DE2316685C3

DE2316685C3 - Device for delaying signals

Info

Publication number: DE2316685C3
Application number: DE19732316685
Authority: DE
Inventors: Maarten Hector Hendrik; Druyvesteyn Willem Frederik; Eindhoven HÖfelt (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-04-04
Publication date: 1977-12-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verzögerung von Signalen, mit einem Körper aus kristallinem Material mit einer Eingangssig,ialumwandlungsvorrichtung und einer Ausgangssignalumwandlungsvorrichtung sowie mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Körper.The invention relates to a device for delaying signals, comprising a body crystalline material with an input signal converter and an output signal conversion device and a device for generating a magnetic field in the body.

Eine Vorrichtung der vorerwähnten Art ist in einem Artikel in »Journal of Applied Physics«, Band 39, Nr. 3, 15. Februar 1968, S. 1828—1839 beschrieben, welcher sich auf magnetoelastische Verzögerungsleitungen bezieht. Die Wirkung der im genannten Artikel beschriebenen Vorrichtung gründet sich darauf, daß in einen in der Achsenrichtung magnetisierten Stab aus einkristallinem Yttrium-Eisen-Granat eintretende elektromagnetische Energie mit magnetoelastischer Energie gekoppelt wird. Theoretisch kann diese Kopplung mittels magnetostatischen und Spin wellenenergie stattfinden. Dabei ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Spinwellen im Kristall eine Funktion des angelegten Magnetfeldes. Die Zeit, die die Spinwellen benötigen, um sich in dem Kristall fortzupflanzen (die Verzögerungszeit), kann daher durch Änderung der magnetischen Feldstärke geändert werden. Verzögerungszeiten bis zu 6 μsec bei einer Frequenz von 1—2 GHz wären möglich. Die erzielbare Änderungsmöglichkeit ist jedoch verhältnismäßig klein, z. B. 0,75 [i.sec bei einer Frequenz von 2 GHz, während eine Frequenzabhängigkeit von 3 Nanosekunden über 200 MHz auftritt. Weitere Nachteile sind: verhältnismäßig große Verluste (die in Fortpflanzungsverluste und Kopplungsverluste zu trennen sind), die 30 bis 40 dB betragen können; die Tatsache, daß die Streuungsbeziehung nichtlinear ist (bei einer Verzögerungszeit von 1 μβεΰ ist die Streuung z. B. 2 nsec/MHz, und bei 5 μ5& ist die Streuung 7 nsec/MHz); die Tatsache, daß in dem Kristall ein besonderes Magnetfeldprofil erzielt werden muß, damit Spinwellen angeregt werden können; die Tatsache, daß Spinwellen bereits bei niedrigen Eneigiepegeln ein nichtlineares Verhalten aufweisen, und die Tatsache, daß eine derartige Verzögerungsleitung nur bei sehr hohen Frequenzen (im GHz-Bereich) arbeitet.A device of the aforementioned type is described in an article in "Journal of Applied Physics", Vol. 39, No. 3, February 15, 1968, pp. 1828-1839, which relates to magnetoelastic delay lines. The effect of the device described in the above-mentioned article is based on the fact that electromagnetic energy entering a rod made of monocrystalline yttrium-iron garnet is coupled with magnetoelastic energy in an axially magnetized rod. Theoretically, this coupling can take place by means of magnetostatic and spin wave energy. The speed of propagation of the spin waves in the crystal is a function of the applied magnetic field. The time it takes for the spin waves to propagate in the crystal (the delay time) can therefore be changed by changing the magnetic field strength. Delay times of up to 6 μsec at a frequency of 1–2 GHz would be possible. The achievable change option is relatively small, z. B. 0.75 [i.sec at a frequency of 2 GHz, while a frequency dependence of 3 nanoseconds occurs over 200 MHz. Further disadvantages are: relatively large losses (which are to be separated into propagation losses and coupling losses), which can amount to 30 to 40 dB; the fact that the dispersion relationship is non-linear (for example, with a delay time of 1 μβεΰ the dispersion is 2 nsec / MHz, and with 5 μ5 & the dispersion is 7 nsec / MHz); the fact that a special magnetic field profile must be achieved in the crystal so that spin waves can be excited; the fact that spin waves show a non-linear behavior even at low tilt levels, and the fact that such a delay line only works at very high frequencies (in the GHz range).

Die Erfindung bezweckt, eine neue Vorrichtung zur Verarbeitung elektromagnetischer Signale zu schaffen, die insbesondere als Verzögerungsleitung mit mittels eines Magnetfeldes einstellbarer Verzögerungszeit wirken kann, aber der die vorerwähnten Nachteile nicht anhaften.The invention aims to provide a new device for processing electromagnetic signals create, in particular as a delay line with an adjustable delay time by means of a magnetic field can work, but does not have the aforementioned disadvantages.

