RU2813706C1 - Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах - Google Patents
Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813706C1 RU2813706C1 RU2023128396A RU2023128396A RU2813706C1 RU 2813706 C1 RU2813706 C1 RU 2813706C1 RU 2023128396 A RU2023128396 A RU 2023128396A RU 2023128396 A RU2023128396 A RU 2023128396A RU 2813706 C1 RU2813706 C1 RU 2813706C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave guide
- magnetostatic waves
- film
- magnetic field
- microwave
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 12
- 230000005418 spin wave Effects 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- OMEXLMPRODBZCG-UHFFFAOYSA-N iron rhodium Chemical compound [Fe].[Rh] OMEXLMPRODBZCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приборам СВЧ на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве пространственно-частотного фильтра на магнитостатических волнах. Технической проблемой заявляемого изобретения является создание фильтра на магнитостатических волнах с возможностью управления частотным диапазоном и запрещенными зонами. Техническим результатом является возможность плавного управления запрещенными зонами путем изменения намагниченности структуры. Технический результат достигается тем, что пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах, содержащий подложку, выполненную из пленки галлий-гадолиниевого граната, на которой вдоль продольной оси расположен микроволновод из плёнки железо-иттриевого граната, входную и выходную микрополосковые антенны, расположенные с противоположных сторон микроволновода, источник магнитного поля, согласно решению, микроволновод имеет прямоугольные основания на торцах, переходящие в зигзагообразный участок, образованный сегментами прямых участков, связанных между собой углом поворота, внешнее магнитное поле ориентировано касательно плоскости подложки по оси Y. 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приборам СВЧ на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве пространственно-частотного фильтра на магнитостатических волнах.
Уровень техники
Известен фильтр (см. патент РФ на изобретение № 2666968, МПК H01P 1/20, опубл. 13.09.2018), представляющий собой 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, пьезоэлектрический элемент, имеющий длину меньше длины магнитного элемента, наружный электрод пьезоэлектрического элемента, выполненный сплошным, а электрод, прилегающий к поверхности магнитного элемента, имеет форму встречно-штыревого преобразователя с периодом Т, выбранным из условия Т=2Р, где Р - период треугольных элементов.
Известен также фильтр на основе высокодобротных магнитоакустических резонансов, возбуждаемых в слоистой структуре: ферритовая пленка - подложка - ферритовая пленка (см. патент РФ на изобретение RU 2390888, МПК H01P 1/20, опубл. 27.05.2010). Для обеспечения режима одночастотной фильтрации первая и вторая ферритовые пленки в виде резонаторов расположены на противоположных сторонах немагнитной подложки, входной и выходной преобразователи МСВ расположены соосно с ферритовыми пленками и под углом 90° друг к другу.
Недостатками вышеупомянутых устройств являются ограниченность рабочих частот, а также сложность изготовления подобных структур.
Известно устройство на основе магнонного кристалла, используемое для управления частотой спиновых волн (RU 2 758 663, МПК H01P 1/215, H01P 1/218, опубл. 01.11.2021). Устройство содержит ферромагнитную пленку из железо-иттриевого граната, имеющую форму прямоугольника, расположенные на ней входной и выходные преобразователи магнитостатических волн, в плёнке образован ряд отверстий, размещенных с одинаковым периодом. Фильтр содержит второй ряд отверстий в плёнке, идентичный первому и образующий с первым рядом двумерный магнонный кристалл, при этом ряды отверстий расположены симметрично относительно центральной оси прямоугольника вдоль его краёв, причём период следования отверстий составляет 350-400 мкм.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности управления свойствами спектра спиновых волн путем изменения управляющих параметров.
Известен фильтр магнитостатических волн (см. патент РФ на полезную модель № 205097, МПК H01P1/218, опубл. 28.06.2021), содержащий немагнитную органическую подложку в форме меандра, продольная ось пазов которого перпендикулярна направлению распространения магнитостатических спиновых волн (МСВ), размещенную на ней ферромагнитную пленку, микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема МСВ в пленке, источник магнитного поля, фильтр выполнен с возможностью изменения ориентации продольной оси пазов параллельно направлению распространения МСВ, при этом пленка выполнена из пермаллоя. Для изменения ориентации фильтр может быть снабжен приводом или источник магнитного поля может быть выполнен с возможностью управления как величиной, так и направлением внешнего магнитного поля.
Недостатком является то, что из-за того, что продольная ось пазов перпендикулярна направлению МСВ, таким образом, в данной структуре происходит отражение волны в обратном направлении, что может негативно сказываться на успешном распространении МСВ.
