Дипольно-обменные волны в ферритовых пленках и пленочных волноводах, намагниченных под произвольным углом к поверхности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

О

Ленинградский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнический институт имени В.И.Ульянова (Ленина)

Власкин Сергей Вячеславович

ДИПОЛШО-ОШЕННЫЕ СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ В ФЕРРИТОВ^Х ПЛЕНКАХ И ПЛЕНОЧНЫХ ВОЛНОВОДАХ, НАМАГНИЧЕННЫХ ПОД ПРОИЗВОЛЬНЫМ УГЛОМ К ПОВЕРХНОСТИ

Специальность: 01.04.03 - Радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 199^

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте измерительной аппаратур:,; (г. Саратов).

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

профессор КАЛМНИКиС Б.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор ЯКОВЛЕВ Ю.М.

кандидат физико-математических наук ст.на.уч .сотр. МНИШНиВ Ю.А.

Ведущая организации - Сараювски;; государственник университет

Защита диссертации состоится "Ц/" -¿¿¿Ъ^ 1992 г. в часов на заседании специализированного совета К:Обо.36.11 Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического инсти1ута им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 19737и, Санкт-Пе1ербург, ул. Про}:. Попова, у.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "_"_1992 г.

Учены;! секретарь специализированного совета

Соботковский Б.&.

Отдел"""! ввдаж

¡сертациЯ '

Актуальность темы. Успехи, достигнутые на рубеже 70-х годов в технологии выращивания монокристаллических пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ) с малыми магнитными потерями, а позднее - ряда пленок с различной величиной намагниченности насыщения, породили значительный интерес к сверхвысокочастотным спин-волновым процессам, на основе которых возможно создание различных устройств обработки сигналов. В настоящее время исследования вступили в фазу практической реализации устройств с требуемыми характеристиками. Достигнутые на сегодняшний день результаты позволяют сделать вывод о том, что сформировалось новое направление сверхвысокочастотной электроники - спин-волновая электроника (СВЭ).

Основными физическими процессами, лежащими в основе функционирования устройств СВЭ, являются возбуждение и распространение спиновых волн (СВ). В последние годы процессы возбуждения и распространения СВ находятся в стадии интенсивного исследования. Наиболее строгое описание волновых процессов в тонких "ферромагнитных пленках дает теория, учитывающая наряду с диполь-дипольным и неоднородное обменное взаимодействие, а также особенности состояния спинов на поверхностях пленки (обменные граничные условия). Основные результаты дипольно-обменной теории спектра и возбуждения спиновых волн получены в предположении значительного превышения ширины волноведущей структуры над длиной спиновой волны (см., например, [I]). Однако во многих устройствах для канализации спиновых в^лн используются ограниченные по ширине волноведущие структуры, называемые обычно волноводами. Волноводы к настоящему времени исследованы слабо. Известно только несколько работ, посвященных расчету спектра СВ в ограниченных по ширине волноведуншх структурах (волноводах СВ) для конкретных ориентации подмагничивающего поля.

В ряде работ (см., например,[2]) рассматривалось влияние дифракционных эффектов на возбуждение и распространение СВ в широких ферромагнитных пленках. Однако случай произвольной ориентации подмагничивания практически не исследован.

Цельи диссертационной работы является построение теории

спектра и возбуждения дипольно-обменных спиновых волн в волноводах СВ (BGB), а также исследование дифракционных эффектов при возбуждении и распространении спиновых волн в широких ферромагнитных пленках.

В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационного исследования являются:

I. Теоретическое и экспериментальное исследование дисперсии ципольно-обменных спиновых волн в пленочных волноводах.

'¿. Теоретическое и экспериментальное исследование возбуждения пленочных волноводов спиновых волн, намагниченных под произвольным углом к поверхности.

J. Теоретическое и экспериментальное исследование дифракционных эффектов в широких пленках, намагниченных под произвольным углом к поверхности.

