GB T 9633-1988 微波频率应用的旋磁材料性能测试方法.pdf

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1、ll)( 621318 P;621.311 . 1 19 G握3申华人民共和国国家标准微波频率应用的旋磁材料性能测试方法Measuring methods for properties of gyromagnetic aterials intended for application at microwave frequencies 1988 -也主旦发布1989 -02一01实施g离京标准局发布第一部分总则1 范围2 定义.第二部分测量方法3 饱和磁化强度M.目;欠4 磁化强度(在给定磁场强度下)Mfl . . . .(们5 旋磁共振线宽AH租寄放朗德因子geff (一般.-. .(1幻6

2、旋磁共振线宽AH10和有效朗德因子g10 (在10GHz时.(19) 7 自旋披共镰线宽AHt . .-. (22) 8 杏敢线宽AHerr . (27) 9 复介电常数!.k. ._. .( 32) 10表现密度m. (36) 牛华人民共机国国东柏、在微波频率应用的旋磁材料性能测试方法岛1easurlngmethods for properties of gyromagnetlc materlals lntended ror appllcatlon at mlcrowave rrequencles 本标准等同采用IEC556号标准(第一版，1982年第一部分总则1范围G B 9633 88

3、本标准叙述的测量方法是按照IEC392 微波铁氧体规范起草指南中规定的多晶系微波铁氧体的性能以及在铁氧体工艺中一般采用的测量方法。这些测量方法用作研究微波频率下应用的材料(一般指铁氧体正本标准不包括单晶和南膜材料。注t本标准中铁氧体和微波的概念是广义的产铁氧体不仅指具有尖晶石晶体结构的磁一介电性化学组元，而且也指具有石榴石和六角晶体结构的材料。微披的范围大约包括1m到lmm之伺的拉长，而主要关心的范围是O.3m到lOmm。搬披铁氧体材料主要用于非互易器件，如环行器、隔离器、非互易相移器。但这些材料也可用于E易器件.如调制黯以及:标准中所使用的一的术语的定义见GB9637EC 50 (901):

4、磁学基本术语和定义。第二部分测试方法3饱和磁化强度M.3. 1 引言饱和磁化强度是铁氧体材料的特征参数。广泛用于理论计算，例如张量磁导率各组元的计算(见GB 9637第.2条)。在各种微波应用中，饱和磁化强度决定器件的低频限，这主要是由于当材料未饱和时出现了所谓的低场损耗。3.2 目的给出两种类似的测量饱和磁化强度的方法:振动线圈法(VCM)和振动样品法(VSM) 0 振动钱!由法(参考文献1 J和2 的优点为:在整个温度范围内.特别是在低温下恻量时.安装样品方便.机械装置简单。均样品法更精确.可以达到电子仪器那样完善的程度申华人民共和国电子工业部198711 09批准1989 02 01实际

5、G 8 9633 -88 州刺IJft!所需要的设备非常相似，位正的方法也完全相同，同一个测试样品可用任一方法。3.3理论当各，:，同性材料的球体置于均句磁场中时，球体在平行于外加磁场的方向被均句磁化。这时硅体产生了自己的外磁场，这相当于球体中心有一个磁偶极子，其取向平行于磁化方向。若在样品球附近有一个探测线阳(实际上是一对串联反接线圈)在与外加磁场垂直的方向作小制度振动.则在线圈中感应出电压e.e.正比于样品在平衡位置x。时线圈中所产生的磁通量。.的变化率，其数值由下式给出:d. dx e. = - N (一).一一.(1 ) dx Xo dl 式中:八f一一线圈的阻数。在r方向钱阔的运动由

6、下式给出zx = x 0 + sint. (2 式巾:X一-t时刻的位移E也一角频率zd一一振动幅度(;1日已知It包和磁化强度为.1c体积为Vc的定标样品取代未知样品，则感应出一电压ec用比较W I1f:R:I:样品的磁化强度M.: M(. V - =._.;:.，.酬-. . M ( V (3) i ，也，.v.屯IE，、和k(所产生的仪器的i卖数为E，和EcUlIJ: 、.，an哩，飞. 3CE3-S Ju-JU -aF E-E c , 且W= ,7 式中:d s和d分别为未知样品和定标样品的球体直径同-公式可用于振动样品法/10 1 = ao + 1创og2 - 10log 01)7

