RU22335U1 - Резонатор для измерения ширины линии резонанса спиновых волн гиромагнитных материалов - Google Patents

Description

Резонатор для измерения ширины линии

резонанса спиновых волн гиромагнитных материалов.

Заявляемая полезная модель относится к облаете измерительной техники и может быть использована для определения характеристик гиромагнитных матерналов, предназначеииьк для применения на сверхвысоких частотах.

Известны резонаторы для определения ширины линии резонанса спиновых волн.

Б I в 2 приведены конструкция полых прямоугольных резонаторов, предназначенных для измерения ширииы линии резоианса спнновых воли на частотах 9,3 ГГц и 8,75 ГГц. Недостаток данных резоиаторов заключается в том, что макснмальиая величина измеряемого критического СВЧ магинтиого поля ограничена «пробивными значением соответствующего электрического СБЧ поля. Щ}и зиачеиии последнего 29000 В/см максимальная величина критического СВЧ магнитного поля ограничена зиаяением 67 эрстед, что позволяет измерять малые и средние значения ширины линии резонанса спиновых волн. Для многих гиромагнитных магерналов, предназначенных для работ в СВЧ устройствах высокого уровня мощности, данная величина критического СВЧ магиитиого поля недостаточна

Для повышения измеряемых зиачеиий 1фитического СВЧ поля используют диэлектрические резонаторы 3. Резонатор, в котором возбуждается колебание Hoia, образованный керамнческнм цнлищфом, помещенным в короткозамкиутый прямоугольный волновод 3, выбран за прототип, поскольку ои является наиболее близким к заявляемому резонатору как по технической сущности, так и по совокупности существующих признаков. Керамический цилиндр прототипа выполнен из диэлектрика с относительиой диэлектрической проницаемостью, равиой 40, имеет диаметр 4,8 мм и высоту 3,8 мм. В центре керамического цилиндра имеется соосное отверстие днаиетром

2001126743 у

иришрш

МКИ: Н01р7

ь

1,3 мм, в центре которого помещается измеряемый гиромагнитный материал в виде , который фиксируется в этом положении с помощью полистирольиого стержия диаметром 1,3 мм. Керамический цилиндр вместе с установленным н зафиксированным шаром помещается во фторопластовый дqpжaтeль и размещается в цеитре прямоугольного волновода сечеиием 23x10 мм на расстоянии около Я/2 от короткозамыкающего поршня, где X -длина волны в волноводе. Указанный резонатор позволяет напряженность СВЧ магнитного поля в месте расположения не менее 200 эрстед, что обеспечивает возможность измерения практически всех возможных значений щирнны линии резонанса спнновых волн гиромагнитных матерналов. Недостаток данного резонатора заключается в том, что величина СВЧ магнитного по.пя в месте расположения не может быть определена расчетным путем ввиду О1сз ствня соответствующей анаянтнческой зависимости. В связи с этим измерение критического СВЧ магнитного поля осуществляется косвенным методом, путем калнбровкн резонатора по образцу с известным значением 1фнтнческого СВЧ магнитного поля, в результате чего устанавливается зависимость между критическим СВЧ магннтньш no.iieM н подводнмой к резонэтору мощностью. При этом предполагается, что все остальные параметры резонатора при последующих измереииях иа других образцах останутся постоянньо1Н. Такая процедура, в частностн, не позволяет учнтьшать нзмеиение коэффициента стоячей волны резонатора 1, что приводит к неопределенностн результатов нзиерення 1фитических СВЧ магнитных полей и ширины линии резоианса спиновых воли.

Задачей предлагаемой полезиой моде.1ш является создание резонатора, обеспечнвающего знаяеннй СВЧ магннтного поля в месте расположення нзмеряемого образца не менее 200 эрстед н позволяющего определить аналнтическую зависимость между величиной СВЧ магиитного поля, подводимой к резонатору СВЧ мощиостью и остальшэши п аметрами резоиатора, включая, в частностн, н велнчнну коэффициента стоячей волны резонатора 1.

