【關(guān)鍵詞】移相器,磁芯,應(yīng)力,移相特性,穩(wěn)定性

　　【論文摘要】對磁芯因受外部壓力產(chǎn)生應(yīng)力時對鐵氧體移相器移相特性影響進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只要磁芯內(nèi)部殘存著應(yīng)力敏感性，當(dāng)磁芯受力大到一定程度后，其不良影響就會逐漸地表現(xiàn)出來。因此，我們的工作首先要使磁芯的磁致伸縮系數(shù)λs盡量趨于零，其次是在確定磁芯與殼體之間的公差配合以及進(jìn)行移相器裝配時，仍然要考慮到磁芯內(nèi)可能殘存的應(yīng)力敏感性。

　　1前言

　　有關(guān)鐵氧體移相器方面的文獻(xiàn)幾乎無一例外地提到要降低鐵氧體磁芯對應(yīng)力的敏感性，以消除應(yīng)力對移相特性的穩(wěn)定性和一致性等方面的不良影響。工程上常采取的措施是在材料的配方中添加適量的錳以及熱處理退火等。在移相器中，磁芯可能受到的應(yīng)力有豎直方向、水平方向的壓力，縱向方向的壓力或拉力以及殼體發(fā)生形變時引起的扭力等幾種(圖1)。

　　為了描述移相器的特性，我們常將差相移與脈沖激勵電流的關(guān)系稱為移相特性，將由此形成的曲線稱為移相特性曲線。穩(wěn)定性是相對于單只移相器而言的，一致性是相對于使用于同一天線陣面的多個移相器而言的。

　　有關(guān)應(yīng)力對移相器特性影響的測試，國內(nèi)少有報道。我們在這方面做了一次嘗試性的初步實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是通過對矩形管狀磁芯的窄邊豎直加壓使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，以模擬磁芯存在類似應(yīng)力的情況，然后測試移相器在不同壓力下的移相特性。探求磁芯受到不同壓力時，移相特性的變化規(guī)律，增加感性認(rèn)識，指導(dǎo)實(shí)際工作，最終提高工程鐵氧體移相器性能的穩(wěn)定性和一致性。

　　實(shí)驗(yàn)前，我們做了充分的準(zhǔn)備工作：為了獲得準(zhǔn)確可信的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用高檔矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量差相移、采用計(jì)算機(jī)控制自動采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、存儲和繪制移相特性曲線，對實(shí)驗(yàn)移相器(磁芯和殼體)進(jìn)行了精加工、精裝配、精匹配。2磁芯應(yīng)力的來源

　　鐵氧體移相器磁芯應(yīng)力的來源主要有以下幾個方面：2.1來自裝配和安裝的應(yīng)力

　　如果磁芯與殼體的公差配合不當(dāng)，磁芯豎直或水平方向上的尺寸偏大，裝配時就可能使磁芯受到如圖1、圖2所示來自殼體豎直或水平方向上的壓力而引起應(yīng)力；若移相器在傳輸線上存在安裝位置不完全吻合，可能會引起扭曲應(yīng)力。

　　2.2熱脹冷縮引起的應(yīng)力

　　在移相器工作溫度變化較大時，由于金屬殼體與磁芯的熱膨脹系數(shù)不一致，可能導(dǎo)致磁芯在豎直和水平方向受到壓力、縱向方向受到壓力或拉力而引起應(yīng)力。當(dāng)微波通過磁芯時，由于能量損耗而發(fā)熱，磁芯與波導(dǎo)接觸的地方比其內(nèi)部的溫度低，導(dǎo)致內(nèi)外膨脹程度不同而引起應(yīng)力。2.3磨加工后的殘余應(yīng)力

　　鐵氧體磁芯在移相器裝配前必須進(jìn)行六個面的磨加工，并達(dá)到要求的尺寸和形位公差。磨加工后，磁芯在表面存在著因加工而產(chǎn)生的收縮性應(yīng)力。這種應(yīng)力會隨著時間等因素逐漸變小，從而影響移相特性的穩(wěn)定性。工程上為了消除這種應(yīng)力，一般采用退火處理。3測試系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)移相器