7、7 (01m ) 510 IXll l引12低彻if削情旋磁共振线在和u放IJ但!人IUI(Jm.n;谐振器17 (j 9633 88 5.$测量锺备由13是测最所需设备的方怖图。一个适当的微披源A_作在无调制或幅度调制状态，但无频率调制.从它输出的功率经精密f变衰减器F至腔G输出功率被检披并用一适当的仪表H作指示。入射到精密衰减器上的功率在E处借助于定向稿合器和晶体检波器来监视。测量过程中用可变衰减器C保持入射功率恒定。用B监测微波频率，它可保持不变，因为微扰悻叮将脏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n

8、T忽略cB E 功率计A 微波蘸H 功率计i引13测暨旋磁共t1线宽和有数印j佳Hl子所需设备方ff图5.6测量程序使发牛器的制率Jl.IIf能接近测暨频率.用i用谐协调i皆!陀使有最大的输tlL给定一个在E处测景的输入电1气精密衰减器阿rIIp并在H测暨到一个输出电平.以i去输出电平作为参考值。将样品插入肝巾.这一操作对输出电平的影响应时忽略。加磁场并调节它以得到最大的吸收t相的dJ挝小输:Ip调节前珩衰减器使输:1:电于恢组到参考电平的.确定:H新的it敬叭。测定做披频率人，以歧JJ1111的l恬磁场强IIf.H. Ii:甜:Jt纯在门前Iff用1叫利问(JJJi il !f.到:JiiJ

9、a ) 均I f.rJJ等J.1，.:、iH呼番号输:111包V，川I(:!拭式计算衰减器的jh. h. h. hrf 800Am-)时，脉冲宽度为1微草已足够，但对H k o t.,. J。7.(试验样品和腔待测的样品应是球体且直径在lmm和2mm之间。图1&画出了传输腔的形式，习惯上采用TE104腔.其有载Q值在2000-3000之间.共振在9GHz至IOGHz之间。样品装在熔凝石英悻或其他适当的电介质悴上.将样品放在腔的横截面中心射频电场最小而射频磁场最大的点上。样品插孔开在腔的宽暗中心。7.5测量装置困19是测量所需设备的方框图。脉忡调制器大约以10-4的占空困数触发磁控管B，同时给示

10、披器L提供一个同步脉冲。隔离器C为磁控管提供了匹配阻抗，功率分配器D使功率进入测试腔F并能在至少20分贝的范围内变化。无用的功率在高功率终端E被吸收。入射到测试股上的频率和功率电平.由频率计H制毒值功率计I监测。这一监测是借助于定向藕合器来完成的，其方向性超过40dB。共振时从腔体反射回来的功率通过一个同样的搞合器由峰值功率计监测。比较功率计G和I的读数可得到功率反射系数r，计算出输入电压驻披比P.。传输信号终止于高功率终端负载J，并经过定向藕合器由晶体检披器K取样，由示披器L显示。样品插孔样品位置:离倒堕1l.43mm离顶和底5.08mm输入藕合孔6.35mm片厚。.7士O.05mm腔体:I

11、EC (放导或等同品l创i川!I. :而11，卜削1，1fI /j;挝Jtldt班的。1)刑rr、1111Ir; G 8 9633 88 臼测试腔高功率终端Bl 电磁铁、困19自旋披共振线宽测试设备的方框图1.6定标应测定腔的有载Q值。通常用测定铁氧体材料复介电常数的设备和方怯很容易完成(见第9条)儿。7 待酣样品放在n脏空中.借助于场强计N调节电磁铁M的磁场，使之近似等于由(38)式计算出的静磁场强度。这个磁场的方向应该平行于披导宽壁，垂直于披导纵轴.亦即与被导中样品所在位置的射频磁场方向相平行。调节磁控管的频率.使之与腔的典振频率一致，这可由晶体检波器K的输出最大指示出来。应该使脉冲宽度尽

12、可能大，调整重复频率，使占空因数达到10-锚控管工作在腔的共振频率时，从功率计G和I的读数可以确定功率反射系数。调节功率分配器，以使腔中按(35)式计算出的射频场小于1恼闰值，然后再增加，直到观测到脉冲的形状有某些畸变。然后在预定值Ho附近仔细调节静磁场.使临闰场强度减到最小。可用最早引起脉冲后措形状刚刚变低的入射功率电平来计算相应脉冲宽度下的临界射频功率电平。费:时.如7.3条所述.要在一些较短脉忡宽度下重复测最.以便外推得到无限脉冲宽度下的结果c7.8计算按(:U式.由c值ilf以计算出自旋披线宽AH ko 7.精确度测定fd在院体品昕Ii敬Qlfl血的精确!且w.为士3%.测定入射功率电

