Способ определения намагниченности насыщения в феррите на свч

 

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 магкитостатич. 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 - гиромагн. отношения. 9 ил. (Л

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

41 3 А1

uw SU (!3) 1 (11 4 6 01 В 27/26

° l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4070828/24-09 (22) 10.06.86 (46) 07.05.88. Бюл, У 17 (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном .университете (72) А. А. Игнатьев и А. Н. Лепесткин (53) 621.317.4(088.8) (56) Яковлев 10. M. Генделев С. Ш.

Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике. — M., 1975, с. 270.

Гуревич А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках.

М., 1973, с. 322. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ НАСЬПЦЕНИЯ В ФЕРРИТЕ НА СВЧ (57) Изобретение относится к измерению параметров ферромагн. материалов на СВЧ. Цель изобретения — повышение точности измерения намагниченности насыщения в образце слабоаниэотропного феррита (Ф). Сп-б заключается в возбуждении в образце Ф магнитостатич. волны (МВ) перпендикулярно внешнему маги. полю, измерении внешнего маги. поля Н, и граничной частоты MB в образце Ф и в эталонном образце, МВ в образце Ф и в эталонном образце,при различных углах у между внешним маги. полем и плоскостью образца. Намагниченность определяют при = О, (= н, М

1/2%) Н (Я э (Чэ) -(й (tf)j-Мээ при 0 сч <Чэ1= 1-., н /2ссусЦ -Я, н /2 >cf,+с,н >ter(p+ Е М =f t G) (q)/f j—

8 ) /((uэ, (q)/ф1 Hî,) М

Ч = «/2 М5 1/4н 11 б эт(Я) 1+

+ М, где ср, и с9 определяют из уравнения я (q) = u„(V); Ц>,, V +сокрестности углов ц,, ; Сд (Щ), Q,(ц>) — зависимость граничной частоты МВ .в образце Ф и эталонном образце; Мэ — намагниченность насыщения эталонного образца; — гиромагн. отношения. 9 ип.

1394163

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

Целью изобретения является повьппе- 1О ние точности измерения намагниченности насьпцения в образце слабоанизо,,тропного ф цэрита.

На фиг. 1 показан образец феррита толщиной и на диэлектрическом осно- 15 ванин; на фиг. 2 — направления вращения (а) образца феррита относитель но оси, проходящей внутри слоя при

lx = — и совпадающей с направлением

2 распространения магнитостатических воли при заданном направлении внешне-. го магнитного поля Н,, а также предельные случаи ориентации слоя ферри- 25 та для углов ц = О (б), — (в), п(r) при возбуждении прямых или обратных поверхностных (= О), распространяющихся вблизи верхней границы, прямых 3О

I объемных с1 = — и прямых или обрат2

;ных поверхностных ИСВ (Ц = и ), рас- . пространяющихся вблизи нижней границы сло я; на фиг . 3 — ва риант изменения

35 направления внешнего магнитного поля

Й, от угла с при заданной ориентации образца феррита; на фиг. 4 — эцюры

СВЧ-магнитных полей h„ rto толщине слоя феррита для поверхностньас p = 0

3 (а), квазиповерхностных (= — Y <б)

М объемах q = — (в), квазиповерхност3 ных Ч = — и (r ) поверхностных .

9 д5

g = и (д) NCB, возбуждаемых в образце феррита при изменении угла у взаимной ориентации внешнего магнитного поля и поверхности образца феррита; на фиг 5 — блок-схема устройств проход4

5О наго (а) и отражательного (б) типов по способу измерения намагниченности насьпцения ферритов на СВЧ, а также возможный вариант сопряжения поворотного измерительного СВЧ.-узла с под55 водящим трактом (в); на фиг. 6 — зависимости граничных частот магнитостатических волн в образце феррита от угла ф между плоскостью образца феррита и направлением магнитного поля для эталонного (Я, (g))., и исследуемого О, (Ч) образцов феррита для случая слабоанизотропных ферритов (На) т << (4 > Иэ Нас< 4п Мэ, на фиг. 7 — аналогичные зависимости (О, (Ч)1 и Ы, (у) для случая учета полей анизотропии Нд в феррите; на фиг. 8 — ориентация образца феррита (а) при Н„» 4 > М с полем анизотропии Н для Н, при q - =О, соответствующего возбуждению поверхностных

МСВ су (О) и для Н, при q = О, соответствующего возбуждению поверхностных NCB с со(Ч), а также угол с, ориентации поля анизотропии Н в слое феррита (б), разрез А-А; на фиг. 9— зависимость распределения намагниченности насьпцения 4 и И в образце феррита толщиной й.

Устройство содержит образец феррита 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, СВЧдетектор 8, осциллографический индикатор 9, направленный ответвитель

10, плавный согласующий переход 11, снабженный вращающимся сочленением (при волноводном варианте установок и измерительного узла этот переход обеспечивает трансформацию волны Н, в прямоугольном волноводе в волну

H â круглом волноводе).

Устройство работает следующим образом.

В исследуемом образце феррита (объемном или пленочном), намагниченном до насьпцения (Н 4 и М, где

И вЂ” внешнее магнитное поле; Иэ— намагниченность), возбуждают различные типы магнитостатических волн, распространяющихся перпендикулярно H

В образце феррита 1 снимают зависимость верхних или нижних граничных частот rd, от угла ц> между внешним полем Н и плоскостью образца, прио чем q = — j7, где х — координата

Э по толщине образца, d — толщина образца для g 6 х

ИСВ, локализованных вблизи одной поверхности образца, MÄ>ÄÄ, (@=0), Ж = О; квазиповерхностных NCB, локабз нине»»ости насьпцения М, анизотропии

Ф-

5 формы (((— тензора размагничивани их факторов), поля анизотропии Н (Ед— тензора анизотропии материала), нагрузок феррита металлическими экранами. В ряде случаев полосовые свойства МСВ могут определяться полосовыми свойствами преобразователей: волноводных, микрополосковых, щслевых, копланарных и др. Для широкополосных преобразователей, имеющих полосу пропускания hI:D более, чем полоса

МСВ Ьж„,ь, т.е. лу„ л с;) „, измерение граничных частот (Ы„ „ ) иЯ осуществляется более точно, р.н.в

При этом для повышения точности определения координат х внутри слоя образца феррита требуется использовать преобразователи МСВ, позволяющие возбуждать максимально возможные волновые числа К „„„ = 2 п / h где

Ъ„,„„ — минимальная длина МСВ в феррите.

Граничная частота для эталонного образца феррита в зависимости от угла с() (и, (tt)).,= ) (и.: (tI))„ х

%- где (H,;((уД „= Е (Н, М, 1)((q )

Граничная частота для исследуемого образца феррита в зависимости от угла с :, ca„(q) = гн,; (q), (г) М (q) =, Я и, (Ц)„ и, (у)1 ). где Н„((f)

Нд) е

Тогда в (разность) емого Я (q)

j (v)1"

М (х) = F,(((и, (х))

—,,(")) ю3

Граничные частоты И„возбуждаемых МСВ, полосы пропускания hQ„„ = или

3 1.3941 лизованных преимущественно внутри

1! обРазца U, „„св (С) Ц) 2 о.

О и x < —; объемных NCB, распределенных по толщине образца, О, (t о (Cf = — х = — квазиповерхностных

2 2

МСВ, локализованных преимущественно внУтРи образца Ю „"" в (2 с

d — х c d поверхностных МСВ, локализованных вблизи другой поверхности обРазда СО „„в (Ц = м ); х = d..

Строят непрерывную зависимость у„(ц)) для образца феррита.

В эталонном образце феррита с формой, близкой к форме исследуемого образца, намагниченном до насьпцения 20

Н„ В 4 п (М ) », возбуждают теми же преобразователями, что и в исследуемом образце различные типы магнитостатических волн, распространяющихся перпендикулярно полю H 25

В эталонном образце феррита снимают зависимость верхних или нижних граничных частот (Ä Ä )Ä, ((), )„ от углаумежду внешним полем Н и плоскостью слоя °

Строят непрерывную зависимость (у, (g)) для эталонного образца феррита.