Die Vorrichtung zur Verzögerung von Signalen nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der kristalline Körper aus einer Platte magnetisierbaren Materials besteht, dessen Vorzugsmagnetisierungsrichtung zu der Ebene der Platte nahezu senkrecht ist, daß die Platte eine periodische Struktur zylindrischer magnetischer Domänen enthält, deren Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsrichtung des übrigen Teils der Platte entgegengesetzt ist, daC die Eingangssignalumwandlungsvorrichtung ein Eingangssignal in eine elastische Blasendomänenwelk umwandelt und die Ausgangssignalumwandlungsvorrichtung eine elastische Blasendomänenwelle ir ein Ausgangssignal zurückwandelt, und daß di< Richtung des Magnetfeldes in dem Körper wenigsten: nahezu mit der Vorzugsmagnetisierungsrichtung de Materials der Platte zusammenfällt.The device for delaying signals according to the invention is characterized in that the crystalline body consists of a plate of magnetizable material, the preferred direction of magnetization is almost perpendicular to the plane of the plate that the plate has a periodic structure contains cylindrical magnetic domains whose direction of magnetization is the direction of magnetization of the remainder of the plate is opposite in that the input signal converting device receives an input signal into an elastic bladder domain and the output signal converting device an elastic bubble domain wave ir converts back an output signal, and that di < Direction of the magnetic field in the body at least: almost with the preferred direction of magnetization de Material of the plate coincides.

Wie in dünnen Platten aus Materialien der obei beschriebenen Art eine periodische Struktur (Gitter zylindrischer magnetischer Domänen erzeugt werdei kann, ist aus I. E. E. E. Transactions on Magnetics 1971, Heft 7, Nr. 3, S. 355—358 bekannt.As in thin plates made of materials of the kind described above, a periodic structure (lattice cylindrical magnetic domains is from I. E. E. E. Transactions on Magnetics 1971, No. 7, No. 3, pp. 355-358.

685685

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß α rartiee Gitter elastische Wellenersiheinungen aufweisen können. Das heißt, daß die Kräfte, die das ς tem _magnetischer Domänen an seine Gleichwichtskonfiguration binden, als »elastische« Kräfte betrachtet _werden können, die von einet »elastischen« Fnereie abgeleitet werden können. Änderung des lastischen Zustandes ist mit kinetischer Energie iVerformungsenergie) gepaart, die von der den Wän-H η der Domänen zu erteilenden Masse herrührt, ι ο niese elastischen und kinetischen Energiebeiträge kön_en das Auftreten elastischer Wellenerscheinungen "n derartigen Gittern veranlassen, vorausgesetzt, daß ',. £ff_ekte, die mit dem Koerzitivfeld und mit Reibung zusammenhängen, wie Domänenwanddämpfung, klein sind Dabei sei betont, daß die elastischen Erscheinungen von denen hier die Rede ist, in erster Linie auf Änderungen der örtlichen Magnetisierung zurückzuführen sind. Wie noch auseinandergesetzt werden wird ist den genannten Wellenerscheinungen eine niedrige Fortpflanzungsgeschwindigkeit inhärent, was die Anwendung von Gittern magnetischer Domänen als Verzögerungsleitung besonders vorteilhaft macht. Die genannte Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist von dem in der Vorzugsmagnetisierungsrichtung angelegten Feld abhängig, so daß die Verzögerungszeit durch Änderung der Stärke dieses Feldes einstellbarThe invention is based on the knowledge that α rare grids can have elastic wave assemblies. This means that the forces that bind the ς tem _ma gnetischer domains to its direct Wicht configuration considered "elastic" forces _who can that can be derived from Ainet "elastic" Fnereie. Change of the-elastic state is coupled with kinetic energy iVerformungsenergie) which, provided by the the WAEN-H η of the domains to be issued mass originates, causing ι ο sneeze elastic and kinetic energy contributions Kgs _en the occurrence of elastic wave phenomena "n such gratings that ' . £ cts ff _e associated with the coercive field and with friction, such as domain wall damping are small case, it should be emphasized that the elastic phenomena of which is mentioned here, are primarily due to changes in the local magnetization. as yet addressed a low propagation speed is inherent in the wave phenomena mentioned, which makes the use of grids of magnetic domains as delay line particularly advantageous adjustable in this field

^1S Wenn ein Signal an die Domänengitterplatte anlegt _wj_rd, dessen Frequenz einer dimensionalen Resonanzfrequenz, mit anderen Worten: einer genau in die Abmessungen des Domänengitters passenden Wellenlänge, entspricht, tritt auch eine Filierwirkung ^1S If a signal is applied to the domain grid plate _w j _r d, the frequency of which corresponds to a dimensional resonance frequency, in other words: a wavelength that exactly matches the dimensions of the domain grid, a filtering effect also occurs

Nach einer Weiterbildung ist die Vorrichtung nach der Erfindung also dadurch gekennzeichnet, daß die Platte magnetisierbaren Materials derart eingerichtet ist daß eine dimensionale Resonanzfrequenz den Wellenerscheinungen aufgeprägt ist, die in der periodischen Struktur zylindrischer magnetischer Domänen erzeugt werden können.According to a further development, the device according to the invention is characterized in that the Plate of magnetizable material is set up so that a dimensional resonance frequency Wave phenomena is imprinted in the periodic structure of cylindrical magnetic domains can be generated.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Platte magnetisierbaren Materials derart eingerichtet ist, daß eine radiale Resonanzfrequenz den Wellenerscheinungen aufge-The device according to the invention is preferably characterized in that the plate is magnetizable Material is set up in such a way that a radial resonance frequency is absorbed by the wave phenomena.