　　測試系統(tǒng)如圖3所示，主要由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、計(jì)算機(jī)、移相器激勵器、實(shí)驗(yàn)移相器等幾部分組成。測試時先對移相器進(jìn)行復(fù)位激勵，校零后再由計(jì)算機(jī)控制激勵器向移相器自動依次從小到大、均勻遞增地發(fā)出255個置位脈沖激勵電流，與此同時計(jì)算機(jī)還控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀自動依次分別測出對應(yīng)的255個差相移的值，并對測試結(jié)果自動采集。為了便于觀察和比較，實(shí)驗(yàn)中還利用計(jì)算機(jī)將每次實(shí)驗(yàn)采集的結(jié)果繪成對應(yīng)的移相特性曲線。

　　實(shí)驗(yàn)移相器是一只能夠在豎直方向上施加壓力的X波段移相器，如圖4所示。它的殼體是用黃銅經(jīng)過精密加工而成的，它的主要部位均采用了精密線切割工藝，其剛性和精度都能很好地滿足實(shí)驗(yàn)的要求。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　4實(shí)驗(yàn)方法

　　根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，對實(shí)驗(yàn)移相器在磁芯的豎直方向上進(jìn)行定量和非定量加壓，模擬磁芯在工程移相器內(nèi)豎直受力引起應(yīng)力的情況。實(shí)驗(yàn)時，壓力由小到大逐漸增加，同時觀察和比較在不同壓力下得到的每條移相特性曲線之間的差異和變化趨勢。實(shí)驗(yàn)流程如圖5所示。

　　4.1磁芯選擇

　　實(shí)驗(yàn)移相器內(nèi)需要三只磁芯，為了保證實(shí)驗(yàn)中三只磁芯受力的一致性，本實(shí)驗(yàn)從現(xiàn)有的石榴石磁芯中用千分尺精心挑選出了三只，豎直方向的尺寸基本一致，偏差≤0.01mm。4.2實(shí)驗(yàn)移相器裝配

　　將選出的磁芯安裝在實(shí)驗(yàn)移相器殼體內(nèi)，穿入激勵線固定后與激勵器連接。4.3實(shí)驗(yàn)移相器匹配

　　為了盡量減小微波反射對差相移ΔΦ測試準(zhǔn)確度的不良影響，實(shí)驗(yàn)采用相對介電常數(shù)約為5的陶瓷匹配塊對實(shí)驗(yàn)移相器進(jìn)行了雙向精心匹配，使其在測試頻率點(diǎn)±3%的帶寬內(nèi)VSWR≤1.17，測試頻率點(diǎn)的VSWR≤1.06。4.4定量加壓實(shí)驗(yàn)

　　首先，按圖3進(jìn)行必要的準(zhǔn)備和預(yù)運(yùn)行，正常后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有的加壓條件，在實(shí)驗(yàn)移相器上依次按0kg、20kg、40kg、60kg、80kg、93kg逐步加壓。每加一次壓力，就測一次移相特性，即測255個脈沖激勵電流對應(yīng)的ΔΦ。我們用d0、d20、d40、d60、d80、d93依次表示在以上對應(yīng)壓力下的移相特性或移相特性曲線；下標(biāo)表示壓力的大小。4.5非定量加壓實(shí)驗(yàn)

　　非定量加壓實(shí)驗(yàn)過程與定量加壓實(shí)驗(yàn)相似，差別在于定量加壓實(shí)驗(yàn)采用法碼加壓，而非定量加壓實(shí)驗(yàn)則是采用小型臺虎鉗加壓。采用非定量實(shí)驗(yàn)的目的是為了獲得遠(yuǎn)大于定量實(shí)驗(yàn)的壓力。臺虎鉗每旋緊一次，壓力增加一次，同時也測一次移相特性。在這里我們用f0、f1、f2……、f13依次表示在對應(yīng)旋緊次序下的移相特性或移相特性曲線；下標(biāo)表示旋緊操作的序號。例如f2表示第二次旋緊加壓條件下測的移相特性或移相特性曲線。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　5.1定量加壓

