Копланарные, микрополосковые и многополосковые преобразователи магнитостатических волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

БАБИЧЕВА ЕЛЕНА РУДОЛЬФОВНА

КОПЛАНАРНЫЕ, МИКРОПОЛОСКОВЫЕ II МНОГОПОЛОСКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 2 СЕН 2011

Ростов-на-Дону 2011

4853224

Работа выполнена на кафедре радиофизики физического факультета Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» (ЮФУ).

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент Иванов Виктор Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Вызулин Сергей Александрович,

доктор физико-математических наук, профессор Лерер Александр Михайлович.

Ведущая организация: ФГУП "РНИИРС", г.Ростов-на-Дону.

Защита состоится 14 октября 2011 г. в 1400 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном федеральном университете по адресу: 344090, г.Ростов-на-Дону, ул.Зорге, 5, Южный федеральный университет, физический факультет, ауд. 318.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г.Ростов-на-Дону, ул.Пушкинская, 148.

Автореферат разослан сентября 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.10, доктор физико-математических наук, профессор

Г.Ф. Заргано

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время ведутся интенсивные исследования в области спинволновой электроники СВЧ, целью которых является создание устройств обработки сигналов в диапазоне СВЧ в реальном масштабе времени. Показано, что на основе магнитостатических волн (МСВ), распространяющихся в намагниченной ферритовой пленке (ФП), возможно создание линий задержки, электрически перестраиваемых полосно-пропускающих и по-лосно-заграждающих фильтров, фильтров с переменной полосой, перестраиваемых генераторов [1-2, 7, 12]. Указанные устройства могут быть использованы для обработки сигналов, в спутниковом телевидении, фазированных антенных решетках, для СВЧ контроля состояния природной среды и т.п. Использование спинволновых приборов в подобных радиоэлектронных системах весьма перспективно в отношении качественного совершенствования их функциональных возможностей.

Применение спинволновых приборов СВЧ выдвигает на первое место такие к ним требования, как их дешевизна, высокая технологичность, легкая воспроизводимость. Для решения этих задач необходима разработка методов машинного проектирования основных элементов любого спинволнового устройства -преобразователей МСВ, представляющих собой отрезки различных линий (микрополосковых (МПЛ), копланарных (КПЛ), решеток, меандров и различных их сочетаний), расположенных на намагниченной ФП. Преобразователи МСВ являются неотъемлемой частью любого спинволнового устройства и в большинстве случаев определяют его основные характеристики (например, амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и вносимые потери фильтров).

Наиболее перспективными в настоящее время являются преобразователи поверхностных МСВ (ПМСВ), прямых объемных (ПОМСВ) и обратных объемных (ООМСВ) МСВ, для которых решена проблема термостабильности.

Характеристики устройств обработки сигналов СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах (ПМСВ) в значительной мере определяются типом преобразователей электромагнитной волны (ЭМВ) в ПМСВ и обратно. Одними из перспективных являются преобразователи на основе отрезков односторонней копланарной линии (ОКЛ). Широкие возможности имеют фильтры с преобразователями на ОКЛ, размещенными над ФП и отделенными от нее регулируемым диэлектрическим зазором, поскольку изменение величины зазора позволяет управлять дисперсией ПМСВ. По исследованию таких фильтров известна всего одна экспериментальная работа [3].

В качестве преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ могут быть использованы отрезки микрополосковых линий.

В настоящее время наиболее изучены закономерности возбуждения ПМСВ микрополосковыми линиями [1, 4-6, 8-11], отрезки которых наиболее часто применяются в качестве преобразователей спинволновых устройств.

В последнее время в сантиметровом диапазоне волн стали использовать прямые объемные магнитостатические волны (ПОМСВ). Здесь для создания узкополосных фильтров также используются многоэлементные преобразователи.

Сопротивление излучения МПЛ, возбуждающей ПОМСВ, обычно рассчитывается в приближении однородного распределения тока методами работ [46].

Обратные объемные магнитостатические волны (ООМСВ) нашли применение в резонаторных фильтрах и квазиоптических аналогах СВЧ элементов на МСВ [7]. Для проектирования таких устройств необходимо уметь рассчитывать погонный импеданс излучения микрополосковой линии, которая обычно используется для возбуждения ООМСВ.

Однако обычно используемый в расчетах приближенный метод, предложенный в работе [8], не учитывает точного распределения тока на микрополоске (МП) и не позволяет вычислить реактивную составляющую импеданса излучения, которая необходима, например, для расчета резонаторного фильтра.

Настоятельная необходимость проектирования спинволновых устройств, содержащих ОКЛ, МПЛ и другие разнообразные многополосковые планарные линии, с одной стороны, и отсутствие методов расчета импеданса излучения этих линий, максимально приближенных к эксперименту, с другой стороны, обосновывают актуальность темы исследования.

Разработка в магнитостатическом приближении методов расчета импеданса излучения планарных преобразователей МСВ, которые описывают реальные процессы возбуждения МСВ и соответствуют эксперименту, является актуальной и важной научной задачей.

Целью работы является разработка в магнитостатическом приближении метода расчета импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей ПМСВ; методов расчета импеданса излучения микрополосковых линий, возбуждающих ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ; методики расчета сопротивления излучения многополосковых преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

1. Впервые в магнитостатическом приближении решена задача расчета импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей ПМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре) при направлении подмагничивающего поля вдоль линии, где используется точное распределение плотности поверхностного тока планарных проводников.

2. Впервые в магнитостатическом приближении решена задача расчета импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ и ООМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре), где используется точное распределение плотности поверхностного тока полоскового проводника.

3. Предложена методика расчета сопротивления излучения многополосковых преобразователей ПМСВ,ПОМСВ и ООМСВ, содержащих микрополосковую линию,

Научная новизна диссертационной работы определяется поставленными задачами, разработанными методами их решения, впервые полученными результатами и состоит в следующем:

• Впервые исследованы частотные зависимости импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей поверхностные магнитоста-тические волны в структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик (Д-Ф-Д-структуре), и изучено влияние диэлектрического зазора между намагниченной ферритовой пленкой и линией на формирование АЧХ полосно-пропускающего фильтра.

• Представлен точный метод расчета импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПМСВ. Установлено, что расчетные значения импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПМСВ, хорошо совпадают с экспериментом, что позволяет получить достаточную точность при его использовании для расчета многополосковых преобразователей ПМСВ.

• Впервые в электродинамическом приближении получены дисперсионные уравнения ПМСВ в диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М) и металл-феррит-диэлектрик-металл (М-Ф-Д-М) структурах. Приведены результаты расчета дисперсии ПМСВ при различных параметрах структур и проведена оценка пределов применимости магнитостатического приближения.

• Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн, распространяющихся в толстой пластине (пленке), граничащей с диэлектрическими слоями различной диэлектрической проницаемости.

• Впервые в электродинамическом приближении получено интегральное уравнение для тока на металлической полоске, вызванного падающей на нее ПМСВ, в диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М) структуре.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод расчета импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей ПМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре) при направлении подмагничивающего поля вдоль линии, где использовано точное распределение плотности поверхностного тока планарных проводников.

2. Метод расчета импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ и ООМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре), где использовано точное распределение плотности поверхностного тока в линии.

3. Методика расчета сопротивления излучения многополосковых преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ, содержащих микрополосковую линию, которую можно использовать при проектировании решетчатых и меанд-ровых преобразователей для полосно-пропускающих фильтров.

4. Электродинамический метод расчета дисперсионных уравнений ПМСВ в диэлектрик-феррит-диэлектрик (Д-Ф-Д), диэлектрик-феррит-диэлектрик-метапл (Д-Ф-Д-М) и металл-феррит-диэлектрик-металл (М-Ф-Д-М) структурах и оценка пределов применимости магнитостатического приближения.

5. Совокупность новых теоретических результатов, впервые полученных при анализе расчетных зависимостей импеданса излучения ПМСВ, ПОМСВ и

ООМСВ в односторонней копланарной, микрополосковой и многополосковой линиях, и ряд выявленных закономерностей в формировании частотных зависимостей сопротивления излучения.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертации результатов определяется как использованием строгих современных методов расчета, так и согласием основных теоретических положений с результатами экспериментов и результатами теоретических работ других авторов.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке программ расчета импеданса излучения копланарных, микрополосковых линий с намагниченной ферритовой пленкой и программ расчета сопротивления излучения короткозамкнутых многополосковых преобразователей ПОМСВ и ООМСВ для перестраиваемых и неперестраиваемых полосно-пропускающих фильтров СВЧ диапазона.

Эти программы можно использовать для оптимизации АЧХ широкого класса многофункциональных СВЧ устройств на основе копланарной, микрополосковой и многополосковой линий передачи с намагниченной ферритовой пленкой. Разработанный метод расчета преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ, позволяющий рассчитывать АЧХ устройства, и созданные программы могут быть использованы при разработке и оптимизации параметров приборов спинволновой электроники СВЧ.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях:

• Международная научно-техническая конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" (ИРЭМВ-2007). Таганрог. Россия. 25-30 июня 2007 г.;

• Международная научно-техническая конференция "Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта". Новороссийск. 14-17 сентября 2007 г.;

• XV международная конференция "Радиолокация и радиосвязь". Москва-Фирсановка. 7-11 ноября 2007 г.;

• Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (АПЭП-2008). Саратов. 24-25 сентября 2008 г.;

• XVI международная конференции "Радиолокация и радиосвязь". Москва-Фирсановка. 11-16 ноября 2008 г.;

• XIV международная зимняя школа-семинар по электронике сверхвысоких частот и радиофизике. Саратов. 3-8 февраля 2009 г.;

• Международная научная конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" (ИРЭМВ-2009). Таганрог-Дивноморское. ТТИ ЮФУ. 27 июня -1 июля 2009 г.;

• XVII международная конференция "Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие". Москва-Фирсановка. 20-22 ноября 2009 г.;

• XVIII международная конференция "Электромагнитное поле и материалы". Москва-Фирсановка. 19-21 ноября 2010 г.;

• Международная научная конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" (ИРЭМВ-2011). Таганрог-Дивноморское. ТТИ ЮФУ. 27 июня -2 июля 2011 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 24 печатных работах. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК, рекомендованных для опубликования научных результатов диссертаций, и 20 работ - в сборниках трудов и тезисов докладов на различных научных конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 183 страницы текста, включающие 60 рисунков, и список литературы из 130 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан обзор литературы по вопросам, рассмотренным в оригинальных главах диссертации, обоснованы актуальность выбранного направления исследования, сформулированы цель работы и задачи, которые решаются в диссертации, кратко изложено содержание диссертации, приведены сведения об апробации результатов работы и перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе в разделе 1.1. предложен точный метод расчета погонных параметров односторонней копланарной линии (OKJ1), расположенной над ферритовой пленкой и отделенной от нее регулируемым диэлектрическим зазором. В разделе 1.2. приведены расчеты погонного импеданса ОКЛ, расположенной над ферритовой пленкой (ФП) и полосно-пропускающего фильтра на ее основе. На рис.1 представлены частотные зависимости сопротивления излучения Rt и индуктивности L OKJI с правым боковым экраном с 2а = 100 мкм и 2А = 30 мкм при g = 25 мкм (7), 50 мкм (2), 75 мкм (5), 100 мкм (4) и 150 мкм (J), для ФП железоиттриевого граната (ЖИГ) толщины D= 7 мкм, намагниченности насыщения 4пМ = 1760 Гс и поля подмагничи-вания Н= 2300 Э. Установлено, что у ОКЛ с правым боковым экраном при определенной ширине проводника 2а можно получить ширину полосы первого основного лепестка от десятков до сотен мегагерц. Чтобы подавить все боковые лепестки, необходимо удалить ОКЛ от поверхности ФП (увеличить зазор g). Показано, что можно выделить

основной лепесток АЧХ шириной 100-200 МГц, подавив боковые лепестки рабочей ПМСВ с помощью зазора g= 75-150 мкм.

