Эффект расщепления частот вырожденных мод ферритовых резонаторов

Автор(и)

  • Игорь Владимирович Зависляк Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, Україна https://orcid.org/0000-0003-0161-4197
  • Григорий Леонидович Чумак Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, Україна https://orcid.org/0000-0002-2070-9709

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347017110012

Ключові слова:

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

Анотація

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.

Посилання

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.

##submission.downloads##

Опубліковано

2017-11-25

Як цитувати

Зависляк, И. В., & Чумак, Г. Л. (2017). Эффект расщепления частот вырожденных мод ферритовых резонаторов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 60(11), 607–619. https://doi.org/10.20535/S0021347017110012

Номер

Том 60 № 11 (2017)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2017 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.