高频下磁性薄膜复磁导率的测试装置研究与设计

发布时间：2020-09-11 20:12

　　使用磁性薄膜材料制作高频和微波器件是近几年的热门课题。磁性薄膜材料可以工作在几个MHz到数十个GHz的频率范围内。使用磁性薄膜材料可以大大提高元器件的性能,降低元器件的体积。同时,磁性薄膜器件便于与集成电路工艺结合。因此,磁性薄膜器件的研究受到业界的重视。铁磁薄膜材料的磁导率对于设计和开发电感、谐振器、变压器和环形器等射频元件是一个非常重要的参数。为了准确设计上述器件,有必要准确测量磁性薄膜在高频下的磁导率。鉴于此,需要研究能够在高频下起作用的测量磁性薄膜磁导率的装置。到目前为止,磁导率测量技术已被分为两大类。第一种是利用由外部电磁场脉冲引起感应线圈中的磁通量变化。第二种方法是利用包括微带、共面波导和同轴线的传输线微扰。本文针对上述两种测量技术所制造的测试装置进行了相关研究和设计,主要内容包括三大部分:首先介绍了短路微带线法的测试夹具,从传输线理论和等效阻抗法推导出此夹具对应的复磁导率的计算公式。用HFSS对夹具进行仿真,研究夹具各项尺寸的影响,然后建模确定具体尺寸,用仿真数据计算磁导率以验证夹具的有效性。加工了相应的实物,把33nm的NiFe薄膜放入实物中测试,计算其磁导率。然后,先介绍了由行波型驱动线圈组成的双线圈模型,设计了符合实际要求的行波型驱动线圈。之后,研究了多种感应线圈和输出结构的组合,最终采用极简的环形感应线圈结构加微带线输出的组合。此种组合在低频和高频段均有较高的灵敏度,且降低了设计、加工和装配的难度。用仿真数据计算磁导率验证夹具可行后,加工了相应的实物。用它测试了2500nm的NiFe薄膜,并计算了NiFe薄膜的磁导率。最后,研究和设计了屏蔽环感应线圈的结构,并分析如何能抵消电场的影响;对简单环形感应线圈实物测试时出现的低频段信噪比高、感应线圈小的问题进行了改进,使最低可测频率达到几十MHz。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2

【参考文献】