Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ по подписке
Полевые зависимости частот магнито-диэлектрических колебаний и спиновых возбуждений в дисковом БФ резонаторе

Эффект расщепления частот вырожденных мод ферритовых резонаторов

Игорь Владимирович Зависляк, Григорий Леонидович Чумак

Аннотация


Рассмотрен эффект расщепления частот магнито-диэлектрических мод в дисковых ферритовых резонаторах в магнитном поле. Получена упрощенная формула для оценки величины расщепления. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов по эффекту расщепления частот магнито-диэлектрических мод в миллиметровом диапазоне. Предложено использование эффекта расщепления частот магнито-диэлектрических мод как альтернативы ферромагнитному резонансу в устройствах с магнитной перестройкой частоты, при величинах полей подмагничивания на порядок меньших, чем при использовании ферромагнитного резонанса. Исследованы особенности эффекта расщепления мод в разных классах ферритов и показано, что он имеет место как в СВЧ так и оптическом диапазонах. Оценочная величина расщепления частот мод в окне прозрачности ЖИГ может достигать 9 ГГц, что сопоставимо с величиной расщепления 5 ГГц в миллиметровом диапазоне. Обсуждены границы частотных диапазонов, в которых эффект расщепления частот имеет прикладной интерес. В частности, эффект в гексаферрите бария может быть использован как в зарезонансной так и дорезонансной областях, что практически нереально для феррогранатов и феррошпинелей.

Ключевые слова


расщепление мод; ЖИГ; гексаферрит бария; ферритовые дисковые резонаторы; невзаимные устройства

Полный текст:

PDF

Литература


Никольский, В. В.; Никольская, Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. 543 с.

Григорьев, А. Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высшая школа, 1990. 335 с.

Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1970. 437 с.

Ильченко, М. И.; Взятышев, В. Ф.; Гассанов, Л. Г. [и др.]. Диэлектрические резонаторы. М.: Радио и связь, 1989. 327 с.

Безбородов, Ю. М.; Нарытник, Т. Н.; Федоров, В. Б. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. К.: Техника, 1989. 184 с.

Ilyinski, A. S.; Slepyan, G. Ya.; Slepyan, A. Ya. Propagation, Scattering and Dissipation of Electromagnetic Waves. London: IET, 1993.

Гуревич, А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. 591 с.

Bosma, H. On the principle of stripline circulation. Proc. IEE - Part B: Electronic and Communication Engineering, Vol. 109, No. 21, P.137-146, 1962. DOI: https://doi.org/10.1049/pi-b-2.1962.0027.

Zhang, Zhizhi; Liu, Jieling; Ding, Hao; Feng, Zekun; Nie, Yan. Microwave bandpass filters tuned by the magnetization of ferrite substrates. IEEE Magnetic Lett., Vol. 8, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LMAG.2016.2623717.

Arabi, Eyad; Ghaffar, Farhan A.; Shamim, Atif. Tunable bandpass filter based on partially magnetized ferrite LTCC with embedded windings for SoP applications. IEEE Microwave Wireless Compon. Lett., Vol. 25, No. 1, P. 16-18, Jan 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2014.2365748.

Chattopadhyay, Taraprasad; Bhattacharyya, Prosenjit; Dawn, Santosh Kumar. Frequency tuning of an active microwave bandpass filter by a monotone microwave carrier. Int. J. Electronics Lett., Vol. 5, No.2, P. 212-220, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/21681724.2016.1175673.

Nikytenko, A. L.; Chevnyuk, L. V.; Grygoruk, V. I.; Kostenko, V. I.; Romaniuk, V. F. Tunable bandpass filter based on single-crystal platelet of BaFe12O19 in multidomain area. Proc. of 9th Int. Kharkiv Symp. on Physics and Engineering of Microwawes, Millimeter and Submillimeter Waves, 20-24 June 2016, Kharkiv, Ukraine. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/MSMW.2016.7538106.

Cao, Weiping; Jiang, Di; Liu, Yupeng; Yang, Yuanwang; Gan, Baichuan. A microwave tunable bandpass filter for liquid crystal applications. Frequenz, Vol. 71, No. 7-8, June 2017. DOI: https://doi.org/10.1515/freq-2016-0068.

Zhang, Yuanyuan; Feng, Xixi; Zhu, Kaiqiang; Yang, Xi; Li, Houmin. An X-band tunable circulator based on Yttrium iron garnet thin film. Proc. of IEEE Int. Conf. on Microwave and Millimeter Wave Technology, 5-8 Jun 2016, Beijing, China. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ICMMT.2016.7761796.

Belyaev, B. A.; Lemberg, Konstantin V.; Serzhantov, Alexey M.; Leksikov, Aleksandr A.; Bal’va, Yaroslav F.; Leksikov, Andrey A. Magnetically tunable resonant phase shifters for UHF band. IEEE Trans. Magnetics, Vol. 51, No. 6, June 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2014.2368513.

Ustinov, A. B.; Kalinikos, B. A.; Srinivasan, G. Nonlinear multiferroic phase shifters for microwave frequencies. Appl. Phys. Lett., Vol. 104, No. 5, Feb 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4864315.

Park, Byeong-Yong; Kim, Tae-Wan; Arya, A. K.; Park, Seung-Young; Park, Seong-Ook. Theory and design of a cylindrical ferrite resonator antenna using HE11d mode splitting behavior. IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 64, No. 12, P. 5547-5552, Dec 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2623486.

Bourhill, J.; Kostylev, N.; Goryachev, M.; Creedon, D. L.; Tobar, M. E. Ultrahigh cooperativity interactions between magnons and resonant photons in YIG sphere. Phys. Rev. B, Vol. 93, No. 14, P. 144420-1-144420-8, April 2016. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.144420.

Kim, Tae-Wan; Park, Byeong-Yong; Park, Seung-Young; Park, Seong-Ook. Calculation of magnetization value and permeability tensor of a partially magnetized cylindrical ferrite resonator. IEEE Magnetics Lett., Vol. 7, Feb 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LMAG.2016.2532319.

Klopfer, Klaus; Ackermann, Wolfgang; Weiland, Thomas. Computation of complex eigenmodes for resonators filled with gyrotropic materials. IEEE Trans. Magnetics, Vol. 51, No. 1, Jan 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2014.2338275.

Laur, Vincent; Verissimo, Gregory; Queffelec, Patrick; Farhat, eo Arij; Alaaeddine, Hussain; Reihs, Jean-Claude; Laroche, Eric; Martin, Gilles; Lebourgeois, Richard; Ganne, Jean-Pierre. Modeling and characterization of self-biased circulators in the mm-wave range. Proc. of IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., 17-22 May 2015, Phoenix, AZ, USA. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2015.7166760.

Gurevich, A. G.; Melkov, G. A. Magnetization Oscillations and Waves. CRC Press, 1996.

Helszajn, J. Passive and Active Microwave Circuits. Wiley-Interscience Pub., 1978.

Каганов, М. И.; Пустыльник, Н. Б.; Шалаева, Т. И. Магноны, магнитные поляритоны, магнитостатические волны. УФН, Т. 167, № 2, С. 191-237, 1997. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199702d.0191.

How, Н.; Vittoria, C. Microwave phase shifter utilizing nonreciprocal wave propagation. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 52, No. 8, P. 1813-1819, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.828466.

Green, J. J.; Sandy, F. Microwave characterization of partially magnetized ferrites. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 22, No. 6, P. 641-645, Jun 1974. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1974.1128306.

Данилов, В. В.; Зависляк, И. В.; Балинский, М. Г. Спин-волновая электродинамика. К.: Либідь, 1991.

Яковлев, Ю. М.; Генделев, С. Ш. Монокристалы ферритов в радиоэлектронике. М.: Советское радио, 1975. 360 с.

Будак, Б. М.; Фомин, С. В. Кратные интегралы и ряды. М.: Наука, 1965. 607 с.

Popov, M. A.; Zavislyak, I. V.; Srinivasan, G. Sub-THz dielectric resonance in single crystal yttrium iron garnet and magnetic field tuning of the modes. J. Appl. Phys., Vol. 110, No. 2, P. 24112, Jun 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3607873.

Мовчан, Н. Н.; Зависляк, И. В.; Попов, М. А. Расщепление аксиально неоднородных мод в гиромагнитных и гироэлектрических резонаторах миллиметрового диапазона. Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 55, № 12, С. 31–40, 2012. URI: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347012120047.

Young, D.; Tsai, C. S. GHz bandwith magneto-optic interaction in yttrium iron garnet-gadolinium gallium garnet waveguide using magnetostatic forward volume waves. Appl. Phys. Lett., Vol. 53, No. 18, P. 1696-1698, 1988. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.99800.

le Gall, H.; Jamet, J. P. Theory of elastic and inelastic scattering of light by magnetic crystals. I. First-Order Processes. Phys. Stat. Sol. (B), Vol. 46, No. 2, P. 467-482, 1971. DOI: http://doi.org/10.1002/pssb.2220460202.

Dionne, G. F.; Allen, G. A.; Haddad, P. R.; Ross, C. A.; Lax, B. Circular polarization and nonreciprocal propagation in magnetic media. Lincoln Laboratory J., Vol. 15, No. 2, P. 323-340, 2005. URI: https://ll.mit.edu/publications/journal/pdf/vol15_no2/15_2-10.pdf.

Krinchik, G. S.; Chetkin, M. V. Transparent ferromagnets. Sov. Phys. Usp., Vol. 12, No. 3, P. 307-319, 1969. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1969v012n03ABEH003902.

Plant, J. S. ‘Pseudo-acoustic’ magnon dispersion in yttrium iron garnet. J. Phys. C: Solid State Phys., Vol. 16, No. 36, P. 7037-7051, 1983. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3719/16/36/019.

Marshall, S. P.; Sokoloff, J. B. Spin-wave spectrum for barium ferrite. J. Appl. Phys., Vol. 67, No. 4, P. 2017-2023, 1990. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.345583.

Marshall, S. P.; Sokoloff, J. B. Phonon spectrum for barium ferrite. Phys. Rev. B, Vol. 44, No. 2, P. 619-627, 1991. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.44.619.

Popov, M. A.; Zavislyak, I. V.; Tatarenko, A. S.; Srinivasan, G.; Balbashov, A. M. Magnetic and dielectric excitations in the W-band in aluminum substituted barium and strontium hexaferrites. IEEE Trans. Magnetics, Vol. 45, No. 5, P. 2053-2058, May 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2008.2008414.

Popov, M.; Zavislyak, I.; Ustinov, A.; Srinivasan, G. Sub-terahert magnetic and dielectric excitations in hexagonal ferrites. IEEE Trans. Magnetics, Vol. 47, No. 2, P. 289-294, Feb 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2010.2091677.

Popov, M. A.; Zavislyak, I. V.; Movchan, N. N.; Gudim, I. A.; Srinivasan, G. Mode splitting in 37-42 GHz barium hexaferrite resonator: Theory and device applications. IEEE Trans. Magnetics, Vol. 50, No. 6, June 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2014.2298498.




DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017110012

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





© Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2004–2017
При копировании активная ссылка на материал обязательна
ISSN 2307-6011 (Online), ISSN 0021-3470 (Print)
т./ф. +38044 204-82-31, 204-90-41
Условия использования сайта