有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微波磁性器件的廣泛應(yīng)用和低維磁性材料及磁電子器件等前沿技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)磁性材料寬頻\各種磁化狀態(tài)以及各種物理形態(tài)的材料特性進(jìn)行精確測(cè)量是不可或缺的?，F(xiàn)在微波磁性材料特性參數(shù)測(cè)試方法與實(shí)際使用脫節(jié)，測(cè)試頻率局限于窄頻段，一般是9.3GHz點(diǎn)頻，同時(shí)樣品只能是規(guī)定形狀。這種方法的本質(zhì)是假定鐵磁共振有效線寬為常數(shù)，但無(wú)論理論還是大量實(shí)踐都證明這種鐵磁共振有效線寬為常數(shù)的假定是非常粗糙的，不準(zhǔn)確的，不能反映真實(shí)情況，更無(wú)法對(duì)新興低維功能磁性材料和磁電子材料等進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法為傳統(tǒng)器件甚至新興器件的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。目前微波鐵氧體材料測(cè)試有效線寬一般采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60556-2006，受微波腔諧振頻率的限制，目前技術(shù)僅適用于點(diǎn)頻。微波磁性材料現(xiàn)有測(cè)試參數(shù)與實(shí)際使用脫節(jié)，矛盾越來(lái)越突出。矛盾表現(xiàn)在兩大方面，一方面主要是器件工作頻率和工作磁場(chǎng)多種多樣而測(cè)試為點(diǎn)頻，這導(dǎo)致?lián)p耗測(cè)量與實(shí)際使用脫節(jié)，這是目前矛盾的核心，矛盾另一方面是測(cè)量結(jié)果難以表征實(shí)際使用材料的特性。其主要原因在于有效線寬與測(cè)量頻率、磁化狀態(tài)、樣品形狀均有關(guān)，由于邊界條件改變退磁因子和內(nèi)部微波場(chǎng)分布，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果和實(shí)際使用情況不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中微波磁性材料損耗測(cè)試頻率與實(shí)際使用頻率不一致的問(wèn)題，有利于提高磁性器件的開發(fā)周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
[0004]本實(shí)用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)和制造一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品(I)及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔(2 )、偏置磁場(chǎng)(3 )、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4 )和特斯拉計(jì)(5);所述網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4)連接所述可調(diào)諧振腔(2);樣品(I)放置在可調(diào)諧振腔(2 )上；特斯拉計(jì)(5 )連接偏置磁場(chǎng)(3 );所述可調(diào)諧振腔(2 )上的活塞在腔體內(nèi)滑動(dòng)。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述樣品為微波鐵氧體材料，其形狀為圓球或圓盤。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述樣品(I)放置于可調(diào)諧振腔(2)中心并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述可調(diào)諧振腔(2)的表面設(shè)有電鍍層；其電鍍層為金或銀。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述偏置磁場(chǎng)(3)為電磁鐵，電磁鐵采用大功率直流電源驅(qū)動(dòng)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:測(cè)試狀態(tài)與實(shí)際使用狀態(tài)一致，測(cè)試結(jié)果精度高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品(I)及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔(2)、偏置磁場(chǎng)(3)、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4)和特斯拉計(jì)(5);所述網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4)連接所述可調(diào)諧振腔
(2);樣品(I)放置在可調(diào)諧振腔(2)上；特斯拉計(jì)(5)連接偏置磁場(chǎng)(3);所述可調(diào)諧振腔
(2)上的活塞在腔體內(nèi)滑動(dòng)。
[0013]所述樣品為微波鐵氧體材料，其形狀為圓球或圓盤。
[0014]所述樣品(I)放置于可調(diào)諧振腔(2)中心并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0015]所述可調(diào)諧振腔(2)的表面設(shè)有電鍍層；其電鍍層為金或銀。
