Датчик магнитного поля

(5 ф)5 0 01 й 33/О Н ИЗО АВТОРС У СВИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Датчик содержит диэлектрическую подложку 1, на одну поверхность которой нанесена магнитная пленка 2, на которую нанесен металлический экран 3, На другую поверхность диэлектрической подложки нанесены две металлические полоски 4 и 5 одна напротив другой. 4 фиг.Изобретение относится к электроизмерительной технике и прежде всего к магнитометрии,Целью изобретения является упрощение конструкции датчика магнитного поля. 5Изобретение поясняется чертежами.На фиг,1 изображен датчик магнитного поля. На фиг.2 изображены частотные зависимости затухания СВЧ мощности,прошедшей через датчик, для двух значений 10измеряемого магнитного поля. На фиг.Зизображена принципиальная схема датчика. На фиг,4 изображена зависимость затухания прошедшей СВЧ мощности отвеличины измеряемого магнитного поля. 15Пример реализации, Датчик магнитногополя содержит диэлектрическую подложку1, выполненную в виде полированной пластины из СВЧ керамики ТЬНС толщиной 1мм, На одну поверхность диэлектрической 20подложки 1 нанесена пермаллоевая магнитная пленка 2 слабо-магнитострикционногосостава (82Ю+ 18 Ге) толщиной 0,1 мкм,На магнитную пленку 2 нанесен металлический экран 3 в виде слоя меди толщиной 10мкм. На вторую поверхность диэлектрической подложки 1 нанесены перпендикулярно легкой оси магнитной пленки 2 двеодинаковые прямоугольные медные металлические полоски 4 и 5 одна напротив другой толщиной 10 мкм, шириной 2 мм, длиной13 мм с зазором между ними 2 мм,Для измерения величины магнитногополя датчик концом первой металлическойполоски 4 подключается к СВЧ генератору, 35а концом второй металлической полоски 5подключается к СВЧ детектору и регистрирующему прибору, например, вольтметру,Величину измеряемого магнитного поля определяют по величине СВЧ мощности, прошедшей через датчик, .начастотемаксимального ее затухания,Датчик работает следующим образом.Рассмотрим сначала первый случай, когдаизмеряемое магнитное поле Н равно нулю 45или параллельно легкой оси намагничивания магнитной пленки 2. В этой ситуацииравновесная намагниченность М направлена вдоль легкой оси параллельно СВЧ магнитному полю й отрезков микрополосковых 50линий 4 и 5 и потому не взаимодействует сним. То есть СВЧ магнитная проницаемостьмагнитной пленки 2 равна единице, Поэтому в пермаллоевой пленке 2 не будет магнитных потерь. Кроме того глубинаскин-слоя в ней будет максимальна (6,6 мкмна 1 ГГц) и практически весь СВЧ ток будетпротекать не по тонкой (0.1 мкм) магнитнойпленке, а по высокопроводящему медномуэкрану (в котором глубина скин-слоя равна 2,1 мкм на 1 ГГц), В этом случае суммарные потери в отрезках микрополосковых линий 4 и 5 минимальны и частотная зависимость затухания СВЧ мощности, прошедшей через датчик, имеет вид, изображенный кривой 6 на фиг.2. Эта зависимость имеет острый максимум, Для датчика, описанного в примере реализации, максимум расположен на частоте 300 МГц и достигает 65 дБ.Рассмотрим теперь второй случай, когда измеряемое магнитное поле Н отлично от нуля и направлено под углом к легкой оси магйитной пленки 2. В этой ситуации равновесная намагниченность М отклонится от направления легкой оси. Она уже не будет параллельна СВЧ магнитному полю и отрезков микрополосковых линий 4 и 5 и начнет взаимодействовать с ним, В результате в магнитной пленке 2 возникнут магнитные потери, а также возрастут омические потери из-за уменьшения глубины скин-слоя и перераспределения СВЧ токов в магнитной пленке и медном экране. Кроме того изменится эффективная магнитная проницаемость отрезков микрополосковых линий, Все это вместе снизит добротность микро- полосковых линий, изменит их волновое сопротивление и скорость СВЧ волны. Изменения этих параметров приведет к тому, что максимум затухания прошедшей СВЧ мощности переместится по частоте и уменьшится по величине. Частотная зависимость затухания СВЧ мощности для второго случая изображена на фиг,2 кривой 7.Рассмотрим третий случай, когда на частоте максимума затухания величина измеряемого магнитного поля Н близка к полю ферромагнитного резонанса, В этом случае комплексная магнитная проницаемость магнитной пленки 2 будет максимальной по модулю. Кроме того она будет иметь большую величину мнимой части, Это приведет к максимальному укорочению длины СВЧ волны, максимальному увеличению магнитных и омических потерь и максимальному повышению волновых сопротивлений отрезков микрополосковых линий 4 и 5, В результате будет наблюдаться максимальное понижение частоты максимума затухания проходящей СВЧ мощности и максимальное уменьшение величины максимума. Поэтому наибольшую чувствительность датчик будет иметь вблизи поля ферромагнитного резонанса, Следовательно для получения максимальной чувствительности датчика в заданном узком диапазоне магнитных полей необходимо выбрать такую длину металлических полосок 4 и 5, цтобы частота максимума затухания проходящей СВЧ мощности была близка к частоте Ферромаг-/2 сщ (Эо) ния преобр высота пи м добротн 2 о - волновые8 о - электриче лосковых линин, соответствеволновое сопрдного тракта.той формулы сющейся корне где сопротивлские длий для четнно;отивлени ния, аотрезковых и нечетмикропо ных вол 2 -новоИз внешн тоте едует, что м уравнен о,яв 40 45 нитного резонанса для манитного поля из этого диапазона,Проведем анализ работы датчика, Принципиальная схема датчика изображена на фиг,З Она содержит четырехполюсник, образованный двумя электромагнитно связанными отрезками микрополосковых линий. Экран отрезков микрополосковых линий не изображен. В отсутствии каких- либо потерь в отрезках коэффициент прохождения СВЧ мощности через четырехполюсник выражается формулой е/е ) + йц (6 е )(2 о/г ) + ц (6 о ) е щ(Яо) - 2 од(6 е) = О, Р) коэффициент прохождения СВЧ мощности К обращается в нуль, то есть имеет место полюс затухания.Существование полюса затухания объясняется следующим, Электромагнитное воздействие между полосками 4 и 5 складывается из емкостного и индуктивного, Эти два взаимодействия действуют противофазно 4. На низких частотах, когда текущие по полоскам токи малы, преобладает емкостное взаимодействие, С ростом частоты токи растут, индуктивное взаимодействие увеличи вается. а полное взаимодействие уменьшается, На частоте Ео индуктивное взаимодействие компенсирует емкостное и коэффициент прохождения СВЧ мощности через четырех полюсник,обращается в нуль, То есть образуется полюс затухания. Нэ частоте выше Го преобладает уже индуктивное взаимодействие, В результате СВЧ мощность вновь начинает проходить через четырехполюсник,При наличии затухания в отрезках микрополосковых линий их параметры 2 е, 2 о, Эе, бо становятся комплексными и формула (1) изменяется следующим образом В результате полюс затуха азуется в пик затухания, причем ка плавно убывает с уменьшение ости отрезков,Технико-экономическим преимуществом заявляемого датчика по сравнению с прототипом является простота конструкции, позволяющая изготовлять его в интегральном исполнении. Это приводит к снижению стоимосги датчиков при массовом их производстве. Достоверность приводимых данных о технико-экономической эффективности, кроме расчетов авторов, подтверкдается результатами лабораторных испытаний, экт о проведении которых прилагается,Формула изобретения Датчик магнитного поля, содержащий две металлические полоски, расположенные по одну сторону металлического экрана, и магнитную пленку, нанесенную на одну поверхность диэлектрической подложки и расположенную между металлическим экраном и металлическими полосками, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения технологичности конструкции, металлический экран нанесен на магнитную пленку, а металлические полоски нанесены на вторую поверхность диэлектрической подложки одна напротив другой,1810855 0 5 20 Фиг оставитель Б.Беляевехред М,Моргентал Корректор С,Патрушева Редакто зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1444 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5