[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2758663C1 - Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal - Google Patents

Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal Download PDF

Info

Publication number
RU2758663C1
RU2758663C1 RU2020142539A RU2020142539A RU2758663C1 RU 2758663 C1 RU2758663 C1 RU 2758663C1 RU 2020142539 A RU2020142539 A RU 2020142539A RU 2020142539 A RU2020142539 A RU 2020142539A RU 2758663 C1 RU2758663 C1 RU 2758663C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
holes
film
row
microwave
dimensional
Prior art date
Application number
RU2020142539A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анна Борисовна Хутиева
Александр Владимирович Садовников
Александра Алексеевна Матвеева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2020142539A priority Critical patent/RU2758663C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758663C1 publication Critical patent/RU2758663C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

FIELD: microwave radio engineering.SUBSTANCE: invention relates to microwave radio engineering, in particular to devices on magnetostatic waves, and can be used as a power divider of a wave beam. The microwave signal filter contains a ferromagnetic film made of iron-yttrium garnet, which has the shape of a rectangle, the input and output converters of magnetostatic waves located on it, a number of holes are formed in the film, placed with the same period. The filter contains a second row of holes in the film, identical to the first and forming a two-dimensional magnon crystal with the first row, while the rows of holes are arranged symmetrically relative to the central axis of the rectangle along its edges, and the period of the holes is 350-400 mcm.EFFECT: ability to control the operating mode when transmitting information by changing the amplitude and phase of the spin wave.3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве делителя мощности волнового пучка. The invention relates to microwave radio engineering, in particular to devices based on magnetostatic waves, and can be used as a power divider of a wave beam.

Известно устройство на магнонном кристалле (US 10033078, МПК H01F10/32, опубл. 24.07.2018), содержащее волновод со спиновой волной, структуру магнонного кристалла в волноводе со спиновой волной и магнитоэлектрическую ячейку, функционально связанную с кристаллической структурой магнона. Структура приспособлена для выборочной фильтрации спектральной составляющей спиновой волны. Магнитоэлектрическая ячейка содержит электрод для управления спектральной составляющей спиновой волны посредством взаимодействия, зависящего от управляющего напряжения, между магнитоэлектрической ячейкой и магнитным свойством магнонного кристалла. A device based on a magnonic crystal is known (US 10033078, IPC H01F10 / 32, publ. 24.07.2018) containing a waveguide with a spin wave, a magnon crystal structure in a waveguide with a spin wave, and a magnetoelectric cell functionally associated with the crystal structure of a magnon. The structure is adapted for selective filtering of the spectral component of the spin wave. The magnetoelectric cell contains an electrode for controlling the spectral component of the spin wave through a control voltage-dependent interaction between the magnetoelectric cell and the magnetic property of the magnon crystal.

Недостатком данного устройства является невозможность полной передачи энергии спиновой волны в одно из плеч.The disadvantage of this device is the impossibility of complete transfer of the energy of the spin wave to one of the arms.

Известен частотный фильтр на основе магнонного кристалла, используемый для управления частотой спиновых волн (WO 2009145579, МПК H03H2/00, опубл. 03.12.2009). Устройство состоит из волновода на основе тонкой магнитной пленки. Волновод имеет три секции, одна из которых представляет собой периодическую структуру - магнонный кристалл, образованный путем периодического изменения ширины либо толщины ферромагнитной пленки. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности управления свойствами спектра спиновых волн путем изменения управляющих параметров.A frequency filter based on a magnonic crystal is known for controlling the frequency of spin waves (WO 2009145579, IPC H03H2 / 00, publ. 03.12.2009). The device consists of a waveguide based on a thin magnetic film. The waveguide has three sections, one of which is a periodic structure - a magnonic crystal formed by periodically changing the width or thickness of a ferromagnetic film. The disadvantage of this device is the inability to control the properties of the spectrum of spin waves by changing the control parameters.