Эта задана решается теи, что короткозамкнутый волновод вьшолнен в виде цилиндра со сквозньш центральным отверстнем, образующим запредельный волновод на частоте нзмерення, усеченного плоскостью, параллельной осн цнлнндра, прн этом херамнческнй цнлнщф установлен без зазора внутрн центрального отверстня на одинаковом расстоянии, превышающем радиус центрального отверстия, от короткозамкнутых торцов цнлнндра, а в плоской стенке цнлнндра, образованной в результате его сечення, вьшолнено атверстне для обеспечения связн резонатора с волноводной лннней передачи.

Техннческнй результат полезной модели заключается в возможностн нзмерення всех возможных знаяеннй шнрнны линнн сннновых волн гнромагнитных матерналов с заданной погрешностью, определяемой докзгментамн Междун1фодной электротехннческой комнссней (МЭК) 1.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируют фиг.1 и фиг.2, на которых соответственно приведены внд спереди н внд сбоку заявляемого устройства я фнг.З, ще показано сечение по линии АА вида спереди. Устройство состоит из металлического цнлнщфнческого корпуса 1. внутрн которого имеется соосное центральное отверстне 7, образующее запредельный волновод на частоте нзмерення. Металлический цнлннф усечен плоскостью, пг аллельной его осн, в результш е чего образована плоская стенка 8, к которой пристыкован фланец 15 волноводной линии передачи 14. В центре плоской стенкн 8 имеется отверстне 13 для связи резонатора с волноводной лннней передачи 14. Керамический цшшн; ф 2 установлен без зазора внутри в центре цен траяьнсго шверсгня 7, образуя одинаковые запредельные волноводы длиной f, между керамическим цшшндром 2 н короткозамкнугымн торцами цнлнидрического корпуса 1. Прн этом указанная длииа i до.11жиа быть ие менее радиуса R цеитральиого отверстия 7. Замыкание торцов цилиндрического корпуса 1 осуществляется пластннамн 5 н 6. В аоследнем имеется отверстие 9 для ввода измеряемого образца 4 и установки

3

фиксирующего полистиролового стержия 11. В кераынческом цилшцфе 2 имеется цашральиое отверстие 3, в которой устаиавливается измеряемый материал в форме 4, который фиксируется в нём полнстироловым стержием И. Полистироловая втулка 10 предназиачеиа для направления mqja 4 при его устаиовке н удапенни из керамического цилищфа 2.

Для резоиатора, взобр сеииого ва фиг.1, фвг.2 н фвг.З велвчива 1фитвческого СВЧ магиитиого иоля в эрстедах может бьпъ определеиа ио формуле:

79,6 (l4-KCB.A где РОТДQHКС&яА-y.(2«.f)-W-Jo()-/r. Ж L

П sin(, )

где /j (2я-- f ) -е-

( ;

X р ;

R - радиус керамического цшгаидрав метрах;

ь 7 3 А СВЧ мощиость, подводимая к резоиатору, в ваттазг, иагружеииая добротиость резоиатора; коэффициеит стоячей волиы резоиатора ири резоиаисе; коэффициеит заполиеиия. (Г2)сЬ(Д sm(/jA)

- расстояние от керамического цнлвифа до короткозамыкающих пластии в метрах;

1 - Ф

SQ -- 10 - - диэлектрическая проницаемость Зоя м

гн - - магаитная проницаемоегь воздуха;

г относительная днэлекгрнческая проницаемость керамического цилиндра; JD (хВ.) - функция Бесселя нулевого порядка; sb; ch - гиперболические синус я косинус.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Образец в форме шара помещается в керамический резонатор 2 и фиксируется лолистироловьш стержнем И. Через волиоводиую лииию передачи 14 на резоиатор поступают импульсы СВЧ колебаний. Цри минимальной мощности импульсов СВЧ колебаний настраивают частоту источника СВЧ колебаний на резонансную частоту резоиатора по мииимальиому уровию импульсов СВЧ колебаиий, отраженных от резонатора Плавно з еличквая мощность импульсов СВЧ колебаний опргде.тлют момент наступления «скола импульса СВЧ колебаний и определяют при этом значеиие мощиостн источинка СВЧ колебаний, поступающей в линию передачи 14 и воличииу коэффициента стоячей волны резонатора (КСВн), Затем по формуле (2) вычисляют зиаяения 1фитического СВЧ поля, предв ительно вычислив по известиьш значениям пя|)аметров резонатора (резонансной частоты, величины рациуса R керамического цнлиндра 2, высоты керамического цнлнщфа h, его относительной днэлектрической проиицаемостн в и расстояния до торцов цилиндра ), значение коэффициента заполиеиня А по формуле (2) н нзмерив величииу нагруженной добротностн резоиатора QH в соответствии с методикой, изложенной в 5. По формуле , указанной в 1, может бьпъ определена величииа ширины лииин резонанса синновой волны измеряемого материала.

