一种高调谐率线性可调电感及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高调谐率线性可调电感及其制备方法，目的在于，克服现有可调谐电感体积庞大及能耗高不足的问题，具有体积小、效率高的优点，能够通过电压调控电感值，所采用的技术方案为：包括多铁复合材料磁芯，以及绕制或者刻蚀在多铁复合材料磁芯上的工作线圈，多铁复合材料磁芯包括相互复合而成的压电材料和磁性材料，磁性材料包括若干层磁性膜片，所述磁性膜片分别粘合或者生长在压电材料的上下表面，所述压电材料包括若干层压电基片，压电材料的上下表面均连接有用于施加直流偏压的导线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可调电感，具体涉及一种高调谐率线性可调电感及其制备方法。
技术介绍
实现可调电感的方式有多种，包括机械调整式、电流调整式和静电调整式。机械调整式利用手动方法调节线圈磁路铁芯，控制线圈磁阻，调节电感。电流调整式利用铁芯饱和原理，控制铁芯饱和程度，控制线圈磁阻，达到调节电感的目的。专利103413647A电压调控的可调电感，通过电压改变磁性材料磁导率，然后通过铁芯传导至线圈。上述调节电感方式存在的不足有：1机械调整式需要人工调节，无法实现自动调节。2电流调整式中控制回路需要维持一定电流，损耗大，效率低。3静电式调节方法实质是利用执行器取代人工调节，专利103413647A通过铁芯传导磁导率，使得电感的体积急剧增大。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种高调谐率线性可调电感及其制备方法，能够克服现有可调谐电感体积庞大及能耗高不足的问题，具有体积小、效率高的优点，能够通过电压调控电感值。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种高调谐率线性可调电感，包括多铁复合材料磁芯，以及绕制或者刻蚀在多铁复合材料磁芯上的工作线圈，多铁复合材料磁芯包括相互复合而成的压电材料和磁性材料，磁性材料包括若干层磁性膜片，所述磁性膜片分别粘合或者生长在压电材料的上下表面，所述压电材料包括若干层压电基片，压电材料的上下表面均连接有用于施加直流偏压的导线。所述工作线圈采用利兹线绕制在多铁复合材料磁芯上。所述工作线圈为漆包线。所述磁性膜片采用磁致伸缩膜片。所述磁性膜片分别粘合或者生长在压电材料的上下表面形成三明治结构。所述压电材料采用PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3压电单晶，磁性材料采用非晶磁性材料。所述磁性材料采用FeGaB。一种高调谐率线性可调电感的制备方法，包括以下步骤：首先在硅片上通过热氧化的方法形成二氧化硅绝缘层，通过溅射、刻蚀、电镀工艺制得底面和顶面工作线圈；然后通过物理气相沉积PVD技术制备磁性材料，并将底面和顶面工作线圈相连；最后通过反应离子刻蚀除去硅基底，将得到的磁性材料及工作线圈粘接在压电材料上，即得到高调谐率线性可调电感。一种高调谐率线性可调电感的制备方法，包括以下步骤：首先取压电基片，并在压电基片上下面镀上电极，然后将磁性膜片粘接在压电基片上下面上，并将压电基片的电极连接导线，制的多铁复合材料磁芯，最后将工作线圈绕制在多铁复合材料磁芯上，即得到高调谐率线性可调电感。所述磁性膜片在真空环境下，通过加热和加磁场进行磁退火。与现有技术相比，本专利技术的高调谐率线性可调电感直接将工作线圈绕在多铁复合材料磁芯上，而不是通过外加铁芯来为电感传导磁场，能够大大降低涡流损耗和磁滞损耗，本专利技术所用的磁芯材料为多铁复合材料，多铁复合材料是由磁性材料和压电材料复合而成，所有磁性材料和压电材料均能够用来构建多铁复合材料，本专利技术没有铁芯，所以与现有可调电感相比，具有结构简单、体积小、易集成等优点，将磁性材料做相应减薄处理，以减小涡流损耗，提升电感的品质因数。本专利技术通过改变施加于压电材料上的直流偏压，压电材料产生机械形变，该形变应力传递到磁性材料上。根据逆磁致伸缩效应，在形变应力的作用下，磁致伸缩块的磁易轴发生旋转，有效磁导率改变，从而改变缠绕在多铁磁芯上线圈的磁路磁阻，达到调节电感的目的。进一步，工作线圈采用利兹线，能够提高电感的品质因数。