Распространение магнитостатических волн в магнитных каналах, создваемых двумерно неоднородным полем подмагничивания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

На правах рукописи

АННЕНКОВ Александр Юрьевич

РАСПРОСТРАНЕНИЕ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН В МАГНИТНЫХ КАНАЛАХ, СОЗДАВАЕМЫХ ДВУМЕРНО НЕОДНОРОДНЫМ ПОЛЕМ ПОДМАГНИЧИВАНИЯ

01.04.11 Физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математича

003470704

Москва —2009

003470704

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН (Фрязинский филиал)

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

с.н.с. Герус Сергей Валерианович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Фетисов Юрий Константинович

кандидат физико-математических наук, доцент Сырьев Николай Егорович

Ведущая организация: ФГУП «НПП «Исток», г. Фрязино

Защита состоится « 19» июня 2009 г. в « 12:00 » на заседании диссертационного совета Д002.231.01 при Учреждении Российской академии наук Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН по адресу: 125009, г. Москва ГСП-9, ул. Моховая, 11, корп. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН.

Автореферат разослан «18» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета .

доктор физико-математических наук, /ьиХ^^^ '

профессор I/ (/ С. Н. Артеменко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие систем радиолокации, навигации и связи требует разработки и создания элементной базы интегральных схем СВЧ для аналоговой обработки сигналов непосредственно в СВЧ диапазоне. С технической точки зрения весьма перспективными в этом плане являются устройства на магнитостатических волнах (МСВ), обладающие рядом привлекательных свойств: широким диапазоном рабочих частот (до 60 ГГц), низкими потерями, возможностью электронной перестройки обрабатываемых частот и согласования с существующими твердотельными генераторами и усилителями.

В последнее время все большее внимание уделяется изучению распространения МСВ в неоднородных магнитных полях. Связано это с возможностью канализации МСВ в каналах, создаваемых этими полями внутри ферритовой пленки. В качестве источников неоднородного поля возможно использование микромагнитов. Локально намагничивая ферритовую пленку, они создают в ней неоднородные в поперечном сечении каналы, в которых могут распространяться МСВ.

Кроме того, дальнейшее развитие технологии тонких магнитных пленок, по-видимому, позволит располагать на общей подложке полупроводниковые и спин-волновые элементы устройств вместе с миниатюрными пленочными магнитами, что обеспечит стабильность параметров приборов и значительно снизит их габариты.

Целью диссертационной работы является изучение волноведущих свойств магнитных каналов, создаваемых в ферритовых пленках неоднородными полями различной формы и исследование типов и особенностей распространяющихся в них магнитостатических волн.

Для волноводных мод, распространяющихся в канале, очень важно знать их распределение в поперечном сечении. В связи с этим возник интерес не только к дисперсионным свойствам МСВ, которые изучаются уже довольно долго, но и к распределению полей МСВ внутри ферритовой пленки, которое до сих пор почти всегда опускалось. Поэтому в диссертации большое внимание уделено рассмотрению распределения магнитного потенциала исследуемых МСВ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Произведена сепарация МСВ мод, экспериментально наблюдаемых в канале, созданном неоднородным магнитным полем. Выявлены особенности их распределения по ширине канала.

2. Методами компьютерного моделирования обнаружено расталкивание объемных мод МСВ внутри канала, созданного неоднородным полем подмаг-ничивания.

3. Экспериментально обнаружено попеременное перетекание энергии при распространении МСВ в двух связанных параллельных магнитных каналах.

4. Методами компьютерного моделирования показано, что намагниченная область ферритовой пленки между двумя связанными каналами может ве

себя и как проводник переменного поля и как среда с собственными колебаниями.

5. Доказано влияние формы неоднородности постоянного магнитного поля на дисперсионные характеристики МСВ мод, распространяющихся в образованном этим полем волноводе.

6. Экспериментально показана возможность распространения объемных МСВ как в одиночных каналах, так и в каналах магнитной решетки перпендикулярно магнитному полю, отсутствующее в однородном поле.

7. Обнаружена особенность распределения объемных МСВ по толщине в касательно намагниченной ферритовой пластине при критическом направлении волнового вектора, совпадающим с направлением отсечки для поверхностных МСВ.

Новые научные результаты, полученные в ходе диссертационного исследования, позволили сформулировать положения, выносимые на защиту:

1.МСВ, возбуждаемые в магнитном канале, образованном в ферритовой пленке неоднородным касательным полем типа «вал», имеют многомодовый характер. Эффективная ширина поверхностных МСВ мод в магнитном канале зависит как от волнового числа, так и от номера моды. В области малых волновых чисел распределение поверхностных МСВ мод по толщине пленки проходит через ноль, что характерно для объемных волн; а ширина моды увеличивается с ростом волнового числа.

2. Наличие магнитного канала обеспечивает возможность распространения объемных МСВ перпендикулярно касательному магнитному полю. Волновод-ные объемные моды имеют прямую дисперсию в отличие от обратной дисперсии у ОМСВ в однородно намагниченной ферритовой пленке. Наличие канала приводит к взаимодействию между собой объемных МСВ мод, существующих в однородно намагниченной ферритовой пленке.

3. Два связанных магнитных канала с промежутком между ними одновременно являются волноводом сложной формы; намагниченная область ферритовой пленки между каналами в зависимости от частоты ведет себя и как инертное пространство и как среда с собственными колебаниями.

4. Выбирая соответствующим образом конфигурацию поля подмагничива-ния, создающего МСВ-волновод, можно управлять формой дисперсионных кривых волноводных мод, добиваясь их прямолинейности в требуемых диапазонах частот.

5. Вид распределения объёмных МСВ по толщине касательно намагниченной ферромагнитной пластины имеет скачкообразное изменение при совпадении направления волнового вектора с направлением отсечки для поверхностных волн.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Выявлены закономерности распространения МСВ в магнитных каналах.

2. Создан пакет программ, позволяющий рассчитывать магнитное поле, создаваемое реальными магнитами различной формы.

3. Создан пакет программ, позволяющий моделировать распространение МСВ волн в магнитных каналах, созданных двумерно неоднородным полем подмагничивания различной конфигурации.

4. Получены точные выражения, описывающие распределения объемных и поверхностных МСВ внутри однородно намагниченной ферритовой пленки.

Перечисленные результаты могут быть использованы для расчетов СВЧ устройств на МСВ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведен в конце диссертации.

Достоверность результатов работы подтверждается, во-первых, теоретическим расчётом, выполненным при помощи общепринятых методик; во-вторых, согласием основных теоретических положений с результатами экспериментов; в-третьих, соответствием этих результатов данным, полученным в работах других авторов.

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

1. V Всесоюзная школа-семинар "Спинволновая электроника СВЧ". Звенигород, 8-13.10.1991.

2. XI Международная конференция по гиромагнитной электронике и электродинамике. Москва, МЭИ, 16-20.10.1992.

3. VI Всесоюзная школа-семинар "Спинволновая электроника СВЧ". Саратов, 4-8.09.1993.

4. XII International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Bulgaria, Gyulechitsa, 19-23.09.1994.

5. Первая объединенная конференция по магнитноэлектронике, Москва, 19-21.09.1995.

6. XIII International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Busteni, 23-26.09.1996.

7. XVI Международная школа-семинар «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники». Москва, МГУ, 23-26.06.1998.

8. XIV International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Hungary , Eger, 11-15.10.1998.

9. VIII международная конференция по спиновой электронике. Москва (Фирсановка). 12-14.11.1999.

10. XVII Международная школа-семинар «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники». Москва, МГУ, 20-23.06.2000.

11. XII Международная конференция по спиновой электронике и гировек-торной электродинамике. Москва (Фирсановка), 19-21.11.2003.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы, в том числе 9 статей в реферируемых изданиях и 15 публикаций в сборниках трудов международных научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения и списка использованных литературных источников. Она содержит 159 страниц текста, включая 43 рисунка, 1 таблицу и список литературы из 46 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность выбранного направления исследования, сформулированы цель работы и задачи, которые решаются в диссертации, кратко изложено содержание диссертации и перечислены положения, выносимые на защиту.

В начале первого раздела приводится обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных распространению МСВ в неоднородных полях различной конфигурации. Эти работы можно условно разделить на те, в которых исследуется распространение лучей МСВ в неоднородном поле и те, в которых непосредственно изучается волноводный эффект в некой ферритовой структуре.

В первой части этих работ, например [Л1], [Л2], [ЛЗ], [Л4], [Л5], для анализа использовались методы геометрической оптики, когда исходная краевая задача решалась в приближении Ы » 1, где к — длина МСВ, / — характерный размер неоднородности поля подмагничивания или ширина пучка. Были рассчитаны и измерены методом подвижного зонда траектории лучей МСВ в полях типа «вал» [Л4] и «желоб» [Л5] и показана возможность фокусировки поверхностных МСВ в касательно намагниченных однородным полем ферри-товых пластинах. Во второй части работ либо выбиралась настолько специфическая модель неоднородности поля, что конечное решение удавалось довести до формул [Л6], [Л7], [Л8], либо использовались численные методы: граничных элементов [Л9], связанных интегральных уравнений [Л10], частичных областей [Л11] и конечных элементов [Л12] для анализа однородно намагниченных МСВ волноводов конечной ширины [Л9], [Л10], [Л11] и ферритовых пленок с неоднородным внутренним полем, канализирующим МСВ [Л 12].

Показано что, несмотря на обилие статей по неоднородным полям, в экспериментальных работах исследовались в основном характеристики каналов как линий задержки, т. е. времена задержки, амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, сам модовый состав волноводов еще не был исследован, а теоретические работы опирались на недостаточно реальные модели, что создавало трудности при сопоставлении их с экспериментом.

Далее проводится экспериментальное исследование и моделирование на ЭВМ распространения мод поверхностных магнитостатических волн (МСВ) в канале, образованном двумерно-неоднородным магнитным полем малогабаритного магнита в неограниченной ферромагнитной пленке.

Сигналы развертки

Сигналы положения

Входной сигнал

Датчики положения преобразователя

Выходной преобразователь МСВ—СВЧ (0.15 мм)

Магнитный канал

ЖИГ 9...20 мкм

Входной преобразователь СВЧ—МСВ (4 мм)

SmCo-микромагнит 1 х 3.5 х 40 мм Рис. 1. Схема экспериментальной установки.

