ФИЛЬТР ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫХ ПАТТЕРНОВ Российский патент 2025 года по МПК H01P1/218 

Область техники

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах и может быть использовано в качестве фильтра пространственно-частотных паттернов на основе нерегулярной магнонной структуры c полимерными планарными упорядоченными микрорезервуарами с магнитными минеральными микросферами.

Уровень техники

Известна конструкция многоканального фильтра с пространственной селекцией на основе двумерного магнонного кристалла (см. патент РФ 2758663, МПК: H01P 1/218, опубл. 01.11.2021). Фильтр СВЧ-сигнала 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 сложность создания идентичных волноводов.

Наиболее близким к заявляемому является фильтр-демультиплексор СВЧ-сигнала (см. патент РФ 2754086, МПК: H01P 1/218, опубл. 26.08.2021), содержащий 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.

Недостатком данного устройства является сложность создания идентичных волноводов.

Раскрытие сущности изобретения

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 за счет того, что фильтр пространственно-частотных паттернов содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната (GGG) пленку железо-иттриевого граната (YIG), антенны для возбуждения и приема магнитостатических волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки YIG, источник управляющего внешнего магнитного поля, согласно решению, пленка YIG имеет массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами, расположенный в центральной части пленки YIG между антеннами для возбуждения и приема магнитостатических волн, при этом длина пленки YIG составляет 4000 мкм, ширина - 300 мкм, толщина - 10 мкм, толщина подложки из GGG составляет 10 мкм, микрорезервуары имеют форму куба, ребра которого равны 10 мкм, а область наложения массива составляет 300×1000 мкм при расстоянии между ними 10 мкм.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства;

- на фиг. 2 представлена конструкция заявляемого устройства в продольном сечении;

- на фиг. 3 представлены амплитудно-частотные характеристики магнитостатических волн, распространяющихся вдоль направления пленки YIG;

- на фиг. 4 представлены пространственные карты распределения интенсивности спиновой волны.

Позициями на фигурах обозначено:

1 - пленка железо-иттриевого граната;

2 - массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами;

3 - входная микрополосковая антенна;

4 - выходная микрополосковая антенна;

5 - подложка из галлий-гадолиниевого граната;

6 - исследуемая частота.

Осуществление изобретения

Фильтр пространственно-частотных паттернов на основе нерегулярной магнонной структуры c полимерными планарными упорядоченными микрорезервуарами с магнитными минеральными микросферами содержит пленку 1 железо-иттриевого граната (YIG), лежащую на подложке из галлий-гадолиниевого граната (GGG) 5. На пленку 1 нанесен массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами 2. На краях пленки 1 параллельно установлены антенны для возбуждения 3 и приёма 4 сигналов магнитостатических волн.

Длина пленки YIG составляет 4000 мкм (фиг. 1). Ширина плёнки YIG составляет 300 мкм, толщина пленки YIG составляет 10 мкм, толщина подложки из GGG составляет 10 мкм (фиг. 1), область наложения массива полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами составляет 300×1000 мкм (фиг. 2). В эту область помещается 15×50 (750) полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами. Полимерные планарные упорядоченные микрорезервуары имеют форму куба, ребра которого равны 10 мкм (фиг. 1, 2). Расстояние между полимерными планарными упорядоченными микрорезервуарами составляет 10 мкм (фиг. 2). Антенны расположены на краях пленки для возбуждения и приёма сигналов магнитостатических волн.

Намагниченность насыщения пленки YIG составляет . Намагниченность насыщения магнитных минеральных микросфер составляет . Антенны для генерации и приема магнитостатических волн имеют ширину 30 мкм.

Устройство работает 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 поверхностную магнитостатическую волну (ПМСВ), распространяющуюся вдоль микроволновода 2. ПМСВ распространяется по структуре и далее считывается на выходной микрополосковой антенне 4.

Массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами 2 создает неоднородность в пленке YIG 1 и изменяет характеристики спиновой волны (СВ) засчет большей величины намагниченности.

На фиг. 3 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), распространяющихся вдоль направления Ox пленки YIG. Штриховая линия соответствует случаю, когда внешнее магнитное поле было направлено в положительном направлении Oy. Сплошная линия соответствует случаю, когда внешнее магнитное поле было направлено в отрицательном направлении Oy. Также на фиг. 3 выделена частота 6 равная 4.97 ГГц.

На фиг. 4 показаны пространственные карты распределения интенсивности СВ. На фиг. 4 a был рассмотрен случай, при котором на частоте 6 внешнее магнитное поле было ориентированно в положительном направлении Oy, можем заметить, что СВ проходит до конца структуры. На фиг. 4 b был рассмотрен случай, при котором на частоте 6 внешнее магнитное поле было ориентированно в отрицательном направлении Oy, можем заметить, что СВ не проходит до конца структуры.

Таким образом, изменение направления внешнего магнитного поля позволяет изменять рабочий частотный диапазон устройства, что, в свою очередь, обеспечивает возможность создания фильтра пространственно-частотных паттернов на основе нерегулярной магнонной структуры c полимерными планарными упорядоченными микрорезервуарами с магнитными минеральными микросферами.

Полимерные планарные упорядоченные микрорезервуары с магнитными минеральными микросферами выполнены в форме кубов с размером ребра 10 мкм. Такая кубическая форма и параметры полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами создают неоднородности внутреннего магнитного поля в пленке YIG, что позволяет существенно изменять дисперсионные характеристики магнитостатических волн и обеспечивать управление их спектром. Количество полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами в массиве также играет важную роль: увеличение их числа усиливает неоднородности магнитного поля, что приводит к более выраженному изменению спектра прохождения магнитостатических волн. Это позволяет адаптировать устройство к различным частотным диапазонам и задачам, требующим точного управления дисперсионными характеристиками волн.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ. Предложен фильтр пространственно-частотных паттернов, содержащий размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната (GGG) пленку железо-иттриевого граната (YIG), антенны для возбуждения и приема магнитостатических волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки YIG, источник управляющего внешнего магнитного поля. Пленка YIG имеет массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами, расположенный в центральной части пленки YIG между антеннами для возбуждения и приема магнитостатических волн, при этом длина пленки YIG составляет 4000 мкм, ширина – 300 мкм, толщина – 10 мкм, толщина подложки из GGG составляет 10 мкм, микрорезервуары имеют форму куба, ребра которого равны 10 мкм, а область наложения массива составляет 3001000 мкм при расстоянии между ними 10 мкм. Технический результат - возможность изменения спектра прохождения магнитостатических волн в широком диапазоне частот. 4 ил.

Фильтр пространственно-частотных паттернов, содержащий размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната (GGG) пленку железо-иттриевого граната (YIG), антенны для возбуждения и приема магнитостатических волн, расположенные на концах верхней плоскости пленки YIG, источник управляющего внешнего магнитного поля, отличающийся тем, что пленка YIG имеет массив полимерных планарных упорядоченных микрорезервуаров с магнитными минеральными микросферами, расположенный в центральной части пленки YIG между антеннами для возбуждения и приема магнитостатических волн, при этом длина пленки YIG составляет 4000 мкм, ширина – 300 мкм, толщина – 10 мкм, толщина подложки из GGG составляет 10 мкм, микрорезервуары имеют форму куба, ребра которого равны 10 мкм, а область наложения массива составляет 3001000 мкм при расстоянии между ними 10 мкм.