　　定量加壓實(shí)驗(yàn)依照壓力從小到大的順序進(jìn)行了六次。為了便于觀察和比較，我們把測得的結(jié)果d0、d20、d40、d60、d80、d93在圖6a中分別繪成對應(yīng)的六條移相特性曲線。

　　實(shí)驗(yàn)使用的脈沖激勵電流序號從1～255。在實(shí)驗(yàn)條件下，若第255個脈沖激勵電流為I255，能夠?qū)⒁葡嗥鲝膹?fù)位狀態(tài)置位到滿足要求的相對最大差相移ΔΦ255，則第100個脈沖激勵電流的強(qiáng)度可近似為100 I255/255。其余同理。

　　觀察圖6a，我們看到六條曲線幾乎完全重疊，這表明至少在不超過93kg壓力的情況下，實(shí)驗(yàn)移相器的移相特性是基本穩(wěn)定的。那么在更大的壓力下移相特性還穩(wěn)定嗎？非定量加壓實(shí)驗(yàn)給出了問題的答案。5.2非定量加壓

　　與定量加壓實(shí)驗(yàn)的方式相似，非定量加壓實(shí)驗(yàn)也是依照壓力從小到大依次進(jìn)行的，共進(jìn)行了十三次。對應(yīng)的十三個實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以繪成十三條移相特性曲線。為了便于觀察，在此只均勻地選擇了f0、f4、f8、f13四個結(jié)果，它們的曲線如圖6b所示。

　　觀察圖6b中曲線，我們能看出隨著壓力的不斷加大，移相特性曲線之間開始出現(xiàn)分離現(xiàn)象。為了便于進(jìn)一步弄清非定量加壓的影響，我們從f0、f4、f8、f13四條曲線中均勻地選出一部分典型數(shù)據(jù)，列于表1。ΔΦ0表示磁芯沒受力時的差相移，ΔΦ4表示通過臺虎鉗第四次加壓時的差相移，其余同理；Φ4-0表示在脈沖激勵電流相同的條件下，ΔΦ4與ΔΦ0的差，以此類推。

　　6討論

　　在圖6a中，當(dāng)壓力從零逐步增至93kg(磁芯豎直受力面積約為3.3cm2)時，所得到的6條移相特性曲線基本重合，這現(xiàn)象表明：至少在壓力不超過93kg的情況下，磁芯內(nèi)應(yīng)力的增加對移相特性幾乎沒有影響。與圖6a不同，圖6b中移相特性曲線的分離現(xiàn)象顯示了磁芯內(nèi)殘存的應(yīng)力敏感性：當(dāng)壓力過大時，移相特性開始隨壓力的增大逐漸發(fā)生變化。綜合圖6a和圖6b，我們不難看出，起初移相特性幾乎沒有發(fā)生變化，呈現(xiàn)出對來自外界的壓力不敏感性；但是，當(dāng)壓力大到一定程度后，移相特性曲線開始呈現(xiàn)出這樣一種變化趨勢——在第120個脈沖激勵電流前后一段區(qū)域內(nèi)，隨著壓力的逐漸增大，差相移增大，曲線向上偏移；差不多所有的曲線都是在第220個脈沖激勵電流附近交叉，之后的變化規(guī)律是壓力越大差相移越小，曲線向下偏移。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　我們知道移相器的差相移依賴于磁芯的剩余磁化強(qiáng)度Mr，而Mr又由脈沖激勵電流激勵和控制，所以，從本質(zhì)上說，移相特性是剩余磁化強(qiáng)度Mr與脈沖激勵電流之間的對應(yīng)關(guān)系。由于磁芯中的應(yīng)力是通過λsσ影響應(yīng)力各向異性能Fσ(Fσ∝λsσ，λs為磁滯伸縮系數(shù)，σ為應(yīng)力)的，而Fσ影響著Ms的易磁化方向[1]，以致最終影響Ms的大小、Mr的穩(wěn)定和ΔΦ的穩(wěn)定。如果λs為零，則λsσ和Fσ就等于零，應(yīng)力對Mr影響也就不存在了[2]。因此，工程上我們通常加適量的錳，利用兩種材料的λs正負(fù)號不同相互抵消，使磁芯材料的λs趨于零[3]。

　　從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，渦街流量計(jì)磁芯的Mr是在承受了較大的壓力后才出現(xiàn)變化的。曲線中部隨著壓力的增大向上偏離說明此時磁芯的剩磁Mr隨著壓力的加大而增大；曲線后部向下偏離說明Mr隨著壓力的加大而變小。造成這種現(xiàn)象的原因可能是隨著壓力的加大一方面Ms下降，另一方面剩磁比R卻上升，到了曲線的后部終因Ms變小使Mr下降。

　　在工程上，如果磁芯與移相器殼體在常溫下配合較緊，就會在磁芯內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力；當(dāng)移相器工作在-40～0℃時，由于金屬殼體的熱脹系數(shù)比磁芯大，會導(dǎo)致磁芯受到很大的壓力，從而引起更大應(yīng)力。一部相控陣天線要用許多移相器，受到加工工藝水平的限制，不可能使所有的磁芯和殼體的公差配合都做到絕對的合理和一致，這樣一來，各個移相器內(nèi)磁芯受力的大小就不可能一致，有的受力大，有的受力小。如果磁芯的Mr對應(yīng)力存在敏感性，那么在一定的條件下就可能影響移相器移相特性的穩(wěn)定性和一致性。很顯然，要徹底消除應(yīng)力的不良影響，理想情況就是要使λs等于零。

　　實(shí)際上，由于磁芯材料λs是溫度的函數(shù)等原因，使磁芯的λs在工作溫度范圍內(nèi)恰好等于零和始終等于零是很困難的，大多數(shù)情況只能做到趨近于零，即磁芯內(nèi)總是或大或小殘存著應(yīng)力敏感性。從定量的角度看，λs趨近于零至什么程度才算是合格，必然要結(jié)合移相器對移相精度、穩(wěn)定性的要求來綜合考慮。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果還告訴我們，盡管磁芯內(nèi)殘存著應(yīng)力的敏感性，但只在壓力大到一定程度才表現(xiàn)出來。并且這種敏感性越小，磁芯能承受的壓力就越大。所以，磁芯承受的壓力只要控制在其應(yīng)力不敏感區(qū)，就不會對移相特性的穩(wěn)定造成不良影響。7結(jié)束語

　　綜上所述，為了消除應(yīng)力的不良影響，我們的工作首先是在磁芯的成分中添加適量的錳，盡量使λs等于或趨于零，這是解決問題的根本所在；第二是對磨加工后的磁芯進(jìn)行退火熱處理；第三是考慮磁芯與殼體之間公差配合以及進(jìn)行移相器裝配時，仍然不能忽略磁芯內(nèi)可能殘存著對應(yīng)力的敏感性。

　　雖然本次初步實(shí)驗(yàn)只考慮了磁芯在豎直方向上應(yīng)力對移相特性的影響，也不是完全的定量實(shí)驗(yàn)，未涉及所有類型的應(yīng)力的問題，但它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻能大大加深我們對應(yīng)力影響移相特性的感性認(rèn)識和理性認(rèn)識，對今后做好相關(guān)工作有著很現(xiàn)實(shí)的意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]宛德福，羅世華.磁性物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1987. 121～135[2]宛德福，羅世華.磁性物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1987. 239～241.[3]張有綱，等.磁性材料[M].成都：成都電訊工程學(xué)院出版社，1998.212.

