ロシア国家規格 GOST 12637-67

ГОСТ 12637–67 高周波軟磁性材料。周波数範囲200〜2000 МГцにおける試験方法

ГОСТ 12637−67

グループ П99*
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* 2008年の「国家規格」目録ではグループВ89。— データベース作成者の注記。

ソビエト連邦国家規格

高周波軟磁性材料

周波数範囲200〜2000 МГцにおける試験方法

高周波軟磁性材料。
200〜2000 MHzの範囲における試験方法

施行日 1969−01−01

1967年2月16日、ソビエト連邦閣僚評議会付属の標準・計量・計測器委員会により承認。


本規格は高周波軟磁性材料に適用され、磁界強さが保磁力の0.1以下の正弦電磁界中における磁気および誘電特性の測定方法を周波数200〜2000 МГцの範囲で規定する。

本規格は材料の磁気および誘電特性を求めるため、次の方法を規定する。

測定ライン；

同軸共振器。

誘電率が既知で以下の条件を満たす材料の試験には半波長共振器の使用を許容する。

.

1. 一般事項

1.1. 高周波軟磁性材料の特性

1.1.1. 軟磁性材料の主な特性は、複素磁気透磁率および複素誘電率、磁気損失角の正接、磁気透磁率の温度依存性、磁気透磁率の温度係数である。

測定すべき材料の主な特性、これらの特性を測定する周波数、ならびに許容測定誤差の一覧は表1に示す。採用される量の略記法は付属書1に示す。

表1

測定対象の特性	記号	単位	測定値の範囲	許容誤差	測定パラメータとの関係	周波数 （Hz）
磁気透磁率の実数部		無次元	2〜20	10%	*	2·10 〜2·10
磁気透磁率の虚数部		無次元	2·10〜10	10% ±1·10	*	2·10 〜2·10
温度変化（温度153〜673 °Kの範囲）に伴う の温度依存性		無次元	2〜20	15%**	依存曲線 から	От 2·10 до 2·10
温度依存性 （温度変化 153〜673 °K の場合）		相対	От 2·10до 10	15%**	依存曲線 から	От 2·10до 2·10
誘電率の実部		相対	От 2 до 20	10%	*	От 2·10до 2·10
誘電率の虚部		相対	От 2·10до 10	10% ±1·10	*	От 2·10до 2·10

注記。

* この式は条件 を満たす場合に有効である。

** 誤差は極限温度の場合にのみ15%に達する。


磁気損失角のタンジェントの測定範囲および許容測定誤差は透磁率の成分によって決まる。成分の比は、磁気損失角のタンジェントが少なくとも 2·10 以上となるように維持されなければならない。

1.1.2. 複素磁気透磁率 は二つの成分を持ち、第一の は可逆的な準弾性過程に対応し、第二の はエネルギー散逸に関連する過程である。

1.1.3. 複素誘電率 は二つの成分を持ち、第一の は変位電流に対応し、第二の は損失電流である。

1.1.4. 初期磁気透磁率 とは、磁場の強さをゼロに減じたときに が収束する極限である。磁場が保磁力の0.1倍以下のとき、透磁率 は に等しい。

1.1.5. 磁気損失角の正接 は非可逆過程で散逸するエネルギーを示す。

1.1.6. 磁気透磁率成分の温度依存性は、グラフまたは表の形で示す。

試料を試験する温度範囲は、軟磁性材料の適用分野によって決定される。

1.1.7. 温度係数は、特定の温度区間における平均温度係数として求める。

,

ここで:

— 温度 における初期磁気透磁率の値；

— 温度 における初期磁気透磁率の値；

— 試験開始温度（K）；

— 試験終了温度（K）。

1.1.8. 磁化率の成分の周波数依存性 および は、
これら および を100 MHzごとに測定し、グラフまたは表の形式で表す。

注記. 磁気損失角のタンジェントの周波数および温度に対する依存性を用いることを許容する。

1.2. 試験用機器

1.2.1. 周波数範囲200～2000 MHzの軟磁性材料の試験には、次の機器を用いる。

可変長同軸共振器；

測定線（測定ライン）；

高周波・超高周波発生器；

ヘテロダイン式周波数計；

計測用増幅器；

連続可変アッテネータ；

フィルタ；

温度チャンバー；

クライオチャンバー（低温チャンバー）；

温度自動調節ユニット；

電子ポテンショメータ；

磁界強度を決定するためのプローブおよび較正ライン。

1.2.2. 機器の機種、技術的特性および図面番号は付録2および3に示す。

1.2.3. 測定装置の検査は、ソ連閣僚会議傘下の標準・計量・測定器委員会の計量機関により認定された標準試料を用いて行う。

1.3. 試験用試料に対する要求

1.3.1. 測定の前に、試料の磁気処理をГОСТ 12635–67「高周波用軟磁性材料。周波数10 kHz～1 MHz範囲における試験方法」の要求に従って実施すること。

