Способ определения намагниченности насыщения в феррите на СВЧ Советский патент 1988 года по МПК G01R27/26 

со ;о

4

Изобретение относится к измерению параметров ферромагн. материалов на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерения намагниченности насыщения в образце слабоанизотропного феррита (Ф). Сп-б заключается в возбуждении в образце Ф магкито- статич. волны (МВ) перпендикулярно внешнему магн. полю, измерении внешнего магн. поля Н„ и граничной частоты MB в образце Фив эталонном образце, МБ в образце Фив эталонном образце при различных углах ср между внешним магн. полем и плоскостью образца. Намагниченность определяют при Cf О, ср Т , MS l/2 ryVH, caV (q) -W(4)-Ms,T при . -e, K /2iCf iq i-6, « /2 .+, f C (cp)/J Ho i ,. (}/isT- o Ms,r; РИ q ir/2M5 l/4rj co,,(cf)-u(Cf) + + Mg , где q , и tp определяют из уравнения u (cf) СОэт(Ч ); Ч, Ч г ± окрестности углов tf, , tp ; СО (cf), тСЦ) - зависимость граничной частоты MB , в образце Ф и эталонном образце; Mg, - намагниченность насыщения эталонного образца; J - гиро- магн. отношения. 9 ил. (Л

05 00

Изобретение относится к измерению параметров ферромагнитных материалов на сверхвысоких частотах и может быть использовано для разработки и оперативного неразрушающего контроля намагниченности насыщения Мд ферритов на СВЧ, аттестации закона распределения М внутри слоя.

Целью изобретения является повыше- ние точности измерения намагниченно- :сти насьщения в образце слабоанизо- (Тропного ффрита.

На фиг. 1 показан образец феррита толщиной d на диэлектрическом основании; на фиг, 2 - направления вращения (а) образца феррита относительно оси, проходящей внутри слоя при

X

d. 2

и совпадающей с направлением

Iраспространения мйгнитостатических ;волн при заданном направлении внещне го магнитного поля Н, а также пре- ;дельньш случаи ориентации слоя ферри:та для углов Cf О (б), (в) irCr)

;при возбуждении прямых или обратных ;поверхностных ( (р О) s распространяю- ;Щихся вблизи верхней границы, прямых

: объемных Ч о прямых или обрат-

|ных поверхностных МСВ (( н } рас- - ; пространяклдихся вблизи нижней границы :слоя; на фиг, 3 вариант изменения :направления внешнего магнитного поля HO от угла qj при заданной ориентации образца феррита на фиг, 4 - эпюры СВЧ-магнитных полей h., по толщине слоя феррита для поверхностных tl О

3 (а), квазиповерхностных ( - -г (б)

объемных ср - (в)э квазиповерхност3

ньгх cf т (г)з поверхностныхq ii (д) МСВ, возбуждаемых в образце феррита при изменении угла Lf взаимной ориентации внешнего магнитного поля и поверхности образца феррита| на фиг, 5 - блок-схема устройств проходного (а) и отражательного (б) типов по способу измерения намагниченности насьщения ферритов на СВЧ, а также возможный вариант сопряжения поворотного измерительного СВЧ-узла с подводящим трактом (в); на фиг, 6 - висимости граннчных частот магнито- статических волн в образце феррита от угла q) между плоскостью образца

5

0

феррита и направлением магнитного поля для эталонного 00 (f) т исследуемого СОгрС р) образцов феррита для случая слабоанизотропных ферритов (HQ), . (4 Т М) На« на фиг. 7 - аналогичные зависимости Ыгр(Ч )1 эт rj Ч случая

учета полей анизотропии Нд в феррите;

0 на фиг. 8 - ориентация образца феррита (а) при 4TMg с полем анизотропии Нд для Нд при tf О, соответ- ств ующего возбуждению ; поверхностных МСВ с со (о) и для Hj, при q) О, соот5 ветствующего возбуждению поверхностных МСВ ссо((Г),, а также угол cf ориентации поля анизотропии Н в слое феррита (б), разрез А-А; на фиг. 9 - зависимость распределения намагни0 ченности насыщения 4 irM в образце феррита толщиной d.

