книги из ГПНТБ / Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях

ности

измерительного контура

б у д е т

Г)

п

V 1 +

(0.5^лг/^рд)

/1 с п \

У з - У в л

1 + ( Г и н / Г в л )

'

( L 5 y >

где

гал

— сопротивление потерь

в измерительной

обмотке,

QB J I

=

VLBalCQ,irV!l

— добротность резонансного

контура

без

пленки.

Выражая дифференциальные

индуктивные параметры

уравнение

(1.59) для Л т < 1

приводим

к виду

V

1 +

^вл

1 - й !

QBJI

\-П

I i

(1.59а)

1 +

для Д т >

1:

^•нл

1

Овл

(1.596)

1

1

4-

( Л , - 1 ) '

г де

vB J I = ( C Q Z B J - 1 / 2 — резонансная

частота

измеритель­

ного контура без пленки.

На рис. 1.22 приведена

теоретическая

зависимость

QS/QBSI

от 1г7 для идеальной

модели

пленки

и

аналогич­

ные экспериментально снятые зависимости д л я

двух раз -

О

1

'2,0

3,0

h

Р и' с .

1.22

'

т

личных

пленок. Д л я

измерения

Gr

может

быть

использо­

вана та

ж е

методика, что и для

измерения

дифферен-

Т а б л и ц а

1.1

ных параметров [23] . Результаты

измерений

Gr

(проводимых

с

Номер

с длинной линией)

д л я

различных

G _ ,

мСм

пленок

при

Лт =

0,6

приведены

пленки

т

в табл .

1.1.

1

1,08

Д л я

повышения точности

из­

мерений, проводимых с использо­

2

2,213

ванием

Q-метра,

измерение

на­

3

1,08

4

7,9

пряжений осуществлялось при по­

ческий цикл. Поэтому в качестве внешних

измерительных

цепей

т а к ж е целесообразно использовать

полосковые ли­

нии.

Д л я измерения параметров эквивалентной схемы

нутой полосковой линии, или в середину

согласованной

полосковой линии. Н и ж е оба возможных

варианта раз ­

П о д а ч а постояниосмещающего

поля

вдоль

легкого

или

вдоль

трудного

направления

приводит к тому

(при

соответствующей величине п о л я ) ,

что коэффициенты

тл

или

т т в

уравнении

(1.21) имеют

максимальное

значе­

ние,

равное

единице,

что соответствует

максимальному

магниченностью

пленки. Д л я получения тл,

равного

еди­

нице, требуются

поля большие,

чем д л я получения

т т ,

т а к ж е

равного единице. Следовательно, проще (энерге­

тически

выгодней) проводить исследования с использо­

ванием

продольного

резонанса.

При

продольном

резонансе схема замещения

пленки

имеет

вид,

приведенный на рис. 1.7, а. Связь

пленки

с полосковой

линией

(без учета

воздушной

индуктивно­

сти участка

линии, под которым

помещена

пленка)

мо­

рис.

1.23, а и в виде

неоднородной

нагрузки

в

согласо­

ванной полосковой

линии — рис. 1.23,6. Так

к а к

измере­

ния

проводятся

при

амплитудах

переменных

полей,

в значительной

степени

меньших

постоянносмещающих

^

Нагнитосвязан -

j

мая пленка

а

Р и с . 1.23

От

((0=

2 ..4

(1.60)

V ^ T K

(1.61)

где си2 = со2 /"- ' — частота

ферромагнитного

резонанса;

шк — резонансная

частота

ТФП при

отсутствии

внешних

смещаюших полей. Д л я продольного

резонанса Е'==1 + кЯу

Z T 2 / Z . T I =

' ? ? Т = 1 . В рассматриваемом случае поле

смещения

совпадает с направлением

намагниченности пленки,

поэто­

му берется только знак плюс.