Наиболее близким к заявляемому является фильтр-демультиплексор СВЧ-сигнала (см. патент РФ на изобретение 2754086, МПК H01P 1/218, опубл. 26.08.2021), Фильтр СВЧ-сигнала содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната пленку железо-иттриевого граната прямоугольной формы, образующую первый микроволновод, с входным и выходным преобразователями поверхностных магнитостатических волн, расположенный на пленке железо-иттриевого граната второй микроволновод, источник управляющего внешнего магнитного поля. Второй микроволновод выполнен из железо-родия и расположен в центральной части пленки железо-иттриевого граната перпендикулярно продольной оси первого микроволновода, при этом высота второго микроволновода выбрана в диапазоне от 30 мкм до 500 мкм, а ширина первого микроволновода равна длине второго. Намагниченность насыщения слоя железа-родия составляет М=1120 Гс.
Основным недостатком известной конструкции является отсутствие возможности плавного управления частотным диапазоном и запрещенными зонами.
Раскрытие сущности изобретения
Технической проблемой заявляемого изобретения является создание фильтра на магнитостатических волнах с возможностью управления частотным диапазоном и запрещенными зонами.
Техническим результатом является возможность плавного управления запрещенными зонами путем изменения намагниченности структуры.
Технический результат достигается тем, что пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах, содержащий подложку, выполненную из пленки галлий-гадолиниевого граната, на которой вдоль продольной оси расположен микроволновод из плёнки железо-иттриевого граната, входную и выходную микрополосковые антенны, расположенные с противоположных сторон микроволновода, источник магнитного поля, согласно решению, микроволновод имеет прямоугольные основания на торцах, переходящие в зигзагообразный участок, образованный сегментами прямых участков, связанных между собой углом поворота, внешнее магнитное поле ориентировано касательно плоскости подложки по оси У.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где представлены: фиг 1. - конструкция устройства; фиг 2. - амплитудно-частотная характеристика распространения поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ) в структуре; фиг 3. - амплитудно-частотная характеристика распространения ПМСВ в структуре при различных величин намагничивания системы.
Позициями на чертежах обозначено:
1 - подложка из пленки галлий-гадолиниевого граната (ГГГ);
2 - микроволновод;
3 - входная микрополосковая антенна;
4 - выходная микрополосковая антенна;
5 - амплитудно-частотная характеристика референсной структуры зигзагообразного участка;
6 - амплитудно-частотная характеристика зигзагообразной структуры;
7 - амплитудно-частотная характеристика зигзагообразной структуры при M0=139 Гс;
8 - амплитудно-частотная характеристика зигзагообразной структуры при M0=135 Гс.
Осуществление изобретения
Устройство (фиг. 1) выполнено на подложке 1, представляющей собой пленку из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ) с размерами (Ш×Д×Т) 8000×4000×500(мкм). На поверхности пленки 1 ГГГ сформирован зигзагообразный магнонный кристалл-микроволновод 2. На одном конце микроволновода 2 расположена входная микрополосковая антенна 3 для возбуждения ПМСВ, на втором конце микроволновода 2 расположена выходная микрополосковая антенна 4 для приема ПМСВ. Внешнее магнитное поле H0=1200 Э направлено касательно вдоль оси y (см фиг. 1)
Ширина и длина прямоугольного основания микроволновода равны a=200 мкм и b=400 мкм соответственно, ширина и длина одного сегмента зигзагообразного периода d=170 мкм и c=400 мкм соответственно. Общая длина структуры равна 2828 мкм. Угол наклона зигзагообразного сегмента к прямоугольной части волновода ϕ = 30°.
Устройство функционирует следующим образом.
Входной микроволновый сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемым величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на входную микрополосковую антенну 3. Далее микроволновый сигнал преобразуется в ПМСВ, распространяющуюся вдоль микроволновода 2, который имеет конфигурацию зигзагообразного магнонного кристалла. ПМСВ проходит по периодической зигзагообраной структуре, постоянно отражаясь на каждом из изломов, и далее детектируется на выходной микрополосковой антенне 4.
На фиг. 2 показаны результаты численного моделирования процесса распространения в данной структуре. Внешнее магнитное поле ориентировано вдоль оси Y. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) для референсной структуры без изломов (кривая 5), АЧХ структуры с зигзагообразным профилем (кривая 6). Референсная структура представляет собой прямоугольный волновод аналогичной ширины a=200 мкм и такой же общей длины 2878 мкм. В данной референсной структуре не наблюдается никаких неоднородностей на спектре распространении ПМСВ. Добавление геометрической неоднородности в виде периодических изломов приводит к эффекту, основанном на отражениях от стенок периодической структуры, благодаря чему на АЧХ на фоне непрерывного спектра ПМСВ появляются запрещенные зоны в прохождении волны.
На фиг. 3 представлены результаты численного моделирования процесса распространения в данной структуре при изменении величины намагниченности в магнонном кристалле. АЧХ для случая, когда намагниченность M0=139 Гс (кривая 7), АЧХ для случая, когда намагниченность M0=135 Гс.