4. Исследование возможности реализации многоканального фильтра на основе анизотропных свойств поверхностных спиновых волн, а также устройств с широкой перестройкой по частоте на основе пленочных волноводов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Рассмотрена дифракция спиновых волн в широких ферромагнитных пленках, намагниченных под произвольным углом

к поверхности. Предложена простая форма записи функции Грина точечного источника в анизотропной среде, достаточно точно описывающая угловое распределение дифракционного поля в дальней зоне.

2. Построена теория возбуждения волновода спиновых волн, однородно намагниченного под произвольным углом к поверхности.

3. Рассчитано погонное сопротивление излучения для микрополоскового преобразователя, возбуждающего волновод спиновых волн, намагниченных под произвольным углом к поверхности.

4. Экспериментально исследованы дисперсионные характеристики спиновых волн в широкой ферромагнитной пленке для случаев несовпадения направлении фазовой и групповой скоростей.

о. Теоретически и экспериментально исследована фокусировка СВ в касательно намагниченной пленке.

и. Исследованы диаграммы направленности преобразователей, возбуждающих СВ в широких пленках при произвольном направлении подмагничивания.

Наиболее существенными для практического использования являются следующие результаты:

1. Предложена простая форма записи функции Грина точечного источника СВ, с хорошей точностью описывающая угловое распределение дифракционного поля в дальней зоне и значительно упрощающая расчет диаграмм направленности.

'¿. Разработана методика исключения дифракционных потерь при локальном контроле качества ферритовых пленок.

3. Разработана методика многоканальной фильтрации, основанная на анизотропных свойствах поверхностных спиновых волн в касательно намагниченной пленке.

4. Теоретически и экспериментально исследованы диаграммы направленности микрополосковых преобразователей, возбуждающих спиновые волны в пленках, намагниченных под произвольным углом к поверхности. Обнаружена область углов подмагни-чивания, в которой происхоцит значительное подавление дифракционной расходимости спиновых волн даже в том случае, когда длина преобразователей сравнима с длиной СВ,

5. Получено простое приближенное, но достаточно точное дисперсионное уравнение, описывающее спектр СВ в волноводе, намагниченном под произвольным углом к поверхности.

0. Получены выражения для погонного сопротивления излучения преобразователя, возбуждающего волновоц СВ, намагниченный поц произвольным углом к поверхности. Преобразователь может быть нагружен на произвольную комплексную нагрузку.

7. Разработаны и реализованы базовые конструкции генераторов и фильтров на СВ с широкой перестройкой.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Угловое распределение А (<¿1 дифракционного поля спиновой волны при касательном подмагничивании в дальней зоне, создаваемое точечным источником тока, ориентированным параллельно внутреннему постоянному магнитному полю, описывается соотношением_

где лЧ1 - приращение угла направления вектора фазовой скорости;

&Л - соответствующее ему приращение угла направления вектора групповой скорости;

Р - угол межцу направлениями векторов фазовой и групповой скорости; с1 - величина диэлектрического запора между источником и пленкой.

¿. В случае ферромагнитной пленки, намагниченной под произвольным углом к поверхности, существует область углов подмагничивания (В~80°), в которой происходит значительное подавление дифракционной расходимости монохроматической СВ даже при малой апертуре возбуждающего преобразователя. Названный эффект связан с тем, что в этой области углов под-магничивания слаба зависимость ориентации вектора групповой скорости от ориентации вектора фазовой скорости возбуждаемых СВ.

3. Спектр касательно и продольно намагниченного пленочного волновода вблизи нижней границы существования поверхностных СВ имеет "щель", делящую спектр на зоны, располагающиеся выше и ниже ^ . Наличие "щели" объясняется гибридизацией дисперсионных ветвей низшей волноводной моды с модами высших "толщинных" типов.

