ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ СВЧ СИГНАЛА НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 2019 года по МПК H01P1/20 

Описание патента на изобретение RU2690020C1

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах и может быть использовано в качестве фазовращателя.

Известна конструкция дискретного полупроводникового фазовращателя проходного типа (RU 2639992 С1, Крисламов, 25.12.2017). Он выполнен на основе соединения отрезков линий передачи и управляющих элементов, преимущественно диодов. Вход и выход фазосдвигающей цепи фазовращателя соединены через управляющий элемент. Фазосдвигающая цепь фазовращателя содержит фильтр нижних частот в виде последовательного соединения отрезков линии передачи, к местам (точкам) соединения которых подключены шлейфы. Недостатком данного устройства является невозможность расширения полосы частот.

Известно логическое устройство для обработки сигналов (US 2007230858 (А1), INTEL CORPORATION, 04.10.2007), имеющее два оптических канала, расположенных внутри полупроводниковой матрицы. Компоненты оптического сплиттера объединены в конфигурацию интерферометра Маха-Цендера с помощью двух волноводных секций также расположенных в полупроводниковой матрице. Устройство работает путем расщепления прямых и обратных оптических волн на две части, распространяющихся вдоль первого и второго участков волноводной структуры, расположенные внутри полупроводниковой матрицы. На выходной волноводной секции получается либо конструктивно скомбинированные первая и вторая прямая оптическая волна, либо деструктивно скомбинированные первая и вторая оптическая волна. Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности управления частотными характеристиками (перестройка частотного диапазона).

Наиболее близким к заявляемому устройству является логическое устройство (CN 104779342 (В), BEIHANG UNIVERSITY, 15.08.2017 - прототип), основанное на интерференции спиновых волн - поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ) в мультиферроидном материале. Логическое устройство состоит из пяти функциональных зон, а именно зоны возбуждения спиновой волны, зоны частотного разделения спиновой волны, зоны регулирования и управления электрическим полем, зоны интерференции спиновых волн и зоны обнаружения спиновой волны. Функционирование логического устройства обеспечивается через среду передачи спиновой волны, регулирования дисперсионного соотношения спиновых волн в среде, направления передачи спиновой волны и изменения модели в случае внешнего магнитного поля или изменения внутреннего поля. Недостатком данного устройства является сложная конструкция, требующая введения дополнительного пьезоэлектрического слоя для управления электрическим полем.

Проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции и создании логического устройства на основе фазовращателя СВЧ сигнала на ПМСВ с управлением частотным диапазоном и шириной полосы частот посредством воздействия статическим магнитным полями и лазерным излучением при уменьшении размеров (до микроразмерной области).

Патентуемое логическое устройство на магнитостатических волнах содержит размещенный на подложке микроволновод из пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), имеющий раздвоенную среднюю часть, размещенные на сплошных частях микроволновода входной и выходной преобразователи магнитостатических волн, элементы управления, источник внешнего магнитного поля.

Отличие состоит в том, что раздвоенная часть микроволновода выполнена в виде интерферометра Маха-Цендера, входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн размещены на оконечностях сплошных частей микроволновода, внешнее магнитное поле направлено по касательной к пленке из ЖИГ, при этом элементы управления выполнены в виде средств изменения намагниченности указанной пленки ЖИГ путем локального ее нагрева на раздвоенных частях микроволновода.

Устройство может отличаться тем, что локальный нагрев осуществляют лазерным излучением, в частности с длиной волны 532 нм.

Технический результат - создание логического устройства на основе фазовращателя СВЧ сигнала с управлением частотным диапазоном и шириной полосы частот фазовращателя посредством воздействия статическим магнитным полем и лазерным излучением при уменьшении размеров (до микроразмерной области) и упрощении конструкции по сравнению с ближайшим аналогом.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 представлена конструкция устройства;

фиг. 2 - результат численного моделирования распространения волны в фазовращателе;

фиг. 3 - зависимость изменения набега фаз φ ПМСВ в диапазоне изменения величины намагниченности;

фиг. 4 зависимость изменения амплитуды ПМСВ при изменении величины намагниченности.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - подложка из пленки галлий-гадолиниевого граната (ГГГ); 2 - входная микрополосковая антенна; 3 - микроволновод на основе пленки ЖИГ; 4 - лазерный луч: 5 - выходная микрополосковая антенна; 6 - первое плечо раздвоенного микроволновода 3; 7 - второе плечо раздвоенного микроволновода 3.

