环行器作为一种信号单向传输的无源器件,广泛应用于各种雷达系统中。传统环行器需外置磁钢提供偏置磁场,不利于雷达系统小型轻量化的发展。M型六角铁氧体具有高的矫顽力、高的剩磁比和高的各向异性,可为环行器工作提供自偏置场,完全摆脱外置磁钢束缚。但针对远距离探测雷达、城市气象预警等X波段应用领域,高各向异性特征的M型六角铁氧体已无法满足器件的频率需求。开展M型六角铁氧体材料制备及在X波段自偏置环行器中的应用研究显得极为迫切。首先,采用固相烧结法制备M型六角铁氧体,探究了主配方及添加剂对M型六角铁氧体性能的影响。研究结果表明:适量Cu2+取代可促进BaM铁氧体的烧结致密化,随着Cu取代量的增加,材料的Mr/Ms先减小后增大,Hc和Ha则逐渐减小;同时适量缺铁有助于增强BaM铁氧体的烧结活性,提高Mr/Ms,降低ΔH;通过EPMA分析得出在主配方和添加剂中分别引入Cu O,可在晶粒内和晶界间形成Cu2+浓度梯度,阻碍畴壁位移,提高Hc;Cu O添加剂可促进液相烧结,随着Cu O掺杂量的增加,Mr/Ms和Ha基本不变,Hc和ΔH逐渐减小;适量CaCO3添加剂可显著提高BaM铁氧体的致密性和Mr/Ms,材料的Hc和ΔH均随着CaCO3掺杂量的增加而逐渐减小。其次,基于上述优化的主配方及添加剂,探究了关键制备技术对M型六角铁氧体性能的影响。研究结果表明:适宜的预烧温度可促进晶粒致密化和均匀性生长,提高材料的Mr/Ms和Hc;相较行星式球磨机,采用滚筒式球磨机和卧式高能球磨机球磨效率更高,二磨粉料均匀性更好;材料的Hc随行星式球磨时间的增加逐渐增大,随滚筒式球磨时间的增加先增大后减小,随卧式高能球磨时间的增加逐渐减小;适宜烧结温度可提高材料的Mr/Ms,降低ΔH,但Hc随着烧结温度的增加而逐渐减小;当预烧温度为1000℃,采用滚筒式球磨,球磨时间为20 h,烧结温度为920℃时,材料的综合性能较好,分别为:Hc为841 Oe,Mr/Ms为0.84,4πMs为3.55 k Gs,Ha为13.58 k Oe,ΔH为315 Oe。最后,基于自主研制的M型六角铁氧体材料,对X波段自偏置环行器的结构进行优化设计仿真。优化后X波段自偏置环行器结构参数为:h=0.26 mm、R=1.63mm、w1=0.96 mm、l1=1.98 mm、w2=0.19 mm、l2=1.59 mm、w3=0.46 mm、l3=2.00mm、wy=0.2 mm、ly=2.16 mm。此时X波段自偏置环行器在8.95～9.15 GHz内回波损耗和隔离度均大于15 dB,插入损耗低于1.88 dB。