GB T 9633-2012 微波频率应用的旋磁材料性能测量方法.pdf
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1、ICS 29. 100. 10 L 19 中华人民共道雪和国国家标准GB/T 9633-20 12/IEC 60556: 2006 代替GBjT9633-1988 微波频率应用的旋磁材料性能测量方法Measuring methods for properties of gyromagnetic materials intended for application at microwave frequencies (lEC 60556: 2006 , IDT) 2012-12-31发布d慰。臼.3:倍, 中z1. 3 278 72.14 34.04 2 6 15 10 118.4 22.86 1
2、0.16 1 a 5 -30 36.9 8.636 4.318 0.5 1. 5 2.5 固11测量旋暗共振线宽和有效朗德因子用的腔体(见参考文献21J)作为一个例子,图11画出了传输型谐振腔,并给出了三种频率相应的三种尺寸,其有载品质因数(Q)均大于2000。球形样品放在微波磁场最大和电场最小处,图11中也标出了样品协正确位置。样品放在样品架上(熔凝石英棒插入样品的孔位于腔的窄壁上,其直径应不大于2mm(对于X波段的腔),再附加一根微动词谱棒置于适当的位置,以便通过与腔内电场的相互作用达到调谐。借助于衰减器或隔离器使输入和输出电路与腔相匹配。这样设计的腔型对球形样品其工作频段范围可达3GHz
3、-30 GHz,若测量频率超过下式给出的数值sf=学主MSHH-. . . . . . ( 30 ) L 1: 那么观测到的D.H值将包括由多晶铁氧体的缺陷而激励的自旋波模式的贡献见参考文献20J)。然而在0.3GHz-3 GHz之间测量,圆片样品更合适,这时图12所推荐的谐振腔是两端开路的可谓带状线腔,从图12可明显看出,在波长接近2L、(2/3)L时,腔是奇次模共振,这里L是带状线内导体长度130样品粘在样品架上,样品架是金属插塞式的,通过外导体旋进,以使样品位于靠近内导体的中心。为保持整个样品内的微波场均匀,样品的直径应小于内导体宽度的三分之一,其有载品质因数(Qo)大于或等于400,调
4、谐棒是为了给腔一个附加的扰动,使腔达到调谐,以使可在预定的频率下进行测量。由圆片样品所测得的线宽不被自旋波损耗所加宽。样品制备过程中引入了应力,这将影响D.H的测量值,短时间退火可减小这种影响.1) 还是以使用电介质样品架为好z为了某一给定的灵敏度采用较大的样品是必要的,但是在外导体内的样品的位置则不是决定性的.16 GB/T 9633-2012/IEC 60556: 2006 样品架注z垫片是一块聚四氟乙烯板,典型尺寸为7mmX2 mmX25 mm,位置可微词.尺寸频率mm MHz d D h Ll L2 L3 Wl W2 300 2.0 39 7 470 510 21 60 20 1000
5、 2.0 28 7 140 180 10 60 20 固12低频下测量旋磁共振线宽和有效朗德国子的带钱谐振器6.5 测量装置图13是测量所需装置的方框图。一个适当的微波源A工作在元调制或幅度调制状态,但元频率调制,从它输出的功率经精密可变衰减器F至腔G,输出功率被检波并用一适当的仪表H作指示。人射到精密衰减器上的功率在E处借助于定向藕合器和晶体检波器来监视。测量过程中用可变衰减器C保持人射功率恒定。用B监测微波频率,它可保持不变,因为微扰棒可将腔调谐到同发生器频率一致,将足够稳定而且与微波磁场垂直的可调磁场加在样品上,外加磁场在样品范围内的不均匀性同被测样品线宽相比应可忽略。17 GB/T 9
6、633-20 12/IEC 60556:2006 B E A C F 衰减器或隔离器可变衰减糠精密可变衰减器H 功率计圄13副量旋暗共振线宽和有效朗德国子所需装置方框圄6.6 测量程序使发生器的频率尽可能接近测量频率,用调谐棒调谐使有最大的输出,给定一个在E处测量的输入电平,精密衰减器置于ao并在H测量到一个输出电平,以该输出电平作为参考值。将样品插入腔中,这一操作对输出电平的影响应可缸略。加磁场并调节它以得到最大的吸收(相应有最小输出),调节精密衰减器使输出电平恢复到参考电平值,确定出新的读数aro测定微波频率10以及所加的静磁场强度Ho。旋磁共振线宽目前可用以下方法得到:为了在半功率点在得
7、参考输出电平,用式(28)计算衰减器的读数句。将精密衰减器置于该读数上,改变磁场得到参考输出电平,用调谐棒重新调节腔达最大输出。按要求反复调整磁场和调谐棒,记下最后的场强值H1。在另一个半功率点重复这一过程得到H20为了检验球形样品的球形度和各向同性,样品可以在腔中转动。对于球形度好的各向同性材料,Ho值和.H值应与样品的取向无关。允许变动的范围对H。为1%,对.H为5%,对于薄圆片样品,电磁镜象作用对测量数值的影响应在最后测量之前消除。这一点可以由相继测量厚度逐步变化(通过仔细研磨的同一样品而有效的实现2飞所得到的Ho和.H应与厚度无关。在这种情况下,允许Ho的变化范围为3%,.H为5%。6
8、. 7 计算有效朗德因子可从所测频率和共振场强度值按式(26)(球或式(27)(圆片计算出来。旋磁共振线宽按式(31)计算z.H=IH1-H21 ( 31 ) 2) 在多数实际情况下,对于具有某一特殊比值年=d/D)的给定材料,这一条件是可达到的,该条件可由描述过程的结果来确定,确定phc h,fhc h800A. m-1时,脉冲宽度为1已足够,但对.Hk0.1的材料,这一方法不适用。圆柱形谐振腔内装有同轴放置的圆柱形样品。样品的磁导率j近似等于1,同时介电常数的实数部分E用下式确定。Jl . 11 (b) = 11 ()No (a) -10 (a )N1 (b 飞L= ,、r、,1(51 )