Зависимость

активной

составляющей Rnn

носит

резо­

нансный

характер и

представляет

собой

зависимость

стоты. Н а

резонансной

частоте Хт =

0, а / ? В и =

1/GT.

Теперь

перейдем к

рассмотрению

методов

определе ­

Зависимость

к. с. в. в

линии

от тока смещения

в ка­

тушках

Гельмгольца,

в ы т е к а ю щ а я

из

круговой

диа­

граммы

полных

проводимостей,

представлена

на

рис. 1.24,6. Н а и м е н ь ш а я величина

к. с в . ,

обозначенная

через

ро, соответствует

току

£ / ш

р и

равна

либо

G,

либо

1/G,

где

G — активная

проводимость

резонатора

(схемы

з а м е щ е н и я ) ,

в ы р а ж е н н а я

в

относительных

единицах

в месте

расположения пленки. Д л я разрешения

неопре­

деленности

межд у

случаями

G = р 0

и G =

1/р0

исполь­

зуется сдвиг фаз ы стоячей волны. Величина

ненагружен -

ной

добротности

определяется

из

соотношения

[24]

Q = (—A0/2G) (dB/dX)

| л=Ла.

где В — реактивная

прово­

димость

рассматриваемого

резонатора,

в ы р а ж е н н а я

в относительных единицах

и

измеренная по

отношению

к той ж е плоскости

отсчета,

по

отношению

к

которой

определяется активная проводимость G. Величина

В яв ­

ляется компонентой соотношения \/ZBH=G-\-jB

и при

параллельно

смещающе м поле имеет вид

£ = соСт (1

- O J 2 / V 2

) .

(1.62)

Отсюда

видно, что схема замещения пленки,

приведенная

к входным клеммам, будет представлять собой

п а р а л ­

лельное соединение проводимости GT , емкости

С т

и ин­

дуктивности

Ь д т .

Величины Яо и G могут

быть непосредственно

опреде­

лены с

помощью

экспериментально

снятых

графиков

к. с . в . = / ( # с м )

и /.щп = ф( J с м ) ,

где / т щ — р а с с т о я н и е от

выбранной плоскости отсчета до одного из

б л и ж а й ш и х

минимумов

напряжения ;

J C M

— ток в катушках

Гельм -

гольца,

создающий

постоянносмещающее

поле.

Д л я

вычисления

значений

Q необходимо

знать

допол ­

нительную величину

dB/dk

или, в силу линейности

зави ­

симости

В = В (Я)

вблизи

разонанса,

величину | В | / | Д Х | .

С

этой

целью

на

графике к. с. в . = /(

JCM)

определяется

значение к. с. в., не

равное

резонансному,

но

близкое

к нему. Проводятся

на круговой д и а г р а м м е

окружности

р =

const и

G =

const. Точки

пересечения

этих

о к р у ж ­

ностей

определяют

абсолютную

величину

реактивной

проводимости

| В |

при

данной

расстройке

|Д?.| =

=

\Х— Ао|. После этого величина

ненагруженной

доброт­

ности определяется

из уравнения

Д л я

определения

емкости

эквивалентной

схемы маг-

нитосвязанной пленки

воспользуемся выражением (1.62).

Если

частота

вынужденных

колебаний

v

лишь

незна­

чительно

отличается

от

резонансной

частоты

ш, то>

5vxa =

2 С Т (v — со), откуд а

величина емкости

Сг

=

0,5 (dBldv)^

=

0,51 В\ 11 v -

ш ] .

(1.64)

(1.64). Погрешность измерения

С т изложенным способом

не превышает

20%.

Блок-схема

измерительной

установки (рис. 1.24, а)

вая линия

выполнена печатным способом на фольгиро-

ванном

стеклотекстолите.

Ширина шины 0,5 мм.

З а з о р

м е ж д у верхней шиной и земляной платой равняется

при­

мерно

0,5

мм. Измерения проводятся на частоте 1 ГГц.

Из

рис.

1.24, в

видно,

что

при

минимальной

вели­

чине

к.

с.

в. (G =

р0 ) кривая

Д / т , - „ ,

характеризующая

веденной

на

уровне

&l„lin

к з (условный

конец

полосковой

линии, определяемый при ее коротком

замыкании).

Ток

смещения

J C M

(или

поле

/гл),

при

котором

к. с. в.

рав­

няется

р0 ,

a

Mmln

= U m i n

к з

будет резонансным

J C M

=

= t7C M

р е з

или, что

то ж е

самое,

/гл =

/гл р е з .

Д л я

опре­

деления

{йВ1йЦ\~х0

устанавливается

резонансное

поле

смещения

кл

р е з и

изменяется

частота.

При

этом

заме­

ряются значения к. с. в. и Х0 . Используя

круговые

диаграммы

проводимости,

определяем

значение

\В\

в относительных единицах при данной

расстройке

| ^ = ^ 0 1 -

Величина

G определяется

с учетом

того,-что в

корот-

частотной

энергии в

переходах,

соединительных ф и ш к а х

и других

элементах.

Так как

поглощение энергии за

резонансную частоту со и величину

смещающего

поля

Л-лрсз. соответствующего

резонансной

частоте со,

м о ж н о

определить

сок. Пр и

известных со,; и С т не

представляет

труда найти

начальную

индуктивность

L T K

п, наконец, по

известной

величине

частоты сок и поля

анизотропии Нк

оценить

величину

намагниченности

насыщения

пленки

Ms. Результаты измерений основных

параметров

схемы

замещения

пленок приведены в табл .

1. 2.

мент, который

вносит в линию некоторую, зависящую от

частоты

неоднородность

1 Ri*

хв. 1

(рис. 1.25). Ка к у ж е отмеча-

pL

лось выше, активная и реак-

R=W\

тивная составляющие

вноси-

т

мого пленкой

комплексного

0

1

сопротивления

в этом

слу­

чае т а к ж е

определяются вы-

Р

и е - 1

, 2 5

р а ж е н и я м и

(1.61), (1.62).

Частотная

зависимость

мощности

поглощаемой

Т Ф П будет определяться

зави ­

симостью

величины

R-aw от частоты. Пр и подаче высоко­

частотной

мощности в

такую линию часть ее будет

о т р а ж а т ь с я , о с т а в ш а я с я

часть будет распределяться меж ­

П ри

небольших расстройках от частоты Ф М Р

можно

получить уравнение

для определения

добротности:

PjPH

=

K(l-\p\*)~(l+d),

(1.65)

где

К =

Ядад/Рц — коэффициент

передачи линии;

\р\

—

модуль

коэффициента отражения; Рпая

— мощность

па­

д а ю щ е й

волны;

Рпл—

мощность,

поглощаемая пленкой;

Ри—

мощность, рассеиваемая на

сопротивлении

нагруз­

подложке, на которую напылена ТФП, для

определенной

частоты

Ф М Р .

Коаксиальный

Катушки

Кааксиальнь>с

разъем .

"^^ Гельмеольиа ~~~~~~

/

разъемь!

Выносная

Полосновая линии

Выносная

[-L

головка

Согласо­

головка

дпя измере -

ванная

Эля измере­

ни я

затуха­

\нагрузка

ния КСВ

Измеряемый

ния в

линии

образеи ТФП

А втомагпи чес •

Стаби ли зирован-

кий

измеритель

мЮ<*

ный источник

КСВ

питания

Р и с . 1.26

пленки

по

вышеизложенной

методике

приведена

на

рис. 1.

26.

Она

состоит

из автоматического

измерителя

к. с. в., позволяющего измерять

коэффициент

стоячей

вол­

ны и коэффициент передачи в линии К

в диапазоне

ча­

стот от

900

до

1500 М Г ц , системы катушек

Гельмгольца

и отрезка

полосковой

линии,

снабженного

переходами