Наиболее близким к патентуемому устройству является многоканальный фильтр СВЧ сигнала (см. патент РФ 2706441, H01P1/215, опубл. 19.11.2019), содержащий размещенную на подложке ферромагнитную пленочную структуру, сопряженную с входным и выходными преобразователями поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), источники управляющего внешнего магнитного поля. Структура образована пленкой железо - иттриевого граната (ЖИГ) и имеет форму прямоугольника, на коротких гранях которого вдоль длинной оси в теле пленки ЖИГ выполнены симметрично две локальные разделительные дорожки с образованием четырех площадок для размещения преобразователей поверхностных магнитостатических волн. Между концами разделительных дорожек по линии длинной оси прямоугольника образован магнонный кристалл, представляющий собой совокупность отверстий в пленке, размещенных с одинаковым периодом, выбранным из условия образования брэгговской запрещенной зоны в диапазоне волновых чисел от 100 см-1 до 300 см-1.The closest to the patented device is a multichannel microwave signal filter (see RF patent 2706441, H01P1 / 215, publ. controlling external magnetic field. The structure is formed by a film of yttrium iron garnet (YIG) and has the shape of a rectangle, on the short edges of which two local dividing paths are symmetrically made along the long axis in the body of the YIG film to form four areas for placing transducers of surface magnetostatic waves. A magnon crystal is formed between the ends of the dividing tracks along the long axis of the rectangle, which is a set of holes in the film, placed with the same period selected from the condition for the formation of a Bragg band gap in the range of wave numbers from 100 cm -1 to 300 cm -1 .

Проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в построении многоканального фильтра с пространственной селекцией на основе двумерного магнонного кристалла.The problem to be solved by the invention is to construct a multi-channel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal.

Технический результат заключается в возможности управления режимом работы при передаче информации за счет изменения амплитуды и фазы спиновой волны.The technical result consists in the ability to control the mode of operation when transmitting information by changing the amplitude and phase of the spin wave.

Проблема решается тем, что в фильтре СВЧ-сигнала, содержащем ферромагнитную пленку из железо-иттриевого граната, имеющую форму прямоугольника, расположенные на ней входной и выходные преобразователи магнитостатических волн, ряд отверстий, размещенных с одинаковым периодом в плёнке по линии продольной оси прямоугольника, согласно решению, он 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.The problem is solved by the fact that in a microwave signal filter containing a ferromagnetic film of yttrium iron garnet in the shape of a rectangle, the input and output converters of magnetostatic waves located on it, a number of holes located with the same period in the film along the line of the longitudinal axis of the rectangle, according to solution, it contains a second row of holes in the film, identical to the first, and forms a two-dimensional magnon crystal with the first row, while the rows of holes are located symmetrically relative to the central axis of the rectangle along its edges, and the period of the holes is 350-400 microns.

Фильтр СВЧ-сигнала может иметь 40 отверстий по 20 в каждом ряду, диаметр отверстий в пленке составляет 200 мкм, а расстояние между центрами отверстий – 400 мкм.The microwave filter can have 40 holes, 20 in each row, the diameter of the holes in the film is 200 µm, and the distance between the centers of the holes is 400 µm.

Изобретение поясняется чертежами, где: The invention is illustrated by drawings, where:

фиг. 1 – схематическое изображение микроволновода; fig. 1 is a schematic representation of a microwave;

фиг. 2 – микроволновод, вид сбоку;fig. 2 - microwave, side view;

фиг. 3 – спектральные характеристики зависимости коэффициента прохождения волны от частоты на выходах преобразователей 6, 7, 8; fig. 3 - spectral characteristics of the dependence of the transmission coefficient of the wave on the frequency at the outputs of the converters 6, 7, 8;

фиг. 4-6 – карты интенсивности МСВ распространяющейся в исследуемой структуре, при различных значениях частоты, полученные численным моделированием.fig. 4-6 - maps of the intensity of the MSW propagating in the structure under study, at various values of the frequency, obtained by numerical modeling.

На чертежах позициями обозначено:In the drawings, the numbers indicate:

1 – микрополосковая антенна (входной преобразователь),1 - microstrip antenna (input transducer),

2 – пленка железо-иттриевого граната (ЖИГ),2 - a film of yttrium iron garnet (YIG),

3 – отверстия,3 - holes,

4 – магнонный кристалл (микроволновод), 4 - magnonic crystal (microwave),

5 – немагнитная подложка, 5 - non-magnetic substrate,

6, 7, 8 – выходные преобразователи поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ),6, 7, 8 - output transducers of surface magnetostatic waves (MSW),

9, 10, 11 – спектральные характеристики на выходе преобразователей 6, 7, 8 соответственно.9, 10, 11 - spectral characteristics at the output of converters 6, 7, 8, respectively.

Фильтр СВЧ-сигнала содержит (фиг. 1 и 2) входной преобразователь 1, пленку железо-иттриевого граната 2 прямоугольной формы, в которой по линии длинной оси прямоугольника выполнены два ряда отверстий 3. При этом совокупность отверстий в плёнке образует двумерный магнонный кристалл 4 (микроволновод). Отверстия 3 размещены с одинаковым периодом 350 – 400 мкм. Входной преобразователь 1 и плёнка ЖИГ 2 размещены на немагнитной подложке 5, выполненной из ГГГ. На плёнке 2 расположены выходные преобразователи ПМСВ 6,7.8. Конструкция помещена в магнитное поле. Источник магнитного поля на чертеже не показан. The microwave signal filter contains (Figs. 1 and 2) an input converter 1, a rectangular yttrium-iron garnet film 2, in which two rows of holes are made along the long axis of the rectangle 3. In this case, the set of holes in the film forms a two-dimensional magnon crystal 4 ( microwave). Holes 3 are placed with the same period of 350 - 400 microns. The input transducer 1 and the YIG film 2 are placed on a non-magnetic substrate 5 made of GGG. On film 2 there are output converters ПМСВ 6,7.8. The structure is placed in a magnetic field. The source of the magnetic field is not shown in the drawing.

Общие размеры прямоугольного волновода: длина w = 8000 мкм, ширина d = 940 мкм, толщина h = 10 мкм. Ширина площадки a = 400 мкм, протяженность магнонного кристалла 4 - S = 7800 мкм, диаметр отверстий b = 200 мкм, область между массивами отверстий e = 1500 мкм. General dimensions of a rectangular waveguide: length w = 8000 μm, width d = 940 μm, thickness h = 10 μm. The area width is a = 400 μm, the length of the magnon crystal 4 is S = 7800 μm, the hole diameter is b = 200 μm, and the region between the arrays of holes is e = 1500 μm.

Принцип работы патентуемого фильтра заключается в том, что входной СВЧ сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемым величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на входной преобразователь 1. Далее сигнал преобразуется в ПМСВ, распространяющуюся вдоль микроволновода. В такой системе наблюдается перекачка спиновых волн из области между массивами отверстий в микроволновод. На графиках фиг. 4-6 показано как изменяется интенсивность распространения спиновой волны в зависимости от частоты. Следовательно, изменяя частоту сигнала можно добиться максимальной производительности прибора. The principle of operation of the patented filter is that the input microwave signal, the frequency of which must lie in the frequency range determined by the magnitude of the external constant magnetic field, is fed to the input transducer 1. Then the signal is converted into an MSSW propagating along the microwave. In such a system, the transfer of spin waves from the region between the arrays of holes into the microwave is observed. In the graphs in FIG. 4-6 shows how the intensity of the propagation of a spin wave varies with frequency. Therefore, by changing the frequency of the signal, you can achieve the maximum performance of the device.

Частоты выбраны на основе графика, представленного на фиг. 3. Из спектра видно, что на частотах в диапазоне от 4.9 до 5.6 ГГц происходит основное распространение сигнала, а на частотах 5.1 и 5.5 ГГц сигнал распространяется активнее всего. Следовательно, и производительность прибора на этих частотах будет максимальная. The frequencies are selected based on the graph shown in FIG. 3. It can be seen from the spectrum that the main signal propagation occurs at frequencies in the range from 4.9 to 5.6 GHz, and the signal propagates most actively at frequencies of 5.1 and 5.5 GHz. Consequently, the performance of the device at these frequencies will be maximum.

Далее на фиг. 4-6 представлены карты интенсивности МСВ распространяющейся в исследуемой структуре, для частот в диапазоне от 4.9 до 5.6 ГГц, полученные численным моделированием. Further, in FIG. Figures 4-6 show the intensity maps of the MSW propagating in the structure under study, for frequencies in the range from 4.9 to 5.6 GHz, obtained by numerical modeling.

Из спектральных характеристик видно, что сигнал, приходящий на преобразователи 7, 8 отличается от сигнала, приходящего на преобразователь 6, следовательно, фильтром можно управлять, меняя значение частоты.From the spectral characteristics it can be seen that the signal arriving at the converters 7, 8 differs from the signal arriving at the converter 6, therefore, the filter can be controlled by changing the frequency value.

Таким образом, представленные данные подтверждают достижение технического результата, заключающегося в построении управляемого фильтра СВЧ мощности с возможностью передачи информации, меняя фазу и амплитуду спиновой волны. Thus, the presented data confirm the achievement of the technical result, which consists in constructing a controlled microwave power filter with the ability to transmit information by changing the phase and amplitude of the spin wave.

Второй ряд отверстий даёт возможность создания трёх каналов с хорошим сигналом. Как показано на фиг. 3, сигнал проходит активно во всех трёх каналах со спектральными характеристиками 9, 10, 11. Это повышает эффективность сигнала и позволят улучшить его прохождение в микроволноводе.The second row of holes makes it possible to create three channels with good signal. As shown in FIG. 3, the signal passes actively in all three channels with spectral characteristics 9, 10, 11. This increases the efficiency of the signal and will improve its transmission in the microwave.

Claims (3)

1. Фильтр СВЧ-сигнала, содержащий 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, отличающийся тем, что он 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.1. A microwave signal filter containing a ferromagnetic film of yttrium iron garnet in the shape of a rectangle, the input and output transducers of magnetostatic waves located on it, a number of holes are formed in the film, located with the same period, characterized in that it contains a second row of holes in the film, identical to the first and forming a two-dimensional magnonic crystal with the first row, while the rows of holes are arranged symmetrically relative to the central axis of the rectangle along its edges, and the period of the holes is 350-400 microns. 2. Фильтр СВЧ-сигнала по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий в пленке составляет 200 мкм, а расстояние между центрами отверстий – 400 мкм.2. The microwave filter according to claim 1, characterized in that the diameter of the holes in the film is 200 µm, and the distance between the centers of the holes is 400 µm. 3. Фильтр СВЧ-сигнала по п.1, отличающийся тем, что он имеет 40 отверстий по 20 в каждом ряду.3. The microwave filter according to claim 1, characterized in that it has 40 holes of 20 in each row.
RU2020142539A 2020-12-23 2020-12-23 Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal RU2758663C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142539A RU2758663C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142539A RU2758663C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758663C1 true RU2758663C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142539A RU2758663C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758663C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202034455U (en) * 2011-03-22 2011-11-09 中国计量学院 Silicon photon crystal terahertz wave filter with periodic cinquefoil hollowed-out structure
RU2487446C2 (en) * 2008-09-25 2013-07-10 Сони Корпорейшн Apparatus, method and system of transmitting millimetre waves
CN103997311B (en) * 2014-06-09 2017-04-12 西安电子科技大学 3-D full integration EMI filter based on planar coupling inductor
CN206541917U (en) * 2017-03-21 2017-10-03 成都信息工程大学 A kind of substrate integration wave-guide millimeter wave filter of coated by dielectric
US20180269557A1 (en) * 2015-09-24 2018-09-20 Gapwaves Ab Waveguides And Transmission Lines In Gaps Between Parallel Conducting Surfaces
RU2706441C1 (en) * 2019-05-07 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Controlled multichannel filter for microwave signal based on magnonic crystal

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487446C2 (en) * 2008-09-25 2013-07-10 Сони Корпорейшн Apparatus, method and system of transmitting millimetre waves
CN202034455U (en) * 2011-03-22 2011-11-09 中国计量学院 Silicon photon crystal terahertz wave filter with periodic cinquefoil hollowed-out structure
CN103997311B (en) * 2014-06-09 2017-04-12 西安电子科技大学 3-D full integration EMI filter based on planar coupling inductor
US20180269557A1 (en) * 2015-09-24 2018-09-20 Gapwaves Ab Waveguides And Transmission Lines In Gaps Between Parallel Conducting Surfaces
CN206541917U (en) * 2017-03-21 2017-10-03 成都信息工程大学 A kind of substrate integration wave-guide millimeter wave filter of coated by dielectric
RU2706441C1 (en) * 2019-05-07 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Controlled multichannel filter for microwave signal based on magnonic crystal

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gubbiotti, G., Tacchi, S., Madami, M., Carlotti, G., Zivieri, R., Montoncello, F. Giovannini, L. (2012). Spin Wave Band Structure in Two-Dimensional Magnonic Crystals. Magnonics, 205-221. doi:10.1007/978-3-642-30247-3_15. *
А.А. Мартышкин. Управляемый спин-волновой транспорт в магнонно-кристаллической структуре с одномерным массивом отверстий // Письма в ЖЭТФ, том 110, вып. 8, с. 526-533, 25.10.2019. *
А.А. Мартышкин. Управляемый спин-волновой транспорт в магнонно-кристаллической структуре с одномерным массивом отверстий // Письма в ЖЭТФ, том 110, вып. 8, с. 526-533, 25.10.2019. Gubbiotti, G., Tacchi, S., Madami, M., Carlotti, G., Zivieri, R., Montoncello, F. Giovannini, L. (2012). Spin Wave Band Structure in Two-Dimensional Magnonic Crystals. Magnonics, 205-221. doi:10.1007/978-3-642-30247-3_15. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2623666C1 (en) Three-channel directed coupler of microwave signal on magnetostatic waves
EP3249705A1 (en) Tunable magnonic crystal device and filtering method
US4199737A (en) Magnetostatic wave device
RU2686584C1 (en) Controlled microwave signal coupler at magnetostatic waves
US4314214A (en) Magnetostatic-wave device comprising a conducting strip exchange structure
JP2015231184A (en) Metamaterial active element
CA1082798A (en) Magnetostrictive elastic surface wave structure
RU2758663C1 (en) Multichannel filter with spatial selection based on a two-dimensional magnon crystal
RU166410U1 (en) FREQUENCY-SELECTIVE POWER TAPE BASED ON LATERALLY CONNECTED MULTIFERROID STRUCTURES
RU2707391C1 (en) Reconfigurable input/output multiplexer based on ring resonator
RU2706441C1 (en) Controlled multichannel filter for microwave signal based on magnonic crystal
RU2736286C1 (en) Controlled four-channel spatially distributed multiplexer on magnetostatic waves
RU2702915C1 (en) Functional component of magnonics on multilayer ferromagnetic structure
RU2771455C1 (en) Multiplexer based on a ring resonator
RU2707756C1 (en) Controlled by electric field power divider on magnetostatic waves with filtration function
RU2754086C1 (en) Filter-demultiplexer of microwave signal
KR100329369B1 (en) Magnetostatic wave devices for high frequency signal processing
RU2690020C1 (en) Logic device based on phase changer of microwave signal on magnetostatic waves
US4472692A (en) Tunable selective device using magnetostatic bulk waves
US4716390A (en) Magnetostatic wave channelizer
RU209990U1 (en) MICROWAVE DEMULTIPLEXER
KR20240018593A (en) Transversely tapered frequency-selective limiter
RU196689U1 (en) MULTI-CHANNEL MULTIPLEXOR OF MICROWAVE SIGNAL
RU210763U1 (en) SPIN-WAVE MICROWAVE POWER CONCENTRATOR
RU2691981C1 (en) Demultiplexer at magnetostatic waves