Исследование связи резонаторов микроволнового магнитоэлектрического полосового фильтра с помощью компьютерного моделирования

В современных условиях успешное развитие электронной техники обусловлено исследованием и внедрением новых материалов с широким диапазоном физических свойств для создания на их основе приборов и устройств, работающих на новых физических принципах. Последние несколько десятилетий характеризовались значительным ростом активности в области исследования материалов, в которых обнаруживается взаимосвязь электрических и магнитных свойств. Особый интерес представляют магнитоэлектрические материалы, свойства которых проявляются при комнатных температурах и относительно небольших магнитных полях, поскольку такие материалы являются перспективными для практических применений. В работе представлена конструкция и рассмотрен принцип действия магнитоэлектрического СВЧ-фильтра. Проведено моделирование в программе HFSS Ansoft, получены амплитудно-частотные характеристики фильтра.

1. Curie P. Sur la symétrie dans les phénomènes physiques, symétrie d'un champ électrique et d'un champ magnétique. J. Phys. Theor. Appl., 1894, vol.3, p. 393.

2. Debye P. Bemerkung zu einigen neuen Versuchen über einen magneto-elektrischen Richteffekt. Z. Phys., 1926, vol. 36, p. 300.

3. Dzyaloshinskii I.E. Magnetoelectric effects in antiferromagnetics. Sov. Phys. JETP, 1959, vol.10, p. 628. Available at: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_010_03_0628.pdf.

4. Astrov D.N. The magnetoelectric effect in antiferromagnetics. Sov. Phys. JETP, 1960, vol. 11, p. 708. Available at: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_011_03_0708.pdf.

5. Astrov D. N. Magnetoelectric effect in chromium oxide. Sov. Phys. JETP, 1961, vol. 13, p. 729. Available at: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_013_04_0729.pdf.

6. Ascher E., Rieder H., Schmid H., Stossel H. Some Properties of Ferromagnetoelectric Nickel-Iodine Boracite, Ni3B7O13I. J. Appl. Phys., 1966, vol. 37, p. 1404.

7. Den Boomgaard J. Van, Terrell D. R., Born R. A. J., Giller H. F. J. I. An in situ grown eutectic magnetoelectric composite material. J. Mater. Sci., 1974, vol. 9, p. 1705.

8. Run A. M. J. G. Van, Terrell D. R., and Scholing J. H. An in situ grown eutectic magnetoelectric composite material. J. Mater. Sci., 1974, vol. 9, p. 1710.

9. Den Boomgaard J. Van, Run A. M. J. G. Van, Suchtelen J. Van. Magnetoelectricity in piezoelectric-magnetostrictive composites. Ferroelectrics, 1976, vol. 10, p. 295.

10. Ohno H., Chiba D., Matsukura F., Omiya T., Abe E., Dietl T., Ohno Y., Ohtani K. Electric-field control of ferromagnetism. Nature, 2000, vol. 408, p. 944.

11. Chiba D., Yamanouchi M., Matsukura F., and Ohno H. Electrical manipulation of magnetization reversal in a ferromagnetic semiconductor. Science, 2003, vol. 301, p. 943.

12. Wang Y., Li J., Viehland D. Magnetoelectrics for magnetic sensor applications: status, challenges and perspectives. Mater. Today, 2014, vol. 17, p. 269.

13. Hu J.-M., Yang T., Wang J., Huang H., Zhang J., Chen L.-Q., Nan C.-W. Purely Electric-Field-Driven Perpendicular Magnetization Reversal. Nano Lett. 15, 616 (2015).

14. Carman G. P., Sun N. Strain-mediated magnetoelectrics: Turning science fiction into reality. MRS Bull., 2018, vol. 43, p. 822.

15. Viehland D., Wuttig M., McCord J., Quandt E. Magnetoelectric magnetic field sensors. MRS Bull., 2018, vol. 43, p. 834.

16. Domann J., Wu T., Chung T.-K., Carman G. Strain-mediated magnetoelectric storage, transmission, and processing: Putting the squeeze on data. MRS Bull., 2018, vol. 43, p. 848.

17. Brigadnov I.A., Dorfmann A. Mathematical modeling of magneto-sensitive elastomers, International Journal of Solids and Structures, 2003, vol. 40, iss. 18, pp. 4659–4674.

18. Hu J.-M., Nan C.-W. Opportunities and challenges for magnetoelectric devices, APL Mater., 2019, vol. 7, p. 080905.

19. Srinivasan G., Tatarenko A.S., Bichurin M.I. Electrically tunable microwave filters based on ferromagnetic resonance in ferrite-ferroelectric bilayers. Electronics Letters, 2005, vol. 41, no. 10, p. 596.

20. Bichurin M.I., Petrov V.M., Petrov R.V., Kapralov G.N., Kiliba Yu.V., Bukashev F.I., Smirnov A.Yu., Tatarenko A.S. Magnetoelectric Microwave Devices. Ferroelectrics, 2002, vol. 280, p. 211.

21. Bichurin M.I., Kornev I.A., Petrov V.M., Tatarenko A.S., Kiliba Yu.V., Srinivasan G. Theory of magnetoelectric effects at microwave frequencies in a piezoelectric/magnetostrictive multilayer composite. Phys. Rev. B., 2001, vol. 64, 094409, pp. 1-6.

22. Vasilev B.Y., Tung L.Van, Ilukena D. Research on the switching algorithm of voltage vectors in the direct torque control system. International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 2018, pp. 1–7.

23. Vasilev B.U., Zyrin V.O. Algorithmic methods to improve the semiconductor converter performance effectiveness. International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 2016, pp. 1–6.

24. Tatarenko A.S., Gheevarughese V., Srinivasan G., et al. Microwave magnetoelectric effects in ferrite—piezoelectric composites and dual electric and magnetic field tunable filters. J Electroceram, 2010, vol. 24, pp. 5–9.