На рис. 2 представлены частотные зависимости сопротивлений излучения (сплошные кривые), R (пунктирные кривые) и индуктивности L ОКЛ с левым боковым экраном с 2а = 30 мкм и 2А = 30 мкм (/), с 2а = 30 мкм и 2А = 120 мкм (2), с 2а = 120 мкм и 2А = 30 мкм (5) при расстоянии от ферритового

Рис. 1.

Рис.2.

Вносимые потерн, дБ

r ,Ом/см слоя до экрана g = 25 мкм. Описанные особенности возбуждения можно использовать для формирования АЧХ устройств на ПМСВ. В частности, использование излучателя с зазором позволяет сформировать крутой высокочастотный скат рабочей полосы пропускания устройств на ПМСВ. Проведены расчеты вносимых потерь полосно-пропускающих фильтров, содержащих преобразователи на OKJT. На рис. 3 приведены рассчитанные вносимые потери полосно-пропускающего фильтра. Фильтр представляет собой два короткоза-мкнутых с противоположных краев ФП одинаковых преобразователя на OKJ1. Расчет выполнен для преобразователей на OKJI с правым боковым экраном и зазорами g, равными 75 и 100 мкм (кривые / и 2, соответственно). Здесь же приведены вносимые потери фильтра, содержащего ведены вносимые потери фильтра, содержащего отрезки ОКЛ с левым боковым экраном и зазором g = 75 мкм (кривая 3). Потери в проводниках и на распространение ПМСВ при расчете не учитывались.

Из сравнения кривых 1, 3 можно сделать вывод, что при проектировании ППФ предпочтительнее использовать ОКЛ с правым боковым экраном, которая позволяет получить в полосе пропускания малые потери и более плоскую характеристику, а также слабую электро-f ггц'8 магнитную связь между входом и выходом Рис.3. устройства из-за наличия заземленного боково-

го экрана.

Во второй главе в разделе 2.1 представлен наиболее точный метод расчета импеданса излучения МПЛ, учитывающий влияние ферритовой пленки на ток полоска, который необходим как для расчета входного сопротивления одиночного микрополоскового преобразователя и устройства, содержащего два одинаковых одиночных преобразователя, так и для расчета многоэлементных микро-полосковых преобразователей.

В разделе 2.2 представлена методика расчета многоэлементных микропо-лосковых преобразователей, основанная на использовании метода расчета импеданса излучении одиночной МПЛ, описанного в разделе 2.1. Точность расчета сопротивления излучения многоэлементных преобразователей определяется точностью расчета погонного импеданса излучения Z'm одиночной МПЛ. На рис. 4 для одиночной МПЛ при Н= 650 Э, 4лМ = 1760 Гс, а = 178 мкм,

феррит

у-Л

ШШШШШШШШ1Ш

толщине пленки ЖИГ £ = 25 мкм, Т= 0,254 мм представлены частотные зависимости сопротивлений излучения (сплошные кривые) и Л' (пунктирные кривые), рассчитанные по формулам раздела 2.1 (7) и работы [9] (2). Видно, что для рабочей ПМСВ, распространяющейся в положительном направлении х, значения сопротивления излучения рассчитанные по формулам работы [9] при однородном распределении тока на полоске, значительно завышены, по сравнению с рассчитанными методом подраздела 2.1, где учитывается влияние намагниченной ферритовой пленки на ток.

На рис. 5 приведены рассчитанные методом раздела 2.1 частотные зависимости сопротивления излучения Я'т и реактанса излучения Х*т одиночного микрополоскового преобразователя длины /| = 2 мм при Н= 745 Э, 4л:М= 1740 Гс, а = 50 мкм, толщине пленки ЖИГ Э = 6,2 мкм, Т = 0,254 мм. Кружками представлены результаты эксперимента [10]. Сравнение результатов свидетельствует о том, что значения импеданса излучения, рассчитанные методом раздела 2.1, хорошо совпадают с экспериментальными, и можно считать, что использование методики расчета сопротивления излучения многоэлементных преобразователей позволит получить достаточную для практики точность.

Частота, ГГц

Рис. 4.

4.1 4,2

Частота, ГГц

4,1

Частота, ГГц

а)

6)

Рис.5.

В подразделе 2.2 изучаются особенности возбуждения ПМСВ такими многоэлементными преобразователями, как решетчатый и меандровый коротко-замкнутые преобразователи, которые можно использовать при формировании амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) узкополосных фильтров.

Приводятся результаты расчета частотных зависимостей сопротивления излучения рабочей ПМСВ многоэлементных преобразователей, которые качественно повторяют АЧХ устройства, содержащего два таких одинаковых преобразователя. На рис. 6 приведены частотные зависимости сопротивления излучения Н1^ решетчатой линии длины = 5 мм при Н= 2140 Э, 4кМ = 1740 Гс, а = 60 мкм, периоде р = 300 мкм, толщине пленки ЖИГ 0= 18,8 мкм,

Т = 0,254 мм с числом проводников N=11 (сплошная кривая). Пунктирной кривой на рис. 6 для сравнения построена также зависимость сопротивления излучения одиночной МПЛ той же длины. На рис. 7 более детально изображена колоколообразная форма первого пика. На рис. 8 приведены частотные зависимости сопротивлений излучения Я^1 (сплошная кривая) и Я{т ' (пунктирная кривая) меандровой линии с числом проводников N=8.

,о» С.«".л" а*»

Рис. 6. Рис. 7. Рис- 8-

Третья глава посвящена методам расчета микрополосковых и многополос-ковых преобразователей прямых объемных магнитостатических волн (ПОМСВ). В разделе 3.1 предложен точный метод расчета импеданса излучения микрополосковой линии (МПЛ), возбуждающей ПОМСВ. На рис. 9 сплошными кривыми построены рассчитанные этим методом частотные зависимости сопротивления излучения Л,„+ микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ, распространяющиеся в положительном направлении с волновыми числами к+. Кривая с п = 1 соответствует низшей моде, а кривая с п = 2 - первой высшей моде. Параметры структуры: Н= 500 Э, 4пМ = 1750 Гс, 2а = 46,4 мкм, тол' = 254 мкм, g = 0 мкм. Видно, что в частотном диапазоне первого лепестка низшей моды 1,4 - 2,2 ГГц расчетные значения сопротивления излучения МПЛ, возбуждающей высшие моды ПОМСВ с п > 2, много меньше значения сопротивления излучения Я„,+ МПЛ, возбуждающей низшую моду с п = 1. Следовательно, в дальнейшем при расчетах Ят+ и Я,„~ можно ограничиться рассмотрением только этой низшей моды. Для сравнения на рис. 9 пунктирными кривыми построены частотные зависимости Л,„+, рассчитанные по формулам работы [6]. Видно, что результаты точного расчета с ростом частоты значительно отличаются от [6], особенно амплитуда первой высшей моды и ее минимумы.

Т -и у

Рис. 9.

11,0/ГГц

На рис. 10 для МПЛ с #= 3240 Э, 4ттМ = 1760 Гс, толщиной пленки ЖИГ Б = 45 мкм, Т = 254 мкм, ^ = 0 мкм сплошными кривыми 1 представлены частотные зависимости сопротивления из лучения = + Ят и реактанса излучения Х„, микрополосковой линии, возбуждающей низшие моды ПОМСВ, при ширине по-лоскового проводника 2а = 60 мкм. Для сравнения на рис. 10 пунктирной кривой 2 построена частотная зависимость Я,„ низших мод, рассчитанная по формулам работы [6]. Здесь же пунктирной кривой 2 представлена частотная зависимость реактанса излучения Х„, микрополосковой линии, вычисленная с помощью преобразования Гильберта [10] от сопротивления излучения Я,,, работы [6]. Следует обратить внимание на хорошее совпадение Х„, в частотной области, где значения Ят у сплошной и пунктирной кривой совпадают. Это говорит о допустимости использования преобразования Гильберта для вы-п,о./;гги числения реактанса излучения Х„, по сопротивлению излучения /?„,для ПОМСВ. На рис. 11 приведена частотная зависимость микрополосковой линии, описанной в работе [11] с Н= 1000 Э, 4кМ = 1760 Гс, 2а = 220 мкм, О = 9,3 мкм, Т= 500 мкм, § = 0 мкм. Сплошная кривая рассчи тана методом настоящей работы, а пунктирная - методом [6]. Кружками отмечены полученные в работе [11] экспериментальные результаты.

Видно, что расчетные значения сопротивления излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ, хорошо совпадают с экспериментом, что позволяет получить достаточную точность при расчете входного сопротивления микрополоскового преобразователя ПОМСВ.

С помощью метода расчета импеданса МПЛ в разделе 3.2 разработана методика расчета частотной зависимости сопротивления излучения многополос-ковых линий типа "решетка" и "меандр", расположенных на ферритовой подложке, а также исследовано влияние параметров линии на эту зависимость с целью использования многополосковых преобразователей в узкополосных фильтрах.

На рис. 12 приведены частотные зависимости сопротивления излучения Я^ решетчатой линии с числом проводников N = 11 для рабочей волны, распространяющейся в положительном направлении оси х, при Н = 902 Э, 4пМ= 1750 Гс, толщине пленки ЖИГ О = 0.0025 см, ТЮ = 40, а = 0.005 см, периоде р = 0.03 см при различном зазоре = 0; 2; 4. Видно, что при удалении решетча-

3,0 / ГГц 3,2

Рис. 11.