4. Использование косо намагниченных пленочных волноводов в спин-волновых приборах, например в линиях задержки, позволяет получать гладкие АЧХ, несмотря на многомодовость спектра волн волноводов. Это связано с близостью групповых скоростей волноводных типов волн в таких волноводах. Близость групповых скоростей приводит к тому, что относительный фазовый сдвиг межцу модами слабо изменяется во всей рабочей полосе частот, что, в свою очередь, приводит к отсутствию пульсации на АЧХ устройства.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были представлены на:

- Всесоюзной школе-семинаре "Спин-волновая электроника СВЧ" (г. Ашхабад, 1985 г.).

- Всесоюзном семинаре "Устройства функциональной СВЧ электроники" (г. Киев, 1987 г.).

- Кон; лции "Расчет, конструирование и технология изделий электронной техники для измерительных систем" (г. Саратов, 1989 г.).

- Межцународной конференции ' ' 1>" -1-п1 ■.!

го;,ос он 1.лсго.'«а\ч: JYirr.it ос юи-" ьС" (¿.и 1егсоп.-11ш»;; »гу, 1 98«".) .

Публикации. По теме диссертации опубликовано У работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 71 наименование.

Основная часть работы изложена на ¡94 страницах машинописного текста. Работа содержит рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дано обоснование актуальности выбранного направления исследований, сформулированы цель и краткое содержание диссертации, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Дифракция спиновых волн в широких ферромагнитных пленках, намагниченных под произвольным углом к поверхности" приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований дивакцин СВ в пленках, выполненных к началу диссертационной работы, итмечоно, что дифракционные эффекты были исследованы лишь для случаев касательного и нормального намагничивания ферритовых пленок, в то время как случаи косого подмагннчивания, наиболее интересный в практическом отношении, оставался по существу не изученным.

В § 1Л представлен обзор литературы, посвященной ди[рак-ционным эффектам. Содержание 5 составляет вывод выражения для тензорной дифракционной функции Грина. Оти выражения описывают дифракционное поле спиновых волн, создаваемых точечным источником тока в дальней зоне. Компоненты тензора получены с помощью метода тензорных функций Грина, описанного в работе [1 ]. Для аппроксимации полученных дифракционных интегралов Фурье использовался метод стационарной фазы, широко применяющийся для нахождения дифракционного поля в дальне:; зоне [ 3 ].

Анализ полученных соотношений проведен в § 1.3. Диаграммы направленности линейного преобразователя СЬ в дальней зоне

представлены на рис.1. Расчеты показывают, что существует область углов внешнего подмагничивающего поля, в которой диаграмма направленности точечного источника СВ значительно сужается. Это связано с тем, что направление вектора групповой скорости Угр в этом случае слабо зависит от направления волнового вектора СВ К . Показано, что в области, где подавляется дифракционная расходимость, использовать полученные выражения для количественной оценки дифракционного поля нельзя, так как метод стационарно:'? фазы в этом случае не применим.

Численный анализ выражений, описывающих дифракционное поле точечного источника тока, ориентированного параллельно проекции внутреннего постоянного магнитного поля на плоскость пленки, показал, что нормированное распределение амплитуды дифракционного поля в дальней лоне А(Л) хорошо описывается выражением

где £ - угол между К и УГр ;

дЧ- приращение угла между К и Н ;

лЛ- соответствующее ему приращение угла направления

групповой скорости (рис.2); с1 - величина диэлектрического зазора между пленкой и источником.

Результаты расчетов по формуле (1) хорошо совпадают с аналогичными результатами, полученгымл при использовании точных выражений. В то жо время эта формула очень удобна для расчетов угловых распределений дифракционного поля в дальней зоне и имеет прозрачный физический смысл. Используя "лучевое" представление, можно привести следующую физическую интерпретацию полученного результата.

Одним из главных факторов, влияющих на формирование диаграммы направленности, является "компрессия" лучей в анизотропной среде. Коэффициентом компрессии является множитель

= . В случае изотропной в волновом отношении среды (например, при нормальном подмагничивании) Ц.= I. При подходе к области "тени" то есть направление групповой скорости перестает изменяться при изменении направления вол-

-¿КТ СО^Р - кА

7

(I)

5

Рис.1, диаграммы направленности линейного преобразователя СБ при различных углах внутреннего

поля: ,

£ мм, ^г-=4600 МГЦ, 40ГМ5=17о0 =1омкм

Рис.2, секторные диаграммы групповых скоростей в касательно намагниченной пленке

нового вектора. Устранение этой особенности обычно происходит при переходе к расчету реального протяженного преобразователя, форм-фактор которого при значениях | К 1 , соответствующих области "тени", близок к нулю.

