更新时间：2024-03-25 15:30
静磁波(Msw)是一种慢色散的磁控电磁波.它是YIG 材料中射频(RF)电磁场和磁偶扳子自旋系统的强烈交换作用可以忽略时的自旋波.根据外加偏磁场HO,静磁波传播方向s和磁介质膜面法向N 的相对取向,可以激发几种不同特性的静磁波。
(1)采用多层膜结构
(2)延迟线级联
(3)金属阶梯结构
(4)调整偏置场的均匀性
(5)反射阵技术
(6)离子注入技术
由于MSW在磁性膜中传播时,也有能量分布,所有能影响这种能量分布的方法,均能对其色散产生影响.。采用多层膜结构￡,两块磁联之间能量耦台的结果使得多层外延迟特性的线性度提高,带宽增加采用饱和磁化强度分别为0.175T和0.15T,厚度为1Qm的磁膜,可实现中心颓率为2.8GHz,带宽在0.14GHz以上的t25ns/cm至365ns/em的线性延迟.。多层膜结构既可用来使延迟线性化,也可用来产生恒定延迟。由于MSW县有延迟随颓率增加而下降的性质,通过级联MSBVW$~MSSW或MSF-Vw而形成的组合器件在很大的带宽内具有非色散响应调整两个或其中之一延迟线的偏置场,可以控制组合器件的延迟.电可调延迟线在带宽相阵天线和信号处理方面有着广泛的应用.目前已经研制出在x段段宽为150M-FIz,时间延迟可调范围达±20嘶的非色散电可控延迟元件。K.w;Chang等人对金属阶梯结构进行了研究￡”.表明这种结构下色散线性化的好坏主要取决于各阶梯的尺寸,因为该机构下的延迟相当于一系列MSW延迟线的级联,所以采用金属阶梯结构可以实现良好的色散控制.
目前这种技术主要应用于脉冲压缔系统,压缩接收器和可变时间延迟器f1~1,I1.’Morgenlhaler从理论上分析了场幅度梯度,磁场方向梯度或两种梯度同时存在对MSW色散特性的影响,指出控制梯度场改善MSW的色散特性.但是,目前为止尚未有实验表明利用这种技术实现MSW线性延迟的可行性。利用反射阵控制色散,这种技术目前已相当完善,并且广泛应用于反射阵滤波器中。通常采用更方便的离子注入形成反射阵列.采用离子注入技术可以在YIG的厚度范围内形成饱和磁化强度的不均匀分布来控制MSW色散,Buris和Stancil采用变分法研究了饱和磁化强度的不均匀性与MSW色散特性的关系,实验证明这种技术能有效地控制Msw的色散特性。
在YIG薄膜中传播的MSW为我们提供了极为方便的方法,即在微波颓率下直接进行信号处理.目前,利用YIG薄膜中传播的MSW已研制出了诸如谐振器,延迟线,振荡器,滤波器等多种MSW器件并相应地在系统中获得应用。
目前已有三种结构形式的MSW谐振器
l,它们分别为:周期性沟槽栅状结构,直边结构与环状结构.w.Ishak详细研究了MSW可调谐振器,分析了各种MSW谐振器的优缺点及其应用.基于周期性沟槽栅状结构的MSSW,MsFVw谐振器具有高负载的优点,但因其要求的YIG薄膜尺寸较大,带来对磁极尺寸及处理方面的特殊要求。采用金属反射阵代替刻蚀沟槽,虽然结构及制作工艺简单,但存在插损增大的问题.对s波段环状结构谐振器的研究表明有必要对消除多模响应作进一步研究,利用矩形YIG薄膜作成的直边结构谐振器克服了上述谐振器的缺点,借助于双端谐振,在大部分可调谐频段插损可以低至GdB,
MSW谐振器已经应用于可调振荡路,高频预造滤波器及频率调制器中。平面状的Msw谐振器在仪表和通讯系统中具有较大潜力的应用.司调谐振器作为造频元件应用于0.5--26GHz频段的可谐振荡器电路中.MSW在Y1G薄膜中传播速度比光速小两个数量级,决定了MSW谐振器的外观尺寸在10一100m之间,可以直接应用光刻技术,这种空间上的压缩使MSW谐振器的体积较小.又因其采用的平面结构形式使其易与单片集成电路(MMIC)相容
MSW延迟线是MSW延迟特性的直接应用,它是所有MSW器件的基础.目前已研制出可以实现不同微波功能的多种MSW延迟线,非色散MSW延迟线,色散MSW延迟线,可变延迟线,抽头延迟线.MSW延迟线与同轴延迟线相比,它能在更小的体积,更轻的重量上获得与同轴延迟线类似的延迟且损耗相当。目前s波段的延迟线作为延迟元件已应用于微扫描接收器中,与使用SAW器件的系统相比,MSW器件能直接在微波频率下进行信号处理,且可实现1GHz带宽.在简单的压缩式接收器中输入信号与线性频率混台产生一个本征振荡,混台输出至延迟线,延迟线的输出是输入信号的付里叶转换,这种技术应用于快速宽带频谱分析。
早期的MSW振荡器大多是MSW延迟线式,Msw延迟线式振:荡器因其结构简单(平面),优良的相位干扰特性以及宽带可调引起人们极大关注,已有多篇文章报道了采用MSW延迟线,外部放大。MSW延迟线式振荡器器和定向耦台器作成的sw:振荡器,但是在这种振荡器中因为存在长电路致使在可调频段内出现不合乎需要的颓率突变。另一类MSW振器荡是基于谐振的振荡器与其它的振荡器相比,MSW振荡器具有带宽,稳定性好,可调及结构简单的优点.目前MSW振荡器主要用作微波信号源。
目前利用石榴石薄膜中的EMsw:研制出三种类型的滤波器:耦台谐振式,延迟线式,MSW与光相互作用式.这些滤波器及其滤波器组因其低损,低耗,适宜于光封处理,结构紧凑,重复性好等优点广泛应用于卫星通讯及军事领域中。
目前MSW技术中最有效的应用是MSW谐振器,Hewlere-Packard进一步研究后指 出,随着这种器件稳定性的进一步提高,将进一步应用于微波测试设备中。在各种已研制出并经实验研究的MSW器件中,最令人感兴趣的主要是那些与色散延迟线,电可调时间延迟元件和微波可调振荡器有关的器件.目前,离子注八技术的应用,特别是在精确的相位控制方面尤其引人注目,富有成效.纳秒时间延迟控制能力的实现使MSW时间延迟元件真正用作相阵元.。 MSW可调光滤波和光谱分析极为引人注目.可以预测,在不远的将来,这种器件将获得广泛的应用。目前人们加强了对MSW器件相位噪声特性的研究,并采用基于MSW的检波实现自动相位噪声测量,提高MSW件稳定性及进一步发展宽带仍是需要加以研究的课题。 Msw器件的主要缺点是其对温度的敏感性,较高的插损以及限于低能应用的局限性。静磁作用过程决定了其低能应用的本质,但是其随温度变化的敏感性和较高插损问题可以通过将来的研究加以解决。
在铁磁共振实验的附加峰（副峰）中，1956年，R.L.怀特和I.H.索尔特首次观察了亚铁磁体中的静磁模。1961年，R.W.达蒙等研究了平面结构中的静磁模。1965年,F.A.奥尔森在YIG（钇铁石榴石）单晶上观察到表面自旋波的传播。70年代开始研究在 GGG(钇镓石榴石)上外延YIG单晶薄膜中传播静磁波。
静磁波在有限尺寸的磁介质中传播时，磁介质内部和表面上的磁矩受到不同的偶极矩场作用，同时由于其磁各向异性而有不同的应力分布，因而表面层的自旋所受的作用力矩与内部自旋所受的不同，从而出现不同的进动频率。当静磁波在磁介质体内传播时，称为静磁体波。其能量在整个材料内按三角函数规律分布，此时表面自旋可能不被激发而处于钉扎状态；同样也可能出现只有表面层被激发而进动的自旋模式，它沿表面层传播，其振幅自表面向体内按指数律衰减，这种静磁波称为静磁表面波。
利用静磁波的慢波特性(传播速度为104～106米/秒)以及可以磁控相速、群速的性能，可制成新型的微波信息处理器件，实现诸如延时、相移、带通滤波和脉冲压缩等功能。