Журавльов В. А., Сусляев В. І. Томський державний університет пр. Леніна д. 36, Томськ – 634050, Росія Тел.: +7 (3822) 413989, e-mail: susl@public.tsu.ru

Анотація – Представлені частотні залежності магнітної проникності феритів з гексагональної структурою системи BaCo2-xZnxFe16027 (Co2xZnxW) в області природного феромагнітного резонансу, отримані хвилеводним і резонаторних методами в діапазоні частот 0.1 – 27 ГГц. Узгодження результатів вимірювань спектрів дійсної та уявної частин проникності проводилось із застосуванням співвідношень Крамерса – Кроніга.

I. Вступ

Створення матеріалів із заданими властивостями в мікрохвильовій області радіочастот є однією з актуальних проблем радіоелектроніки СВЧ і фізики твердого тіла. Необхідна інформація для практичного застосування та теоретичних побудов може бути отримана на основі вивчення динамічних характеристик ферромагнетика – спектрів комплексних значень магнітної проникності н * (f) = M ‘(f) –

Серед матеріалів, що використовуються на СВЧ, вигідно відрізняються ферити з гексагональної кристалічною структурою (гексаферритов), завдяки великим величинам полів анізотропії і намагніченості насичення. Вони застосовуються як ефективних поглиначів електромагнітної енергії на ефекті природного феррімагнітних резонансу (ЕФМР) для виготовлення безлунній камер, узгоджених навантажень, для зниження радіозаметності. Особливий інтерес представляє система Згідно зі- xZnxW, в якій введення іонів Zn2+ приводять до помітного збільшення намагніченості [1], а крайні склади системи володіють магнітною анізотропією різного типу [2].

В даній роботі представлені частотні залежності магнітної проникності гексаферритов системи Co2xZnxW, отримані хвилеводним і резонаторних методами.

II. Основна частина

Область складного поведінки спектрів магнітної проникності гексаферритов займає широкий діапазон частот, тому неможливо обмежитися одним методом вимірювання. У зв’язку з цим в низькочастотній області (0,1 – 1 ГГц) нами використаний коаксіальний хвилеводний метод, за зразком досліджуваного матеріалу у вигляді тонкої шайби [3]. У високочастотної частини (0,9 – 27 ГГц) застосовувалися прямокутні резонатори прохідного типу з коливаннями типу Нюп, В яких розміщувався зразок у вигляді тонкого циліндра [4]. Широкополосность резонансних вимірювань досягнута застосуванням набору резонаторів з використанням методу варіації частоти, коли використовується багатомодовий режим. На стику методів з розподіленими і зосередженими параметрами (0,2 – 1 ГГц) вимірювання проводилися на нерегулярному микрополосковой резонаторі [5], виготовленому з кераміки з великою діелектричною проникністю, з зразком у вигляді тонкої пластини за розміром повітряної області між полоськових лініями.

Puc. 2. Магнітні спектри гексаферритов

Coo.7Zn1.3W.

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

На кордонах методів спостерігалася деяка нестиковка результатів, яка може бути викликана різними наближеннями для різних методів вимірювання. Для узгодження результатів застосовувалися співвідношення Крамерса-Кроніга за методикою, запропонованою Поліванова [6], коли весь частотний інтервал розбивається на ділянки, в яких можлива кусочно-лінійна апроксимація однією зі складових проникності і аналітично обчислюються інтеграли для другої складової.

Відомо, що співвідношення Крамерса-Кроніга дають тим більш точні відомості, чим ширше частотний діапазон вимірювання. Помилка наростає при наближенні до країв інтервалу вимірювання. Якщо не застосовувати деяких штучних прийомів, то доводиться змиритися з втратою частини (іноді досить значною) експериментальних даних, або на основі тих чи інших фізичних припущень добудувати частотні залежності уявної та дійсної складових за межами експериментального дослідження.

Припускаючи відсутність областей аномальної дисперсії в низькочастотної частини спектра поза діапазону вимірювань, можна вважати, що | j ‘(f) зберігає значення, рівне статичної проникності аж до досліджуваної області частот і прагне до одиниці на частотах вище дослідженого діапазону. Уявна складова на низьких і високих частотах прагне до нуля. Узгодження результатів вимірювань проводилося як розрахунком | J “(f) по | j ‘(f), так і зворотним перерахунком.

На рис.1, наведено спектр гексаферритов, що володіє при кімнатній температурі анізотропією типу площину легкого намагнічування, з двома областями дисперсії – низькочастотної, зумовленої процесами змішування доменних меж і високочастотної, пов’язаної з природним феррімагнітних резонансом (ЕФМР). Видно, що низькочастотна область дисперсії близька до логарифмічно – нормальному закону розподілу, характерному для процесів зсуву доменних кордонів, тоді як внесок у проникність від ЕФМР має, по-перше, резонансний характер і, по-друге, більш складну частотну залежність. На рис.2 представлений спектр матеріалу з малою величиною поля анізотропії і анізотропією типу конус легкого намагнічування. У цьому випадку передбачається одна область дисперсії. Однак обробка експериментальних результатів за запропонованою нами методикою виявила більш тонку структуру області аномальної дисперсії.

I. Висновок

Таким чином, показано, що співвідношення Кра-мерса – Кроніга можуть бути використані для узгодження експериментально отриманих спектрів магнітної проникності.

Використання співвідношень Крамерса-Кроніга дозволило впевнено виділити дві області дисперсії для гексаферритов C01.1Zno.9W (рис.1) і виявити тонку структуру спектра матеріалу Coo.7Zn1.3W (рис.2), обумовлену близькістю двох областей дисперсії.

II. Список літератури

[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] Журавльов В. А., Сусляев В. І., Найден Є. П. та ін Особливості спектрів магнітної проникності гексаферритов Co2-xZnxW в області спин-переоріентаціонного фазового переходу. / / Известия Вузів. Фізика, 1990. – № 9. – С.107-109.

[3] Брандт А. А. Дослідження діелектриків на надвисоких частотах. – М.: ФМ.1963. – 404 с.

[4] Сусляев В. І. Дослідження спектрів електромагнітних параметрів гексаферритов в області ЕФМР методом багатомодового резонатора. / Ред. журналу Известия вищ. навч. закладів СРСР. Фізика, 1990. Деп. в ВІНІТІ 18.05.90. – № 2738. – 34 с.

[5] Сусляев В. І., Журавльов В. А., Кочеткова Т. Д., Судаков С. В. Автоматизована установка для дослідження температурної залежності спектрів діелектричної проникності полярних рідин в діапазоні 0,1-1.25 ГГц / / Прилади і техніка експерименту – 2003 – No 5,-С. 101-105.

[6] Поліванов К. М. Електродинаміка речових середовищ.

-М.: Енергоатоіздат, 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»