It

Для каждого угла (р = — х испольЪ зуя требование, что исследуемый и эталонный образцы близки по форме (геометрическим размером), определяют намагниченность насьпцения феррита

М как функцию от угла с

Ч

Используя связь х = d, опредеи ляют намагниченность насыщения феррита М как функцию поперечной коор5 динаты (профиль намагниченности) слоя:

=Ю„ в — с.з, „зависят от величины внешнего магнитного поля Й, намаг= К(Н,, М,, И(), Ч„(ч) общем виде отклонение граничных частот исследуи эталонного образцов

< (v) =/ю (ч) -u„(v)I

ЬСд(Ц) = (jP (Н, М5, Н(с ), и„(у), и,)-и,1и.. Ms, tt„(q), и(,,), й,,) (ЬО(с ) = g/(Н . (<)) -(H; (<)),/

5 1394163

Считая, что N „(q)о N(cp) (это тре— бование выполняется хорошо, если эталонный и исследуемый образцы феррита соизмеримы по своим геометричес- 5 ким размерам) ло величинам разности и)змереннь)х граничных частот исследуеМого ы (q) и эталонного1 Я (Ц))) обэт разца, величине внешнего магнитного поля Н, намагниченности насыщения

10 эталонного образца Г1 „, полей анизот)ропии Н> „(ц)) и 11+(y) можно опредеить величину намагниченности насыения образца феррита М (Ц) или, учих» 15

ывая связь Ц) = — — зависимость (х).

На практике в качестве эталона удобно выбирать слабоанизотропный феррит, например иттриевый ферромаг1 ит, для которого !I c 4 )) М . При этом для нелигированных образцов намагниченность насыщения М (х)

= const. 3 34 I (3) при Ос(су,-Я

l — >@ q +f

2 ! с(Ч) т ) М (4) 25

lt при - с с ср - C ъ

И,-(но» HA + 2)) М ) э

М (6) М

npH cf )) И -(Н, Нд — 2 )) M ) 45

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

При касательном намагничивании образца феррита (Й ориентирован параллельно плоскости слоя q = 0,)) ) в зависимости от ориентации по углу 9 определяют максимальную граничную

»Частоту для поверхностных МСВ (фиг. 8а), причем и полагают угол 9 = О, т. е. измеряют (д,(6 = О) °

Затем изменяют угол 9 на )) и при

8 = )(измеряют граничную частоту поверхностных МСВ, соответствующих г

)я полагают для 9 = Т, ю (6 = )) ) .

Из значений частот M (9 = О) и (Э (9 = )) ) находят величину поля анизотропии H „.

Далее измеряют угловую зависимость граничных частот МСВ от угла g ca (P).

По разности углов, соответствующих минимальным значениям частот (фиг. 7) для эталона (p = с — „при

55 (H„)„< 4» М) — это частота Я а для исследуемого образца — угол ц) „ и соответственно частота ). ) находят величину угла ц) ориентации Нд внутри слоя феррита

В случае использования слабоанизотропных ферритов Н < (< 4 )) Мз результаты эксперимента могут быть расшифрованы по соотношениям:

1 пРи Ч" — О Мэ — 2л 1» о — у (9 )) — М» ъ.

ПРИ Ч = — "2 М. =, (и„())— и (q)J где 2Š— область углов вблизи (p и

Ц), при которых пересекаются зависимости (co,(q) и

u„,(q ).

В области 2Е при углах (у, и ( по простейшим формулам (4) и (6) нельзя определить намагниченность М так как в этих точках (при (g, и ц) ) тензоры N((f,) = N(Cf ) = О, и резко возрастают погрешности. Эти участки x = — (»1, +Е) и х = —,. (ф +с.) на

Й Ci искомой зависимости М (x) показаны!

394!63

О-. Q с(р,- Š— с(!) С Р

M и 4!т где (и, и (и, М зэт 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 внешнего магнитного поля Н и граничной частоты магнитостатической волны в образце феррита и в эталонном образце, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения намагничен!

5 ности насьпцения в образце слабоанизотропного феррита с изменяющейся намагниченностью, измеряют граничные частоты магнитостатической волны.в образце феррита и в эталонном образце при различных углах (между внешним магHHTHblM полем и плоскостью образца, а намагниченность определяют по соотношениям. определяются иэ уравнения окрестности углов q, ц,; зависимость граничной частоты магнитостатйческой волны в образце феррита и эталонном образце: намагниченность насыщения эталонного образца; гиромагнитное отношение.

1394163

139 (>3

fs

0 г Р

4Н 9" Я

1g

11 „1

Е ) 13941 63

13941 63 у К, Составитель Я. Адамова

Редактор Л. Лангазо Техред М.Ходанич Корректор, С. Черни

Заказ 2217/42 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4