Performance Parameters
微波鐵氧體材料的主要性能參數

????????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、毫米波的統稱。微波鐵氧體按照晶體結構可制成多晶、單晶和薄膜等不同產品供器件使用,在實際應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)飽和磁化強度Ms
????????磁化強度M是描述磁性物質磁化程度和方向的物理量。磁化強度M的定義為單位體積內磁矩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飽和磁化強度Ms是飽和磁化狀態下的磁化強度。在國際單位制中磁化強度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度用4Ms來表示,單位是高斯(Gs或G)。4Ms關系到器件的低場損耗、頻寬及功率承受能力。對器件設計者來說飽和磁化強度4Ms是材料最重要的參數,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。器件設計者首先需要確定的材料參數就是4Ms。

鐵磁共振線寬示意圖

2)鐵磁共振線寬ΔH
????????鐵磁共振線寬ΔH是個反映磁化強度M進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恒磁場使之發生鐵磁共振,(H)共振吸收峰的半高所對應的兩個磁場之差。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。其中ε″和ε′分別為復數介電常數的虛部和實部。ε″與電阻率有關,電阻率越高則tanδε越小。與tanδε的關系為: tanδε =1/ρε′ω。

????????微波鐵氧體材料的介電損耗一般可達tanδε <(2~8)×10- 4水平。通常所說的介電常數指的是相對介電常數εr,εr =ε′/ε0 ,其中ε0為真空介電常數。人們常將相對介電常數εr簡稱為介電常數ε。微波鐵氧體在使用頻率下的介電常數一般為ε =12~16。

4)居里溫度θf和飽和磁化強度Μs的溫度系數αΜs
????????居里溫度θf,是指由于熱運動致使材料自發磁化消失的溫度, 即磁性材料由鐵磁或亞鐵磁狀態轉變為順磁狀態的臨界溫度。居里溫度也常記作Tc。溫度系數αΜs是材料溫度穩定性的一個重要標志。在給定溫度區間ΔT=T1–T2內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。

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描述的是共振點附近材料的損耗特性。然而大多數低場和高場????????器件的工作點遠離共振場,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強度Br與測量磁場Hm(5Hc10Hc)下最大磁感應強度Bm之比:R=Br/Bm。材料的矯頑力Hc關系到移相器的驅動電流,因此要求Hc要低。

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