ägt i_st die in der periodischen Struktur zylindrischer magnetischer Domänen erzeugt werden können.AEGT i _st, the cylindrical magnetic domains in the periodic structure can be generated.

Wie noch näher auseinandergesetzt werden wird, kann bei Anwendung eines Gitters magnetischer Domänen als Frequenzfilter eine erwünschte Filterfrequenz durch Verändern der Stärke des äußeren Magnetfeldes eingestellt werden.As will be explained in more detail, the use of a grid can be more magnetic Domains as a frequency filter create a desired filter frequency by changing the strength of the outer Magnetic field can be adjusted.

Es sei bemerkt, daß auf magnetischem Wege abstimmbare Mikrowellenfilter an sich z.B. aus I.E.E..E. Transactions on Magnetics, September 1969, S. 481 bekannt sind. Die Wirkung dieser bekannten Filter eründet sich auf die dimensionale Resonanzfrequenz elektromagnetischer Wellen in einem Werkstoff (ζ. Β Kugeln oder Zylindern aus polykristallinen! YICj). Eine Verschiebung der Filterfrequenz von 15% über das X-Band läßt sich dabei durch Änderung des äußeren Feldes von 0 zu 600 Oe erzielen, wodurch die Permeabilität des Materials und somit uie passende Wellenlänge geändert wird.It should be noted that magnetically tunable microwave filters per se are made, for example, from I.E.E..E. Transactions on Magnetics, September 1969, p. 481 are known. The effect of this well-known filter is based on the dimensional resonance frequency of electromagnetic waves in a material (ζ. Β Balls or cylinders made of polycrystalline! YICj). A shift in the filter frequency of 15% above the X-band can be achieved by changing the external field from 0 to 600 Oe, whereby the Permeability of the material and thus uie suitable Wavelength is changed.

Wie noch näher erläutert werden wird, weist ein Frequenzfilter nach der Erfindung den Vorteil auf, daß bei gleichen Abmessungen wie bei bekannten Filtern mit zehn- bis hundertmal niedrigere» Frequenzen gearbeitet werden kann, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elastischen Wellenerscheinungen in einem Gitter magnetischer Domänen um eine bis zwei Größenordnungen niedriger als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in Ferritkörpern ist.As will be explained in more detail, one has Frequency filter according to the invention has the advantage that with the same dimensions as known Filtering with ten to one hundred times lower »frequencies can be worked, since the speed of propagation the elastic wave phenomena in a lattice of magnetic domains one to two orders of magnitude lower than the speed of propagation electromagnetic waves in ferrite bodies.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtSome embodiments of the invention are shown in shown in the drawing and are described in more detail below. It shows

F i g. 1 eine dünne Platte ferromagnetische.!? Materials die ein sogenanntes Blasen-Gitter enthält,F i g. 1 a thin ferromagnetic plate.!? Material that contains a so-called bubble grid,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der berechneten Beziehung zwischen einer Anzahl elastischer Konstanten und der Feldstärke,F i g. Figure 2 is a graph showing the calculated relationship between a number of elastic constants and the field strength,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der gemessenen Beziehung zwischen dem Druckmodul K und derF i g. 3 is a graph showing the measured relationship between the pressure module K and the

Größe k = ^ ,Size k = ^,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der berechneten Beziehung zwischen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit verschiedener Schwingungsmoden und der Feldstärke, F i g. Fig. 4 is a graph showing the calculated relationship between the speed of propagation different vibration modes and the field strength,

F i g. 5 eine vereinfachte Form einer Verzögerungsleitung nach der Erfindung undF i g. 5 shows a simplified form of a delay line according to the invention and

F i g. 6 eine vereinfachte Form eines Frequenzfilters nach der Erfindung.F i g. 6 shows a simplified form of a frequency filter according to the invention.

F i g. 1 zeigt eine einkristalline Platte 1 mit einer periodischen Struktur zylindrischer magnetischer Domänen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (weiter als Blasen bezeichnet). Das zweidimensionale Blasen-Gitter wird durch die zwei Blasen enthaltende Einheitszelle 9 gekennzeichnet. Innerhalb der Blasen ist die Sättigungsmagnetisierung M₁. dem äußeren Feld H₀ entgegengesetzt gerichtet, während außerhalb der Blasen die Magnetisierung zu H₀ parallel ist. Die Abmessungen der Zelle in der Ebene der Platte sind mit D bzw. pD und die Dicke der Platte ist mit t bezeichnet. Es wird angenommen, daß die Blasen kreiszylindrisch sind und einen Radius R aufweisen. Weiter werden der Schubwinkel γ sowie die dimensionslosen GrößenF i g. 1 shows a monocrystalline plate 1 with a periodic structure of cylindrical magnetic domains 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (hereinafter referred to as bubbles). The two-dimensional bubble grid is characterized by the unit cell 9 containing two bubbles. The saturation magnetization M ₁ is inside the bubbles. in the opposite direction to the external field H ₀ , while outside the bubbles the magnetization is parallel _{to H 0.} The dimensions of the cell in the plane of the plate are denoted by D and pD, respectively, and the thickness of the plate is denoted by t. It is assumed that the bubbles are circular cylindrical and have a radius R. The thrust angle γ and the dimensionless quantities are also given

4.-7M,4.-7M,

eingeführt. Die periodische Struktur mit γ = 0 und ρ = ]f% wird als dreieckiges Gitter bezeichnet und ist dem dreidimensionalen hexonalen Gitter analog.introduced. The periodic structure with γ = 0 and ρ = ] f% is called a triangular lattice and is analogous to the three-dimensional hexagonal lattice.