　　【關(guān)鍵詞】移相器,磁芯,應(yīng)力,移相特性,穩(wěn)定性

　　【論文摘要】對磁芯因受外部壓力產(chǎn)生應(yīng)力時對鐵氧體移相器移相特性影響進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只要磁芯內(nèi)部殘存著應(yīng)力敏感性，當(dāng)磁芯受力大到一定程度后，其不良影響就會逐漸地表現(xiàn)出來。因此，我們的工作首先要使磁芯的磁致伸縮系數(shù)λs盡量趨于零，其次是在確定磁芯與殼體之間的公差配合以及進(jìn)行移相器裝配時，仍然要考慮到磁芯內(nèi)可能殘存的應(yīng)力敏感性。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　1前言

　　有關(guān)鐵氧體移相器方面的文獻(xiàn)幾乎無一例外地提到要降低鐵氧體磁芯對應(yīng)力的敏感性，以消除應(yīng)力對移相特性的穩(wěn)定性和一致性等方面的不良影響。工程上常采取的措施是在材料的配方中添加適量的錳以及熱處理退火等。在移相器中，磁芯可能受到的應(yīng)力有豎直方向、水平方向的壓力，縱向方向的壓力或拉力以及殼體發(fā)生形變時引起的扭力等幾種(圖1)。

　　為了描述移相器的特性，我們常將差相移與脈沖激勵電流的關(guān)系稱為移相特性，將由此形成的曲線稱為移相特性曲線。穩(wěn)定性是相對于單只移相器而言的，一致性是相對于使用于同一天線陣面的多個移相器而言的。

　　有關(guān)應(yīng)力對移相器特性影響的測試，國內(nèi)少有報道。我們在這方面做了一次嘗試性的初步實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是通過對矩形管狀磁芯的窄邊豎直加壓使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，以模擬磁芯存在類似應(yīng)力的情況，然后測試移相器在不同壓力下的移相特性。探求磁芯受到不同壓力時，移相特性的變化規(guī)律，增加感性認(rèn)識，指導(dǎo)實(shí)際工作，最終提高工程鐵氧體移相器性能的穩(wěn)定性和一致性。

　　實(shí)驗(yàn)前，我們做了充分的準(zhǔn)備工作：為了獲得準(zhǔn)確可信的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用高檔矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量差相移、采用計(jì)算機(jī)控制自動采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、存儲和繪制移相特性曲線，對實(shí)驗(yàn)移相器(磁芯和殼體)進(jìn)行了精加工、精裝配、精匹配。2磁芯應(yīng)力的來源

　　鐵氧體移相器磁芯應(yīng)力的來源主要有以下幾個方面：2.1來自裝配和安裝的應(yīng)力

　　如果磁芯與殼體的公差配合不當(dāng)，磁芯豎直或水平方向上的尺寸偏大，裝配時就可能使磁芯受到如圖1、圖2所示來自殼體豎直或水平方向上的壓力而引起應(yīng)力；若移相器在傳輸線上存在安裝位置不完全吻合，可能會引起扭曲應(yīng)力。

　　2.2熱脹冷縮引起的應(yīng)力

　　在移相器工作溫度變化較大時，由于金屬殼體與磁芯的熱膨脹系數(shù)不一致，可能導(dǎo)致磁芯在豎直和水平方向受到壓力、縱向方向受到壓力或拉力而引起應(yīng)力。當(dāng)微波通過磁芯時，由于能量損耗而發(fā)熱，磁芯與波導(dǎo)接觸的地方比其內(nèi)部的溫度低，導(dǎo)致內(nèi)外膨脹程度不同而引起應(yīng)力。2.3磨加工后的殘余應(yīng)力

　　鐵氧體磁芯在移相器裝配前必須進(jìn)行六個面的磨加工，并達(dá)到要求的尺寸和形位公差。磨加工后，磁芯在表面存在著因加工而產(chǎn)生的收縮性應(yīng)力。這種應(yīng)力會隨著時間等因素逐漸變小，從而影響移相特性的穩(wěn)定性。工程上為了消除這種應(yīng)力，一般采用退火處理。3測試系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)移相器

