Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2014, № 1 · ELECTRODYNAMICS

Расталкивание резонансных частот магнитодинамических колебаний в намагниченных ферритовых резонаторах миллиметрового диапазона

N.N. Movchan1, M.A. Popov1

1 Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко
Full text UDC 537.862 EDN SBPFFF

Abstract

In the paper the repulsion of the magnetodynamic modes resonant frequency in the ferrite disc-shaped and rectangular parallelepiped-shaped millimeter band resonators have been investigated. In particular, the initial repulsion of magnetodynamic modes eigenfrequencies at low magnetic fields was studied both theoretically and experimentally. From numerical calculations using the HFSS software package it was found that for the current experimental conditions the predominant cause of the resonance frequencies initial repulsion in the disk-shaped ferrite resonator is the distortion of the cylindrical symmetry of the electromagnetic field around the resonator when it is placed as inhomogeneity inside the waveguide. A method was proposed to control the magnitude of the resonance frequencies initial repulsion of the ferrite rectangular parallelepiped-shaped resonator by changing the shape of the resonator. The possibility of reducing the resonance frequencies initial repulsion from 1 GHz to 400 MHz and increasing the magnitude steepness of the frequency vs. field dependence of the YIG resonators in low fields (~ 100-200 Oe) from 0.5 MHz/Oe to 1 MHz/Oe was experimentally demonstrated.

  • ferrite resonator
  • magnetic tuning
  • magnetodynamic modes
  • yttrium iron garnet
Аннотация (на русском)

Расталкивание резонансных частот магнитодинамических колебаний в намагниченных ферритовых резонаторах миллиметрового диапазона

В работе исследовано расталкивание резонансных частот магнитодинамических колебаний в ферритовых резонаторах миллиметрового диапазона в форме диска и прямоугольного параллелепипеда. В частности, теоретически и экспериментально исследовано начальное расталкивание резонансных частот магнитодинамических колебаний в малых магнитных полях. В результате численных расчетов с помощью пакета программ HFSS обнаружено, что в условиях эксперимента преобладающей причиной начального расталкивания резонансных частот в дисковом ферритовом резонаторе является нарушение цилиндрической симметрии электромагнитного поля вокруг резонатора при его помещении, как неоднородности, в волновод. Предложена методика управления величиной начального расталкивания резонансных частот ферритового резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда путем изменения формы резонатора. Экспериментально показана возможность уменьшения начального расталкивания резонансных частот с 1 ГГц до 400 МГц и увеличения модуля крутизны полевой зависимости частот колебаний ЖИГ резонаторов в области малых полей (~100-200 Э) от 0.5 МГц/Э до 1 МГц/Э.

For citation

Movchan N.N., Popov M.A. Расталкивание резонансных частот магнитодинамических колебаний в намагниченных ферритовых резонаторах миллиметрового диапазона // Journal of Radio Electronics. – 2014. – No. 1.

References

  1. Subramanyam G. Challenges and opportunities for multi-functional oxide thin films for voltage tunable radio frequency/microwave components / G. Subramanyam, M. W. Cole, N. X. Sun, T. S. Kalkur, N. M. Sbrockey et al. // J. Appl. Phys. - 2013. - Vol. 114., Iss. 19. - P. 191301 (1-35).
  2. Ozgur U. Microwave ferrites, part 2: passive components and electrical tuning. / U. Ozgur, Y. Alivov, H. Markoc // Journal of Material Science: Materials in Electronics. - 2009. - Vol. 20, Iss. 10 - P. 911-952.
  3. Tatarenko A.S. Microwave magnetodielectric devices. / A.S. Tatarenko, M.I. Bichurin // Advances in Condensed Matter Physics, - 2012. - Vol. 2012. - P. 286562 (1-10).
  4. Srinivasan G. Millimeter-wave magnetoelectric effect in bilayer of barium hexaferrite and zirconate titanate / G. Srinivasan, I. V. Zavislyak, A. S. Tatarenko // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 89, Iss. 15. - P. 152508 (1-3).
  5. Popov M. A Sub-THz dielectric resonance in single crystal yttrium iron garnet and magnetic field tuning of the modes / M. A. Popov, I. V. Zavislyak, G. Srinivasan // J. Appl. Phys. - 2011. - Vol. 110, Iss. 2. - P. 024112 (1-7).
  6. Popov M. A. Sub-Terahertz Magnetic and Dielectric Excitations in Hexagonal Ferrites / M. A. Popov, I. V. Zavislyak, G. Srinivasan // IEEE Trans. on magnetics. - 2011. - Vol. 47, №. 2 - P. 289-294.
  7. Мовчан Н. Н. Расщепление аксиально неоднородных мод в гиромагнитных и гироэлектрических резонаторах миллиметрового диапазона / Н. Н. Мовчан, И. В. Зависляк, М. А. Попов // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2012. - Т. 55, № 12 - С. 31-40.
  8. Popov M. A. Magnetic field tunable 18-36 GHz dielectric bandpass filter / M. A. Popov, D. V. B. Murthy, I. V. Zavislyak, G. Srinivasan // Electronics letters. - 2012. - Vol. 48, No. 2. - P. 98-99.
  9. Popov M. A. A magnetic field tunable yttrium iron garnet millimeter-wave dielectric phase shifter: theory and experiment / M. A. Popov, I. V. Zavislyak, G. Srinivasan // PIER C. - 2012. - Vol. 25 - P. 145-157.
  10. Popov M. A Tunable magneto-dielectric resonator for W-band isolators / M. A. Popov, I. V. Zavislyak, G. Srinivasan // Electronics letters. - 2009. - Vol. 45, No. 24. - P. 1216-1218.
  11. Schlomann E. Microwave behavior of partially magnetized ferrites / E. Schlomann // J. Appl. Phys. - 1970. - Vol. 41, No 1. - P. 204-214.
  12. Ильинский А. С. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями / А.С. Ильинский, Г.Я. Слепян. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 232 с.
  13. Мандельштам Л. И. Лекции по теории колебаний / Л. И. Мандельштам; Под ред. С.М. Рытова. - М.: Наука, 1972. - 470 с.
  14. Beleggia M. The equivalent ellipsoid of a magnetized body / M. Beleggia, M. De Graef, Y. T.Millev // J. Phys. D: Appl. Phys. -2006. - Vol. 39. - P. 891-899.
  15. Ильченко М. Е. Диэлектрические резонаторы / М.Е. Ильченко, В. Ф. Взятышев, Л.Г. Гасанов и др.; Под ред. М. Е. Ильченко - М.: Радио и связь, 1989. - 328 с.