Performance Parameters
微波鐵氧體材料的主要性能參數(shù)
????????微波是指頻率為300MHz~300GHz的電磁波,是無線電波中一個有限頻帶的簡稱,即波長在1毫米~1米之間的電磁波,是分米波、厘米波、毫米波的統(tǒng)稱。微波鐵氧體按照晶體結(jié)構(gòu)可制成多晶、單晶和薄膜等不同產(chǎn)品供器件使用,在實(shí)際應(yīng)用中以多晶材料為主。其中,石榴石型鐵氧體適用于P-X頻段器件,尖晶石鐵氧體適用于X-Ku頻段器件,六角晶系鐵氧體適用有高內(nèi)場要求的諧振式毫米波器件。
代碼 | P | L | S | C | X | K | Q | V |
頻率/MHz | 225-329 | 390-1550 | 1550-3900 | 3900-6200 | 6200-10900 | 10900-3600 | 3600-4600 | 46000-56000 |
標(biāo)稱波長 | 分米波 | 20厘米 | 10厘米 | 5厘米 | 3厘米 | 1.25厘米 | 毫米波 | 毫米波 |
1)飽和磁化強(qiáng)度Ms
????????磁化強(qiáng)度M是描述磁性物質(zhì)磁化程度和方向的物理量。磁化強(qiáng)度M的定義為單位體積內(nèi)磁矩m的矢量和,即在體積元V中包含了大量的磁偶極子,每個磁偶極子都具有元磁矩m,M 可表示為M = (m)/V飽和磁化強(qiáng)度Ms是飽和磁化狀態(tài)下的磁化強(qiáng)度。在國際單位制中磁化強(qiáng)度Ms的單位為安/米(Am-1),與磁場H的單位相同。在高斯單位制中飽和磁化強(qiáng)度用4Ms來表示,單位是高斯(Gs或G)。4Ms關(guān)系到器件的低場損耗、頻寬及功率承受能力。對器件設(shè)計(jì)者來說飽和磁化強(qiáng)度4Ms是材料最重要的參數(shù),不同頻段的器件需要選擇不同的4Ms,工作在同一頻段的不同類型器件如高場器件、低場器件及高功率器件等對材料4Ms的要求也不一樣。器件設(shè)計(jì)者首先需要確定的材料參數(shù)就是4Ms。
2)鐵磁共振線寬ΔH
????????鐵磁共振線寬ΔH是個反映磁化強(qiáng)度M進(jìn)動過程中所受到的阻尼的宏觀物理量。ΔH的定義為在固定頻率下改變外加穩(wěn)恒磁場使之發(fā)生鐵磁共振,(H)共振吸收峰的半高所對應(yīng)的兩個磁場之差。如,圖4中的線寬ΔH=H2 -H1。ΔH小則吸收曲線尾部對插入損耗的影響就小,ΔH關(guān)系到器件的正向損耗和工作帶寬,希望它越窄越好。
3)介電損耗tanδε和介電常數(shù)ε
????????介電損耗角正切tanδε = ε″/ε′是用來表示微波頻率下材料介電損耗的參數(shù)。其中ε″和ε′分別為復(fù)數(shù)介電常數(shù)的虛部和實(shí)部。ε″與電阻率有關(guān),電阻率越高則tanδε越小。與tanδε的關(guān)系為: tanδε =1/ρε′ω。
????????微波鐵氧體材料的介電損耗一般可達(dá)tanδε <(2~8)×10- 4水平。通常所說的介電常數(shù)指的是相對介電常數(shù)εr,εr =ε′/ε0 ,其中ε0為真空介電常數(shù)。人們常將相對介電常數(shù)εr簡稱為介電常數(shù)ε。微波鐵氧體在使用頻率下的介電常數(shù)一般為ε =12~16。
4)居里溫度θf和飽和磁化強(qiáng)度Μs的溫度系數(shù)αΜs
????????居里溫度θf,是指由于熱運(yùn)動致使材料自發(fā)磁化消失的溫度, 即磁性材料由鐵磁或亞鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)的臨界溫度。居里溫度也常記作Tc。溫度系數(shù)αΜs是材料溫度穩(wěn)定性的一個重要標(biāo)志。在給定溫度區(qū)間ΔT=T1–T2內(nèi)αΜs的定義為:αΜs=ΔΜs/ΔTΜs(RT),其中ΔΜs=Μs(T1)–Μs(T2),Μs(RT)為室溫下的Μs值。
5)自旋波線寬ΔHk
????????Hk是對微波鐵氧體峰值功率承受能力的度量。Hk越大則高功率的承受能力就越強(qiáng)。
6)有效線寬ΔHeff
????????有效線寬Heff是個沿襲“線寬”概念用以表示材料微波損耗的物理量。共振線寬H描述的是共振點(diǎn)附近材料的損耗特性。然而大多數(shù)低場和高場????????器件的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離共振場,這時器件的損耗主要取決于材料的有效線寬ΔHeff。
7)剩磁比R和矯頑力Hc
????????移相器、開關(guān)等鎖式器件要求材料的磁滯回線要具有良好矩形度,即要求剩磁比R高,剩磁比R的定義是是剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br與測量磁場Hm(5Hc10Hc)下最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm之比:R=Br/Bm。材料的矯頑力Hc關(guān)系到移相器的驅(qū)動電流,因此要求Hc要低。