МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Основными параметрами, характеризующими свойства фер­ритов на СВЧ, являются компоненты тензора магнитной прони­цаемости р и диэлектрическая проницаемость е. Техника измерения этих параметров сложна, связана с громоздким рас­четным аппаратом и, что самое существенное, переход от полу­ченных величин к интегральным, результирующим параметрам ферритовых деталей, применяемых в конкретных устройствах, затруднителен и не отличается высокой точностью. Поэтому обычно основными являются измерения параметров феррито­вых вкладышей в реальных волноводных конструкциях. К та­ким измерениям относятся измерения угла поворота плоскости поляризации, затухания электромагнитной энергии при прохож­дении через феррит, фазового сдвига и некоторых других пара­метров.

Поскольку результирующее взаимодействие феррита с рас­пространяющейся через него электромагнитной волной зависит не только от самого феррита, но и от параметров волноводной системы, а также от геометрии ферритового вкладыша, то по­лученная таким образом информация весьма ограниченно ха­рактеризует феррит как материал. Всегда существует вероят­ность того, что, сделав отрицательное заключение о феррите, не определили оптимальную геометрию устройства.

Методы и аппаратура, применяемые для измерений на СВЧ, очень своеобразны [JI. 48]. В настоящей книге нет возможности подробно рассматривать эти вопросы, поэтому ограничимся только некоторыми примерами, которые позволят получить об­щее представление об этой области измерений.

Измерение угла поворота плоскости поляризации А 9П {град) осуществляется по измерению ориентации эпюры поля электромагнитной волны, прошедшей через участок волновода с ферритом. Измерения производят на установке, принципиаль­ная блок-схема которой изображена на рис. 103.

Для обеспечения требуемой точности измерений порядка ±2° специальные элементы круглого волновода и переходы должны обладать хорошей симметричностью и не вносить за­метных отражений в тракт. С этой же целью в схему вводятся развязывающие вентили.

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Рис. 103. Блок-схема установки для измерения угла по­ворота плоскости поляризации: 1— СВЧ генератор; 2 — вентиль; 3— волномер; 4 — аттенюа­тор; 5 — измерительная линия; 6 — индикатор; 7 — волновод с испытуемым ферритом; 8 — электромагнит; 9 — вращающийся волновод с лнмбом; 10 — детекторная секция; 11 — индикатор;

12 — переход с прямоугольного на круглый волновод

При измерениях может быть использована стандартная ап­паратура: в трехсантиметровом диапазоне — генератор типа 51-И или ГС-624; волномер типа 35-ИМ; измерительная линия типа ИВЛУ-140 или 33-И; индикатор типа 28-И; измеритель ма­лой мощности типа ВИМ-1; измеритель большой мощности ти­па ИМ-4; прочие элементы из комплекта измерительной аппа­ратуры типа 52-И. В десятисантиметровом диапазоне может быть использован генератор типа ГС-38 или ГСС-27; волномер типа ВСТ-10; измерительная линия типа Р1-11; индикатор типа 28-И; измеритель малой мощности типа ИММ-5; измеритель большой мощности типа ИМ-4; прочие элементы из комплекта измерительной аппаратуры типа ЭО-1.

Вначале (до установки испытуемого образца), поворачивая вращающийся волновод 9 с детекторной секцией, замечают положение 9i, соответствующее максимальным показаниям индикатора 11. Затем, установив испытуемый образец и нужное подмагничивающее поле, определяют новое положение 02, соот­ветствующее максимальной амплитуде электрического поля. Ве­личина угла поворота плоскости поляризации определяется раз­ностью отсчетов по лимбу

Д9П = 62 - Oj.

Хорошие ферриты обеспечивают угол поворота, равный 45°, при подмагничивающем поле порядка десятка эрстед и менее и потерях 0,1—0,2 дб.

Измерение затухания р(дб) осуществляется определением затухания электромагнитной волны, прошедшей через участок волновода с ферритом и производится на установке, принципи­альная блок-схема которой изображена на рис. 104, методом сравнения или замещения с помощью калиброванного аттеню­атора. При измерениях используется стандартная измеритель­ная аппаратура, указанная выше.