той линии на расстояние g/D = 4 от поверхности пленки ЖИГ можно реализовать фильтр с полосой пропускания 20 МГц с удовлетворительными скатами и низким уровнем боковых лепестков, что хорошо видно на рис. 13, где форма первого лепестка приведена более подробно. Отношение сопротивлений излучения первого и второго максимумов превышает 10, что позволяет реализовать полосно-пропускающий фильтр, состоящий из двух короткозамкнутых решетчатых преобразователей, уровень боковых лепестков у которого будет на 20 дБ ниже, чем у первого лепестка. Следует заметить, что для получения более высоких значений сопротивления излучения Я^ можно уменьшить ширину полоска до а = 20 мкм и период до р = 200 мкм.

Я1*',Ом/см

—• N=1,

----N=»11,8/0=0

8/0=2

—_в®;!

Т"*

3,6 3,8 /ГГц

2,50 2,52 2,54 2,56 2,58 2,60 2,62 2,64 2,66 2.68 2,70 / ГГц

2,6 2,8 3,0 3,2

;,чц

Рис. 12. Рис. 13.

При увеличении числа полосков у меандровой линии до N = 10 и удалении ее от поверхности пленки ЖИГ на g/Z) = 4, как видно из рис. 14, можно получить однополосный фильтр. Подробно форма основного рабочего лепестка приведена на рис. 15. Видно, что уровень боковых лепестков значительно меньше основного, и, следовательно, можно реализовать на данном коротко-замкнутом меандровом преобразователе узкополосный пропускающий фильтр с полосой порядка 50 МГц.

2,7 2,8 2,9 3.0 3,1 3,2 3,3 3,4 ЗЛ 3,6 /ГГц

2,8 / ГГц 2.9

Рис. 14. Рис. 15.

Отметим, что для согласования короткозамкнутого меандрового преобразователя с подводящей 50-омной микрополосковой линией сопротивление излучения преобразователя должно иметь такой же порядок, что можно достигнуть уменьшением длины меандровой линии до 1-2 мм.

у .

D Wil

Т а х

г/

В четвертой главе представлены методы расчета микрополосковых и мно-гополосковых преобразователей обратных объемных магнитостатических волн (ООМСВ).

В разделе 4.1 рассматриваются микрополосковые преобразователи ООМСВ, используемые при разработке фильтров и линий задержки, и для них представлен точный метод расчета импеданса излучения. На рис. 16 сплошными кривыми построены рассчитанные по формулам раздела 4.1 частотные зависимости

сопротивления излучения Rm+ МПЛ, возбуждающей ООМСВ, распространяющиеся в положительном направлении с волновыми числами к+. Кривая с п = 1 соответствует низшей моде, а кривая с п = 2 первой высшей моде. Параметры структуры: Н- 500 Э, 4лА/ = 1750 Гс, 2а = 30 мкм, толщина пленки ЖИГ D = 10 мкм, Т = 254 мкм, g = 0 мкм.

Видно, что в частотном диапазоне первого лепестка низшей моды 2,35 -г 3 ГГц расчетные значения сопротивления излучения МПЛ, возбуждающей высшие моды ООМСВ с п > 2, много меньше значения сопротивления излучения Rm+ МПЛ, возбуждающей низшую моду с и = 1. Следовательно, в дальнейшем при расчетах R,„* и Rm~ можно ограничиться рассмотрением только этой низшей моды.

На рис. 17, а приведены частотные зависимости Rm МПЛ, описанной в работе [11], с узким проводником ширины 2а = 60 мкм, пленкой ЖИГ с 4пМ = 1770 Гс, толщиной D = 9,34 мкм, Т = 500 мкм, g = 0 мкм при Н= 400 Э, 600 Э и 800 Э.

На рис. 17, б приведены частотные зависимости Rm другой МПЛ, описанной в работе [11], с широким проводником ширины 2а = 180 мкм, пленкой ЖИГ с 4кМ= 1770 Гс, толщиной D = 9,34 мкм, Т = 500 мкм, g = 0 мкм при #= 400 Э, 600 Э и 800 Э.

Кружками отмечены полученные в данной работе экспериментальные результаты. Видно, что расчетные значения сопротивления излучения МПЛ, возбуждающей ООМСВ, хорошо совпадают с экспериментом, что позволяет получить достаточную

2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 Частота, ГГц

1 I ' I 1 I ' I 1 I ' I 1 I 1 I ' I 1

Н* 400 Э Н=-600 3 Н=-ШЭ'

»ft!;-., лЛ/.S

2,2 2,4 2,6 2,8 3.0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 Частота, ГГц

б)

Рис. 17.

точность при расчете как входного сопротивления микрополоскового преобразователя ООМСВ, так и вносимых потерь устройств, содержащих такие преобразователи.

В разделе 4.2 представлена методика расчета сопротивления излучения многоэлементных микрополосковых преобразователей, основанная на использовании метода расчета одиночной МПЛ, изложенного в разделе 4.1.

Я?', Ом/а»

80 -70 60 50 -40 30 -20 -10 -0

Л^', [<\, Ом/см I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I .

—■ N=1, g/D=0

----N=ll,g/D=0

g/D-2 - g/P"l

i .-vi*! r-V'i iг ■ 'r'-- |

2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4

/ГГц

Рис. IB.

30 -25 -20 -15 -10 -5 -0--

|-N=ll,g/D=4

—i—'—Г"

4,15 4,20

4,35 4,40 /ГГц

Рис. 19.

На рис. 18 приведены зависимости сопротивления излучения Я* решетчатой линии с N = 11 для рабочей волны, распространяющейся в положительном направлении оси х, при Н= 902 Э, 4пМ= 1750 Гс, толщиной пленки ЖИГ О = 0.0025 см, ТЮ = 40, а = 0.003 см, периодом р = 0.03 см при различном зазоре g/D = 0; 2; 4. Видно, что при удалении решетчатой линии на расстояние = 4 от поверхности пленки ЖИГ можно реализовать фильтр с полосой пропускания 20 МГц с удовлетворительными скатами и низким уровнем боковых низкочастотных лепестков, что хорошо видно на рис. 19, где форма основного лепестка приведена более подробно. Следует заметить, что для получения более высоких значений сопротивления излучения Н'т*' можно уменьшить ширину полоска до а = 20 мкм и период до р = 200 мкм.

к'*\ , О.ю'см

7000 • 6000 -5000 -4000 -3000 -2000 1000 -О

/Л', /<1, Ом/см

—• N=1, g/D=0

........N=10, g/D=0

- tIO'l

.„ ju

Г '*/'■• I ' ■ •""I 2,6 23 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 /ГГц

1000 - 1 1 1 1 ~Г [-N»10, g/D=2 | .......

800 -

600 -

400 - -

200 -0 - Т 1 ' 1 ' 1 W

3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4J 4,4

/ГГц

Рис.20. Рис.21.

При увеличении числа полосков у меандровой линии до 10 и удалении

ее от поверхности пленки ЖИГ на ^/И = 2, как видно из рис. 20, можно получить однополосный фильтр. Подробно форма основного рабочего лепестка приведена на рис. 21. Видно, что уровень боковых лепестков значительно меньше основного, и, следовательно, можно реализовать на данном коротко-замкнутом меандровом преобразователе узкополосный пропускающий фильтр с полосой порядка 50 МГц. Отметим, что для согласования короткозамкнутого меандрового преобразователя с подводящей 50-омной МПЛ сопротивление излучения преобразователя должно иметь такой же порядок, что можно достигнуть уменьшением длины меандровой линии до 1 мм.

Полученные результаты можно использовать для расчета вносимых потерь узкополосных фильтров, содержащих отрезки многополосковых линий типа "решетка" и "меандр", расположенных на некотором расстоянии от ферритовой намагниченной пленки.

В пятой главе для оценки пределов применимости разработанных в главах 1 и 2 методов расчета преобразователей на ПМСВ, исследуются многослойные феррит-диэлектрические структуры, используемые при разработке фильтров и линий задержки, и для них представлен электродинамический метод расчета дисперсии ПМСВ. В разделе 5.1 в электродинамическом приближении получены дисперсионные уравнения поверхностных магнитостатических волн в структурах, содержащих касательно намагниченную ферритовую пленку и металлические экраны. Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн в структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре). Для структуры воздух-ЖИГ-воздух проведен расчет дисперсии ПМСВ в области малых волновых чисел. Результаты расчета совпали с полученными в работе [12]. Приведены результаты расчета дисперсии при различных параметрах структуры, и проведено сравнение с магнитостатическим приближением. Так, на рис. 22 постро-

Рис. 22.

ены дисперсионные характеристики структуры воздух-ЖИГ-ГГГ-металл с параметрами С| = 1 (воздух), е2 = 15.4 (железоиттриевый гранат), с} = 12.1 (галлий-гадолиниевый гранат) при АлМ- 1750 Гс, Н= 1500 Э и толщиной пленки ЖИГ Б = 10 мкм при различном расстоянии Т = оо, 100Д 107) и О (кривые 1-4) от экрана до поверхности ферритовой пленки ЖИГ.

Сплошные кривые вычислены электродинамическим методом, а пунктирные кривые - в магнитостатическом приближении [13]. Сплошные и пунктирные кривые здесь у ПМСВ, распространяющейся по границе воздух-ЖИГ, практически совпадают при волновых числах \к\ > 15 см'1, а у ПМСВ, распространяющейся по границе ЖИГ-ГГГ, при \к+\ > 50 см"1, где можно пользоваться магнитостатическим приближением. Аналогично пределы применимости маг-нитостатического приближения найдены для пленок ЖИГ толщиной 10 мкм и 100 мкм в применяемых на практике структурах ГГГ-ЖИГ-поликор-металл, ГГГ-ЖИГ- конденсаторная керамика ТЛ - металл.

Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн в структуре металл-феррит-диэлектрик-металл (М-Ф-Д-М-структуре). Приведены результаты расчета дисперсии при различных параметрах структуры, и проведено сравнение с магнитостатическим приближением.

к, см"1

Рнс.23.

На рис. 23 приведены результаты расчета дисперсии ПМСВ в структуре ме-талл-ЖИГ-ПТ-металл с параметрами е2 = 15,4 (железоиттриевый гранат); гъ = 12,1 (галлий-гадолиниевый гранат) при 4лМ = 1750 Гс, #= 1500 Э и толщиной пленки ЖИГ И = 100 мкм при различном расстоянии экрана Т= со, 100 и 5В (кривые 1-3) до поверхности ферритовой пленки ЖИГ.

Видно, что для интервала значений к до 50 см"1 следует использовать точное электродинамическое решение, а для описания ПМСВ с волновыми чис-

лами более 50 см"1 можно использовать магнитостатическое приближение. Аналогично, пределы применимости магнитостатического приближения найдены для применяемых на практике структур металл-ЖИГ-ГГГ-металл, металл-ЖИГ-ТЛ-металл.

Значительный интерес представляет отражение ПМСВ от металлической полуплоскости в структуре, изображенной на вставке к рис. 24 [14, 15]. Низкочастотную полосу полного отражения ПМСВ можно достаточно точно определить с помощью полученных электродинамическим методом дисперсионных уравнений Д-Ф-Д-М и М-Ф-Д-М структур. На рис. 24 изображены дисперсионные характеристики структур воздух-ЖИГ-ГГГ-металл (штрихпунктирные кривые) и металл-ЖИГ-ГГГ-металл (сплошные кривые) с Е\ = 1, е2 = 15.4, е} = 12.1, 4лМ= 1750 Гс, Н= 1500 Э и толщиной пленки ЖИГ Б = 10 мкм при различном расстоянии 7'=50£>и10.0 (кривые 1-2) от экрана до поверхности фер-ритовой пленки ЖИГ. Дисперсионные характеристики падающей ПМСВ и прошедшей под металлическую полуплоскость ПМСВ изображены в правой половине рис. 24 соответственно штрихпунктирными и сплошными линиями. Как следует из рис. 24, при Т= 50 И в полосе частот 6188 * 6224 МГц ПМСВ на границе металл-ЖИГ не распространяется и, следовательно, падающая на металлическую полуплоскость ПМСВ будет полностью отражаться. При расстоя-

Рис.24.

В разделе 5.2 в электродинамическом приближении получено дисперсионное уравнение ПМСВ, распространяющихся перпендикулярно полю подмагни-чивания в структуре, содержащей касательно намагниченную ферритовую пленку, окруженную по обе стороны средами с разной диэлектрической проницаемостью. Рассчитаны дисперсионные характеристики электромагнитных волн в области малых волновых чисел для различных значений диэлектрической проницаемости слоев диэлектрика, окружающих ферритовую плёнку.

На рис. 25 приведены рассчитанные в электродинамическом приближении дисперсионные характеристики прямой (.у = +1т) и обратной (5 = -1т) ПМСВ в структуре воздух-ЖИГ-воздух с £] = 1, е2 = 15, е3 = 1 (штрихпунктирные кривые) и в структуре воздух-ЖИГ-диэлектрик се, = 1, ¿2 = 15, £3 = 15 (диэлектрик), (сплошные кривые) при 4кМ= 1916 Гс, Н= 400 Э и толщине пластины ЖИГ В = 0,5 мм. Для сравнения пунктирными кривыми построены дисперсионные характеристики прямой (х = +1т) и обратной = -1т) ПМСВ в магнито-статическом приближении.

Из рисунка видно, что наличие диэлектрика с £3 = 15 под пластиной ЖИГ существенно изменяет дисперсионную характеристику обратной (я = -1т) ПМСВ, распространяющейся по границе с этим диэлектриком, она значительно отличается как от характеристики этой волны в структуре воздух-ЖИГ-воздух с £1 = 1, е2 = 15, £3 = 1 (штрихпунктирная кривая), так и от дисперсионной кривой (пунктирная линия), рассчитанной в магнитостатическом приближении.

Дисперсионная характеристика прямой (.у = +1га) ПМСВ, распространяющейся по верхней границе ЖИГ-воздух, при волновых числах более 3 см'1 мало отличается как от характеристики этой волны в структуре воздух-ЖИГ-воздух с £1 = 1, е2 = 15, £3 = 1 (штрихпунктирная кривая), так и от дисперсионной кривой (пунктирная линия), рассчитанной в магнитостатическом приближении. Отличие состоит в том, что нижняя граничная частота этой волны смещается приблизительно на 200 МГц. Аналогичный эффект впервые описан для тонких пленок ЖИГ, расположенных на толстой пластине ГГТ [16], но смещение граничной частоты там составляло около 30 МГц.

В разделе 5.3 в электродинамическом приближении получено интегральное уравнение для тока на металлической полоске, вызванного падающей на нее ПМСВ, в многослойной структуре, содержащей ферритовую пленку, диэлек-

трические слои и металлический экран, и проведен расчет распределения тока на полоске.

Каждый раздел диссертации завершается выводами, отражающими основные результаты представленных в нем исследований.

В заключении сформулированы основные результаты работы и общие выводы.

Основные результаты и выводы диссертационной работы.

Основные выводы по результатам проведенной разработке методов расчета копланарных, микрополосковых и многополосковых преобразователей МСВ заключаются в следующем:

1. Предложен метод расчета импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей ПМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре) при направлении подмаг-ничивающего поля вдоль линии, где используется точное распределение плотности поверхностного тока планарных проводников.

2. Впервые исследованы частотные зависимости импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей поверхностные магнитоста-тические волны в структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре), и изучено влияние диэлектрического зазора между намагниченной ферритовой пленкой и линией на формирование АЧХ полосно-пропускающего фильтра.

3. Предложен метод расчета импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ и ООМСВ в многослойной структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М-структуре), где использовано точное распределение плотности поверхностного тока в линии.

4. Предложена методика расчета сопротивления излучения многополосковых преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ, содержащих микрополоско-вую линию, которую можно использовать при проектировании решетчатых и меандровых преобразователей для полосно-пропускающих фильтров.

5. Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных уравнений ПМСВ в диэлектрик-феррит-диэлектрик (Д-Ф-Д), диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М) и металл-феррит-диэлектрик-металл (М-Ф-Д-М) структурах и проведена оценка пределов применимости магнитостати-ческого приближения для применяемых на практике структур с пленкой ЖИГ различной толщины.

6. В электродинамическом приближении получено интегральное уравнение для тока на металлической полоске, вызванного падающей на нее ПМСВ, в диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл (Д-Ф-Д-М) структуре.

7. Представлены совокупность новых теоретических результатов, полученных при анализе расчетных зависимостей импеданса излучения ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ в односторонней копланарной, микрополосковой и многополос-ковой линиях, и ряд выявленных закономерностей в формировании частотных зависимостей сопротивления излучения.

Личный вклад соискателя. Автор принимал непосредственное участие в разработке методов расчета импеданса излучения копланарных, микрополоско-вых линий и сопротивления излучения многополосковых линий и электродинамических методов расчета многослойных феррит-диэлектрических структур. Им разработаны представленные в работе методики, алгоритмы и программные средства. Автором проведены все представленные в работе расчеты и исследования.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тимошенко П.Е., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Зубков В.И. Импеданс микро-полосковой линии для обратных объемных магнитостатических волн. // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52. № 12. С. 987-995.

2. Иванов В.Н. Зубков В.И., Бабичева Е.Р. Импеданс односторонней копланар-ной линии, расположенной над ферритовой пленкой. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2010. Т. 15. № 6. С. 56-63.

3. Иванов В.Н., Зубков В.И., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е. Импеданс микро-полосковой линии, возбуждающей прямые объемные магнитостатические волны. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2010. Т. 15. № 6. С. 64-67.

4. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н. Бабичева Г.В. Поверхностные волны в толстой касательно намагниченной ферритовой пленке. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16. № 5. С. 25-28.

5. Бабичева Е.Р., Зубков В.И., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е. Сопротивление излучения многополосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн. // Труды международной научной конференции "Излучение и рассеяние электромагнитных волн". Таганрог. ТТИ ЮФУ. 25-30 июня 2007 г. С. 82-85.

6. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн. Труды XV международной конференции "Радиолокация и радиосвязь". Москва-Фирсановка. 7-11 ноября 2007 г. С. 69-75.

7. Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн. // Тезисы докладов 60-й студенческой научной конференции физического факультета. Ростов-на-Дону. 15-22 апреля 2008 г. С. 34.

8. Тимошенко П.Е., Бабичева Е.Р. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн. // Тезисы докладов 6-ой всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь XXI века - будущее российской науки". Ростов-на-Дону: Южный Федеральный Университет. 12-15 мая 2008 г.

9. Иванов В.Н., Зубков В.И., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е. Расчет импеданса излучения микрополоскового преобразователя прямых объемных магнитостатических волн. // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ. 2008. С. 205-210.

10. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Бабичев Р.К., Тимошенко П.Е. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей прямых объемных магнитостатических волн // Материалы международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (АПЭП-2008). Саратов. 24-25 сентября 2008 г. С. 223-228.

11. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей прямых объемных магнитостатических волн. Труды XVI международной конференции "Радиолокация и радиосвязь". Москва-Фирсановка. 11-16 ноября 2008 г. С. 6570.

12. Иванов В.Н., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Импеданс микро-полосковой линии, возбуждающей прямые объемные магнитостатические волны. Труды XVI международной конференции "Радиолокация и радиосвязь". Москва-Фирсановка, 11-16 ноября 2008 г. С. 346-351.

13. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Импеданс микро-полосковой линии, возбуждающей обратные объемные магнитостатические волны. // Материалы XIV международной зимней школы-семинара по электронике сверхвысоких частот и радиофизике. 3-8 февраля 2009 г. Саратов: Издательский центр "PATA". 2009. С. 16.

14. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей обратных объемных магнитостатических волн. // Материалы XIV международной зимней школы-семинара по электронике сверхвысоких частот и радиофизике. 3-8 февраля 2009 г. Саратов: Издательский центр "PATA". 2009. С. 17.

15. Тимошенко П.Е., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Зубков В.И. Влияние геометрии микрополосковой линии на возбуждение обратных объемных магнитостатических волн. // Труды международной научной конференции "Излучение и рассеяние электромагнитных волн". Таганрог-Дивноморское. ТТИ ЮФУ. 27 июня - 1 июля 2009 г. С. 139-143.

16. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей обратных объемных магнитостатических волн. // Труды XVII международной конференции "Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие", Москва-Фирсановка. 20-22 ноября 2009 г. С. 128-133.

17. Вашковский A.B., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Бабичева Г.В. Дисперсия электромагнитных волн в касательно намагниченной ферритовой пленке с металлическими экранами. // Труды XVII международной конференции "Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие". Москва-Фирсановка. 20-22 ноября 2009 г. С. 134-140.

18. Бабичев Р.К., Иванов В.Н., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е. Расчет импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей прямые объемные магнитостатические волны. // Сборник научных трудов. Вып. 14. -/ Отв. ред. Демьянов В.В. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2009. С. 140142.

19. Бабичева Г.В., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей прямые объемных магнитостатических волн. // Сборник научных трудов. Вып. 14. -/ Отв. ред. Демьянов В.В. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2009. С. 146148.

20. Бабичева Г.В., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Тимошенко П.Е. Расчет импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей обратные объемные магнитостатические волны. // Материалы восьмой региональной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России". 4.2. Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2010. С. 252-254.

21. Бабичева Г.В., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Зубков В.И. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей обратных объемных магнитостатических волн. // Материалы восьмой региональной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России". 4.2. Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2010. С. 255-257.

22. Вашковский A.B., Бабичева Г.В., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н. Электромагнитные волны в касательно намагниченной ферритовой пленке с металлическими экранами. // Материалы восьмой региональной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России". 4.2. Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2010. С. 268-270.

23. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Бабичева Г.В. Поверхностные волны в толстой касательно намагниченной ферритовой пленке. // Труды XVIII международной конференции "Электромагнитное поле и материалы". Москва-Фирсановка. 19-21 ноября 2010 г. С. 197-203.

24. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н. Распределение тока на металлической полоске при падении на нее поверхностной магнитостатической волны. // Труды международной научной конференции "Излучение и рассеяние электромагнитных волн". Таганрог-Дивноморское. ТТИ ЮФУ. 27 июня - 2 июля 2009 г. С. 133-136.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Вашковский A.B., Стальмахов B.C., Шараевский Ю.П.. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд. Сарат. ун-та, 1993.311 с.

[2] Marcelli R., Koike Т. Micromachined magnetostatic wave coupled resonators. // IEEE Trans, on Magnetics. 2005. V. 41. № 10. P. 3502-3504.

[3] Новиков Г.М., Петрунькин Е.З. Особенности возбуждения МСВ копланар-ной линией. // Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1983. В.1 (196). С. 28-29.

[4] Parekh J.P. Theory for magnetostatic forward volume wave excitation. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № 3. P. 2452-2454.

[5] Sethares J.C., Weinberg I.J. Magnetostatic wave transducers. // Circuits, Syst. and Sign. Processing. 1985. V. 4. № 1-2. P. 41-62.

[6] Emtage P.R. Interaction of MSW with a current. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. № 8. P. 4475-4484.

[7] Вашковский A.B., Локк Э.Г. Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых пленках. // УФН. 2006. Т. 176. №4. С. 403-414.

[8] Parekh J.P., Tuan H.S. Excitation of magnetostatic backward volume waves. // IEEE Trans, on Magnetics. 1980. V. 16. №5. P. 1165-1167.

[9] Sethares J.C. Magnetostatic surface wave transducers. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1979. V. MTT- 27. № 11. P. 902-909.

[10] Ganguly A.K., Webb D.C., Banks C. Complex radiation impedance of microstrip excitied magnetostatic surface waves. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1978. V. MTT- 26. № 6. P. 444-447.

[11] Сорокин В.Г., Богун П.В., Кандыба П.Е. Сопротивление излучения микро-полосковой линии при возбуждении магнитостатических волн. // ЖТФ. 1986. Т. 56. №12. С. 2377-2384.

[12] Вашковский А.В., Локк Э.Г. Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных пленках. // УФН. 2006. Т. 176. № 5. С.557-562.

[13] Yukawa Т., Yamada J., Abe К., Ikenoue J. Effects of metal on the dispersion relation of magnetostatic surface wave. // Japan. J. Appl. Phys. 1977. V. 16. № 12. P. 2187-2196.

[14] Вугальтер Г.А. Отражение поверхностной магнитостатической волны от металлической полуплоскости. // Радиотехника и электроника. 1981. Т.26. № 7. С. 1382-1390.

[15] Yashiro К., Guan N., Ohkawa S. Reflection of magnetostatic surface waves by a metal half-plane. // Microwave Conference Proceedings. 1993. АРМС V. 2. P.10-21.

[16] Вашковский A.B., Локк Э.Г. Влияние диэлектрической подложки и магнитных потерь на дисперсию и свойства поверхностной магнитостатической волны. // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46. № 6. С. 729-738.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 2310. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОД РАСЧЕТА ПЛАНАРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ОДНОСТОРОНЮЮ КОПЛАНАРНУЮ ЛИНИЮ.

1.1. Метод расчета импеданса односторонней копланарной линии, расположенной над ферритовой пленкой.

1.1.1. Магнитный поток и импеданс односторонней копланарной линии.

1.1.2. Аппроксимация плотности тока.

1.1.3. Импеданс односторонней копланарной линии.

1.2. Результаты расчета импеданса односторонней копланарной линии, расположенной над ферритовой пленкой, и полосно-пропускающего фильтра на ее основе.

1.2.1. Расчет односторонней копланарной линии с правым боковым экраном.

1.2.2. Расчет односторонней копланарной линии с левым боковым экраном.

1.2.3. Расчет полосно-пропускающего фильтра.

1.3. Выводы.

2. МИКРОПОЛОСКОВЫЕ И МНОГОПОЛОСКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ПОВЕРХНОСТНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН.

2.1. Точный метод расчета импеданса излучения микрополоскового преобразователя поверхностных магнитостатических волн.

2.1.1. Импеданс микрополоскового излучателя ПМСВ и интегральное уравнение для тока.

2.1.2. Метод решения интегрального уравнения.

2.1.3. Вычисление функций

2.1.4. Вычисление интегралов, определяющих коэффициенты системы алгебраических уравнений.

2.2. Сопротивление излучения многополосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн.

2 2.1. Импеданс многополоскового излучателя ПМСВ. 52 2.2.2. Результаты расчета сопротивления излучения многополоскового излучателя ПМСВ.

2.3. Результаты и выводы.

3. РАСЧЕТ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРЯМЫХ ОБЪЕМНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН.64 3.1 Расчет импеданса излучения микрополоскового преобразователя прямых объемных магнитостатических волн.

3.1.1. Импеданс излучения микрополосковой линии.

3.1.2. Расчет импеданса излучения микрополосковой линии. 70 3 2 Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей прямых объемных магнитостатических волн.

3.2.1. Методика расчета сопротивления излучения многоэлементных микрополосковых преобразователей.

3.2.2. Результаты расчета сопротивления излучения многоэлементных микрополосковых преобразователей.

3.3. Выводы.

4. РАСЧЕТ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ОБРАТНЫХ ОБЪЕМНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН.

4.1. Расчет импеданса излучения микрополоскового преобразователя обратных объемных магнитостатических волн.

4.1.1. Магнитный поток и импеданс микрополосковой линии.

4.1.2. Результаты расчета импеданса излучения микрополосковой линии.

4.2. Расчет сопротивления излучения многополосковых преобразователей обратных объемных магнитостатических волн.

4.2.1. Методика расчета многоэлементных преобразователей

4.2.2. Результаты расчета сопротивления излучения многоэлементных микрополосковых преобразователей.

4.3. Выводы.

5. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДИСПЕРСИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН.

5.1. Дисперсия электромагнитных волн в касательно намагниченной ферриговой пленке с металлическими экранами.

5.1.1. Дисперсионные уравнения ПМСВ.

5.1.2. Расчет дисперсии ПМСВ в структуре Д-Ф-Д-М.

5.1.3. Расчет дисперсии ПМСВ в структуре М-Ф-Д-М.

5.2. Поверхностные волны в толстой касательно намагниченной ферритовой пленке.

5.2.1. Дисперсионное уравнение.

5.2.2. Расчет дисперсии поверхностных магнитостатических волн.

5.3. Метод расчета распределения тока на металлической полоске при падении на нее поверхностной магнитостатической волны.

5.3.1. Интегральное уравнение для плотности тока на металлической полоске.

5.3.2. Расчет токораспределения на металлической полоске при падении на нее ПМСВ.

5.4. Результаты и выводы.

В настоящее время ведутся интенсивные исследования в области спинволновой электроники СВЧ, целью которых является создание устройств обработки сигналов в диапазоне СВЧ в реальном масштабе времени. Показано, что на основе магнитостатических волн (МСВ), распространяющихся в намагниченной ферритовой пленке (ФП), возможно создание линий задержки, электрически перестраиваемых полосно-пропускающих и полосно-заграждающих фильтров, фильтров с переменной полосой, перестраиваемых генераторов [2-31, 36-44, 46, 48-49, 51, 81-89, 115-130]. Указанные устройства могут быть использованы для обработки сигналов, в спутниковом телевидении, фазированных антенных решетках, для СВЧ контроля состояния природной среды и т.п. Использование спинволновых приборов в подобных радиоэлектронных системах весьма перспективно в отношении качественного совершенствования их функциональных возможностей.

Применение спинволновых приборов СВЧ выдвигает на первое место такие к ним требования, как их дешевизна, высокая технологичность, легкая воспроизводимость. Для решения этих задач необходима разработка методов машинного проектирования основных элементов любого спин-волнового устройства - преобразователей МСВ, представляющих собой отрезки различных линий (микрополосковых (МПЛ), копланарных (КПЛ), решеток, меандров и различных их сочетаний), расположенных на намагниченной ФП. Преобразователи МСВ являются неотъемлемой частью любого спинволнового устройства и в большинстве случаев определяют его основные характеристики (например, амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и вносимые потери фильтров).

Наиболее перспективными в настоящее время являются преобразователи поверхностных МСВ (ПМСВ), прямых объемных (ПОМСВ) и обратных объемных (ООМСВ) МСВ, для которых решена проблема термостабильности.

Характеристики устройств обработки сигналов СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах (ПМСВ) в значительной мере определяются типом преобразователей электромагнитной волны (ЭМВ) в ПМСВ и обратно. Одними из перспективных являются преобразователи на основе отрезков симметричной (СКЛ) [81] и односторонней (ОКЛ) [82-84] ко-планарных линий. Реализация и расчет характеристик таких преобразователей (особенно на ОКЛ) - актуальная, но трудоемкая задача, о чем свидетельствуют отсутствие ссылок на преобразователи на ОКЛ в известных обзорах и учебниках [33,52] и малое число публикаций. Ферритовые фильтры с преобразователями на ОКЛ, расположенными непосредственно на ферритовой пленке (ФП), исследовались экспериментально в [82—83], а методы их расчета изложены в [82, 86]. Более широкие возможности имеют фильтры с преобразователями на ОКЛ, размещенными над ФП и отделенными от нее регулируемым диэлектрическим зазором, поскольку, как хорошо известно [52], изменение величины зазора позволяет управлять дисперсией ПМСВ. По исследованию таких фильтров известна всего одна экспериментальная работа [87].

В качестве преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ могут быть использованы отрезки микрополосковых линий.

В настоящее время наиболее изучены закономерности возбуждения ПМСВ микрополосковыми линиями [3-31], отрезки которых наиболее часто применяются в качестве преобразователей спинволновых устройств.

