RU2706441C1 - Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла - Google Patents
Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706441C1 RU2706441C1 RU2019113843A RU2019113843A RU2706441C1 RU 2706441 C1 RU2706441 C1 RU 2706441C1 RU 2019113843 A RU2019113843 A RU 2019113843A RU 2019113843 A RU2019113843 A RU 2019113843A RU 2706441 C1 RU2706441 C1 RU 2706441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- magnetic field
- rectangle
- long axis
- microwave signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/215—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к фильтрам. Многоканальный фильтр СВЧ-сигнала содержит размещенную на подложке ферромагнитную пленочную структуру, сопряженную с входным и выходными преобразователями поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), источники управляющего внешнего магнитного поля. Структура образована пленкой железо-иттриевого граната (ЖИГ) и имеет форму прямоугольника, на коротких гранях которого вдоль длинной оси в теле пленки ЖИГ выполнены симметрично две локальные разделительные дорожки с образованием четырех площадок для размещения преобразователей поверхностных магнитостатических волн. Между концами разделительных дорожек по линии длинной оси прямоугольника образован магнонный кристалл, представляющий собой совокупность отверстий в пленке, размещенных с одинаковым периодом, выбранным из условия образования брэгговской запрещенной зоны в диапазоне волновых чисел от 100 смдо 300 см. Технический результат - возможность управления режимом работы многоканального фильтра на основе магнонного кристалла путем изменения направления внешнего поля. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве многоканального фильтра.
Устройства на магнитостатических волнах (МСВ) обладают возможностью перестройки параметров (коэффициенты передачи, время задержки) и частотных режимов работы за счет регулирования как величины, так и угла магнитного поля (см., например, обзор «Магноника - новое направление спинтроники и спин-волновой электроники», УФН, т. 185, №10, 2015, с.с. 1099-1128). Характеристики макетов некоторых устройств на МСВ приводятся на сайте www.magneton.ru.
Известен частотный фильтр СВЧ-сигнала на МСВ, описанный в заявке (JP 2003179413 (А), 13.09.2018). Содержит размещенный на подложке магнитный элемент, выполненный из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), пьезоэлектрический элемент с металлическими электродами, образованный на поверхности магнитного элемента, входной и выходной преобразователи МСВ. Магнитный элемент представляет собой магнонный кристалл, который имеет форму протяженного прямоугольника с заостренными по продольной оси торцами и периодическими геометрическими неоднородностями в форме треугольных элементов, размещенных на противолежащих сторонах прямоугольника.
Описан частотный фильтр на основе магнонного кристалла, используемый для управления частотой спиновых волн (WO 2009145579 А2, Seoul National University Industry Foundation, 03.12.2009). Устройство состоит из волновода на основе тонкой магнитной пленки. Волновод имеет три секции, одна из которых представляет собой периодическую структуру - магнонный кристалл, образованный путем периодического изменения ширины либо толщины ферромагнитной пленки. Недостатком данного устройства является отсутствия возможности управления свойствами спектра спиновых волн путем изменения управляющих параметров.
В патенте (RU 2666968 С1, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 13.09.2018) описан одноканальный частотный фильтр СВЧ-сигнала на МСВ. Содержит магнитный элемент, представляющий собой магнонный кристалл, имеющий форму протяженного прямоугольника с заостренными по продольной оси торцами и периодическими геометрическими неоднородностями в форме треугольных элементов. Период треугольных элементов выбран из условия образования брэгговской запрещенной зоны в диапазоне волновых чисел от 100 см-1 до 300 см-1. Имеется пьезоэлектрическое средство управления частотным диапазоном фильтра и шириной полосы частот.
В другом изобретении (US 10033078 (В2), IMEC VZW; Katholieke Universiteit Leuven, 24.07.2018) описано перестраиваемое устройство, содержащее волновод со спиновой волной, структуру магнонного кристалла в волноводе со спиновой волной и магнитоэлектрическую ячейку, функционально связанную с кристаллической структурой магнона. Структура приспособлена для выборочной фильтрации спектральной составляющей спиновой волны. Магнитоэлектрическая ячейка содержит электрод для управления спектральной составляющей спиновой волны посредством взаимодействия, зависящего от управляющего напряжения, между магнитоэлектрической ячейкой и магнитным свойством магнонного кристалла.
Однако это устройство, как и ранее описанное (RU 2666968), имеет только один канал и не предусматривает многоканальной реализации.
