С.А. Винокуров1, А.Р. Сафин2, Д.А. Фролов3

2,3 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (Москва, Россия)

1-3 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)

1 sergey.vinokurow@yandex.ru; 2 arsafin@gmail.com; 3 frolovdan12@gmail.com

Постановка проблемы. В настоящее время автогенераторы (АГ) с задержанной обратной связью (ЗОС) отличаются от подобных генераторов с сосредоточенными параметрами множеством улучшенных характеристик, к которым можно отнести низкий уровень спектральной плотности мощности (СПМ) фазовых шумов, достаточно широкий диапазон перестройки частоты, высокую чувствительность к внешним воздействиям. Основными компонентами, применяемыми для реализации ЗОС, являются волоконно-оптические и акустические дисперсионные линии, а также сферы и пленки из железо-иттриевого граната (ЖИГ). Параметры пленочного ЖИГ существенно зависят от технологического процесса изготовления пленки, ее однородности, толщины, длины и др. Поскольку выбор процесса изготовления ЖИГ сильно ограничивает его применение при проектировании и изготовлении АГ, были проведены эксперименты по модификации пленок ЖИГ. Одна из наиболее результативных модификаций представляет собой добавление на пленку ЖИГ металлических или полупроводниковых линий - так называемый одномерный магнонный кристалл, при прохождении через который сигнала происходит периодический обмен энергией между падающей и отраженной волнами. Это приводит к улучшению параметров пленки ЖИГ (эффективное время задержки, низкое энергопотребление). Однако влияние магнонного кристалла на параметры АГ и генерируемого сигнала, а также его использование в качестве линии задержки на сегодняшний день недостаточно изучено.

Цель. Провести анализ АГ с ЗОС на основе магнонного кристалла и исследовать СПМ амплитудных и фазовых шумов генерируемого сигнала.

Результаты. Установлено, что магнонный кристалл за счет своей периодичности способен оказывать большое влияние на амплитуду, фазу и частоту сигнала АГ. Проведено исследование влияния времени задержки и параметра связи магнонного кристалла на СПМ амплитудных и фазовых шумов. Выявлено, что при увеличении параметра связи падающей и отраженной волн значения СПМ амплитудного и фазового шумов возрастают и расширяется запрещенная зона, которая может не только ослаблять, но и полностью подавлять сигнал на определенной частоте. Показано, что благодаря этому магнонный кристалл можно применять в устройствах обработки и передачи информации не только как линию задержки в автогенераторных схемах, но и как режекторный фильтр в СВЧ-тракте приемо-передающих устройств.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть полезны при проектировании АГ с ЗОС на магнонном кристалле.

Винокуров С.А., Сафин А.Р., Фролов Д.А. Анализ влияния магнонного кристалла на шумы автогенератора с задержанной обратной связью // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 5. С. 120–130. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202605-15

1. Rubiola E. Phase Noise and Frequency Stability in Oscillators. Cambridge University Press. 2009. 228 р.
2. Patent (U.S.) 4,028,639 (7 June 1977). Oscillator using magnetostatic surface wave delay line. / Hagon P.J., Haworth J.
3. Serga A.A., Chumak A.V., Hillebrands B. YIG magnonics // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. V. 43. № 26. P. 264002. https://doi.org/ 10.1088/0022-3727/43/26/264002.
4. Высоцкий С.Л. и др. Cпектр спин-волновых возбуждений касательно намагниченного двухмерного гексагонального ферритового магнонного кристалла // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 7. С. 855-865.
5. Chumak A.V. et al. Scattering of surface and volume spin waves in a magnonic crystal // Applied Physics Letters. 2009. V. 94. № 17. P. 083906. https://doi.org/10.1063/1.3127227.
6. Высоцкий С.Л. и др. Влияние металлизации ферритового магнонного кристалла на брэгговские резонансы поверхностных магнитостатических волн // Письма в Журнал технической физики. 2011. Т. 37. № 21. С. 76-81.
7. Устинов А.Б., Григорьева Н.Ю., Калиникос Б.А. Наблюдение солитонов огибающей спиновых волн в периодических магнитных пленочных структурах // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2008. Т. 88. № 1. С. 34-39.
8. Inoue M., et al. Investigating the use of magnonic crystals as extremely sensitive magnetic field sensors at room temperature // Applied Physics Letters. 2011. V. 98. № 13. P. 132511. https://doi.org/10.1063/1.3567940.
9. Kryshtal R.G., Medved A.V. Surface acoustic wave in yttrium iron garnet as tunable magnonic crystals for sensors and signal processing applications // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. № 19. P.192410. https://doi.org/10.1063/1.4714507.
10. Fetisov Y.K., Ostrovskaya N.V., Popkov A.F. Parametrical interaction of magnetostatic volume waves in a space‐time periodic magnetic field // Journal of applied physics. 1996. V. 79. № 8. P. 5730-5732. https://doi.org/10.1063/1.362233.
11. Chumak A.V., et al. A current-controlled, dynamic magnonic crystal // Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. V. 42. № 20.
    P. 205005. https://doi.org/10.1088/0022-3727/42/20/205005.
12. Morozova M.A., et al. Laser-induced Bragg resonances in ferrit/semiconductor heterostructure // Applied Physics Letters. 2023. V. 123. № 20. P. 202406. https://doi.org/10.1063/5.0177337.
13. Гуляев Ю.В., Никитов С.А. Магнонные кристаллы-спиновые волны в периодических структурах // Доклады Академии наук. 2001. Т. 380. № 4. С. 469-471. https://doi.org/10.3367/UFNr.0185.201510m.1099.
14. Ustinov A.B., Drozdovskii A.V., Kalinikos B.A. Multifunctional nonlinear magnonic devices for microwave signal processing //
    Applied physics letters. 2010. Т. 96. № 14. https://doi.org/10.1063/1.3386540.
15. Mruczkiewicz M., et al. Observation of magnonic band gaps in magnonic crystals with nonreciprocal dispersion relation // Physical Review B. 2014. V. 90. № 17. P. 174416. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.174416.
16. Высоцкий С.Л., Павлов Е.С. Ориентационная зависимость положения и ширины полос непропускания в спектре поверхностных магнитостатических волн в одномерном ферритовом магнонном кристалле // Гетеромагнитная микроэлектроника. 2010. № 8. C. 116-120.
17. Высоцкий С.Л. и др. Спектр и потери поверхностных магнитостатических волн в одномерном магнонном кристалле // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. № 2. С. 150-152.
18. Fetisov Y.K., Ostrovskaya N.V., Popkov A.F. Parametrical interaction of magnetostatic volume waves in a space‐time periodic magnetic field // Journal of applied physics. 1996. V. 79. № 8. P. 5730-5732. https://doi.org/10.1063/1.362233.
19. Высоцкий С.Л. и др. Поверхностные спиновые волны в одномерных магнонных кристаллах с двумя пространственными периодами // Письма в Журнал технической физики. 2015. Т. 41. № 22. С. 66-73.
20. Tiberkevich V.S., Khymyn R.S., Tang H.X., Slavin A.N. Sensitivity to external signals and synchronization properties of a non-isochronous auto-oscillator with delayed feedback // Sci. Rep. 2014. V. 4. Р. 3873. DOI: 10.1038/srep03873.
21. Bankowski E., Meitzler T., Khymyn R.S., Tiberkevich V.S., Slavin A.N., Hong X. Tang. Magnonic crystal as a delay line for low-noise auto-oscillators // Appl. Phys. Lett. 21. September 2015. V. 107, № 12. Р. 122409.