磁性材料磁导率的测量及其分析.pdf
（新型功能材料教育部重点实验室，北京工业大学材料学院，北京 ） 摘要：本文使用安捷伦射频网络/频谱/阻抗分析仪 4396B、射频阻抗测试附件 和磁性材料测试夹具 建立高频段复杂相对磁导率测量系统。 测量了一系列镍锌铁氧体。 测量结果表明，该测试方法简便易行，测量数据与相关资料报道基本一致。 关键词：复磁导率； 磁性材料； 单线圈方法，采用 RF 网络/频谱/阻抗分析仪，高级 材料科学与工程学院 (教育部材料科学与工程血液研究所，北京 ，中国) 的 ia Qe（重点实验室） 摘要：使用安捷伦 RF 进行 ｍ/ 测试nnｍnn４３９Ｂ、Ｒ eＤ４３９６Ａｍａ 6454A，本文开发了镍锌铁氧体的相对复流动性高频测量系统。 rS.：复杂的; 磁性材料 ass; 随着科学的发展互联网等电子信息产业，电子仪器设备的尺寸日益小型化，对高密度、轻量化、高性能电子元件的需求日益增加，对磁性材料的性能要求越来越高。越来越高。 人们对磁性材料提出了更高的要求。 研究更加深入，材料电磁参数的测量对于材料的合理选择和应用具有重要的指导意义。
介电材料的介电常数、磁导率p等电磁参数是描述材料与电磁场相互作用的基本本征参数。 磁导率是表征磁性材料磁化难易程度的物理量，等于单位磁场强度下磁感应强度的变化量。 在交变磁场中，磁化状态在时间上往往滞后于交变磁场的变化。 例如，交变磁场的磁场强度为H=天。 罪过有一天。 e. 例如，由于磁场对磁性材料进行磁化，其磁感应强度B落后于H阶段。 基金项目：北京市自然科学基金资助项目（20626）； 北京市教委基金资助项目(01奥024)259 A 6角，磁感应强度为BB。 仙说了一天。 J为常数J，因此材料的磁导率是一个复数，相对复数磁导率为 储能能力：“？” 表示材料在外磁场作用下磁偶矩重新排列而产生的损耗，反映材料产生电磁波损耗的能力。 磁损耗介质对电磁波的衰减能力通常用损耗角正切tan6来表示。 ，其值越大，衰减能力越强。 目前，材料电磁参数的测量方法[1'2]主要有透射/反射法[3]、谐振腔法f4]、自由空间法[5]等，透射/反射法的方法是将测试样品填充在传输线上形成二端口网络，测量网络的反射系数和传输系数，并根据网络参数计算电磁参数。
谐振腔法将样品放入封闭或开放的谐振腔中，根据有或没有样品时腔内电磁场特性和谐振频率的变化来计算电磁参数。 自由空间法向测试样品发射电磁波，根据天线接收到的反射波和发射波计算电磁参数。 这些方法的分析都比较复杂。 本文从复相对磁导率的基本概念出发，基于单线圈电感原理，建立了一套完整、便捷的复相对磁导率测试系统。 2 测量原理 本系统的测试夹具是近似理想的单匝电感器，因此该测试方法也称为单线圈法。 图1是纵向剖视图。 测量时，首先将夹具清空。 此时，可以测量空夹具的阻抗。 然后放入样品，测量放置磁环时的阻抗。 前后阻抗的变化可以反映阻抗。 利用夹具进入磁环前后的电感变化，利用专用软件计算出磁导率。 具体原理如图2所示，图中阴影部分为磁环。 a是夹具中金属杆的半径。 b和c分别是磁环的内半径和外半径。 d是夹具的外半径。 h 是样品的磁场。 环的高度，H是夹具的高度。 ar+Ht告诉我们，当夹具中放置磁环时，夹具和磁环的总电感为L。未放置磁环时夹具的电感为L。：三者的阻抗带磁环和不带磁环的夹具为Z，=。 『n）t，z。 =． 『嘿，and=年轻人，代入（5）得到测量仪器。 该测试系统包括 RF网络/频谱/阻抗分析仪4396B、RF阻抗测试附件和磁性材料测试夹具。