Устройство содержит образец ферри- .та 1 на диэлектрическом основании 2, СВЧ-генератор 3 качающейся частоты (ГКЧ), аттенюатор 4, вентиль 5, измерительный СВЧ-узел 6 с образцом феррита 1, магнитную систему 7, СБЧ- детектор 8, осциллографический индикатор 9, направленный ответвитель 10, плавный; согласующий переход 11, снабженньй вращающимся сочленением (при волноводном варианте установок и измерительного узла этот переход обеспечивает трансформацию волны H,

5 в прямоугольном волноводе в волну Нд, В круглом волноводе),

Устройство работает следующим образом,

Б исследуемом образце феррита 1

0 {объемном или пленочном), намагниченном до насьщения (Н s 4 М ,; где М - внешнее магнитное поле| Мд - намагниченность), возбуждают различные типы магнитостатических волн,

5 распространянвцихся перпендикулярно HO

Б образце феррита 1 снимают зависимость верхних Ш1И нижних граничных частот и„.ц от угла if между внешним полем Нд и плоскостью образца, приТ .. чек q Л, где х - координата

по толщине образца, d - толщина образца для О X 4d, угол изменяется в пределах О 6 су и ; поверхностных

МСВ, локализованных вблизи одной поверхности образца, со (),

О; квазиповерхностных МСВ, локализованных преимущественно внутри образца, СОгр. кпмсб ( cf ); О : X «: - ; о(5ъемных МСВ, распределенных по толщине образца, СО го пи с ft

Гр. DMLB

, It d

(Cf -г Я -г- ; квазиповерхностных

МСВ, локализованных преимущественно внутри образца, СОгр. КПМСБ ( 7 Ч i )

поверхностных МСВ, локализованных вблизи другой поверхности образца, со.„,св (); х d.

Строят непрерывную зависимость «„(tf) для образца феррита.

В эталонном образце феррита с формой, близкой к форме исследуемого образца, намагниченном до насыщения Нд fe А Т () эг 5 возбуждают теми же преобразователями, что и в исследуемом образце различные типы магнито- статических волн, распространяющихся

перпендикулярно полю Н, .

В эталонном образце феррита снимают зависимость верхних или нижних граничных частот (. )т (гр.в)5г от углас{|между внешним полем Н и плоскостью слоя.

Строят непрерывную зависимость сОгр (Ч ) эг Д эталонного образца феррита.

Для каждого угла q - х, используя требование, что исследуемый и эталонный образцы близки по форме (геометрическим размером), определяют намагниченность насыщения феррита Mg как функцию от угла cf :

Ме(Я ) - Р, (tf) rp(cf)|f.

Ч

Используя связь X d, определяют намагниченность насыщения феррита Мд как функцию поперечной координаты (профиль намагниченности) слоя:

Mjx) ,p(x)

ЭТ

Граничные частоты CJrp возбуждав- g мых МСВ, полосы пропускания ЛО

ff. ь гр.н зависят от величины внешнего магнитного поля Н, намаг°

0

5

0

ничеяности насьпцения М, анизотропии формы (N - тензора размагничивающих

Ч/

факторов), поля анизотропии Н „ (Кд тензора анизотропии материала), нагрузок феррита металлическими экранами. В ряде случаев полосовые свойства МСВ могут определяться полосовыми свойствами преобразователей: волно- водных, микрополосковых, щелевых, копланарных и др. Для щирокополосных преобразователей, имеющих полосу пропускания более, чем полоса

МСВДЫ с , т.е. iWnp , измерение граничных частот (сОгр.н в)эт и оэ„,, ,, осуществляется более точно.

ip. ц. о

При этом для повьвпения точности определения координат X внутри слоя образца феррита требуется использовать преобразователи МСВ, позволяющие возбуждать максимально возможные волновые числа К j, 2 п / „ц, где

минимальная длина МСВ в феррите.

Граничная частота для эталонного образца феррита в зависимости от угла ср :

гр(с),. ,:(Ч )

)

(1)

40

35 где Н„;(Ч.)1„ Р,(Н„, М ,,(cf)

NA,,).

Граничная частота для исследуемого

образца феррита в зависимости от угла ср: гp() УН„; (ц),

(2)

где H(cf) F,(H, Mg, N(q), (}

Нд ) .

Тогда вобщем виде отклонение (разность)граничных частот исследуемого G3(c|)и эталонного образцов

w(cf).

19Т

Лсо(Ч) /со (ч) -со (ср)/

A(Cf) , MS, Д(с), NfiCM), НЦ-Р,(Н„, MS , N,,(q-), K(f). Нд,,)5/

или

ia)(cf) ,;(cf) (cf),W.