Наиболее близким к патентуемому устройству является многоканальный фильтр на МСВ (RU 1807536 С, Савин А.К., 07.04.1993 - прототип). Устройство содержит входной и N (например, три) выходных преобразователей МСВ, ферритовые пленки, каждая из которых выполнена из материала с разной намагниченностью насыщения, катушки намагничивания и перестраиваемую магнитную систему. Диапазон перестройки устройства обеспечивается выбором намагниченностей насыщения ферритовых пленок, значений частотной расстройки между каналами и полей, создаваемых в катушках намагничивания, однако устройство сложно в реализации и управлении.
Проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в построении управляемого многоканального фильтра на основе магнонного кристалла с возможностью управления режимом работы путем изменения направления внешнего магнитного поля.
Патентуемый многоканальный фильтр СВЧ-сигнала содержит размещенную на подложке ферромагнитную пленочную структуру, сопряженную с входным и выходными преобразователями поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), источники управляющего внешнего магнитного поля.
Отличие состоит в следующем. Структура образована пленкой железо-иттриевого граната (ЖИГ) и имеет форму прямоугольника, на коротких гранях которого вдоль длинной оси в теле пленки ЖИГ выполнены симметрично две локальные разделительные дорожки с образованием четырех площадок для размещения преобразователей поверхностных магнитостатических волн. Между концами разделительных дорожек по линии длинной оси прямоугольника образован магнонный кристалл, представляющий собой совокупность отверстий в пленке, размещенных с одинаковым периодом, выбранным из условия образования брэгговской запрещенной зоны в диапазоне волновых чисел от 100 см-1 до 300 см-1.
Фильтр может характеризоваться тем, что намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М=139 Гс, их толщина - 10 мкм, а также тем, что диаметр отверстий в пленке составляет 70 мкм, а расстояние между ними 150 мкм.
Фильтр может характеризоваться и тем, что источники управляющего внешнего магнитного поля выполнены с возможностью изменения величины и полярности магнитного поля.
Технический результат - возможность управления режимом работы многоканального фильтра на основе магнонного кристалла путем изменения направления внешнего магнитного поля.
Изобретение поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - конструкция фильтра;
фиг. 2 - структура на подложке, в поперечном сечении;
фиг. 3-5 - карты интенсивности ПМСВ в исследуемой структуре при различных значениях частоты, полученные численным моделированием.
Конструкция патентуемого многоканального фильтра СВЧ-сигнала на ПМСВ представлена на фиг. 1-2. Позициями на чертежах обозначены: входной 1 и выходные 2,3,4 преобразователи ПМСВ; 11,21,31,41 - площадки для размещения преобразователей ПМСВ; 5 - пленка ЖИГ; 6 -локальные разделительные дорожки; 61, 62 - концы разделительных дорожек; 63 - линия длинной оси; 7 - магнонный кристалл; 71 - отверстия; 8 - немагнитная подложка. Источник магнитного поля на фиг. не показан.
Общие размеры прямоугольной пленки: длина w=4000 мкм, ширина d=470 мкм, толщина h=10 мкм. Ширина разделительных дорожек 6 равна 70 мкм, ширина площадок 11, 21, 31, 41 - а=200 мкм; протяженность магнонного кристалла 7 - S=4000 мм; диаметр отверстий b=70 мкм.
Элементы электромагнитной связи представляют собой микроволноводную структуру для ПМСВ из пленки ЖИГ. Принцип работы патентуемого фильтра заключается в том, что входной СВЧ-сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемом величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на входной преобразователь 1. Далее сигнал преобразуется в ПМСВ, распространяющуюся вдоль оси X микроволновода. В такой системе наблюдается перекачка спиновых волн из одного микроволновода в другой в разных направлениях. Следовательно, можно управлять режимом работы данного фильтра меняя направление внешнего магнитного поля.
На фиг. 3-5 показаны карты интенсивности ПМСВ в исследуемой структуре при различных значениях частоты. Карты получены методом Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии для внешнего магнитного поля со значением 1200Э, направленного вдоль оси Y, лежащей в плоскости структуры. Схематично показаны места размещения преобразователей относительно магнонного кристалла. ПМСВ возбуждается входным преобразователем 1 в области 91 и может распространяться в трех направлениях: в сторону выходных преобразователей 2 или 3 или 4, что соответствует областям 92, 93, 94.
Спектр ПМСВ, распространяющихся в магнонном кристалле, состоит из чередующихся зон пропускания и непропускания. Зоны непропускания, называемые также запрещенными зонами, образуются на частотах, где волновые числа удовлетворяют условию брэгговского резонанса.