Вначале (без измеряемого образца феррита) с помощью ка­либрованного аттенюатора 9 устанавливают и отмечают по ин­дикатору 11 некоторый начальный уровень мощности. Затем устанавливают волновод с ферритом, требуемое намагничиваю­щее поле и с помощью того же аттенюатора 9 восстанавливают

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Рис. 104. Блок-схема установки для измерения потерь:

1 — СВЧ генератор; 2 — вентиль; 3 — волномер; 4 — аттенюатор; 5 — измерительная линия; 6—индикатор; 7 — волновод с испы­туемым ферритом; 8 — электромагнит; 9 — калиброванный атте­нюатор; 10 — детектор; И — индикатор

Начальные показания индикатора 11. Величину потерь опреде­ляют по разности показаний |3 = Pi—рг аттенюатора 9. Измери­тельная линия используется для контроля отражений от ферри­та с целью учета потерь на отражение р0, которые определяют­ся по формуле

Р0= LOlg(l-r),

Где Г—коэффициент отражения от феррита по мощности.

Схема позволяет измерять средние и высокие потери от 0,5—1,0 дб и выше.

Для измерения малых потерь порядка 0,1—0,2 дб идея мето­да остается той же, т. е. сравнение сигналов, проходящих через пустой волновод и волновод с ферритовым образцом, но для по­вышения чувствительности применяются балансные или диффе­ренциальные схемы. Такая схема, например, изображена на рис. 105.

В этой схеме на дифференциальном трансформаторе 13 про­исходит вычитание сигналов, поступающих из плеча III и из идентичных плеч I и II, поочередно подключаемых с помощью переключателей 9. В начале измерения (до установки испыту­емого образца) при изображенном на рисунке положении I пе­реключателей 9, схему балансируют с помощью аттенюаторов 4. Затем, установив измеряемый образец, нужное подмагничи-
вающее поле и заметив показания индикатора 11, переключают переключатели 9 в положение II. Далее с помощью калибро­ванного аттенюатора 12 определяют измеряемые потери. Схема обеспечивает точность измерений не ниже 3—5%.

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Рис. 105. Блок-схема установки для измерения малых потерь:

1 — СВЧ генератор; 2—вентиль; 3— волномер; 4— аттенюатор; 5 — измерительная линия; 6 — индикатор; 7 — волновод с испы­туемым ферритом; 8 — электромагнит; 9 — переключатель; 10 — детекторная секция; 11 — индикатор; 12 — калиброванный атте­нюатор; 13 — дифференциальный трансформатор

Измерение фазового сдвига А<р (град) осуществляется срав­нением фазы электромагнитной волны, проходящей через вол­новод с ферритом, с постоянной фазой волны произвольной точки тракта до испытуемого волновода. Измерения могут осу­ществляться двумя способами: в режиме бегущей волны и в режиме стоячей волны[84].

6

8

1

1

5J—

7

В первом случае измерения производят на установке, прин­ципиальная блок-схема которой изображена на рис. 106.

В измерительной линии 5, нагруженной на согласованную нагрузку 10, устанавливается бегущая волна, поле которой ха­рактеризуется постоянной амплитудой и линейным изменением фазы, равным

= т—Л/ [град. эл], (104)

Где - j фазовая постоянная, град, эл/см;

Лв

А, ц — волноводная длина волны, см; АI — перемещение вдоль линии, см. На детекторе 9 измерительной линии происходит смешение сигналов, поступающих непосредственно от генератора помимо

Участка с ферритом и прошедшего участок волновода с ферри­том. В начале измерения до установки в волновод испытуемого образца феррита, перемещая зонд измерительной линии, по ми­нимальной индикации определяют положение точки, в которой фазы складываемых сигналов будут противоположными. За­тем, установив феррит и требуемое подмагничивающее поле, отыскивают новое положение этой точки. Смещение А/ этой точ­ки дает искомый сдвиг фазы волны, прошедшей через феррит.

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Рис. 106. Блок-схема установки для измерения сдвига фазы методом бегу­щей волны: 1 — СВЧ генератор; 2 — вентиль; 3 — вол­номер; 4 -+- аттенюатор; 5 — измерительная линия, переделанная для фазовых измере­ний; 6 — индикатор; 7 — волновод с испы­туемым ферритом; 8 — электромагнит; 9 — детектор измерительной линнн; 10 — согла­сованная нагрузка

Второй способ рекомендуется тогда, когда отсутствует спе­циально переделанная для фазовых измерений измерительная линия или такая переделка вообще нежелательна, например в миллиметровом диапазоне.

В этом случае измерения производят на установке, блок-схе­ма которой изображена на рис. 107. В измерительной линии 5, питаемой с обоих концов сигналами, один из которых проходит участок с ферритом, происходит их сложение и устанавливает­ся стоячая волна. Методика измерения идентична методике ре­жима бегущей волны, а искомый фазовый сдвиг определяется выражением

Д<р = 2 — М [град. эл\. (105)

Обозначения в выражении (105) те же, что и в (104), а ко­эффициент 2 вызван удвоением скорости изменения фазы, опре­деляемым наличием двух волн. Для повышения точности все отсчеты по измерительной линии производятся методом «вил­ки». Точность измерения составляет 2—4°.

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Рис. 107. Блок-схема установки для измерения сдвига фазы методом стоячей воды:

1 — СВЧ генератор; 2 — вентиль; 3 — вол­номер; 4 — аттенюатор; 5 — измерительная линия; 6 — индикатор; 7 — волновод с ис­пытуемым ферритом; 8 — электромагнит

Измерение магнитной и диэлектрической проницаемостей, тангенса угла магнитных и диэлектрических потерь, ширины резонансной кривой и величины порогового поля. Известно мно­го методов измерения этих параметров, но наибольшее распро­странение получили волноводные и резонаторные методы изме­рения. Принцип их заключается в том, что исследуемый мате­
риал заполняет частично или полностью волновод или резона­тор. Измерения сводятся к измерениям таких высокочастотных параметров, как волновое сопротивление, постоянная распрост­ранения, коэффициент отражения, собственная частота резона­тора и др.

Усовершенствованием этой методики явилось применение для измерения параметров ферритов стандартных измерителей диэлектриков, например типа 36-И.

Измерения параметров ферритов на высоком уровне СВЧ мощности является обязательным для всех ферритов, использу­емых в устройствах, работающих при повышенной мощности. Принципы измерения остаются в основном теми же. Но так как стандартная измерительная аппаратура для измерений на вы­соком уровне мощности отсутствует, то в схеме применяются так называемые направленные ответвители, которые ответвля­ют в измерительную цепь очень незначительную часть мощно­сти основного тракта (например, Ю-6).

Измерение температурных параметров, статических магнит­ных параметров и влияния механических факторов на свойства ферритов. Важными параметрами, определяющими качество феррита, являются его температурные свойства. Эти свойства не только непосредственно определяют условия работы ферри­та с точки зрения температуры окружающей среды, но и игра­ют решающую роль для устройств высокого уровня мощности, в которых ферритовые вкладыши находятся в особо тяжелых условиях из-за значительной величины рассеиваемой в них СВЧ мощности.

Измерение зависимости свойств ферритов для СВЧ от тем­пературы осуществляются обычными методами с помощью об­разцов из исследуемого материала, например, в форме колец, помещаемых в специальный термостат.

Эти измерения, в противоположность большей части пред­шествующих измерений, предоставляют достоверные сведения о свойствах самого материала. Однако, как и в случае измере­ния высокочастотных параметров, обязательно проводятся тем­пературные исследования ферритовых деталей в реальных кон­струкциях. Это замечание относится и к проведению прочих климатомеханических испытаний ферритов.

В заключение можно отметить, что перечисленные парамет­ры и их измерения далеко не исчерпывают область измерений свойств ферритов для СВЧ. Значительное число параметров, на­пример, параметры ферромагнитного и естественного резонанса, магнитокристаллографической анизотропии, компонент тензора магнитной и диэлектрической проницаемости, являются предме­том обширной области специальных измерений свойств СВЧ фер­ритов. Однако в большинстве случаев разработок практически ограничиваются измерениями, рассмотренными выше.

[1] Единицы системы СГСМ в области магнитных явлений совпадают с единицами системы СГС (системы Гаусса).

[2] В дальнейшем при пересчетах примем, что 1 э = 80 а/м.

[3] Обычно говорят «магнитная проницаемость».

[4] Часто пользуются понятием «ампервиток».

[5] Подробнее см. в [Л. М—15 и др.].

[6] Магнитным моментом, создаваемым ядром атома, практически мож­но пренебречь.

[7] Здесь и далее под спинами понимают спиновые магнитные моменты.

[8] Обычная полировка не позволяет выявить домены из-за наличия в образце наклепа.

[9] Или зависимости J — [(H).

[10] Ландау Л. Д. Sow. Phys. 4,675 (1933).

[11] Shul С. and Smart J„ Phys, Rev. 76, 1256 (1949).

[12] Эту точку иногда называют точкой Нееля.

[13] Известны также и другие ферриты, например феррит одновалентного металла лития.

[14] См., например, [Л. 13, стр. 231].

[15] В дальнейшем симметричную петлю будем называть петлей гистерезиса.

[16] Потери, отнесенные к 1 кг массы, называются удельными потерями.

[17] Слово «нормальная» принято опускать.

[18] Подробно этот вопрос рассмотрен, например, в [Л. 6].

