RÉALISATION D'UNE LIGNE A RETARD A YIG UTILISANT LE MODE MAGNÉTOSTATIQUE

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Submitted on 1 Jan 1971

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RÉALISATION D’UNE LIGNE A RETARD A YIG UTILISANT LE MODE MAGNÉTOSTATIQUE

A. Priou

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A. Priou. RÉALISATION D’UNE LIGNE A RETARD A YIG UTILISANT LE MODE MAGNÉTOSTATIQUE. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-128-C1-130.

�10.1051/jphyscol:1971141�. �jpa-00214451�

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JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C I , supplkment au no 2-3, Tome 32, Fkvrier-Mars 1971, page C 1

-

¹²⁸

REALISATION D'UNE LIGNE A RETARD A YIG UTILISANT LE MODE M A G ~ T O STATIQUE

A. PRIOU

0 . N. E. R. A. Centre d'Ctudes et de Recherches de Toulouse DCpartement d'Etudes et de Recherches en Micro-Onde

I<6sum6. - Cet article presente une ligne a retard a YIG accordable Clectroniquement dans la bande 900-1 250 MHz, par l'intermediaire d'un circuit magnetique variable. L'interbt d'un tel systeme reside surtout dans la realisation d'un ensemble d'encombrement reduit, possedant de bonnes performances. Dans la premiere partie, nous dkfinissons mathe- matiquement les ondes magnktostatiques. Dans la section deux, nous indiquons les principales caracteristiques de ces ondes. La troisikme partie porte sur l'exp6rimentation et la realisation de la ligne a retard accordable. La conclusion rappelle les caracteristiques essentielles du montage et indique ses avantages et ses inconvenients.

Abstract. - This paper deals withaYIG delay linein the band from 900 up to 1 250 MHz by means ofavariablemagnetic device. The main advantage of such a method is the realisation of a set having limited required space with satisfactory devices. In part one, magnetostatic waves are definite mathematically. In part two, the characteristics of these waves are drawn up. In part three, the tests and the realisation of the delay line, are carried out. The conclusion brings back the main characteristics of the assembling and shows up the advantages and disadvantages of the method.

I. Introduction. - Schlomann [I] a montrt qu'il etait possible de gentrer dans un mattriau ferrima- gnCtique des ondes de spin, 9. la mSme frCquence que celle d'un champ magnetique micro-ondes transverse applique, pourvu que le champ magnttique continu interne, soit spatialement non uniforme. La propa- gation des ondes de spin dans un tel milieu est alors regie par la relation de dispersion ou relation de Wal- ker [2]. Dans le cas ou les effets diglectriques sont ntgligeables (petits tchantillons), et pour des fr6- quences telles que le carrt du nombre d'onde de l'onde de spin ( k 2 ) soit plus grand que celui du nombre d'onde de l'onde tlectromagnCtique [kg = o(po E)%] la relation de dispersion se r6duit 8 :

tionnement et les possibilitts de rtaliser des lignes a retard variable en utilisant ce mode.

11. Ondes magnCtostatiques des cylindres longs aimantes 1ongitudinaIement. - L'ttude de ces modes dans le cas des cylindres aimantts longitudinalement a t t t rtaliste par JOSEPH et SCHLOMANN [3].

De cette thCorie nous dtduisons les points inttres- sants suivants :

2.1 I1 existe deux types de modes magnttostatiques possibles : les modes en volume et les modes en surface.

Les modes en volume dtfinis par les indices : m = f 1,

+

²..., r = 1, 2, 3, correspondent princi- palement B des champs de hautes frkquences distri- buCs B l'interieur du ferrite. Les frtquences propres de ces modes sont dkfinies par les relations :

avec :

Q X { ~ - ( ~ )(?I2+ .

[

³Q2-2 Q - 1 -

om = - 4 n Mo y ; 4 n Mo ttant I'aimantation satu- 2 Q ^m,r

ration ⁸^{Q 2}

o, = - y Hi ; Hi ttant le champ interne - &-1

we, = - y Hex ^; He, ttant le champ d'Cchange (3)

Q(lml - m e " ) k 2 = k:.

+

^k,2; ^kt2⁼^k:

+

^ky2

a : la distance entre atomes,

et o, : la pulsation de l'onde de spin. Q-1

.