На частоте СВЧ-сигнала 5,160 ГГц ПМСВ распространяется в область 93 (фиг. 3), поскольку на данной частоте волновое число ПМСВ не удовлетворяет условию брэгговского резонанса. Отверстия 71 магнонного кристалла 7 не оказывают влияния на распространения ПМСВ, так как в случае идентичных латеральных магнитных полос мощность ПМСВ периодически передается от одного волновода к другому. Соответственно, сигнал будет присутствовать на выходном преобразователе 3, а на преобразователях 2,4 - отсутствовать.
На частоте СВЧ-сигнала 5,190 ГГц (фиг. 4) наблюдается передача сигнала, возбуждаемого входным преобразователем 1, из области 91 в область 92 за счет брэгговского отражения от периодической решетки, образованной отверстиями 71 магнонного кристалла 7. При этом видно, что наблюдается затухание ПМСВ в положительном направлении оси X, за счет чего сигнал не достигает областей 93 и 94. Соответственно выходной сигнал будет присутствовать на выходном преобразователе 2 и отсутствовать на преобразователях 3,4.
На частоте СВЧ-сигнала 5,35 ГГц (фиг. 5) ПМСВ, возбуждаемая входным преобразователем 1, локализуется в области 91 и достигает области 94, ввиду выполнения условия брэгговского отражения и отсутствия перекачки энергии ПМСВ из области 91 возбуждения. Соответственно, выходной сигнал будет присутствовать на преобразователе 4, а на выходных преобразователях 2,3 - отсутствовать.
Таким образом, представленные данные подтверждают достижение технического результата, а именно возможность управления режимом работы управляемого многоканального фильтра СВЧ-мощности путем изменения направления внешнего магнитного поля, что позволяет использовать его в устройствах магнонной логики.
Claims (7)
1. Многоканальный фильтр СВЧ-сигнала, содержащий размещенную на подложке ферромагнитную пленочную структуру, сопряженную с входным и выходными преобразователями магнитостатических волн, источники управляющего внешнего магнитного поля,
отличающийся тем, что
структура образована пленкой железо-иттриевого граната (ЖИГ) и имеет форму прямоугольника, на коротких гранях которого вдоль длинной оси в теле пленки выполнены симметрично две локальные разделительные дорожки с образованием четырех площадок для размещения преобразователей поверхностных магнитостатических волн, при этом
между концами разделительных дорожек по линии длинной оси прямоугольника образован магнонный кристалл, представляющий собой совокупность отверстий в пленке, размещенных с одинаковым периодом, выбранным из условия образования брэгговской запрещенной зоны в диапазоне волновых чисел от 100 см-1 до 300 см-1.
2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М=139Гс, их толщина - 10 мкм.
3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что диаметр отверстий в пленке составляет 70 мкм, а расстояние между ними 150 мкм.
4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что источники управляющего внешнего магнитного поля выполнены с возможностью изменения величины и полярности магнитного поля.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113843A RU2706441C1 (ru) | 2019-05-07 | 2019-05-07 | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113843A RU2706441C1 (ru) | 2019-05-07 | 2019-05-07 | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2706441C1 true RU2706441C1 (ru) | 2019-11-19 |
Family
ID=68579916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019113843A RU2706441C1 (ru) | 2019-05-07 | 2019-05-07 | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2706441C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736922C1 (ru) * | 2020-06-22 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Элемент пространственно-частотной фильтрации сигнала на основе магнонных кристаллов |
| RU2758663C1 (ru) * | 2020-12-23 | 2021-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Многоканальный фильтр с пространственной селекцией на основе двумерного магнонного кристалла |
| RU2803456C1 (ru) * | 2022-09-12 | 2023-09-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Модуль формирования квазихаотического сигнала сверхвысоких частот |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1223317A1 (ru) * | 1984-01-09 | 1986-04-07 | Научно-исследовательский институт механики и физики Саратовского государственного университета | Устройство на магнитостатических волнах |
| SU1467615A1 (ru) * | 1987-07-14 | 1989-03-23 | Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете | СВЧ-разделитель каналов на магнитостатических волнах |
| US5192928A (en) * | 1990-09-05 | 1993-03-09 | Hitachi Metals, Ltd. | Circuit element having ferrimagnetic film with deviated end surfaces for suppressing spurious magnetostatic wave resonance modes |
| SU1807536A1 (ru) * | 1990-05-23 | 1993-04-07 | Ky Nii Radiosvyazi | Многоканальный фильтр на маг-. нитостатистических волнах 2 |
| RU2623666C1 (ru) * | 2016-10-21 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах |
| RU2666968C1 (ru) * | 2017-12-12 | 2018-09-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Частотный фильтр свч сигнала на магнитостатических волнах |
| RU2686584C1 (ru) * | 2018-07-25 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах |
-
2019
- 2019-05-07 RU RU2019113843A patent/RU2706441C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1223317A1 (ru) * | 1984-01-09 | 1986-04-07 | Научно-исследовательский институт механики и физики Саратовского государственного университета | Устройство на магнитостатических волнах |
| SU1467615A1 (ru) * | 1987-07-14 | 1989-03-23 | Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете | СВЧ-разделитель каналов на магнитостатических волнах |
| SU1807536A1 (ru) * | 1990-05-23 | 1993-04-07 | Ky Nii Radiosvyazi | Многоканальный фильтр на маг-. нитостатистических волнах 2 |
| US5192928A (en) * | 1990-09-05 | 1993-03-09 | Hitachi Metals, Ltd. | Circuit element having ferrimagnetic film with deviated end surfaces for suppressing spurious magnetostatic wave resonance modes |
| RU2623666C1 (ru) * | 2016-10-21 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах |
| RU2666968C1 (ru) * | 2017-12-12 | 2018-09-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Частотный фильтр свч сигнала на магнитостатических волнах |
| RU2686584C1 (ru) * | 2018-07-25 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| J. W. Kłos. Magnonic Band Engineering by Intrinsic and Extrinsic Mirror Symmetry Breaking in Antidot Spin-Wave Waveguides // Scientific Reports volume3, Article number: 2444 (2013). * |
| Qi Wang. Design of nanostrip magnonic crystal waveguides with a single magnonic band gap // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 340(2013) p. 23-26. * |
| R. Silvani Magnonic band structure and filtering * |
| R. Silvani Magnonic band structure and filtering properties of squared antidot lattices in different configurations: a micromagnetic study // IEEE MAGNETICS LETTERS, Volume 6 (2015). * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736922C1 (ru) * | 2020-06-22 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Элемент пространственно-частотной фильтрации сигнала на основе магнонных кристаллов |
| RU2758663C1 (ru) * | 2020-12-23 | 2021-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Многоканальный фильтр с пространственной селекцией на основе двумерного магнонного кристалла |
| RU2803456C1 (ru) * | 2022-09-12 | 2023-09-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Модуль формирования квазихаотического сигнала сверхвысоких частот |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10033078B2 (en) | Tunable magnonic crystal device and filtering method | |
| RU2623666C1 (ru) | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Sheshukova et al. | Multimode propagation of magnetostatic waves in a width-modulated yttrium-iron-garnet waveguide | |
| RU2666968C1 (ru) | Частотный фильтр свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| RU2706441C1 (ru) | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла | |
| JP4444836B2 (ja) | 薄い金属膜に基づいた静磁波デバイス、これを製造するための方法、及びマイクロ波信号を処理するためのデバイスへの応用 | |
| RU2686584C1 (ru) | Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах | |
| US3696312A (en) | Cyclotron resonance devices controllable by electric fields | |
| RU2707391C1 (ru) | Реконфигурируемый мультиплексор ввода-вывода на основе кольцевого резонатора | |
| RU2594382C1 (ru) | Регулируемая свч линия задержки на поверхностных магнитостатических волнах | |
| RU2697724C1 (ru) | Функциональный элемент магноники | |
| RU2736286C1 (ru) | Управляемый четырехканальный пространственно распределённый мультиплексор на магнитостатических волнах | |
| RU166410U1 (ru) | Частотно-избирательный ответвитель мощности на основе латерально связанных мультиферроидных структур | |
| RU2771455C1 (ru) | Мультиплексор на основе кольцевого резонатора | |
| RU167504U1 (ru) | Свч-фильтр с двойным управлением на основе феррит-сегнетоэлектрической структуры | |
| RU2707756C1 (ru) | Управляемый электрическим полем делитель мощности на магнитостатических волнах с функцией фильтрации | |
| RU2454788C1 (ru) | Модулятор свч на поверхностных магнитостатических волнах | |
| RU2754086C1 (ru) | Фильтр-демультиплексор свч-сигнала | |
| RU2702915C1 (ru) | Функциональный компонент магноники на многослойной ферромагнитной структуре | |
| RU2702916C1 (ru) | Устройство на магнитостатических волнах для пространственного разделения свч-сигналов разного уровня мощности | |
| RU2690020C1 (ru) | Логическое устройство на основе фазовращателя свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Togo et al. | Propagation of magnetostatic surface waves in a tunable one-dimensional magnonic crystal | |
| RU2736922C1 (ru) | Элемент пространственно-частотной фильтрации сигнала на основе магнонных кристаллов | |
| RU2758663C1 (ru) | Многоканальный фильтр с пространственной селекцией на основе двумерного магнонного кристалла | |
| RU2813706C1 (ru) | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |