Татаренко А. С.1, Бічурін М. І.1, Філіппов А. В.1, Срінівасан Г.2 1Інститут електронних та інформаційних систем Новгородського державного університету Б. Санкт-Петербурзька, 41, Великий Новгород – 173003, Росія Факс: +7 81622 24110; e-mail: bmi@novsu.ac.ru 2Фізичний факультет, Оклендський Університет Рочестер, Ml 48309, США

Анотація – Представлений новий клас НВЧ пристроїв з електричним керуванням сигналу на базі шаруватих магнітоелектричних матеріалів. Розглядається тришарова магнітоелектричних структура, що складається з п’єзоелектрика і плівки залізо-иттриевой граната на підкладці з гадоліній-галлиевого граната. Представлені конструкція і теоретичний аналіз фільтру і аттенюатора на основі микрополосковой лінії.

I. Вступ

Унікальне поєднання магнітних, електричних і магнітоелектричних (МЕ) властивостей відкриває нові можливості для створення керуючих НВЧ пристроїв. До переваг таких пристроїв відноситься висока швидкодія, сумісність з технологією інтегральних мікросхем [1, 2].

Нами проведені дослідження МЕ взаємодій в композиційних МЕ матеріалах в області феромагнітного резонансу (ФМР) [3]. Електричне поле, що прикладається до зразка в області ФМР, за допомогою п’єзоефекту і магнітострикції призводить до зрушення лінії ФМР в резонансному поле. Тут ми обговорюємо фільтр і аттенюатор з резонаторами на основі тришарової МЕ структури, що складається з ніобіту титанату магнію (НТМ) та плівки залізо-иттриевой граната (ЖИГ) на підкладці з гадолінійгалліевого граната (ГГГ).

II. магнітоелектричні СВЧ пристрої

Двухрезонаторний МЕ фільтр складається з корпусу, в який поміщена плата з діелектричного матеріалу (е = 10, товщина h = 1 мм). Лінії передачі представляють собою пов’язані мікрополоскових лінії нерезонансний довжини. Розв’язка між лініями визначається величиною зазору між лініями передачі. Резонатори, виконані у вигляді магнітоелектричних пластин (4,0 x1, 0x0, 1 мм3), Намагнічених до величини резонансного поля Нг, Здійснюють зв’язок між лініями передачі. Коефіцієнт зв’язку резонатора з лінією передачі визначається як відношення власної добротності резонатора до добротності зв’язку. Перебудова параметрів фільтра здійснюється за допомогою зовнішнього електричного поля.

В якості моделі дволанкового фільтра прийнято каскадне з’єднання двох однозвенную фільтрів, з’єднаних відрізком лінії передачі нерезонансний довжини, що грає роль елемента зв’язку між ланками. Внесені втрати визначаються виразом:

Рис. 2. Залежність внесеного загасання аттенюатора від величини керуючого електричного поля.

Fig. 2. Insertion losses of ME attenuator

I. Висновок

Використання МЕ композитів в резонансних НВЧ пристроях дозволяє здійснити електричне управління параметрами запропонованих фільтрів і атенюаторів. Застосування МЕ композитів відкриває нові можливості для створення на їх основі пристроїв з високою швидкодією і малими габаритами.

Робота підтримана грантами Міністерства Освіти РФ (№ Е02-3.4-278 та № УНР 01.01.026).

II. Список літератури

[1] Bichurin М. /., Petrov R. V., Kiliba Yu. V. Magnetoelectric microwave phase shifters. Ferroelectrics, vol. 204, 1997, pp. 311-319.

[2] Bichurin M. I., Petrov V. М., Petrov R. V., Kapralov G. N.. Bukashev F. /., Smirnov A. Yu., Tatarenko A. S. Magneto-electric Microwave Devices. Ferroelectrics, vol. 280, 2002, pp. 213-220.

[3] Bichurin М. I., Kornev I. A., Petrov V. М., Tatarenko A. S., Kiliba Yu. V., Srinivasan G. Theory of magnetoelectric effects at microwave frequencies in a piezoelectric / magne-tostrictive multilayer composite. Phys. Rev. B, vol. 64, 2001, pp. 1-6.

MICROWAVE MAGNETOELECTRIC DEVICES

Tatarenko A. S.1, Bichurin М. I.1, Srinivasan G.2

1                                           Novgorod State University 41, B. S. Peterburgskaya St.,

Veliky Novgorod -173003, Russia Fax: +7 81622 24110, e-mail: bmi@novsu.ac.ru 2Physics Department, Oakland University Rochester, Ml 48309, USA

Abstract – One of perspective directions of solid-state electronic engineering to produce new devices on the basis of magnetoelectric materials. Design and application of the new microstrip microwave filter and attenuator are considered.