Приведенная аиалнтнческая зависимость между величиной {фнтнческого СВЧ магнитного поля (1), измеряемыми параметрами Рдад; KCBj,; QH и параметрами резоиатора, определяемыми коэффициентом заполиеиия А (2) позволяют в соответствнн с 1 определить значения порогового СВЧ магнитного поля н ширины лниии резонанса спиновых воли гнромаг-нитиых материалов с заданной погрешностью.

.

Цредлагаемое устройство выполнено в ваде опьпных образцов резонгсгоров, имеющих резонансную частоту 9,375 ГГц. Прн этом радиус керамического цилиндра R равен 7 мм, высота h равна 6,4 мм, а расстоянне от торцов цнлнндра I равно 9,0 мм. Днаметр отверстия в керамическом цилыидре равеи 1.1 мм. Наружный диаметр солистироловой втулки 3 мм, внутренний-1,2 мм. Диэлектрическая проницаемость керамического цилиндра равна 10, диаметр отверстия связи равен 5,6 мм. Значение нагруженной добротности около 800 при КСБ « 1,4 в режиме недосвязанного резонатора. Исныганне образцов резонаторов показали, что заданное зиачеине погрешности измерения ширины лииии резонанса спиновых воли 1 может бьпь обеспечено во всем диапазоне измеряемых критических СВЧ полей (до 200 эрстед) при соответствующих требованиях к погрешностям измерения Рцяд; КСВн; QH

Изготовление предлагаемого устройства предполагает нспользо&аяве .к технологических процессов и технологического оборудования, что свидетельствует о возможностн промышленной реализацнн полезной моделн. / 6 1.Мето;:р 1 измерения параметров гнромагннтных материалов, предазначенных для применения на сверзшысокнх частотах. Стандарт МЭК. Пзбликзцпя 556 1984г., с. 48 -ь 56. 2.Y.T. Zbaog и др. Измерение порога неусгойчнвсстн спиновой волны he в СВЧ ферритах. «Приборы для ночных исследований 1987г., сгр. 104-109. 3.Исследование пороговых свойств ферритов. Отчет УДК 06263:519-72 Киевского госуд ствеиного университета им. Т.Г. Шевченко 1990 г., с. 6+12. 4.ЕЮ. Капилевич, Е.Р. Трубехин Волноводно-диэлектрические фильтрующие стй ктуры. Справочник изд Радио и связь. М. 1990г., с. 10-s-ll 5.Э.Л. Гинзтон. Измерения на сантиметровых волнах. Изд Иностранной литературы М. 1960г., с.5074-512 ЛИТЕРАТУРА.

Claims (1)

1. Резонатор для измерения ширины линии резонанса спиновых волн гиромагнитных материалов, содержащий короткозамкнутый волновод, внутри которого установлен керамический цилиндр с отверстием для введения в него измеряемого образца и механизмом фиксации измеряемого образца, отличающийся тем, что короткозамкнутый волновод выполнен в виде цилиндра со сквозным центральным отверстием, образующим запредельный волновод на частоте измерения, усеченного плоскостью параллельной оси цилиндра, при этом керамический цилиндр установлен без зазора внутри центрального отверстия на одинаковом расстоянии, превышающем радиус центрального отверстия, от короткозамкнутых торцов цилиндра, а в плоской стенке цилиндра, образованной в результате его сечения, выполнено отверстие для обеспечения связи резонатора с волноводной линией передачи.