СПИН-ВОЛНОВОЙ КОНЦЕНТРАТОР СВЧ-МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к волноведущим системам, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использована в качестве спин-волнового концентратора мощности с возможностью ответвления сигнала.
Известен многоканальный фильтр СВЧ-сигнала (см. патент РФ № 2706441 по кл. МПК H01P 1/215, опуб. 19.11.2019), содержащий размещенную на подложке ферромагнитную плёночную структуру, сопряженную с входным и выходными преобразователями магнитостатических волн, источники управляющего внешнего магнитного поля. Структура образована плёнкой железо-иттриевого граната (ЖИГ) и имеет форму прямоугольника, на коротких гранях которого вдоль длинной оси в теле плёнки выполнены симметрично две локальные разделительные дорожки с образованием четырех площадок для размещения преобразователей поверхностных магнитостатических волн, при этом между концами разделительных дорожек по линии длинной оси прямоугольника образован магнонный кристалл, представляющий собой совокупность отверстий в плёнке, размещенных с одинаковым периодом, выбранным из условия образования брэгговской запрещенной зоны.
Недостатком данного устройства является уменьшение мощности выходного сигнала.
Известен ответвитель мощности (см., патент РФ на полезную модель №166410, по кл. МПК H01P5/18, опуб. 27.11.2016), содержащий плоскую подложку, линию передачи сигнала, расположенную на подложке, входную антенну, первую и вторую выходные антенны. Подложка выполнена из галлий гадоллиниевого граната, линия передачи сигнала представляет собой две латерально связанные плёнки железо-иттриевого граната с зазором между ними, при этом входная антенна расположена на одном конце первой плёнки железо-иттриевого граната, первая выходная антенна расположена на втором конце первой плёнки железо-иттриевого граната, вторая выходная антенна расположена на конце второй плёнки железо-иттриевого граната со стороны первой выходной антенны, ответвитель содержит сегнетоэлектрический слой, расположенный на поверхности плёнок железо-иттриевого граната между антеннами (см.).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности концентрировать энергию поверхностных магнитостатических волн и отсутствие возможности управлять коэффициентом затухания магнитостатических волн с помощью постоянного электрического тока.
Наиболее близким к заявляемому устройству является концентратор мощности (см. патент РФ на полезную модель № 173566 по кл. МПК H01F10/20, опуб. 30.08.2017), содержащий плоскую подложку, выполненную из плёнки галлий гадоллиниевого граната, плёнку железо-иттриевого граната, расположенную на подложке, входную и выходную микрополосковые антенны, расположенные на противоположных концах плёнки железо-иттриевого граната, при этом ширина плёнки железо-иттриевого граната под входной антенной имеет величину w2. Плёнка железо-иттриевого граната имеет линейно изменяющуюся ширину до величины под выходной антенной w1 < w2, концентратор содержит два электрода, выполненных из хрома, расположенных на плёнке железо-иттриевого граната под углом, превышающим α=arctan[(w2–w1)/(2L)], где L – длина плёнки железо-иттриевого граната.
Недостатком данного устройства является то, что он имеет только один канал и не предусматривает многоканальной реализации.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей концентратора за счёт обеспечения возможности многоканального ответвления сигнала.
Технический результат заявленного устройства заключается в увеличении мощности сигнала на выходе и осуществлении возможности управления частотным диапазоном путём воздействия статического магнитного и осуществлении многоканального ответвления сигнала.
Для достижения технического результата спин-волновой концентратор СВЧ-мощности, содержащий подложку из галлий-гадолиниевого граната, на которой расположен микроволновод из плёнки железо-иттриевого граната с входной и выходной микрополсковыми антеннами, размещёнными на противоположных концах плёнки железо-иттриевого граната, микроволновод выполнен клиновидной формы с линейно увеличивающейся шириной плёнки в сторону основания от ширины под выходной антенной до ширины под входной антенной, согласно полезной модели дополнительно содержит расположенный на подложке из галлий-гадолиниевого граната второй, подобный первому, микроволновод клинообразной формы из плёнки железо-иттриевого граната, размещённый зеркально противоположно по отношению к первому микроволноводу с зазором вдоль центральной продольной оси, при этом второй микроволновод содержит дополнительную выходную антенну, размещённую со стороны широкого основания.
Патентуемый концентратор содержит подложку из галлий-гадоллиниевого граната (ГГГ), на которой противоположно расположены два латерально связанных микроволновода одинаковой клинообразной формы, выполненных из плёнки железо-иттриевого граната (ЖИГ). Расстояние между микроволноводами 50 мкм. С торцов представленного устройства размещены элементы управления: источник внешнего магнитного поля и выходные преобразователи магнитостатических волн.
