ПРИМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЙ КРАМЕРСА-КРОНИГА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАГНИТНЫХ СПЕКТРОВ НА СВЧ

May 17, 2012 by admin Комментировать »

Журавлев В. А., Сусляев В. И. Томский государственный университет пр. Ленина д. 36, Томск – 634050, Россия Тел.: +7(3822) 413989, e-mail:susl@public.tsu.ru

Аннотация – Представлены частотные зависимости магнитной проницаемости ферритов с гексагональной структурой системы BaCo2-xZnxFe16027 (Co2xZnxW) в области естественного ферромагнитного резонанса, полученные волноводным и резонаторным методами в диапазоне частот 0.1 – 27 ГГц. Согласование результатов измерений спектров действительной и мнимой частей проницаемости проводилось с применением соотношений Крамерса – Кронига.

I.  Введение

Создание материалов с заданными свойствами в микроволновой области радиочастот является одной из актуальных проблем радиоэлектроники СВЧ и физики твердого тела. Необходимая информация для практического применения и теоретических построений может быть получена на основе изучения динамических характеристик ферромагнетика – спектров комплексных значений магнитной проницаемости н* (f)=M'(f) –

Среди материалов, используемых на СВЧ, выгодно отличаются ферриты с гексагональной кристаллической структурой (гексаферриты), благодаря большим величинам полей анизотропии и намагниченности насыщения. Они применяются в качестве эффективных поглотителей электромагнитной энергии на эффекте естественного ферримагнитного резонанса (ЕФМР) для изготовления безэховых камер, согласованных нагрузок, для снижения радиозаметности. Особый интерес представляет система Сог- xZnxW, в которой введение ионов Zn2+ приводят к заметному увеличению намагниченности [1], а крайние составы системы обладают магнитной анизотропией различного типа [2].

В настоящей работе представлены частотные зависимости магнитной проницаемости гексаферритов системы Co2xZnxW, полученные волноводным и резонаторным методами.

II.  Основная часть

Область сложного поведения спектров магнитной проницаемости гексаферритов занимает широкий диапазон частот, поэтому невозможно ограничиться одним методом измерения. В связи с этим в низкочастотной области (0,1 – 1 ГГц) нами использован коаксиальный волноводный метод, с образцом исследуемого материала в виде тонкой шайбы [3]. В высокочастотной части (0,9 – 27 ГГц) применялись прямоугольные резонаторы проходного типа с колебаниями типа Нюп, в которых размещался образец в виде тонкого цилиндра [4]. Широкополосность резонансных измерений достигнута применением набора резонаторов с использованием метода вариации частоты, когда используется многомодовый режим. На стыке методов с распределенными и сосредоточенными параметрами (0,2 – 1 ГГц) измерения проводились на нерегулярном микрополосковом резонаторе [5], изготовленном из керамики с большой диэлектрической проницаемостью, с образцом в виде тонкой пластины по размеру воздушной области между полосковыми линиями.

Puc. 2. Магнитные спектры гексаферрита

Coo.7Zn1.3W.

Fig. 2. Magnetic spectrum of hexaferrite Coo.7Zn1.3W

На границах методов наблюдалась некоторая нестыковка результатов, которая может быть вызвана различными приближениями для разных методов измерения. Для согласования результатов применялись соотношения Крамерса-Кронига по методике, предложенной Поливановым [6], когда весь частотный интервал разбивается на участки, в которых возможна кусочно-линейная аппроксимация одной из составляющих проницаемости и аналитически вычисляются интегралы для второй составляющей.

Известно, что соотношения Крамерса-Кронига дают тем более точные сведения, чем шире частотный диапазон измерения. Ошибка нарастает при приближении к краям интервала измерения. Если не применять некоторых искусственных приемов, то приходится смириться с потерей части (иногда весьма значительной) экспериментальных данных, либо на основе тех или иных физических предположений достроить частотные зависимости мнимой и действительной составляющих за пределами экспериментального исследования.

Предполагая отсутствие областей аномальной дисперсии в низкочастотной части спектра вне диапазона измерений, можно считать, что |j'(f) сохраняет значение, равное статической проницаемости вплоть до исследуемой области частот и стремится к единице на частотах выше исследованного диапазона. Мнимая составляющая на низких и высоких частотах стремится к нулю. Согласование результатов измерений проводилось как расчетом |j"(f) по |j'(f), так и обратным пересчетом.

На рис.1, приведен спектр гексаферрита, обладающего при комнатной температуре анизотропией типа плоскость легкого намагничивания, с двумя областями дисперсии – низкочастотной, обусловленной процессами смешения доменных границ и высокочастотной, связанной с естественным ферримагнитным резонансом (ЕФМР). Видно, что низкочастотная область дисперсии близка к логарифмически – нормальному закону распределения, характерному для процессов смещения доменных границ, тогда как вклад в проницаемость от ЕФМР имеет, во-первых, резонансный характер и, во-вторых, более сложную частотную зависимость. На рис.2 представлен спектр материала с малой величиной поля анизотропии и анизотропией типа конус легкого намагничивания. В этом случае предполагается одна область дисперсии. Однако обработка экспериментальных результатов по предложенной нами методике выявила более тонкую структуру области аномальной дисперсии.