Ein Blasen-Gitter kann z. B. dadurch gebildet werden, daß mit Hilfe einer Stromzuführungsschleife (Stromstärke 100 A, Impulsbreite 3 μβεΰ und Wiederholungsfrequenz 50 Hz) die magnetische Struktur einer Platte aus einem geeigneten Material (ζ. Β Υ,,-Orthoferrit oder Gd-Granat) »geschüttelt« wird und dann die Schleife allmählich von der Platte fön bewegt wird. In dem Gebiet der Platte, in dem da; Impulsfeld nicht genügend stark ist, um die magneti sehe Struktur zu »schütteln«, verbleibt eine regel mäßige Struktur von Blasen.A bubble grid can e.g. B. be formed in that with the help of a power supply loop (Amperage 100 A, pulse width 3 μβεΰ and repetition frequency 50 Hz) the magnetic structure of a plate made of a suitable material (ζ. Β Υ ,, - Orthoferrite or Gd-Garnet) is »shaken« and then the loop is gradually moved away from the platen. In the area of the plate where there; The impulse field is not strong enough to "shake" the magnetic structure, remains a rule moderate structure of bubbles.

Der Unterschied der magnetischen Erergiedichtei eines Blasen-Gitters im Gleichgewichtszusland um eines Blasen-Gitters in verformten! Zustand kann al elastische Energiedichte betrachtet werden. In der Falle des dreieckigen Gitters gibt es auf Grund de Symmetrie nur zwei unabhängige elastische Kor stanlen, und zwar C₁₁ und C₁₂. Die weitere wichtig Konstante C₆₆ (der Schubmodul) ist von diesen Kor stanten abhängig (C₆₆ = (C₁₁—C₁₂)/2). Damit lasse sich ein Druckmodul K, der Youngsche ModulThe difference in the magnetic energy density of a bubble lattice in equilibrium to that of a bubble lattice in deformed! State can be viewed as elastic energy density. In the case of the triangular lattice, due to the symmetry, there are only two independent elastic cores, namely C ₁₁ and C ₁₂ . The other important constant C ₆₆ (the shear modulus) is dependent on these Kor stants (C ₆₆ = (C ₁₁ —C ₁₂ ) / 2). A pressure module K, the Young's module

und die Poissonsche Zahl η ableitenand derive the Poisson's number η

K = (C₁₁ + C_n)H, K = (C ₁₁ + C _n ) H,

E = (C_n+C_n)(C_n-C_n)IC_n, "= C₁₁IC₁₁.E = (C _{n +} C _n ) (C _n -C _n ) IC _n , "= C ₁₁ IC ₁₁ .

Die Konstanten C₁₁, C„„. K, E und σ verschiedener dreieckiger Blasen-Gitter sind numerisch für den üblichen 1/i-Wert 0.25 berechnet (( = Dicke derThe constants C ₁₁ , C "". K, E and σ of various triangular bubble grids are calculated numerically for the usual 1 / i value 0.25 ((= thickness of the

Platte 1 = 4^Πνρ ist eine charakteristische Materialgröße mit der Dimension einer Länge; ση = die Oberflächenenergiedichte der Domänenwand).Plate 1 = 4 ^ Πνρ is a characteristic material size with the dimension of a length; ση = the surface energy density of the domain wall).

In F i g. 2 sind die Berechnungsergebnisse als Funktion der herabgesetzten Feldstärke /i dargestellt. Daraus läßt sich ableiten, daß, wie sich erwarten läßt, die Wechselwirkungsenergie, die das elastische Verhalten bestimmt, abnimmt, wenn die Blasen kleiner werden und ihr gegenseitiger Abstand größer wird.In Fig. 2 shows the calculation results as a function of the reduced field strength / i. From this it can be deduced that, as can be expected, the interaction energy, which is the elastic Determined behavior decreases as the bubbles get smaller and their mutual distance increases will.

Zur Veranschaulichung des elastischen Verhaltens ist in F i g. 3 der an einem Blasen-Gitter gemessene Druckmodul K als Funktion der Größe k = 2 RjD dargestellt. Das Material war eine aus einem Einkristall mit der ZusammensetzungTo illustrate the elastic behavior, FIG. 3 shows the pressure module K measured on a bubble grid as a function of the variable k = 2 RjD . The material was that of a single crystal having the composition

Gd₂₃₂Tb₀₅₉Eu₀₀₉Fe₅O₁₂ Gd ₂₃₂ Tb ₀₅₉ Eu ₀₀₉ Fe ₅ O ₁₂

geschnittene Scheibe mit einer Dicke von 40 μίτι und einem 1/r-Wert =0,02.cut disk with a thickness of 40 μίτι and a 1 / r value = 0.02.