В § 1.4 представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований микрополосковых преобразователей СВ в дальней зоне. Необходимо отметить, что само понятие дальней зоны преобразователя в анизотропной среде может претерпевать значительные изменения, наглядно проиллюстрировать которые позволяет введение коэффициента компрессии. Очевидно, что чем меньше параметр^-, характеризующий "плотность лучей", тем ближе находится дальняя зона. Так, параметр о^ минимален при касательном подмагничивании для углов между К и Н , близких к 90°, достигая в этом случае значений около г". При подходе к облас ти "тени" параметр что делает вычисление дифракционного поля методом стационарной фазы некорректным.

Далее в § 1.4 приводятся результаты эксперимента, демонстрирующего., подавление дифракционном расходимости в случае косого подмагничивания ферромагнитной пленки. В эксперименте была использована конструкция типа линии задержки с преобразователями различной длины. При изменении угла подмагничивания от касательного к нормальному потери на проход в макете с короткими преобразователями значительно уменьшились, что объясняется сужением диаграммы направленности входного преобразователя.

В ходе экспериментов, которые выполнялись с пленками ЖИГ, было обнаружено, что значительное влияние на дифракционные эффекты может оказать магнитная анизотропия. Влияние анизотропии было обнаружено по искажению формы диаграммы направленности .

В § 1.5 описаны результаты экспериментальных исследований дисперсионной поверхности СВ в касательно намагниченной пленке для случаев, когда направления К и Угр не совпадают. Выходной преобразователь располагался в области "скоса" волновых векторов и был ориентирован параллельно фронту падающей волны.

На основании результатов, полученных в § 1.2, 1.3, в $1.6 рассчитана активная часть входного импеданса линейного

короткозамкнутого м.ич.ополоскового преобразователя. Расчет производился путем вычисления полного потока излучаемой мощности в дальней зоне преобразователя. Из сопоставления теоретических и экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы.

Экспериментально наблюдаемые частотные зависимости активной части входного импеданса Ив* в случаях возбуждения волн в широкой пленке и узком волноводе могут значительно различаться. Расчет активной части входного импеданса, учитывающий дифракционные эффекты, дает совпадение с экспериментом лишь для коротких преобразователей.

При расчете путем вычисления полного потока мощности в дальней зоне происходит потеря эффектов длинной линии, то есть не учитывается влияние собственной реактивности преобразователя на его входной импеданс.

Использование метода стационарной фазы приводит к тому, что величина Явх вблизи низкочастотной границы спектра оказывается сильно завышенной. Это происходит потому, что форм-фактор преобразователя не устраняет особенности поля вблизи области "тени".

В § 1.7 проведено исследование влияния дифракционных потерь на точность измерения параметра магнитной диссипации в пленке методом двух измерений. В рамках этого метода параметр магнитной диссипации измерялся путем сравнения полных потерь в линии задержки при различных положениях выходного преобразователя. Исследования показали, что дифракционная расходимость СВ может приводить к погрешностям измерений порядка сотен процентов.Анализ доли мощности,которая перехватывается выходным преобразователем, позволил сформулировать условия, при которых погрешность из-за дифракции составляет около Ю% при сохранении высокой локальности измерений.

В § 1.8 предложен простой и физически прозрачный способ расчета преобразователя, .[окусирующего СВ. Такой преобразователь должен удовлетворять двум условиям: во-первых, он должен иметь форму волнового фронта, во-вторых, должно выполняться приближение геометрической оптики. Волновой фронт необходимо рассчитывать с учетом влияния анизотропии, создаваемой внешним магнитным полем.

