GB/T 9633-2012 微波频率应用的旋磁材料性能测量方法

ICS29.100.10

L19

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT96332012IEC605562006

代替/—

GBT96331988

微波频率应用的旋磁材料性能测量方法

Measurinmethodsforroertiesofromaneticmaterialsintendedfor

gppgyg

alicationatmicrowavefreuencies

pp国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页q

(:,)

IEC605562006IDT

2012-12-31发布2013-06-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT96332012IEC605562006

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4饱和磁化强度Ms………………………1

()

5磁化强度在给定场强下MH…………9

()

6旋磁共振线宽ΔH及有效朗德因子geff一般情况…………………14

()

7旋磁共振线宽ΔH10和有效朗德因子10在10GHz………………19

g

8自旋波共振线宽ΔHk…………………21

9有效线宽ΔHeff…………………………26

10复介电常数ε…………………………31

r

11表观密度a…………………………35

ρpp

参考文献……………………39

国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

图振动线圈法———样品和线圈的装置…………………

13

图磁场图像………………

23

图测量装置()……………………

3VCM4

图振动样品法———样品和线圈装置……………………

45

图测量装置()……………………

5VSM6

图磁性材料的磁滞回线………………

610

图带补偿单元的试验样品……………

711

图试验样品……………

811

()

图测量磁化强度在给定场强下的测量线路…………………

9MH12

图密勒()积分器………………

10Miller13

([])

图11测量旋磁共振线宽和有效朗德因子用的腔体见参考文献21………………16

图12低频下测量旋磁共振线宽和有效朗德因子的带线谐振器………17

图13测量旋磁共振线宽和有效朗德因子所需装置方框图……………18

图1410GHz下测量旋磁共振线宽和有效朗德因子所需装置方框图………………20

图15副共振和正常共振的饱和…………22

图16副共振开始时脉冲畸变……………22

图17测得的临阈射频场强与脉冲持续时间的关系……………………23

图189.3GHz下测量自旋波共振线宽的典型TE104腔……………24

图19自旋波共振线宽测量装置的方框图………………25

Ⅰ

/—/:

GBT96332012IEC605562006

图20带有样品的腔的截面图……………27

图219.1GHz下谐振腔的设计尺寸……………………27

图22测量有效线宽ΔHeff的装置方框图………………29

图23Q0的确定…………………………31

()

图24用于理论计算的带有样品的理想谐振腔截面图………………32

图25带有样品的谐振腔的尺寸…………34

图26测量复介电常数所需装置的方框图………………34

国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

Ⅱ

/—/:

GBT96332012IEC605562006

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本标准代替/—《微波频率应用的旋磁材料性能测试方法》。

GBT96331988

/—,:

本标准与GBT96331988相比主要变化如下

———,,、。

对原标准余处进行了编辑性修改并统一了术语如精度精确度统一为准确度

10

———、,、。

方框图示意图统一为方框图仪器和装置装置统一为装置

———

磁性常数改为磁常数。

00

μμ

———“”“”;“”“·”。

磁芯统一为磁心用乘号×代替圆点

———章条号与原标准做了较大调整。

———“……/”“……

将原标准第部分中倒数第二段放大器灵敏度应超过改为放大器灵

24.52mV

/”;“”“”;

敏度应超过2mmmV原标准图219.1MHz改为9.1GHz原标准9.6测量程序最后

“”“”。

一段测量应在25℃和相对湿度约为65%的环境中完成改为测量应在室温下完成

———公式中的“”一律改为“”。

lol

gg

———删除了旋磁共振线()测量程序中方法)(见年版的第章

宽一般情况及GHza19885~

第章)。

6

———()()。

删除了原标准公式33b见1988年版的6.3

本标准等同采用:《微波频率应用的旋磁材料性能测量方法》。

IEC605562006

国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

本标准作了下列编辑性修改:

———“”“”。

本国际标准改为本标准

———,

引用文件中有部分标准用采用国际标准的国家标准或行业标准代替并增加了图中出现的

18

:。

IEC60153-21974

———删除了IEC标准中的前言。

———定义改为术语和定义。

———,。

将IEC标准中各章的参考文献统一编写并在最后增加了国内参考文献

与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:

———/—电工术语磁性材料与元件[():]

GBT96372001evIEC600502211990

q

———/—:(:

空心金属波导第部分普通矩形波导有关规范

GBT11450.219892evIEC60153-2

q

1974)

Ⅲ

/—/:

GBT96332012IEC605562006

微波频率应用的旋磁材料性能测量方法

1范围

/—《》

本标准规定了测量方法是按照SJT110771996微波铁氧体规范起草导则中规定的多晶系微

波铁氧体的性能以及在铁氧体工艺中通常采用的测量方法。

本标准适用于测量方法用作研究微波频率下应用的铁氧体材料。

,。

本标准不排斥通常使用的其他测量方法但有争议时应以本标准的测量方法进行仲裁

本标准不包括单晶和薄膜材料。

:“”“”:“”—,

注1本标准中铁氧体和微波的概念是广义的铁氧体不仅指具有尖晶石晶体结构的磁介电性化学组元

而且也指具有石榴石和六角晶体结构的材料。

“”,。

微波的范围大约包括1m~1mm之间的波长而主要关心的范围是0.3m~10mm

:,、、。,

注2微波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互易器件如

()。、,。

调制器以及互易相移器其他一些应用包括旋磁滤波器限幅器和更复杂的器件如参量放大器

2规范性引用文件

下列文件对。,。

于本文件的是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文件

,(国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页)。

凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/—磁性零件有效参数的计算(:,)

GBT208742007IEC602052001IDT

/—微波铁氧体规范起草导则(:)

SJT110771996idtIEC603921972

():电工术语磁性材料与元件(

IEC600502211990Internationalelectrotechnicalvocabular

y

():)

IEVchater221maneticmaterialsandcomonents

pgp

::(—

空心金属波导第部分普通矩形波导有关规范

IEC60153-219742Hollowmetallicwaveuides

g

:)

Part2Relevantsecificationsforordinarrectanularwaveuides

pygg

3术语和定义

():界定的术语和定义适用于本文件。

IEC600502211990

4饱和磁化强度Ms

4.1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分量的计算见

():)。,,

中在各种微波应用器件中饱和磁化强度决定器件的低频限这主

IEC600502211990221-03-02

要是由于当材料未饱和时出现了所谓的低场损耗。

4.2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

([][]):,,

振动线圈法参考文献和的优点为在整个测量温度范围内特别是在低温下测量时安

2021

1

/—/:

GBT96332012IEC605562006

,。

装样品容易机械装置简单

,([]

做成完善的电子装置可以达到电子仪器那样完善的程度振动样品法更精确参考文献24和

[])。

25

,,。

两种方法所需要的装置非常相似校正的方法也完全相同同一个测试样品可用任一方法

4.3原理

,。

当各向同性材料的球体置于均匀磁场中时球体在平行于外加磁场的方向被均匀磁化这时球体

,,。

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圈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幅度

,,,

振动则在线圈中感应出电压正比于样品在平衡位置时线圈中所产生的磁通量的变化率

eex

ss0s

ϕ

():

其数值由式给出

1

ædödx

s

ϕ

ç÷…………()

e=-N1

sèdødt

x

x

0

式中:

N———线圈的匝数。

():

在方向线圈的运动由式给出

x2

…………()

x=x+δsinωt2

0

式中:

x———t时刻的位移;

ω———角频率;

δ———振动幅度。

,国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页,,

若用已知饱和磁化强度为体积为的定标样品取代未知样品则感应出一电压用比较法

MVe

ccc

可求出样品的磁化强度Ms:

MeV

ssc…………()

=×3

MeV

ccs

若感应电压和所产生的仪器的读数为和则:

eeEE

scsc

3

Ed

sc…………()

M=M××4

scE3

cd

s

式中,和分别为未知样品和定标样品的球体直径。

dd

sc

(),。

同一公式可用于振动样品法VSM此时样品振动而线圈保持静止

4.4测量样品

,,,:

为使磁偶极子的假定成立测量样品应为球体球形偏离度不大于0.5%球形偏离度的定义为

最大直径最小直径

æ-ö

ç÷…………()

×100%5

è最小直径ø

,。,

对于大部分铁氧体材料来说直径2.5mm左右是合适的若直径小于1mm特别是在低Ms的

。,

情况下则难于得到适用的信噪比直径大于4mm的球不易制作同时也不容易使整个球体处于均匀

的外磁场中。

,,

允许采用非球形样品只要在所需精确度内感应电压被证明是磁化强度的线性函数且定标样品的

尺寸应与被测样品相同。

振动线圈法()的测量装置

4.5VCM

4.5.1探测线圈与样品的装置

,。

探测线圈与样品的装置示意图见图图示出了外加磁场和样品偶极子场的方向

12

2

/—/:

GBT96332012IEC605562006

,

样品刚性地固定在电磁铁的磁极中间它与探测线圈的相对位置在任何方向上必须在±0.1mm

。。

范围内可重复样品支架的全部元件应用非磁性材料制成

图振动线圈法———样品和线圈的装置

1

国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

图磁场图像

2

,,

探测线圈是一对完全相同的串联反接线圈由非磁性的刚性臂与振动器连接线圈应尽可能靠近样

,,。

品其轴向通常平行于振动方向但也可采用其他形式

()(),,

振动方向方向与电磁铁的轴成图即垂直于静磁场方向振幅应在

xz90°10.05mm~

。,,。

0.5mm范围频率不很严格通常采用20Hz~200Hz但允许超出这一范围应用适当的装置限制

,。

线圈在方向和方向的运动使其不超过在方向运动的若有必要也可采用反馈环稳定振动

zyx1%

幅度的某些方法。

4.5.2电磁铁

-1

。,·

静磁场应能使被测材料的球形样品完全饱和对于大部分微波铁氧体而言300kAm的磁场

-1

,、·。

已足够但对于六角型钡基铁氧体则需要高达500kAm的磁场电磁铁的电流源应保证磁场稳

定到0.5%。

,()的。

在探测线圈的平衡中间位置上横向场不应超过纵向场Hz1%

,()场中进行。

因磁场的均匀性与场强有关所以测量总应在已做过校正和置零见4.8的外加磁

3

/—/:

GBT96332012IEC605562006

4.5.3外磁场影响的消除

,,

如果外场完全均匀而无径向分量而振动方向又精确地与外场垂直则4.3的理论可以直接应用

图所示的实验装置。

1

,,。,

然而如图所示外场是不均匀的其方向与大小均随各点而异此外要使一对探测线圈做得完

2

。。。

全相同也不现实振动的方向也会偏离轴那么在方向和方向免不了有多余的运动

xyz

。,

因此外场的不均匀性会在线圈中感应出电压Hz的影响可以通过串联反接的线圈而大大减少因

,。

此由产生的电压趋于抵消而样品磁偶极子场产生的电压是相加的

H

z

,,

然而只用一对线圈要完全抵消Hz的影响是不可能的因此要用第二对补偿线圈它和样品线圈一

,,。

样装在同一架子上只是串联绕接以使由感应出的电压是相加的可以调整补偿电压的幅度和相

H

z

位使之与样品线圈中Hz的感应电压抵消。

,。

的影响很难消除因为在样品线圈中由感应的电压与偶极子场产生的电压同样是相加的

HH

zz

,,,

但通常随的变化与样品偶极子场随的变化不一样因此这两种信号相位不同可用相敏检波

Hxx

z

器来区别。

4.5.4电子测量装置

。()。

测量装置的示意图见图振动器由一可调低频振荡器和一功率放大器驱动振荡器的输出

39

,,。

幅度和功率放大器的增益应相当稳定预热后应使振动器的振动幅度保持恒定其变化在±0.3%之内

,。。

若不能达到此要求则应采用某种稳定振动幅度的方法预热后振荡器的频率应稳定在0.05%

()、()()[()][()]

用差分放大器可变衰减器和相移器使补偿线圈的输出与样品线圈的输出

4231c1s

。,。相移器和衰减器都不必校正。

相平衡相移器应在整个范围内可调分辨率至少达

360°±0.1°

国家标准ㅤ可打印ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

。

差分放大器在低频时应有相当低的噪音电平以便于精确置零其确切要求与线圈和其他装置的设

。。

计有关差分放大器中可以引入一个可变增益的控制器

图测量装置()

3VCM

()。

低通滤波器应使所有谐波相对于基波频率至少衰减

520dB

,。,

选频放大器应调谐在低频振荡器的频率上并有1%的带宽若振荡器频率不可调时则选频放大

器应是可调的。

4

/—/:

GBT96332012IEC605562006

(),,

相敏检波器的分辨率应优于而且应使参考通道或信号通道的相位在内可变相位调节

73°360°

应与任一通道中输入幅度无关。

()。,,

电表可以是模拟或数字型的当在整个温度范围内测量时可用记录仪代替电表记

8X-YX-Y

,。。

录仪一个轴记录磁化强度的线性函数另一个轴记录温度的线性函数两个轴应校正到所需的精确度

,。

测量温度通常是用热电偶它与样品本身应紧密热接触

,

所有的电子仪器都应具有足够的温度稳定性以保证在使用时的环境温度范围内达到所需的精

确度。

振动样品法()的测量装置

4.6VSM

4.6.1探测线圈和样品的装置

,(),。

在振动样品的情况下探测线圈图刚性地固定于电磁铁的磁极间但允许作经常的小调整它

4