有效线宽扫频测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种有效线宽扫频测量系统。
【背景技术】
[0002]随着微波磁性器件的广泛应用和低维磁性材料及磁电子器件等前沿技术的蓬勃发展，对磁性材料宽频\各种磁化状态以及各种物理形态的材料特性进行精确测量是不可或缺的。现在微波磁性材料特性参数测试方法与实际使用脱节，测试频率局限于窄频段，一般是9.3GHz点频，同时样品只能是规定形状。这种方法的本质是假定铁磁共振有效线宽为常数，但无论理论还是大量实践都证明这种铁磁共振有效线宽为常数的假定是非常粗糙的，不准确的，不能反映真实情况，更无法对新兴低维功能磁性材料和磁电子材料等进行测试，无法为传统器件甚至新兴器件的设计提供准确的依据。目前微波铁氧体材料测试有效线宽一般采用国际标准IEC60556-2006，受微波腔谐振频率的限制，目前技术仅适用于点频。微波磁性材料现有测试参数与实际使用脱节，矛盾越来越突出。矛盾表现在两大方面，一方面主要是器件工作频率和工作磁场多种多样而测试为点频，这导致损耗测量与实际使用脱节，这是目前矛盾的核心，矛盾另一方面是测量结果难以表征实际使用材料的特性。其主要原因在于有效线宽与测量频率、磁化状态、样品形状均有关，由于边界条件改变退磁因子和内部微波场分布，导致测量结果和实际使用情况不一致。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种有效线宽扫频测量系统，用以解决现有技术中微波磁性材料损耗测试频率与实际使用频率不一致的问题，有利于提高磁性器件的开发周期，降低研制风险，具有很强的实用价值。
[0004]本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是:设计和制造一种有效线宽扫频测量系统，包括样品(I)及支撑结构、可调谐振腔(2 )、偏置磁场(3 )、网络特性分析仪(4 )和特斯拉计(5);所述网络特性分析仪(4)连接所述可调谐振腔(2);样品(I)放置在可调谐振腔(2 )上；特斯拉计(5 )连接偏置磁场(3 );所述可调谐振腔(2 )上的活塞在腔体内滑动。
[0005]作为本实用新型的进一步改进:所述样品为微波铁氧体材料，其形状为圆球或圆盘。
[0006]作为本实用新型的进一步改进:所述样品(I)放置于可调谐振腔(2)中心并通过支撑结构固定。
[0007]作为本实用新型的进一步改进:所述可调谐振腔(2)的表面设有电镀层；其电镀层为金或银。
[0008]作为本实用新型的进一步改进:所述偏置磁场(3)为电磁铁，电磁铁采用大功率直流电源驱动。
[0009]本实用新型的有益效果是:测试状态与实际使用状态一致，测试结果精度高，具有很强的实用价值。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型有效线宽扫频测量系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0012]一种有效线宽扫频测量系统，包括样品(I)及支撑结构、可调谐振腔(2)、偏置磁场(3)、网络特性分析仪(4)和特斯拉计(5);所述网络特性分析仪(4)连接所述可调谐振腔
(2);样品(I)放置在可调谐振腔(2)上；特斯拉计(5)连接偏置磁场(3);所述可调谐振腔
(2)上的活塞在腔体内滑动。
[0013]所述样品为微波铁氧体材料，其形状为圆球或圆盘。
[0014]所述样品(I)放置于可调谐振腔(2)中心并通过支撑结构固定。
[0015]所述可调谐振腔(2)的表面设有电镀层；其电镀层为金或银。
[0016]所述偏置磁场(3)为电磁铁，电磁铁采用大功率直流电源驱动。
[0017]本实用新型同时提供了一种有效线宽扫频测量方法，包括如下步骤:(A)调节可调谐振腔；(B)加载偏置磁场；(C)测试参数；(D)重复步骤(B)和步骤(C) ; (E)重复步骤(A)到步骤(D); (F)获取有效线宽；样品及支撑结构位于可调谐振腔中心，可调谐振腔放置于偏置磁场中；可调谐振腔腔体尺寸进行调整，其谐振频率位于测试频率。
[0018]所述步骤(B)中，调节偏置磁场，通过特斯拉计获取当前磁场强度；所述步骤(C)中，网络特性分析仪获得Q值和谐振频率f0。
[0019]通过改变磁场，获得当前频率下，Q值及谐振频率f0和不同偏置磁场的对应关系。
[0020]获得不同频率下Q值及谐振频率fO和偏置磁场的对应关系。
[0021]所述可调谐振腔(2)的表面设有电镀层；其电镀层包括但不限于金或银；所述偏置磁场(3)为电磁铁，电磁铁采用大功率直流电源驱动。
[0022]在一实施例中，所述样品为微波铁氧体材料，其可以为任意形状，一般采用圆球、圆盘或薄膜等形状。
[0023]所述样品放置于可调谐振腔中心，通过支撑结构固定。
[0024]所述可调谐振腔通过活塞改变腔体大小实现谐振频率可调。