[19] См. по этому вопросу в журнале «Заводская лаборатория», 1963.

[20] Строго говоря, намагниченность насыщения Js зависит и от величины поля.

[21] При нерацнонализоваином виде уравнений в системе СГСМ.

[22] Например, в электромагнитных приборах пермаллой для сердечников подвижной части применяют прежде всего вследствие малой величины Нс, а не из-за легкости намагничивания.

[23] Немагнитные стали и чугуны не рассматриваются.

[24] Название складывается из первых букв названия фирмы «American Rolling Mill Company», впервые начавшей выпускать этот материал.

[25] Для железа р = 0,1 ом ■ мм2/м.

[26] Gertz М„ Journ. Appl. Phys., v. 22, 1951, N. 7.

[27] Goss, Trans. Am. Soc. Met., 1935, N. 23, p. 511—544.

[28] Незначительное упорядочение кристаллитов и связанная с этим ани­зотропия свойств наблюдается и при горячей прокатке-

[29] Проблемы производства и применения электротехнических сталей. Ма­териалы совещания. Свердловск, 1960.

[30] Всего ГОСТ 802—58 и ГОСТ 9925—61 предусматривает выпуск сталей 31 марки.

[31] ГОСТ 10160—62. Сплавы железоникелевые с высокой магнитной прони­цаемостью. Срок введения 1 /VII 1963 г.

[32] Селисский Я. П. и Матвеев Г. А. Магнитная проницаемость некоторых материалов в слабых нолях звуковой и надзвуковой частоты. «Электриче­ство». 1948, № 9.

[33] Например, для сплавов 79НМ и 80НХС выше 1100° С [JI. 25].

[34] Пример заимствован и і [Л. 3],

[35] Эффективной (действующей) магнитной проницаемостью Цэфф назы­вается отношение эффективных (действующих) значений магнитной индукцни и напряженности магнитного поля.

[36] Аналогичным путем вводят понятия температурного коэффициента маг­нитной индукции, коэрцитивной силы и т. п.

[37] Обратимая проницаемость определяется для фиксированного значения

А В

Постоянного поля из выражения Mr"—Т7, (пРи Д//->- 0).

[38] Polder D„ The Proc. of the Inst, of Elect. Eng., p. 2, v. 97, 1950, April, N. 56, p. 246.

[39] См., например, Матвеев Г. А. и Хомич В. И. Катушки с ферритовыми сердечниками. Госэнергоиздат, 1962; Алпатов Н. И. Ферриты в электронных схемах. Воениздат, 1962.

[40] Можно применять шаровые мельницы, однако это значительно удлиняет процесс.

[41] Евсеев В. И. Некоторые вопросы технология изготовления ферритов. Труды Первой межвузовской конференции по современной технике диэлектри­ков и полупроводпиков. Ленинград, 1957.

[42] В самое последнее время некоторые ТУ нормируют эти свойства.

[43] Бойко В. Ф. ЖФХ, 1952, стр. 32, № 1.

4 А. А. Преображенский

[44] Си го № 006 имеет 10 000 отверстий на I см2.

[45] Часто вместо понятия V пользуются коэффициентом заполнения Р, равным в процентном выражении (100—V%).

[46] Эгот вопрос рассмотрен, например, в [Л. 7].

[47] Гордон А. В. и Сливинская А. Г. Электромагниты постоянного тока. Гос энергоиздат, 1960.

[48] В схематическом виде эта диаграмма была построена в 1933 г. Кесте­ром.

[49] Обозначение «р-фазы» было введено Брэдли и Тейлором для фаз с ре­шеткой объемноцентрированного куба.

[50] На рис. 63 вместо (ВН) шах представлена пропорциональная ей вели­чина Вг Н с ■

[51] Немецкий стандарт на материалы для постоянных магнитов (ЈWV17410, проект) даже нормализирует этот метод, предусматривая марки­ровку сплавов одного и того же состава буквой «К» (с повышенной Нс) или буквой «R» с повышенной ВГ).

[52] ГОСТ 9575—60 рассмотрен в конце данного параграфа.

[53] Остальное железо.

^ А. А. Преображенский

[54] До последнего времени кремний использовался в сплаве АНК для по­вышения Н с. Однако этот сплав содержит много никеля (33%) и в настоящее, время вытесняется другими марками.

[55] Eveling D. a. Burr A., Jcurn. of Metals, v. 5, 1953, N. 4, p. 537.

[56] Например, АНК—алюминий, никель, кремний; АНКо4 — алюминий, никель, кобальт; 4 — четвертая марка, отличающаяся от других подобных ма­рок процентным содержанием кобальта.