1.3.2. 試料は平板状同軸ワッシャーとして製作する。試験用試料の寸法は外径と内径の比が3.59または2.5になるよう選ぶこと。最適寸法：外径24 mm、内径6.87 mm、高さ5 mm。試料と共振器との隙間による誤差をなくし、また電場・磁場の最大位置で試料を確実に固定するため、試料を圧入する接触リングを用いる。接着剤で接触リングに試料を嵌合してもよい。試料と接触リングの概略図を図1に示す。

図1. 試料と接触リングの概略図

注. 試料の平面表面の平行度は±0.01 mmを超えてはならない。

1 — 外側接触リング；2 — 試料；3 — 内側接触リング

図1

1.3.3. 試料の厚さは、磁化率の実部と虚部の関係に基づき表2に従って決定する。

表2

磁化率の実部	磁化率の虚部	試料の厚さ （mm）
20	102·10	1−2
210	1010	5
2	2·10	10

1.3.4. 試験は周囲空気温度 298±10 °K（25±10 °C）、相対湿度 80% 以下、及び大気圧 100000±4000 н/м(750±30 мм рт.ст.) の条件で行う。

1.3.5. 表1 に列挙した特性の決定方法は、試料を共振器（同軸線）の電磁界に挿入したときの共振器または同軸線区間の入力インピーダンスの大きさおよび位相の変化を測定し、対応する式により磁気特性を算出することにある。

装置のブロック図は図2に示す。

図2. 装置のブロック図

図2

2. 試験方法

2.1. 測定ライン法

2.1.1. 工業的に量産されている測定ライン（例えば Р1−5А）は、比較的粗い測定としておよびの測定に使用できる。全ての成分およびの測定誤差が10%であることは、試料の損失が大きい（およびが0,05より大きい場合）において、ラインの構造を特に変更しなくても測定ラインで達成できる。したがって、測定ライン法はおよびが0,05より大きい試料の検討に推奨される。

2.1.2. 試料の試験では以下の操作を行う。

а) 短絡端のラインにおける電圧の最小値の位置および共振曲線の半値幅を測定する ;

б) 試料をラインの短絡端に密着させ、試料非挿入時のラインにおける最小値からの最小値のシフト および試料挿入時の共振曲線の幅 を測定する;

в) 短絡器を試料からだけ移動させ、試料なしのときの最小値の位置および共振曲線の幅 を測定する;

г) 試料を挿入し、最小値のシフト および試料挿入時の共振曲線の幅 を測定する。

2.1.3. 次の式により計算を行う(, および, )。

; ,

; 。

上記の計算は、およびが成り立つ場合に有効である。そうでない場合は、短絡および開放状態における試料を装着した線路の入力インピーダンスを別途測定する必要がある。

磁気透磁率および誘電率の計算は、付属書5に示した式により行う。

2.2. 同軸共振器法

2.2.1. 短絡状態における磁気透磁率の測定は次のように行う。

共振器の中央コネクタには、結合ループを備えた黄銅製の短絡プラグを挿入する。

図3に従って回路を組み立てる。

図3. 共振器右セクションの較正回路図

共振器右セクションの較正回路図

図3

インジケータピストンを移動させて共振器の右側セクションを共振に調整し、測定増幅器の表示が最大となる点で共振を確認する。

調整後、インジケータピストンと短絡プラグの間には半波長の整数倍が成立する。短絡プラグからピストンまでの共振器の長さは、装置の幾何学的寸法とピストンの有効ストローク（インジケータ目盛による読み取り）から次の式により求められる：

