УПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА СПИНОВЫХ ВОЛНАХ
MAGNETIC FIELD-CONTROLLED POWER DIVIDER ON SPIN WAVES

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах и может быть использовано в качестве делителя мощности.
Известен трехканальный направленный ответвитель СВЧ-сигнала на магнитостатических волнах (см. патент РФ на изобретение №2623666 по кл. МПК H01P 5/18, опуб. 28.06.2017). Сущность изобретения заключается в том, что направленный ответвитель на магнитостатических волнах содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), антенны для возбуждения магнитостатических волн, дополнительно введен слой пьезоэлектрического материала, снабженный металлическими электродами для подачи электрического напряжения, размещенный на поверхности микроволноводной структуры с возможностью пьезомагнитного взаимодействия, при этом микроволноводная структура образована тремя параллельными микроволноводами равной ширины, каждый из которых имеет прямоугольную форму и установлен с зазором друг относительно друга с обеспечением режима многомодовой связи, а антенны расположены на концах микроволноводов таким образом, что входная антенна размещена на одном конце срединного волновода, одна выходная антенна размещена на противоположном конце срединного волновода, а две других - на смежных с ним концах периферийных волноводов.
Недостатком данного устройства является сложная конструкция, требующая размещения пьезоэлектрического слоя для управления электрическим полем на трех параллельных микроволноводах, расположенных параллельно и имеющих равную ширину.
Известен также направленный ответвитель (см. патент РФ на изобретение №2571302, по кл. МПК Н01Р5/18, опуб. 20.12.2015), выполненный на диэлектрической подложке с нанесенной топологией направленного ответвителя, состоящей из четырех отрезков подводящих полосковых линий и области связанных однородных полосковых линий, при этом в область связанных однородных полосковых линий введены два одинаковых участка дополнительных связанных полосковых линий, расположенных по краям области связанных однородных полосковых линий симметрично относительно ее центра, при этом суммарная длина области связанных полосковых линий L=(0.2÷0.3)λсв, где λсв - длина волны области связанных полосковых линий на центральной частоте.
Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности использования устройства в системах, основанных на принципах магноники.
Известен делитель мощности СВЧ-сигнала, содержащий единый входной порт, первый и второй выходные порты (см. патент РФ на изобретение №2666969, по кл. МПК H01P 1/22, опуб. 13.09.2018). Элементы электромагнитной связи выполнены в виде микроволноводной структуры для магнитостатических волн на подложке из галлий-гадолиниевого граната. Микроволноводная структура 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. Свободный конец другой полоски размещен с торцевым зазором в направлении единого входного порта, а ее второй конец имеет отвод, на котором образована микрополосковая антенна для приема магнитостатических волн, связанная со вторым выходным портом. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей двухканального микроволнового делителя мощности СВЧ-сигнала с управлением частотным диапазоном деления и шириной полосы частот делителя посредством изменения мощности подаваемого сигнала
Недостатком данной конструкции устройства является невозможность реализовать управление уровнем мощности передаваемого сигнала.
Наиболее близким к заявляемому является управляемый электрическим полем делитель мощности на магнитостатических волнах с функцией фильтрации (патент РФ на изобретение № 2707756 по кл. МПК H01P 1/22, опуб. 29.11.2019). Делитель мощности СВЧ-сигнала на магнитостатических волнах содержит размещенную на подложке микроволноводную структуру на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), входной и два выходных порта, связанных с микрополосковыми антеннами для возбуждения и приема магнитостатических волн в микроволноводной структуре, источник управляющего магнитного поля. Микроволноводная структура выполнена в виде Т-образного разветвления, основание которого связано с микрополосковой антенной входного порта, а боковые плечи - с микрополосковыми антеннами выходных портов. На участках между разветвлением и микрополосковыми антеннами выходных портов размещены средства для обеспечения пьезомагнитного взаимодействия в пленке ЖИГ, выполненные в виде пленки пьезоэлектрика с электродами, подключенными к источнику электрического поля, а управляющее магнитное поле направлено по касательной к пленке ЖИГ.
Недостатком данного устройства является сложная конструкция, требующая введения дополнительных плёнок пьезоэлектрика с электродами, подключенными к источнику электрического поля.
Техническая проблема изобретения заключается в создании делителя мощности на спиновых волнах, обеспечивающего регулируемое распределение мощности между выходами, посредством изменения направления внешнего магнитного поля.
Технический результат заключается в осуществлении возможности регулируемого управления распространения магнитостатических волн между выходами в магнитной пленке с частичной металлизацией поверхности с помощью изменения  величины и полярности внешнего магнитного поля.
Технический результат достигается тем, что делитель мощности на спиновых волнах, содержащий размещённую на подложке из галлий-гадолиниевого граната Т-образную микроволноводную структуру на основе плёнки железо-иттриевого граната, имеющей основание и плечи, на основании Т-образной микроволноводной структуры расположена антенна для возбуждения спиновых волн, а на плечах – антенны для приёма спиновых волн, источник внешнего магнитного поля, согласно изобретению, он дополнительно содержит металлизированный слой, расположенный на поверхности плеч вдоль всей их длины между основанием и антеннами для приёма спиновых волн, расположенными вдоль всей поверхности плеч параллельно металлизированному слою, при этом расстояние между металлизированным слоем и антеннами для приёма составляет от 300 до 1000 мкм, а между металлизированным слоем и областью перехода из основания в плечи от 100 до 500 мкм, причём источник внешнего магнитного поля выполнен с возможностью изменения величины и полярности магнитного поля.