实验装置要求样品为环形磁体，由仪器和测试夹具确定系统的测量频率范围为1MHz~1GHz。 测量原理中的计算公式利用可视化设计环境软件VEE实现。 流程图如图4所示。将待测样品的内半径、外半径和厚度代入计算公式，即可计算出材料的复磁导率。 速率的实部、虚部、众数和损耗角正切同时生成。 同时生成EX数据表和复磁导率随频率的变化曲线。 测试结果可以直观地显示复磁导率的实部和虚部。 随着频率的变化，还可以读取某个频点的具体值。 四、测试结果及分析确认 1、54A 中无样品的样品高度 h 磁性材料种类最多的一种，其特点是磁导率高、矫顽力小。 虽然261与金属磁性材料相比低频磁性能较差，但其电阻率高，可达107Q.cm，因此具有高介电性能，更重要的是在高频下具有高导磁率，这是无可比拟的到金属磁性材料。 由于这些重要的特性，软磁铁氧体具有非常广泛的用途。 软磁铁氧体的应用一般要求高储能、低损耗、高使用频率，相应地要求高、小、高截止频率。 图5(a)、图5(b)、图5(c)是三种不同成分的镍锌铁氧体材料的磁谱，其中N]Le04和ZlTu'e20。
比例分别约为 1:2、2:1 和 50:1。 图5(c) Ni、Zn含量比约为50:1的镍锌铁氧体的磁谱。 观察三个磁谱可以看出，在高频段（），磁谱的显着变化是“急剧”下降，先很低，然后迅速上升。 当它下降到静态磁导率一半的频率时，它相应地上升到最大值。 该频率就是铁氧体材料可以使用的截止频率。 频率范围的重要标志。 比较三张图可以看出，镍锌铁氧体中锌含量的变化对磁性材料的磁性能影响较大。 当锌含量较低时，磁导率较低，但截止频率很高。 例如，当镍锌含量比约为50:1时，时相对磁导率的实部约为11，其截止频率约为； 当锌含量增加时，相对磁导率可以大幅提高。262的代价是使用频率的降低。 当镍锌含量比约为1:2时，2.5z处的相对磁导率实部可达920左右，但其截止频率很低，约为6MHz，因此具有高磁导率和高截止频率频率是矛盾的。 材料对电磁波产生损耗的能力用损耗角正切tan6表示。 从磁谱可以看出，截止频率以下的损耗远大于零，且磁导率越高越是如此。 因此，高磁导率与低损耗之间也存在着矛盾。 测量数据显示的规律与国内外文献的相关报道基本一致[6-7]。 5 结论（1）本文从磁导率的基本概念出发，基于单线圈电感原理，使用射频网络/频谱/阻抗分析仪、射频阻抗测试配件和材料测试夹具以及V] Pro程序建立磁性材料在1z~1GI{z频率范围内复相对磁导率的测试系统。
(2)利用v]Qiang Pro可视化设计程序，可以通过计算机远程控制扫频测试过程，并实现测试数据的采集、存储和实时绘制。 (3)该测试系统获得的数据与国内外文献基本一致，可用于指导磁性材料的研发。 参考文献【1】曹江． 介电材料电磁参数测量综述【J】． 航空航天测量技术。 1994, 13(3): 30-34 [2]孙红芳，苟焕林。 使用阻抗/材料分析仪测量磁性膜的复磁导率。 实验技术与管理，2006, 26(9): 29_31 田步宁，杨德顺，唐家明，等。透射/反射法测量材料电磁参数的研究。 无线电波科学学报, 2001, 16(1): 57_60 [4] 张关汉。 阐述了软磁铁氧体高频复磁导率的测量方法。 磁性材料与器件, 2000, 30(3): 54-56 [5] Cunen AlexL. 啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊！ 无线电下载 (-6604)。 1987.22(7):1168～1170 [6]周志刚等。 铁氧体磁性材料（M）。 科学出版社，1981 [7] [英文] R. S． 特贝尔，DJ 克雷尔。 北京冶金学院《磁性材料》翻译组。 磁性材料（M）。 科学出版社。 1979 作者联系方式：王群（19"——），男，教授，电话：，E-mail：