МНОГОКАНАЛЬНЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР СВЧ СИГНАЛА

Полезная модель относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах на основе системы магнонных волноведущих структур и может быть использована в качестве многоканального мультиплексора.
Известен мультиплексор (см. заявку CN1893334, опубл. 01.10.2007) с разделением по длине волны нового типа с вертикальной связью между резонансным кольцом в миниатюрном и прямом волноводе, включающий в себя кремниевую подложку, низкую оболочку, прямые и выходные линейные волноводы, буферный слой и резонансное кольцо в миниатюрном размере.
Недостатком данного устройства является невозможность расширения полосы частот работы мультиплексора.
Известен оптический мультиплексор/демультиплексор с призмой Порро (см. патент EP3120184, опубл. 25.10.2017), содержащий два кубических светоделителя; первый призматический отражатель, оптически связанный со вторым светоделителем; и второй отражатель Порро-призмы, который оптически связан со вторым светоделителем и структурирован для введения в оптические лучи, которые проходят через фазовую задержку в зависимости от орбитального углового момента оптических лучей и ориентации второго отражателя. Управление в данном устройстве происходит при помощи призмы. Деление сигнала происходит по длине волны.
Недостатком устройства является отсутствие возможности перестройки по частоте.
Известен пленочный магнито-оптический демультиплексор (см. заявку GB1531883, опубл. 18.03.1976). В данном устройстве управление фазой светового пучка осуществляется путем изменения магнитного поля и поворота плоскости поляризации света. Устройство также может выполнять функции мультиплексора, в случае дополнительного использования поляризаторов и анализаторов.
Недостатком устройства является отсутствие возможности управляемой в широком частотном диапазоне перестройки сигнала по частоте и многоблочное исполнение устройства.
Наиболее близким к патентуемому устройству является устройство на магнитостатических волнах (RU2623666 C1, МПК опубл. 28.06.2017), содержащее с размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые антенны для возбуждения магнитостатических волн, 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 усложнённая конструкция в виде создания дополнительной пьезоэлектрической нагрузки, что делает невозможным разделение сигнала.
Техническая проблема заключается в создании многоканального логического устройства мультиплексирования СВЧ сигнала с управлением частотным диапазоном и шириной полосы частот мультиплесора посредством воздействия статическим магнитным полем.
Технический результат – расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности управления разделением сигнала, то есть мультиплексирования СВЧ сигнала.
Патентуемый многоканальный мультиплексор содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), антенны для возбуждения магнитостатических волн.
Микроволноводная структура образована системой параллельно ориентированных микроволноводов 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 пяти центральных волноводов, а одна выходная антенна размещена на противоположных концах волноводов.
Пленка ЖИГ имеет длину в диапазоне от 40 до 7000 мкм, толщину в диапазоне от 40 нм до 10 мкм. Изменение мощности входного сигнала может изменять режимы распространения спин-волнового сигнала, ввиду создания нелинейного набега фаз.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
фиг. 1 представлена конструкция устройства;
фиг. 2 – распределение интенсивности спиновой волны;
фиг. 3 – экспериментально полученная зависимость нормированной ширины пучка от длины волновода;
Позициями на чертежах обозначены:
1 – входная микрополосковая антенна;
2 – подложка из плёнки галлий гадолиниевого граната (ГГГ);
3 – микроволноводы из плёнки ЖИГ;
4 – выходная микрополосковая антенна;
5 – зависимость нормированной ширины пучка от длины волновода в случае мощности входного сигнала -10 дбмВт;
6 – зависимость нормированной ширины пучка от длины волновода в случае мощности входного сигнала 5 дбмВт;
7 – зависимость нормированной ширины пучка от длины волновода в случае мощности входного сигнала 15 дбмВт;
8 – зависимость нормированной ширины пучка от длины волновода в случае мощности входного сигнала 30 дбмВт.
0
0
Устройство содержит подложку, представляющую собой пленку 2 галлий гадоллиниевого граната (ГГГ) прямоугольной формы с размерами 4500 мкм х 4000 мкм х 500 мкм. На поверхности пленки 2 ГГГ сформирована система параллельно ориентированных поперек подложки микроволноводов на основе пленки 3 железо-иттриевого граната (ЖИГ) толщиной 10 мкм, расстояние между микроволноводами 40 мкм и намагниченностью насыщения M = 139 Гс. На системе микроволноводов расположены микрополосковые антенны 1, 4 шириной 30 мкм, обеспечивающими возбуждение и прием магнитостатических волн. При этом входная антенна 1 расположена на одном конце пяти центральных микроволноводов 3, выходная антенна 4 расположена на втором конце микроволноводов 3. Длина каждого волновода 4000 мкм. Внешнее магнитное поле H направлено вдоль оси y (см. фиг. 1). Количество микроволноводов в системе должно быть не менее шести, так как вдоль оси «x» в системе наблюдается периодичность, и длина волны в поперечном направлении определяется условием Брэгга , где T - период микроволноводов.
Принцип работы патентуемого мультиплексора заключается в том, что входной микроволновый сигнал, частота которого должна лежать в диапазоне частот, определяемом величиной внешнего постоянного магнитного поля, подается на входную антенну 1. Далее микроволновый сигнал преобразуется в обратную объёмную магнитостатическую волну (ООМСВ), распространяющуюся вдоль микроволноводов 3. Перестройка частоты возможна из-за нелинейного эффекта распространения спиновых волн. Путем увеличения мощности возможно управление характеристиками данного устройства. При увеличении мощности подаваемого сигнала происходит изменение формы внутреннего магнитного поля на микроволноводах 3. Следовательно, возможно управлять разделением сигнала между микроволноводами путем изменения мощности этого сигнала.
0
0
0
0
Методом Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния света (МБРС) проведено экспериментальное исследование особенностей распространения ООМСВ в изготовленном образце, состоящем из семнадцати микроволноводов (выбрано как оптимальное количество при распространении ООМСВ), на частоте входного сигнала 5,3 ГГц. На фиг. 2 представлены карты распределения интенсивности ООМСВ при мощностях входного сигнала Р=-10 дбмВт (а) и Р= 5 дбмВт (б), Р= 15 дбмВт (в), Р= 30 дбмВт (г).  Видно, что в результате дипольной связи между микроволноводами 3 происходит перенос энергии спиновой волны из центральных микроволноводов в соседние. При увеличении мощности входного сигнала наблюдается трансформация пространственного распределения интенсивности и изменение режима работы, также наблюдается формирование ярко выраженного волнового пучка (фиг. 2г).
0
0
На фиг. 3 приведен график зависимости длины микроволноводов от нормированной ширины пучка в случае увеличения мощности входного сигнала. Видно, что в случае мощности входного сигнала Р= 15 дбмВт (фиг. 3в), Р= 30 дбмВт (фиг. 3г) пучок спиновых волн не изменяет своей ширины на длине порядка двух миллиметров.
За счёт конечной ширины микроволноводов, логическое устройство мультиплексирования на основе параллельно ориентированного системы микроструктур могут использоваться для разработки устройств, работающих на принципах нечеткой логики (fuzzy logic) на нейроморфных принципах. При этом используется кодирование сигнала, как с помощью амплитуды, так и с помощью фазы спиновой волны, что, в свою очередь, позволяет расширить функциональные возможности в телекоммуникационных системах с большой плотностью информационного сигнала, в частности использовать его как многоканальный мультиплексор как функциональный элемент магнонной сети.