УПРАВЛЯЕМЫЙ ФИЛЬТР МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 2024 года по МПК H01P1/215 H01P1/218 

Область техники

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

Уровень техники

Известен СВЧ фильтр на магнитостатических волнах (см. патент RU 2666968, МПК H01P 1/20, опубл. 13.09.2018), содержащий 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 до 300 см. Фильтр содержит также пьезоэлектрический элемент, имеющий длину меньше длины магнитного элемента. Наружный электрод пьезоэлектрического элемента выполнен 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.

Недостатком данного устройства является сложная конструкция, требующая введения дополнительного пьезоэлектрического слоя для управления электрическим полем.

Известен функциональный элемент на магнитостатических спиновых волнах (см. патент RU 2617143, МПК H01P 1/215, опубл. 21.04.2017). Элемент на магнитостатических спиновых волнах (МСВ) имеет две пары микрополосковых преобразователей, которые образуют два параллельных линейных канала распространения МСВ, разнесенных друг от друга на расстояние, обеспечивающее размещение между указанными каналами резонатора МСВ, взаимодействующего с линейными каналами. Каждый линейный канал распространения МСВ выполнен в виде системы одиночных цилиндрических включений из ферромагнитного материала, образованных в базовой ферромагнитной пленке и расположенных равномерно по длине канала, а резонатор МСВ представляет собой систему одиночных цилиндрических включений из ферромагнитного материала, образованных в базовой ферромагнитной пленке и расположенных равномерно по окружности. Включения из ферромагнитного материала имеют большую намагниченность, чем базовая ферромагнитная пленка.

К недостатку данного устройства можно отнести узкую полосу рабочих частот.

Известно устройство СВЧ-фильтр на основе мультиферроидной слоистой структуры (см. патент US 8615150, МПК G02F1/295, опубл 13.12.2012), и представляющие собой ферритовые слои на подложке, нагруженные со стороны феррита слоем сегнетоэлектрического материала, что позволяет управлять их характеристиками как при помощи изменения внешнего магнитного, так и при изменении электрического полей.

Недостатками прототипа являются низкая пропускная способность, вызванная одномодовым режимом работы, и невозможность управления спектральными характеристиками различных поперечных мод волн.

Наиболее близким к заявляемому является фильтр-демультиплексор СВЧ-сигнала (см. патент RU 2754086, МПК H01P1/218, 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 железо-родия составляет М=1120 Гс.

Основным недостатком известной конструкции является невозможность увеличения рабочей полосы частот магнитостатических волн (МСВ) в широком диапазоне частот.

Раскрытие сущности

Техническая проблема изобретения заключается в создании фильтра магнитостатических волнах в широком диапазоне частот, управляемым внешним параметром.

Технический результат заключается в осуществлении возможности изменения спектра прохождения магнитостатических волн в широком диапазоне частот.

Технический результат достигается тем, что управляемый фильтр магнитостатических волн, содержащий микроволновод в виде пленки железо-иттриевого граната прямоугольной формы, входную и выходную антенны для генерации и приема поверхностных магнитостатических волн, расположенных параллельно друг другу на краях микроволновода, источник управляющего внешнего магнитного поля, согласно решению, дополнительно содержит источник лазерного излучения, буферный слой оксида алюминия, нанесенный на микроволновод, массив полосок из галлий арсенида, расположенных на буферном слое между антеннами перпендикулярно им.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства, на фиг. 2 представлен один период заявляемого устройства в поперечном сечении; на фиг. 3 представлены дисперсионные характеристики магнитостатических волн, распространяющихся вдоль направления полосок GaAs при различных значениях концентрации носителей зарядов.

Позициями на фиг. 1 обозначено:

1 - пленка железо-иттриевого граната;

2 - буферный слой оксида алюминия;

3 - массив полосок галлий арсенида;

4 - антенна для возбуждения магнитостатических волн;

5 - антенна для приема магнитостатических волн.

Осуществление изобретения

Управляемый фильтр на магнитостатических волнах содержит 1 пленку железо-иттриевого граната (YIG), 2 буферный слой оксида алюминия (AlO_x) на одной из сторон пленки 1. На буферный слой 2 нанесен периодический массив параллельных полосок из галлий арсенида (GaAs) 3. На краях пленки 1 параллельно установлены антенны для возбуждения 4 и приёма 5 сигналов магнитостатических волн.

Длина пленки железо-иттриевого граната составляет 2500 мкм (см. фиг. 1). Ширина плёнки YIG (см. фиг. 1) составляет 2 мм, толщина пленки YIG 10 мкм (см. фиг. 1), толщина буферного слоя AlO_x составляет 2 мкм (см. фиг. 2). Толщина полосок GaAs составляет 1 мкм, ширина - 50 мкм (см. фиг. 2). Расстояние между полосками GaAs составляет 150 мкм (см. фиг. 2). Антенны расположены на краях пленки для возбуждения и приёма сигналов магнитостатических волн.

Намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М=139 Гс. Антенны для генерации и приема магнитостатических волн имеют ширину от 30 мкм.

Устройство работает следующим образом.

Входной микроволновый сигнал, частота которого лежит в диапазоне частот, определяемом величиной внешнего постоянного магнитного поля, направленного под небольшим углом (1-5 граудсов) к по оси Oz, подается на входную антенну 4. Далее микроволновый сигнал преобразуется в магнитостатическую волну, распространяющуюся в пленке 1, вдоль полосок 3. Следовательно, в такой системе возможно распространение магнитостатических волн.

Проводящий немагнитный слой действует на рассеивание МСВ путем экранирования наведением электромагнитного поля, уменьшая глубину проникновения в сравнении с распространением МСВ через магнитную пленку. Направляя лазерное излучение на полоски галлий арсенида возможно инжектирование носителей зарядов в массиве полосок. Изменяя концентрацию носителей зарядов в массиве полосок GaAs, например, путём инжекции носителей заряда с помощью локального лазерного нагрева удается изменять дисперсионные характеристики магнитостатических волн (см. фиг. 3).

На фигуре 3 показаны дисперсионные характеристики магнитостатических волн распространяющихся вдоль направления Oz пленки YIG (a) без полос GaAs; (б) при концентрации электронов в полосках GaAs: Ne = 5×10¹⁶ см⁻³; (в) при концентрации электронов в полосках GaAs: Ne = 2.5×10¹⁷ см⁻³; (г) при концентрации электронов в полосках GaAs: Ne = 1×10¹⁸ см⁻³; (д) при металлизации пленки YIG.

Таким образом, изменяя концентрацию носителей зарядов в массиве полосок GaAs, предложенный фильтр магнитостатических волн, позволяет изменять дисперсионные характеристики магнитостатических волн, тем самым изменяя рабочий частотный диапазон устройства, что обеспечивает возможность передачи сигналов в устройствах на магнитостатических волнах, в том числе в интегральных магнонных схемах.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве частотного фильтра. Управляемый фильтр магнитостатических волн, содержащий микроволновод в виде пленки железо-иттриевого граната прямоугольной формы, входную и выходную антенны для генерации и приема поверхностных магнитостатических волн, расположенных параллельно друг другу на краях микроволновода, источник управляющего внешнего магнитного поля, дополнительно содержит источник лазерного излучения, буферный слой оксида алюминия, нанесенный на микроволновод, массив полосок из галлий арсенида, расположенных на буферном слое между антеннами перпендикулярно им. Технический результат - расширение диапазона частот. 3 ил.

Управляемый фильтр магнитостатических волн, содержащий микроволновод в виде пленки железо-иттриевого граната прямоугольной формы, входную и выходную антенны для генерации и приема поверхностных магнитостатических волн, расположенных параллельно друг другу на краях микроволновода, источник управляющего внешнего магнитного поля, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник лазерного излучения, буферный слой оксида алюминия, нанесенный на микроволновод, и массив полосок из галлий арсенида, расположенных на буферном слое между антеннами перпендикулярно им.