I.  Introduction

A combination of magnetic and electrical properties as well as the properties stipulated ME interaction in composites, open broad functional capabilities for manufacturing the new devices [1, 2].

II.  Microwave magnetoelectric devices

This article represents two ME devices – microwave two- cavity filter and microwave resonance attenuator for frequency 9.3 GHz. As the model of two-cavity filter the cascade connection two single-cavity filters and connecting section of transmission line of the nonresonance length is accepted. With the purpose of tuning the filter parameters in the given work the microwave ME effect is used [3]. The effect is in shift of FMR line with influence of an external electrical field. The used sample represents layered structure; the magnetic part consists of the YIG thin film placed on the GGG film. A piezoelectric is the thin PMN-PT plate. Magnetic and piezoelectric parts are jointed together by a thin film of epoxy glue to obtain three-layer structure. For calculation of tunable filter parameters it is necessary to take into account the microwave ME effect.

Comparison with the two-cavity ferrite band-pass filters displays that the obtained filter parameters approximately coincide with characteristics of two-cavity ferrite filter on the YIG spheres.

The base of the attenuator is a microstrip transmission line on dielectric substrate and ME disk. Work of the attenuator is based on ME effect phenomena with resonance. Applying the control voltage to electrodes of the ME resonator results in a shift of FMR line due to the resonance ME effect and so electrical tuning is realized. The obtained results prove the possibility for design of resonance ME attenuator with electrical control.

III.  Conclusion

The microwave filter and attenuator on the basis of composite ferrite-piezoelectric resonators are offered. Calculation of two- cavity filter and attenuator characteristics with single-crystal ME resonators on the thrilayer GGG – YIG – PMN-PT is carried out.

The electric tuning by ME device parameters gives new opportunities for their application and manufacturing of devices with high speed of operation, small size and integral technologies.

Перебудовується смугово-проникного (ППФ)

І полосну-Загороджувальному (ПЗФ) ФІЛЬТРИ НА МАГНІТО-СТАТИЧНИХ Спінові хвилі (МСВ), що поширюється в ПЛІВКАХ ЗАЛІЗО-ітрієвому гранаті (ЖИГ), вирощених методом РІДКИЙ-фазне

Епітаксия

попіни С. М., Сіманчук Б. П., Чечетін А. В. НП ВАТ «Фаза» вул. Білоруська, 9/7Г, 344065, Ростов-на-Дону, Росія Тел.: (8632) 54-95-88; e-mail: faza@donpac.ru

Анотація – Представлені результати розробки ряду смугово-пропускають і смугово-загороджуючих фільтрів НВЧ на магніто-статичних хвилях. Наводяться характеристики фільтрів в сантиметровому діапазоні частот.

I. Вступ

Спінволновая електроніка – новий науковий напрямок, вирішальне завдання обробки сигналів безпосередньо на СВЧ з використанням феромагнітних матеріалів. У практичному сенсі метою спінволновой електроніки є створення мініатюрних НВЧ – приладів та інтегральних схем, а також принципово нових систем функціональної обробки інформації на СВЧ.

Одним з реально підготовлених напрямів в реалізації пристроїв на МСВ є створення перебудовуються смугово – пропускають і по-лисніє – загороджуючих фільтрів. У порівнянні з резонансними фільтрами на ЖИГ сферах, фільтри на МСВ володіють рядом переваг:

> планарна структура фільтрів дозволяє приєднувати з іншими СВЧ пристроями, без додаткових переходів;

> висока крутизна фронтів амплітудно – частотної характеристики (1,2-1,8 дБ / МГц) забезпечує придушення паразитних сигналів в безпосередній близькості від корисної смуги частот;

> високий рівень внеполосового загородження (до 60 дБ);

^ наявність зворотного загасання (більше 25 дБ).

II. Основна частина

При конструюванні ППФ і ПЗФ нами були вирішені наступні завдання:

– Для різних довжин хвиль були розраховані вхідні і вихідні перетворювачі, які створюють необхідний СВЧ поле і ефективно перетворюють електромагнітні хвилі в магнітостатіческіе.

– Сконструйовані магнітні системи, що створюють в просторі взаємодії магнітне поле з певною інтенсивністю і заданої характеристикою зміни її величини в інтервалі температур 100 ° С.