Электродинамический самосогласованный подход, использованный» в работах [45, 130] для решения задачи возбуждения МСВ преобразователями произвольного типа, не включает в граничные условия плотность поверхностного тока системы проводников и не позволяет вычислить ее импеданс излучения, что значительно усложняет изучение свойств самого преобразователя. Этот метод очень громоздок и, видимо, из-за вычислительных трудностей пока применен только к расчету входного импеданса преобразователя, содержащего отрезок одиночной микрополосковой линии [13, 130].

Другой электродинамический метод, предложенный в работе [44], позволяет определить комплексный коэффициент распространения ЭМВ основного типа в структуре с полосковыми проводниками, приближенный расчет которого недостаточен для точного расчета многополосковых преобразователей.

В последнее время в сантиметровом диапазоне волн стали использовать прямые объемные магнитостатические волны (ПОМСВ). Здесь для создания узкополосных фильтров также используются многоэлементные преобразователи.

Сопротивление излучения МПЛ, возбуждающей ПОМСВ, обычно рассчитывается в приближении однородного распределения тока методами работ [12, 14, 16].

Обратные объемные магнитостатические волны (ООМСВ) нашли применение в резонаторных фильтрах [104] и квазиоптических аналогах СВЧ элементов на МСВ [106]. Для проектирования таких устройств необходимо уметь рассчитывать погонный импеданс излучения микрополосковой линии, которая обычно используется для возбуждения ООМСВ.

Однако обычно используемый в расчетах приближенный метод, предложенный в работе [107], не учитывает точного распределения тока на микрополоске (МП) и не позволяет вычислить реактивную составляющую импеданса излучения, которая необходима, например, для расчета резонаторного фильтра.

Как известно, значительному сокращению времени и средств, затрачиваемых на разработку устройств на МСВ, обладающих заданным комплексом характеристик, способствует применение результатов предварительного расчета. Настоятельная необходимость проектирования спинвол-новых устройств, содержащих ОКЛ, МПЛ и другие разнообразные много-полосковые планарные линии, с одной стороны, и отсутствие методов расчета импеданса излучения этих линий, максимально приближенных к эксперименту, с другой стороны, обосновывают актуальность темы исследования.

Необходима разработка в магнитостатическом приближении таких методов расчета импеданса излучения планарных преобразователей МСВ, которые описывают реальные процессы возбуждения МСВ и соответствуют эксперименту.

Целью работы является разработка в магнитостатическом приближении метода расчета импеданса излучения односторонней копланарной линии, возбуждающей ПМСВ; методов расчета импеданса излучения мик-рополосковых линий, возбуждающих ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ; методики расчета сопротивления излучения многополосковых преобразователей ПМСВ, ПОМСВ и ООМСВ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Основные выводы по результатам проведенной в настоящей работе разработке методов расчета копланарных, микрополосковых и многопо-лосковых преобразователей МСВ заключаются в следующем:

1. Предложен точный метод расчета импеданса односторонней копл-нарной линии, возбуждающей ПМСВ.

Установлено, что у ОКЛ с правым боковым экраном при определенной ширине проводника 2а можно получить ширину полосы первого основного лепестка от десятков до сотен мегагерц. Чтобы подавить все боковые лепестки, необходимо удалить ОКЛ от поверхности ФП (увеличить зазор g). Показано, что можно выделить основной лепесток АЧХ шириной 100—200' МГц, подавив боковые лепестки рабочей ПМСВ с помощью зазора g = 75-150 мкм.

2. Проведены расчеты вносимых потерь полосно-пропускающих фильтров, содержащих преобразователи на ОКЛ. Расчет выполнен для преобразователей на ОКЛ с правым боковым экраном и зазорами g, равными 75 и 100 мкм, и преобразователей на ОКЛ с левым боковым экраном и зазором g!=lS мкм.

Из сравнения АЧХ фильтров можно сделать вывод, что при проектировании ППФ предпочтительнее использовать ОКЛ с правым боковым экраном, которая позволяет получить в полосе пропускания малые потери и более плоскую характеристику, а также слабую электромагнитную связь между входом и выходом устройства из-за наличия заземленного бокового экрана.

3. Представлен точный метод расчета импеданса излучения микропо-лосковой линии, возбуждающей ПМСВ.

Установлено, что расчетные значения импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПМСВ, хорошо совпадают с экспериментом, что позволяет получить достаточную точность при расчете входного сопротивления микрополоскового преобразователя ПМСВ.

Предложена методика расчета сопротивления излучения многопо-лосковых преобразователей поверхностных магнитостатических волн, содержащих микрополосковую линию. Проведен расчет сопротивления излучения многополосковых решетчатых и меандровых преобразователей поверхностных магнитостатических волн.

Представлен точный метод расчета импеданса излучения микропо-лосковой линии, возбуждающей ПОМСВ. Проведен расчет импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ.

Установлено, что расчетные значения сопротивления излучения микрополосковой линии, возбуждающей ПОМСВ, хорошо совпадают с экспериментом.

Установлено, что при удалении решетчатой линии с числом полос-ков N - II яг. расстояние = 4 от поверхности пленки ЖИГ можно реализовать фильтр на ПОМСВ с полосой пропускания 20 МГц с удовлетворительными скатами и низким уровнем боковых лепестков.

Установлено, что для рабочей ПОМСВ в многополосковой меандро-вой линии один основной лепесток большой амплитуды и остальные лепестки малой амплитуды на частотной зависимости сопротивления излучения можно получить при числе полосок N =10 и зазоре между линией и пленкой ЖИГ, равном четырем толщинам пленки. Такие линии можно применять при конструировании многополосковых меандровых преобразователей ПМСВ для узкополосных полосно-пропускающих фильтров.

Представлен точный метод расчета импеданса излучения микрополосковой линии, возбуждающей ООМСВ.

Установлено, что расчетные значения сопротивления излучения микрополосковой линии, возбуждающей ООМСВ, хорошо совпадают с экспериментом, что позволяет получить достаточную точность при расчете входного сопротивления микрополоскового преобразователя ПОМСВ.

8. Установлено, что при удалении решетчатой линии с числом полос-ков N = 11 на расстояние g/D = 4 от поверхности пленки ЖИГ можно реализовать фильтр на ООМСВ с полосой пропускания 20 МГц с удовлетворительными скатами и низким уровнем боковых лепестков.

Установлено, что для рабочей ООМСВ в многополосковой меандро-вой линии один основной лепесток большой амплитуды и остальные лепестки малой амплитуды на частотной зависимости сопротивления излучения можно получить при числе полосок N =10 и зазоре между линией и пленкой ЖИГ, равном двум толщинам пленки. Такие линии можно применять при конструировании многополосковых меандровых преобразователей ООМСВ для узкополосных полосно-пропускающих фильтров.

9. Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн в структуре диэлектрик-феррит-диэлектрик-металл.

Для структуры воздух-ЖИГ-воздух проведен расчет дисперсии ПМСВ в области малых волновых чисел. Результаты расчета совпали с полученными в работе [109].

10. Для структуры воздух-ЖИГ-ГГГ-металл с толщиной пленки ЖИГ 10 мкм проведен расчет дисперсии ПМСВ. Установлено, что для ПМСВ, распространяющейся по границе воздух-ЖИГ при \к.\ >15 см"1, и для

ПМСВ, распространяющейся по границе ЖИГ-ГГГ при > 50 см"1, можно пользоваться магнитостатическим приближением.

Для структуры ГГГ-ЖИГ-поликор-металл с толщиной пленки ЖИГ 10 мкм и 100 мкм проведен расчет дисперсии ПМСВ и установлены границы применимости магнитостатического приближения для расчета дисперсионных характеристик прямой и обратной ПМСВ.

Для структуры ГГГ-ЖИГ-ТЛ-металл с толщиной пленки ЖИГ 100 мкм проведен расчет дисперсии ПМСВ. Установлено, что дисперсионные характеристики, рассчитанные в электродинамическом и магнито-статическом приближениях, у ПМСВ, распространяющейся по границе ГГГ-ЖИГ, практически совпадают при \к\ > 50-см"1, а у ПМСВ, распространяющейся по границе ЖИГ-ТЛ, - при |А:+| >100 см"1, и при больших волновых числах можно пользоваться магнитостатическим, приближением.

11. Представлен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн в структуре металл-феррит-диэлектрик-металл.

Для структуры металл-ЖИГ-ГГГ-металл с толщиной пленки ЖИГ 10 мкм и 100 мкм проведен расчет дисперсии ПМСВ и установлены границы применимости магнитостатического приближения для расчета дисперсионных характеристик прямой и обратной ПМСВ.

Для структуры металл-ЖИГ-ТЛ-металл с толщиной пластины ЖИГ 1000 мкм проведен расчет дисперсии ПМСВ. Установлено, что в случае толстой пластины ЖИГ и подложки из конденсаторной керамики ТЛ с диэлектрической проницаемостью = 75 в области малых волновых чисел точное электродинамическое решение значительно отличается от магнитостатического приближения. Показано, что только для

164 волновых чисел к > 100 см"1 для ПМСВ можно использовать магнито-статическое приближение.

12. В ТЕ-приближении рассчитаны дисперсионные характеристики падающей ПМСВ в структуре воздух-ЖИГ-ГГГ-металл и прошедшей под металлическую полуплоскость ПМСВ в структуре металл-ЖИГ-ГГГ-металл при толщине пленки ЖИГ 10 мкм и толщинах ГГГ-подложки 500 мкм и 100 мкм. Установлено, что вблизи низкочастотной границы в полосе частот 36 МГц для подложки ГГГ толщиной 500 мкм и 198 МГц для подложки 100 мкм падающая на металлическую полуплоскость ПМСВ будет полностью отражаться.

В ТЕ-приближении рассчитаны дисперсионные характеристики падающей ПМСВ в структуре воздух-ЖИГ-ГГГ-металл и прошедшей под металлическую полуплоскость ПМСВ в структуре металл-ЖИГ-ГГГ-металл при толщине пленки ЖИГ 100 мкм и толщинах ГГГ-подложки 1000 мкм и 500 мкм. Установлено, что вблизи низкочастотной границы в полосе частот 126 МГц для подложки ГГГ толщиной 1000 мкм и 257 МГц для подложки 500 мкм падающая на металлическую полуплоскость ПМСВ будет полностью отражаться.

В ТЕ-приближении рассчитаны дисперсионные характеристики падающей ПМСВ в структуре воздух-ЖИГ-ТЛ-металл и прошедшей под металлическую полуплоскость ПМСВ в структуре металл-ЖИГ-ТЛ-металл при толщине пластины ЖИГ 1000 мкм и толщинах ТЛ-подложки 1000 мкм и 500 мкм. Установлено, что при этих толщинах ТЛ-подложки во всей полосе частот падающая на металлическую полуплоскость ПМСВ будет полностью отражаться.

13. Предложен электродинамический метод расчета дисперсионных характеристик поверхностных электромагнитных волн, распространяющихся в толстой пластине (пленке), граничащей с диэлектрическими слоями различной диэлектрической проницаемости, и проведен расчет дисперсионных характеристик электромагнитных волн.

Установлено, что наличие диэлектрика с 52 = 15 под пластиной ЖИГ существенно изменяет дисперсионную характеристику обратной ПМСВ, распространяющейся по границе с этим диэлектриком; она значительно отличается как от характеристики этой волны в структуре воздух-ЖИГ-воздух с Б\ = 1, е2 = 1, £м = 15, так и от дисперсионной кривой, рассчитанной в магнитостатическом приближении. Дисперсионная характеристика прямой ПМСВ, распространяющейся по верхней границе ЖИГ-воздух, при волновых числах более 3 см"1 мало отличается как от характеристики этой волны в структуре воздух-ЖИГ-воздух с Б\ = 1, 82 — 1, £м = 15, так и от дисперсионной^кривой, рассчитанной в магнитостатическом приближении. Отличие состоит в том, что нижняя граничная частота этой волны смещается приблизительно на 200 МГц. Аналогичный эффект впервые описан для тонких пленок ЖИГ, расположенных на толстой пластине ГГГ [113], но смещение граничной частоты там составляло около 30 МГц. 14. В электродинамическом приближении получено интегральное уравнение для тока на металлической полоске, вызванного падающей на нее ПМСВ, в многослойной структуре, содержащей ферритовую пленку, диэлектрические слои и металлический экран. По теме диссертации опубликованы работы [57-80].

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, кандидату физико-математических наук, доценту кафедры радиофизики Иванову Виктору Николаевичу за помощь и постоянное внимание к работе.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М. Радио и связь. 1987 г.

2. Вапне Г.М. СВЧ-устройства на магнитостатических волнах. // Обзоры по электронной технике. Сер.1. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ Электроника. 1984 г. Вып. 8 (1060).

3. Ganguly А.К., Webb D.C. Microstrip excitation of magnetostaic surface waves: theory and experiment. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1975. V. MTT-23. № 12. P. 998-1006.

4. Ganguly A.K., Webb D.C., Banks C. Complex radiation impedance of microstrip excitied magnetostatic surface waves. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1978. V. MTT-26. № 6. P. 444-447.

5. Wu H.J., Smith C.V., Collins J.H., Owens J.M. Bandpass filtering with multibar magnetostatic surface wave microstrip trunsducers. // Electron. Letters. 1977. V. 13. №. 20. P. 610-611.

6. Wu H.J., Smith C.V., Owens J.M. Bandpass filtering and input impedance characterization for driven multielement transducer pair-delay line magnetostatic wave devices. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № 3. P. 2455-2457.

7. Вашковский A.B., Герус C.B., Дикштейн И.Е., Тарасенко В.В. Возбуждение поверхностных магнитостатических волн в ферромагнитных пластинах. // ЖТФ. 1979. Т. 49. № 3. С. 628-632.

8. Вашковский А.В., Зубков В.И., Кильдишев В.Н. Влияние диэлектрического зазора между преобразователем и ферритовой пленкой на возбуждение магнитостатических волн. // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28. №9. С. 1778-1782.

9. Вашковский А.В., Зубков В.И., Лебедь Б.М., Новиков Г.М. Узкополосная фильтрация СВЧ-сигналов при возбуждении магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната. // Радиотехника и электроника. 1985. Т. 30. № 8. С. 1513-1521.

10. Гипсман А.И. Расчет устройств на многополосковых линиях с поверхностной магнитостатической волной. // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1984. № 10. С. 41-43.

11. И. Parekh J.P., Tuan H.S. Meander line excitation of magnetostatic surface wave. //Proc. IEEE. 1979. V. 67. № 1. P. 182-183.

12. Parekh J.P. Theory for magnetostatic forward volume wave excitation. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № 3. P. 2452-2454.

13. Богачев C.B., Загрядский C.B. Входное сопротивление микрополоско-вого возбудителя МСВ в узком ферритовом волноводе при перпендикулярном намагничивании. // Тезисы докладов Первой объединённой конференции по магнитоэлектронике. Москва. 1995. С. 216-217.

14. Sethares J.C., Weinberg I.J. Apodization of variable coupling MSSW transducers. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № 3. P. 2458-2460.

15. Sethares J.C. Magnetostatic surface wave transducers. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1979. V. MTT- 27. № 11. P. 902-909.

16. Emtage P.R. Interaction of MSW with a current. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. № 8. P. 4475-4484.

17. Emtage P.R. Generation of magnetostatic surface waves by a microstrip. // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. № 7. P. 5122-5125.

18. Вугальтер Г.А., Махалин B.H. Отражение и возбуждение прямых объемных магнитостатических волн металлической полоской. // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29. № 7. С. 1252-1259.

19. Вугальтер Г.А., Махалин В.Н. Отражение и возбуждение поверхностных магнитостатических волн металлической полоской. // ЖТФ. 1985. Т. 55. №3. С. 497-506.

20. Owens J.M., Smith C.V., Lee S.N., Collins J.H. Magnetostatic wave propagation through periodic grating. // IEEE Transactions on Magnetics. 1978. V. MAG-14. № 5. P. 820-825.

21. Wahi P., Turski Z. Magnetostatic wave dispersive delay line. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1982. V. MTT-30. № 11. P. 2031-2033.

22. Щеглов И.М., Гилинский И.А., Сорокин В.Г. Теория возбуждения поверхностных магнитостатических волн микрополосковой линией. // ЖТФ. 1987. Т. 57. № 5. С. 943-952.

23. Щеглов И.М., Гилинский И.А. Теория возбуждения поверхностных магнитостатических волн микрополосковой линией. // Препринт 6-85. ИФП СО АН СССР. Новосибирск. 1985.

24. Гилинский И.А., Щеглов И.М. Возбуждение и прием поверхностных магнитостатических волн многоэлектродными преобразователями. // ЖТФ. 1989. Т. 59. № 7. С. 74-79.

25. Adam J.D., Bardaj Z.M., Collins J.H., Owens J.M. Tapped microwave non-dispersive magnetostatic delay lines. // Magnetism and Magnet. Mater. 1974. 20th Annu. Conf., AIP, San Francisco. P. 499-500.

26. Дмитриев В.Ф., Калиникос Б.А. Возбуждение распространяющихся волн намагниченности микрополосковыми антеннами. // Изв. вузов. Физика. 1988. Т. 31. № 11. С. 24-53.

27. Дмитриев В.Ф., Калиникос Б.А. К самосогласованной теории возбуждения спиновых волн многоэлементными антеннами. // ЖТФ. 1989. Т. 59. № 1.С. 197-200.

28. Вугальтер Г.А. Резонатор на поверхностных спиновых волнах. // Радиотехника и электроника. 1989. Т. 25. № 7. С. 1376-1383.

29. Ohgihara Т., Murakami Y., Okamoto Т. А 0.5-2.0 Ghz tunable bandpass filter using YIG film grown by LPE. // IEEE Trans, on Magnetics. 1987. V. MAG-23. № 5. P. 3745-3751.

30. Omori Т., Yashiro K., Ohkawa S. A study on magnetostatic surface wave excitation by microstrip. // IEICE Transactions on Electronics. 1994. V. E77C. № 2. P. 312-318.

31. Ohkawa S., Omori Т., Nishizawa K., Yashiro K. Measurments of radiation resistance of a simple microstrip and its near field for exitation of magnetostatic surface wave. // Тезисы докладов VI Школы по спинволновой электронике СВЧ. 1993. С. 66-67.

32. Susaki Н., Mikoshiba N. Tunable magnetostatic surface wave demultiplexing filter. //Electron. Letters. 1980. V. 16. № 18. P. 700-701.

33. Sethares J.C., Weinberg; I.J. Magnetostatic wave transducers. // Circuits, Syst. and Sign. Processing. 1985. V. 4. № 1-2. P. 41-62.

34. Sethares J.C., Weinberg I.J. Apodization of variable coupling MSSW transducers. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. № 3. P. 2458-2460.

35. Вугальтер Г.А., Гусев Б.Н., Гуревич A.F., Чивилева O.A. Возбуждение поверхностной магнитостатической волны копланарным преобразователем. // ЖТФ. 1986. Т. 56. № 1. С. 149-160.

36. Gurevich A.G. and Melkov G.A. Magnetic oscillations and waves. CRC Press. New York. 1996.

37. Stancil D.D. Theory of magnetostatic waves. Springer-Verlag. New York. 1993.

38. Kabos P. and Stalmachov V.S. Magnetostatic waves and their applications. Chapman & Hall. 1994.

39. Huynen, G. Verstraeten and A. Vander Vorst. Theoretical and experimental evidence of nonreciprocal effects on magnetostatic forward volume wave resonators // IEEE Microwave and Guided Wave Lett. 1995. V. 5. № 6. P. 195-197.

40. Zheng, M. Pardavi-Horvath and Xiaohua Huang. Experimental determination of an effective demagnetization factor for non-ellipsoidal geometries. // 40th МММ Conference, Phildelphia. Paper EP-21. 1995.

41. Ken'ichiro Yashiro. A new development of an equivalent circuit model for magnetostatic forward volume wave transducers. // IEEE Trans, on Microwave Theory and Tech. 1988. V. 36. № 6. P. 952-960.

42. Koike and Miyahara M. Analysis of MS W transducer electrode design by use of weighting functions. // Jap. J. Appl. Phys. 1992. V. 31. Supplent 31-l.P. 284-286.

43. Tsutsumi and Tamura S. Microstrip line filters using yttrium iron garnetfilm. // IEEE Trans, on Microwave Theory and Tech. 1992. Short Papers. V. 40. № 2. P. 400-402.

44. Васильев И.В., Макеева Г.С. Электродинамический анализ многопроводных полосковых возбудителей поверхностных магнитостатиче-ских волн в слоистых ферритовых волноведущих структурах. // Сборник "Спинволновая электроника СВЧ". Ашхабад. 1985. С. 119-120.

45. Загрядский С.В. Возбуждение магнитостатических волн в произвольнонамагниченных ферритовых пленках. // Радиотехника. 1991. № 3. С. 29-30.

46. Лысенко В.А. Передаточная функция СВЧ-устройств на магнитоста-тических волнах. // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 8. С. 1627-1634.

47. Сорокин В.Г., Богун П.В., Кандыба П.Е. Сопротивление излучения микрополосковой линии при возбуждении магнитостатических волн. // ЖТФ. 1986. Т. 56. № 12. С. 2377-2384.

48. Adam J.D., Daniel M.R., O'Keefe T.W. Magnetostatic wave devices. // Microwave Journal. 1982. V. 25. № 2. P. 95-99.

49. Miller N.D.J. Nondispersive magnetostatic-volume-wave delay line. // Electronics Letters. 1976. V. 12. № 18. P. 466-467.

50. Helszajn. YIG resonators and filters. John Wiley and Sons. New York. 1985.

51. Marcelli, M. Rossi and P. De Gasperis. Coupled magnetostatic volume wave straight edge resonators for multipole microwave filtering. // IEEE Trans, on Magnetics. 1995. V. 31. № 6. P. 3476-3478.

52. Вашковский A.B., Стальмахов B.C., Шараевский Ю.П. Магнитостати-ческие волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Изд. Са-рат. ун-та, 1993. 311 с.

53. Бабичев Р.К., Зубков В.И., Иванов В.Н., Натхин И.И., Махно В.И. Фильтры на магнитостатических волнах. // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45. № 8. С. 1014-1019.

54. Автоматизированное проектирование устройств СВЧ. Под ред. Никольского В.В. М.: Радио и связь, 1982. 272 с.

55. Давидович М.В. Интегральные уравнения для неоднородных планар-ных структур. // Материалы МНТК АПЭП-2000. Саратов. 2000. С. 60-63.

56. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т. 1. М.: Связь. 1971. 440 С.

57. Тимошенко П.Е., Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Зубков В.И. Импеданс микрополосковой линии для обратных объемных магнитостатических волн. // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52. № 12. С. 987-995.

58. Иванов В.Н. Зубков В.И., Бабичева Е.Р. Импеданс односторонней ко-планарной линии, расположенной над ферритовой пленкой. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2010. Т. 15. № 6. С. 5663.

59. Иванов В.Н., Зубков В.И., Бабичева Е.Р., Тимошенко П.Е. Импеданс микрополосковой линии, возбуждающей прямые объемные магнитостатические волны. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2010. Т. 15. №6. С. 64-67.

60. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н., Бабичева Г.В. Поверхностные волны в толстой касательно намагниченной ферритовой пленке. // Труды XVIII международной конференции "Электромагнитное поле и материалы". Москва-Фирсановка. 19-21 ноября 2010 г. С. 197-203.

61. Бабичева Е.Р., Иванов В.Н. Бабичева Г.В. Поверхностные волны в толстой касательно намагниченной ферритовой пленке. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16. № 5. С. 25-28.

62. Иванов В.Н., Зубков В.И., Бабичев Р.К., Высторопец Г.В., Дегтярев

63. Д.С. Погонный импеданс копланарного излучателя поверхностных магнитостатических волн. //Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50. № 8 С. 985-990.

64. Вугальтер Г.А., Гусев Б.Н., Гуревич А.Г., Чивилева O.A. Возбуждениеповерхностной магнитостатической волны копланарным преобразователем.//ЖТФ. 1986. Т. 56. № 1. С. 149-160.

65. Гусев Б.Н., Гуревич А.Г., Вугальтер Г.А., Краснов Е.С. Возбуждение иприем поверхностных спиновых волн несимметричными копланар-ными преобразователями. //Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12. № 9. С. 537541.

66. Дмитриев В.Ф. Селективные свойства спин-волновых устройств на основе щелевых и копланарных линий //Радиотехника и электроника, 1990. Т. 35. №9. С. 1821-1829.

67. Lerer A.M., Schuchinsky A.G. Full-wave analysis of three-dimensional planar structures. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1993. V. MTT-41. № 11. P. 2002-2015.

68. Новиков Г.М., Петрунькин Е.З. Особенности возбуждения МСВ копланарной линией. // Электронная техника. Серия 1. Электроника

69. СВЧ. 1983. B.l (196). С. 28-29.

70. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз. 1962.

71. Гельфанд И.М., Шилов Г.Е. Обобщенные функции и действия над ними. М.: Физматгиз. 1958.

72. Бабичев Р.К., Бабичева Г.В., Иванов В.Н. Эквивалентные схемы преобразователей магнитостатических волн. //Радиотехника и электроника. 1995. Т. 40. № u.c. 1721-1725.

73. Справочник по специальным функциям. / Под редакцией Абрамовича М. и Стиган ИМ.: Наука. 1979.

74. Иванов В.Н., Бабичев Р.К., Зубков В.И. Сопротивление излучения и индуктивность микрополосковой линии, содержащей продольно намагниченный ферритовый слой с экраном. // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. № 1. С. 38-42.

75. Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований. М.: Наука. 1969. Т. 1.

76. Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований. М.: Наука. 1970. Т. 2.

77. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз. 1962.

78. Справочник программиста. Л.: Судпромгиз. 1963. Т.1.

79. Павинский П.П. Волновые функции кулонова поля. // ЖЭТФ. 1939. Т. 9. №4. С. 411-418.

80. Суэтин П.К. Классические ортогональные многочлены. М.: Наука. 1979.

81. Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации.1. M.: Мир. 1980.

82. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука. 1973. Т. 1.

83. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир. 1980.

84. Бабичев Р.К., Бабичева Г.В., Иванов В.Н. Эквивалентные схемы преобразователей магнитостатических волн. Радиотехника и электроника. 1995. Т. 40. № 11. С. 1721-1725.

85. Иванов В.Н., Бабичев Р.К., Зубков В.И. Метод расчета импеданса микрополоскового возбудителя поверхностных магнитостатических волн. //Радиотехники и электроника. 1998. Т. 43. № 6. С. 722-728.

86. Marcelli R., Rossi M., De Gasperis P., Jun Su. Magnetostatic wave single and multiple resonators. // IEEE Trans, on Magnetics. 1996. V. 32. № 5. P. 4156-4161.

87. Weinberg I.J. Insertion loss for magnetostatic volume waves. // IEEE Trans. 1982. on Magnetics. V. MAG-18. № 6. P. 1607-1609.

88. Вашковский A.B, Локк Э.Г. Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых пленках. // УФН. 2006. Т. 176. № 4. С. 403-414.

89. Parekh J.P., Tuan H.S. Exitation of magnetostatic backward volume waves. // IEEE Trans, on Magnetics. 1980. V. 16. № 5. P. 1165-1167.

90. Вугальтер Г.А. Отражение поверхностной магнитостатической волны от металлической полуплоскости. // Радиотехника и электроника. 1981. Т. 26. № 7. С. 1382-1390.

91. Вашковский A.B., Локк Э.Г. Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных пленках. // УФН. 2006. Т. 176. № 5. С. 557-562.

92. Yukawa Т., Yamada J., Abe K., Ikenoue J. Effects of metal on the dispersion relation of magnetostatic surface wave. // Japan. J. Appl. Phys. 1977. V. 16. № 12. P. 2187-2196.

93. Yashiro K., Guan N., Ohkawa S. Reflection of magnetostatic surface waves by a metal half-plane. // Microwave Conference Proceedings. 1993. APMC.V. 2. P. 10-21.

94. Вашковский A.B., Локк Э.Г. Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых пленках. // УФН. 2006. Т. 176. № 4. С. 403-414.

95. Вашковский А.В., Локк Э.Г. Влияние диэлектрической подложки и магнитных потерь на дисперсию и свойства поверхностной магнито-статической волны. // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46. № 6. С. 729-738.

96. Guan N., Yashiro К., Ohkawa S. An integral kernel expansion approach to analysis of reflection of magnetostatic surface waves by a microstrip. // Microwave Conference Proceedings. 1993. АРМС. V. 2. P. 10-25.

97. Weinberg J.J. Dispersion relations for magnetostatic waves. // IEEE Ultrason. Sympos. Boston. 1980. V. 1. P. 557-561.

98. Marcelli R. and De Gasperis P. (Editors). Advanced Linear and Non-linear Microwave Signal Processing by means of Magnetostatic Wave Devices. Research Signpost. Trivandrum. India. 1996.

99. Marcelli R. and Nikitov S.A. (Editors). Nonlinear Microwave Signal Processing: Towards a New Range of Devices. Nonlinear Microwave Magnetic and Magnetooptic Information Processing. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. The Netherlands. 1996.

100. Marcelli R.and Nikitov S.A. Magnetostatic surface wave solitons induced by cross-phase modulation. // Europhysics Letters. 2001. V. 54 (1), P. 9197.

101. Filimonov Yu.A., Marcelli R., Nikitov S.A. Non-linear Magnetostatic Surface Waves Pulse Propagation, in Ferrite-Dielectric-Metal Structure. // IEEE Trans, on Magnetics. 2002. V. 38. № 5. P. 3105-3107.

102. Giancarlo Bartolucci, Romolo Marcelli and Jinsong Chen. Phase Noise Characterization of Planar Magnetostatic Wave Oscillators. // Electronics Letters. 2003. Vol. 39. No.5. P. 442-443.

103. George Sajin, Romolo Marcelli, Alina Cismaru, Florea Craciunoiu. Cascaded Band-Stop MSW Resonators on Micromachined Silicon Membrane. // Proceedings of CAS 2003. Sinaia. Romania. September 28 October 2. P. 117-120.

104. George Sajin, Romolo Marcelli, Alina Cismaru, Florea Craciunoiu. Double YIG chip Band-Stop Resonator on Silicon Membrane. // Proceedings of EuMC (European Microwave Conference) 2003. Munich. October 6-10. P. 135-138.

105. Tuan H.S. and Parekh J.P. MSFVW diffraction loss. // T-MAG. 1987. Sep. P. 3331-3333.

106. Peng L.P., Parekh J.P. and Tuan H.S. Theory of MSFVW excitation in YIGfilm by a finite-length microstrip transducer. 11T-MAG. 1998. Jul. P. 13961398.

107. Bajpai S.N., Carter R.L., Owens J.M. Insertion loss of magnetostatic surface wave delay lines. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 1988. V.MTT-36. № l.P. 132-136.

108. Huynen I., Vorst A.V. Theoretical and experimental evidence of nonrecip-rocal effects on magnetostatic forward volume wave resonators. // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1995. № 6. P. 195-197.

109. Chang K., Ishak W.S. Magnetostatic forward volume wave straight edge resonators. // IEEE MTT-S Digest. 1986.

110. Edwards T. Foundations for microstrip circuit design. New York. John Wiley & Sons. 1992.

111. Zagriadski S.V. and Choi S. Electrodynamic theory of multiport structures using magnetostatic waves in ferrite filmes and its applications. // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. 2003. V. MTT-51. № 3. P. 744-751.