CC BY
29
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
рьковском государственном ун-те, Харьков, 1976, 231 с.
9. Резонансное рассеяние волн. Т. 1. Дифракционные решетки/ Шестопалов В. П., Кириленко А. А., Масалов С. А., Сиренко Ю. К. - Киев, Наукова думка, 1986, 232 с.
10. В. И. Найденко, Ф. Ф. Дубровка. Аксиально-симметричные периодические структуры и резонаторы. Киев, Вища школа, 1985, 224 с.
Найденко В. І., Шумаков Д. С. Властивості спареної гребінки з синфазним типом
коливань. Розроблена достатньо строга теорія спареної гребінки з синфазним типом коливань, проведений розрахунок характеристик хвиль у гребінці з використанням ПК. Ключові слова: спарена гребінка, дисперсійна характеристика, групове сповільнення,
опір зв ’язку._________________________________________________________________
Найденко В. И., Шумаков Д. С. Свойства спаренной гребенки с синфазным типом колебаний. Разработана достаточно строгая теория спаренной гребенки с синфазным типом колебаний, проведен расчет характеристик волн в гребенке с использованием ПК.
Ключевые слова: спаренная гребенка, дисперсионная характеристика, групповое замедление, сопротивление связи.___________________________________________________
Naidenko V. I., Shumakov D. S. Behavior of twin chaser with in-phase oscillations. A strict enough theory of the twin chaser with in-phase oscillations is developed. The calculation of wave descriptions is done in a chaser by using PC.
Key words: twin chaser, dispersion, grouped deceleration, coupling resistance._
УДК 621.376.4
МАГНІТОРЕЗИСТИВНИЙ ХВИЛЕВОДНИЙ ФАЗОВИЙ ДЕТЕКТОР У СИЛЬНИХ МАГНІТНИХ ПОЛЯХ
Юрченко О.Д., Біденко В.А.
У деяких галузях застосування, наприклад при роботі із сигналами НВЧ діапазону у сильних магнітних полях, ефективним є використання спеціальних приладів, таких як гальваномагнітний фазовий детектор.
Фазовий детектор - це пристрій, призначений для здобуття вихідної напруги, пропорційній різниці фаз сигналу Uex1 = Um1cos(&1t + фх) та опорного коливання ивх 2 = Um2cos(rn2t + ф2). Фазовий детектор застосовують у фазоме-тричних пристроях, системах фазового автоматичного підстроювання частоти, при детектуванні фазомодульованих та фазоманіпульованих сигналів, встановлюють у корелометрах [1]. На відміну від електричних та магнітних перетворювачів, у гальваногіромагнітних детекторах у загальному випадку є два незалежні вхідні ланцюги - електричний та магнітний, які пов’язані з електричною і магнітною складовими електромагнітних сигналів.
Якщо гальваногіромагнітний перетворювач з магніторезистивною сприйнятливістю Kipi поміщений у магнітне поле з напруженістю, що складає h = hmexp[j(m0t + ф h)] і при цьому в плівці збуджується електричний струм, щільність якого J = Jmexp[j(ro0t + уJ)], де ®0 - частота несучої; Vh(t) і VJ(t) змінювані в часі фази коливань. Тоді в об’ємі перетворювача крім
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
81
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
первісного електромагнітного поля буде існувати ще й перетворене поле через наявність параметричного детектування у феромагнітній плівці [2].
Розглянемо роботу такого детектора в області сильних магнітних полів, коли напруженість зовнішнього поля значно більша поля одноосної магнітної анізотропії H0 >> Hк . В цьому випадку можна нехтувати дисперсією
«легких» осей анізотропії і проводити аналіз однорідної магнітної плівки. Вважатимемо, що напрямок вектора намагніченості співпадає з напрямом зовнішнього поля ф0 =фн, що випливає з рівняння рівноваги:
2H0 2K1 2
- со5(фH - ф) +-cos (фK - ф) = 0
M,
0
Ц M
0
2Нс
мп
sin(фН - ф) - (N1 - N2)sin2ф -
2K1
Ц0 M 0
sin2(фK - ф) = 0
2
(1)
тут: H0 - зовнішнє постійне магнітне поле; М0 - вектор намагніченості; ц0 -магнітна стала (4л-10 Гн/м); K1 - постійна одновісної магнітної анізотропії; фн - кут, що визначає напрям зовнішнього постійного магнітного по-
ля; ф* - кут, що визначає напрям «легкої осі» намагнічування (ця вісь яка утворюється в процесі виготовлення плівки).
Рівняння рівноваги можна отримати, якщо розв’язати рівняння Ландау-Ліфшица [3] та виразити магнітне поле через густину вільної енергії.
Компоненти тензора магніторезистивної кр сприятливості дорівнюють:
[*.] = [ RM. [ L, ]; ар[С ]]х
гр Ю . Ю гр
1 + j -а— j-----------1
22 J J 21
Ют ют
. Ю Ю
- j-----1 1 + j - а —
J 12 11 J
Ю
Ю
О 0 1 Ю1 ( я 3
т exp j І arctg £- — І
- sin ф0 cos ф0 0 M 0Ю(1И + T22) а (1 + С У [ V 2 J]
(2)
; TN = 1;
11
Н
ТН = T Н = 0;ТН = T Н = —— cos^ -ф );T N =-(N - N )cos2ф ;TN = T N = 0
12 21 ’ 11 22 -рм VTH TO 'I 22 V 1 2/ IQ’ 12 21
T = Ю0 +1, t = Ю0
111 "l"15 122
Ют Ют
(3)
тут: R\ - постійна аномального ефекту Хола [5]; Lip, Cip - матриці переходу між системами координат; Ар - зміна питомого опору плівки; а - стала згасання, величина безрозмірна, ~ 10 ...10 ; T - допоміжний тензор-
• ? 1 співмножник, T = —
Ц 0
д2и 1 ди
DM M 0 дМ 0
•8
; и - густина вільної енергії; 8 -
одиничний тензор; ют - частота руху намагніченості.
Узагальнений розлад відносно резонансу з урахуванням (3):
х
X
82
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
с
2 2 ю p - ю
аю (2ю 0 + ю m )
тут юр - частота феромагнітного резонансу:
ю0(2ю0 +ют )
юг
(4)
(5)
Підставимо вирази (3-5) у вираз (2), запишемо тензор магніторезистив-
ноі сприйнятливості, кг, = кф1 • exp
jl arctgС-2 + 4GK
, тут Ч~М - додаткова
фаза; кгр/ - компонента, яка виникає через прояв різних гальваномагнітних явищ, таких як магнітоопір та ефект Хола.
Розпишемо за компонентами кгр/ та 4GM:
1) при ApCtp ф 0:
„ . ю0 + ю
к,рі =-sln Фо ■ CPУАР 0 m
1
„ Л ю0 + ю
к,р2 = C0S Фо ■ CPУАР 0 m
аю(2ю0 +ют )(1 + С2)1 1
1 +
ю
ю+ю
0 m
RK L Др C
\
+ а
У
аю(2ю0 +ют )(1 + С2)1
1 +
ю
ю +ю
0m
RM L Др C
Л
+ а
у
^pGM ___ ^pGM
ip 1 ip 2
: arctg
ю
ю +ю
0m
L
1 0 p
\
Др C
+ а
У
2) при ДрСip = 0 (за рахунок магнітоопору):
к,1 =- sin Ф0 ■ ІЛyR1M0 Ч2 = C0S Ф0 ^ LpP0yR1M<
1
1
а(2ю0 +ют )(1 + С2) 11
^ X1/2 ’
. GM ____ GM ____
а(2ю0 +ю„) (1+ С2)I/2; p1 = p2 = 2
3) при Rip ф 0:
4 3 = P yLAM0
1
(1+С 7'
*7 +
аш(2ш0 +ют) ю Др Ci
ю0 RM0 i
-а
; Ч ^3 = arctg
ю
ю
Др с
RM0 l
-а
У
4) при R1lip = 0 (за рахунок аномального ефекту Хола):
кірз = P Усш Др
1
1
0 < ip
; ЧG
л
(6а)
(6б)
(6в)
аю(2ю0 +ют )(1 + СТ”ip3 2 (6г)
тут: у - гіромагнітне відношення електрона (відношення маси електрона до
його заряду [6], у = — = 1,76 ■ 1011 —.
m„
кг
В сильних полях можна виділити 3 режими роботи детектора: дорезо-
1/2
2
1/2
2
X
Л 1/2
2
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
83
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
нансний (ю << юр); резонансний (ю « юр); післярезонансний (ю >> юр).
