DE4226860A1

DE4226860A1 - Magneto static surface wave isolator for microwave components - has magnetic layer with parallel converter strips as well as a ground surface element to provide at least 30 dB isolation

Info

Publication number: DE4226860A1
Application number: DE19924226860
Authority: DE
Inventors: Hugo Van Den Dr Berg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1994-02-17

Abstract

A magneto static surface wave isolator is used to protect the outputs of active components against poor impedance conditions, particularly in the microwave range. The device has a magnetic layer (2) of a hydroscopic material, such as YIG. On one of the surfaces of the layer, a pair of parallel, strip conductors (4, 6) is provided at a distance (d) from the surface. A bias magnetic field (H) is generated parallel to both converter conductors (4, 6). A ground conducting surface (10) is positioned over the converter strips that has a semiconductor characteristic of about 0.1 - 100 ohms per cubic cm. ADVANTAGE - Provides isolation of at least 30 dB in pass band.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetostatischen Oberflä chenwellenisolator für die Ausgänge von elektronischen Bausteinen, insbesondere Mikrowellenbausteinen.The invention relates to a magnetostatic surface Chenwelleisolator for the outputs of electronic Components, in particular microwave components.

Isolatoren werden zum Schutz der Ausgänge von aktiven Kom ponenten beispielsweise gegen schlechte Impedanzanpassun gen der Quelle an die Übertragungsstrecke und die Last eingesetzt, insbesondere im Mikrowellenfrequenzbereich. Die Aufgabe der Isolatoren besteht darin, den Energiefluß in Durchlaßrichtung von der Quelle zur Last möglichst gut zu übertragen und in der Sperrichtung von der Last zur Quelle möglichst zu unterdrücken, d. h. das Signal in Durchlaßrichtung von dem Signal in Sperrichtung zu isolie ren. Die Isolation ist definiert als 10 log (Verhältnis der eingespeisten Energie zur ausgekoppelten Energie in Durchlaßrichtung/Verhältnis der eingespeisten Energie zur ausgekoppelten Energie in Sperrichtung) und wird in Dezi bel (dB) angegeben.Isolators are used to protect the outputs of active com components against bad impedance matching, for example towards the source to the transmission link and the load used, especially in the microwave frequency range. The job of the isolators is to control the flow of energy in the forward direction from the source to the load as well as possible to transfer and in the reverse direction from the load to Suppress source if possible, d. H. the signal in Forward direction of the signal in the reverse direction to isolie The isolation is defined as 10 log (ratio of the injected energy to the extracted energy in Direction of passage / ratio of the energy fed in decoupled energy in the reverse direction) and is in deci bel (dB) specified.

