磁性纳米膜微波磁谱测量系统研究

【摘要】：随着吸波材料在微波通信、微波暗室、抗电磁辐射以及电子对抗等领域中的广泛应用,研究和开发满足以上各种要求的吸波材料已成为一个重要课题。以Fe基、Co基为主体的磁性合金纳米颗粒膜及纳米多层膜由于在微波频率下具有很高的磁导率和磁损耗,可3实现微波的宽频带吸收而日益受到人们的重视。磁性薄膜的复磁导率μr对吸波性能有重大影响,因而在吸波材料研究中提出了对该类薄膜磁谱进行测量的紧迫要求。 本文围绕在吸波材料研究中磁性薄膜复磁导率的提取与评估这一问题,在对国内外薄膜复磁导率测量方法进行比较分析的基础上,提出了用微带反射法对薄膜复磁导率进行测量的技术原理。以一般传输线方程为基础,推导了反射系数与传播常数的关系后; 又从Maxwell方程组出发,推导出了传播常数和等效复介电常数ε_eff和复磁导率μ_eff的关系式; 最后通过网络分析仪测出样品放置前后短路微带线的反射系数,求解出了磁性薄膜材料的复磁导率μ_r。 运用高频结构仿真软件Ansoft-HFSS设计了短路微带结构测试夹具,并对测量进行了仿真,直观地验证了测量方法的可行性。 利用Agilent 8722ES微波网络分析仪和个人计算机,加上自行设计的短路微带腔,再配置一根82357USB/GPIB电缆,采用GPIB总线结构搭建了一个薄膜磁导率测量系统,并利用虚拟仪器技术开发了自动测试软件,大大提高了测试效率。利用该自动测量系统对沉积在硅基片上、厚度为0.4μm的FeCo基薄膜样品在0.5-5GHz频率范围内的复磁导率进行了测量,结果基本可靠。 微带反射法具有样品易于制作、测试装置简单、操作方便等优点。并且计算简单,直接求出了薄膜复磁导率的显示表达式,不需要采用迭代法求解方程,运算速度极快。该方法既适合于面内各向同性纳米膜磁导率的测量,又适合于面内各向异性纳米膜磁导率的测量。