Исследования высокочастотных тонкопленочных датчиков магнитных полей

• Автор: Бутаков, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 119 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I
ДАТЧИКИ, РЕГИСТРИРУЮЩИЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, НА ОСНОВЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ТОНКОЙ МАГНИТНОЙ ПЛЕНКОЙ
1.1 Индукционные тонкопленочные датчики
1.2 Магниторезистивные датчики
1.3 Тонкопленочные датчики, основанные на магнитострикционном эффекте возбуждения акустических волн
1.4 Микрополосковые датчики
ГЛАВА II
ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ДАТЧИКИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
2.1 Индукционный тонкопленочный датчик
2.2 Микрополосковый датчик на основе структуры из двух микрополосковых резонаторов со скачком волнового сопротивления
2.3 Оптимизированная конструкция микрополоскового датчика
ГЛАВА III
МОДЕЛИ И ИСПОЛЬЗУЕМАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА
3.1 Расчет амплитудно-частотной характеристики двух взаимодействующих контуров, входящих в состав индукционного тонкопленочного датчика
3.2 Расчет АЧХ микрополосковых резонаторов
3.3 Расчетная модель двух связанных микрополосковых резонаторов со скачком волнового сопротивления
3.4 Расчет магнитной проницаемости пленки

ГЛАВА IV
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ МИКРОПОЛОСКОВЫЕ ДАТЧИКИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
4.1 Простейший двухкомпонентный микрополосковый датчик на основе мик-рополоскового резонатора кольцевого типа
4.2 Двухкомпонентные микрополосковые датчики на МПР со скачками волнового сопротивления
4.3 Двухкомпонентный гибридный микрополосковый датчик на МПР со скачком волнового сопротивления
4.4 Двухкомпонентный микрополосковый датчик с одним входом и двумя выходами
4.5 Экспериментальные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.............................................113 '

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Наряду с традиционными устройствами, использующими магнитные материалы (вентилями, циркуляторами, фазовращателями), в радиотехнике исследуются конструкции, в состав которых входят магнитные пленки в совокупности с колебательными системами [1-3]. Многие устройства на основе магнитных пленок обладают уникальными характеристиками, которые достаточно легко электрически перестраиваются. Это обусловлено такими свойствами пленок, как высокая скорость изменения ориентации намагниченности, термостабильность, более высокие, чем в других магнитных материалах, значения магнитной проницаемости на СВЧ и разнообразные анизотропные свойства. Для металлических пленок важно также отсутствие потерь на вихревые токи вплоть до сверхвысоких частот.
Одним из важных практических применений колебательных систем с тонкой магнитной пленкой (ТМП) являются датчики магнитных полей. Как известно, разработка и исследование датчиков различных физических величин во все времена является важной и актуальной задачей. Датчики магнитных полей необходимы не только для экспериментальной физики, но и для техники. Они находят широкое применение в геологии для разведки полезных ископаемых, в охранной сигнализации, в медицине и в различной специальной аппаратуре.
Как правило, датчики характеризуются чувствительностью [4], численной мерой которой является коэффициент преобразования, определяемый как к=д/т, где т и д - информативные параметры входного и выходного сигналов соответственно. Кроме того, датчики характеризуются порогом чувстви-

1.3 Тонкопленочные датчики, основанные на магнитострикционном эффекте возбуждения акустических волн
В этом параграфе кратко рассматриваются магнитометры, использующие для регистрации магнитного поля еще один эффект в ТМП - возбуждение акустических волн доменной структурой пленки. Акустические волны в магнитной пленке могут возбуждаться двумя способами: границами доменов при воздействии радиочастотного поля [44] или объемом доменов за счет вращения намагниченности в них [45].
В работе [46] описан магнитный тонкопленочной преобразователь, использующийся для измерения магнитного поля, принцип действия которого
основан на втором, более эффективном способе. Магнитометр на его основе состоит из линии задержки - 1, выполненной на стеклянной подложке - звукопроводе (Рис. 18). На краях подложки располагаются две магнитные пленки - 2 состава Бе-М, в которых термомагнитным способом была сформирована устойчивая полосовая доменная структура - 3 со строгой регулярностью. Оси легкого намагничивания лежат в плоскости пленок и направлены перпендикулярно длине звукопровода. Намагниченности доменов, в отсутствии внешних магнитных полей, направлены вдоль ОЛН, причем у соседних доменов они имеют встречную ориентацию. Вокруг звукопровода с пленками намотаны катушки - 4 для возбуждения и регистрации акустических колебаний. Катушки включались в схему резонансного контура. Механизм возбуждения акустических волн в такой структуре подробно описан в работе [47] и заключается в следующем: высокочастотное поле, подаваемое
преобразователь акустических волн.