МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФЭТ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Физические основы функциональной электроники»

Тема: Исследование параметров СВЧ линий задержки на бегущих спиновых волнах

Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Горбунова А.Н.

Преподаватель _________________ Кондрашов А.В.

Санкт-Петербург

2024

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является исследование зависимости времени задержки спин-волновых линий задержки от частоты и влияния на эту зависимость параметров используемой ферромагнитной пленки и напряженности магнитного поля смещения.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Типичная спин-волновая линия задержки, изготовленная на основе свободной (неэкранированной) ферромагнитной пленки, имеет топологию, показанную на рис. 1. Она состоит из ферромагнитной пленки (1), выращенной на диэлектрической подложке (2), и входной и выходной антенн (3) с подводящими микрополосковыми линиями (4). Антенны с подводящими линиями обычно наносят на диэлектрическую подложку (5), металлизированную с обратной стороны (6).

Рисунок 1 – Типичная конструкция спинволновой линии задержки на основе свободной ферромагнитной пленки

Главными рабочими характеристиками линии задержки являются зависимость времени задержки от частоты и вносимое затухание. Время задержки определяют по фазочастотной характеристике (ФЧХ) или по формуле:

Здесь d – расстояние между входной и выходной антеннами; –зависимость групповой скорости от частоты. СВ, распространяющиеся в более толстых пленках, обладают большей величиной групповой скорости в сравнении с волнами, распространяющимися в сравнительно тонких пленках. Поэтому при заданном расстоянии между антеннами линии задержки на более толстых пленках будут задерживать СВЧ-сигнал на меньшую величину.

Для заданной толщины пленки величина групповой скорости СВ может как возрастать, так и уменьшаться с увеличением рабочей частоты. Это зависит от направления поля подмагничивания и, соответственно, от типа рабочих СВ. Типичные значения групповых скоростей СВ в пленках железо-иттриевого граната (ЖИГ) толщиной от десятых долей до сотен микрометров составляют 10⁶ …10⁹ мм/с. Таким образом, при расстояниях между входной и выходной антеннами в единицы миллиметров путем подбора толщины пленки нетрудно получать времена задержки от единиц наносекунд до единиц микросекунд.

Путем увеличения расстояния между антеннами легко увеличивать время задержки (теоретически – до любых величин). Однако на практике максимальное время задержки спин-волнового прибора ограничивается приемлемой величиной затухания, вносимого в СВЧ-тракт.

По виду зависимости линии задержки можно разделить на дисперсионные и бездисперсионные. Если время задержки СВЧ-сигнала зависит от частоты, то такую задержку называют дисперсионной; если же время задержки от частоты не зависит, то тогда говорят о бездисперсионной задержке. Как ясно из рис. 2, естественная дисперсия СВ в общем случае приводит к нелинейной зависимости времени задержки от частоты. Изменяя рабочую длину волны, можно переходить из области слабой дисперсии в область сильной дисперсии. Следует отметить, что ход кривых определяется толщиной пленки. В толстой пленке зависимость в длинноволновой области спектра (т. е. при сравнительно малых k) является достаточно слабой.

Для управления естественной дисперсией СВ часто используют металлические экраны, располагаемые вблизи поверхностей ферромагнитной пленки. Металлические экраны влияют на ход кривых , если расстояние от экрана до поверхности пленки меньше или сравнимо с длиной бегущей СВ. Используя один или два металлических экрана, удается в некоторой полосе частот (обычно в 5–10 % от центральной частоты) получать как постоянную задержку, так и линейную зависимость времени задержки от частоты.

Рисунок 2 – Схематическое изображение линий задержки на поверхностных спиновых волнах (слева) и на обратных объемных спиновых волнах (справа) и соответствующие им качественные зависимости τ(ω)