[0016]所述偏置磁場(chǎng)(3)為電磁鐵，電磁鐵采用大功率直流電源驅(qū)動(dòng)。
[0017]本實(shí)用新型同時(shí)提供了一種有效線寬掃頻測(cè)量方法，包括如下步驟:(A)調(diào)節(jié)可調(diào)諧振腔；(B)加載偏置磁場(chǎng)；(C)測(cè)試參數(shù)；(D)重復(fù)步驟(B)和步驟(C) ; (E)重復(fù)步驟(A)到步驟(D); (F)獲取有效線寬；樣品及支撐結(jié)構(gòu)位于可調(diào)諧振腔中心，可調(diào)諧振腔放置于偏置磁場(chǎng)中；可調(diào)諧振腔腔體尺寸進(jìn)行調(diào)整，其諧振頻率位于測(cè)試頻率。
[0018]所述步驟(B)中，調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)，通過(guò)特斯拉計(jì)獲取當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度；所述步驟(C)中，網(wǎng)絡(luò)特性分析儀獲得Q值和諧振頻率f0。
[0019]通過(guò)改變磁場(chǎng)，獲得當(dāng)前頻率下，Q值及諧振頻率f0和不同偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0020]獲得不同頻率下Q值及諧振頻率fO和偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0021]所述可調(diào)諧振腔(2)的表面設(shè)有電鍍層；其電鍍層包括但不限于金或銀；所述偏置磁場(chǎng)(3)為電磁鐵，電磁鐵采用大功率直流電源驅(qū)動(dòng)。
[0022]在一實(shí)施例中，所述樣品為微波鐵氧體材料，其可以為任意形狀，一般采用圓球、圓盤或薄膜等形狀。
[0023]所述樣品放置于可調(diào)諧振腔中心，通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0024]所述可調(diào)諧振腔通過(guò)活塞改變腔體大小實(shí)現(xiàn)諧振頻率可調(diào)。
[0025]所述可調(diào)諧振腔采用銅、鋁等金屬，表面通過(guò)電鍍等工藝覆蓋金、銀等金屬。
[0026]所述偏置磁場(chǎng)可以采用電磁鐵等方法實(shí)現(xiàn)，電磁鐵采用大功率直流電源驅(qū)動(dòng)。
[0027]所述網(wǎng)絡(luò)特性分析儀用于測(cè)量諧振特性，包括諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)(Q)等，可以采用標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
[0028]所述特斯拉計(jì)用于測(cè)量偏置磁場(chǎng)大小。
[0029]測(cè)試過(guò)程如下:
[0030]1、調(diào)整諧振腔。樣品及支撐結(jié)構(gòu)(I)位于可調(diào)諧振腔(2 )中心，可調(diào)諧振腔(2 )放置于偏置磁場(chǎng)(3)中。根據(jù)測(cè)試要求調(diào)整可調(diào)諧振腔(2)腔體尺寸，使其諧振頻率位于測(cè)試頻率。
[0031]2、加載磁場(chǎng)。調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)(3)，通過(guò)特斯拉計(jì)(5)獲取當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0032]3、測(cè)試參數(shù)。通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4)獲得Q值和諧振頻率f0。
[0033]4、重復(fù)第2-3步，通過(guò)改變磁場(chǎng)，獲得當(dāng)前頻率下，Q，f0和不同偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系O
[0034]5、重復(fù)第1_4步，獲得不同頻率下，Q，f0和偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0035]6、求解有效線寬。數(shù)據(jù)處理過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)〃High precis1n metrology basedmicrowave effective linewidth measurement technique, 〃 N.Mo, J.J.Green, B.A.Beitscher, and C.E.Patton, Rev.Sc1.1nstr.78, 113903 (2007)和 〃The lowfield microwave effective linewidth in polycrystalline ferrites, 〃 N.Mo, J.J.Green, P.Krivosik, and C.E.Patton, J.App1.Phys.101, 023914 (2007)。