Считая, что N, (cf) N(f) (это тре ование выполняется хорошо, если эталонный и исследуемый образцы феррита соизмеримы по своим геометричес- КИМ размерам) по величинам разности измеренных граничных частот исследуемого w(cp) и эталонного ) (cp)J образца, величине внешнего магнитного поля Н, намагниченности насьпцения Э1талонного образца Мд, полей анизо 11ропии Нд(ср) и Нд(д) можно определить величину намагниченности насы- иения образца феррита Мд(Ч ) или, учи

т|ывая связь ср зависимость

4(х).

I На практике в качестве эталона удобно вмбирать слабоанизотропньш феррит, например иттриевый ферромаг- , для которого Нд с 4 irMg. При 3JTOM для нелигированных образцов на- Цагниченность насыщения const.

Мз(х)

Учет величины и ориедтации в феррите полей анизотропии Н проводится следующими простыми операциями.

При касательном намагничивании образца феррита (Н ориентирован параллельно плоскости слоя q 0, П) в з(ависимости от ориентации по углу 0 определяют максимальную граничную частоту для поверхностных МСВ (фиг. 8а), причем

СО,(Н, Н„ + 27 Мд),

и полагают угол 9 О, т.е. измеряют Q,{0 0).

Затем изменяют угол 9 наIT и при 9 измеряют граничную частоту поверхностных МСВ, соответствукяцих

и,-(н„, н.

- Z-u-Mg)

и полагают для О 1,02 ().

Из значений частот 03, (0 О) и (Л(0 iT ) находят величину поля анизотропии Н д.

Далее измеряют угловую зависимость граничных частот МСВ от угла С сО (cf). По разности углов, соответствующих минимальньм значениям частот

(фиг. 7) для эталона qj, cf - Р (Нд), 4 f Ms - это частота ОЭ, J а для исследуемого образца - уголс{,„

при Cf О М -г

и соответственно частота U, , находят величину угла срр ориентации Н внутри слоя феррита

Ч й /Ч з-Ч зА/в случае использования слабоанизотропных ферритов Н д « 4 Т Мд результаты эксперимента могут быть расшифрованы по соотношениям:

при Cf О М -г

1

Т о

-w(4) - Мэ

(() Эт

(3)

20

при О - Cf «i q, -

ц q«,+e

.

M.

25

(4)

при q 2

30

эт }

(5)

5

0

при

)q)5

«(CJ)

Ма

.err/СД,т(Ч )У

V У /

м.

- н.

эт

-,(6)

при qi Т

to ,(q )-CO(cf)-M

Зэт

где 2 - область углов вблизи Cf, и cpj, при которых пересекаются зависимости (Ч )1 и ,р(ч,).

м.

В области 2Е при углах Cf, и CP.J по простейшим формулам (4) и (6) нельзя определить намагниченность так как д этих точках (при qj, и tf, ) тензоры H(Cf,) N(q)j) О, и резко возрастают погрешности. Эти участки х | (Ч, ±е) и X (Ч г±в) на искомой зависимости М5(х) показаны

экстраполированными пунктирными линиями, формула изобретения

Способ Определения намагниченности насыщения в феррите на СВЧ, заключающийся в возбуждении в образце феррита магнитостатической волны, перпендикулярно внешнему магнитному полю, измерении внещнего магнитного поля Е и граничной частоты магнитостатической волны в образце феррита и в эталонном образце, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения намагниченности насыщения в образце слабоанизотропного феррита с изменяющейся намагниченностью, измеряют граничные частоты магнитостатической волны,в образце феррита и в эталонном образц при различных углах (f между внешним магнитным полем и плоскостью образца а намагниченность определяют по соотношениям:

s d K V bw dfO-Ms v

21Гу

-У1Я н

(

м,.

м, „ |

О ; Cf cf, - IT

, -е

- , 46

ч2о

t5

где Cpi и cpj определяются из уравнения

coCcf) - W,(q);

2о 25 м

tp, , H|- - окрестности углов if, j q) j a)(tf) ,U,,(cf)- зависимость граничной

частоты магнитостатКчес- кой волны в образце феррита и эталонном образце: - намагниченность насыщения

эталонного образца; S - гиромагнитное отношение.

ЭТ

//

ч

о

5Ж SXSNN

/

/ о

т

Ф(лг

-0

sX 0055666

Фиг.З

w

АГ.

f

CPU9

нн -е70

7

гг 6

7

n

0112

|6Ш:Ч -.

В Ц) и г. 5

(

ffSMt Л

.. fV S}

ч

.0

y«.)i

А-А

/.