Es ist bekannt, daß zur Isolation die unterschiedliche Ankopplung elektromagnetischer Felder an in entgegenge setzten Richtungen und an den zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines ferrimagnetischen Films verlaufende magnetostatische Oberflächenwellen (MSSW) ausgenutzt werden kann. In einer bekannten Anordnung ist dazu ein ferrimagnetischer Film aus einem Yttrium-Eisen-Granat (YIG) vorgesehen, der auf einem Substrat aus Gadolinium- Gallium-Granat (GGG) angeordnet ist. Auf einer Seite des YIG-Films sind in einem Abstand d von dem Film zwei Strei fenleiter als Wandler gesehen. Fließt nun in einem dieser Wandler ein Wechselstrom mit einer Frequenz im Mikrowellen bereich, so werden die von diesem Strom erzeugten elektromagnetischen Felder in den YIG-Film eingekoppelt und an den Oberflächen des Films werden durch Spinwechsel wirkung MSSW erzeugt. Die von diesen MSSW übertragene Energie wird in dem anderen Wandler wieder als elektro magnetisches Feld aus dem YIG-Film ausgekoppelt. Die beiden Wandler sind parallel zu einem Bias-Magnetfeld angeordnet, das tangential zu dem ferrimagnetischen Film gerichtet ist. Dadurch erhält man nur solche Moden von MSSW, die sich senkrecht zu dem Bias-Magnetfeld und damit zu den Wandlern ausbreiten und deren Gruppenge schwindigkeit kollinear zur Phasengeschwindigkeit ist. Diese bekannte Anordnung hat nicht-reziproke Eigen schaften, denn die MSSW breiten sich an den beiden Ober flächen des Magnetfilms in entgegengesetzten Richtungen aus. Wegen der stärkeren Ankopplung der elektromagneti schen Wechselfelder ist die Energiedichte der MSSW an der den Streifenleitern zugewandten Oberfläche des YIC-Films größer als an der den Streifenleitern abgewandten Ober fläche. Außerdem ist die räumliche Verteilung der Magneti sierung der MSSW-Moden an der den Wandlern zugewandten Oberfläche besser an das anregende Feld angepaßt.It is known that for isolation the different Coupling of electromagnetic fields to in opposite set directions and on the two opposite Surfaces of a ferrimagnetic film Magnetostatic surface waves (MSSW) exploited can be. In a known arrangement there is a ferrimagnetic film made of an yttrium iron garnet (YIG) provided on a substrate made of gadolinium Gallium garnet (GGG) is arranged. On one side of the YIG films are two stripes at a distance d from the film fenleiter seen as a converter. Now flows in one of these Converters an alternating current with a frequency in microwaves area, so are those generated by this electricity electromagnetic fields are coupled into the YIG film and on the surfaces of the film by spin changes effect MSSW generated. The transmitted by these MSSW Energy in the other converter is again electrical magnetic field decoupled from the YIG film. The both transducers are parallel to a bias magnetic field arranged tangentially to the ferrimagnetic film is directed. This way you only get such fashions from MSSW, which is perpendicular to the bias magnetic field and thus spread to the converters and their group confinement speed is collinear with phase velocity. This known arrangement has non-reciprocal properties the MSSW spread out on the two waiters surfaces of the magnetic film in opposite directions out. Because of the stronger coupling of the electromagnetic alternating fields is the energy density of the MSSW at the the surface of the YIC film facing the strip conductors larger than on the upper facing away from the strip conductors area. In addition, the spatial distribution of the magneti MSSW modes on the one facing the converters Surface better adapted to the stimulating field.

Diese asymmetrische Feldverteilung kann noch verstärkt werden, indem man eine metallische Massefläche in einem Abstand D von dem YIG-Film auf der gleichen Seite wie die Wandler anordnet, wobei dieser Abstand D größer ist als der Abstand d der Wandler von dem YIG-Film. Über diesen Abstand D der metallischen Massefläche als Parameter kann man die Dispersionsrelation für die MSSW bei vorgegebenen Abmessungen für den YIG-Film und vorgegebenen Abstand der Wandler voneinander und von dem Film einer gewünschten Frequenzcharakteristik anpassen ("Circuits Systems Signal Process", Vol. 4, No. 1-2, 1985, S. 9 bis 39 und "Procee dings of the IEEE", Vol. 76, No. 2, February 1988, S. 171 bis 187).This asymmetrical field distribution can be reinforced by placing a metallic ground plane in one Distance D from the YIG film on the same side as that Arranges transducer, this distance D is greater than the distance d of the transducers from the YIG film. About this Distance D of the metallic ground surface as a parameter can the dispersion relation for the MSSW given Dimensions for the YIG film and given distance of Converters from each other and from the film of a desired one Adapt frequency characteristic ("Circuits Systems Signal Process ", Vol. 4, No. 1-2, 1985, pp. 9 to 39 and" Procee dings of the IEEE ", Vol. 76, No. 2, February 1988, p. 171 to 187).

Diese bekannte Anordnung hat ein relativ glattes Durch laßband, in dem sich die Impedanz verhältnismäßig wenig ändert und kein nennenswerter Energietransport in Sperrichtung stattfindet. In einem kleinen Teilbereich des Durchlaßbandes um eine kritische Frequenz ist die Impe danzanpassung jedoch sehr schlecht. Dort hat sowohl der positive als auch der negative Realteil der Impedanz ein Extremum, so daß bei diesen Frequenzen ein hoher Energie fluß in der Durchlaßrichtung und insbesondere auch in der Sperrichtung auftritt. Für eine angestrebte Isolation von mindestens 30 dB müssen die beiden Wandler in diesem Fre quenzteilbereich daher in einem verhältnismäßig großen Abstand zueinander angeordnet werden. Das hat wiederum eine zu hohe Dämpfung in Durchlaßrichtung und einen großen Platzbedarf für den Isolator zur Folge.This known arrangement has a relatively smooth through lassband in which the impedance is relatively little changes and no significant energy transport in the reverse direction takes place. In a small part of the The pass band around a critical frequency is the Impe adjustment of the dances very bad. There both positive as well as the negative real part of the impedance Extremum, so that at these frequencies a high energy flow in the forward direction and in particular also in the Lock direction occurs. For a desired isolation from The two converters must have at least 30 dB in this fre quenz partial area therefore in a relatively large Distance from each other. That has again too much attenuation in the forward direction and a large one Space required for the isolator.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten MSSW-Isolator dahingehend zu verbessern, daß er eine Isolation von wenigstens 30 dB im gesamten Durchlaß band aufweist bei einer Durchgangsdämpfung in Durchlaß richtung von weniger als etwa 1 dB.The invention is therefore based on the object known MSSW isolator to improve that he isolation of at least 30 dB in the entire pass band has a passage loss in transmission direction of less than about 1 dB.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Massefläche besteht aus einem Material mit der elektrischen Leitfähigkeit SIGMA eines Halbleiters. Dadurch werden die ungünstigen Extrema des Realteils der Strahlungsimpedanz in ihrem Betrag er heblich verkleinert, so daß der MSSW-Isolator gemäß der Erfindung auch in dem Teilbereich um die kritische Fre quenz eingesetzt werden kann. Dies konnte durch numerische Berechnungen gezeigt werden.This object is achieved according to the invention with the Features of claim 1. The ground plane consists of a material with the electrical conductivity SIGMA of a semiconductor. This will make the unfavorable extremes of the real part of the radiation impedance in its amount significantly reduced, so that the MSSW isolator according to Invention also in the area around the critical Fre quenz can be used. This could be done through numerical Calculations are shown.

Vorzugsweise liegt die Leitfähigkeit der Massenfläche zwischen etwa 0,1 und 100 (cm Ohm)^-1.The conductivity of the mass area is preferably between about 0.1 and 100 (cm ohm) ^-1 .

Weiterbildungen eines Isolators gemäß der Erfindung erge ben sich aus den Unteransprüchen.Refinements of an isolator according to the invention are derived from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich nung Bezug genommen, in derenTo further explain the invention, reference is made to the drawing reference, in whose

Fig. 1 der prinzipielle Aufbau eines Isolators, Fig. 1 shows the basic structure of an insulator,

Fig. 2 und 3 die Dispersionskurven sowie Figs. 2 and 3, the dispersion curves and

Fig. 4 die Strahlungsimpedanz einer bekannten Ausführungs form eines Isolators und in deren Fig. 4 shows the radiation impedance of a known embodiment of an isolator and in its

Fig. 5 und 6 die Dispersionskurven sowie Fig. 5 and 6, the dispersion curves and

Fig. 7 die Strahlungsimpedanz einer Ausführungsform eines Isolators gemäß der Erfindung
schematisch dargestellt sind. Fig. 7, the radiation impedance of an embodiment of an isolator according to the invention
are shown schematically.

In Fig. 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines MSSW-Isola tors perspektivisch dargestellt, der sowohl bekannten Aus führungsformen als auch Ausführungsformen gemäß der Erfin dung zugrunde liegt. Es ist eine Magnetschicht 2 aus einem gyroskopischen Material, beispielsweise YIG, vorgesehen mit einer ersten Oberfläche 21 und einer gegenüberliegen den zweiten Oberfläche 22. Auf der Seite der ersten Ober fläche 21 der Magnetschicht 2 sind in einem Abstand d von der Oberfläche 21 und in einem Abstand a voneinander zwei parallele Streifenleiter als Wandler 4 und 6 angeordnet. In Fig. 1, a basic structure of an MSSW isolator is shown in perspective, which is based on both known embodiments and embodiments according to the inven tion. A magnetic layer 2 made of a gyroscopic material, for example YIG, is provided with a first surface 21 and an opposite surface 22 . On the side of the first upper surface 21 of the magnetic layer 2 , two parallel strip conductors 4 and 6 are arranged at a distance d from the surface 21 and at a distance a from one another.

Ferner ist ein Bias-Magnetfeld vorgesehen, das parallel zu den beiden Wandlern 4 und 6 gerichtet ist. Vorzugsweise sind die Magnetschicht 2 und die Wandler 4 und 6 dazu zwischen den Polen einer Magnetfeldquelle, beispielsweise eines Permanentmagneten oder einer Magnetspule, angeord net. Das Bias-Magnetfeld kann aber auch durch eine per manente Magnetisierung wenigstens einer zusätzlichen, ent sprechend magnetisierbaren Schicht erzeugt werden. In einem Abstand D von der ersten Oberfläche 21 der Magnet schicht 2 ist auf der gleichen Seite wie die Wandler 4 und 6 zur Verbesserung der Isolation und für eine glattere Durchlaßcharakteristik eine Massefläche 10 angeordnet.A bias magnetic field is also provided, which is directed parallel to the two transducers 4 and 6 . The magnetic layer 2 and the transducers 4 and 6 are preferably arranged between the poles of a magnetic field source, for example a permanent magnet or a magnetic coil. The bias magnetic field can also be generated by a permanent magnetization of at least one additional, accordingly magnetizable layer. At a distance D from the first surface 21 of the magnetic layer 2 , a ground surface 10 is arranged on the same side as the transducers 4 and 6 to improve the insulation and for a smoother pass characteristic.

Ein an einem Wandler, beispielsweise 4, angelegtes elek trisches Ultrahochfrequenzfeld im Gigahertz-Bereich kop pelt nun als Strahlungsfeld an magnetostatische Wellen in der Magnetschicht 2 und insbesondere an MSSW an deren Oberflächen 21 und 22 an. Diese magnetostatischen Oberflä chenwellen breiten sich orthogonal zu den Wandlern 4 und 6 an den beiden Oberflächen 21 und 22 aus und koppeln in Vorwärtsrichtung wieder als Ultrahochfrequenzfeld in den Wandler 6 aus. Durch numerische Berechnungen, die auch die Energieverluste in der Magnetschicht 2 und der Massefläche 10 berücksichtigen, konnten die Dispersionseigenschaften dieser MSSW ermittelt werden. An der Oberfläche 21 entste hen drei Moden A, B und C. Die Moden A und C verlaufen in Vorwärtsrichtung von dem Wandler 4 zum Wandler 6 und die Mode B in Rückwärtsrichtung vom Wandler 6 zum Wandler 4. Die Mode C trägt dabei im wesentlichen die Energie in der Vorwärtsrichtung. Auch an der zweiten Oberfläche 22 ent steht eine Mode D, die sich wegen der Nicht-Reziprokität in Rückwärtsrichtung vom Wandler 6 zum Wandler 4 ausbrei tet. Um eine hohe Isolation zu erreichen, müssen die in Rückwärtsrichtung verlaufenden Moden B und D gegenüber der Mode C möglichst unterdrückt werden. Eine entsprechende Beeinflussung der Dispersionsrelation erreicht man bei vorgegebenen geometrischen Abmessungen der Wandler 4 und 6 und der Magnetschicht 2 durch eine geeignete Wahl des Ab standes D der Massefläche von der Magnetschicht 2.A applied to a transducer, for example 4 , electric ultra-high frequency field in the gigahertz range now couples as a radiation field to magnetostatic waves in the magnetic layer 2 and in particular to MSSW on its surfaces 21 and 22 . These magnetostatic surface waves propagate orthogonally to the transducers 4 and 6 on the two surfaces 21 and 22 and couple in the forward direction again as an ultra-high frequency field in the transducer 6 . The dispersion properties of this MSSW could be determined by numerical calculations, which also take into account the energy losses in the magnetic layer 2 and the ground surface 10 . Three modes A, B and C emerge on the surface 21. The modes A and C run in the forward direction from the converter 4 to the converter 6 and the mode B in the reverse direction from the converter 6 to the converter 4 . Mode C essentially carries the energy in the forward direction. Also on the second surface 22 is a mode D, which spreads out due to the non-reciprocity in the reverse direction from the transducer 6 to the transducer 4 . In order to achieve a high level of isolation, the modes B and D running in the reverse direction must be suppressed as far as possible with respect to the mode C. A corresponding influencing of the dispersion relation is achieved with given geometrical dimensions of the transducers 4 and 6 and the magnetic layer 2 by a suitable choice of the distance D from the ground surface of the magnetic layer 2 .

Die Magnetschicht 2 ist vorzugsweise auf einem nicht dar gestellten Substrat angeordnet. Wenn die Magnetschicht 2 aus YIG besteht, ist als Material für das Substrat GGG besonders gut geeignet.The magnetic layer 2 is preferably arranged on a substrate, not shown. If the magnetic layer 2 consists of YIG, GGG is particularly suitable as a material for the substrate.

Bei den bekannten Ausführungsformen besteht die Massefläche 10 aus einem metallischen Leiter, d. h. einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Die Fig. 2 und 3 zeigen den Realteil Re(k) und den Imaginärteil Im(k) der Komponente k des Wellenzahlvektors in Ausbreitungs richtung als Funktion der Frequenz f des elektrischen Wechselfeldes. Diese Dispersionskurven wurden für eine YIG-Magnetschicht mit einer Resonanzlinienbreite von 0,3 Oe = 23,9 A/m und einer Dicke t von 100 µm in einem Feld mit einer Feldstärke H = 2500 Oe = 199 950 A/m und eine metallische Massefläche in einem Abstand D = 2 mm von dem YIG-Film und mit einer Leitfähigkeit von SIGMA = 10 000 (cm Ohm)^-1 berechnet. Die zu den einzelnen Moden A, B, C und D gehörenden Kurven sind entsprechend bezeichnet. Die zu A gehörende Kurve ist gestrichelt, die zu B gehö rende Kurve durchgezogen und dick, die zu C gehörende Kurve strichpunktiert und die zu D gehörende Kurve durch gezogen und dünn gezeichnet. Für die drei an der Oberflä che 21 verlaufenden Moden A, B und C ist der Realteil Re(k) 0 und für die an der anderen Oberfläche 22 sich ausbreitende Mode D ist Re(k) 0. Der Imaginärteil Im(k) beeinflußt die Durchgangsdämpfung für die entsprechende Welle und ist positiv für die beiden Wellen B und D in Sperrichtung und negativ für die beiden Wellen A und C in Durchlaßrichtung. Bei der Frequenz f_K = 9,32 GHz ist Im(k) fast Null für die Mode B. Diese Welle B ist also bei die ser Frequenz f_K und in einem relativ engen Band um diesen Wert nur sehr wenig gedämpft. Auch die in Vorwärts- oder Durchlaßrichtung verlaufenden MSSW-Moden A und C haben an dieser Stelle f_K = 9,32 GHz einen kleinen Wert.In the known embodiments, the ground surface 10 consists of a metallic conductor, ie a material with a high electrical conductivity. Figs. 2 and 3 show the real part Re (k) and the imaginary part Im (k) of the k component of the wave vector in the direction of propagation as a function of frequency f of the alternating electric field. These dispersion curves were for a YIG magnetic layer with a resonance line width of 0.3 Oe = 23.9 A / m and a thickness t of 100 µm in a field with a field strength H = 2500 Oe = 199 950 A / m and a metallic ground plane at a distance D = 2 mm from the YIG film and with a conductivity of SIGMA = 10,000 (cm Ohm) ^-1 . The curves belonging to the individual modes A, B, C and D are designated accordingly. The curve belonging to A is dashed, the curve belonging to B is solid and thick, the curve belonging to C is dash-dotted and the curve belonging to D is drawn through and drawn thinly. For the three modes A, B and C running on the surface 21 , the real part Re (k) is 0 and for the mode D spreading on the other surface 22 , Re (k) is 0. The imaginary part Im (k) influences the Transmission loss for the corresponding wave and is positive for the two waves B and D in the reverse direction and negative for the two waves A and C in the forward direction. At the frequency f _K = 9.32 GHz, Im (k) is almost zero for mode B. This wave B is therefore only very slightly damped at this frequency f _K and in a relatively narrow band around this value. The MSSW modes A and C running in the forward or forward direction also have a small value at this point f _K = 9.32 GHz.

In Fig. 4 ist der Realteil Re(Z) der Strahlungsimpedanz Z, der sich aus den Beiträgen aller Moden A bis D ergibt, über der Frequenz f aufgetragen. Der positive Realteil entspricht dabei der Durchlaßrichtung und der negative Realteil der Sperrichtung. Bei der kritischen Frequenz f_K = 9,32 GHz haben sowohl der positive als auch der nega tive Realteil jeweils einen ausgeprägten Peak. Die Isola tion ist an dieser Stelle praktisch 0 dB. Zudem liegt die Durchgangsdämpfung in Durchlaßrichtung mit etwa 4,7 dB viel zu hoch. In dem Bereich zwischen etwa 9,35 GHz und 9,53 GHz ist das Durchlaßband relativ glatt. Der Anpas sungswert für die Impedanz wird üblicherweise zwischen den beiden Extrema gewählt. Zugleich liegt in diesem Frequenz bereich die Isolation über 30 dB, weil Re(Z) in Sperrich tung klein ist.In FIG. 4, the real part Re (Z) is the radiation impedance Z resulting from the contributions of all the modes A to D plotted f versus frequency. The positive real part corresponds to the forward direction and the negative real part corresponds to the blocking direction. At the critical frequency f _K = 9.32 GHz, both the positive and the negative real part each have a pronounced peak. The insulation is practically 0 dB at this point. In addition, the transmission loss in the forward direction is much too high at around 4.7 dB. The pass band is relatively smooth in the range between approximately 9.35 GHz and 9.53 GHz. The adaptation value for the impedance is usually chosen between the two extremes. At the same time, the isolation in this frequency range is over 30 dB because Re (Z) is small in the blocking direction.

Bei den Ausführungsformen von Isolatoren nach der Erfin dung wird von bekannten Ausführungsformen ausgegangen. Gemäß der Erfindung ist eine Massefläche aus einem Mate rial mit Halbleiter-Leitfähigkeit vorgesehen. In den Fig. 5 und 6 sind die Dispersionskurven eines Ausführungsbei spiels mit einer Massefläche 10′ aus einem Material mit einer Leitfähigkeit SIGMA = 3 (cm Ohm)^-1 dargestellt, wobei die geometrischen Abmessungen, die Resonanzlinien breite und das Magnetfeld denen in dem bekannten Ausfüh rungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 4 entsprechen. Im Ver gleich zu der bekannten Ausführungsform mit dem hohen Leitfähigkeitswert für die Massefläche ist nun der Ima ginärteil Im(k) für die Rückwärtsmode B bei der kritischen Frequenz f_K = 9,32 GHz um etwa einen Faktor 12 von etwa 0,5 cm^-1 auf etwa 6 cm^-1 angestiegen.In the embodiments of insulators according to the invention, known embodiments are assumed. According to the invention, a ground surface made of a material with semiconductor conductivity is provided. In FIGS. 5 and 6, the dispersion curves of an exemplary embodiment are game presented with a ground plane 10 'of a material having a conductivity SIGMA = 3 (cm Ohm) ^-1, wherein the geometrical dimensions, the resonance lines wide and the magnetic field known to those in the Execution example according to FIGS . 2 to 4 correspond. In comparison to the known embodiment with the high conductivity value for the ground area, the imaginary part Im (k) for the reverse mode B at the critical frequency f _K = 9.32 GHz is now about a factor 12 of about 0.5 cm ^{- 1 rose} to about 6 cm ^-1 .

Der entsprechende Peak des negativen Realteils der Strahlungsimpedanz Re(Z) hat gemäß Fig. 7 von seinem Wert -1530 Ohm/cm gemäß Fig. 4 auf etwa -270 Ohm/cm abgenommen. Der Peak des positiven Realteils Re(Z) bei f_K = 9,32 GHz ist von etwa 1930 Ohm/cm auf etwa 780 Ohm/cm zurückgegan gen und liegt damit zwischen den beiden Extremwerten bei 9,37 GHz und 9,50 GHz. Die Isolation beträgt nun auch bei dieser kritischen Frequenz f_K mehr als 30 dB. Für die An passungsimpedanz bei 9,43 GHz ist die Isolation ungefähr 50 dB und die Durchgangsdämpfung in Durchlaßrichtung 0,7 dB.The corresponding peak of the negative real part of the radiation impedance Re (Z) has decreased from its value -1530 ohm / cm according to FIG. 4 to approximately -270 ohm / cm according to FIG. 7. The peak of the positive real part Re (Z) at f _K = 9.32 GHz has decreased from about 1930 ohms / cm to about 780 ohms / cm and is thus between the two extreme values at 9.37 GHz and 9.50 GHz. The isolation is now more than 30 dB even at this critical frequency f _K. For the matching impedance at 9.43 GHz, the isolation is approximately 50 dB and the transmission loss in the forward direction is 0.7 dB.