[0025]所述可调谐振腔采用铜、铝等金属，表面通过电镀等工艺覆盖金、银等金属。
[0026]所述偏置磁场可以采用电磁铁等方法实现，电磁铁采用大功率直流电源驱动。
[0027]所述网络特性分析仪用于测量谐振特性，包括谐振频率、品质因数(Q)等，可以采用标量网络分析仪或矢量网络分析仪。
[0028]所述特斯拉计用于测量偏置磁场大小。
[0029]测试过程如下:
[0030]1、调整谐振腔。样品及支撑结构(I)位于可调谐振腔(2 )中心，可调谐振腔(2 )放置于偏置磁场(3)中。根据测试要求调整可调谐振腔(2)腔体尺寸，使其谐振频率位于测试频率。
[0031]2、加载磁场。调节偏置磁场(3)，通过特斯拉计(5)获取当前磁场强度。
[0032]3、测试参数。通过矢量网络特性分析仪(4)获得Q值和谐振频率f0。
[0033]4、重复第2-3步，通过改变磁场，获得当前频率下，Q，f0和不同偏置磁场的对应关系O
[0034]5、重复第1_4步，获得不同频率下，Q，f0和偏置磁场的对应关系。
[0035]6、求解有效线宽。数据处理过程见参考文献〃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]在又一实施例中，有效线宽测量系统，包括样品及支撑结构1、可调谐振腔2、电磁铁及电源3、矢量网络特性分析仪4和特斯拉计5等；所述样品为YIG (钇铁石榴石铁氧体)材料制作的小球，小球直径为2.3_，采用聚四氟乙烯杆支撑，可调谐振腔材料为纯铜，表面镀银，谐振腔工作于TE011模式，通过手动调节腔体大小，使其谐振频率调节范围为8GHz-10GHz,电磁铁采用恒流源驱动，可产生磁场强度范围0~10000Gs，矢量网络分析仪最高工作频率14GHz，特斯拉计测量范围为0-30000GS。
[0037]样品采用YIG材料，但不排除其它磁性材料。
[0038]样品采用球形，但不排除使用其他形状，如圆盘，薄膜等形状。
[0039]样品尺寸为直径2.3mm，但不排除其它尺寸，需满足腔微扰理论要求。
[0040]样品支撑采用聚四氟乙烯杆，但不排除其它材料，如铍陶瓷，铜、铝等金属材料等。
[0041]可调谐振腔采用纯铜，以获得高Q值和强度，但不排除其它金属材料，如铝，银等；可调谐振腔表面采用镀银处理，以提高Q值和增强耐腐蚀能力，但不排除其它金属，如镀金、镀银等；可调谐振腔工作于TE011模式，但不排除其它模式；可调谐振腔通过手动调节腔体大小，但不排除其它方式调节，如电机带动等；可调谐振腔谐振频率调节范围为8GHz-10GHz，但不排除其它频率范围，如10GHz-12GHz，需根据测试要求确定。
[0042]偏置磁场采用电磁铁实现，以方便调整磁场大小，但不排除其它实现方法，如永磁体偏置，永磁体和电磁铁结合偏置等；偏置磁场强度范围为0~10000Gs，需根据测试要求确定。
[0043]本实用新型实例的采用矢量网络分析仪，但不排除使用其它网络分析仪器，如标量网络分析仪等。
[0044]通过可调谐振腔和可调偏置磁场，可测试任意工作频率，任意静态偏置磁场的有效线宽。
[0045]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种有效线宽扫频测量系统，其特征在于:包括样品(I)及支撑结构、可调谐振腔(2 )、偏置磁场(3 )、网络特性分析仪(4 )和特斯拉计(5 );所述网络特性分析仪(4 )连接所述可调谐振腔(2);样品(I)放置在可调谐振腔(2)上；特斯拉计(5)连接偏置磁场(3);所述可调谐振腔(2)上的活塞在腔体内滑动。2.根据权利要求1所述的有效线宽扫频测量系统，其特征在于:所述样品为微波铁氧体材料，其形状为圆球或圆盘。3.根据权利要求1所述的有效线宽扫频测量系统，其特征在于:所述样品(I)放置于可调谐振腔(2)中心并通过支撑结构固定。4.根据权利要求1所述的有效线宽扫频测量系统，其特征在于:所述可调谐振腔(2)的表面设有电镀层；其电镀层为金或银。5.根据权利要求1所述的有效线宽扫频测量系统，其特征在于:所述偏置磁场(3)为电磁铁，电磁铁采用大功率直流电源驱动。
【专利摘要】本实用新型涉及测量技术领域，其公开了一种有效线宽扫频测量系统，包括样品（1）及支撑结构、可调谐振腔（2）、偏置磁场（3）、网络特性分析仪（4）和特斯拉计（5）；所述网络特性分析仪（4）连接所述可调谐振腔（2）；样品（1）放置在可调谐振腔（2）上；特斯拉计（5）连接偏置磁场（3）；所述可调谐振腔（2）上的活塞在腔体内滑动。本实用新型的有益效果是：本实用新型的有益效果是：测试状态与实际使用状态一致，测试结果精度高，具有很强的实用价值。
【IPC分类】G01R27/26, G01R33/12
【公开号】CN204789959
【申请号】CN201520287389
【发明人】赵勇
【申请人】西南应用磁学研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年5月6日