本专利技术的制备方法制备的高调谐率线性可调电感，能够实现电感的自动调节，电感的自动调节为连续可调，利用电压控制电感，克服了利用电流控制电感导致的控制电路损耗大的不足，器件效率高，器件结构简单，易集成化，选取导电率小的磁致伸缩材料，或者对磁致伸缩材料进行减薄处理，能够提升电感的品质因素。进一步，将磁性膜片在真空环境下，加热加磁场，可以对磁性膜片磁退火，重新选择膜片磁易轴的取向，这将大大提升可调电感的调谐率。附图说明图1a为本专利技术电感的主视图，图1b为本专利技术电感的侧视图，图1c为本专利技术电感的俯视图；图2a为本专利技术电感采用以多层陶瓷电容器结构为模板作为多铁复合材料磁芯的结构，图2b为多层陶瓷电容器的结构图；图3为本专利技术集成化的可调电感的截面图；图4为本专利技术电感的电压调控测试结果图；图5为本专利技术集成化的可调电感的电压调控测试结果图；其中，1-压电基片、2-磁性膜片、3-工作线圈、2-1-钛酸钡陶瓷、2-2-镍层、4-二氧化硅绝缘层。具体实施方式下面结合具体的实施例和说明书附图对本专利技术作进一步的解释说明。参见图1a、图1b和图1c，本专利技术的电感包括多铁复合材料磁芯，以及绕制或者刻蚀在多铁复合材料磁芯上的工作线圈，多铁复合材料磁芯包括相互复合而成的压电材料和磁性材料，磁性材料包括若干层磁性膜片，磁性膜片分别粘合或者生长在压电材料的上下表面，压电材料
包括若干层压电基片，压电材料的上下表面均连接有用于施加直流偏压的导线。工作线圈直接绕制或蚀刻在多铁复合材料磁芯上，工作线圈与工作电源连接；多铁复合材料磁芯是由压电材料和磁性材料复合而成，一般是将两种用粘合剂粘合，或一种材料生长在另一种材料上。本专利技术通过改变施加于压电材料上的直流偏压，压电材料产生机械形变，该形变应力传递到磁性材料上。根据逆磁致伸缩效应，在形变应力的作用下，磁性膜片的磁易轴发生旋转，有效磁导率改变，从而改变缠绕在多铁磁芯上线圈的磁路磁阻，达到调节电感的目的。本专利技术是基于多铁复合材料的磁电耦合效应，其物理原理可用如下公式表示： H e f f = H a + H M E = H a + 3 λYd e f f - E M s ]]> μ e f f = 4 πM s H e f f + 1 ]]> L = μ 0 2 μ e f f t + d - 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，包括多铁复合材料磁芯，以及绕制或者刻蚀在多铁复合材料磁芯上的工作线圈(3)，多铁复合材料磁芯包括相互复合而成的压电材料和磁性材料，磁性材料包括若干层磁性膜片(2)，所述磁性膜片(2)分别粘合或者生长在压电材料的上下表面，所述压电材料包括若干层压电基片(1)，压电材料的上下表面均连接有用于施加直流偏压的导线。

【技术特征摘要】
1.一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，包括多铁复合材料磁芯，以及绕制或者刻蚀在多铁复合材料磁芯上的工作线圈(3)，多铁复合材料磁芯包括相互复合而成的压电材料和磁性材料，磁性材料包括若干层磁性膜片(2)，所述磁性膜片(2)分别粘合或者生长在压电材料的上下表面，所述压电材料包括若干层压电基片(1)，压电材料的上下表面均连接有用于施加直流偏压的导线。2.根据权利要求1所述的一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，所述工作线圈(3)采用利兹线绕制在多铁复合材料磁芯上。3.根据权利要求2所述的一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，所述工作线圈(3)为漆包线。4.根据权利要求1所述的一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，所述磁性膜片(2)采用磁致伸缩膜片。5.根据权利要求1所述的一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，所述压电材料采用钛酸钡陶瓷(2-1)，磁性材料采用镍层(2-2)。6.根据权利要求1所述的一种高调谐率线性可调电感，其特征在于，所述磁性膜片(2)分别粘合或者生长在压电材料的上下表面形成三明治结构。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，张晨曦，彭斌，张易军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61