Метод для прецизионного согласования микрополосковой СВЧ линии на участке с измеряемым образцом для ФМР характеризации Российский патент 2024 года по МПК G01R33/05 

Метод для прецизионного согласования микрополосковой СВЧ линии на участке с измеряемым образцом для ФМР характеризации относится к области измерения магнитных свойств и может быть использован для получения более точных параметров ферромагнитного резонанса образца, с помощью модернизации согласования измерительной части линии с остальным трактом и измерительными приборами.

Наиболее близким к предлагаемому методу и принятым в качестве прототипа является планарная структура линии передачи для улучшения точности тестирования ширины линии ферромагнитного резонанса, представленная в заявке на изобретение CN113203351 А.

Недостатки наиболее близкого технического решения заключаются в отсутствии согласования на краях исследуемого образца, где, фактически соединяются две разные линии с различной эффективной диэлектрической проницаемостью. Это провоцирует искажения коэффициентов отражения и пропускания, также геометрия линии не согласуется должным образом с диэлектрической проницаемостью участка с образцом.

Целью предлагаемого метода является улучшение коэффициентов пропускания и отражения при измерении ФМР в образцах.

Техническим результатом является улучшение согласования измерительной части линии с остальным трактом и измерительными приборами, что приводит к получению более точных параметров ФМР образца.

Технический результат достигается тем, что для согласования волнового сопротивления в месте расположения пластины происходит плавное изменение толщины пластины и ширины микрополосковой линии, таким образом, чтобы волновое сопротивление оставалось постоянным на всем участке.

Методика характеризации образцов с помощью ферромагнитного резонанса (ФМР) одна из самых распространенных. Предложенное решение позволяет более точно применять эту методику, при этом полосковый волновод легко изготавливается стандартными методами производства печатных плат. При накачке СВЧ сигнала в образец с помощью микрополосковой линии ее импеданс согласуют на 50 Ом. Однако, для образцов с большой диэлектрической проницаемостью на СВЧ диапазоне становится критичным дополнительное уточнение согласования линии в том месте, где находится образец. Несмотря на то, что в обычной линии основное поле сосредоточено между полоской и земляным слоем, то есть в диэлектрике печатной платы, материал с большой диэлектрической проницаемостью, такой как феррит-гранат, значительно может увеличить эффективную диэлектрическую проницаемость в системе. Это справедливо уже для образцов с характерным размером в несколько миллиметров. В данном методе предлагается изменить ширину линии под образцом для согласования на 50 Ом, при этом сделать этот переход плавным в виде конуса длиной 1 мм. Помимо этого необходимо, чтобы на участке перехода располагался край образца, который сточен в виде клина. Это позволяет оставить сопротивление линии неизменным, не создавая резких переходов в показателе диэлектрической проницаемости, которые провоцируют переотражения. Также образец предлагается поджимать к микрополосковой линии с помощью медной пластины, которая будет выступать в качестве земляного слоя на участке с образцом. Таким образом СВЧ поле фокусируется в области образца, для максимальной эффективности возбуждения магнитной системы и приема сигнала.

Моделирование линии передачи опиралось на S-параметры, то есть с помощью изменения геометрии модели определялись параметры четырехполюсника. Эти параметры являются универсальными для анализа любых СВЧ цепей. Такую цепь можно анализировать, измеряя падающую и отраженную волны на ее входах/выходах. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассеяния или матрицей S-параметров, которые зависят от частоты. Основными из этих параметров являются S11 и S21. Параметр S11/S22 ("reflection coefficient") характеризует коэффициент отражения волны от входа СВЧ устройства и равен отношению комплексной величины отраженной волны к комплексной величине падающей. Параметр S21/S12 ("transmission coefficient") - это отношение комплексной величины волны на выходе устройства к комплексной величине волны на входе. Ощутимый вклад в изменение S-параметров вносит диэлектрическая проницаемость ε_r, причем как ε_r диэлектрика платы, так и ε_r образца, в нашем случае в качестве образца используется пленка железо-иттриевого граната (ЖИГ).

Образцы могут быть с достаточно большим ε_r. Типичное значение для печатной платы ε_r=4, при том, что ε_r ЖИГа в 3 раза больше. Следовательно, диэлектрическую проницаемость образца следует учитывать, когда размер образца достигает нескольких миллиметров.

Таким образом, на конфигурации с плавным переходом края образца скошены, и сам волновод сужается не резко, а через конус (клин), поэтому параметр отражения уменьшился до -40dB, а параметр поглощения увеличился до -0.02dB. Предложенный подход к модернизации сопряжения эпитаксиальных феррит-гранатовых структур с полосковыми волноводами позволяет увеличить поглощение сигнала, минимизировать его отражение и устранить переотражение, согласует импеданс и очищает измерения.

Изобретение относится к области измерения магнитных свойств. Техническим результатом является улучшение согласования измерительной части линии с остальным трактом и измерительными приборами, что приводит к получению более точных параметров ФМР образца. Метод для прецизионного согласования микрополосковой СВЧ линии на участке с измеряемым образцом для ФМР характеризации заключается в улучшении считывания характеристики ферромагнитного резонанса образцов с использованием копланарной волноводной структуры, при этом для согласования волнового сопротивления в месте расположения пластины происходит плавное изменение толщины пластины и ширины микрополосковой линии, таким образом, чтобы минимизировать коэффициент отражения от линии.

Метод для прецизионного согласования микрополосковой СВЧ линии на участке с измеряемым образцом для ФМР характеризации, заключающийся в улучшении считывания характеристики ферромагнитного резонанса образцов с использованием копланарной волноводной структуры, отличающийся тем, что для согласования волнового сопротивления в месте расположения пластины происходит плавное изменение толщины пластины и ширины микрополосковой линии, таким образом, чтобы минимизировать коэффициент отражения от линии.