In anderen Frequenzbereichen oder bei anderen geometri schen Abmessungen, insbesondere bei anderen Abständen D der Massefläche 10′ von der Magnetschicht 2, ist die Leitfähigkeit SIGMA der Massefläche 10′ entsprechend an zupassen. Für einen Frequenzbereich von 3 bis 20 GHz ist bei einer zu fordernden Durchgangsdämpfung in Durchlaß richtung von weniger als 1 dB und einer Isolation von wenigstens 30 dB die Leitfähigkeit SIGMA zwischen 0,1 und 100 (cm Ohm)^-1 zu wählen. Beispielsweise erreicht man in einem Durchlaßband zwischen 6,6 GHz und 7 GHz bei gleichen Abmessungen wie in den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 5 bis 7 und bei einem Magnetfeld von H = 1600 Oe = 128 000 A/m eine Isolation von über 35 dB, wenn man eine Leitfähigkeit SIGMA zwischen 0,3 und 3 (Ohm cm)^-1 wählt.In other frequency ranges or with other geometrical dimensions, in particular at other distances D of the ground surface 10 'from the magnetic layer 2 , the conductivity SIGMA of the ground surface 10 ' is to be adapted accordingly. For a frequency range from 3 to 20 GHz, the conductivity SIGMA between 0.1 and 100 (cm ohms) ^{-1 should} be selected with a transmission loss to be required in the forward direction of less than 1 dB and an insulation of at least 30 dB. For example, in a pass band between 6.6 GHz and 7 GHz with the same dimensions as in the exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 7 and with a magnetic field of H = 1600 Oe = 128,000 A / m, isolation of over 35 dB is achieved, if you choose a conductivity SIGMA between 0.3 and 3 (Ohm cm) ^-1 .

Geeignete Materialien für die Massefläche 10′ sind bei spielsweise Galliumarsenid (GaAs) oder auch Indiumphosphid (InP).Suitable materials for the ground surface 10 'are in example gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP).

Der Abstand a der beiden Wandler 4 und 6 kann nun weniger als 0,3 cm betragen. Der Abstand D der Massefläche 10 von der Magnetschicht 2 beträgt vorzugsweise das 10- bis 100fache der Dicke t der Magnetschicht 2 und wird im allgemeinen 2 mm nicht wesentlich überschreiten. Die Masse fläche 10′ kann auch in einem variablen Abstand D zur Magnetschicht 2 angeordnet sein, beispielsweise unter einem Winkel zu der Magnetschicht 2 geneigt sein oder stu fenförmig angeordnet sein.The distance a between the two transducers 4 and 6 can now be less than 0.3 cm. The distance D between the ground surface 10 and the magnetic layer 2 is preferably 10 to 100 times the thickness t of the magnetic layer 2 and will generally not substantially exceed 2 mm. The mass surface 10 'can also be arranged at a variable distance D to the magnetic layer 2 , for example be inclined at an angle to the magnetic layer 2 or be arranged in a step-shaped manner.

Es können auch zwei Masseflächen mit jeweils der Leit fähigkeit SIGMA 1 bzw. SIGMA 2 eines Halbleiters auf ver schiedenen Seiten der Magnetschicht 2 angeordnet sein. Die Dispersionsrelation kann dann mit den beiden Abständen der Masseflächen von der Magnetschicht 2 sowie den beiden Leitfähigkeiten SIGMA 1 und SIGMA 2 als Parameter beein flußt werden.Two ground surfaces, each with the conductivity SIGMA 1 or SIGMA 2 of a semiconductor, can also be arranged on different sides of the magnetic layer 2 . The dispersion relation can then be influenced as parameters with the two distances between the ground surfaces from the magnetic layer 2 and the two conductivities SIGMA 1 and SIGMA 2.