。

短絡プラグを接触リング（図4）に交換し、発振器ピストンを移動させることにより共振器の左側セクションを共振に調整する。

図4. 共振器の較正図

共振器の較正図

図4

このとき、発振器側ピストンとインジケータピストンの間には半波長の整数倍が成立する。

。

この手順により作業を行うと、試料の左面（面）は発振器ピストンから距離の位置に来る。

したがって、両ピストンを試料の厚さ分だけ左へ移動し、試料の左面からの読み取りを行う。

2.2.2. 共振器の固有パラメータ、すなわち品質係数（Q）および共振長を決定する。共振曲線のパワー半値幅を測定し、共振長を半値幅に対応するずれで割った値として品質係数を算出する。

。

2.2.3. 試料を共振器に入れ、共振曲線の最大値の周波数シフト を測定し、半電力レベルでの共振曲線の幅 を測定し、試料を入れた共振器の品質係数（Q）を算出する。

。

2.2.4. 測定結果を記録し、表1に示す式に従って および を求める。

2.2.5. 磁性軟質材料の比誘電率の無負荷状態での測定は次のように行う。

まず項2.2.1に列挙された操作を行い、次に発振器側および指示器側のプランジャーを1/4波長だけ移動させることにより試料を電界の最大位置に移動し、項2.2.2に従って品質係数を測定する。

試料を共振器に入れ、共振曲線の最大値の周波数シフト , 共振曲線の幅 を測定し、次の式により試料を入れた共振器の品質係数を算出する：

。

測定結果を記録し、表1に示す式に従って および を算出する。

試料に がある場合の および の決定に関する計算は付録4および付録6に示されている。

2.3. 磁性軟質材料の温度特性の測定

2.3.1. 温度特性は153 °Kからキュリー点までの温度範囲で測定する。

2.3.2. 温度特性の周波数依存性を求めるために、2〜3の周波数で測定を行う。

2.3.3. 試験は次のように行う：

а) 試料を温度チャンバーに入れる；

б) 水流速を設定する；

в) 温度制御ユニットを所望の温度に設定し、その温度に達したら20分間保持する。計器の指示を1分ごとに観察する。連続して取った5回の読みが同一であれば温度が安定したとみなす。

2.3.4. 153〜523 °Kの温度範囲では共振器のパラメータはわずかにしか変化しないため、この範囲で空の共振器の試験を行わなくてもよい。より高温では、加熱による共振器の固有長や品質係数の変化を考慮する必要がある。

2.3.5. フェライトの温度特性は通常273〜353 °Kの範囲で最も急激に上昇するので、この範囲では最も多くの測定点（5−10°間隔）を取得する必要がある。その後は測定点間隔を20−50°まで広げてよい。キュリー点付近では、磁気透磁率が低下する前に通常見られる特徴的な上昇を見落とさないよう、短い温度間隔で温度特性を測定する必要がある。

試験については次の条件を推奨する。各試料は以下の周波数で試験すること：3·10^8 Hz（300 MHz）、6·10^8 Hz（600 MHz）、10·10^8 Hz（1 000 MHz）。温度範囲は153～673 K（上限はキュリー点の温度により制限される）。温度ステップは次のとおり：153～273 Kでは20 Kごと、273～353 Kでは10 Kごと、373～473 Kでは50 Kごと、それ以降はキュリー点まで10 Kごととする。 2.4 高周波磁界強度の測定方法 2.4.1 透磁率の測定サイクルを開始する前に、試料の位置における高周波磁界の磁界強度の大きさを評価する。 2.4.2 高周波磁界強度の評価は、試験場と較正（標準）場とで同一周波数の誘導型プローブに誘起される起電力（起電圧）を比較することにより行う。 2.4.3 プローブの配置は、試験場と較正場とでまったく同一でなければならず、測定アンプの指示が最大となる位置で決定する。 2.4.4 較正用の標準場は、入力が標準信号発生器の出力と整合された同軸短絡線で作る。 2.4.5 磁界強度を評価する較正線の特性インピーダンスと、評価を行う測定線または共振器の特性インピーダンスは等しくなければならない。等しくない場合は必ず補正を行うこと。 2.4.6 2.4.2および2.4.4の条件が満たされているとき、プローブを測定場および較正標準場に挿入した際に接続された測定アンプの同一の指示値に対して、磁界振幅は同一の値に対応する。 2.4.7 測定操作の手順は次のとおりである： - 図5のブロック図に従って系を組み立て、機器を取扱説明書に従って稼働準備する。 - 試験場にプローブを挿入し、所定の挿入深さを設定する。 - 測定アンプの指示値を読み取る。 - プローブを較正線に挿入し、標準信号発生器の出力を調整して測定アンプの指示が同じになるようにする。 - 測定結果を記録する。 図5 ブロック図 高周波磁界の磁界強度は次式により算出する： （式参照） 注：較正線に可動短絡器があり、その移動によって測定アンプの指示が最大となる条件（最大を示す位置）が得られる場合、式は簡略化できる。 付録1．計算式中に用いる記号の表示 付録1（ГОСТ 12637–67） — 相対複素透磁率（相対複素磁気透過率） — 相対複素透磁率の実部 — 相対複素透磁率の虚部 — 相対複素誘電率 — 相対複素誘電率の実部および虚部 （注：本文中の式や記号は原文中の図・式を参照してください。）