Дорезонансний режим роботи (ю << юр). З виразу (4) випливає, що величина узагальненого розстроювання С >>1. Приймемо умову: а <<1. Тоді можна записати (6) у спрощеному вигляді:
1) при ДрСр ф 0:
г Др
кр =-sin Фо • Cip —
Др
(
1 +
ю
RMo Lrp
юо +ют Др Ci
0
ip J
1/2
Kip2 = COS Фо • Cip —■ H
(
1/2
1 +
ю
R1M0 LiP
ю0 + ®m Др Ci
0
ip J
4GM _ 4GM _ arctg
ю
(RMо V
ю0 + ®m
Др С
ip J
2) при ДрСір = 0:
K ip 1 = - sin Ф 0 •^ 0 YRM 0 L
ю
0 iP 2
ю
P
K p 2 = C0S Ф 0 •^ 0 YR M 0 L
ю . GM
0~ ip 2 ’ iP1
ю
K
GM ___
ip 2 _ 2
3) при RLip ф 0:
Kp 3 _ ^ 0 YR1M 0 Lip
ю.
X
1 +
аю(2ю„ + ю )
V 0 m s
ю Др Cp
X
ю 0 R1M L
0 10 ip
; Ч Z _ arctg
ю Др Cip ю RM L
0 10 ip
4) при R1Lip = 0:
„ Д р ю
к . 3 _ С----------------------
^p 3 ^p Я ю„ + ю
K
. ч gm _
’ ip 3 2
(7а)
(7б)
(7в)
(7г)
З (7) випливає, що у до резонансному режимі роботи: доцільно використовувати магнітоопір плівки; вклад аномального ефекту Хола сильно зменшується (ю << ю0 + ют)) і ним у виразі (7) можна знехтувати:
Др Др
к , _ - sin Ф • С ——; к = cos Ф • С ——
Т 0 ip ТТ ^ ip 2 Т 0 ip
" ip 1
(8)
H р 2 ip h
00
Резонансний режим роботи (ю « юр). Величина узагальненого розстроювання (4) у точці феромагнітного резонансу С = 0. Із виразу (5) випливає
ют
00 _---m +
2 V
^І + шр . З урахуванням вищевказаного (6) набуває вигляду:
2
2
84
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
1) при ApCp Ф 0:
Кр і =
-sin Ф 0 ■ C.p
Ap ш
H 0 2 аш
\
( 0 у
2ш
■+ 1
+ 1
V Ш m J
1 +
-| 2
1
2 ш
+
( ш
т
V 2 ш
R1М
L,
0 W
+1
Ap C
+ а
ip J
Kp 2 = cos ф 0 ■ C
Ap ш
0 ^ ip
H 0 2 аш
2
2ш
V ш m J
■+1
+1
1 +
2
1
ш
2ш
+
( ш
т
V 2 ш
R М
L
0 1р
+1
Ap C
+ а
1p J
(9а)
* = * і?2 = ^
2) при ApCp = 0:
Л R М 0 L Л
2 ш
+
2
' ш 1
2ш
+ 1
Ap C
+ а
1p J
к , _ - sin фп ■ RL
ip 1 т 0 1 ip
ш
2аш /ф ш Y
к . , = cos ф0 ■ R,L.
ip 2 т 0 1 .р
ш
V 2 ш У 1
+1
п
(9б)
2 а ш ш
. GM ____ GM _________ 'v
2 ^ ip 1 ip 2
V 2 шУ
+ 1
2
3) при R1Lip ф 0:
1
X
X
2
1
X
X
2
1
1
т
т
т
т
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
85
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
K і-p 3 R 1 ■ L ip
ю
2 аю
1 +
ю
m
2 ю
У Л = arctg
+
ю
m
2 ю
А р
C
+1
V R 1M 0 Lip
- а
(9в)
ю
+
ю
Ар
C
+1
V R і M о Lip
-а
2 ю \ V 2 ю
Варіант №4 R1Lip = 1 не розглядається, оскільки при ньому має місце невизначеність.
Післярезонансний режим роботи (ю >> юр). Вираз (4) набуває вигляду:
ІС| =
ю
а(2ю0 +ют )
>> 1
(10)
Підставимо (10) у (6): 1) при ApCip ф 0:
АР
к. 1 = - sin ф0 ■ C
ip1 т 0 ц
H,
Гю > 21 ю
11 +
V ю у 1 ю + ю 0 m
RM 0 L
Ар C
+ а
iP у
к. 2 = cos ф0 ■ C
ip 2 т 0 ц
Ар
H
Гю > 2 ю
\ 1+
Vю у ю„ + ю 0 m
RM 0 L_
Ар C
Y
+а
У ом = у ом = arctg
ip 1 ip 2 О
2) при ApCp = 0:
ю
ю + ю
0 m
Rм 0 L p
Ар C
V r ip
\
+а
T RM„ ю
KL1 =- sin ф0 ■ 4Л
ip у
R,Mn ю„
(11а)
0 _ 0 ~0;к , = cosф0 ■ L ~^ 0 0 шом
0 ip tt iP 2 T 0 lP TT цр
h ю h ю
. уом =уом = _^. (11б)
? ip 1 ip 2 2
3) при R1Lip ф 0:
т RM
к = L. —1—0
ip3 ip н
ч 'І2
V® у
11+
«0 V W. Ll у
\ ; У03=arctg
ю
Г Ар Cl J
ю
m l
-а
ip у
(11в)
4) при R1Lip = 0:
m
X
-I 2
1
ip
X
2
1
ip
2
m
m
1/2
2
1/2
_Л Л 1/2
2
86
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Техніка та пристроїНВЧ діапазону. Антенна техніка
к _ C Ю ^GM
iP3 iP ТТ 5 iP3
п
2
(11г)
Цей режим є неефективним, оскільки різко зменшується магніторезистив-на сприйнятливість.
Висновки
У сильних магнітних полях виділяють три режими роботи детектора: дорезонансний, резонансний та післярезонансний. Дорезонансний режим роботи можна використовувати, якщо є можливість знехтувати ефектом Хола. Післярезонансний режим є неефективним, і тому на практиці майже не використовується. Найбільш ефективним є резонансний режим роботи детектора, оскільки при цьому враховуються всі гальваномагнітні явища у магніторезистивній плівці.
Література
1. Радіотехніка: Енциклопедичний навчальний довідник: Навч. Посібник / За ред.. Ю.Л. Мазора, Є.А. Мачуського, В.І. Правди. - К.: Вища шк., 1999. - 838 с.
2. Юрченко О.Д., Вунтесмері В.С. Хвилевід ний фазовий детектор, побудований на тонко плівковому магніторезистивному перетворювачі // Вісник НТУУ «КПІ».-Сер.Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2007.-Вип.34. - с.123-129.
3. Звездин А.К, Звездин К.А, Хвальковский А.В «Обобщенное уравнение Ландау-Лифшица и процессы переноса спинового момента в магнитных наноструктурах» // Успехи физических наук.-2008.- Выпуск 4. - с.436-442.
4. Крупичка С. — Физика ферритов и родственных им магнитных окислов (том 2). - M., 1976. - 504 с.
5. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М., "Наука", главная редакция физико-математической литературы. - 1987.
6. Seavey M.H. Galvanomagnetic effects in ferromagnetic resonance // J. Appl. Phys. -1960.- p. 550.
7. Моносов Я. А., Нелинейный ферромагнитный резонанс. - М., 1971. - c. 422.
Юрченко О.Д., Біденко В.А. Магніторезистивний хвилевідний фазовий детектор у сильних магнітних полях. Розглянута робота магніторезистивного фазового детектора призначеного для роботи з сигналами НВЧ діапазону у сильних магнітних полях.
Ключові слова: фазовий детектор, НВЧ, магніторезистивні плівки________________
Юрченко А.Д., Биденко В.А. Магниторезистивный волноводный фазовый детектор в сильных магнитных полях. Рассмотрена работа магниторезистивного фазового детектора, предназначенного для работы с сигналами СВЧ диапазона в сильных магнитных полях.
Ключевые слова: фазовый детектор, СВЧ, магниторезистивные пленки Iurchenko O.D., Bidenko V.A. The magnetoresistive waveguide phase detector in intense magnetic fields. Operation of the phase detector designed to work with microwave frequency signals in intense magnetic fields.
Key words: phase detector, microwave frequency, magnetoresistive film
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
87