Экспериментально исследован фокусирующий преобразователь,

возбуждающий поверхностные СВ. Полученные с помощью подвижного зонда профили мощности свидетельствуют о наличии {¡о куса у такого преобразователя.

На основании приведенных исследований экспериментально была реализована идея многоканальной фильтрации на основе анизотропных свойств поверхностных СВ (§ 1.8). Эта идея, пысказянняя впервые в работе ГЗ], не была осуществлена на практике, так как не были учтены особенности распространения сигнала в касательно намагниченных ферромагнитных пленках. В ходе диссертационной работы впервые реализована пространственно-частотная селекция, исследованы механизмы, которые ее ограничивают. Показана возможность реализации многоканального фильтра, имеющего один входной и несколько выходных преобразователей. Максимальное разделение частот различных каналов в таком фильтре может достигать значений -150-200 МГц.

В главе 2 "Возбуждение волновода спиновых волн пространственно неоднородным переменным магнитным полем" сформулирована и решена задача возбуждения пленочного волновода СВ пространственно неоднородным переменным магнитным полем при произвольной ориентации внешнего магнитного" поля.

В процессе решения задачи возбуждения получены выражения для тензорной функции Грина уравнений Максвелла для ВСВ, определяющей связь между переменной компонентой намагниченности и ципольным полем волны, распространяющейся в волноводе. Получена и проанализирована система уравнений движения для амплитуд спин-волновых мод (СВМ).

В § 2.1 найдена интегральная связь между Фурье-компонентами намагниченности с магнитным, а также электрическим полем: ¿/г w/2

М?Д)" J J тк0?'Л') сИ'сП'

-1 _W '

■г г

Ек(1Л) = ? Г &н mK{4\i) d^dl!,

-к. -W г г

где L - толщина;

W - ширина ВСВл.

Компоненты Сгн и &е имеют достаточно простой вид, пригодный для нахождения спектра и решения задачи возбуждения ВСВ.

Как известно, для анализа спектра и возбуждения нормальных волн пленочного BGB необходимо найти совместное решение линеаризованного уравнения движения намагниченности и уравнений Максвелла (S 2.2). Используя полученные в § 2.1 выражения, исходную систему уравнений можно свести к интегро-цифференциальной относительно Фурье-компоненты переменной составляющей намагниченности:

л L/a w/г

X m- J J G-H ч'лЛ) тк (Ч\ г') d^dl' = fiSK{4M

г г

Решение полученного уравнения ищется в вице ряда по собственным функциям дифференциально-матричного оператора . После обычной процедуры алгебраизации получаем бесконечные системы линейных уравнений относительно коэффициентов разложения, которые точно описывают спектр мод ВСВ.

Анализу полученных бесконечных систем посвящены § 2.3-2.5. Для точного решения этих систем можно использовать стандартные QR-процедуры (см. [5]), с помощью которых могут быть найдены собственные числа и собственные векторы систем. Однако для получения простого приближенного, но достаточно точного решения можно использовать методы теории возмущений. Дисперсионное уравнение ВСВ, полученное в первом порядке теории возмущений (§ 2.3), имеет вид

Ра (со4а¥+ Эшге- sin?Y) + + + «Л*1*- ^пге)} + 0)м ■ {0-Р.КРг- +

+ P3sinavf].coi>a0 + Pa P5'Sm2e}, гЭе (2)

р,= i J N-ddae*Рг= "&Тff n glcLXv, , р,- •

О о о U1

•N-ad-X^ ,

В зависимости от граничных условий на боковых гранях матричный элемент Q имеет вид

Q =

sin ^ _ / J\m s>ln ('ЗСт*

\ w \ '/ t-^o . so \ W

в случае свободных спинов и

р. [ ЪСпС'ЭСпч-Х^) 1Г / Sin. ( 1 2

в случае закрепленных, причем

Расчеты показывают, что приУ/-*-00 существует предельный переход к спектру широкой ферромагнитной пленки, рассчитанному вt I ]• Сравнение с результатами, полученными методом магнитостатического потенциала, показывает следующее. Для касательно намагниченного ВСВ (0=0°, 4=90°) полученное дисперсионное уравнение дает хорошее совпадение везде, кроме небольшой области вблизи fs_ = \/ U3H (iüH + U)M)'.

Численный анализ дисперсионного уравнения показал, что в этой области существует большое количество пересечений дисперсионных кривых низшей моды с модами более высокого порядка.

Учет гибридизации спектра, выполненный с помощью численной QR-процедуры, привел к "расталкиванию" дисперсионных ветвей и образованию "щели" в спектре, которую можно легко наблюдать экспериментально (рис.3,4).

В случае продольно намагниченного ВСВ (0=0, У=0) дисперсионная "щель" также разделяет участки спектра, лежащие ниже и выше fj.. Отметим, что участок спектра выше fi в широкой пленке отсутствует. На основании полученного дисперсионного уравнения выяснено, что интересные свойства демонстрирует косо намагниченный ВСВ. При б40-60°С,Ч=90 происходит выравнивание групповых скоростей мод сП=0 и различными m при сохранении значительной разницы фазовых скоростей. Близость групповых скоростей волноводных мод приводит к тому, что относительный фазовый сдвиг между модами

рассчитанные с учетом гио'ридизации спектра:

V/ =1 мм, Ь =¿0 мкм, 49Шв=17оО Гс, Нь =600 3, 0е = С, Ч = 90й

1Л/

Рис.4, дисперсионные характеристики БСВ, рассчитанные в диагональном приближении

в наблюдаемой полосе частот СБ изменяется слабо, что, в свою очередь, ведет к отсутствию пульсации на АЧл устройства. Uto может служить объяснением экспериментально наблюдаемого одномодового режима.

ß заключение главы 2 (§ 2.о) в диагональном приближении

получено решение для переменной намагниченности в виде „о ь/г w/a ^

üfo^b;111 (^лхоям^х^удед

11/П — 2

—>

где ЛЬ5 - стороннее магнитное поле;

&nm- тензорная спин-волновая функция Грина, компоненты которой имеют вид интегральных разложений по плоским волнам.

Полученные выражения позволяют сделать следующий важный вывод.

Амплитуда переменной намагниченности зависит от распределения высокочастотного стороннего поля по сечению ВСВ. Если распределение по толщине ВСВ с достаточной степенью точности можно считать однородным, то распределение по ширине ВСВ зависит от многих факторов. Очевидно, что распределение высокочастотного поля по длине преобразователя будет сильно зависеть от импеданса нагрузки, а также от эффективности возбуждения СВ. Таким образом, строгое решение задачи возбуждения требует самосогласованного подхода. В рамках данной работы самосогласованная задача не решается, а используется приближение невозмущенного распределения высокочастотного тока по длине преобразователя.

Глава 3 "Погонный импеданс микрополосковых преобразователей, возбуждающих спиновые волны в волноводе, намагниченном под произвольным углом к поверхности" посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию возбуждения ВСВ. В § 3.1 и 3.2 получены выражения для погонного сопротивления излучения преобразователя, возбуждающего СВ в волноводе. При расчете активной части сопротивления излучения Ru, проводимом методом наведенных э.д.с., были сделаны следующие упрощающие предположения. Распределение высокочастотного тока по длине преобразователя подчиняется телеграфному уравнению. При этом не учитывалось влияние, которое может оказывать возбуждение СВ на это распределение.

При расчете входного импеданса преобразователя использовалась величина погонного сопротивления излучения, усредненная по длине преобразователя. Необходимость усреднения была вызвана тем, что распределение переменных составляющих намагниченности, а также электрического и магнитных полей неоднородно по ширине ВСВ.

Таким образом, для расчета активной части погонного сопротивления излучения использовалась следующая формула:

1?_Н грКМ- El (l»*) dl] dX (3)

где Е^- величина электрического поля СВ, которая вычисляется с помощью полученной в главе 2 тензорной функции Грина уравнений Максвелла;

^(1)- распределение высокочастотного тока в преобразователе, вычисляемое на основе телеграфных уравнений без учета влияния возбуждения СВ; е - длина преобразователя.

