有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(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。現(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)中的問題，本發(fā)明提供了一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，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]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(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)，包括樣品及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔、偏置磁場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀和特斯拉計(jì)；所述網(wǎng)絡(luò)分析儀的微波源提供一定頻率范圍內(nèi)掃描微波信號(hào)，經(jīng)可調(diào)諧振腔傳輸后回到網(wǎng)絡(luò)分析儀以獲得微波腔諧振曲線；樣品與可調(diào)諧振腔的微波磁場(chǎng)和偏置磁場(chǎng)相互作用，其磁導(dǎo)率反映在微波腔諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)值)上；特斯拉計(jì)用于測(cè)量偏置磁場(chǎng)的大??；可調(diào)諧振腔通過電動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)節(jié)諧振頻率；所述可調(diào)諧振腔通過活塞改變腔體大小實(shí)現(xiàn)諧振頻率可調(diào)；所述可調(diào)諧振腔和偏置磁場(chǎng)(3)配合測(cè)試任一工作頻率和任一靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的有效線寬。
[0005]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述樣品為微波鐵氧體材料，其形狀包括但不限于圓球、圓盤和薄膜。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述樣品(I)放置于可調(diào)諧振腔(2)中心并通過支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述可調(diào)諧振腔(2)的表面設(shè)有電鍍層；其電鍍層包括但不限于金或銀。
[0008]作為本發(fā)明的進(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]本發(fā)明同時(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。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(B)中，調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)，通過特斯拉計(jì)獲取當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度；所述步驟(C)中，網(wǎng)絡(luò)分析儀獲得Q值和諧振頻率f0。
[0011 ] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):通過改變磁場(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。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):獲得不同頻率下Q值及諧振頻率f0和偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系O
[0013]作為本發(fā)明的進(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)；采用工作模式為TEOll的圓柱諧振腔；可調(diào)諧振腔(2)采用活塞改變腔體大小以改變諧振頻率。
[0014]本發(fā)明的有益效果是: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。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]一種有效線寬掃頻測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品及支撐結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧振腔、偏置磁場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀和特斯拉計(jì)；所述網(wǎng)絡(luò)分析儀的微波源提供一定頻率范圍內(nèi)掃描微波信號(hào)，經(jīng)可調(diào)諧振腔傳輸后回到網(wǎng)絡(luò)分析儀以獲得微波腔諧振曲線；樣品與可調(diào)諧振腔的微波磁場(chǎng)和偏置磁場(chǎng)相互作用，其磁導(dǎo)率反映在微波腔諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)值)上；特斯拉計(jì)用于測(cè)量偏置磁場(chǎng)的大?。豢烧{(diào)諧振腔通過電動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)節(jié)諧振頻率；所述可調(diào)諧振腔通過活塞改變腔體大小實(shí)現(xiàn)諧振頻率可調(diào)；所述可調(diào)諧振腔和偏置磁場(chǎng)(3)配合測(cè)試任一工作頻率和任一靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的有效線寬。
[0018]所述樣品為微波鐵氧體材料，其形狀包括但不限于圓球、圓盤和薄膜。
[0019]所述樣品(I)放置于可調(diào)諧振腔(2)中心并通過支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0020]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。
[0021 ] 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]本發(fā)明同時(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。
[0023]所述步驟(B)中，調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)，通過特斯拉計(jì)獲取當(dāng)前磁場(chǎng)強(qiáng)度；所述步驟(C)中，網(wǎng)絡(luò)分析儀獲得Q值和諧振頻率fO。
[0024]通過改變磁場(chǎng)，獲得當(dāng)前頻率下，Q值及諧振頻率fO和不同偏置磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0025]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。
[0026]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)。
[0027]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。
[0028]所述樣品放置于可調(diào)諧振腔中心，通過支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0029]所述可調(diào)諧振腔通過活塞改變腔體大小實(shí)現(xiàn)諧振頻率可調(diào)。
[0030]所述可調(diào)諧振腔采用銅、鋁等金屬，表面通過電鍍等工藝覆蓋金、銀等金屬。
[0031]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)。
[0032]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。
[0033]所述特斯拉計(jì)用于測(cè)量偏置磁場(chǎng)大小。
[0034]測(cè)試過程如下:
1、調(diào)整諧振腔