– Складено програми розрахунку параметрів ППФ і ПЗФ (ширина смуги пропускання, величина мінімальних втрат і внеполосового загородження) від ширини антен копланарних перетворювачів, товщини фериту ЖИГ і граничних умов розповсюдження спінових хвиль.

– Обрано розміри і конфігурація волноведущих структур, що складаються з ГГГ (галій-гад олініевий гранат) – ЖИГ.

Все це дозволило розробити і запустити у виробництво ряд ППФ і ПЗФ з електронною перебудовою робочого діапазону частот, а саме:

1. ППФ в сантиметровому діапазоні частот:

– діапазон частот перебудови – 500 МГц;

– смуга пропускання за рівнем мінус 3 дБ – 30-40 МГц;

– мінімальні втрати в смузі пропускання – не більше 5 дБ;

– загородження поза смуги пропускання – понад 35 дБ;

– зворотні втрати – понад 25 дБ;

2. ППФ в сантиметровому діапазоні частот із смугою пропускання 200 МГц і параметрами, аналогічними в п. 1.

3. ППФ з діапазоном частот перебудови більше 3 ГГц і параметрами, аналогічними в п. 1 та п. 2.

4. ПЗФ в сантиметровому діапазоні частот:

– смуга загородження за рівнем мінус 40 дБ – 30-60 МГц; 200-300 МГц;

– діапазон частот перебудови-2, 5 ГГц, 5 ГГц;

– втрати поза смуги загородження – менше 1,5 дБ;

– крутизна схилів амплітудно – частотної характеристики – більше 1,5 дБ / МГц.

Слід зазначити, що розроблені ППФ і ПЗФ як з коаксіальними входом і виходом, так і з мік-рополосковимі. Так само створені ППФ і ПЗФ, що мають тільки механічну підстроювання центральної частоти в межах ± 300 МГц відносно f4, Що значно зменшило габаритні розміри фільтрів.

Проведено дослідження залежності параметрів ППФ і ПЗФ від рівня вхідної безперервної потужності, що подається на вхід фільтрів.

III. Висновок

Створені фільтри на МСВ за сукупністю електричних і масогабаритних параметрів значно перевершують фільтри на інших фізичних принципах з успіхом застосовуються в сучасних приймально – передавальних системах нового покоління.

TUNABLE BAND-PASS (BPF)

AND BAND-STOP (BSF) FILTERS BASED ON MAGNETOSTATIC SPIN WAVES (MSW) PROPAGATING IN YTTRIUM IRON GARNET (YIG) FILMS GROWN BY THE LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD

Popina S. М., Simanchuk B. P., Chechetin A. V. “Faza” Public Corporation Noncommercial Partnership 9/7 G, Belorusskaya St., Rostov-on-Don – 344065, Russia

Tel.: (8632) 54-95-88; e-mail: faza@donpac.ru

I.  Introduction

One of readily available applications for implementation of MSW-based devices is creation of tunable band-pass and band-stop filters. MSW-based filters have a number of advantages compared to tuned filters based on YIG spheres:

>      planar structure of those filters allows connecting them to other SHF devices without additional transitions;

>      high slope of gain-frequency edges (1,2-1,8 dB/MHz) ensures spurious signals’ suppression in the immediate proximity of the effective frequency band;

>       high level of out-of-band screening (up to 60 dB);

>       presence of inverse damping (more than 25 dB).

II.  Main part

All of the above allowed design and production beginning for a number of BPF and BSF with electronic tuning of operating frequency range, namely:

1.     BPF functioning in centimeter frequency range: frequency tuning range -500MHz;

pass bandwidth at the level of minus 3 dB – 30-40 MHz; minimum bandwidth losses not exceeding 5 dB; out-of-band screening – greater than 35 dB; inverse losses – greater than 25 dB;

2.  BPF functioning in centimeter frequency range with 200 MHz pass bandwidth and parameters similar to those in para. 1.

3.  BPF with tuning range greater than 3 GHz and parameters similar to those in para. 1 and 2.

4.     BSF functioning in centimeter frequency range: screening band at level of minus 40 dB – 30-60 MHz;

200-300 MHz;

frequency tuning range-2.5GHz, 5 GHz; losses outside screening band not exceeding 1.5 dB; slope of gain-frequency edges – greater than 1.5 dB/MHz.

It should be noted that we designed BPF and BSF with coaxial input and output as well as models with microstrip ones. We also created BPF and BSF with mechanical tuning only provided for the band centre within ± 300 MHz relative to fc, which allowed considerable decrease of filter dimensions.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»