　　測試系統(tǒng)如圖3所示，主要由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、計(jì)算機(jī)、移相器激勵器、實(shí)驗(yàn)移相器等幾部分組成。測試時先對移相器進(jìn)行復(fù)位激勵，校零后再由計(jì)算機(jī)控制激勵器向移相器自動依次從小到大、均勻遞增地發(fā)出255個置位脈沖激勵電流，與此同時計(jì)算機(jī)還控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀自動依次分別測出對應(yīng)的255個差相移的值，并對測試結(jié)果自動采集。為了便于觀察和比較，實(shí)驗(yàn)中還利用計(jì)算機(jī)將每次實(shí)驗(yàn)采集的結(jié)果繪成對應(yīng)的移相特性曲線。

　　實(shí)驗(yàn)移相器是一只能夠在豎直方向上施加壓力的X波段移相器，如圖4所示。它的殼體是用黃銅經(jīng)過精密加工而成的，它的主要部位均采用了精密線切割工藝，其剛性和精度都能很好地滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

　　4實(shí)驗(yàn)方法

　　根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，對實(shí)驗(yàn)移相器在磁芯的豎直方向上進(jìn)行定量和非定量加壓，模擬磁芯在工程移相器內(nèi)豎直受力引起應(yīng)力的情況。實(shí)驗(yàn)時，壓力由小到大逐漸增加，同時觀察和比較在不同壓力下得到的每條移相特性曲線之間的差異和變化趨勢。實(shí)驗(yàn)流程如圖5所示。

　　4.1磁芯選擇

　　實(shí)驗(yàn)移相器內(nèi)需要三只磁芯，為了保證實(shí)驗(yàn)中三只磁芯受力的一致性，本實(shí)驗(yàn)從現(xiàn)有的石榴石磁芯中用千分尺精心挑選出了三只，豎直方向的尺寸基本一致，偏差≤0.01mm。4.2實(shí)驗(yàn)移相器裝配#p#分頁標(biāo)題#e#

　　將選出的磁芯安裝在實(shí)驗(yàn)移相器殼體內(nèi)，穿入激勵線固定后與激勵器連接。4.3實(shí)驗(yàn)移相器匹配

　　為了盡量減小微波反射對差相移ΔΦ測試準(zhǔn)確度的不良影響，實(shí)驗(yàn)采用相對介電常數(shù)約為5的陶瓷匹配塊對實(shí)驗(yàn)移相器進(jìn)行了雙向精心匹配，使其在測試頻率點(diǎn)±3%的帶寬內(nèi)VSWR≤1.17，測試頻率點(diǎn)的VSWR≤1.06。4.4定量加壓實(shí)驗(yàn)

　　首先，按圖3進(jìn)行必要的準(zhǔn)備和預(yù)運(yùn)行，正常后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有的加壓條件，在實(shí)驗(yàn)移相器上依次按0kg、20kg、40kg、60kg、80kg、93kg逐步加壓。每加一次壓力，就測一次移相特性，即測255個脈沖激勵電流對應(yīng)的ΔΦ。我們用d0、d20、d40、d60、d80、d93依次表示在以上對應(yīng)壓力下的移相特性或移相特性曲線；下標(biāo)表示壓力的大小。4.5非定量加壓實(shí)驗(yàn)

　　非定量加壓實(shí)驗(yàn)過程與定量加壓實(shí)驗(yàn)相似，差別在于定量加壓實(shí)驗(yàn)采用法碼加壓，而非定量加壓實(shí)驗(yàn)則是采用小型臺虎鉗加壓。采用非定量實(shí)驗(yàn)的目的是為了獲得遠(yuǎn)大于定量實(shí)驗(yàn)的壓力。臺虎鉗每旋緊一次，壓力增加一次，同時也測一次移相特性。在這里我們用f0、f1、f2……、f13依次表示在對應(yīng)旋緊次序下的移相特性或移相特性曲線；下標(biāo)表示旋緊操作的序號。例如f2表示第二次旋緊加壓條件下測的移相特性或移相特性曲線。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　5.1定量加壓