Схема установки приведена на рис. 1. В качестве магнитной среды использовалась пленка железо-иттриевого граната (ЖИГ) с развитой плоскостью (111). Волны возбуждались и принимались антеннами—преобразователями. Длина возбуждающей антенны позволяла возбуждать волну сразу по всей ширине канала. МСВ сигнал принимался антенной-зондом. Под пленкой располагался прямоугольный микромагнит, который создавал в пленке намагниченную до насыщения область в виде протяженного канала с практически неизменными свойствами вдоль него. Микромагнит был намагничен вдоль его ширины, что соответствовало касательному намагничиванию ферритовой пленки. Границы канала определялись плавно меняющимся поперек канала внутренним магнитным полем. С приемного преобразователя сигнал подавался на измеритель коэффициента передачи и записывался в компьютер. Положение преобразователей на пленке ЖИГ можно было изменять как вручную, так и с помощью электроприводов, что давало возможность с помощью подключенных к ЭВМ датчиков перемещения выходного преобразователя автоматизировать эксперимент. Датчики позволяли определять положение преобразователей с точностью до 1 мкм. В ходе эксперимента проводились измерения подвижным зондом, который перемещался вдоль канала.

Исследовалась область частот 2...4 ГГц при волновых числах 5... 1000 см"1, где анизотропия и обменное взаимодействие вносят малые возмущения в энергию магнитной системы кристалла, поэтому используемые модели описывают физические процессы достаточно адекватно и отличие измеренных параметров от реальных не велико.

Измеренный сигнал

к, 1/см

Рис. 2. Сигнал С (у), его спектр и распределения амплитуд первых пяти

МСВ-мод по ширине волновода г в зависимости от их волнового числа к.

На рис. 2 изображена измеренная зависимость амплитуды прошедшего сигнала от расстояния, на которой хорошо видны биения от суммирования разных мод. Применение к этому сигналу преобразования Фурье, результат которого так же приведен на рис. 2, позволяло выделить волновые числа распространяющихся в канале мод. Для получения распределения мод по ширине канала было сделаны множество проходов для разных значений поперечной координаты г. На полученном таким образом распределении хорошо просматривается наличие нескольких мод, распространяющихся в канале.

Численное моделирование проведено на основе решения двумерной магни-тостатической задачи сеточным методом [Л13, Л14]. Были найдены распределения МСВ мод по поперечному сечению волновода и исследовано их поведение в зависимости от частоты. Получены дисперсионные кривые МСВ мод. Расчетные и экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии.

Анализ полученных результатов показал, что у края канала «полуволны» имеют большую ширину и амплитуду. Объясняется это уменьшением поля и, следовательно, поперечного волнового числа на краю канала. Второй закономерностью является увеличение эффективной ширина моды с ростом ее номера. Так как граница моды соответствует обращению поперечного волнового числа в ноль, то чем больше номер моды, тем больше продольное волновое число, тем меньше поле, при котором поперечное волновое число обращается в ноль и тем больше ширина канала.

Обнаружено, в области малых волновых чисел поверхностные МСВ трансформируются в объемные, так как распределение амплитуды моды по толщине проходит через ноль, что характерно для объемных волн. Ширина моды в этой области увеличивается с ростом волнового числа.

Также были проведены расчеты для объемных волн в прямоугольном канале. Как известно, в свободной пленке объемные МСВ не распространяются перпендикулярно магнитному полю. Однако волноводная мода как бы описывается двумя плоскими волнами, которые распространяются под углом к оси канала и образуют стоячую волну по его ширине, поэтому волновой вектор этих плоских волн имеет разрешенное для объемных волн направление. Дисперсионные кривые волноводных мод получаются сечением дисперсионных поверхностей объемных мод свободной пленки плоскостями X = п"к1ку (где ку — поперечное волновое число, п — целое число) и поэтому имеют прямую дисперсию. При этом возникает множество пересечений дисперсионных кривых между собой, в которых, в зависимости от значения интеграл взаимодействия, либо наблюдается расталкивание, либо нет.

У объемных мод обнаружилось еще одно свойство. При изменении продольного волнового числа от нуля до бесконечности, суммарный волновой вектор продольной и поперечной компонент меняет свое направление от поперечного до продольного. При определенном направлении потенциал на верхней поверхности пленки достигает максимума. В этой точке наблюдается максимальное проникновение поля волны как за пределы пленки ЖИГ, так и за пределы канала, В соответствии с теорией, которая изложена в шестом разделе, направление суммарного вектора в этой точке совпадает с углом отсечки для поверхностных волн.

Во втором разделе экспериментально изучено распространение магнито-статических волн в двухканальной системе, созданной магнитным полем двух прямоугольных микромагнитов в пленке железоиттриевого граната. Магнито-статическая волна возбуждалась в одном из каналов и измерялось изменение ее амплитуды вдоль каждого канала.

В качестве работ, посвященным проблемам взаимодействия МСВ мод в расположенных рядом волноводах, можно привести экспериментальную работу [Л15] для квазиобъемных обратных МСВ. В работе приводились результаты экспериментального исследования взаимодействия двух волноводов в виде полосок, вырезанных из пленки ЖИГ. Изучалось прохождение возникающих в таких волноводах объемных МСВ мод как по основному каналу, так и ответвление их в соседний канал. Была показана возможность эффективной связи между каналами. Однако взаимодействие магнитных каналов в одной пленке раннее не исследовалось.

На левом графике рис. 3 представлены результаты измерений для первой моды. Зависимость амплитуды от расстояния имела осциллирующий характер на фоне убывания амплитуды. Осцилляции в каждом канале были сдвинуты на полпериода относительно друг друга, что говорило о попеременном обмене энергии между распространяющимися в соседних каналах МСВ. Увеличение расстояния между магнитами приводило к увеличению периода осцилляции и уменьшению их амплитуды до нуля при переходе к невзаимодействующим волноводам.

А, отн. ед Юг

I

Р = 3.4 ГГц — 1-ый канал ■■ 2-ой канал

ил

их

0.5

0.0

3.2 3.4

3.6

3.8

0

10

20

у, мм

а)

6)

Рис. 3. Зависимость амплитуды выходного сигнала А от координаты (а) и зависимость характерной длины Ь и приведенной длины Ь/Х от частоты (б) .

На правом графике рис. 3 представлена зависимость приведенного к длине волны периода перекачки Ь от частоты. Измерения показали, что с ростом волнового числа количество волн на период осцилляций увеличивалось, а, значит, связь между каналами ослабевала, что связано с уменьшением как ширины канала, так и проникновения волны за его пределы.

В третьем разделе проведено численное моделирование квазиповерхностных магнитостатических волн, распространяющихся в ферритовой пленке по двум связанным магнитным каналам.

В качестве каналообразующей модели было выбрано неоднородное поле прямоугольной конфигурации. Для достаточно широких по сравнению с толщиной пленки каналов дисперсионные характеристики этой модели довольно близки к реальным, что позволило использовать ее для анализа общих закономерностей двухканального волновода.

Показано, что взаимодействие между каналами проявляется по разному в зависимости от длины волны. В длинноволновой области взаимовлияние каналов носит распределенный характер; в коротковолновой области взаимодействие каналов происходит как бы по их границе. Намагниченная область ферритовой пленки между каналами ведет себя и как проводник переменного поля, и как среда с собственными колебаниями, что, при определенных условиях, может превратить волновод в трехканальный, как это видно на рис. 4.

На рис. 4 приведено три распределения пятой моды для разных частот. На первом и втором видно, что волна распространяется по всей ширине волновода, включая центральную часть. Во второй точке она даже преобладает в ней. Последняя точка лежит выше верхней границы существования МСВ в центральном канале и, значит, МСВ в нем не распространяются. Волновод становится двухканальным.

1

с! = 0.0183 мм \л/ = 1 мм Б = 2 мм

1

3.7 ГГц 503 см-1

(

-0.2> ^ 0 2 -О.Т^ О

2

Рис. 4. Нормированное распределение магнитного потенциала ¥5-ой моды

при разных частотах.

Показано, что дисперсионные кривые магнитостатических мод двухканаль-ного волновода лежат в зонах, ограниченных дисперсионными кривыми соответствующих мод одноканального волновода - одиночной и двойной ширины. При увеличении зазора между каналами дисперсионные кривые нечетных мод смещаются в коротковолновую область, а четных - в длинноволновую.

В четвертом разделе проводится численное моделирование волноводного распространения магнитостатических волн в волноводе из двух прямоугольных каналов. Конфигурация поля приведена на рис. 5. Выбор поля позволил обеспечить совместное сосуществование и интеграцию поверхностных и объёмных типов волн.

Были исследованы случаи слабой и сильной связи между сформированными каналами. Рассчитаны дисперсионные характеристики и распределения волновых функций. Показано, что с ростом частоты амплитуды стоячих «полуволн», число которых остаётся постоянным и характеризует данную моду, в соседних каналах попеременно возрастают и убывают. При этом «полуволны» перетекают в канал с более высоким значением поля подмагничивания.

На рис. 5 приведены дисперсионные кривые как для составного волновода, так и для составляющих его каналов. В местах пересечения дисперсионных кривых исходных каналов образовались области расталкивания, обозначенные закрашенными кружками. Наличие сильной связи привело к размытию этих областей и смещению их в сторону меньших волновых чисел. Видно, что в местах расталкивания меняется тип кривизны дисперсионных кривых и появляются вогнутые и выпуклые участки.

Р, ГГц

Рис. 5. Дисперсионные кривые первых четырех мод составного волновода С (жирные линии), а также уединенных каналов А (сплошные линии) и В (пунктирные линии).

В диапазоне одновременного существования объемной волны в узком канале и поверхностной волны в широком образуется гибридная объемно-поверхностная мода составного волновода. Ее энергия сосредотачивается в том канале, ближе к дисперсионной кривой которого проходит дисперсионная кривая составного волновода. В области расталкивания исходных мод происходит перетекание энергии волны из одного канала в другой. Следует отметить, что для гибридной объемно-поверхностной моды количество «полуволн» по ширине канала не является постоянным на всем протяжении дисперсионной кривой, как это наблюдалось у поверхностных мод.

В пятом разделе обсуждаются результаты экспериментального исследования взаимодействия поверхностной МСВ с одномерной магнитной решеткой (МР), созданной стационарным пространственно-синусоидальным магнитным полем в пленке железо-иггриевого граната (ЖИГ). Геометрия задачи приведена на рис. 6. МР создавалась стационарным пространственно-периодическим магнитным полем и располагалась параллельно плоскости пленки феррита. Поле МР было мало по сравнению внешним однородным полем. Геометрия задачи заведомо исключала режимы брэгговской или раман-натовской дифракции.

¿Е- дБ Н0 = 565 Э, ТМР = 430 мкм

а)

6)

Рис. 6. Рассеяние МСВ на магнитной решетке. Геометрия задачи (а) и АЧХпрошедшего и отраженного сигналов (б).

Вначале было исследовано рассеяние падающей поверхностной МСВ на МР. На рис. 6 приведена АЧХ прошедшей и отраженной волны из которой видно, что наличие МР приводит к отражению низкочастотной части спектра МСВ от МР как от зеркала. Это свидетельствуют о том, что МР, несмотря на малую амплитуду создаваемого ею магнитного поля по сравнению с однородным полем подмагничивания Н0 (7/МР/Я0 <0.15), образует волноводные структуры с дисперсионными характеристиками, заметно отличающимися от существующих для чистой поверхности пленки ЖИГ.