[57] Стоимость 1 кг сплава ЮНД4 равна 1,55 руб., сплава ЮНДКІ5 — 6,6 руб. и сплава ІОНДК24—10 руб.

[58] Шекалов А. А. Новые материалы для постоянных магнитов. Изд-во ЛДНТП, 1960.

[59] Альтман А. Б. Физика металлов и металловедение, т. 4, 1957, № 1.

[60] Иногда применяют жидкие связки.

[61] Пейн Т. Магнитные свойства мелких частиц. Сб. «Магнитные свойства металлов и сплавов». Изд-во иностр. лит-ры, 1961.

[62] В самое последнее время начали применять сухое прессование магни­тов БА при высоких удельных давлениях без органического пластификатора.

[63] Для БА кривые возврата для точек выше (ВН) шах совпадают с кри­вой размагничивания, а для точек ниже (ВЯ)шах идут параллельно.

[64] Данные приведены для стали EX.

[65] Martin D. L. and Geisler А. Н. Journal Appl. Phys., 1952, 24, p. 498.

[66] Иногда этот параметр называют относительной остаточной индукцией.

[67] В самое последнее время для ряда ма, рок ферритовых сердечников приняты новые обозначения. Число, стоящее перед буквами, соответствует ко­эрцитивной силе материала в эрстедах. Например, сердечник из материала ВТ-1 обозначается 1,ЗВТ.

[68] Магнитооптические явления подробно рассмотрены, например, в [Л. 37].

[69] В настоящем параграфе индекс «0» означает величины, относящиеся к

[70] Практически на СВЧ требование малости hf в большинстве случаев удовлетворяется.

[71] Баллистический, мостовой и осциллографический методы являются раз­новидностями инд> кционного.

[72]

[73] Эффект Холла наблюдается также и для проводников, но для них он весьма мал.

[74] При низких частотах возможны измерения и в сравнительно больших полях.

[75] Для образцов с отношением длины к диаметру больше 500—100 поправ­ка на коэффициент размагничивания составляет десятые доли процента и ею в большинстве случаев можно пренебречь.

[76] Дружинин В. В. [и др.]. Аппарат для измерения удельных потерь и маг­нитной индукции электротехнической стали на целых листах. «Вестник элект­ропромышленности», 1958, № 7.

[77] Режим термической обработки указан в приложении к ГОСТ 10160—62.

8 А. А. Преображенский

[78] Чернышева Н. Г. Установка для испытаний образцов ферромагнитных материалов в диапазоне частот 20 кгц — 1 Мгц. Труды ВНИИМ. Стандарт - гиз, i960, вып. 43 (103).

[79] См., например, Грохольский А. Л. Исключение поірешности измерителя добротности типа КВ-1. «Измерительная техника», 1960, № 10.

[80] Высокочастотный пермеаметр для испытания ферритовых сердечников. Экспресс-информация Сер. «Контрольно-измерительная техника», вып. 34 (№ 130—133), 1958, IX.

[81] Ягола Г. К. и Чернышев Е. Т. Определение коэрцитивной силы в разом­кнутой магнитной цепи. Труды ВНИИМ, вып. 18 (34), 1938.

[82] Ферротестер разработан в Новочеркасском политехническом институте.

[83] Офснгендсн Р. Г. и Серман В. 3. Автомат для сортировки ферритовых сердечников. Сб. «Вопросы вычислительной техники», ГИТТЛ, 1961.

[84] Режим бегущей волны соответствует работе генератора на согласован­ную нагрузку, когда в линии распространяется только одна волна, «бегущая» в сторону нагрузки. В противоположность этому режим, при котором в линии имеют место отражения, т. е. распространяются две взаимно противополож­ные волны, называется режимом стоячей волны.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Fe — Ni — Al. СВОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Сплавы на основе Fe — Ni — Al являются важнейшими сов­ременными материалами для постоянных магнитов. Они были открыты в 1932 г. и с тех пор интенсивно изучаются и совершен­ствуются. Большой …

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Л. Л.ПРЕ06РЛЖЕНСКИН. ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПОВЕДЕНИЕ ТЕЛ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЛЛ агнитное поле возникает при изменении электрического поля, в частности, в результате движения электрических зарядов. Движение …

НЕКОТОРЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СТАЛЕЙ И ПЕРМАЛЛОЕВ

Основными технологическими операциями, выполняемыми при изготовлении магнитопроводов из лент или листов являются: рез­ка ленты или штамповка пластин, электроизоляция витков или пластин между собой, навивка сердечников или сборка пакетов. Во всех …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.