Auf Grund des elastischen Verhaltens können nun elastische Wellenerscheinungen betrachtet werden. Dabei wird von der Bewegungsgleichung für ein Volumenelement des Blasen-Gitters in einer scheinbar statischen kontinuierlichen Annäherung ausgegangen. Es wird angenommen, daß die auftretenden Wellenlängen viel größer als die A»bstände in dem Blasen-Gitter sind (/. s» D) und daß das Koerzitivfeld der Domänenwand vernachlässigbar ist.Due to the elastic behavior, elastic wave phenomena can now be considered. The equation of motion for a volume element of the bubble lattice becomes apparent in a static continuous approximation assumed. It is assumed that the wavelengths occurring are much larger than the distances in the bubble grid (/. s »D) and that the coercive field of Domain wall is negligible.

Die Bewegungsgleichung istThe equation of motion is

Für verschiedene stabile dreieckige Gitter sind C₁ und C₁, in C₁₁. ausgedrückt, berechnet. Die Ergebnisse sind in F i g. 4 als Funktion der herabgesetzten Feldstärke /1 dargestellt. Auch sind s = DIi und k = IR'jD als Funktion von h dargestellt.For different stable triangular lattices are C ₁ and C ₁ , in C ₁₁ . expressed, calculated. The results are shown in FIG. 4 shown as a function of the reduced field strength / 1. Also s = DIi and k = IR'jD are shown as a function of h .

In einer endlichen Platte aus Blasen-Material können Steh wellen mit einer Wellenlänge Ä = 2 .τ/ \k \ erzeugt werden, die durch die wirksamen Abmessungen des Blasen-Gitters bestimmt wird. Das System weist dann eine dimensionale Resonanz auf. Der Gütefaktor Q des Materials wird dabei durchStanding waves with a wavelength λ = 2 .τ / \ k \ , which is determined by the effective dimensions of the bubble grating, can be generated in a finite plate made of bubble material. The system then has a dimensional resonance. The quality factor Q of the material is determined by

Q = [p_pC)jif Q = [p _p C) jif

dargestellt, wobei k den Wellenvektor darstellt und C für C₁₁ oder C₆₆ steht, je nachdem eine longitudinal oder eine transversale Welle betrachtet wird.where k represents the wave vector and C stands for C ₁₁ or C ₆₆ , depending on whether a longitudinal or a transverse wave is being considered.

Die Größenordnung des Gütefaktors Q wird dadurch gefunden, daß ein Ausdruck für Q aufgesetzt wird, in dem eine gewisse Beziehung zwischen dem Dämpfungskoeffizienten / und der Wandbeweglichkeit μ und eine gewisse Beziehung zwischen der Oberflächenenergiedichte der Domänenwand <t„ und der Anisotropiekonstante K₁, berücksichtigt werden:The order of magnitude of the quality factor Q is found by setting up an expression for Q in which a certain relationship between the damping coefficient / and the wall mobility μ and a certain relationship between the surface energy density of the domain wall <t "and the anisotropy constant K _{1 are} taken into account :

Q = 11 ([KJIv λ MJ · (2.-T pst Ciek) Q = 11 ([KJIv λ MJ · (2.-T pst Ciek)

4 '4 '

Der erste Teil dieses Ausdruckes hängt nur von den Materialeigenschaften ab, während der zweite Teil völlig durch die allgemeinen Gitterparameter bestimmt wird.The first part of this printout only depends on the material properties, while the second part is entirely determined by the general lattice parameters.

Für l/i =0,25; k ^ 0,5; s*5 wird der Gütefaktor in Annäherung:For l / i = 0.25; k ^ 0.5; s * 5 is the approximation of the quality factor:

Q * 10~⁷ μ \JKJTm\. Q * 10 ~ ⁷ μ \ JKJTm \.

Für ein Blasen-Gitter in einer Platte aus seltenen Erdort.hferritFor a bubble grid in a plate made of rare earth ferrite

wobei η die Dichte darstellt, / für den Reibungskoeffizienten. F_el für die elastischen Kräfte. F für die äußeren Kräfte und u_ für den Verschicbungsvektor steht.where η represents the density, / for the coefficient of friction. F _el for the elastic forces. F stands for the external forces and u_ for the displacement vector.

Unter gewissen Annahmen lassen sich damit die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten für die Longitudinal- und Transversalschwingungsmoden, C₁ bzw. C₁. ableiten.Under certain assumptions, the propagation speeds for the longitudinal and transverse oscillation modes, C ₁ _{and C 1,} respectively, can be determined. derive.

40 (Ku ^ 10"erg/cm³;4.-7M_s * 100gauss;
H % 10* cm/sec Oe) 40 (Ku ^ 10 "erg / cm ³ ; _{4-7M s} * 100gauss;
H % 10 * cm / sec Oe)

bedeutet dies, daß der Gütefaktor Q > 1 ist bei einer Wellenlänge / = 1 mm.
Für die Bezugsgeschwindigkeit C₁, giltthis means that the quality factor Q> 1 at a wavelength / = 1 mm.
The following applies to the reference speed C ₁

C₁, * 440 m/sec.C ₁ , * 440 m / sec.

c, =c, =

C₁ C ₁

c«,c «,

Daraus folgtIt follows

140 m/sec < C₁ < 3500 m/sec,
38 m/sec < C, < 3500 m/sec (vgl F i g. 3).140 m / sec <C ₁ <3500 m / sec,
38 m / sec <C, <3500 m / sec (see Fig. 3).

Die Verzögerungszeit τ pro mm Weglänge ist danThe delay time τ per mm of path length is then

Als Bezugsgeschwindigkeit wird definiert:
CV(C₁, = 21- Ι2.7/1,The following is defined as the reference speed:
CV (C ₁ , = 21- Ι2.7 / 1,

wobei ι- das gyromagnetische Verhältnis des Materials und A die Austauschenergic pro Längeneinheit darstellt). C₁ und C, können in C₁, ausgedrückt werden:where ι- is the gyromagnetic ratio of the material and A is the exchange energy per unit length). C ₁ and C, can be expressed in C ₁ :

C -C -

OvOv

psps

ps Kps K

4,-rM².4, -rM ² .

C«C «

0,3 μ8ε'α/ΐηηι < T₁ < 7 μδεο/πιηι,
0.3 ixsec/mm < τ, < 26 μςεΰ/ΐηΐτι.0.3 μ8ε'α / ΐηηι <T ₁ <7 μδεο / πιηι,
0.3 ixsec / mm <τ, <26 μςεΰ / ΐηΐτι.

Mit anderen Worten: Bei Anwendung von Blase Gittern als Verzögerungsleitungen ist der Regelberei besonders groß.In other words, when using bubble grids as delay lines, the rule is extraordinary big.

Eine Höchstfrequenz tritt bei einer Wellenlän auf, die in der Größenordnung des GitterabstandesA maximum frequency occurs at a wavelength that is of the order of magnitude of the grid spacing

Wenn nun eine Bezugsfrequenz /„, = ^» cingefü
f>5 wird, kann f_max darin wie folgt ausgedrückt werdIf now a reference frequency / ", = ^" cingefü
f> 5, f _max can be expressed therein as follows

■''•J■ '' • J

C 1.,/C₁₁,C 1., / C ₁₁ ,

In der nachstehenden Tabelle sind eine Anzahl Werte angegeben, die bei bestimmten Weiten der herabgesetzten Feldstärke/i berechnet sindf j = 0,25 J.In the following table a number of values are given which are calculated for certain widths of the reduced field strength / i f j = 0.25 J.

C,C, C₁ C ₁ I)I) /,/, I,I, JrJr II. (',,(',, (\(\ 11 7.7th inin /„/ " + 0,2625+ 0.2625 0,320.32 0,080.08 33,8433.84 0,9 · 10~² 0.9 x 10 ~ ² 0,24· 10"² 0.24 x 10 " ² 0.8 ■0.8 ■ + 0,2303+ 0.2303 0,550.55 0,220.22 23.5623.56 2,32.3 0,930.93 0.90.9 + 0,1918+ 0.1918 0,670.67 0.310.31 20,4020.40 3,43.4 1.521.52 1.061.06 + 0,1247+ 0.1247 0,810.81 0,510.51 18,8818.88 4,34.3 2,712.71 1.231.23 + 0,0873+ 0.0873 0,880.88 0,620.62 18.8418.84 4.74.7 3,293.29 1,321.32 + 0,0398+ 0.0398 1.001.00 0,790.79 19,4019.40 5.15.1 4,074.07 1,371.37 + 0,0002+ 0.0002 1,121.12 0,950.95 20.3220.32 5,55.5 4,684.68 1,421.42 - 0,0463- 0.0463 1,321.32 1,201.20 22,0822.08 6,06.0 5,425.42 1,461.46 - 0,0853- 0.0853 1.581.58 1,481.48 24,3624.36 6,56.5 6,066.06 1.481.48 -0,1855-0.1855 3,163.16 3,143.14 38,4438.44 8,28.2 8,168.16 1,541.54 - 0,2697- 0.2697 7,897.89 7.977.97 72,0072.00 11,0511.05 11,0511.05 1.761.76

/„ = -^s-- = 44 MHz für Orthoferrite (1=5 μ). Aus/ "= - ^ s-- = 44 MHz for Orthoferrite (1 = 5 μ). Out

de, obenstehenden Tabelle läßt sich ableiten, daß die maximale /, , im Falle von Orthoferrite!! 4 MHz ist.de, the table above, it can be deduced that the maximum /, in the case of Orthoferrite !! 4 MHz is.

/„. = %- = 440 MHz für Granate (1 = 0,5 μΐη). Aus der obenslehendcn Tabelle läßt sich ableiten, daß die maximale /, , im Falle von Granaten 40 MHz ist./ ". =% - = 440 MHz for grenade (1 = 0.5 μΐη). Out From the table above it can be deduced that the maximum /,, in the case of grenades is 40 MHz.

Für das gewählte Beispiel einer Platte aus seltenem Erdorthoferrit tritt eine Schwächung eines Signals von 4 dB über 0,3 mm auf. Auf Grund der Anforderung, daß Q größer als τ sein muß. lassen sich dann eine minimale /, von 40OkHz und eine minimale /, von 100 kHz berechnen. Bei Granaten ist die Schwächung um einen Faktor 10 größer und ist die untere Grenze fur f\ 4 MHz und die untere Grenze für /, 1 MHz.For the chosen example of a plate made of rare earth orthoferrite, a signal attenuation of 4 dB over 0.3 mm occurs. Due to the requirement that Q must be greater than τ. a minimum /, of 40OkHz and a minimum /, of 100 kHz can then be calculated. In the case of grenades, the attenuation is a factor of 10 greater and is the lower limit for f \ 4 MHz and the lower limit for 1.1 MHz.