Устройство содержит подложку 1, представляющую собой пленку галлий-гадолиниевого граната (ГГГ) с размерами (ШхДхТ) 400 мкм × 3500 мкм × 1500 мкм. На поверхности пленки ГГГ сформирован микроволновод 3 на основе пленки ЖИГ толщиной 7,7 мкм и намагниченностью насыщения M0=139Гс, имеющий конфигурацию интерферометра Маха-Цендера. На микроволноводе 3 расположены микрополосковые антенны 2,5 шириной 30 мкм, обеспечивающие возбуждение и прием ПМСВ. При этом входная антенна 2 расположена на одной оконечности сплошной части микроволновода 3, а выходная антенна 5 - на другой оконечности сплошной части микроволновода 3. Локальный нагрев лучом 4 лазерного излучения, в частности с длиной волны 532 нм, проводится на каждое из плеч 6 и 7 раздвоенной части микроволновода 3, образующего интерферометр. Ширина микроволновода 3 составляет 400 мкм, длина - 4000 мкм. Внешнее магнитное поле Но направлено касательно вдоль оси у (см. фиг. 1).

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 2. Далее микроволновый сигнал преобразуется в поверхностную магнитостатическую волну (ПМСВ), распространяющуюся вдоль микроволновода 3, который имеет конфигурацию интерферометра Маха-Цендера и выполнен в виде двух микроволноводных секций: первого 6 и второго 7 плеч раздвоенного микроволновода 3. В результате расщепления ПМСВ на две части в первом и втором плечах волноводной структуры на выходной антенне 5, получается либо конструктивная интерференция ПМСВ, либо деструктивная интерференция ПМСВ. Частотная перестройка возможна за счет воздействия лучом 4 лазерного излучения на каждое из плеч 6 и 7 микроволновода 3, которое заключается в следующем. При воздействии лазерного излучения 4 на плечо 6 в результате нагрева в этой области изменяется величина внутреннего магнитного поля, вследствие этого можно управлять и фазовой характеристикой ПМСВ. Ввиду конечной ширины микроволновода 3 при распространении ПМСВ реализуется многомодовый режим.

На фиг. 2 показаны распределения компоненты намагниченности mx демонстрирующие сдвиг фазы φ спиновой волны при воздействии на плечо 6 луча 4 лазерного излучения, в результате этого воздействия в области 6 происходит нагрев пленки ЖИГ 3 и вследствие чего уменьшается величина намагниченности. На фиг. 2(a) показан случай, когда локальный нагрев лазерным излучением отсутствует.Видно, что входной сигнал разделяется на две волны, далее на выходе из плеч 6 и 7 происходит интерференция двух волн, а также изменяется и длина волны. А в случае нагрева одного из плеч видно, что у выходного сигнала также изменяется и фаза. На фиг. 2 (б) приведен результат для случая, когда нагрев изменяет величину намагниченности до М0=130 Гс.

При численном моделировании патентуемого фазовращателя получены зависимости, демонстрирующие изменение набега фаз φ ПМСВ (см. фиг. 3) и амплитуды ПМСВ (см. фиг. 4) при изменении величины намагниченности Мо в диапазоне от 139 Гс до 125 Гс.

Таким образом, представленные результаты подтверждают достижение технического результата - возможность реализации логического устройства на основе фазовращателя СВЧ сигнала с управлением частотным диапазоном и шириной полосы частот фазовращателя посредством воздействия статическим магнитным полем и локальным нагревом микроволновода лазерным излучением при уменьшении размеров (до микроразмерной области) и упрощении конструкции по отношению к ближайшему аналогу.

Похожие патенты RU2690020C1

название год авторы номер документа
ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 2020
  • Хутиева Анна Борисовна
  • Садовников Александр Владимирович
  • Водолагин Олег Александрович
RU2754126C1
РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР ВВОДА-ВЫВОДА НА ОСНОВЕ КОЛЬЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА 2019
  • Садовников Александр Владимирович
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Бегинин Евгений Николаевич
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2707391C1
МУЛЬТИПЛЕКСОР НА ОСНОВЕ КОЛЬЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА 2021
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Садовников Александр Владимирович
  • Хутиева Анна Борисовна
RU2771455C1
УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С ФУНКЦИЕЙ ФИЛЬТРАЦИИ 2019
  • Садовников Александр Владимирович
  • Грачев Андрей Андреевич
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2707756C1
ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 2022
  • Хутиева Анна Борисовна
  • Садовников Александр Владимирович
  • Бегинин Евгений Николаевич
RU2786635C1
ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫЙ ФИЛЬТР НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 2023
  • Садовников Александр Владимирович
  • Фильченков Игорь Олегович
  • Хутиева Анна Борисовна
RU2813706C1
ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ИНВЕРТОР-ПОВТОРИТЕЛЬ НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 2018
  • Садовников Александр Владимирович
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Шешукова Светлана Евгеньевна
  • Шараевский Юрий Павлович
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2694020C1
Управляемый ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах 2018
  • Садовников Александр Владимирович
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Бегинин Евгений Николаевич
  • Шешукова Светлана Евгеньевна
  • Шараевский Юрий Павлович
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2686584C1
НЕЛИНЕЙНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ СИГНАЛА НА СПИНОВЫХ ВОЛНАХ 2017
  • Садовников Александр Владимирович
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Бегинин Евгений Николаевич
  • Шешукова Светлана Евгеньевна
  • Шараевский Юрий Павлович
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2666969C1
УПРАВЛЯЕМЫЙ ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 2020
  • Садовников Александр Владимирович
  • Одинцов Сергей Александрович
  • Бегинин Евгений Николаевич
  • Шешукова Светлана Евгеньевна
  • Никитов Сергей Аполлонович
RU2736286C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 690 020 C1

Реферат патента 2019 года ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ СВЧ СИГНАЛА НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве фазовращателя. Устройство содержит, размещенный на подложке микроволновод из пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), имеющий раздвоенную среднюю часть, размещенные на сплошных частях микроволновода входной и выходной преобразователи магнитостатических волн, элементы управления, источник внешнего магнитного поля. При этом раздвоенная часть микроволновода выполнена в виде интерферометра Маха-Цендера, входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн размещены на оконечностях сплошных частей микроволновода, внешнее магнитное поле направлено по касательной к пленке из ЖИГ, а элементы управления выполнены в виде средств изменения намагниченности указанной пленки ЖИГ путем локального ее нагрева на раздвоенных частях микроволновода. Технический результат заключается в возможности управления частотным диапазоном и шириной полосы частот фазовращателя посредством воздействия статическим магнитным полем и локальным нагревом микроволновода лазерным излучением при уменьшении размеров (до микроразмерной области) и в упрощении конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 690 020 C1

1. Логическое устройство на магнитостатических волнах, содержащее размещенный на подложке микроволновод из пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), имеющий раздвоенную среднюю часть, размещенные на сплошных частях микроволновода входной и выходной преобразователи магнитостатических волн, элементы управления, источник внешнего магнитного поля, отличающееся тем, что раздвоенная часть микроволновода выполнена в виде интерферометра Маха-Цендера, входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн размещены на оконечностях сплошных частей микроволновода, внешнее магнитное поле направлено по касательной к пленке из ЖИГ, при этом элементы управления выполнены в виде средств изменения намагниченности указанной пленки ЖИГ путем локального ее нагрева на раздвоенных частях микроволновода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что локальный нагрев осуществляют лазерным излучением.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2690020C1

US 2007230858 A1, 04.10.2007
Многоканальное устройство обработки СВЧ-сигнала на поверхностных магнитостатических волнах 1989
  • Вашковский Анатолий Васильевич
  • Зубков Виктор Иванович
  • Локк Эдвин Гарривич
  • Щеглов Владимир Игнатьевич
SU1702461A1
СВЧ-фильтр 1986
  • Вашковский А.В.
  • Зубков В.И.
  • Шахназарян Д.Г.
SU1362375A1
Управляемый фильтр СВЧ 1987
  • Балинский Михаил Георгиевич
  • Берегов Александр Сергеевич
  • Ерещенко Игорь Николаевич
  • Кудинов Евгений Васильевич
  • Кущ Сергей Николаевич
SU1571752A1

RU 2 690 020 C1

Авторы

Садовников Александр Владимирович

Грачев Андрей Андреевич

Шешукова Светлана Евгеньевна

Шараевский Юрий Павлович

Никитов Сергей Аполлонович

Даты

2019-05-30Публикация

2018-07-25Подача