Следует отметить, что в работе[ 6] также проведено экспериментальное исследование погонного импеданса излучения преобразователей СВ. Эксперименты проводились на волноводах шириной W=l-4 мм, причем длина преобразователей всегда совпадала с шириной волновода. При сопоставлении теоретических значений сопротивления излучения с экспериментальными данными обнаружилось, что в теорию необходимо введение подгоночного параметра 2/5Г, учитывающего неоднородное распределение переменной составляющей намагниченности по ширине волновода.

Полученные в диссертационной работе теоретические результаты для величины Ru оказываются в хорошем согласии с экспериментальными результатами работы [6]. При этом не вводится никаких подгоночных параметров в теорию. Отметим, что совпадение теоретических и экспериментальных значений имело место, когда спины на боковых гранях волновода считались свободными. Расчеты показывают, что ограничение подвижности спинов на боковых гранях волновода приводит к резкому уменьшению величины среднего погонного сопротивления излучения.

Сопоставление теоретических и экспериментальных данных

оиидстольстпует о том, что в случаях касательного, щ.игольного и нормального подмагничивания состояние спинов на боковые гранях волновода близко к свободному.

Б 5 о.З—>.о исследована межмодовая интерференция в вол-ноподо при различных ориентациях подмагничивамцего поля. В экспериментах исследовалась линия задержки, длина преобразователей которой была в два раза меньше ширины волновода. При различном расположении преобразователей относительно оси волновода возбуждались различные комбинации ширинннх мод, в результате чего характер АЧл существенно изменялся.

Сравнение с расчетами показало, что в случае касательного и продольного подмагничивания полученные выражения для спектра и сопротивления излучения позволяют достаточно точно описать положения интерференционных минимумов на АЧл и их глубину.

В случае косого подмагничивания, как показали эксперименты, распределение переменной намагниченности по ширине волновода носит ярко выраженный несимметричный характер и для расчета возбуждения волновода необходимы дополнительные исследования граничных условий на его боковых гранях.

В главе 4 "Экспериментальная реализация некоторых устройств на спиновых волнах" описан ряд спин-волновых приборов, которые были реализованы на основе спиновых волноводов.

В § 4.1 дан анализ различных путей реализации генератора на СВ. Отмечено, что в нижней части сантиметрового диапазона при относительно небольших коэффициентах: перекрытия схема построения генератора с линией задержки в цепи обратной связи может оказаться перспективной.

Б § 4.2 представлена теоретическая модель, позволяющая количественно оценить полосу, в которой может существовать автогенерация в подобной схеме. Проведено исследование влияния различных нагрузок на концах преобразователей на АЧл линии задержки в цепи обратной связи. Здесь также представлена зависимость выходной мощности экспериментального макета генератора от частоты (рис.Ь).

В § 4.3, 4.4 рассматриваются проблемы, связанные с реализацией. фильтров на СВ с многооктавной перестройкой.

Анализ путей реализации таких фильтров показал, что одним из перспективных является использование а качестве пре-

Щ

4 мг*

20 Н

200"

10 -5

•/504

-«Н

-(ООН

Рис.о. Зависимость выходной мощности генератора на ьВ от частоты

Рис.о

\

л/

5 <0 20 *,ГГи,

. ларактеристики фильтра на СВ со сверх-широкол перестройкой

образователей отрезков компланарных линий в силу малости их собственной реактивности.

Основными препятствиями при достижении требуемых характеристик оказались собственные резонансы возбуждающей микро-полосковой структуры и мнэгомодовый режим возбуждения и распространения СВ в волноводах.

Первое препятствие устранялось путем миниатюризации по-лосковой структуры и введения в конструкцию различных экранов, что позволило сдвинуть резонансы частоты в верхнюю часть сантиметрового диапазона.

