1引言
随着现代雷达整机对铁氧体器件高功率承受能力的要求不断提高，促使对材料的功率承受能力的研究也在不断进行。
一般情况下，铁氧体器件的高功率效应表现为两个方面，一是由器件的峰值功率导致的铁氧体制件的打火问题；二是由器件的平均功率导致的铁氧体材料的发热问题。
2试验原理
器件在高功率条件下发生打火，主要原因是当微波功率超过一定的阈值时，即h>hc时，会出现铁磁共振的非线性效应。在低于共振磁场一侧出现额外的吸收峰（次峰），导致主峰变宽变低。
非线性效应来源于自旋波的不稳定激发，这时材料的损耗急剧增加。在平行激励下，自旋波不稳定激发的最低临界场hc与自旋波线宽的关系为[ 1 ]
 (1)
式中，ω为激励频率；ωm=γMs（Ms为饱和磁化强度），γ为旋磁比。临界峰值功率
 (2)
因此，提高自旋波线宽ΔHk是提高由材料非线性效应所限定的器件峰值功率的前提条件。
 铁氧体在交变（包括微波）电磁场作用下会吸收电磁场能量产生损耗。这些损耗最终变为热能，使铁氧体温度升高，器件产生过热现象。这就要求材料本身的损耗要小，即铁磁共振线宽ΔH窄、介电损耗低，以减小发热量。材料的损耗直接影响器件的插入损耗，而材料的温升会改变材料的性能参数，直接影响器件工作的稳定性。
铁氧体在微波磁场中的损耗包括磁损耗和介电损耗。铁磁共振线宽ΔH直接反映了磁损耗的大小。在实际工作中，我们发现，不同的铁氧体材料在介电损耗相差不大（均为10-4数量级）的情况下，器件的插入损耗相差较大，表明材料的磁损耗对器件影响较大。
3试验措施
为了提高材料的功率容量，一般采用以下方法：①加入快弛豫杂质离子Dy3+、Ho3+、Tb3+、Sm3+等，目的是提高ΔHk。因
 (3)
在低掺杂情况下，近似为常数，Nre为掺杂稀土离子的浓度；②细化晶粒提高临界场hc，但是对于锁式器件（变极化器、移相器、铁氧体开关等）来说，由于细化晶粒时位移磁化过程进行困难，导致矫顽力必然上升，即器件的开关能量增加。
在稀土快弛豫离子中，Dy3+具有较高的优值系数Fhp。基于铁氧体器件的工作原理，材料的高功率优值系数Fhp被定义为[ 2 ]：
 (4)
式中M为饱和磁化强度，γ为旋磁因子，hc为高功率临界场，ω为测试角频率，μ″为张量磁导率对角线元虚部，ε′和ε″分别为介电常数的实部和虚部。
Dy3+具有4f 9的内层电子结构，自由离子基态角动量量子数L为5，离子化时失掉的是6s和5d电子。对磁性有贡献的4f电子在5s和5p电子的屏蔽下受到晶场冻结角动量的作用很弱，因而有较强的自旋—轨道（S—L）耦合势。在Dy：YGdIG通过Fe3+—Dy3+交换耦合、Dy3+自身的S—L耦合及L与晶场之间的作用，使一致进动的能量和自旋波的能量均能很快地转换成晶格振动热能而耗散掉。Dy3+的浓度越高，一致进动和自旋波的弛豫时间τ和τk就越短。自旋波线宽和有效线宽与弛豫时间的关系分别为
 (5)
 (6)
因此，ΔHk、ΔHeff及ΔH均随Dy3+含量的增加而增加。
所以对于高功率器件，应权衡其技术指标是偏向于高峰值功率还是偏向于高平均功率，进行权衡，以试验确定Dy3+的加入量。
4实验
根据器件使用的频率范围，确定试验的配方分子式为
 (7)
本次试验中Dy3+的加入量为0~0.1mol/分子式，材料制备采用普通陶瓷工艺进行。预烧温度1000℃—1200℃，烧结温度1340℃—1400℃。制件应用于铁氧体器件中，并对其相关技术指标进行了测试。
5实验结果
5.1试验测试结果
测试结果显示，器件的插入损耗随着Dy3+加入量的增大而变坏，该测试结果与前面的理论分析相一致。而对于既要求材料具有一定的功率容量，又要求材料具有高剩磁比的器件来说（如高功率铁氧体移相器、变极化器等），Dy3+的加入会对移相量产生不利影响。
5.2测试结果分析
由图1可见，随着Dy3+加入量的增大，器件的单位长度移相量呈线性下降趋势。表明铁氧体材料的剩磁比随着Dy3+加入量的增大而减小。就旋矩磁材料而言，对其剩磁比影响最大的外界因素是温度和机械应力，材料的剩磁比与磁致伸缩系数λs有关。而石榴石材料的磁致伸缩系数较大，其剩磁易受应力(λσ)的影响，使器件性能变坏。多晶材料室温下的饱和磁致伸缩系数λS0为
 (8)
由表2可见，由于多晶YIG、GdIG和DyIG材料的λ100及λ111值均为负数，故当Dy3+加入后，会减小材料的剩磁比，增大器件（移相器、变极化器、铁氧体开关等）的尺寸。
4结论
铁氧体材料中Dy3+的加入有利于器件的峰值功率的增加，对平均功率均产生不利影响。同时，对材料有剩磁比要求的器件（移相器、变极化器等）来说，该离子的加入亦不利于器件的小型化。

参考文献
[1]Wohlfarth E P 主编，刘增民等译，铁磁材料—磁有序物质特性手册（卷Ⅱ），北京：电子工业出版社，1993：177
[2]Green J J，Sandy F.IEEE Trans on MTT，1971，2(6):641