² ³

Pour de petits nombres d'onde k, la relation de ²1+- 2

(

^kR

)

- @ - I )

-(ie) ...

⁽⁴⁾

dispersion, devient :

Les ondes qui prennent naissance sont les ondes magnttostatiques.

Pour de grands nombres d'onde k, nous obtenons la relation de dispersion des ondes, appeltes ondes dyechange.

Nous n'envisageons ici que le cas des ondes magnQ tostatiques. Nous Ctudions, tour a tour, leur fonc-

avec : Q = BIH, R rayon du cylindre, jm, r Ctant le zero de rang r de la fonction de BESSEL de premier ordre, d'ordre m.

Les modes en surface dCfinis par m = 1, 2, 3 correspondent a des champs de hautes frkquences distributs

B proximitC de la surface cylindrique. Ces modes existent chaque fois qu'il y a surface de stparation entre un milieu anisotrope et un milieu isotrope. Ces modes en surface n'existent que pour m > 0 et kR < 1, et les frkquences propres sont donntes par la relation :

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971141

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RBALISATSON D'UNE LSGNE A RETARD A YIG UTILISANT LE MODE

x (- log kR

+

0,366). (6) 2.2 Pour un champ magnetique donn6, la propa- gation de ces ondes se situe dans une plage de fre- quences IimitCes du cat6 des basses frkquences par les modes en volume (w, = yH), du c6td des hautes frkquences par les modes en surface [ao = y(B

+

^H)/2

pour un barreau place dans l'air et o = yB pour un barreau insert5 entre des parois mCtalliques]. Le chan- gement des modes en volume en modes de surface a lieu pour une pulsation o = y(BN)%.

2.3 Les caracttristiques de dispersion montrent une grande plage de variation de la longueur d'onde et de la vitesse de groupe quand on approche de la fr6quence de resonance gyromagnbtique.

Le retard devient alors de plus en plus grand, mais la transmission devient trQ dispersive. Ainsi, en contralant le champ magnCtique continu, des retards variables peuvent &re obtenus.

III. - Realisationd'une ligne B retard B circuit magnk- tique utilisant le mode ma$nktostatique (m = 1, r = 1).

- Le systhme complet se compose d'un circuit magnC- tique rCalisC par la S. E. R. M. A. G. et d'une ligne B retard Ctudide dans notre laboratoire.

Le circuit magnetique comporte un aimant perma- nent assurant un champ uniforme de 410 Oe (le cou- rant de commande Ctant nul), auquel on superpose le champ produit par une bobine excitatrice comman- dCe par une tension continue variant entre - 150 V et

+

150 V. Le circuit permet d'obtenir des retards variables dans la gamme de frCquences 900-1 250 MHz.

La gamme d'utilisation du systkme est uniquement fonction du circuit magnttique choisi et peut Btre dCplac6e en changeant la valeur centrale du champ magnCtique.

La ligne proprement dite se compose d'une enceinte en laiton, dans laquelle est place un barreau de YIG (de section 3 mm, de longueur 10 mm et d'axe 110).

Le systkme d'excitation se compose alors de deux anten- nes droites, de faibles diambtres (Fig. 1). Ce systkme d'antenne permet d'exciter favorablement le mode m ⁼I, r = 1 tout comme une antenne en boucle exciterait favorablement le mode m = 0, r = 1 [4].

Sous ces conditions la ligne a 6t6 l'objet d'un certain nombre de manipulations conduisant aux rCsultats suivants.

3.1 CARACTF~RISTIQUES RETARD FONCTION DUCHAMP.

- Avec ce systkme nous avons pu mettre en evidence des retards variables de 0 8 4 microsecondes, pour une variation du champ magnetique supplCmentaire de 15 & 20 Oe.

Nous voyons, Cgalement, que le mode magnetostatique est un mode trbs dispersif. Prks de la resonance la dispersion est importante et le retard est maximum.

60 MHz au-del8 de la frkquence de resonance, cette quantit6 devient nulle, et le retard t r b faible, varie tr6s peu avec la frbquence. Nous en dCduisons le

I

^UHF E n t r i e

1

^UHF^Sortie

FIG. 1 . - Systkme ligne a retard.

caract6re tr&s dlectif des lignes en modes magnCto- statiques.