[0036]在又一實(shí)施例中，有效線寬測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品及支撐結(jié)構(gòu)1、可調(diào)諧振腔2、電磁鐵及電源3、矢量網(wǎng)絡(luò)特性分析儀4和特斯拉計(jì)5等；所述樣品為YIG (釔鐵石榴石鐵氧體)材料制作的小球，小球直徑為2.3_，采用聚四氟乙烯桿支撐，可調(diào)諧振腔材料為純銅，表面鍍銀，諧振腔工作于TE011模式，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)腔體大小，使其諧振頻率調(diào)節(jié)范圍為8GHz-10GHz,電磁鐵采用恒流源驅(qū)動(dòng)，可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍0~10000Gs，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀最高工作頻率14GHz，特斯拉計(jì)測(cè)量范圍為0-30000GS。
[0037]樣品采用YIG材料，但不排除其它磁性材料。
[0038]樣品采用球形，但不排除使用其他形狀，如圓盤，薄膜等形狀。
[0039]樣品尺寸為直徑2.3mm，但不排除其它尺寸，需滿足腔微擾理論要求。
[0040]樣品支撐采用聚四氟乙烯桿，但不排除其它材料，如鈹陶瓷，銅、鋁等金屬材料等。
[0041]可調(diào)諧振腔采用純銅，以獲得高Q值和強(qiáng)度，但不排除其它金屬材料，如鋁，銀等；可調(diào)諧振腔表面采用鍍銀處理，以提高Q值和增強(qiáng)耐腐蝕能力，但不排除其它金屬，如鍍金、鍍銀等；可調(diào)諧振腔工作于TE011模式，但不排除其它模式；可調(diào)諧振腔通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)腔體大小，但不排除其它方式調(diào)節(jié)，如電機(jī)帶動(dòng)等；可調(diào)諧振腔諧振頻率調(diào)節(jié)范圍為8GHz-10GHz，但不排除其它頻率范圍，如10GHz-12GHz，需根據(jù)測(cè)試要求確定。
[0042]偏置磁場(chǎng)采用電磁鐵實(shí)現(xiàn)，以方便調(diào)整磁場(chǎng)大小，但不排除其它實(shí)現(xiàn)方法，如永磁體偏置，永磁體和電磁鐵結(jié)合偏置等；偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍為0~10000Gs，需根據(jù)測(cè)試要求確定。
[0043]本實(shí)用新型實(shí)例的采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，但不排除使用其它網(wǎng)絡(luò)分析儀器，如標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀等。
[0044]通過(guò)可調(diào)諧振腔和可調(diào)偏置磁場(chǎng)，可測(cè)試任意工作頻率，任意靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的有效線寬。
[0045]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括樣品(I)及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔(2 )、偏置磁場(chǎng)(3 )、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4 )和特斯拉計(jì)(5 );所述網(wǎng)絡(luò)特性分析儀(4 )連接所述可調(diào)諧振腔(2);樣品(I)放置在可調(diào)諧振腔(2)上；特斯拉計(jì)(5)連接偏置磁場(chǎng)(3);所述可調(diào)諧振腔(2)上的活塞在腔體內(nèi)滑動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品為微波鐵氧體材料，其形狀為圓球或圓盤。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品(I)放置于可調(diào)諧振腔(2)中心并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述可調(diào)諧振腔(2)的表面設(shè)有電鍍層；其電鍍層為金或銀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述偏置磁場(chǎng)(3)為電磁鐵，電磁鐵采用大功率直流電源驅(qū)動(dòng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品（1）及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔（2）、偏置磁場(chǎng)（3）、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀（4）和特斯拉計(jì)（5）；所述網(wǎng)絡(luò)特性分析儀（4）連接所述可調(diào)諧振腔（2）；樣品（1）放置在可調(diào)諧振腔（2）上；特斯拉計(jì)（5）連接偏置磁場(chǎng)（3）；所述可調(diào)諧振腔（2）上的活塞在腔體內(nèi)滑動(dòng)。本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的有益效果是：測(cè)試狀態(tài)與實(shí)際使用狀態(tài)一致，測(cè)試結(jié)果精度高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】G01R27/26, G01R33/12
【公開號(hào)】CN204789959
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520287389
【發(fā)明人】趙勇
【申請(qǐng)人】西南應(yīng)用磁學(xué)研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日