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1、型微波铁磁共振实验系统说明书北京大华无线电仪器厂 目 录 1. 概述 2 . 系统的工作原理 3 . 系统的使用和操作 4 . 系统的成套性 5 . 质量保证 1.概述微波铁磁共振实验系统是根据高等院校近代物理实验教学大纲而设计的一套简单的教学仪器，它适用于物理等专业的学生在微波频段做铁磁材料共振实验。本仪器可以完成下列实验任务: 可观察铁磁材料的共振现象； 可测量微波铁氧体的铁磁共振线宽H； 测量微波铁氧体的朗德因子值； 培养学生掌握微波实验系统的调试和测试方法；微波铁磁共振实验系统工作时的照片2.系统的工作原理本实验系统采用扫场法进行微波铁磁材料的共振实验。即保持微波频率不变，连续改变外磁
2、场，当外磁场与微波频率之间符合一定关系时，可发生射频磁场的能量被吸收的铁磁共振现象。微波铁磁共振实验系统的工作框图如图一。该实验系统是在三厘米微波频段做铁磁共振实验。信号源输出的微波信号经隔离器衰减器波长表等元件进入谐振腔。谐振腔由两端带耦合片的一段矩形直波导构成。当被测铁氧体样品放入谐振腔内微波磁场最大处时，将会引起谐振腔的谐振频率和品质因数变化。当改变外磁场进入铁磁共振区域时，由于样品的铁磁共振损耗，使输出功率降低，从而可测出谐振腔输出功率P与外加恒磁场H的关系曲线如图二。图二中，P0为远离铁磁共振区时谐振腔的输出功率。Pr为出现铁磁共振时谐振腔的输出功率，此时对应的外磁场为Hr,称为共振
3、磁场。而相应的张量导磁率对角元虚部达最大值为，根据铁氧体理论，半共振点是指张量导磁率对角元虚部的=1/2， P P0 H P1/2 Pr H1 Hr H2 H 图二 其此处的谐振腔输出功率P1/2与P0，Pr有如下关系： 4DH1121B信 号 源信号源主 机磁共振实验仪 调谐 磁 场 调 相 扫 场 扫场 检波 检波灵敏度 g 电源 磁场 扫场 检波 轴 轴振荡器隔离器 X轴 样 品谐 振 腔尝厘米波信号源磁极 磁极 可变 衰减器厘米波信号源 检 波器隔 离器耦合片耦合片直波 导波 长表示波器轴轴8 8 图 一 微波铁磁共振实验系统框图与P1/2对应的外加磁场之差（H2-H1）即为铁磁共振线
4、宽H。因此可以根据实验作出的图二曲线和上述P1/2的公式求出共振线宽H 。另外，由铁磁共振条件r=Hr和=ge/2mc，根据外加磁场Hr和微波频率，可求得g因子。应该注意的是，在进行铁磁共振线宽测量时，必须注意样品的 会使谐振腔的谐振频率发生偏移（频散效应）。要得到准确的共振曲线和线宽，必须在测量时消除频散，使装有样品的谐振腔频率始终与输出谐振腔的微波频率相同（调谐）。因此在逐点测绘铁磁共振曲线，相当于每一个外加的恒磁场都要稍微改变谐振腔的谐振频率，使它与微波频率调谐。 如果在测量时不逐点调谐，样品的频散效应又不能忽略（特别是在窄H的情况下），在正确地考虑了频散的影响后，也可以用修正公式从测量
5、的P H曲线定出H。（修正公式详见教材，本说明书略）3.系统的使用和操作3.1 按图一连接测试系统，先不接两耦合片，将可变衰减器的衰减量置到最大，磁共振实验仪的磁场调节钮反时针旋到底。（即不加磁场电流）。3.2 打开微波信号源及磁共振实验仪的电源开关，按要求进行预热20分钟。3.3 调节微波频率：将磁共振实验仪按键开关按在的“检波”位置，调节可变衰减器的衰减量，使电表有适当的指示，用波长表测试此时的微波信号频率。（方法是：旋转波长表的测微头，找到电表跌落点，读出测微头读数，查波长表频率刻度表即可确定振荡频率），当信号频率与样品谐振腔上所标谐振频率不一致时，则应调节微波信号源的信号振荡频率。使之
6、与样品谐振腔上所标谐振频率相同。测定完频率后，须将波长表刻度旋开谐振点，避免波长表的吸收对实验造成干扰。3.4 将耦合片按图一接入系统，微调信号振荡频率，使调谐电表指示最大。3.5 利用示波器直接观察铁磁共振信号按以下步骤进行。3.5.1 将白色外壳的单晶样品装到谐振腔内，将扫场接线与电磁铁扫场接线柱相连，将“扫场”选钮旋到正时针最大。3.5.2磁共振实验仪的X轴与Y轴输出接到示波器的X、Y轴上，磁共振实验仪按键按在“扫场”位置，示波器选到XY工作方式。3.5.3 调节示波器X轴输入灵敏度，使荧光屏的X轴的扫描有适当显示，Y轴输入放置20mV位置。3.5.4调节磁场电流在1.7A左右时，在示波
7、器上即可观察到磁共振谐振信号，如图三。若波形幅度太大，可改变Y轴输入的灵敏度。3.5.5 如两个共振信号幅度相差较大，可移动样品谐振腔在磁场中的位置，同时观察磁共振谐振信号的变化，使之满意为止。3.5.6 如两个共振信号出现图三图形，应微微调节微波信号源的频率，使谐振图形的上翘部分下压，调节“相位”旋钮，可使两个共振信号移动到合适的位置，使之满意为止。图三3.6 铁磁共振曲线的制作：3.6.1 将半透明外壳的多晶样品放入谐振腔内，并将谐振腔放到磁场中心位置（如果做此项目前进3.5.5项目，不要动谐振腔在磁场中的位置）。去掉扫场接线。磁共振实验仪的按键按到“检波”位置，缓缓顺时针转动磁共振实验仪
8、的磁场调节钮，加大磁场电流，当电表指示最小的时，即铁磁共振吸收点。3.6.1 传输式谐振腔的输出功率可以用晶体检波器作相对指示，这是因为本系统微波信号源功率较小，晶体检波器的检波律符合平方律，即检波电流与输入功率成正比，故检波指示可作为铁磁共振曲线的纵坐标。 3.6.2 磁共振实验仪的磁场钮是调节外加磁场大小用的，它通过改变磁场线圈中的电流来达到这个要求。而这个电流的大小与磁场成正比，所以，铁磁共振曲线的横坐标可以用磁共振实验仪的电流指示来代表磁场的大小。 3.6.3 从电流1.2Aqi 起，逐点记录磁共振实验仪的磁场电流表读数与检波指示的对应关系，在坐标纸上描绘出连续的曲线，即可得到铁磁共振
9、曲线。按图二所示的样子，从求得数据所画的曲线上找出共振磁场Hr和线宽H。操作熟练后，在只要求共振磁场Hr和线宽H时，就不必逐点测量，由P1处可知Hr;由P0和P1求出P1/2，找出与P1/2对应的二个H，即可求出线宽H。3.6.4 如有条件，检波输出可接直流数字电压表。可以使铁磁共振曲线的纵坐标P0提高显示精度。注：本系统附带的铁氧体小球样品H约200250 oe, 外磁场强度。最大4500 oe。4 系统的成套性序号名 称数量备 注1微波固态信号源12样品谐振腔13可变衰减器14单晶样品1白色外壳5多晶样品1半透明外壳6波长表17耦合片28隔离器19直波导110检波器111电磁铁112磁共振实验仪113波导夹414波导支架315螺钉20套16说明书15质量保证