3.2 PERTES D'INSERTION DE LA LIGNE. - L ~ s perks d'insertion initiales, soit pour un retard nul, sont de l'ordre de 20 B 25 dB. Les pertes d'insertion complt- mentaires, suivant le matkriau utilid, se chiffrent par 20 B 25 dB par rnicroseconde suppl6mentaire.

Les pertes, pour un retard de 2 microsecondes, se situent dans la zone de 55 B 60 dB, alors que pour 3 microsecondes elles sont de l'ordre de 70 dB.

Une adaptation en amont et en aval du systBme permet de rCduire ces pertes. Nous avons obtenu pour le dit systbme des pertes Cgales B 20 dB pour 0,5 microseconde de retard B 1300 MHz. Nous en deduisons que dans certains cas nous avons interst B adapter les lignes 2 retard.

3.3 INFLUENCE DE LA PUISSANCE D ' E N T R ~ . - L ~ s variations des pertes d'insertion ne depassent pas 3 dB, lorsque la puissance d7entr6e varie de 10 milliwatt B 1 watt. I1 est donc possible de faire travailler la ligne avec des puissances d'entr6e de l'ordre du watt ; c'est une des principales qualitCs de la ligne B retard en mode magnetostatique.

3.4 INFLUENCE ^DELA TEMPJ~RATURE. - Le boitier comprenant l'ensemble complet (ligne et aimant) a CtC place dans une Ctuve en vue d'une Ctude de la fiabilitk en temptrature. Les conditions de I'experience sont les suivantes : frkquence 1200 MHz, retard, B 25 OC, dgal B 1 microseconde. La tempkrature a 6t6 ClevCe jusqu'8 108 0C. Une variation du retard est apparue aux alentours de 80 OC (de l'ordre de 20 %

pour une BlCvation de tempirature de 10 OC). Dans la zone 25 8 80 OC le retard et les pertes ne sont pas modifib.

3.5 MESURE DU TAUX D'ONDES STATIONNAIRES D'EN-

TRF~E. - DU point de vue hyperfrdquence la ligne vue du gin6rateur se comporte comme un court- circuit 16ghrement selfique (T. 0. S. 22). Une adapta- tion en circuit triplaque a permis d'abaisser le T. 0. S.

d'entrde. L'antenne d'excitation, terminte par un court-circuit, est prCcCdCe d'un montage self capacitk s6rie que permet d'obtenir entre 1 et 2 GHz, un T. 0. S.

d'entr2e compris entre 3 et 6.

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C1-130 A. PRIOU

IV. Conclusion. - Nous avons vu qu'il Btait possible de rkaliser des lignes B retard en mode magnd- tostatique. La difficult6 pratique rdside dans la consti- tution du syst6me d'excitation. IS convient d'exciter parfaitement un mode determine afin d'obtenir des syst6mes prdsentant des pertes d'insertion les plus faibles possibles.

Nous avons vu bgalement, que Se mode magnttique est un mode tr&s dispersif. Ceci prisente B la fois des avantages et des inconvenients.

Auantages. - Avec une tr&s faible variation du champ magndtique, il est possible d'obtenir une modu- lation sensible du temps de retard. Un autre avantage important de ce mode est qu'il ne prBsente pas de seuil critique et que la puissance U. H. F. d'entrde peut atteindre quelques watts.

Enfin, il convient de signaler la souplesse du montage puisque nous avons vCrifi6 que la mEme ligne pouvait fonctionner de 600 MHz & 10 GHz, avec, Cvidemment, une variation adkquate du champ magnCtique appli- quc.

Inconuknients. - Ce sont ceux liCs B la grande Ce syst6me permet surtout d'obtenir des retards dispersion de la ligne ; telle qu'elle est actuellement, variables Bectroniquement.

la ligne ne convient pas pour retarder des ondes modu- lees en frCquence.

[I] SCHLOMANN (E.), Advances in quantum electronics, [3] JOSEPH (R. I.) et SCHLOMANN (E.), J. Appl. Phys.

1961, 437. 1961, 6, 1001.

[2] WALKER (L. R.), Magnetism, 1963, 1, 390. [4] VASILE 1968, (C. 3, F.) 2380. et LA ROSA (R.), J. Appl. Phys.