Теоретический анализ указанного явления состоял в решении граничной проблемы, аналогичной задаче Деймона-Эшбаха, но с учетом того, что магнитная проницаемость феррита периодически зависит от координат. Расчеты показали, что наличие МР сдвигает начало дисперсионной кривой поверхностной МСВ вверх по частоте, что и объясняет образование низкочастотной зоны непропускания.

Также было проведено теоретическое и экспериментальное исследование распространения магнитостатических волн в каналах, созданных МР. На рис. 7 приведены АЧХ и дисперсионные кривые для МР с периодом 610 мкм.

Было показано, что стационарное пространственно-синусоидальное магнитное поле может создавать в пленке железоиттриевого граната структуру, канализирующую магнитостатические волны (МСВ). Эти волны являются либо видоизмененными поверхностными (ПМСВ), либо объемными (ОМСВ), имеющими положительную дисперсию. Исследовано изменение волновых функций и дисперсионных характеристик ПМСВ и ОМСВ в зависимости от периода и амплитуды периодического магнитного поля.

Р, ГГц

Рпр. 1Рпад.. дБ -I-'-1------'-'-

-20 -30 -40 0 100 200

Рис. 7. Распространение МСВ в каналах магнитной решетки. Схема измерений, АЧХи соответствующие ей дисперсионные зависимости МСВ.

Теоретический анализ заключался в решение уравнений Максвелла в маг-нитостатическом приближении с учетом магнитного поля решетки. Дисперсионные зависимости, полученные в результате расчетов, представлены на графике пунктирными линиями.

Шестой раздел посвящен теоретическому исследованию распределения полей поверхностных и объемных магнитостатических волн при их распространении под произвольным углом к постоянному полю в касательно намагниченной ферромагнитной пластине. Исследование является развитием классической работы Деймона и Эшбаха [Л16].

Рассматривалось магнитостатическое приближение в геометрии, приведенной на рис. 8.

Использованный подход позволил получить решения для волновых чисел и распределения полей при произвольном направлении волнового вектора. Из граничных условий выводилось выражение для отношения нормальной и касательной составляющих магнитного поля на поверхностях ферритовой пластины:

* н\Х 2) 'асо50-±(П„-Г22)'

—(

Затем такое же выражение выводилось для поля внутри пластины.

/ ч [ Ш(ф) для поверхностных МСВ, (^(ф) для объемных МСВ.

Приравнивание этих выражений позволяло найти значения фазы стоячей волны на поверхностях пленки:

о-д/оЧО' -П1)х [а2 -Г2Н(С2Н +С05га:)]

Г(Ф±) =

Псо5ог±(£2„-П2)

а затем, используя формулу кх ё = (Ф+-Ф_), волновые числа.

Как известно, магнитное поле МСВ вращается по эллипсу, полуосями которого являются нормальная и касательная компоненты. Форма и амплитуда эллипса зависят как от толщинной координаты, так и от волнового числа. Теоретический анализ показал, что в длинноволновой области преобладает нормальная составляющая поля, а в коротковолновой — касательная.

Поверхностные волны

И А1

Г=3 ГГц; '-эмв = 3 см, *-ОБМ = Ю-4 см

Д-мсв = 10х<1 «с — Уол отсечки

-с1/2

толщина пленки

Объемные волны (1 мода)

И

-сГ/2

с1/2

-1

ас

«с+1°

XI

ас-1°

Рис. 8. Распределений по толщине компонент переменного магнитного поля МСВ для разных направлений волнового вектора и разных длин волн в однородно намагниченной касательным полем ферритовой пленке.

На рис. 8. приведен ряд распределений по толщине компонент переменного магнитного поля МСВ для разных направлений волнового вектора и разных длин волн. Для поверхностных волн можно отметить, что большая полуось эллипса прецессии перпендикулярна пленке, так как нормальная компонента всегда больше касательной. Рост волнового числа уменьшает эксцентриситет эллипса, а удаление от поверхности вглубь ферритовой пленки — увеличивает.

Объемные волны имеют периодическое распределение по толщине. При этом условия на границе пленки одинаковы для всех мод, а увеличение номера моды сводится к добавлению очередной «полуволны». На рис. 8. приведены распределения для 1-ой моды.

У объемных волн обнаружилась следующая особенность: вид распределения объемных волн по толщине имеет скачкообразное изменение при направлении волнового вектора, соответствующего углу отсечки для поверхностных волн. Это явление представлено на рис. 8. распределениями для трех близких направлений волнового вектора: в направлении угла отсечки и на 1 градус больше и меньше. Для углов больше угла отсечки распределение имеет вид прямой линии, в самом угле отсечки по толщине укладывается четверть волны, а для углов меньше угла отсечки по толщине укладывается пол волны. Таким образом при прохождении угла отсечки в распределение добавляется одна «полуволна».

Рис. 9. Линии магнитного поля объемных МСВ.

Были построены мгновенные картины линий магнитного поля волны, приведенные на рис. 9. Для поверхностных волн они не имеют особенностей и хорошо известны. Приведенные картины поля объемных волн построены для одинаковых волновых чисел, но направление волнового вектора на левом рисунке меньше угла отсечки на 2°, а на правом — больше на 2°. Вследствие особенности объемных волн в угле отсечки распределение линий поля внутри ферромагнетика на этих рисунках отличается весьма значительно. Например, горизонтальная линия, соответствующая вырождению эллипса в линейные колебания касательной компоненты, есть только на левом распределении.

В седьмом разделе приведен макет шестиканального частотно разделительного СВЧ фильтра на поверхностных магнитостатических волнах. Поле магнитной системы неоднородно, что создает разные условия распространения МСВ для размещенных в ее межполюсном пространстве трех планарных двух-канальных фильтров. Фильтры содержат поликоровую подложку с полосковы-ми линиями, к которым присоединяются проволочные антенны. Прямоугольные ферритовые пленки ЖИГ установлены так, что они касаются поверхностью и перекрывают входную и выходные антенны. Описан принцип построения и приведены характеристики макета. Указаны пути дальнейшего совершенствования фильтра.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1. В результате экспериментальных измерений и численного моделирования на ЭВМ было показано, что протяженное двумерно-неоднородное магнитное поле образует в ферритовой пленке магнитный канал, в котором могут распространяться МСВ-моды, причем распространение носит многомо-довый характер. Ширина канала, занимаемого модой, зависит от частоты, причем эта зависимость носит немонотонный характер. В области малых волновых векторов распределение амплитуды поверхностной МСВ моды по толщине пленки имеет форму, свойственную объемным волнам. Эффективная ширина моды увеличивается с ростом ее номера.

Дисперсионные кривые объемных мод прямоугольного канала пересекаются между собой. При этом одни из них взаимодействуют между собой, образуя области расталкивания, а другие не взаимодействуют, пересекаясь без расталкивания. В местах расталкивания объемных мод не сохраняется постоянство количества «полуволн» магнитостатического потенциала при движении вдоль дисперсионной кривой. На дисперсионной кривой объемной моды существует точка, в которой наблюдается максимальное проникновение поля как за границы канала, так и за поверхности пленки, и эта точка соответствует характерному углу отсечки суммарного волнового вектора, совпадающего с известным углом отсечки поверхностных МСВ.

Глава 2. В результате проведенных экспериментальных исследований была продемонстрирована возможность создания связанных каналов МСВ с помощью неоднородного магнитного поля. Показано, что эта связь носит частотно зависимый характер и что ею можно управлять, меняя профиль неоднородности постоянного магнитного поля.

Глава 3. В результате проведенного численного моделирования показано, что в длинноволновой области взаимовлияние каналов носит распределенный характер, т. к. в этой части спектра дипольное магнитное поле, определяющее их взаимодействие, является дальнодействующим. Намагниченная область ферритовой пленки между каналами ведет себя и как проводник переменного поля и как среда с собственными колебаниями. При уменьшении разницы в намагничивании центральной и боковых областей до некоторого порога устанавливается мода единого широкого волновода, не «замечающая» границ между каналами.

В коротковолновой области высокочастотное поле не проникает далеко за границы канала и поэтому взаимодействие каналов происходит как бы по их границе. Наличие намагниченной области в промежутке между каналами может приводить к возбуждению в ней собственных МСВ мод, что превращает волновод в трехканальный, а с точки зрения воздействия боковых каналов друг на друга увеличивает константу их взаимосвязи. Волновые функции МСВ мод при этом могут приобретать самые различные формы.

Дисперсионные кривые МСВ мод двухканального волновода лежат в зонах, ограниченных дисперсионными кривыми соответствующих мод одноканаль-ного волновода двойной ширины, при увеличении зазора между каналами й дисперсионные кривые нечетных мод смещаются в коротковолновую область, а четных — в длинноволновую; в пределе они попарно сливаются, что означает вырождение соответствующих симметричных и антисимметричных мод.

Глава 4. Показано, что, выбирая соответствующим образом конфигурацию поля подмагничивания, создающего МСВ-волновод, можно «конструировать» дисперсионные кривые, отличные от экспоненциального вида, характерного для одиночных прямоугольных волноводов, создавая в заданных областях дисперсионных кривых выпуклые и вогнутые участки контролируемой кривизны.

Распределение волновой функции в каждом канале двойного волновода имеет вид периодической функции, характеризуемой числом «полуволн». С ростом частоты «полуволны» перетекают из одного канала в другой так, что в высокочастотной области вся волна концентрируется в канале с максимальным полем подмагничивания. Число нулей указанной функции постоянно во всем частотном диапазоне существования поверхностных МСВ.

Если в области кроссовера соседние «полуволны» из разных каналов находятся в фазе, то на дисперсионной кривой имеет место вогнутый участок. В противном случае дисперсионная кривая выпукла. С уменьшением расстояния между каналами (увеличением связи) уменьшается кривизна выпуклых и вогнутых участков на дисперсионной кривой, меняется их расположение.

Области расталкивания объемно-поверхностных мод составного волновода соответствуют либо пересечению дисперсионных кривых мод разных каналов, либо пересечению дисперсионных кривых объемных мод в одном из каналов.

Глава 5. Показано, что МР образует структуры с динамическими характеристиками, заметно отличающимися от существующих для чистой поверхности пленки ЖИГ, создавая возможность частотно-избирательного отражения ПМСВ.

Теоретический анализ указанного явления показал, что для ПМСВ, падающих на область с МР со стороны свободной поверхности ферромагнитной пленки, образуется низкочастотная зона непропускания (отражения) ПМСВ. Это подтверждается наблюдаемым в эксперименте отражением магнитной решеткой ПМСВ из длинноволновой области спектра.

Исследовано возбуждение и распространение МСВ в каналах, создаваемых стационарным пространственно-периодическим магнитным полем малой амплитуды. В результате выявлено смещение спектра ПМСВ в область высших частот с увеличением амплитуды поля МР и обнаружена зависящая от амплитуды поля и периода МР отсечка длинноволновых ПМСВ.

Изучение объемных МСВ, бегущих в каналах МР, показало, что они имеют прямую дисперсию, в отличие от обратной дисперсии у ОМСВ в свободной касательно намагниченной пленке ЖИГ.

Глава 6. Для поверхностных МСВ в свободной ферритовой пленке главная ось эллипса прецессии магнитного поля ориентирована перпендикулярно поверхности пластины ферромагнетика. Эллипс на верхней поверхности стремится стать окружностью при распространении МСВ перпендикулярно полю подмагничивания и стремлении волнового числа к бесконечности. Удаление от поверхности вглубь ферритовой пленки увеличивает эксцентриситет эллипса.

Для объемных МСВ в свободной ферритовой пленке изменение эллипса прецессии при движении по толщине пленки носит периодический характер. При этом он проходит все возможные состояния, включая изменение направления вращения и вырождение в колебания по одной из координат.

У объемных МСВ наблюдается особенность при углах распространения, близких к углу отсечки для поверхностных волн ас. При изменении направления распространения в сторону уменьшения угла а во время прохождения значения а=ас происходит почти скачкообразное увеличение пространственной фазы на верхней поверхности ферромагнетика, наиболее заметное в области малых волновых чисел, при почти не изменяющемся значении фазы на нижней поверхности, что приводит к резкому изменению картины распределения магнитного поля объемной МСВ по толщине пластины ЖИГ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Анненков А. Ю., Вашковский А. В., Зубков В. И., Щеглов В. И. Многока-

нальный частотно-разделительный фильтр на пакетированных ферритовых структурах / Сб. трудов V Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроникаСВЧ", Звенигород, 8-13.10.1991.-С. 123-124.

2. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В. Канализация магнитостатиче-

ских волн в квазикасательном неоднородном магнитном поле / Сб. трудов V Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Звенигород, 8-13.10.1991.-С. 15-16.

3. Анненков А. Ю., Вороненко А. В., Герус С. В., Сотников И. В. Рассеяние

поверхностных магнитостатических волн магнитными решетками / Радиотехника и электроника. - 1992. - Т. 37, № 1.-С. 157-159.

4. Анненков А. Ю., Вашковский А. В., Зубков В. И., Щеглов В. И. Частотно-

разделительный фильтр на пакете неоднородно намагниченных ферритовых пленок / Сб. трудов XI Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике, Москва, МЭИ, 16-20.10.1992.

5. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В. Распространение магнитоста-

тических волн в стационарном, пространственно-периодическом магнитном поле / Радиотехника и электроника. - 1992. - Т. 37, № 8. - С. 1371-1380.

6. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., Васильев И, В., Васильева М.

В., Ковалев С. И. Модовый состав волновода ПМСВ, создаваемого неоднородным магнитным полем / Сб. трудов VI Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4-8.09.1993. - С. 70-71.

7. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., Васильев И. В., Васильева М.

В., Ковалев С. И. Исследование первой моды ПМСВ в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / Сб. трудов VI Всесоюзной школы-

семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4-8.09.1993.-С. 72-73.

8. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Mode structure of magnetostatic waveguide, cre-

ated by a nonuniform bias field / Proceedings of ХП-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Bulgaria, Gyulechitsa, 19-23.09.1994.-P. 12-16.

9. Анненков А. Ю., Васильев И. В., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды поверхно-

стных магнитостатических волн в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / ЖТФ. - 1995. - Т. 65, № 4. - С. 71-82, библ. 27.

10. Анненков А. Ю., Вашковский А. В., Зубков В. И., Щеглов В. И. Использование пакета неоднородно намагниченных ферритовых пленок в многоканальном частотно-разделительном фильтре сверхвысокой частоты / Радиотехника и электроника. - 1995. - Т. 40, № 7. - С. 1146-1152.

11. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в перекрывающихся магнитных каналах / Тезисы докладов первой объединенной конференция по магнитноэлектронике, Москва, 19-21.09.1995. -С. 141-142, библ.4.

12. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Structure of magnetostatic backward volume waves. / Proceedings of ХШ-th International International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Bus-teni, 23-26.09.1996.-P. 79-84. Bibl. 1.

13. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Magnetostatic waves in overlapped magnetic channels. / Proceedings of ХШ-th International International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Bus-teni, 23-26.09.1996.-P. 85-92. Bibl. 1.

14. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в двух связанных каналах, образованных магнитным полем. / Радиотехника и электроника. - 1996. - Т. 41, № 2. - С. 216-219.

15. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Численное моделирование квазиповерхностных магнитостатических волн в ферритовой пленке с двумя-магнитными каналами. / ЖТФ. - 1998. - Т. 68, № 2. - С. 91-96.

16. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды квазиповерхностных магнитостатических волн в двухканальном ферритовом волноводе / Сб. трудов XVI Международной школы-семинара «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники, Москва, МГУ. -23-26.06.1998. - С. 87-88.

17. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Features of Distribution of magnetostatic Waves in Tangentially Magnetized Ferromagnetic Plate / Proceedings of XlV-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics), Hungary , Eger. - 11-15.10.1998. - Vol. 1. - P. 37-40, Bibl. 1.

18. Анненков А. Ю., Герус С. В. Расчет магнитостатических волновых функций для касательно намагниченной ферромагнитной пленки / Proceedings of XIV-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics), Hungary, Eger. - 11-15.10.1998. - Vol. 2. - P. 64-75, Bibl. 6.

19. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распределение полей магнитостатических волн в касательно намагниченной ферромагнитной пластине / ЖТФ. - 1999. -Т. 69, № 1.-С. 82-87.

20. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Влияние формы постоянного неоднородного поля, создающего канал в ферромагнетике, на дисперсионные свойства магнитостатических мод и вид распределения потенциала по ширине канала. / Сб. трудов VIII международной конференции по спиновой электронике. Москва (Фирсановка). - 12-14.11.1999. - Изд-во МЭИ. -

С. 116-124.

21. Анненков А. Ю., Герус С. В. Поверхностные магнитостатические волны в канале, создаваемом ступенчатым полем подмагничивания / Сб. трудов XVII Международной школы-семинара «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники», Москва, МЭИ. -20-23.06. 2000. - С. 397-398.

22. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Трансформация поверхностных магнитостатических волн, канализируемых ступенчатым полем подмагничивания / ЖТФ. - 2002. - Т. 72, № 6. - С. 85-89.

Annenkov А. Yu., Gerus S. V., Kovalev S. I. Transformation of Surface Magne-tostatic Waves Channeled by a Step Bias Field / Technical Physics ISSN 1063-7842.-V. 47, № 6. -P. 737.

23. Анненков А.Ю., Герус C.B., Ковалев С.И. МСВ-моды ступенчатого магнитного волновода / Сб. трудов XII Международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсановка). - 19-21.11.2003 / М: Изд-во УНЦ № 1 МЭИ (ТУ). - 2003. - С. 291-301.

24. Анненков А.Ю., Герус С.В., Ковалев С.И. Объемные и поверхностно-объемные магнитостатические волны в волноводах, создаваемых ступенчатым полем подмагничивания / ЖТФ. - 2004. - Т. 74, № 2. - С. 98-104.

Цитируемая литература:

Л1. Awai I., Ikenoue J. Magnetostatic surface wave propagation in a nonuniform magnetic field / J. Appl. Phis. - 1980. - V. 51, № 5. - P. 2326-2331.

JI2. Бурлак Г.Н. MCB в ферромагнитных пленках при неоднородном магнитном поле / Письма в ЖТФ. - 1986. - Т. 12, № 24. - С. 1476 1480.

ЛЗ. Вызулин С.А., Короткое В.В., Розенсон А.Э. Траектория и амплитуда монохроматической МСВ в ферритовой пленке, намагниченной неоднородным полем / Радиотехника и электроника. - 1991. - Т. 36, № 10. - С. 2024 2030

Л4. Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В.И. Распространение поверхностных МСВ в неоднородном постоянном магнитном поле с профилем типа вала / РЭ. - 1990. - Т. 35, № 8. - С. 1617-1623.

Л5. Вашковский А.В., Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В.И. Распространение ПМСВ в неоднородном постоянном магнитном поле типа протяженной ямы /ЖТФ.- 1990.-Т. 60,№7.-С. 138 142.

Л6. Morgenthaler F.R. Control of MSW in thin films by means of spatially nonuniform bias fields / Circuits Syst. Signal Process. - 1985. -V. 4, № 1-2. - P. 63-88.

Л7. Каменецкий E.O., Соловьев O.B. МСВ в касательно намагниченных пленках феррита с поперечной неоднородностью поля / ЖТФ. - 1990. - Т. 60, № 8.-С. 124 131.

Л8. Tsutsumi М., Masaoka Y., Ohira Т., Kumagai N. New technique for MSW delay lines / IEEE Trans. -1981. - MTT 29, № 6. - P. 583 587.

Л9. Yashiro Y., Miyazaki M., Ohkawa S. Boundary element method approach to MSW problems / IEEE Trans. - 1985. - MTT 33, № 3. - P. 248 253.

Л10. Radmanesh M., Chu С. M., Haddad G.I. MSW propagation in finite YIG-loaded rectangular waveguide / IEEE Tranas. - 1986. - MTT 34, № 12. - P. 1377 1382.

Л11. Radmanesh M., Chu С. M., Haddad G.I , Chu, Haddad_MSW in normally magnetized waveguide structure / IEEE Trans. - 1987. - MTT 35, № 12. - P. 1226 1230.

Л12.. Koshiba M., Long Y. Finite-element analisis of MSW propagation in YIG film of finite dimensions / IEEE Trans. - 1989. - MTT 37, № 11. - P. 1768 1772.

Л13. Васильев И.В., Ковалев С.И. Электродинамическая теория волноводных структур с МСВ / РЭ. - 1993. - Т. 38, № 12. - С. 2174-2185.

Л14. Александрова М.Г., Белянин А.Н., Брюкнер В. и др. Расчет электрических цепей и элетромагнитных полей на ЭВМ / М.: Радио и связь, 1983. — 344 с.

Л15. Каменецкий Е.О., Соловьев О.В. Магнитостатические моды в системе свя-занных спиновых волноводов в касательном поперечном магнитном поле / Письма в ЖТФ. - 1990. - Т. 16, № 17. - С. 28-32.

Л16. Damon R.W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of ferromagnet slab / J. Phys. Chem. Solids.-1961.-V. 19, № 3/4.-P. 308.

Подписано в печать 15.05.2009 г.

Печать трафаретная Усл.п.л. —1,0 Заказ № 549 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Список основных обозначений и сокращений.

Введение.

Глава 1. Распространение магнитостатических волн в магнитных каналах.

1.1. Обзор.

1.2. Постановка задачи и методика измерений.

1.3. Численное моделирование распространения магнитостатических волн в магнитном канале.

1.4. Анализ теоретических и экспериментальных результатов.

1.5. Численное моделирование объемных мод.

1.6. Выводы.

Глава 2. Экспериментальное исследование распространения магнитостатических волн в связанных магнитных каналах.

2.1. Введение.

2.2. Постановка задачи и методика измерений.

2.3. Зависимость энергии ПМСВ в каждом канале от продольной координаты.

2.4. Зависимость периода перекачки энергии от частоты ПМСВ.

2.5. Влияние многомодовости.

2.6. Выводы.

Глава 3. Численное моделирование распространения магнитостатических волн в связанных магнитных каналах.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Методика расчета.

3.3. Распределение потенциала поперек волновода.

3.4. Исследование поведения первой моды.

3.5. Исследование поведения мод высокого порядка.

3.6. Анализ дисперсионных характеристик.

3.7. Выводы.

Глава 4. Магнитные каналы сложной формы.

4.1. Введение.

4.2. Математическая модель.

4.3. Случай поверхностных МСВ в обоих каналах сложного волновода.

4.4. Поведение при слабой связи.

4.5. Поведение при сильной связи.

4.6. Случай объемных МСВ в одном канале и поверхностных МСВ в другом канале.

4.7. Выводы.

Глава 5. Магнитные пространственные решетки.

5.1. Введение.

5.2. Экспериментальная установка.

5.3. Рассеяние поверхностных магнитостатических волн на магнитной решетке.

5.4. Экспериментальное исследование распространения магнитостатических волн в каналах магнитной решетки.

5.5. Аналитическое решение магнитостатических волн в каналах магнитной решетки.

5.6. Выводы.

Глава 6. Структура магнитостатических волн в касательно намагниченной ферритовой пластине.

6.1. Обзор.

6.2. Основные соотношения.

6.3. Обсуждение результатов.

6.4. Выводы.

Глава 7. Использование пакета неоднородно намагниченных ферритовых пленок в многоканальном частотно-разделительном фильтре СВЧ.

Развитие систем радиолокации, навигации и связи требует разработки и создания элементной базы интегральных схем СВЧ для аналоговой обработки сигналов непосредственно в СВЧ диапазоне. С технической точки зрения весьма перспективными в этом плане являются устройства на магнитостати-ческих волнах (МСВ), обладающие рядом привлекательных свойств: широким диапазоном рабочих частот (до 60 ГГц), относительно низкими потерями, возможностью электронной перестройки обрабатываемых частот и согласования с существующими твердотельными генераторами и усилителями.

В последнее время все большее внимание уделяется изучению распространения МСВ в неоднородных магнитных полях. Связано это с возможностью канализации МСВ в каналах, создаваемых этими полями внутри ферри-товой пленки.

В качестве источников неоднородного поля возможно использование микромагнитов. Локально намагничивая ферритовую пленку, они создают в ней неоднородные в поперечном сечении каналы, в которых могут распространяться МСВ.

Кроме того, дальнейшее развитие технологии тонких магнитных пленок, по-видимому, позволит располагать на общей подложке полупроводниковые и спин-волновые элементы устройств вместе с миниатюрными пленочными магнитами, что обеспечит стабильность параметров приборов и значительно снизит их габариты.

Целью диссертационной работы является изучение волноведущих свойств магнитных каналов, создаваемых в ферритовых пленках неоднородными полями различной формы и исследование типов и особенностей распространяющихся в них магнитостатических волн.

Для волноводных мод, распространяющихся в канале, очень важно знать их распределение в поперечном сечении. В связи с этим возник интерес не только к дисперсионным свойствам МСВ, которые изучаются уже довольно долго, но и к распределению полей МСВ внутри ферритовой пленки, которое до сих пор почти всегда опускалось. Поэтому в диссертации большое внимание уделено рассмотрению распределения магнитного потенциала исследуемых МСВ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Произведена сепарация МСВ мод, экспериментально наблюдаемых в канале, созданном неоднородным магнитным полем. Выявлены особенности их распределения по ширине канала.

2. Методами компьютерного моделирования обнаружено расталкивание объемных мод МСВ внутри канала, созданного неоднородным полем под-магничивания.

3. Экспериментально обнаружено попеременное перетекание энергии при распространении МСВ в двух связанных параллельных магнитных каналах.

4. Методами компьютерного моделирования показано, что намагниченная область ферритовой пленки между двумя связанными каналами может вести себя и как проводник переменного поля и как среда с собственными колебаниями.

5. Доказано влияние формы неоднородности постоянного магнитного поля на дисперсионные характеристики МСВ мод, распространяющихся в образованном этим полем волноводе.

6. Экспериментально показана возможность распространения объемных МСВ в каналах магнитной решетки перпендикулярно магнитному полю, отсутствующая в однородном поле.

7. Обнаружена особенность распределения объемных МСВ по толщине в касательно намагниченной ферритовой пластине при критическом направлении волнового вектора, совпадающим с направлением отсечки для поверхностных МСВ.

Новые научные результаты, полученные в ходе диссертационного исследования, позволили сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту.

1. МСВ, возбуждаемые в магнитном канале, образованном в ферритовой пленке неоднородным касательным полем типа «вал», имеют многомодовый характер. Эффективная ширина поверхностных МСВ мод в магнитном канале зависит как от волнового числа, так и от номера моды. В области малых волновых чисел распределение поверхностных МСВ мод по толщине пленки проходит через ноль, что характерно для объемных волн; а ширина моды увеличивается с ростом волнового числа.

2. Наличие магнитного канала обеспечивает возможность распространения объемных МСВ перпендикулярно касательному магнитному полю. Вол-новодные объемные моды имеют прямую дисперсию, в отличие от обратной дисперсии у ОМСВ в однородно намагниченной ферритовой пленке. Наличие канала приводит к взаимодействию между собой объёмных МСВ мод, существующих в однородно намагниченной ферритовой плёнке.

3. Два связанных магнитных канала с промежутком между ними одновременно являются волноводом сложной формы; намагниченная область ферритовой пленки между каналами в зависимости от частоты ведет себя и как инертное пространство и как среда с собственными колебаниями.

4. Выбирая соответствующим образом конфигурацию поля подмагничи-вания, создающего МСВ-волновод, можно управлять формой дисперсионных кривых волноводных мод, добиваясь их прямолинейности в требуемых диапазонах частот.

5. Вид распределения объёмных МСВ по толщине касательно намагниченной ферромагнитной пластины имеет скачкообразное изменение при совпадении направления волнового вектора с направлением отсечки для поверхностных волн.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Выявлены закономерности распространения МСВ в магнитных каналах.

2. Создан пакет программ, позволяющий рассчитывать магнитное поле, создаваемое реальными магнитами различной формы.

3. Создан пакет программ, позволяющий моделировать распространение МСВ волн в магнитных каналах, созданных двумерно неоднородным полем подмагничивания различной конфигурации.

4. Получены точные выражения, описывающие распределения объемных и поверхностных МСВ внутри однородно намагниченной ферритовой пленки.

Перечисленные результаты могут быть использованы для расчетов СВЧ устройств на МСВ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведен в конце диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения и списка использованных литературных источников.

6.4. Выводы

Для поверхностных МСВ:

1. Главная ось эллипса прецессии магнитного поля поверхностных МСВ ориентирована перпендикулярно поверхности пластины ферромагнетика.

- 1342. Для заданных значений частоты и угла распространения максимальное значение эксцентриситет эллипса принимает на нижней поверхности пластины. При перемещении к верхней поверхности амплитуда поля растет, а эксцентриситета эллипса уменьшается. Эллипс на верхней границе стремится стать окружностью при распространении МСВ перпендикулярно полю подмагничивания (ос = 0) и стремлении волнового числа к бесконечности.

3. С увеличением, угла а эксцентриситет на нижней границе пластины практически не меняется, градиент изменения эксцентриситета по толщине пластины нарастает, но полный размах значений эксцентриситета сжимается до нуля при приближении угла ос к его критическому значению ас вместе с сокращением частотного диапазона.

Для объемных МСВ:

1. В отличие от поверхностных МСВ, изменение эллипса прецессии объемных МСВ при движении по толщине пленки носит периодический характер. При этом он проходит все возможные состояния, включая изменение направления вращения и вырождение в колебания по одной из координат.

2. У объемных МСВ наблюдается особенность при углах распространения, близких к углу отсечки для поверхностных волн ас. При изменении направления распространения в сторону уменьшения угла а во время прохождения значения ос = ас происходит скачкообразное увеличение пространственной фазы на верхней поверхности ферромагнетика, наиболее заметное в области малых волновых чисел, при почти не изменяющемся значении фазы на нижней поверхности, что приводит к резкому изменению картины распределения магнитного поля объемной МСВ по толщине пластины ЖИГ.

Глава 7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАКЕТА НЕОДНОРОДНО НАМАГНИЧЕННЫХ ФЕРРИТОВЫХ ПЛЕНОК В МНОГОКАНАЛЬНОМ ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНОМ ФИЛЬТРЕ СВЧ

В многоканальных приемниках РЛС специального назначения используются блоки фильтров, принцип работы которых основан на распространении волн различной природы в твердых телах, в частности, магнитостатиче-ских волн (МСВ) в ферритовых пленках [42]. Были предложены два типа многоканальных частотно-разделительных СВЧ-фильтров на МСВ: на объемных МСВ (ОМСВ) [42, 43] и поверхностных МСВ (ПМСВ) [44]. Фильтр на ОМСВ представляет собой набор однотипных одноканальных фильтров, настроенных на разные частоты, которые объединены общей магнитной системой и корпусом. Такие планарные фильтры не совместны с объемными интегральными схемами (ОИС), они имеют достаточно большие габариты [42,43]. Фильтр на ПМСВ имеет недостаточное пространственное разделение каналов.

Ниже приведены результаты исследований по созданию совместимых с ОИС многоканальных частотно-разделительных СВЧ-фильтров на ПМСВ в виде пакета-этажерки (несколько фильтров, расположенных друг над другом) одиночных фильтров (каждый из которых является многоканальным), помещенных в одну магнитную систему. В качестве примера (рис. 7.1) описывается макет шестиканального частотно-разделительного фильтра СВЧ с простейшей магнитной системой 1, в межполюсном пространстве которой установлен пакет из трех параллельных друг другу планарных двухканальных фильтров 4, 5 я 6.

Рис. 7.1.

Макет шестиканального частотно-разделительного фильтра.

Магнитная система 1 состоит из П-образного ярма из мягкого железа (СТ-3) 2 и двух магнитов 3 из 8тСо5, выполненных в форме прямоугольных параллелепипедов размерами 30 х 30 х 7,5 мм и намагниченных перпендикулярно их широким граням. Зазор между широкими гранями магнитов равен 17 мм. Габариты магнитной системы 60 х 30 х 42 мм, а рабочей области — 50 х 13 х 17 мм. Фильтры 4, 5, 6 содержат поликоровую подложку с полоско-выми линиями, к которым присоединены проволочные входная 7 и выходные 8 антенны длиной Змм и диаметром 12мкм. Намагниченные в плоскости прямоугольные ферритовые пленки 9 установлены так, что они касаются поверхностью и перекрывают входную и выходные антенны. Ферритовые пленки 9 вырезаны из одной пленки железоиттриевого граната (ЖИГ) с намагниченностью насыщения 1750 Гс, с шириной резонансной линии 0,6 Э и толщиной 10 мкм, выращенной на подложке из галлий-гадолиниевого граната толщиной 0,5 мм. Размеры ферритовых пленок составляли 10x15 мм

Подмагничивающее поле Н является неоднородным в любой плоскости между полюсами магнитной системы. Обычное требование к любой конструкции магнитной системы ферритовых устройств — создание однородного поля в месте расположения ферритового образца, что облегчает реализацию устройств ([45]). Однако допускается использование «слабой» неоднородности подмагничивающего поля для существенного улучшения характеристик ферритовых устройств ([45]). В нашем случае в каждом одиночном фильтре в плоскости пленки ЖИГ целенаправленно создается различное по величине неоднородное подмагничивающее поле, которое, как показано в [46, 6, 7, 4], существенно влияет на распространение ПМСВ.

Введем систему координат. Начало ее (точку 0) расположим посередине расстояния между центрами магнитов 3. Оси X, V, Z параллельны ребрам магнитов, плоскость'.YD^-параллельна широким граням магнитов, а плоскость Y0Z (х = const) параллельна поверхностям ферритовых пленок ЖИГ. Магнитное поле в рабочей области направлено в основном перпендикулярно широким граням магнитов (по оси Z).

Поскольку любая неоднородность подмагничивающего поля Н существенно влияет на распространение ПМСВ [46, 6, 7, 4], необходимо знать ее конкретный вид. В описываемой магнитной системе благодаря ее симметрии и сравнительно большим поперечным размерам полюсов (30 х 30 мм) по сравнению с величиной зазора (17 мм) составляющие поля НхиНу вдоль осей X и Y малы по сравнению с составляющей поля Н- вдоль оси Z (не более 10%). Поэтому основное влияние на распространение ПМСВ в пленках ЖИГ должна оказывать неоднородность поля Н~, описываемая зависимостями Hz(x) и Hz(z). Первая из них определяет величину поля в плоскости каждой из пленок ЖИГ, а вторая — вид неоднородности поля Н:, которая может или концентрировать энергию ПМСВ, заставляя пучки ПМСВ различных частот распространяться в узком пространственном канале на поверхности пленки ЖИГ и уменьшая потери на распространение ПМСВ (поле в виде «вала» [46, 6]), или рассеивать пучки ПМСВ различных частот веером в стороны и увеличивать потери на распространение ПМСВ (поле в виде «долины» или линейно неоднородное [46, 7]).

Измеренное распределение z-составляющей магнитного поля Н: в рабочей области приведено на рис. 7.2. На рис. 7.2, а показана зависимость Н: от х при y = z= 0. Краям полюсов магнитов соответствуют jc = ±15 мм. Видно, что поле в центре рабочей области близко к 2200 Э, практически постоянно в области -10 мм < х < 10 мм и спадает при удалении вдоль оси X от центра на ±15 мм до 1500. 1600 Э, а при удалении на ±25 мм до 500 Э. а) б)

Рис. 7.2.

Зависимости поля Н2 от координат х (<з) и г (б)

На рис. 7.2, б представлена зависимость составляющей Н: от z при различных значениях х. Кривая, 1 снята при х = 0, что соответствует плоскому участку на зависимости Н:(х), приведенной на рис. 7.2, а. Из рис. 7.2, б видно, что в этом случае поле Hz в пределах —6 мм < z < 6 мм сохраняется практически постоянным (с уменьшением в центре на 0.04% от его абсолютной величины). Кривые 2 и 3 сняты при значениях х = 10 и 15 мм, которые соответствуют краю плоского участка (кривая 2) и началу спада (кривая 3) зависимости Н2(рс), приведенной на рис. 7.2, а. При этих значениях х поле Н~ имеет вид долины с большим (около 10% для кривой 2 и 20% для кривой 3) минимумом в окрестности z = 0. Кривые 5 и 6 сняты при значениях х = 17.5 и 20 мм, которые приходятся на спад зависимости Н~(рс). При этих значениях х поле Н: имеет вид вала с большим (около 16% для кривой 5 и более 40% для кривой 6) максимумом в окрестности z — 0. Изменение конфигурации поля Н2, от долины к валу наблюдается при х = 17 мм, где при всех z в интервале от -6 до 6 мм поле сохраняет почти постоянное значение, близкое к 1400 Э (кривая 4). В силу симметрии магнитной системы при отрицательных значениях х распределение поля Hz полностью аналогично описанному. Такое поведение поля H:{z) в зависимости от параметра х позволяет утверждать, исходя из [46, 6, 7, 4], что затухание ПМСВ при распространении вдоль оси Y должно быть достаточно малым в окрестностях плоскостей х = ±18.20 мм, средним — около плоскостей х = 0их=17 мм, а вне их — достаточно большим.

Эти предположения о затухании ПМСВ проверены при исследовании распространения ПМСВ в одиночном фильтре, где входная и выходная (одна) антенны сделаны, как и в [6, 7], подвижными и находились непосредственно на пленке ЖИГ. Пленка ЖИГ в этом фильтре располагалась в разных плоскостях рабочей области магнитной системы х = const. Фильтр можно было как целое перемещать поступательно вдоль оси X с разрешением не хуже 0.1 мм, что позволяло определять плоскости х = const в рабочей области магнитной системы, в которых нужно расположить фильтр для получения заданных амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) каналов частотно-разделительного фильтра. Механическая система крепления антенн позволяла перемещать их в произвольных направлениях в плоскости Y0Z, а также вращать вокруг оси X, что давало возможность определить оптимальное расположение антенн в каждом из фильтров (после чего в эти места устанавливались стационарные антенны). Разделение каналов по частоте в фильтрах происходило из-за пространственной дисперсии ПМСВ различных частот при их распространении в подмагничивающем поле Н: [44, 46, 6, 7, 4]. При малых расстояниях между входной и выходной антеннами пространственное разделение пучков ПМСВ различных частот в любом неоднородном поле Н: выражено сильнее, чем в однородном поле Н0, и наибольшее разделение пучков ПМСВ происходит, когда входная антенна параллельна оси Z. Положения выходной антенны подбираются в зависимости от требуемых АЧХ каналов частотно-разделительного фильтра. Из-за малого расстояния между входной и выходными антеннами (от 2 до 4 мм) выходные антенны были почти параллельны друг другу и входной антенне.

Центральные частоты и полосы пропускания каналов частотно-разделительного фильтра можно выбрать, зная частотный диапазон существования ПМСВ в неоднородном поле Нс (зависимости частот нижней и верхней границ диапазон существования ПМСВ /ннж и /верх от х или зависимости частоты нижней границы диапазона существования ПМСВ /шж и абсолютной величины частотного диапазона существования ПМСВ А/=/верк —/ннж от х).

Д/, МГц а /, МГц

8000

6000

4000

200 2000 у/" Г7Г7777Т7Л

ГраНИЦЫ мш шная

У/у, ,////////у^/уу/у////х///7.

77777777777777,

V,

-20 -10 0 а)

10 20

-20 -10 а А, дБ

10 20

У777777/77Я777/У7/777777 У.

Границы магнита

Л, мм

X, мм б)

Рис. 7.3.

Зависимости частоты нижней границы диапазона существования ПМСВ /„„ж (сплошная кривая) и абсолютной величины частотного диапазона существования ПМСВ А/(штриховая кривая) (а) и амплитуды ПМСВ (б) от координаты х.

Характеристики ПМСВ измеряли при помощи одиночного фильтра. На рис. 7.3, а показана, зависимость от х частоты нижней границы диапазона существования ПМСВ /нкк (сплошная кривая) и величины А/, измеренной по уровню —3 дБ от максимума (штриховая кривая), при расположении подвижных антенн в центре магнитной системы (центр симметрии антенной пары совпадал с точкой у = 2 = 0. Из рис. 7.3, а видно, что вблизи центра магнитной системы при -10 мм <л: < 10 мм частота нижней границы диапазона существования ПМСВ А/ практически не меняется и составляет ~ 8600 МГц, а при удалении от него на расстояние, большее 10 мм, резко спадает. Такое поведение /птк обусловлено зависимостью поля Н2(рс), показанной на рис. 7.2, а. Зависимость абсолютной величины частотного диапазона существования ПМСВ А/от л:; имеет два четко выраженных максимума в окрестностях плоскостей л: = -20 и 20 мм, где А/достигает 500 МГц, и почти плоский участок в области -10 мм < л: < 8 мм, где А/=200МГц (с небольшим максимумом ~ 225 МГц вблизи х = 0). Причина такого поведения абсолютной величины частотного диапазона существования ПМСВ А/ вызвана тем, что частотный диапазон существования ПМСВ расширяется, когда энергия ПМСВ концентрируется полем типа вала, и сужается, когда энергия ПМСВ рассеивается полем типа долины. Небольшое увеличение частотного диапазона существования ПМСВ при х = 0 обусловлено тем, что поле в этой плоскости почти однородно.

Для определения потерь в каналах частотно-разделительного фильтра необходимо знать зависимость от х амплитуды ПМСВ в частотном диапазоне их существования. Она приведена на рис. 7.3, б. Амплитуду ПМСВ измеряли по максимальному значению, которое в рассматриваемом случае соответствовало частоте, лежащей приблизительно на 100 МГц выше /ннж. Из рис. 7.3, б видно, что потери ПМСВ минимальны в двух областях, симметрично расположенных относительно центра магнитной системы: при -4.5 мм < * < -19.5 мм и 14.5 мм < * < 25.5 мм (края областей измерены по уровню —3 дБ от максимума). Сопоставление границ этих областей с распределением поля, показанным на рис. 7.2, б, позволяет сделать следующий вывод: снижение потерь ПМСВ обусловлено тем, что в этих областях поле имеет конфигурацию типа вала (кривые 5 и 6 на рис. 7.2, б), приводящую к концентрации энергии ПМСВ в волноводном канале. Область, соответствующая отрицательным значениям х, несколько уже, чем область, соответствующая положительным значениям х, по-видимому, по причине близости к этой области замыкающего ярма сердечника магнитной системы, вызывающего искажение поля. Наименьшая амплитуда ПМСВ наблюдается в окрестностях плоскостей х = —14 и 11 мм, что связано с рассеянием энергии ПМСВ в этих областях, обусловленным распространением их в поле типа долины (кривые 2 и 3 на рис. 7.2, б). При размещении фильтра вблизи центра магнитной системы (при -9.5 мм < л: < 9 мм) амплитуда ПМСВ возрастает, поскольку в этой области поле почти однородно (рис. 7.2, б, кривая Г). При х < —25 и > 25 мм поле становится настолько неоднородным, что потери ПМСВ снова возрастают.

Из изложенного выше видно, что в магнитной системе есть три области, где ПМСВ имеют минимальные потери: в центре рабочей области (плоскость х — 0), а также в плоскостях х = ±16. .20 мм. В этих областях затухание сигнала, проходящего с входной антенны на выходную при их расположении на расстоянии 3 мм друг от друга, составляет в центральной области 14. 15 дБ, в краевых 8. 10 дБ, а в промежутках между ними и вне них 20.30 дБ. В макете фильтры устанавливали так, что одна из пленок ЖИГ располагалась точно в центре магнитной системы, а две другие — на удалении соответственно 17 и 19 мм от него. Расстояние между входной и выходными антеннами составляло 3.5 мм. Положение выходных антенн выдерживалось с точностью не менее 0.5 мм. В процессе настройки фильтра положение пленок ЖИГ относительно антенн слегка менялось для достижения лучших электрических параметров. Макет помещался в корпусе размерами 70 х 40 х 52 мм. Параметры макета фильтра приведены в таблице. канала Центральная частота канала, МГц Полоса пропускания канала, МГц Потери в канале, дБ Частота перекрывания каналов, МГц Потери на частоте перекрытия каналов, дБ

1 4380* 60 17.5 4415 40

2 4475 30 17.7

3 57201 70 15.5 5785 30'

4 5820 25 12.2

5 8150 30 14.0 8190 29

6 8245 40 17.2

Частоты перекрытия и потери на этих частотах даны только для выходных каналов каждого из фильтров. Перекрытие каналов, принадлежащих различным фильтрам, практически было неизмеримо мало (лежало ниже чувствительности использованной аппаратуры, составляющей —70 дБ).

Форма АЧХ всех шести каналов фильтра показана на рис. 7.4. Небольшие искажения основных максимумов АЧХ обусловлены, по-видимому, несовершенством электродинамического согласования подводящих полоско-вых линий с антеннами, возбуждающими и принимающими ПМСВ, и при оптимизации этого согласования могут быть существенно уменьшены. Сравнение данного фильтра с известным на ОМСВ [42, 43] показывает, что он не уступает известному ни по одному из параметров, а имеет преимущества в совместимости с ОИС и перспективные возможности для улучшения параметров.

4400 4500 5700 5800 8100 8200 /, МГц

Рис. 7.4.

АЧХ шести каналов частотно-разделительного фильтра

Дальнейшее усовершенствование фильтра требует выполнения антенн методом фотолитографии в едином цикле с полосковыми линиями, улучшение электродинамического согласования антенн с подводящими полосковыми линиями, оптимизации размеров магнитной системы с целью уменьшения расстояния между отдельными ферритовыми пленками и увеличения их общего числа (повышения плотности пакетной сборки), а также уменьшения общих габаритов устройства за счет оптимизации конструкции каждого одиночного фильтра (увеличение числа каналов при условии сохранения хорошей развязки между ними). При выполнении всех перечисленных требований возможно существенное увеличение числа разделяемых каналов, так как каждый одиночный фильтр можно сделать четырехканальным при общем числе одиночных фильтров не менее 5, т. е. общее число каналов может достигать 20 и более. Возможна также существенная минимизация общих габаритов устройства до 40 х 40 х 40 мм (при 20. .30 каналах).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты.

1. Впервые в результате экспериментальных измерений и численного моделирования на ЭВМ было показано, что протяженное двумерно-неоднородное магнитное поле образует в ферритовой пленке магнитный канал, в котором могут распространяться МСВ-моды, причем распространение* носит многомодовый характер. Ширина канала, занимаемого модой, зависит от частоты, причем эта зависимость носит немонотонный характер. В области малых волновых векторов распределение амплитуды. ПМСВ моды по толщине пленки имеет форму, свойственную объемным волнам. Эффективная ширина ПМСВ моды увеличивается с ростом ее номера. Дисперсионные кривые ОМСВ мод прямоугольного канала пересекаются между собой. При* этом одни из них образуют области расталкивания, а другие пересекаются без расталкивания. Для ОМСВ моды существует частота, при которой наблюдается максимальное проникновение поля, как за границы канала, так и за поверхности пленки, и эта частота соответствует характерному углу отсечки суммарного волнового вектора, совпадающего с известным углом отсечки поверхностных МСВ.

2. Экспериментально была продемонстрирована возможность создания связанных каналов МСВ с помощью неоднородного магнитного поля. Обнаружено явление периодического перетекания энергии МСВ из канала в канал. Показано, что эта связь между каналами зависит от частоты и ею можно управлять, меняя профиль неоднородности поля подмагничивания. В результате численного моделирования было обнаружено; что намагниченная область ферритовой пленки между каналами в зависимости от частоты и конфигурации поля ведет себя и как инертное пространство, и как среда распространения МСВ. Волновые функции МСВ мод при этом могут приобретать самые различные формы.

3. Показано, что, выбирая соответствующим образом конфигурацию поля подмагничивания, создающего МСВ-волновод, можно «конструировать» дисперсионные кривые, отличные от экспоненциального вида, характерного для одиночных прямоугольных волноводов, создавая в заданных областях дисперсионных кривых выпуклые и вогнутые участки контролируемой кривизны.

4. Распределение волновой функции в каждом канале несимметричного двойного волновода имеет вид периодической функции, характеризуемой числом «полуволн». С ростом частоты «полуволны» перетекают из одного канала в другой так, что в высокочастотной области вся волна концентрируется в канале с максимальным полем подмагничивания. Для ПМСВ число нулей волновой функции постоянно во всем частотном диапазоне, для ОМСВ этот показатель зависит от частоты.

5. Теоретически показано и экспериментально обнаружено, что решётки (МР), образованные на ферритовой поверхности слабо контрастными магнитными каналами обладают характеристиками, заметно отличающимися от существующих для чистой поверхности пленки ЖИГ, создавая возможность частотно-избирательного отражения ПМСВ. Выявлено, что с увеличением амплитуды и периода поля МР происходит смещение спектра ПМСВ в область высоких, а ОМСВ в область нижних частот.

6. В одиночных каналах и каналах МР могут распространяться ОМСВ перпендикулярно полю подмагничивания, что, как известно, запрещено в свободной касательно намагниченной пленке ЖИГ. В отличие от ОМСВ в свободной магнитной плёнке ОМСВ в каналах обладают прямой, а не обратной дисперсией.

7. Обнаружена особенность распространения объёмных МСВ в однородно намагниченной ферромагнитной пластине: распределение объемных мод по толщине скачкообразно меняется при совпадении направления волнового вектора с направлением отсечки для поверхностных волн.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю Герусу C.B. за постоянную поддержку в работе над диссертацией.

Автор также благодарит Вашковского A.B. и Локка Э.Г., принявших участие в обсуждении результатов, изложенных в работе и сделавших ряд ценных замечаний.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ

А1. Анненков А. Ю;, Вашковский А. В., Зубков В1 И., Щеглов В. И. Многоканальный частотно-разделительный фильтр на пакетированных ферри-товых структурах / Сб. трудов V Всесоюзной школы-семинара "Спин-волновая электроника СВЧ", Звенигород, 8-13.10.1991. - С. 123-124.

А2. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников-И. В. Канализация магнитостати-ческих волн в квазикасательном неоднородном магнитном поле / Сб. трудов, V Всесоюзной школы-семинара "Спинволноваяэлектроника СВЧ", Звенигород, 8-13.10.1991.-С. 15-16.

А*3. Анненков А. Ю., Вороненко А. В., Герус С. В., Сотников И. В. Рассеяние поверхностных магнитостатических волн магнитными решетками»/ Радиотехника и электроника. - 1992. - Т. 37, - С. 157-159.

А4: Анненков А. Ю., Вашковский А. В., Зубков В. И., Щеглов В: И! Частотно-разделительный фильтр на пакете неоднородно намагниченных фер-ритовых пленок / Сб. трудов XI Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике, Москва, МЭИ, 16-20.10.1992.

А5. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В. Распространение магнитостатических волн в стационарном, пространственно-периодическом магнитном поле / Радиотехника и электроника. - 1992. - Т. 37, № 8. -С. 1371-1380.

А6. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., Васильев И. В., Васильева М. В., Ковалев С. И. Модовый состав волновода ПМСВ, создаваемого неоднородным магнитным полем / Сб. трудов VI Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4-8.09.1993. — С. 70-71.

А7. Анненков А. Ю., Герус С. В., Сотников И. В., ВасильевИ. В., Васильева М. В., Ковалев С. И. Исследование первой моды ПМСВ в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / Сб> трудов VI Всесоюзной школы-семинара "Спинволновая электроника СВЧ", Саратов, 4-8.0911993. -С. 72-73.

А8. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Mode structure ofmagnetostatic waveguide, created by a nonuniform bias field / Proceedings of Xll-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Bulgaria, Gyulechitsa, 19-23.09.1994.-P. 12-16.

A9. Анненков А. Ю., Васильев И. В., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды поверхностных магнитостатических волн в канале, создаваемом неоднородным магнитным полем / ЖТФ. — 1995. — Т. 65^ № 4. — С. 71-82J библ. 27.

I (

А10. Анненков А. Ю., Вашковский А. В., Зубков В. И., Щеглов В: И. Использование пакета неоднородно намагниченных ферритовых пленок в многоканальном частотно-разделительном фильтре сверхвысокой частоты / Радиотехника и электроника. - 1995. - Т. 40, № 7. - С. 1146-1152.

А11. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в перекрывающихся магнитных каналах / Тезисы докладов первой объединенной конференция по магнитноэлектронике, Москва, 19-21.09.1995. -С. 141-142, библ.4.

А12. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Structure of magnetostatic backward volume waves. / Proceedings of ХШ-th International International Conference on Mi

1 crowave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, i

I Busteni, 23-26.09.1996. - P. 79-84. Bibl. 1. t i

А13. Annenkov A. Yu., Gerus S: V. Magnetostatic waves in overlapped magnetic channels. / Proceedings of Xlll-th International International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics). Romania, Busteni, 23-26.09.1996. - P. 85-92. Bibl'. 1.

A14. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распространение магнитостатических волн в двух связанных каналах, образованных магнитным полем. / Радиотехника и электроника. - 1996. - Т. 41, № 2. - С. 216-219.

А15. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Численное моделирование квазиповерхностных магнитостатических волн в ферритовой пленке с двумя магнитными каналами. / ЖТФ. - 1998. - Т. 68, № 2. - С. 91-96.

А16. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Моды квазиповерхностных магнитостатических волн в двухканальном ферритовом волноводе / Сб. трудов XVI Международной школы-семинара «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники, Москва, МГУ. - 23-26.06.1998. - С. 87-88.

А17. Annenkov A. Yu., Gerus S. V. Features of Distribution of magnetostatic Waves in Tangentially Magnetized Ferromagnetic Plate / Proceedings of XlV-th International Conference on Microwave Ferrites (Giromagnetic Electronics & Electrodinamics), Hungary , Eger. — 11-15.10.1998. — Vol. 1. — P. 37-40, Bibl. 1.

A18. Анненков А. Ю., Герус С. В. Расчет магнитостатических волновых функций для касательно намагниченной ферромагнитной пленки / Proceedings of XIV-th International Conference on Microwave Ferrites (Giro-magnetic Electronics & Electrodinamics), Hungary , Eger. - 11-15.10.1998. -Vol. 2.-P. 64-75, Bibl. 6.

А19. Анненков А. Ю., Герус С. В. Распределение полей магнитостатических волн в касательно намагниченной ферромагнитной пластине / ЖТФ. -1999. - Т. 69, № 1. - С. 82-87.

А20. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И. Влияние формы постоянного неоднородного поля, создающего канал в ферромагнетике, на дисперсионные свойства магнитостатических мод и вид распределения потенциала по ширине каналам / Сб. трудов VIII международной конференции по спиновой электронике. Москва (Фирсановка). - 12-14.11.1999. — Изд-во МЭИ. — С. 116-124.

А21. Анненков А. Ю., Герус С. В: Поверхностные магнитостатические волны в канале, создаваемом, ступенчатым полем подмагничивания / Сб. трудов! ХУП Международной школы-семинара «Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники», Москва; МЭИ. - 20-23.06. 2000. - С. 397-398.

А22. Анненков А. Ю., Герус С. В., Ковалев С. И; Трансформация поверхностных магнитостатических волн, канализируемых ступенчатым полем подмагничивания / ЖТФ. - 2002. - Т. 72, № 6. - С. 85-89. Annenkov А. Yu., Gerus S. V., Kovalev S. I. Transformation of Surface Mag-netostatic Waves Channeled by a Step Bias Field / Technical Physics ISSN 1063-7842. -V. 47, № 6. -P. 737.

A23. Анненков А.Ю., Герус C.B., Ковалев С.И. МСВ-моды ступенчатого магнитного волновода / Сб. трудов XII Международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, Москва (Фирсановка). - 19-21.11.2003/М: Изд-во УНЦ№ 1 МЭИ (ТУ) .-2003.-С. 291-301.

А24. Анненков А.Ю., Герус С.В., Ковалев С.И. Объемные и поверхностно-объемные магнитостатические волны в волноводах, создаваемых ступенчатым полем подмагничивания / ЖТФ. - 2004. - Т. 74, № 2. - С. 98-104.

1. Awai I., Ikenoue J. Magnetostatic surface wave propagation in a nonuniform magnetic field/J. Appl. Phis. 1980. -V. 51, № 5. - P. 2326-2331.

2. Беспятых Ю.И., Зубков В.И., Тарасенко B.B. Распространение поверхностных МСВ в ферромагнитной пластине / ЖТФ. — 1980. — Т. 50, № 1. — С. 140-146.

3. Бурлак Г.Н. МСВ в ферромагнитных пленках при неоднородном магнитном поле / Письма в ЖТФ. 1986. - Т.12, № 24. - С. 1476-1480.

4. Вашковский A.B., Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В. И. Поверхностные МСВ в линейно неоднородных магнитных полях / Радиотехника и электроника. 1991. - Т. 36, № 1.-С. 18-23.

5. Вызулин С.А., Короткое В.В., Розенсон А.Э. Траектория и амплитуда монохроматической МСВ в ферритовой пленке, намагниченной неоднородным полем / Радиотехника и электроника. — 1991. — Т. 36, № 10. —1. С. 2024-2030

6. Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В.И. Распространение поверхностных МСВ в неоднородном постоянном магнитном поле с профилем типа вала / Радиотехника и электроника. 1990. - Т. 35, № 8. - С. 1617-1623.

7. Вашковский A.B., Зубков В.И., Локк Э.Г., Щеглов В.И. Распространение ПМСВ в неоднородном постоянном магнитном поле типа протяженной ямы / ЖТФ. 1990. - Т. 60, № 7. - С. 138-142.

8. Tsutsumi М., TanakaK., KumagaiN. Group delay chracteristics ofMSFVW in nonuniformly magnetized YIG film / IEEE Trans. 1986. - MAG-22, № 5. -C. 853-855.

9. Morgenthaler F.R. Control of MSW in thin films by means of spatially nonuniform bias fields / Circuits Syst. Signal Process. 1985. -V. 4, № 1-2. -P. 63-88.

10. Каменецкий E.O., Соловьев O.B. MCB в касательно намагниченных пленках феррита с поперечной неоднородностью поля / ЖТФ. — 1990. — Т. 60, № 8.-С. 124-131.

11. Tsutsumi М., Masaoka Y., Ohira Т., Kumagai N. New technique for MSW delay lines / IEEE Trans. 1981. - MTT-29, № 6. - P. 583-587.

12. Анненков А.Ю., Герус C.B., Сотников И.В. Распространение магнитоста-тических волн в канале в стационарном пространственно-периодическом поле //Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. № 8. С. 1371-1380.

13. Yashiro Y., Miyazaki М., Ohkawa S. Boundary element method approach to MSW problems / IEEE Trans. 1985. - MTT-33, № 3. - P. 248-253.

14. Miyazaki M, Yashiro Y., Ohkawa S. Edge-Guided Magnetostatic Mode in a Ridged-Type Waveguide / IEEE Trans. 1985. - MTT-33, № 5. P. 421-424.

15. Radmanesh M, Chu C.-M., Haddad G.I. MSW propagation in finite YIG-loaded rectangular waveguide / IEEE Tranas. 1986. - MTT-34, № 12. -P. 1377-1382.

16. Radmanesh M., Chu C.-M., Haddad G.I, Chu, HaddadMSW in normally magnetized waveguide structure / IEEE Trans. 1987. - MTT-35, № 12. -P. 1226-1230.

17. Koshiba M., Long Y. Finite-element analisis of MSW propagation in YIG film of finite dimensions / IEEE Trans. 1989. - MTT-37, № 11. -P. 1768-1772.

18. Васильев И.В., Ковалев С.И. Электродинамическая теория волноводных структур с МСВ / Радиотехника и электроника. 1993. - Т. 38, № 12. -С. 2174-2185.

19. Новиков F.M., Петрунъкин Е.З. Экспериментальное исследование распространения МСВ в пленочных волноводах / Радиотехника и электроника. — 1984. Т. 29, № 9. - С. 1691-1695.

20. Standi D.D., Morgenthaler F.R. Guiding MSSW with nonuniform in-plane fields / J. Appl. Phys. 1983. -V. 54, № 3. - P. 1613-1618.

21. Talisa S.H., Emtage P.R., Daniel M.R., Adam J.D. Passband ripple observed in MSWFVW delay lines / IEEE Trans. 1986. - MAG-22, № 5. - P. 856-858.

22. КаменецкийE.O., Соловьев О.В. Прохождение поверхностной спиновой волны в условиях неоднородного внутреннего магнитного поля / ЖТФ. — 1987. Т. 57, № 12. С. 2411-2414.

23. O'Keefe Т. W., Patterson R. W. MSSW propagation in finite samples / J. Appl. Phys. 1978. - V. 49, № 9. - P. 4886-4895.

24. Tsutsumi M., Masaoka Y., Ohira Т., Kumagai N. Effect of inhomogenious bias field on delay characteristics of MSFVW / Appl. Phys. Lett. 1979. - V. 35, №2.-P. 204-206.

25. Вороненко А.В.,Герус C.B., Красножен JI. А. Метод измерения параметров гиромагнитных пленок / Микроэлектроника. 1989. - Т. 18, № 1. —1. С. 61-65.

26. Самарский А.А. Теория разностных схем / М.: Наука, 1984. — 610 с.

27. Александрова М.Г., Белянин А.Н., Брюкнер В. и др. Расчет электрических цепей и элетромагнитных полей на ЭВМ. / М.: Радио и связь, 1983. 344 с.

28. Каменецкий Е. О., Соловьев О.В. Магнитостатические моды в системе связанных спиновых волноводов в касательном поперечном магнитном поле / Письма в ЖТФ. 1990. - Т. 16, № 17. - С. 28-321

29. Люиселл У. Связанные и параметрические колебания в электронике. / М. ИЛ, 1963.

30. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. / М.: Физмат-лит, 1994.-464 с.

31. Смайт В. Электростатика и электродинамика. / М.: ИЛ, 1954. — 604 с.

32. Damon R. W., Eshbach J.R. Magnetostatic modes of ferromagnet slab / J. Phys. Chem. Solids. 1961. -V. 19, № 3/4. - P. 308-320.

33. Вороненко A.B., Герус C.B., Харитонов В.Д. Дифракция поверхностных МСВ на магнитных решетках в режиме Брэгга / Изв. вузов. Физика. — 1988. Т. 31, № 11. - С. 76-85.

34. Вороненко A.B., Герус C.B. Дифракция поверхностных МСВ на магнитных решетках в режиме Рамана-Ната / Письма в ЖТФ. 1986. — Т. 12, № Ю.-С. 632-635.

35. Герус C.B., Лисовский Ф.В., Мансветова Е.Г., Чижик Е. С. Способ определения напряженности статического периодического магнитного поля. A.c. 1396761 СССР / Б.И.1989, № 39. — С. 278.

36. Ландау Л.Д., Лифтиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. / М.: Наука, 1982.

37. Ахиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Пелетминокий C.B. Спиновые волны. / М.: Наука, 1967.

38. Бриллюэн Л., Пароди М. Распространение волн в периодических структурах. / М.: Иностранная литература. 1959.

39. Damon R. W., Van der Vaart H. Propagation of magnetostatic spin waves at microwave frequencies in normally-magnetized disk / J. Appl. Phys. — 1965. — V. 36, № 11.-p. 3453-3459.

40. Адам Дж. Д. Аналоговая обработка сигналов с помощью СВЧ-ферритов / ТИИЭР. 1988. - Т. 76, № 2. - С. 73-86.

41. Adam J. D. An Epitaxial YIG 10-Channel Filter Bank / IEEE MTT-S. Dig. 1982. V. 82, № 1. - P. 78-79.

42. Collins J. H., Pizzarello F. A. Propagation magnetic waves in thick films. Complementary technology to surf wave acoustics / Int. J. Electron. 1973. — V. 34, №3.-P. 319-351.

43. Вамберский M. В., Абрамов В. П., Казанцев В. И. Конструирование фер-ритовых развязывающих приборов СВЧ. / М.: Радио и связь, 1982.

44. Vashkovsky А. V., Zubkov V. I., LockE. Н., Shcheglov V. I. Passage of surface magnetostatic waves through magnetic «valley» and «ridge» / IEEE Trans. -1990. V. Mag-26, № 5. — P. 1480-1482.