9、 叫于.flb)11伊)No(;a)-10(子)No(子b10和11是零阶和第一阶贝塞耳(Bessel)函数,No和N1是零阶和第一阶诺埃曼(Neumann)函数,c为自由空间光速,a是腔的半径,b是样品的半径(图24)以及=2f的腔的共振角频率。引进空腔的谐振频率10和带有样品的腔的谐振频率元,用l/lo= (/0 -11) /10和b/a的升事将式(51)按级数展开,对于这些量中的较小值来讲,可以得到以下的近似关系(参考文献20J):, = (1一o.722纭,) a-I .( 52 ) 32 GB/T 9633- -2012/IEC 60556: 2006 式中f 1, I 0. 692
10、a2/b2 O. 78平ll+.vn_:1 f飞1-2f/ fo J EF=1+J飞HH. . ( 53 ) f.1 a/b 1十1.56 : ln2/14 假设元损耗样品(e=0)仍具有保持不变的E的实数部分,当用实际样品来代替元损耗样品时,Q的变化由以下体积分的商来确定(参考文献21J和参考文献22J):式中z1 1 fvJ|E|ZW Q也jvf|E|2dvQ2一带有元损耗样品的腔的负载Q;Ql一一带有实际样品的腔的负载Q;V.一一样品体积zVc一一带有样品的腔体积2E一一带有元损耗样品时的电场幅度。运用上述同样的近似方法得z.( 54 ) e = (1 -J = r平0町扩v-+e -l
11、l +e r 1 +1. 4;eb2 /a21 11俨/1,a/b 2 , 1 1 , , 2 2 1( 55 ) Ql Q2 J 1 (1 - U/ 1 (1十1.56 v: ln一,V,1 1 ,. LI + 1.钻出/a2JL fol飞fo2.141J L- .J 代人图25中的尺寸,式(52)、式(53)和式(55)变为z和e =e (1- 4. 0 10-元)fl(701 96.7 UJ (0. 78 + . ;: I 1 fo飞1-2 f/ fo 1 e =1+、一1 + 2. 86 f/ fo J叫吨=寸(主一主刮叫)卜叫叶=才(1 一更扫钉钊f川汗2f:?:二L:丰L2川川呼8
12、创呼叩6哨男按照文献毗舶臼2叫中Q2=也叫咛1旧+0呼l也为空腔的负载Qo本条的参考文献见口3J16Jo10.4 试验样品和腔. ( 52 ) . ( 53 ) 样品应是直径为1.60 mm士0.01mm和长度为22mm士0.5mm的圆柱A。把样品放到一个传输型TMo10圆柱形腔中,腔的尺寸如图25所示。样品的终端通过腔壁上的小孔,孔的直径为1.61 m士0.01 mm,适当地运用衰减器或隔离器使腔的输人和输出电路与腔匹配。腔的负载Q应超过2000。测试样品应很清洁和干燥,还应有一个足够强的轴向磁场,否则由于磁损耗的存在将得到的错误值参考文献20J)。33 GB/T 9633一2012/IEC
13、 60556: 2006 注z空腔共振频率为10.7GHz(参考文献20J 4.5 22 35 固25带有样晶的谐振腔的尺寸10.5 测量装置单位为毫米图26为测量装置的方框图。从一个适当的元调制或有幅度调制的微波源A来的功率通过可变衰减器D,借助于定向藕合器E,晶体检波器和功率计F,使功率在整个测量期间保持在一个稳定的电平上,这个稳定功率通过精密可变衰减器G到达腔H,腔的输出功率经过检波后在一个合适的功率计I上指示出来。C 图26副量复介电常数所需装置的方框圄10.6 测量程序用精密衰减器引人一个3dB的衰减,在腔中没有样品时,调整微波频率使腔谐振,这时腔输出功率最大。记下谐振时的输出功率电
14、平,并用一个波长计或其他相当的装置在B处测量谐振频率100除去GB/T 9633-2012/IEC 60556: 2006 衰减器上的3dB的衰减,定出两个频率点,在这两个频率上,腔的输出功率与存在3dB衰减腔谐振时的输出功事一样。通过利用频率稳定源C外差技术在B处确定这两个半功率点频率的问隔。腔的有载Q值由下式给出=Qo fo 一tll1/2 ( 56 ) 式中ztll1/2一一半功率点的频率间隔。把样品放人腔中并用同样的方法测量11和Q10测量时,样品应位于轴向磁场中。该磁场强度应足够高(正常为400kA. m-1以上),以使测量结果与磁场进一步增加元关。测量最好在室温下完成。10.7 计
15、算用式(53)和式(55)计算和EF的值,以及介质损耗因子用tan,=/el给出。10.8 准确度用式(53)近似计算E的误差实际上可以忽略(参考文献20J用式(55)计算所给出的数字很高。若盯/100.17,即若1216,则该误差低于3%(参考文献20J)。搞合孔的影响是使E的测量值增加。当e16时,其误差低于1.5X10-o由于磁损耗的影响所产生的误差兑10.4和参考文献20J。样品直径2b(图24)的误差将导致在(/-1)和E产生相对误差,后者比前者大一倍,且符号相反自即:b=1.60 mm士0.01mm时,误差为士1.3%。由于腔壁上小孔样品仲出端通过的小孔)崎影响,的测量值也很小。由
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- GB 9633 2012 微波 频率 应用 材料 性能 测量方法
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