Из представленных результатов видно, что изменение параметра намагниченности в данном зигзагообразном волноводе позволяет выполнять перестройку запрещенных зон. При уменьшении намагниченности запрещенные зоны смещаются в низкочастотную область. При уменьшении намагниченности насыщения пленки ЖИГ запрещенные зоны смещаются в низкочастотную область, данный эффект связан с изменением условий для распространения спиновых волн. Уменьшение намагниченности волновода можно добиться с помощью нагрева лазером в паре с цилиндрической линзой, которая позволяет развернуть лазерный пучок в более широкий и линейный.
Из представленных результатов видно, что, изменяя величину намагниченности пленки ЖИГ в виде зигзагообразного волновода, система имеет возможность перестройки резонансных частот.
Таким образом, представленные данные подтверждают достижение технического результата. За счет реализации структуры в виде волновода с зигзагообразным профилем имеется возможность управления модовым составом ПМСВ. При изменении величины намагниченности пленки ЖИГ появляется возможность плавного управления полосой пропускания частот ПМСВ.
Claims (1)
- Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах, содержащий подложку, выполненную из пленки галлий-гадолиниевого граната, на которой вдоль продольной оси расположен микроволновод из плёнки железо-иттриевого граната, входную и выходную микрополосковые антенны, расположенные с противоположных сторон микроволновода, источник магнитного поля, отличающийся тем, что микроволновод имеет прямоугольные основания на торцах, переходящие в зигзагообразный участок, образованный сегментами прямых участков, связанных между собой углом поворота, внешнее магнитное поле ориентировано касательно плоскости подложки по оси Y.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813706C1 true RU2813706C1 (ru) | 2024-02-15 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7528688B2 (en) * | 2005-07-29 | 2009-05-05 | Oakland University | Ferrite-piezoelectric microwave devices |
| 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 |
| RU210122U1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |
| RU215708U1 (ru) * | 2022-10-20 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7528688B2 (en) * | 2005-07-29 | 2009-05-05 | Oakland University | Ferrite-piezoelectric microwave devices |
| 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 |
| RU210122U1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-03-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |
| RU215708U1 (ru) * | 2022-10-20 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2666968C1 (ru) | Частотный фильтр свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| Chumak et al. | Design and optimization of one-dimensional ferrite-film based magnonic crystals | |
| US7205869B2 (en) | Magnetostatic wave device based on thin metal films, method for making same and application to devices for processing microwave signals | |
| RU2623666C1 (ru) | Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах | |
| RU2617143C1 (ru) | Функциональный элемент на магнитостатических спиновых волнах | |
| US4547754A (en) | Ferromagnetic resonator | |
| RU2707391C1 (ru) | Реконфигурируемый мультиплексор ввода-вывода на основе кольцевого резонатора | |
| RU2771455C1 (ru) | Мультиплексор на основе кольцевого резонатора | |
| RU2697724C1 (ru) | Функциональный элемент магноники | |
| RU167504U1 (ru) | Свч-фильтр с двойным управлением на основе феррит-сегнетоэлектрической структуры | |
| RU166410U1 (ru) | Частотно-избирательный ответвитель мощности на основе латерально связанных мультиферроидных структур | |
| RU2813706C1 (ru) | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах | |
| RU2736286C1 (ru) | Управляемый четырехканальный пространственно распределённый мультиплексор на магнитостатических волнах | |
| RU2706441C1 (ru) | Управляемый многоканальный фильтр свч-сигнала на основе магнонного кристалла | |
| Xiong et al. | Magnetization dynamics of Ni 80 Fe 20 nanowires with continuous width modulation | |
| US3748605A (en) | Tunable microwave filters | |
| RU2736922C1 (ru) | Элемент пространственно-частотной фильтрации сигнала на основе магнонных кристаллов | |
| RU2702915C1 (ru) | Функциональный компонент магноники на многослойной ферромагнитной структуре | |
| RU2454788C1 (ru) | Модулятор свч на поверхностных магнитостатических волнах | |
| Togo et al. | Propagation of magnetostatic surface waves in a tunable one-dimensional magnonic crystal | |
| RU2707756C1 (ru) | Управляемый электрическим полем делитель мощности на магнитостатических волнах с функцией фильтрации | |
| RU2754086C1 (ru) | Фильтр-демультиплексор свч-сигнала | |
| Sakiotis et al. | Broad-band ferrite rotators using quadruply-ridged circular waveguide | |
| RU2813745C1 (ru) | Управляемый пространственно-частотный фильтр свч сигнала на спиновых волнах | |
| RU210122U1 (ru) | Пространственно-частотный фильтр на магнитостатических волнах |