和雷达罩）的小型化和优化带通性能成为可能，这些器件可使用经济高效且体积化的工艺方法设计以在所需频率范围内工作。