Применение магнитоэлектрических градиентных структур

Изложены основные принципы применения слоистых структур нового типа, магнитоэлектрических градиентных структур при проектировании электронно-управляемых сверхвысокочастотных устройств. Показано, что магнитоэлектрические градиентные структуры представляют собой сложные композиты, в состав которых входят композитные материалы — слоистый мультиферроик и искусственный диэлектрик. На основе построенной ранее математической модели методом численного моделирования получены спектры собственных волн, распространяющихся в магнитоэлектрической градиентной структуре, при разных значениях прикладываемого внешнего электрического поля и относительной диэлектрической проницаемости слоя искусственного диэлектрика. Установлен взаимопротивоположный характер влияния этих факторов на дисперсионные характеристики, что закладывает основу для разработки принципов проектирования новых сверхвысокочастотных устройств на основе представленного в исследовании слоистого композитного материала.

1. Nikitin A.O., Petrov R.V. Magnetoelectric gradient structures // Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol.2052. Article number: 012029. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2052/1/012029

2. Nikitin A.O., Petrov R.V., Havanova M.A. Control of magnetoelectric antenna by electric field // CriMiCo'2019. ITM Web of Conferences 2019. Vol.30(1). Article number: 05028. DOI: https://doi.org/10.1051/itmconf/20193005028

3. Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S. et al. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions // J. of Appl. Phys. 2008. Vol.103(3). Article number: 031101. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2836410

4. Bichurin M., Petrov V., Petrov R., Tatarenko A. Magnetoelectric Composites. Singapore: Pan Standford Publ., 2019. 280 p.

5. Demidov V.E., Kalinikos B.A. The spectrum of dipoleexchange spin waves in tangentially-magnetized metalferroelectric-ferromagnet-ferroelectric-metal sandwich structures // Tech. Phys. Let. 2000. Vol.26. P.273–275. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1262815

6. Demidov V.E., Kalinikos B.A. Spectra of exchange dipole electromagnetic-spin waves in asymmetric metal-insulatorferromagnetic-insulator-metal systems // Tech. Phys. 2001. Vol.46(2). P.219–222. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1349280

7. Nikitin A.A., Ustinov A.B., Semenov A.A., Kalinikos B.A. A microwave phase shifter based on a planar ferrite-ferroelectric thin-film structure // Tech. Phys. Let. 2014. Vol.40. P.277–279. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785014040087

8. Ustinov A.B., Tiberkevich V.S., Srinivasan G. et al. Electric field tunable ferrite-ferroelectric hybrid wave microwave resonators:4Experiment and theory // J. Appl. Phys. 2006. Vol.100. Article number: 093905. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2372575

9. Petrov R.V., Tatarenko A.S., Srinivasan G., Mantese J.V. Antenna miniaturization with ferrite-ferroelectric composites // Mic. Opt. Tech. Lett. 2008. Vol.50. P.3155–3157. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.23939

10. Бичурин М.И., Петров Р.В., Воробьев Ю.Д, Килиба Ю.В. Полосовой перестраиваемый магнитоэлектрический СВЧ-фильтр // Сб. докл. Междунар. форума по проблемам науки, техники и образования. М.: МИИГАИК, 1997. С.234–238.

11. Tatarenko A.S., Srinivasan G., Filippov D.A. Magnetoelectric microwave attenuator // Electronics Lett. 2007. Vol.43(12). P.674-675. DOI: https://doi.org/10.1049/el:20070949

12. Bichurin M.I., Petrov R.V. Magnetoelectric phasers for PAS // Proceedings of the 2nd International conference and exhibition on satellite communications (ICSC’96). Moscow, 1996. P.172–176. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSC.1996.864274

13. Бичурин М.И., Петров Р.В., Соловьёв И.Н. и др. Исследование магнитоэлектрического СВЧ гиратора [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2012. №2. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5370 (дата обращения: 12.05.2022).

14. Казанский В.Б., Туз В.Р., Хардиков В.В. Электродинамическая теория композитных сред: монография. Харьков: ХНУ им. В.Н.Каразина, 2015. 220 с.

15. Zhang Y., Aratani Y., Nakazima H. A microwave freespace method using artificial lens with anti-reflection layer // Sens. Imaging. 2017. Vol.18(17). P.1–12. DOI: https://doi.org/10.1007/s11220-017-0166-7

16. Awai I. Artificial dielectric resonators for miniaturized filters // IEEE Microwave Magazine. 2008. Vol.9(5). P.55–64. DOI: https://doi.org/10.1109/MMM.2008.927709

17. Zhang Y., Imahori T., Fujita Y. Artificial material for patch antenna gain enhancement and its application in microwave free-space method // Int. Conf. on Electromagnetic in Advanced Applications. 2019. P.203. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEAA.2019.8879209

18. Biber S., Richter J., Martius S., Schmidt L. Design of artificial dielectrics for ant-reflectioncoatings // 33 Eur. Microwave Conf. Proceedings. 2003. Vol.8024048. P.1115–1118.

19. Ang Ch., Yu Zh. DC electric-field dependence of the dielectric constant in polar dielectrics: Multipolarization mechanism model // Physical review B. 2004. Vol.69. Article number: 174109. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.174109

20. Vopson M.V. Fundamental of multiferroic materials and their possible application // J Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015. Vol.40(4). P.223–250. DOI: https://doi.org/10.1080/10408436.2014.992584

21. Локк Э.Г., Вашковский А.В. Диаграммы направленности излучения, возникающего в результате преобразования поверхностных магнитостатических волн в электромагнитные // Радиотехника и электроника. 1995. №7. С.1030–1037.

22. Vashkovskij A.V., Lock E. H. On the parameters of patterns of radiation arising in the process of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave // J. of Communication Technology and Electronics. 2004. Vol.49(8). P.904–909.

23. Vashkovskij A.V., Lock E.H. The mechanism of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave // J. of Communication Technology and Electronics. 2009. Vol.54(4). P.456–467. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064226909040111