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства,
-на фиг. 2 представлена карта интенсивности спин-волнового сигнала в Т-образной структуре при намагничивании в положительном направлении вдоль оси Ox,
-на фиг. 3 представлена карта интенсивности спин-волнового сигнала в Т-образной структуре при намагничивании в отрицательном направлении вдоль оси Ox,
-на фиг. 4представлена зависимость отношения мощности выходного сигнала на антеннах к общей мощности, полученной со всех антенн.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 – подложка на основе галлий-гадолиниевого граната;
2 – антенна для возбуждения магнитостатических волн;
3 – основание Т-образной микроволноводной структуры из железо-иттриевого граната;
4 – плечи Т-образной микроволноводной структуры из железо-иттриевого граната;
5 – металлизированный слой;
6,7 – антенны для приема магнитостатических волн.
Делитель мощности на спиновых волнах содержит подложку 1 из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), антенну для возбуждения магнитостатических волн 2, расположенную на основании 3 Т-образной микроволноводной структуры, выполненной из железо-иттриевого граната (ЖИГ), которая имеет общую часть с широкой пленкой, выполненной из ЖИГ и образующая плечи 4 Т-образной структуры. При этом, на поверхность магнитной пленки 4 нанесен металлизированный слой 5 шириной от 50 до 100 мкм, отстоящий от области перехода из основания в плечи от 100 до 500 мкм. Устройство содержит антенны для приема сигнала 6 и 7, помещенные на поверхности плечей 4 пленки, отстоящие от металлизированного слоя на расстояние от 300 до 1000 мкм и расположенные симметрично относительно оси Оy. Магнитная пленка, имеющая основание и плечи, образует Т-образный микроволновод.
Ширина основания части магнитной полоски железо-иттриевого граната составляет от 100 до 500 мкм, толщина – от 1 до 10 мкм, длина – от 500 до 1000 мкм.
Длина плечей магнитной пленки железо-иттриевого граната составляет от 1000 до 4000 мкм, толщина пленки от 1 до 10 мкм, ширина – от 1000 до 4000 мкм.
Ширина металлизированного слоя составляет от 50 до 100 мкм, длина – от 100 до 4000, толщина от 0.5 до 2 мкм.
Намагниченность насыщения пленок ЖИГ составляет М=139 Гс. Микрополосковые антенны для возбуждения и приема магнитостатических волн имеют ширину от 10 до 30 мкм. Подложка 1, представляющая собой пленку галлий-гадолиниевого граната (ГГГ), имеет размеры 1000 мкм х 4000 мкм х 500 мкм (ШхДхТ).
Устройство работает следующим образом.
.
Входной микроволновый сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемым величиной внешнего постоянного магнитного поля, направленного по оси Ox, подается на входную антенну 2. Далее микроволновый сигнал преобразуется в обратную объемную магнитостатическую волну (ООМСВ), распространяющуюся вдоль основания 3 Т-образной микроволноводной структуры в направлении оси Оy. Ввиду дифракции, волновой пакет образует два симметричных луча в области соединения основания 3 и плечей 4 магнитной плёнкиМеталлизированный слой 5 создаёт потенциальный барьер для спин-волнового сигнала в виде увеличения внутреннего магнитного поля в магнитной пленке. Изменяя направление подмагничивания структуры, удаётся добиться эффекта невзаимности распространения спин-волнового сигнала.
Для доказательства достижения заявляемого результата был изготовлен делитель со следующими параметрами: ширина основания равнялась 200 мкм, длина основания 500 мкм. Длина плечей составляла 1200 мкм, ширина плечей 3000 мкм. Металлизированный слой был напылён вдоль всей ширины плечей микроволновода, а ширина слоя составляла 200 мкм.
На фигурах 2,3 показаны экспериментально полученные карты интенсивности спин-волнового сигнала с помощью установки Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии. На фигуре 2 показан случай распространения спин-волнового сигнала, когда внешнее поле подмагничивания совпадает с положительным направлением оси Ox. Фигуре 3 соответствует распространение спин-волнового сигнала инвертированным направлением внешнего поля намагничивания. Следовательно, в такой системе возможно ответвление мощности спин-волнового сигнала с помощью изменения направления внешнего магнитного поля.
1
2
1
2
1
2
1
2
На фигуре 4 показано отношение мощности спин-волнового сигнала, полученной  на антеннах 6 (P), 7 (P) к общей мощности, снятой с антенн 6,7 (P=P+P). Изменение уровня мощности, полученной на антеннах, объясняется изменением частоты возбуждаемого сигнала. На фигуре 3 видно, что с ростом частоты изменяется отношения мощности, полученной на антеннах: при положительном направлении (P(+)) магнитного поля вдоль оси Ox, мощность сигнала, полученного на антенне P(квадрат)увеличивается, в тоже время, мощность сигнала, полученная на антенне P(круг),падает с ростом частоты. Намагничивая структуру вдоль отрицательного направления оси Ox (P(-)) видно, что отношение снятых мощностей на антеннах P(треугольник) и P(ромб)изменяется с ростом частоты.
Таким образом, изменяя полярность магнитного поля, добиваются изменения направления распространения спин-волнового сигнала. Созданный делитель мощности на спиновых волнах обеспечивает возможность передачи сигналов в устройствах с управляемым коэффициентом передачи мощности.