— 磁気定数、等しく 410 гн/м;

— 誘電率、等しく 10/(4) ф/м;

— 初期透磁率（начальная магнитная проницаемость）；

— 磁気損失角の正接（タンジェント）；

— 誘電損失角の正接；

— 温度（ケルビン、K）；

— 温度（摂氏、°C）；

— 透磁率の温度係数、 ；

— 波長、m；

— 周波数、Hz；

— 試料の厚さ、m；

— 短絡状態における入力インピーダンス、Ω；

— 開放状態における入力インピーダンス、Ω；

— 位相定数（1/m）；

— 試料を入れた区間の位相定数、1/m；

— 波インピーダンス、Ω；

,

— 共振曲線を任意レベルで測定したときの指示計の読み、 ；

,

— 半波の数；

— 空胴共振器の長さ、m；

, ,

— 空胴および試料挿入時の共振器の品質係数（短絡・開放モード）；

— 空胴共振器の共振曲線幅、m；

,

— 開放・短絡モードにおける共振器長、m；

,

— 開放・短絡モードにおける共振曲線幅、m；

,

— 短絡・開放モードにおける共振長の変化、m；

, , ,

— コンピュータ用プログラム作成時に使用する係数；

— 磁界強度正弦波の最大値、A/m；

— プローブから同軸軸までの距離、m；

,

— 共振器の外側導体および内側導体の直径、m；

— 発生器の電圧正弦波の最大値、V；

— 虚数単位；

— 短絡・開放モードにおける電圧最小点から試料入力面までの距離、m；

— 短絡・開放モードにおける電圧定在波比（VSWR）。

附録 2. 常温条件での軟磁性材料試験用装置

附録 2 к ГОСТ 12637–67

名称	測定量決定の誤差、%	推奨機種
可変長同軸共振器	10	ИПД ВИМС-3
測定ライン（測定導波路）	10	Р1−5А Р1−6А
定在波比及び位相測定器	10	Р2−26
標準信号発生器	1	Г4−31
	1	Г4−8
ヘテロダイン周波数計	0,05	Ч4−9
測定用増幅器	-	У2−4
可変アッテネータ	-	Д2−13
固定アッテネータ	-	-
フィルタ	-	ФР-2, ФНЧ
磁界強度測定用プローブおよび校正ライン	-	-
試料固定用接触リング	-	-
測定ライン用試料容器	-	容器の図面を添付

注：記載の仕様より劣らない装置の使用は許容される。

図：測定ライン用試料容器の図面

測定ライン用試料容器

1 — 本体；2 — 試料取付用棒；3 — 蓋；4 — 蝶ナット（つまみネジ）。

附録 3. 153〜673 K の温度範囲での磁性材料試験装置

附録 3 к ГОСТ 12637–67

名称	測定誤差 （%）	推奨機種
サーマルチャンバー（温度チャンバー）	最大 5	НГИМИП製
クライオチャンバー	最大 2	同上
自動温度制御ユニット	-	同上（"）
電子ポテンショメータ 附録 2 に列挙された機器	-	ЭПП-09

附録 4. 損失の大きい／小さい試料における磁気透磁率算出手順

附録 4 к ГОСТ 12637–67

1. 試料が大きな損失を有する場合、計算には一般式を用いる必要がある。この場合、共振器の長さ変化と共振曲線幅は磁性透磁率および誘電率の両方の関数であるため、透磁率を決定するには必ず短絡モードと開放モードの両方で測定を行うこと。材料の4つのパラメータを算出するには、4つの測定値が必要である：短絡および開放モードで試料を挿入したときの共振長の変化、および両モードでの共振曲線幅の変化。

2. 相対入力インピーダンス および の代わりに、以下の等価量を導入する：

, ,

, 。

これは次の理由で有用である：

а) 開放モードと短絡モードの計算式が対称になり、計算が簡便になり、電子計算機用の統一プログラムを作成できる。

б) 実際にはしばしば と が同程度である場合が多い。等価量を用いることで、計算機は同じオーダーの量を扱うことができ、測定結果の大量処理において有利である。

3. 非常に大きな損失の場合、半値幅で共振曲線の幅を測定できないため、任意のレベルで幅を取って係数 を導入する。ここで と は指示計の最大点と、幅を測定したレベルでの読みである。
両成分 と の関係は次式で表される：

, (1)

ここで：

および はそれぞれ短絡および開放モードでの共振長変化；

と は両モードでの共振曲線幅である。

4. 試料の損失が非常に大きく 、共振器の損失は無視できる場合、虚部は次式で表される：

. (2)

5. 試料の損失が小さい場合 、分母の第3項（式(2)）は無視できる。実部は次式で与えられる：

. (3)

虚部は：

(4)

ここで：

— 共振器全長；

— 試料から短絡器までの距離。

括弧内の第1項は空胴共振器の損失に関する補正を考慮している。残りの2項は、損失を持たない試料を同じ および を共鳴器に挿入した場合の損失を示すもので、実際のフェライトに対応する。

6. もし 0.01 << »>、かつ <0.05 の場合、透磁率の計算は式（2）または（4）により行うべきである。

7. 誘電損失および磁気損失が小さいが、どちらか一方の透磁率または誘電率 ( または ) が大きい場合、試料パラメータの計算には式（3）および（4）を用いるべきである。

8. 多くの場合、測定は半値レベル = 0.5 で行われる。このとき式（1）および（2）における乗数 は 1 になる。

9. および への変換は次のように行う：

, (5)

. (6)

10. , , および を計算するには、式（5）および（6）を次の順序で解く：

а) ;

; ,

すると：

。

この表現の実部：

。

虚部：

。

б) ,

ここから得られる：

,

。

これらの表現は および を計算する際に使用される。

в) を計算するには以下が必要である：

,

ここから：

,

。

г) を求めるために次を定義する：

,

; 。

д) この手順により、測定値 、、および 、 から、、、、 をアルゴル-60で作成したプログラム（附録6）を用いて電子計算機により求めることができる。

附録 5. 磁性および誘電透磁率の計算

附録 5 к ГОСТ 12637–67

1. 測定ライン法における測定量は電圧による定在波比（VSWR）および電圧最小点から試料入力面までの距離 である。

入力インピーダンスは次の式で表される：

,

。

2. 距離 は次の方法で求める：短絡器に最も近い最小点の位置を測り、定規で を mm で読み取る；ラインに試料を挿入して試料に最も近い最小点の位置を測り、定規で を mm で読み取る。すると：

。

ここで は最小点のずれに対応する量で、次の関係が成り立つ：

, 。

3. > 2 のとき、任意の電力レベルでの「フォーク」法により共振曲線の幅を測り、次式から k.s.v.（定在波比）を求める：

,

ここで：

— 任意レベルでの共振曲線幅測定時の指示計読み；

— 最小点での指示計読み。

4. < 2 のときは「最大−最小」法で定在波比を決定し、次式で計算する：

。

5. および の計算は附録5の項1の式により行い、 と は附録4 の項9および10 の式により行う。

附録 6. アルゴル-60 言語で記述されたプログラム

附録 6 к ГОСТ 12637–67

プログラム
計算用プログラム（, , , の計算）、アルゴル-60 で記述

1. 実数宣言 , , , , , , , ,

;

2. , , , ,, , ,

;

3. 実数配列 [1:5], [1:8], [1:5], [1:4];

4. := 3.1415、入力（, , );

5. 開始

6. ;

7.

8. 。

9.

10.

11. ,

12. さもなければ

13.

14. ;

15.

16. ;

17.

18.

19.

20.

21. ;

22. さもなければ

23.

24. ;

25. ;

26. ;

27. ;

28. ;

29. ;

30. ;

31. ;

32. ;

33. ;

34. ;

35. ;

36. ;

37. ;

38. ;

39. ;

40. ;

41. ;

42. ;

43. ;

44. ;

45. ;