13、平的精确度应为:+j() 00.，恻注:舵体I-.!1肩IJU般频率的精确!宽容易达到士。.5000这使.H的自ilj比北限定在士1il 00、这II!Jr述的测i技技术.I叹息罚是if价门前吁:产的mr微披铁轼休黯n的而嗣li和尖品干i铁轼体来川反q.tIt;技术能捉，:jm if(11庄, (, IJ 9633 88 7.10勤据表示!iHk应掘出.进行测届时的场!率、温度和样品姐特的t，)、记应同时报:H仁测量估计的精确度也应给出。8有蚊钱宽!iH eff 8.1 引言当静磁场强度和在工作频率下共振所需的静磁场强度有较大差别时.用旋磁共振线宽!iH计算;张量磁导率各分量时，其结果大体上是

14、不准确的。因此不能准确地预言插入损耗值。为了捎除这一困难，定义了布放线宽!iHe们它考虑了任何对经典罗伦获(Lorentzian)钱型的偏离。在这个意义上有效线宽相当于按照参考文献1 唱斤给定的弛豫参数W。也需要知道相对频移S.便可计算右能圆极化磁导率的虚部川。8.2 目的本方怯在于测量张量磁导率分量，从而导出有效线宽。对于工作在旋磁共振区以外的多晶各向同性铁氧体，如微披功率电平很低，则这个测量方法是有效的。测试样品是一酣棒，同轴地安装在圆柱共振腔内.并受到一个铀向静磁场的作用。有效线宽对微披器件中的插入损耗是一个有用的参数。8.3理论8.3.1 定义在受到静磁场H。作用的各向同性磁介质中，微

15、波磁通密度8和微波磁场强度H之间的关系如下zB=。)H=。(l+k)H. . (39) 式中z。一一磁性常数卜一-介质的相对张量磁导率(k )一一介质的相对张量磁化率川和(k)均为H。的函数在垂直泵激励时.张量磁化率可化为二维表达式即:k)=i+: . (40 式中k+和儿分别为右旋和左旋圆极化波的磁化率.通常为复数:k+=K LFjk1. . (41 ) 介!进中由磁损艳iMI起的虚部k与有敬线宽!iH rrr有关z!i H .1:- 2 M、I响一上1 (42) ,. - ., .n k . AI.At、:，(t也利晒.化强!庄111足j主Jl:t.i段化率1.:+均j.)介质的内禀磁化水

16、111 r退磁作IH.(F盯;1阔1fn(l甘情足:11敬磁化率:k + 1.: t.剧. ( .，: ) 27 G 9633 -88 由川zj;等F阳亡).与退刷子N无关，所以有效线宽.H errJ1T改写为z. H err= 2 M 1m亡)= 2 M. k :.:t.主2 + ,I,/) 飞1/ 1 +t、:f ._ u h fi(j :.:.:- IO I! (一一一一，I-，I:t :!. I1 G B .sa . 假世元4民屁样品(.-0-U) i自ni保将4变的z的实敏部分.吗闸实际样品来代替元栅能样品时, 0的变化由以下体银根势的商来确定(.考支献2 和3 I 1 _ Iv:

17、_6 I E I地v (5-1, Q I Q J J v c I E ，:J V -式中IOJ-一带有无损棍棒品的脏的负载Q0.-一带有实际样晶的脏的负戴Q., _-一样晶体飘c一一带有样晶的肢体飘E-一带有无损挺样品时的电场幅度运用上述同样的近似方怯籍，, S 画画1- 1 (-:一-一一)Q. QJ 。.270J/hJ 6/置/ olh , 2 ( 1 -.:z.:-)气1+ 1.56 -.: J08. : -.-. ) 4 1. - _.- 1. -c 2.14 + . - 1 J x 1 1 . (55) 1+1.45.bJ/oJ -代入回到中的尺寸.(52). (5)和 * 中国电子工业出版性出版t北京万寿路27号)中间电f技术标准化耐究所印刷巾l剑电子技术标准化研究所发行版权专有不得翻印* 川尔:州Ix 12川1 Il flHK:叫F敬:7叫j- lI 1 I!Iil11 :! I J) .版l刊刊11.1:! I J m . iJfI ，IJ nJ tJ.: 1、1.州IIVt.L 价L,I/L . ISBN I叶，.:ilX 11)( I I B. I