CN104466338B - 一种yig静磁波谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种YIG静磁波谐振器，从下往上依次为接地电极8、基板7、换能器9、双面有YIG单晶膜6的基片5，所述换能器9包括由输入微带线4和新月形3组成的输入端、由输出微带线1和有开口的圆环2组成的输出端，所述新月形3为一个外圆和一个偏心圆布尔相减得到，述输入端的新月形位于输出端的有开口的圆环2内，输入微带线4和输出微带线1位于同一水平直线上，换能器关于输入微带线4所在的水平直线对称，有开口的圆环的圆心与新月形的外圆的圆心重合，双面有YIG单晶膜6的基片5放置于新月形3中外圆的正上方，基片5的一条边平行于输入微带线4。该谐振器具有窄的3dB带宽、2GHz到30GHz的调谐范围，且抗干扰性强。

Description

一种YIG静磁波谐振器
技术领域
本发明涉及一种YIG静磁波谐振器。
背景技术
作为各类微波系统的关键部件之一，谐振器直接影响着微波系统的各项性能指标，随着微波领域的迅速发展，对谐振器的要求越来越高，需要谐振器Q值高，温漂小，低功耗，频率稳定度高，体积小，工作频段宽。
YIG(钇铁石榴石)静磁波谐振器具有在微波频段下有很高的Q值，体积小，可与集成电路兼容，体积不会随谐振频率的改变而改变，谐振频率域外加磁场呈线性关系等特点，受到了越来越多的关注与重视。常用的YIG谐振器由YIG材料压制烧结的小球通过上导线的输入至小球谐振后下导线输出，达到谐振的目的，但由于该结构的YIG谐振器立体结构难于与集成电路及工艺相兼容、结构不易调整、抗外界干扰能力较弱、生产成本较高等缺陷，不适合工业化批量生产。将YIG薄膜化不仅可以解决YIG谐振器存在的上述问题，同时单晶YIG薄膜的铁磁共振宽可达几个甚至零点几个奥斯特，也可大大提高YIG谐振器的性能。AzizaZermane等提出了一种叉指结构的YIG静磁波谐振器(Aziza Zermane,Bruno Sauviac,Bernard Bayard,Abdelmadjid Benghalia.Numerical Study of a Coplanar Zeroth-order Resonator on YIG Thin Film.PIERS Proceedings,Marrakesh,MOROCCO,March20-23,2011)，该谐振器具有高达0.81dB的插入损耗，但是Q值却仅为100，低的Q值会造成电路频率稳定度低。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种YIG静磁波谐振器，该谐振器具有窄的3dB带宽、2GHz到30GHz的调谐范围，且抗干扰性强。
本发明的技术方案如下：
一种YIG静磁波谐振器，从下往上依次为接地电极8、基板7、换能器9、双面有YIG单晶膜6的基片5，所述换能器9包括由输入微带线4和新月形3组成的输入端、由输出微带线1和有开口的圆环2组成的输出端，所述新月形3为一个外圆和一个偏心圆布尔相减得到，所述输入端的新月形3位于所述输出端的有开口的圆环2内，所述输入微带线4和输出微带线1位于同一水平直线上，所述换能器关于输入微带线4所在的水平直线对称，所述有开口的圆环2的圆心与新月形3的外圆的圆心重合，所述双面有YIG单晶膜6的基片5放置于新月形3中外圆的正上方，所述基片5的一条边平行于所述输入微带线4。
进一步地，所述换能器9的材料为金，所述基片5为钆镓石榴石(GGG)，所述接地电极8为金。
其中，所述输入端新月形3的外圆的半径R1为：1±0.2mm，偏心圆的半径r1为：0.8±0.2mm，外圆与偏心圆的圆心的距离为0.25±0.02mm。
进一步地，所述输出端的有开口的圆环2的内圆的半径R2为:3±0.2mm，有开口的圆环2的外圆的半径R3为:4±0.2mm，所述有开口的圆环2的开口a的宽度为：3mm≤a≤5mm。
进一步地，所述输出微带线1的长度为：5～7mm，所述输入微带线4的长度大于4mm，所述输出微带线1和输入微带线4的宽度均为0.45mm。
更进一步地，所述基片5为正方形，边长为2.5～3.5mm。
本发明所述的YIG静磁波谐振器需要外加平行于YIG薄膜的大小为1500Oe的磁场。
YIG薄膜的铁磁共振线宽的极限水平为0.15Oe(YIG单晶材料的本征线宽)，YIG薄膜的制备方法为液相外延，其铁磁共振线宽△H＝0.5Oe，饱和磁化强度1750Gs，薄膜厚度为50μm，薄膜晶向为(111)。
本发明的有益效果为：本发明采用圆形的换能器，可以利用静磁波中的表面波和反向体波进行谐振，得到的谐振器具有窄的3dB带宽、2GHz到30GHz的调谐范围，且抗干扰性强，杂波少，带外抑制性好。
附图说明
图1为本发明提供的换能器9的俯视图。其中，1、2组成输出端，3、4组成输入端，4为输入微带线，用于输入信号，3为新月形，用于将输入微带线输入的信号耦合近YIG薄膜中，2为有开口的圆环，用于接收YIG薄膜耦合出的能量，1为输出微带线，用于将有开口的圆环2接收到的YIG薄膜耦合出的能量输出。R1为输入端新月形3的外圆的半径，r1为输入端新月形3的偏心圆的半径，R2为输出端的有开口的圆环2的内圆的半径，R3为有开口的圆环2的外圆的半径，a为有开口的圆环2的开口的宽度。
图2为本发明提供的YIG静磁波谐振器的示意图。其中5为钆镓石榴石(GGG)基片，6为基片上下两层YIG单晶膜，7为基板，8为接地电极，9为换能器。
图3为本发明提供的YIG静磁波谐振器的仿真结果。
具体实施方式
一种YIG静磁波谐振器，从下往上依次为接地电极8、基板7、换能器9、双面有YIG单晶膜6的钆镓石榴石(GGG)基片5，所述换能器包括输入微带线4、新月形3、输出微带线1和有开口的圆环2，所述新月形3为一个外圆和一个偏心圆布尔相减得到，所述输入微带线4与新月形3的外圆连接组成了输入端，所述输出微带线1与有开口的圆环2的外圆连接组成了输出端，所述输入端的新月形3位于所述输出端的有开口的圆环2内，输入微带线4用于输入信号，新月形3用于将输入微带线输入的信号耦合近YIG薄膜中，有开口的圆环2用于接收YIG薄膜耦合出的能量，输出微带线1用于将有开口的圆环2接收到的YIG薄膜耦合出的能量输出。输入微带线4和输出微带线1位于同一水平直线上，所述换能器关于输入微带线4所在的水平直线对称，所述有开口的圆环2的圆心与新月形3的外圆的圆心重合，所述双面有YIG单晶膜6的基片5放置于新月形3中外圆的正上方，所述基片5的一条边平行于所述输入微带线4。其中，所述输入端新月形3的外圆的半径R1为1mm，偏心圆的半径r1为0.8mm，外圆与偏心圆的圆心的距离为0.25mm。所述输出端的有开口的圆环2的内圆的半径R2为3mm，有开口的圆环2的外圆的半径R3为4mm，所述有开口的圆环2的开口a的宽度为4。所述输出微带线1的长度为7mm，所述输入微带线4的长度为7mm，所述输出微带线1和输入微带线4的宽度均为0.45mm。所述基片5为正方形，边长为3mm。
本发明所述的YIG静磁波谐振器需要外加平行于YIG薄膜的大小为1500Oe的磁场。图3为本发明提供的YIG静磁波谐振器的仿真结果。S12为由输入端到输出端的传输系数,S22为输入端的反射系数。由图3可知，本发明提供的YIG静磁波谐振器的谐振频率在6.12GHz左右可调，插入损耗约为7dB，3dB带宽约为8.75MHz，Q值约为800，此图仿真是在外加磁场为1500Oe下进行的。因此，本发明得到的YIG静磁波谐振器结构能达到较低的3dB带宽和较好的Q值。

