微波鐵氧體材料的主要性能參數(shù)

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。

1）飽和磁化強度Ms
????????磁化強度M是描述磁性物質(zhì)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(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飽和磁化強度Ms是飽和磁化狀態(tài)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(guān)系到器件的低場損耗、頻寬及功率承受能力。對器件設(shè)計者來說飽和磁化強度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(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和飽和磁化強度Μs的溫度系數(shù)αΜs
????????居里溫度θf，是指由于熱運動致使材料自發(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。

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(shù)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(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)強度Br與測量磁場Hm(5Hc10Hc)下最大磁感應(yīng)強度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。