In einer besonderen Ausführungsform ist ein Stapel aus mehreren Magnetschichten vorgesehen. Diese Magnetschichten können eine unterschiedliche Magnetisierung aufweisen. Da durch können die Dispersionseigenschaften günstig beein flußt werden. Es können auch Magnetschichten mit einer unterschiedlichen Anisotropie vorgesehen sein, mit deren Hilfe ein Biasfeld erzeugt werden kann. In beiden Aus führungsformen kann zusätzlich das Durchlaßband verschoben und vorzugsweise auch verbreitert werden. Die Magnet schichten können in einer weiteren Ausführungsform sowohl eine unterschiedliche Magnetisierung als auch eine unter schiedliche magnetische Anisotropie aufweisen.In a special embodiment, a stack is out provided several magnetic layers. These magnetic layers can have a different magnetization. There can favorably influence the dispersion properties to be flowed. Magnetic layers with a different anisotropy can be provided with their Help a bias field can be generated. In both out leadership forms can also shift the pass band and preferably also be widened. The magnet In another embodiment, layers can both a different magnetization as well as an under have different magnetic anisotropy.

Ein Isolator gemäß der Erfindung wird vorzugsweise mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik hergestellt und ist daher besonders gut geeignet für monolithische Mikrowellen-ICs (MMIC).An isolator according to the invention is preferably used with Manufactured with the help of microstructure technology and is therefore particularly suitable for monolithic microwave ICs (MMIC).

Claims

1. Magnetostatic surface wave isolator for the outputs of electronic components, in particular microwave components, with the following features:

a) at least one magnetic layer ( 2 ) made of a gyroscopic material is provided;
b) on one side of the magnetic layer ( 2 ) are two transducers ( 4 and 6 ) for coupling and decoupling electromagnetic alternating fields into and out of the magnetic layer ( 2 ), the energy of these alternating fields of the magnetic layer ( 2 ) propagating magnetic surface static waves is transported;
c) there is at least one ground plane ( 10 ') which is arranged on the same side of the magnetic layer ( 2 ) as the transducers ( 4 and 6 );
d) the ground surface ( 10 ') consists of a material with the electrical conductivity SIGMA of a semiconductor.

2. Insulator according to claim 1, characterized in that the conductivity SIGMA of the material for the ground surface ( 10 ') is between about 0.1 and about 100 (cm ohms) ^-1 .

3. Insulator according to claim 1 or claim 2, characterized in that is seen as Mate rial for the ground surface ( 10 ') gallium arsenide (GaAs) before.

4. Insulator according to claim 1 or claim 2, characterized in that as mate rial for the ground surface ( 10 ') indium phosphide (InP) is seen before.

5. Insulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mean distance D of the ground surface ( 10 ') from the magnetic layer ( 2 ) is between about 10 and about 100 times as large as the thickness t of the magnetic layer ( 2 ).

6. Insulator according to one of claims 1 to 5, characterized in that two Mas seflächen each made of a material with the electrical conductivity SIGMA 1 or SIGMA 2 of a semiconductor on different sides of the magnetic layer ( 2 ) are arranged.

7. Insulator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetic layer ( 2 ) is arranged on its side facing away from the transducers ( 4 and 6 ) on a substrate.

8. Insulator according to claim 7, characterized in that

a) is provided as a material for the magnetic layer ( 2 ) yttrium iron garnet (YIG) and
b) is provided as a material for the substrate gadolinium gallium garnet (GGG).

9. Insulator according to one of claims 1 to 8, characterized in that a Ma gnetfeldquelle is provided for generating an at least approximately parallel bias magnetic field (H) to the transducers ( 4 and 6 ).

10. Insulator according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one further magnetic layer is arranged on the magnetic layer ( 2 ).

11. Insulator according to claim 10, characterized ge indicates that the magnetic layers a have different magnetization.

12. Insulator according to claim 10 or claim 11, characterized in that the Magnetic layers have a different magnetic aniso exhibit tropics.