Резонатор магнитоэлектрический



Резонатор магнитоэлектрический
Резонатор магнитоэлектрический

 


Владельцы патента RU 2450427:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого (RU)

Изобретение относится к области электроники и может использоваться для построения генераторов. Достигаемый технический результат - улучшение добротности резонатора, возможность управления добротностью при помощи магнитного поля. Резонатор магнитоэлектрический состоит из композитного магнитоэлектрического материала, представляющего собой слоистую структуру из пьезоэлектрического слоя, ферромагнитного слоя и подмагничивающей системы, при этом на пьезоэлектрический слой со стороны ферромагнитного слоя нанесена топология встречно-штыревого преобразователя (ВШП). 2 ил.

 

Изобретение относится к области электроники и позволяет улучшить характеристики магнитоэлектрического резонатора (Р), работающего в области магнитоакустического резонанса. Предлагается использование в радиотехнике на частотах длинноволнового диапазона сверхвысоких частот (СВЧ) в качестве резонатора с управляемой добротностью.

Основное применение резонаторов заключается в их использовании для построения генераторов и полосно-пропускающих фильтров.

Для частотного диапазона от 30 до 1500 МГц наибольшее распространение получили резонаторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ), выполненные на основе встречно-штыревого (ВШП) преобразователя. Резонансная частота такого резонатора определяется как

,

где λ - период преобразователя, VSAW - скорость ПАВ на частично металлизированной поверхности. Скорость ПАВ на частично металлизированной поверхности можно определить следующим образом:

,

где Vf - скорость ПАВ на свободной поверхности пьезоэлектрического материала, ks - коэффициент электромеханической связи, dn - коэффициент металлизации.

Другой тип резонаторов, применяемый на частотах от 300 МГц до 10-20 ГГц, использует ферромагнитный резонанс (ФМР). Резонансная круговая частота таких резонаторов зависит от приложенного к резонатору постоянного магнитного поля Нe0 и формы резонатора:

ω0=γ(He0-4πМ0),

где γ - магнитомеханическое отношение, М0 - постоянная намагниченность ферромагнитного материала, из которого выполнен резонатор. Приведенная формула справедлива для случая бесконечно тонкой пластины и используется, когда резонатор представляет собой тонкую пленку из ферромагнитного материала, а магнитное поле перпендикулярно плоскости ферромагнитной пленки. Зависимость резонансной частоты от напряженности внешнего магнитного поля, приложенного к резонатору, позволяет настраивать подобные резонаторы с помощью подмагничивающих обмоток.

В магнитоэлектрических резонаторах, состоящих из композитного магнитоэлектрического материала, резонансная частота может быть перестроена как магнитным, так и электрическим полем, приложенным к резонатору. В данном изобретении предлагается магнитная перестройка резонансной частоты.

Недостатком известных магнитоэлектрических резонаторов со слоистой структурой (чередующиеся ферромагнитные и пьезоэлектрические слои) является обратная зависимость резонансной частоты магнитоакустического резонанса от толщины пьезоэлектрического слоя резонатора.

Для работы в области СВЧ требуется толщина слоя из пьезоэлектрического материала порядка нанометров. Получение слоев такой толщины представляет технологическую проблему.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является резонатор на поверхностных акустических волнах, в котором резонансная частота определяется периодом ВШП и скоростью поверхностной волны в пьезоэлектрическом материале (см. Das P., Lanzl С., Tiersten H. А pressure sensing acoustic surface wave resonator / 1979 Ultrason. Symp.1976, P.306-308) [1].

Недостатком прототипа является невозможность получения высоких значений добротности резонатора и управления добротностью с помощью схемотехнических решений.

Задачей изобретения является снижение требований к технологии, улучшение добротности резонатора, возможность управления добротностью при помощи магнитного поля.

Для решения данной задачи предложен резонатор магнитоэлектрический, состоящий из магнитоэлектрического композитного материала, в котором между ферромагнитным слоем и пьезоэлектрическим слоем нанесена топология ВШП. Резонансная частота ВШП определяется его топологическими размерами, как и резонансная частота предлагаемого магнитоэлектрического резонатора в целом. При этом толщина пьезоэлектрического слоя выбирается, исходя из технологических соображений и скорости звука в пьезоматериале. В отличие от резонатора, описанного в [4], магнитоакустический резонанс следует ожидать при совпадении частоты ФМР и частоты резонанса ВШП, а не частот ФМР и акустического резонанса тонкого пьезоэлектрического слоя, что снимает требование к заданной толщине пьезоэлектрического слоя. Прикладывая к резонатору магнитное поле заданной напряженности, можно сдвигать частоту ФМР относительно частоты резонанса ВШП и управлять шириной резонансной полосы, а следовательно, и добротностью резонатора.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат: а) управлять добротностью резонаторов в цепях полосно-пропускающих или полосно-заграждающих фильтров СВЧ для управления шириной полосы пропускания или режекции; б) подстраивать полосу пропускания или режекции фильтра СВЧ по частоте в окрестностях центральной частоты.

Для пояснения предполагаемого изобретения предложены чертежи.

Фиг.1 - Конструкция магнитоэлектрического резонатора с управлением магнитным полем.

Фиг.2 - Ориентация полей в магнитоэлектрическом резонаторе.

Устройство состоит из пьезоэлектрического слоя 1, на который методом электронной литографии или фотолитографии нанесена топология ВШП 2 и контактные площадки 3. Поверх ВШП нанесен ферромагнитный слой 4, причем между слоями обеспечен жесткий механический контакт. Полученный магнитоэлектрический композит с ВШП, расположенным между слоями, помещается в магнитное поле, создаваемое подмагничивающей системой 5 с обмоткой управления 6.

Устройство работает следующим образом. В случае несовпадения резонансной частоты ВШП и частоты ФМР ферромагнитного слоя магнитоэлектрический резонатор работает как обычный резонатор на ПАВ. При этом высокочастотный электрический сигнал для возбуждения резонатора подается на контактные площадки 3. Изменяя ток в обмотке управления 6, добиваются совпадения резонансной частоты ВШП и частоты ФМР.

Стоячая акустическая волна в пределах ВШП за счет магнитоупругого взаимодействия вызывает изменение намагниченности механически контактирующего ферромагнитного слоя. В случае, когда частота ФМР оказывается равной резонансной частоте ВШП, возникает магнитоакустический резонанс, что приводит к возрастанию добротности предлагаемого магнитоэлектрического резонатора. Изменение тока в обмотке управления подмагничивающей системы сдвигает частоту ФМР относительно резонансной частоты ВШП, что позволяет управлять добротностью резонатора. Переменное электрическое поле в пределах ВШП Е, переменное магнитное поле в ферромагнитной пленке h и внешнее магнитное поле подмагничивающей системы Н0 показаны на фиг.2.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет реализовывать магнитоэлектрические резонаторы с управлением добротностью, без необходимости применения пьезоэлектрических слоев в виде тонких пленок, что является более простым и технологически отработанным способом.

Источники информации

1. Das P., Lanzl С., Tiersten H. A pressure sensing acoustic surface wave resonator / 1979 Ultrason. Symp.1976, P.306-308. - прототип.

2. United States Patent, patent Number 3878477, Apr. 15, 1975, J.Fleming, H.Karrer. Acoustic surface wave oscillator force-sensing devices.

3. Мэттьюз Г. Фильтры на поверхностных акустических волнах // М.: Радио и связь, 1981.

4. М.I.Bichurin, V.М.Petrov, V.М.Laletsin, G.Srinivasan. Resonance magnetoelectric effects in layered magnetostrictive-piezoelectric composites / Physical Review В 68, 132408 (2003).

Резонатор магнитоэлектрический, состоящий из композитного магнитоэлектрического материала, представляющего собой слоистую структуру из пьезоэлектрического слоя, ферромагнитного слоя и подмагничивающей системы, отличающийся тем, что на пьезоэлектрический слой со стороны ферромагнитного слоя нанесена топология встречно-штыревого преобразователя (ВШП).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в качестве высокочастотных (10 МГц - 10 ГГц) перестраиваемых по частоте фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в качестве высокочастотных (10 МГц - 1 ГГц) перестраиваемых по частоте фильтров на ПАВ с применением при изготовлении устройств радиосвязи и обработки сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигнала. .

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для селекции радиосигналов во входных каскадах радиоприемных устройств. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах частотной селекции сигналов для различных систем связи, телевизионных приемников и т.д.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в акустоэлектронных устройствах для обработки сигналов на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении узкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с низким температурным коэффициентом частоты.

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к транспондерам для систем радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов. .

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении узкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с низким температурным коэффициентом частоты (ТКЧ).

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в акустоэлектронных устройствах селекции частоты на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к частотно-избирательным средствам

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении узкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с низким температурным коэффициентом частоты (ТКЧ)

Изобретение относится к полосовым режекторным радиочастотным фильтрам и может использоваться в системах связи. Достигаемый технический результат - ограничение рассеяния энергии и устранение нежелательных сигналов. Полосовой режекторный радиочастотный фильтр включает входной порт, выходной порт, множество акустических резонаторов, индуктор для согласования импедансов множества акустических резонаторов, индуктор размещается в полосовом режекторном фильтре среди множества акустических резонаторов так, что статическая емкость между входным портом и индуктором в основном равна статической емкости между выходным портом и индуктором. Множество акустических резонаторов может быть множеством параллельных резонаторов, множеством последовательных резонаторов или комбинацией последовательных и параллельных резонаторов. Полосовой режекторный радиочастотный фильтр изготавливается используя технологию поверхностной акустической волны, технологию тонкопленочного резонатора объемных акустических волн и технологию резонатора объемных акустических волн. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 29 ил.

Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано для изготовления термостабильных фильтров на поверхностных акустических волнах. Достигаемый технический результат - повышение термостабильности и улучшение механической прочности конструкции. Термостабильный узкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах содержит звукопровод - пьезоэлектрическую подложку со сформированными на поверхности встречно-штыревыми преобразователями, на обратной стороне подложки располагается плоская пластина из металла или диэлектрика со сквозными отверстиями по краям пластины, через которые пластина крепится к звукопроводу и одновременно к посадочному месту корпуса резиноподобным клеем с большим КЛТР, крепление пластины в центральной части к звукопроводу выполнено тонким слоем резиноподобного клея с большим КЛТР, между посадочным местом корпуса и пластиной выполнен зазор, превышающий стрелу прогиба посадочного места корпуса при воздействии отрицательных и положительных температур окружающей среды.5 илл.

Изобретение относится к каскадному соединению нескольких фильтров. Достигаемый технический результат - обеспечение широкой полосы пропускания или широкой полосы задерживания с узкой полосой по меньшей мере на одной стороне полосы пропускания или задерживания. Фильтр содержит по меньшей мере один первый фильтр, который представляет собой полосно-заграждающий фильтр с первой группой параметров, которые определяются первым материалом, используемым для его изготовления и по меньшей мере один второй фильтр со второй группой параметров фильтра, которые определяются вторым материалом, фильтра, каждый из фильтров представляет собой полосно-заграждающий фильтр или полосно-пропускающий фильтр, фильтры соединяют для формирования составного фильтра, первый и второй материалы различаются, составной фильтр имеет третью группу параметров, которые зависят как от первого, так и от второго материалов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх