Ferromágneses anyagok mikrohullámú tulajdonságainak vizsgálata Lutz András Gábor Kutatási beszámoló 2015, Budapest
Feladat A mikrohullámú non reciprok eszközök paramétereit döntően meghatározzák a bennük használt ferromágneses anyagok (ferritek) bizonyos tulajdonságai. Ezen tulajdonságok kialakulása a ferrit gyártása során számos tényezőtől függ, ezért a kívánt paraméterek eléréséhez részletesen kidolgozott, pontos gyártástechnológia szükséges. Munkám során azt vizsgáltam, hogy különböző ferritek eltérő mikrohullámú tulajdonságai milyen hatást gyakorolnak egy konkrét non reciprok eszköz paramétereire. A ferriteket jellemző mikrohullámú tulajdonságok A ferritek mikrohullámú viselkedését számos paraméter befolyásulja, ezek közül a néhány lényegesebb mérhető fizikai paraméter: a (komplex) permittivitás, a telítési mágnesezettség (M) és a rezonancia vonalszélesség (ΔH). Permittivitás vagy dielektromos állandó : egy anyag permittivitása alapvetően komplex mennyiség, vagyis valós és képzetes részből áll. A ferritek esetében ezt két paraméterben szokás jelölni: az ε jelöli a valós permittivitást, az ún. tgδ pedig a képzetes és valós rész arányát. Telítési mágnesezettség : egy ferritanyag felmágnesezése során, egy bizonyos térerősségnél az anyag összes elemi dipólusa (momentuma) beáll a tér irányának megfelelően, a mágnesezettség e szint fölé nem növelhető. Ezt a térerősség szintet M jelöli. Rezonancia vonalszélesség : minden ferrit egy adott frevencia (rezonanciafrevencia) környezetében jelentős elnyelést produkál, ezt az elnyelést a rezonancia görbe félérték szélességével jellemezzük, ezt ΔH jelöli. A kiválasztott non reciprok eszköz vizsgálata A munka során a TKI Ferrit Fejlesztő és Gyártó Kft. egyik mikrohullámú eszközét, az IFW 9.55 v.2 típusú csőtápvonalas karima izolátort használtam a különböző ferritek vizsgálatára. Az izolátor adatlapi paraméterei a következők:
Frekvenciatartomány: Beiktatási csillapítás: Izoláció: Reflexió: Hőmérsékleti tartomány: 9.4 9.7 GHz 0.3 db 25 db 19 db 30 C +60 C A használt ferritek paraméterei Az izolátorhoz három különböző ferrittípusból készültek henger alakú minták, és mindhárom típusból kétfajta méretben: 1. méret: D = 5,6 mm ; H = 10,16 mm 2. méret: D = 5,6 mm ; H = 8,8 mm A ferritek paraméterei a következők: Típus Anyag ε tgδ x 10 4 4πMs [G] ΔH [Oe] F 30 FeMgMnZnAl 13,1 10 2050 90 F 20 FeMgMnZnAl 13,5 10 2500 110 M 344 FeMgMnZn 13,6 10 3200 110
Összességében tehát 6 db ferrithenger készült, ezekkel külön külön összeépítettem az izolátort majd megmértem annak két átviteli paraméterét (reflexió, izoláció). A mágnestér előállítására mindhhárom ferritnél egy BaFe típusú mágnest használtam. F 30 Először az F 30 típusú ferrittel mértem, mindkét méretet megvizsgáltam, az alábbi grafikonon láthatóak az eredmények: A grafikonon látható, hogy a kívánt frekvenciatartományban az izoláció és a reflexió sem éri el a megfelelő szintet, bár az 1. méret esetén a reflexió a sáv fölött már jó lenne, a szükséges tartományban azonban még túl kevés.
F 20 Ezek után az F 20 as ferrittel folytattam a vizsgálódást: Ennél a ferritnél valamivel jobbak a paraméterek, a 2. méret esetén a reflexió már el is éri a kívánt szintet, az izoláció viszont az izolátor működési sávjában még mindig elmarad a szükségestől. M 344 Végül az M 344 es ferrit került sorra:
Bár itt az 1. méret esetében a reflexió meglepően gyenge, de a 2. méretnél sikerült elérni a megfelelő reflexió és izoláció szinteket. Eredmények értékelése A mért eredményekből levonható az a következtetés, hogy a telítési mágnesezettség növelésével, egyre jobb paraméterek érhetőek el, hiszen az izolációs és a reflexió is a legnagyobb telítési mágnesezettséggel (és permittivitással) rendelkező ferrit (M 344) esetében volt a legjobb. Jelentős bizonytalanságot visz a mérésbe azonban, hogy az eszköz meglehetősen érzékeny a ferrithenger pontos pozíciójára, ezért az egyes mérések eredményeire a különböző ferrithengerek egymáshoz képest minimálisan eltérő pozíciója is hatással van. A pontosabb összefüggések meghatározásához jóval több különböző ferritminta és mérés szükséges.