Отличие данного устройства состоит в том, что присутствует два линейно изменяющиеся волновода. Входной преобразователь магнитостатических волн представлен в виде микрополосковой антенны и размещен на широком торце одного микроволновда. Выходные преобразователи магнитостатических волн размещены на противоположных торцах нерегулярной плёнки ЖИГ.
Полезная модель поясняется чертежами, где
на фиг. 1 –  конструкция устройства;
на фиг. 2 – распределения интенсивности спиновой волны на частоте 2,24 ГГц;
на фиг. 3 – распределения интенсивности спиновой волны на частоте 2,4 ГГц.
Позициями на чертежах обозначены
1 – входная микрополосковая антенна;
2 – микроволновод на основе плёнки ЖИГ;
3 – микроволновод на основе плёнки ЖИГ;
4 – подложка из плёнки галлий-гадолиниевого граната (ГГГ);
5 – выходная микрополосковая антенна
6 – расстояние между микроволноводом 2 и микроволноводом 3;
7 – выходная микрополосковая антенна;
8 – область возбуждающей антенны.
Подложка из ГГГ имеет следующие размеры (Ш×Д×Т) 5 мм×10 мм×0,5 мм.
На поверхности подложки ГГГ 1 расположены два нерегулярных клинообразных микроволновода 2 и 3 на основе плёнки ЖИГ, имеющие одинаковые геометрические параметры: ширины, длины и толщины (Ш×Д×Т) 2,5 мм – широкого торца, 0,2 мм – узкого торца ×10 мм×0,01 мм. На микроволноводах расположены микрополосковые антенны 1, 5, 7 шириной каждая по 30 мкм, обеспечивающие возбуждение и прием магнитостатичесих волн. При этом входная антенна 1 размещена на одном из торцов нерегулярного мироволновода 2, а выходные антеннты 5 и 7 магнитостатических волн размещены на противоположных торцах нерегулярных мироволноводов 2 и 3.
Устройство функционирует следующим образом.
На микрополосковой антенне 1 задается частота, определяемая величиной внешнего постоянного магнитного поля. Полученный микроволновой сигнал распространяется вдоль нерегулярного ЖИГ-микроволновода 2 и преобразуется в поверхностную магнитостатическую (ПМСВ). Далее по мере распространения вдоль волновода ПМСВ будет перекачиваться из микроволновода 2 в микроволновод 3, в ходе явления перекачки сигнала в латеральных микроволноводах и, в зависимости от выбранных параметров, сигнал попадает на выходную антенну 5 или на выходные антенны 5 и 7. Линейное изменение ширины микроволновода 2 влияет на величину продольного волнового числа ПМСВ. Скос углов микроволновода микроволноводов выбран таким образом, чтобы плотность мощности ПМСВ линейно возрастала по мере распространения волны вдоль микроволновода 1.
На фиг. 2 показан результат численного эксперимента путем микромагнитного моделирования на частоте возбуждения на микрополосковой антенне 2,24 ГГц. По мере распространения волны вдоль первого волновода, мощность сигнала передается из волновода 2 в волновод 3 под действием латеральной связи между волноводами. Сигнал наблюдается на выходной микрополосковой антенне 5 и 7. Мощность сигнала на выходной микрополосковой антенне 5, по сравнению с прототипом, выше, потому что при расщеплении сигнала на два микроволновода, в микроволноводе 2 происходит увеличение мощности за счет скоса структуры.
На фиг. 3 показан результат численного эксперимента путем микромагнитного моделирования при частоте внешнего поля 2,4 ГГц. В данном случае волна распространяется вдоль волновода 2, под действием латеральной связи передается в волновод 3. При частоте 5,4 ГГц происходит полная перекачка ПМСВ в микроволновод 3.
Из представленных результатов численного моделирования в виде карт распределения интенсивности магнитостатических волн, регулируемых при помощи изменения частотного диапазона от 2,24 ГГц до 2,4 ГГц заданным магнитным полем, можем говорить о создании ответвителя на основе нерегулярной магнонной структуры. Выходной сигнал присутствует только на микроволноводе 3.
Таким образом, заявляемая полезная модель расширяет функциональные возможности концентратора за счёт переноса ПМСВ на соседний микроволновод, геометрически подобный первому микроволноводу с совпадающей фазой интенсивности спиновой волны по сравнению с ближайшим аналогом.