I.    Заключение

Таким образом, показано, что соотношения Кра- мерса – Кронига могут быть использованы для согласования экспериментально полученных спектров магнитной проницаемости.

Использование соотношений Крамерса-Кронига позволило уверенно выделить две области дисперсии для гексаферрита C01.1Zno.9W (рис.1) и выявить тонкую структуру спектра материала Coo.7Zn1.3W (рис.2), обусловленную близостью двух областей дисперсии.

II.   Список литературы

[1]  Naiden Е. P., Maltsev V. I. Ryabtsev G. I. Magnetic structure and spin-orientaionai transitions of hexaferrites of Ba2xZnxFe16027system // Phys. Stat. sol (a).- 1990. – № 120, – P.209 – 220.

[2]  Журавлев В. А., Сусляев В. И., Найден Е. П. и др. Особенности спектров магнитной проницаемости гексаферритов Co2-xZnxW в области спин-переориентационного фазового перехода.// Известия Вузов. Физика, 1990. – № 9. – С.107-109.

[3]  Брандт А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. – М.: ФМ.1963. – 404 с.

[4]  Сусляев В. И. Исследование спектров электромагнитных параметров гексаферритов в области ЕФМР методом многомодового резонатора. / Ред. журнала Известия высш. учебн. заведений СССР. Физика, 1990. Деп. в ВИНИТИ 18.05.90. – № 2738. – 34 с.

[5]  Сусляев В. И., Журавлев В. А., Кочеткова Т. Д., Судаков С. В. Автоматизированная установка для исследования температурной зависимости спектров диэлектрической проницаемости полярных жидкостей в диапазоне 0,1-1.25 ГГц // Приборы и техника эксперимента – 2003- No 5,-С. 101-105.

[6]  Поливанов К. М. Электродинамика вещественных сред.

-М.: Энергоатоиздат, 1988 – 288 с.

APPLICATION OF KRAMERS-KRONIG DISPERSION RELATIONS FOR PROCESSING OF MAGNETIC SPECTRA OF SHF

Zhuravlev V. A., SuslyaevV. I.

Tomsk State University 36 Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russia Phone: (3822) 413989 E-mail: susl@public.tsu.ru

Abstract – Frequency dependences of magnetic permeability of ferrites with hexagonal structure of system BaCo2. xZnxFe16027 (Co2xZnxW)) are submitted in the frequency range of the natural ferromagnetic resonance. Investigations are carried out at frequencies 0.1 – 27 GHz. The coordination of results of measurement spectra of the real and imaginary parts of permeability was carried out with help of Kramers-Kronig dispersion relations.

I.  Introduction

Working of materials with the set of properties on microwave is one of actual problems of radio electronics and solid state physics. The necessary information for practical application and theoretical conclusion can be received on the basis of studying dynamic characteristics of ferrimagnetic – spectra of complex magnetic permeability |j * (f) = |j’ (f) – i |j" (f).

II.  Main part

In the present work the frequency dependence of magnetic permeability of hexaferrites systems Co2.xZnxW obtained by wave-guide and resonant methods are investigated. In the resonant method for broadening of a frequency range two kinds of measuring cells were used: rectangular wave – guard and irregular microstrip resonators.

On borders of various measurement methods some discrepancy of results was observed, which can be caused by various approaches for different methods. Using Kramers- Kronig dispersion relations made the concordance results of measurements in all frequency ranges.

On Fig. 1 the spectrum of hexaferrite C01.1Zno.9W with an anisotropy type of a plane of easy magnetization, having two ranges of dispersion – the low frequency, caused processes of displacement of domain borders and high frequency, connected with natural ferrimagnetic resonance (NFMR) were shown. It is visible, that the low-frequency range of dispersion is close to logarithmically – normal law of distribution, typical for processes of displacement of domain borders whereas the contribution to permeability from NFMR has, in – the first, resonant character and, in – the second, more complex frequency dependence. On Fig. 2, the spectrum of a material with small value of a field of anisotropy and anisotropy of a cone type of easy magnetization with overlapped ranges of dispersion is submitted.

III.  Conclusion

It is shown that Kramers-Kronig dispersion relations can be used successfully for coordination of experimentally received spectra of complex magnetic permeability.

Use of Kramers-Kronig dispersion relations has allowed allocating confidently two regions of dispersion for hexaferrite C01.1Zno.9W and revealing the fine structure of a spectrum of material Co0.7Zn1.3W, caused by coincidence of two regions of dispersion.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты