Фильтр-демультиплексор свч-сигнала

Авторы патента:

Садовников Александр Владимирович (RU)

H01P1/218 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2754086:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве демультиплексора СВЧ-сигнала. 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. Технический результат - расширение функциональных возможностей фильтра, которые позволяют использовать его также в качестве устройства магнонной логики. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

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

Известна конструкция нелинейный делитель мощности СВЧ сигнала на спиновых волнах (RU2666969, H01P 1/22, опубл. 13.09.2018). Микроволноводная структура делителя выполнена на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ) в форме двух удлиненных полосок равной ширины, размещенных параллельно друг другу с зазором, выбранным из условия обеспечения режима многомодовой связи магнитостатических волн. Концы одной полоски микроволноводной структуры имеют отводы, на которых образованы микрополосковые антенны для возбуждения и приема магнитостатических волн, связанные соответственно с единым входным портом и первым выходным портом.

Недостатком данного устройства является сложность создания идентичных волноводов.

Известно устройство на магнитостатических волнах (US7528688, H01P1/217, опубл. 05.05.2009). Представляет слоистую структуру на подложке из галлий-гадолиниевого граната, на которой расположена пленка из ЖИГ, которая нагружена пьезоэлектрическим слоем. Данный тип структуры может быть использован в качестве микроволновых резонаторов, полосовых фильтров и линий задержки.

Недостатком данного устройства является необходимость приложения больших величин внешнего магнитного поля и получения широких полос пропускания порядка 500 МГц.

Наиболее близким к заявляемому устройству является спин-волновой частотный фильтр (RU2666968, H01P 1/20, опубл. 13.09.2018). Сущность изобретения заключается в том, что частотный фильтр СВЧ сигнала на магнитостатических волнах содержит 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^-1 до 300 см^-1, пьезоэлектрический элемент, имеющий длину меньше длины магнитного элемента, наружный электрод пьезоэлектрического элемента, выполненный 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 является многослойность конструкции и отсутствие возможности управления распространением спиновых волн.

Проблемой изобретения является создание фильтра с возможностью управления спиновыми волнами.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей фильтра, которые позволяют использовать его также в качестве устройства магнонной логики, в частности - демультиплексора.

Технический результат достигается тем, что в фильтре СВЧ сигнала, содержащем 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, согласно решению, 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.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - представлена структура на подложке;

фиг. 2 - структура на подложке в поперечном сечении;

фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика магнитостатических волн (МСВ), распространяющихся в плёнке ЖИГ без слоя железо-родия, полученная численным моделированием;

фиг. 4 - амплитудно-частотная характеристика МСВ распространяющихся в исследуемой структуре, при толщине железо-родия равной 30 мкм, полученные численным моделированием;

фиг. 5 - амплитудно-частотная характеристика МСВ распространяющихся в исследуемой структуре, при толщине железо-родия равной 150 мкм, полученные численным моделированием;

фиг. 6 - амплитудно-частотная характеристика МСВ распространяющихся в исследуемой структуре, при толщине железо-родия равной 500 мкм, полученные численным моделированием.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - подложка из пленки галлий-гадолиниевого граната (ГГГ);

2 - первый микроволновод, выполненный из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ);

3 - второй микроволновод, выполненный слоя из железо-родия (ЖР);

4 - входной преобразователь поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ);

5 - выходной преобразователь ПМСВ.

Источник магнитного поля на чертежах не показан.

Демультиплексор СВЧ сигнала состоит из подложки (ГГГ) 1, на которой расположен первый микроволновод 2 из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), имеющий форму прямоугольника. Поперек пленки ЖИГ (перпендикулярно продольной оси первого микроволновода) в её центральной части расположен второй микроволновод 3 из пленки антиферромагнитного материала - железо-родия (ЖР). Структура помещена в магнитное поле. На коротких гранях микроволновода 2 размещены преобразователи ПМСВ 4, 5.

Принцип работы патентуемого демультиплексора заключается в том, что входной СВЧ сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемым величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на входной преобразователь 4. Далее сигнал преобразуется в ПМСВ, распространяющуюся вдоль длины ЖИГ. И после прохождения ЖР изменяет свои свойства. В такой системе наблюдается перекачка спиновых волн из одного слоя в другой в разных направлениях.

Электрическая перестройка частоты возможна благодаря магнитоэлектрическому взаимодействию в структуре между ЖИГ и ЖР, которое заключается в следующем. Сплавы на основе железо-родия проявляют высокую намагниченность насыщения в ферромагнитной фазе, а также обладают высоким магнитокалорическим и пироэлектрическим эффектом, которые проявляются вблизи метамагнитного фазового перехода 1-го рода. Лазерное воздействие на антиферромагнитный материал 3 приводит к изменению намагниченности насыщения и пироэлектрическому эффекту. Возникшее электрическое поле вызывает деформацию распространения МСВ вдоль длины ЖИГ и изменение пространственных мод. В зависимости от высоты ЖР изменяется его влияние на распространение спиновой волны в ЖИГ (с ростом высоты влияние растет). Следовательно, можно управлять режимом работы данного фильтра, меняя направление внешнего магнитного поля и размеры пленки ЖР.

На фиг. 3 представлена амплитудно-частотная характеристика волны в первом микроволноводе на основе ЖИГ без слоя ЖР. На фиг. 4-6 показаны результат амплитудно-частотной характеристики с нагрузкой ЖР, происходит трансформация этой характеристики, уменьшается величина магнитного поля. На фиг. 4 высота ЖР - Н=30 мкм начало спектра сдвинулось примерно на 0.6 Гц, на фиг. 5 Н=150 мкм увеличилось провисание магнитного поля, на фиг.6 Н=500 мкм оно стало еще сильнее.

Таким образом, представленные данные подтверждают достижение технического результата, а именно в построении демультиплексора на основе структуры железо-родий/железо-иттриевый гранат с возможностью появления пространственной селекции мод и управление спиновыми волнами путём лазерного воздействия и изменения размера нагрузки из ЖР. Таким образом, расширяются функциональные возможности устройства, которые позволяют использовать его также для устройств магнонной логики, что и обуславливает особенность этого устройства.

В примере конкретного выполнения подложка из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ) имела размеры Ширина х Длина х Толщина=1300×4000×500(мкм). На поверхности подложки 1 сформирован первый микроволновод 2 (магнонный кристалл) на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ) с намагниченностью насыщения М₀=139 Гс, имеющей форму прямоугольника, на коротких гранях которого размещены преобразователи ПМСВ 4, 5. Сверху ЖИГ поперек расположен слой антиферромагнитного материала - железо-родия (ЖР) с намагниченностью насыщения 1120 Гс. Размеры первого микроволновода: ширина 500 мкм, длина w =8 мм, высота h = 10 мкм. Ширина ЖР а = 500 мкм, длина 500 мкм, высота H изменяется в диапазоне от 30 мкм до 500 мкм.

1. Фильтр СВЧ-сигнала, 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, отличающийся тем, что 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.

2. Фильтр СВЧ-сигнала по п.1, отличающийся тем, что намагниченность насыщения слоя железо-родия составляет М=1120 Гс.

Изобретение относится к аттенюаторам. Среднемощный сверхширокополосный коаксиальный фиксированный аттенюатор состоит из трёх последовательно включённых отрезков, два из которых являются коаксиальными волноводами с соединителями на торцах, а третий образован центральной втулкой с настроечными винтами, поджатой волноводными отрезками, в которой в продольных пазах подвешена диэлектрическая подложка.

Способ поворота плоскости поляризации и стовосьмидесятиградусный поляризатор, его реализующий // 2751151

Область применения изобретения - антенная техника, СВЧ-техника. Стовосьмидесятиградусный поляризатор содержит двухполяризационные волноводы, являющиеся общими входами входного и выходного турникетных ортоплексеров, содержит дроссельное соединение роторной и статорной частей, пару турникетных широкополосных ортоплексеров и соединяющие их четыре волноводных плеча, состоящих из одинакового количества волноводных девяностоградусных поворотов в Е- и Н-плоскостях и прямых регулярных волноводных участков, а также содержит регулировочные прокладки в местах соединения волноводных плеч с прямоугольными каналами входного и выходного ортоплексеров.

Среднемощная сверхширокополосная коаксиальная нагрузка // 2750862

Изобретение относится к области СВЧ техники. Среднемощная сверхширокополосная коаксиальная нагрузка содержит корпус, в котором размещен волноводный канал, который состоит из нагрузочного отрезка и отрезка коаксиального канала.

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр // 2748864

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий подложку с заданной относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно.

Переключатель свч // 2748722

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к переключателям СВЧ. Переключатель содержит три линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, средство согласования.

Микрополосковая нагрузка // 2746544

Изобретение относится к радиоэлектронике и сверхвысокочастотной (СВЧ) технике и может использоваться в мощных радиопередающих устройствах в качестве эквивалента антенны с дополнительным контрольным выходом для подключения измерительных приборов. Микрополосковая нагрузка содержит полупроводниковую легированную подложку, на одной стороне которой находится металлизированное основание, на другой стороне расположен резистивный полосок.

Управляемый электрическим полем функциональный элемент магноники // 2745541

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к фильтрам. Фильтр содержит немагнитную подложку, на поверхности которой образована структура, имеющая канавки в форме меандра, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения магнитостатических волн (МСВ), покрытая ферромагнитной пленкой из железоиттриевого граната, и микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема МСВ в ферромагнитной пленке, источник магнитного поля.

Сверхширокополосный коаксиальный вращающийся переход // 2744799

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к вращающимся сочленениям волноводов. Сверхширокополосный вращающийся переход состоит из соосных отрезков круглого коаксиального канала, один из которых частично расположен во внутренней полости, образованной в другом.

Дискретный свч-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи // 2744053

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для дискретного управления фазой СВЧ-сигналов, в частности в фазированных антенных решетках с электронным управлением луча. Дискретный СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи содержит pin-диодный петлевой разряд, реализованный на последовательно соединенных двух pin-диодах, первый из которых включен последовательно в основную линию передачи, анод второго подключен к середине петли, а его катод к короткозамкнутому согласующему шлейфу, четырех конденсаторах, первый из которых установлен в петле, второй на первом входе-выходе устройства, третий на его втором входе-выходе, четвертый подключен к корпусу.

Фиксированный аттенюатор // 2743940

Изобретение относится к СВЧ-технике. Фиксированный аттенюатор высокого уровня мощности выполнен на основе П-образной согласованной структуры, содержащей шесть пленочных микрополосковых резисторов и три четвертьволновых отрезка линии передачи, волновые сопротивления которых выбраны из условия обеспечения режима согласования по входу и выходу.

Логическое устройство на магнитостатических волнах // 2754126

Использование: изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве демультиплексора. Сущность: логическое устройство на магнитостатических волнах содержит размещенный на подложке первый микроволновод из пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), выполненный в виде интерферометра Маха-Цендера, имеющего разделитель в виде отверстия в пленке, размещенные на сплошных частях микроволновода, входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн, источник внешнего магнитного поля с направлением по касательной к микроволноводу, при этом дополнительно содержит второй микроволновод, идентичный первому микроволноводу и расположенный над ним, причем микроволноводы разделены слоем диэлектрика, а второй микроволновод снабжен выходной антенной, расположенной над выходной антенной первого микроволновода, при этом разделителем в каждом волноводе выбрано отверстие восьмиугольной формы, источник внешнего магнитного поля выполнен с возможностью изменения величины и полярности магнитного поля. Технический результат: создание логического устройства с функцией демультиплексирования входного сигнала с управлением частотным диапазоном посредством воздействия статическим магнитным полем и повышение качества выходного сигнала путем снижения искажений сигнала из-за иной геометрии, уменьшающей отражения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.