Claims (5)

1.一种YIG静磁波谐振器，从下往上依次为接地电极(8)、基板(7)、换能器(9)、双面有YIG单晶膜(6)的基片(5)，其特征在于，所述换能器(9)包括由输入微带线(4)和新月形(3)组成的输入端、由输出微带线(1)和有开口的圆环(2)组成的输出端，所述新月形(3)为一个外圆和一个偏心圆布尔相减得到，所述输入端的新月形(3)位于所述输出端的有开口的圆环(2)内，且所述有开口的圆环的开口朝向输入端方向，新月形的开口朝向输出端方向，所述输入微带线(4)和输出微带线(1)位于同一水平直线上，所述换能器关于输入微带线(4)所在的水平直线对称，所述有开口的圆环(2)的圆心与新月形(3)的外圆的圆心重合，所述双面有YIG单晶膜(6)的基片(5)放置于新月形(3)中外圆的正上方，所述基片(5)的一条边平行于所述输入微带线(4)。
2.根据权利要求1所述的YIG静磁波谐振器，其特征在于，所述输入端新月形(3)的外圆的半径R1为：1±0.2mm，偏心圆的半径r1为：0.8±0.2mm，外圆与偏心圆的圆心的距离为0.25±0.02mm。
3.根据权利要求1所述的YIG静磁波谐振器，其特征在于，所述输出端的有开口的圆环(2)的内圆的半径R2为:3±0.2mm，有开口的圆环(2)的外圆的半径R3为:4±0.2mm，所述有开口的圆环(2)的开口a的宽度为：3mm≤a≤5mm。
4.根据权利要求1所述的YIG静磁波谐振器，其特征在于，所述输出微带线(1)的长度为：5～7mm，所述输入微带线(4)的长度大于4mm，所述输出微带线(1)和输入微带线(4)的宽度均为0.45mm。
5.根据权利要求1所述的YIG静磁波谐振器，其特征在于，所述基片(5)为正方形，边长为2.5～3.5mm。
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