Es sei bemerkt, daß bei Anregung von Stehwellen noch ein radialer Schwingungsmodus von Bedeutung ist, der durch Oszillierung (Atmen) der Blasen unter Einwirkung von Modulation des äußeren Feldes charakterisiert ist.It should be noted that when standing waves are excited, a radial oscillation mode is also of importance is caused by the oscillation (breathing) of the bubbles under the action of modulation of the external field is characterized.

Die Resonanzfrequenz des radialen Schwingungsmodus ist durch The resonance frequency of the radial vibration mode is through

/r/ r

²P ² p

7 SK 7 SK

4.-7 M² 4.-7 M ²

dargestellt, wobei η = die magnetische Energiedichtc des Blasen-Gitters ist.where η = the magnetic energy density c of the bubble grating.

Die für -v~ berechneten Werte sind ebenfalls inThe values calculated for -v ~ are also in

die obcnslehendc Tabelle aufgenommen.the obcnslehendc table was added.

Durch Änderung des Feldes oder der Anzahl Blasen pro Oberflächencinheit kann die Resonanzfrequenz abgestimmt werden. Die Grenzen des Frequenzbereiches sind 350 und 800 kHz im Falle von Orthoferritcn und 3.5 und 8 MHz im Falle von Granaten.By changing the field or the number of bubbles per surface unit, the resonance frequency be matched. The limits of the frequency range are 350 and 800 kHz in the case of Orthoferritcn and 3.5 and 8 MHz in the case of grenades.

Eine vereinfachte Ausfiihrungsfonn einer Verzögerungsleitung nach der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Eine dünne Platte aus einkristallincm ferromagnctisehcm Material 10, in der zylindrische magnetische Domänen erzeugt werden können, befindet sich zwischen den Polen 17 und 18 aus weichmagnetischem Material eines Dauermagneten 26. Das Material der Platte 10 weist eine Vorzugsmagnetisierungsrichtung auf, die zu der Ebene der Platte, die vorzugsweise auf einem Substrat angebracht ist, nahezu senkrecht ist. Der Dauermagnet 26 erzeugt ein Feld, dessen Richtung zu der Ebene der Platte senkrecht ist. Die Stärke des Feldes kann mittels einer auf den Polschuhen 17 und 18 angebrachten Wicklung geändert werden. Diese Wicklung ist über Anschlußklemmen 19 und 20 mit einer Stromquelle verbunden. Auf der einen Seite der Platte 10 ist durch Aufdampfen eine flache Wicklung 11 angebracht, die mit Anschlußklemmen 12 und 13 verbunden ist, während auf der anderen Seite durch AufdampfenA simplified implementation of a delay line according to the invention is shown in FIG. A thin plate of monocrystalline ferromagnetic Material 10, in which cylindrical magnetic domains can be generated, is located between the poles 17 and 18 of soft magnetic material of a permanent magnet 26. The material of the plate 10 has a preferential direction of magnetization, which is to the plane of the plate, which is preferably mounted on a substrate is almost perpendicular. The permanent magnet 26 generates a field whose direction is perpendicular to the plane of the plate. The strength of the field can be adjusted by means of a Pole pieces 17 and 18 attached winding can be changed. This winding is via terminals 19 and 20 connected to a power source. On one side of the plate 10 is by vapor deposition a flat winding 11 attached, which is connected to terminals 12 and 13, while on the other hand by vapor deposition

₄u eine flache Wicklung 14 angebracht ist, die mit Anschlußklemmen 15 und 16 verbunden ist. Ein erstes Verfahren zum Erzeugen eines Gitters zylindrischer Domänen in der Platte wurde oben bereits beschrieben. Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß das von dem Magneten 26 erzeugte Vorspannungsfeld derart vergrößert wird, daß das Material der Platte 10 in den Sättigungszustand gelangt, wonach das Vorspannungsfeld langsam herabgesetzt wird, wobei eine Feldmodulation vorhanden sein soll, deren Amplitude ₄ u a flat winding 14 is attached, which is connected to terminals 15 and 16. A first method for producing a grid of cylindrical domains in the plate has already been described above. Another method is that the bias field generated by the magnet 26 is increased in such a way that the material of the plate 10 reaches the saturation state, after which the bias field is slowly reduced, whereby a field modulation should be present, the amplitude of which

so etwa 10% der Amplitude ist. die benötigt wird, uir das Material in den Sättigungszustand zu bringen und deren Frequenz etwa 100 kHz beträgt.so about 10% of the amplitude. which is needed uir bring the material to the saturation state and its frequency is about 100 kHz.