　　定量加壓實(shí)驗(yàn)依照壓力從小到大的順序進(jìn)行了六次。為了便于觀察和比較，我們把測得的結(jié)果d0、d20、d40、d60、d80、d93在圖6a中分別繪成對應(yīng)的六條移相特性曲線。

　　實(shí)驗(yàn)使用的脈沖激勵電流序號從1～255。在實(shí)驗(yàn)條件下，若第255個脈沖激勵電流為I255，能夠?qū)⒁葡嗥鲝膹?fù)位狀態(tài)置位到滿足要求的相對最大差相移ΔΦ255，則第100個脈沖激勵電流的強(qiáng)度可近似為100 I255/255。其余同理。

　　觀察圖6a，我們看到六條曲線幾乎完全重疊，這表明至少在不超過93kg壓力的情況下，實(shí)驗(yàn)移相器的移相特性是基本穩(wěn)定的。那么在更大的壓力下移相特性還穩(wěn)定嗎？非定量加壓實(shí)驗(yàn)給出了問題的答案。5.2非定量加壓

　　與定量加壓實(shí)驗(yàn)的方式相似，非定量加壓實(shí)驗(yàn)也是依照壓力從小到大依次進(jìn)行的，共進(jìn)行了十三次。對應(yīng)的十三個實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以繪成十三條移相特性曲線。為了便于觀察，在此只均勻地選擇了f0、f4、f8、f13四個結(jié)果，它們的曲線如圖6b所示。

　　觀察圖6b中曲線，我們能看出隨著壓力的不斷加大，移相特性曲線之間開始出現(xiàn)分離現(xiàn)象。為了便于進(jìn)一步弄清非定量加壓的影響，我們從f0、f4、f8、f13四條曲線中均勻地選出一部分典型數(shù)據(jù)，列于表1。ΔΦ0表示磁芯沒受力時的差相移，ΔΦ4表示通過臺虎鉗第四次加壓時的差相移，其余同理；Φ4-0表示在脈沖激勵電流相同的條件下，ΔΦ4與ΔΦ0的差，以此類推。

　　6討論

　　在圖6a中，當(dāng)壓力從零逐步增至93kg(磁芯豎直受力面積約為3.3cm2)時，所得到的6條移相特性曲線基本重合，這現(xiàn)象表明：至少在壓力不超過93kg的情況下，磁芯內(nèi)應(yīng)力的增加對移相特性幾乎沒有影響。與圖6a不同，圖6b中移相特性曲線的分離現(xiàn)象顯示了磁芯內(nèi)殘存的應(yīng)力敏感性：當(dāng)壓力過大時，移相特性開始隨壓力的增大逐漸發(fā)生變化。綜合圖6a和圖6b，我們不難看出，起初移相特性幾乎沒有發(fā)生變化，呈現(xiàn)出對來自外界的壓力不敏感性；但是，當(dāng)壓力大到一定程度后，移相特性曲線開始呈現(xiàn)出這樣一種變化趨勢——在第120個脈沖激勵電流前后一段區(qū)域內(nèi)，隨著壓力的逐漸增大，差相移增大，曲線向上偏移；差不多所有的曲線都是在第220個脈沖激勵電流附近交叉，之后的變化規(guī)律是壓力越大差相移越小，曲線向下偏移。

　　我們知道移相器的差相移依賴于磁芯的剩余磁化強(qiáng)度Mr，而Mr又由脈沖激勵電流激勵和控制，所以，從本質(zhì)上說，移相特性是剩余磁化強(qiáng)度Mr與脈沖激勵電流之間的對應(yīng)關(guān)系。由于磁芯中的應(yīng)力是通過λsσ影響應(yīng)力各向異性能Fσ(Fσ∝λsσ，λs為磁滯伸縮系數(shù)，σ為應(yīng)力)的，而Fσ影響著Ms的易磁化方向[1]，以致最終影響Ms的大小、Mr的穩(wěn)定和ΔΦ的穩(wěn)定。如果λs為零，則λsσ和Fσ就等于零，應(yīng)力對Mr影響也就不存在了[2]。因此，工程上我們通常加適量的錳，利用兩種材料的λs正負(fù)號不同相互抵消，使磁芯材料的λs趨于零[3]。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，磁芯的Mr是在承受了較大的壓力后才出現(xiàn)變化的。曲線中部隨著壓力的增大向上偏離說明此時磁芯的剩磁Mr隨著壓力的加大而增大；曲線后部向下偏離說明Mr隨著壓力的加大而變小。造成這種現(xiàn)象的原因可能是隨著壓力的加大一方面Ms下降，另一方面剩磁比R卻上升，到了曲線的后部終因Ms變小使Mr下降。

　　在工程上，如果磁芯與移相器殼體在常溫下配合較緊，就會在磁芯內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力；當(dāng)移相器工作在-40～0℃時，由于金屬殼體的熱脹系數(shù)比磁芯大，會導(dǎo)致磁芯受到很大的壓力，從而引起更大應(yīng)力。一部相控陣天線要用許多移相器，受到加工工藝水平的限制，不可能使所有的磁芯和殼體的公差配合都做到絕對的合理和一致，這樣一來，各個移相器內(nèi)磁芯受力的大小就不可能一致，有的受力大，有的受力小。如果磁芯的Mr對應(yīng)力存在敏感性，那么在一定的條件下就可能影響移相器移相特性的穩(wěn)定性和一致性。很顯然，要徹底消除應(yīng)力的不良影響，理想情況就是要使λs等于零。

　　實(shí)際上，由于磁芯材料λs是溫度的函數(shù)等原因，使磁芯的λs在工作溫度范圍內(nèi)恰好等于零和始終等于零是很困難的，大多數(shù)情況只能做到趨近于零，即磁芯內(nèi)總是或大或小殘存著應(yīng)力敏感性。從定量的角度看，λs趨近于零至什么程度才算是合格，必然要結(jié)合移相器對移相精度、穩(wěn)定性的要求來綜合考慮。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果還告訴我們，盡管磁芯內(nèi)殘存著應(yīng)力的敏感性，但只在壓力大到一定程度才表現(xiàn)出來。并且這種敏感性越小，磁芯能承受的壓力就越大。所以，磁芯承受的壓力只要控制在其應(yīng)力不敏感區(qū)，就不會對移相特性的穩(wěn)定造成不良影響。7結(jié)束語

　　綜上所述，為了消除應(yīng)力的不良影響，我們的工作首先是在磁芯的成分中添加適量的錳，盡量使λs等于或趨于零，這是解決問題的根本所在；第二是對磨加工后的磁芯進(jìn)行退火熱處理；第三是考慮磁芯與殼體之間公差配合以及進(jìn)行移相器裝配時，仍然不能忽略磁芯內(nèi)可能殘存著對應(yīng)力的敏感性。

　　雖然本次初步實(shí)驗(yàn)只考慮了磁芯在豎直方向上應(yīng)力對移相特性的影響，也不是完全的定量實(shí)驗(yàn)，未涉及所有類型的應(yīng)力的問題，但它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻能大大加深我們對應(yīng)力影響移相特性的感性認(rèn)識和理性認(rèn)識，對今后做好相關(guān)工作有著很現(xiàn)實(shí)的意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]宛德福，羅世華.磁性物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1987. 121～135[2]宛德福，羅世華.磁性物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1987. 239～241.[3]張有綱，等.磁性材料[M].成都：成都電訊工程學(xué)院出版社，1998.212.