Квазиодномодовый режим обеспечивался выбором геометрии преобразователей и волновода, а также ориентации внешнего поля.

В заключение главы приводятся характеристики фильтра со сверхширокой перестройкой, реализованного в компактном электромагните (рис.б).

ЛИТЕРАТУРА

1. Калиникос Б.А. Дипольно-обменные спиновые волны в ферромагнитных пленках. - Автореферат докторской диссертации. - Л. - ЛЭТИ. - 1986.

2. Гольдберг Л.Б. Возбуждение поверхностных магнито-статических волн точечным элементом тока//ЖГФ. - 1986. -Т.56. - Вып.Ю. - C.I893-I90I.

3. Фелсен Г., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. -М.: Мир, 1978.

4. Collins J.И., Pizzarello х'.Л. Propagating magnetic waves In thick films. A complementary technology to surface wave acouatica//INT.J. Klectronics. - 1973. - Vol.34. -ИЗ. - P.319-351.

b. Уилкинсон, Райнш. Справочник алфавитов на языке "Алгол". Линейная алгебра. - М.: Машиностроение, 1976.

6. Дмитриев В.Ф., Калиникос Б.А. Возбуждение распространяющихся волн намагниченности микрополосковыми антен-нами//Известия ВУЗов. Физика. - 1988. - Т.31. - № II. -С.24-64.

7. Тупикин Б.Д., Вандышев К.Г., Новиков Г.М. Программируемый СВЧ генератор на магнитостатических волнах//

Электронная техника. Сер.8. Упр. кач-вом, стандартизация, метрология, испытания. - 1989. - Вып.5(137). - С.13-19.

\

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Власкин C.B., Новиков Г.М. Дифракция спиновых волн

в однородном ферромагнитном слое//Известия ВУЗов. Физика. -1989. - № 4. - С.32-48.

2. Власкин C.B., Новиков Г.М., Петрунькин Е.З., Попов С.Н. Перестраиваемые полосно пропускающие фильтры на спиновых волнах//Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. - 1990. - Вып.I(42b). - C.8-II.

3. Власкин C.B. Спектр спиновых волн косо намагниченного пленочного ферритового волновода//Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. - 1990. - Вып.8(432). - С.30-35.

4. Богатко A.B., Власкин C.B. Дифракция спиновых волн в косо намагниченном ферритовом слое//Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. - 1990. - Вып.2(426). - С.27-32.

5. Богатко A.B., Власкин C.B. Электрически перестраиваемый волномер в диапазоне 2-26 ГГц на основе режектор-ного фильтра на спиновых волнах//Теэисы докл.конф. "Расчет, конструирование и технология изделий электронной техники для измерительных систем". - Сер.1. Электроника СВЧ. - 1989. - Вып.1(292). - С.32-34.

6. Власкин C.B. Фильтр-фазовращатель на спиновых волнах с частотнонезависимой фазочастотной характеристи-кой//Тезисы докл.конф. "Расчет, конструирование и технология изделий электронной техники для измерительных систем". - Сер.1. Электроника СВЧ. - 1989. - Вып.1(292). -С.35-37.

7. A.c. № 1367801 (СССР). Полосовой фильтр на поверхностных магнитостатических волнах/ Власкин C.B., Новиков Г.1/1.

8. A.c. № I385I67 (СССР). Фильтр на магнитостатических волнах/ Власкин C.B., Дубовицкий С.А., Новиков Г.М.,

Петрунькин Е.З. - Опубл. в БИ, № 12, 30.03.88.

9. Новиков Г.М., Власкин C.B., Петрунькин Е.З. Проблемы одномодового распространения поверхностной магнито-статической волны в спиновом волноводе//Тезисы докл. конф. -9 tli International Conference on Microwave ferrites IC..U'"00. - PilüüiítíDINGJ, September 19-23, 1988, ¿sterdou-llungary. - P. 20-24.

Подписано к печати 12.СВ.92. Печ.л. 1,0

Уч.-изд.л. 1,0. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Заказ № Бесплатно