Ein den Klemmen 12, 13 zugeführtes elektrische; Signal wird von der elektrischen Wicklung 11 in eineAn electrical connected to the terminals 12, 13; Signal is from the electrical winding 11 in a

ss magnetische Feldänderung umgewandelt. Statt einei elektrischen Wicklung können jedoch auch ändert Anordnungen zur Umwandlung eines elektrischer Signals in ein magnetisches Signal verwendet werden z. B. eine offene Stromschlcife oder eine Antenness magnetic field change converted. Instead of ai However, electrical winding can also change arrangements for converting an electrical Signal can be used in a magnetic signal e.g. B. an open electric loop or an antenna

(,o Auch können Umwandlungsvorrichtungcn verwende!(, o Conversion devices can also be used!

werden, die andere als elektrische Signale, ζ. Β akustische Signale, in magnetische Signale umwandeln Eine in dem Material der Platte 10 crzeugUthat other than electrical signals, ζ. Β convert acoustic signals into magnetic signals One made in the material of the plate 10

magnetische Fcidänderung kann eine longitudinakMagnetic change in Fcid can cause a longitudinal

(κ, Schwingung des Blasen-Gitters anregen und von dei Wicklung 14 ausgekoppelt werden. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der angeregten Schwingung kann dadurch geändert werden, daß dei Strom dual·(κ, excite the oscillation of the bubble lattice and use the dei Winding 14 are decoupled. The speed of propagation of the excited oscillation can be changed by making the stream dual

die Wicklung auf den Polschuhen 17 und 18 und somit die Stärke des Vorspan nungsfcldes geändert werden. Auf diese Weise wird ein eingehendes Signal mehr oder weniger verzögert und wirkt die Vorrichtung nach F i g. 5 als kontinuierlich einstellbare Verzögerungs- s leitung.the winding on the pole pieces 17 and 18 and thus the strength of the bias voltage field can be changed. In this way, an incoming signal is more or less delayed and the device continues to act F i g. 5 as continuously adjustable delay s management.

Mit einer geringen Abänderung kann eine solche Vorrichtung auch als Frequenzfilter wirken. Zu diesem Zweck muß die Platte 10 durch die in F i g. 6 dargestellte Platte 21 ersetzt werden, die ebenfalls ein ι ο Blasen-Gilter trägt. Die Eingangssignalumwandlungsvorrichtung und die Ausgangssignalumwandlungsvorrichtung sind in diesem Falle jedoch kombiniert.With a slight modification, such a device can also act as a frequency filter. To this Purpose, the plate 10 by the in F i g. 6 plate 21 shown are replaced, which also have a ι ο Wearing bladder gilter. The input signal conversion device however, and the output signal converting device are combined in this case.

Auf der Platte 21 ist ein Muster 22 in Reihe geschalteter elektrischer Wicklungen angebracht. Es gibt zwei Anschlußpunkte 23 bzw. 24. Der Wicklungssinn einer Wicklung ist stets dem der vorangehenden bzw. der darauffolgenden Wicklung entgegengesetzt. On the plate 21 a pattern 22 of electrical windings connected in series is applied. It there are two connection points 23 and 24. The direction of winding of a winding is always that of the previous one or the opposite of the subsequent winding.

Auch in diesem Falle kann eine Schwingung des Blasen-Gitters angeregt werden. Es ergeben sich örtliche Dichlcänderungen, die durch die Kurve 25 dargestellt sind. Die Wellenlänge liegt jedoch fest durch die Art, wie die Platte ausgebildet ist. Die Resonanzfrequenz kann durch Änderung der Stärke des Vorspannungsfeldes abgestimmt werden.In this case, too, oscillation of the bubble grating can be excited. It surrender local changes in density, which are represented by curve 25. However, the wavelength is fixed by the way the plate is formed. The resonance frequency can be changed by changing the strength of the bias field.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for delaying signals with a body of crystalline material, with an input signal conversion device and an output signal conversion device and with a device for generating a magnetic field in the body, characterized in that the crystalline body, ₀ consists of a plate (1 , 10) consists of magnetizable material, whose Vorzugsmagneiisierungsrichlung (M ₅ ) is almost perpendicular to the plane of the plate (1, 10) that the plate (1, 10) has a periodic structure of cylindrical magnetic domains (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) whose direction of magnetization _{is opposite to the direction of magnetization (Ai s} ) of the remaining part of the plate (1, 10), that the input signal converting device converts an input signal into an elastic bubble domain wave and the output signal converting device converts an elastic bubble domain wave into converts an output signal back and that the direction of the magnetic field (H ₀ ) in the K Body at least almost coincides with the preferred direction of magnetization (M ₅ ) of the material of the plate (1, 10).

2. Device according to claim 1, characterized in that that in the plate (1,10) a standing bubble domain wave is generated.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the plate (1, 10) a radial Resonance frequency in the periodic structure of magnetic bubble domains (2. 3, 4, 5, 6, 7, 8) is generated.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the input signal conversion device or the output signal converting device converts electrical signals into elastic bubble domain times or conversely converts.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one of the signal conversion devices made of flat windings (U, 14) made of electrically conductive material attached to the plate of magnetizable material Material consists.

6. Apparatus according to claim 2, characterized in that the plate (21) is magnetizable Materials a pattern (22) of serially connected flat windings of electrically good conductive material attached; that determines the periodicity of the bubble domains at times.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that one end of the in series switched windings an input signal is felt and at the same time at the other end Output signal is removed.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the strength of the magnetic field (W ₀ ; can be changed) which can be generated in the plate (1, 10, 21).