磁芯应力对移相器移相特性影响的初步实验研究

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磁芯应力对移相器移相特性影响的初步实验研究

1 前言 我们知道移相器的差相移依赖于磁芯的剩余磁化强度Mr，而Mr又由脉冲激励电流激励和控制，所以，从本质上说，移相特性是剩余磁化强度Mr与脉冲激励电流之间的对应关系。由于磁芯中的应力是通过λsσ影响应力各向异性能Fσ(Fσ∝λsσ，λs为磁滞伸缩系数，σ为应力)的，而Fσ影响着Ms的易磁化方向[1]，以致最终影响Ms的大小、Mr的稳定和ΔΦ的稳定。如果λs为零，则λsσ和Fσ就等于零，应力对Mr影响也就不存在了[2]。因此，工程上我们通常加适量的锰，利用两种材料的λs正负号不同相互抵消，使磁芯材料的λs趋于零[3]。
从以上实验结果可以看出，磁芯的Mr是在承受了较大的压力后才出现变化的。曲线中部随着压力的增大向上偏离说明此时磁芯的剩磁Mr随着压力的加大而增大；曲线后部向下偏离说明Mr随着压力的加大而变小。造成这种现象的原因可能是随着压力的加大一方面Ms下降，另一方面剩磁比R却上升，到了曲线的后部终因Ms变小使Mr下降。
在工程上，如果磁芯与移相器壳体在常温下配合较紧，就会在磁芯内产生应力；当移相器工作在－40～0℃时，由于金属壳体的热胀系数比磁芯大，会导致磁芯受到很大的压力，从而引起更大应力。一部相控阵天线要用许多移相器，受到加工工艺水平的限制，不可能使所有的磁芯和壳体的公差配合都做到绝对的合理和一致，这样一来，各个移相器内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对应力存在敏感性，那么在一定的条件下就可能影响移相器移相特性的稳定性和一致性。很显然，要彻底消除应力的不良影响，理想情况就是要使λs等于零。
实际上，由于磁芯材料λs是温度的函数等原因，使磁芯的λs在工作温度范围内恰好等于零和始终等于零是很困难的，大多数情况只能做到趋近于零，即磁芯内总是或大或小残存着应力敏感性。从定量的角度看，λs趋近于零至什么程度才算是合格，必然要结合移相器对移相精度、稳定性的要求来综合考虑。
实验结果还告诉我们，尽管磁芯内残存着应力的敏感性，但只在压力大到一定程度才表现出来。并且这种敏感性越小，磁芯能承受的压力就越大。所以，磁芯承受的压力只要控制在其应力不敏感区，就不会对移相特性的稳定造成不良影响。
7 结束语
综上所述，为了消除应力的不良影响，我们的工作首先是在磁芯的成分中添加适量的锰，尽量使λs等于或趋于零，这是解决问题的根本所在；第二是对磨加工后的磁芯进行退火热处理；第三是考虑磁芯与壳体之间公差配合以及进行移相器装配时，仍然不能忽略磁芯内可能残存着对应力的敏感性。
虽然本次初步实验只考虑了磁芯在竖直方向上应力对移相特性的影响，也不是完全的定量实验，未涉及所有类型的应力的问题，但它的实验结果却能大大加深我们对应力影响移相特性的感性认识和理性认识，对今后做好相关工作有着很现实的意义。 参考文献 [1] 宛德福，罗世华．磁性物理[M]．北京：电子工业出版社，1987. 121～135
[2] 宛德福，罗世华．磁性物理[M]．北京：电子工业出版社，1987. 239～241.
[3] 张有纲，等．磁性材料[M]．成都：成都电讯工程学院出版社，1998.212.