FR2602619A1 - Dispositif a resonance ferromagnetique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A RESONANCE FERROMAGNETIQUE QUI UTILISE LA RESONANCE PERPENDICULAIRE D'UNE PELLICULE MINCE DE YIG FERRIMAGNETIQUE 23, 24 APPARAISSANT SOUS UN CHAMP MAGNETIQUE DE POLARISATION CONTINU PERPENDICULAIRE A LA SURFACE PRINCIPALE DE L'ELEMENT EN PELLICULE MINCE DE YIG. EN DONNANT A LA PELLICULE MINCE DE YIG POUR SURFACE PRINCIPALE LE PLAN CRISTALLIN 100 DU YIG OU LE PLAN CRISTALLIN 111 DU YIG SUBSTITUE POSSEDANT UNE VALEUR REDUITE DE KU, ON ABAISSE FORTEMENT LA LIMITE INFERIEURE DE FREQUENCE DE RESONANCE. CECI PERMET D'OBTENIR UN DISPOSITIF DE FILTRAGE AYANT UNE ACTION VARIABLE SUR UNE LARGE GAMME.

Description

La présente invention concerne un dispositif à résonance ferromagnétique

pouvant commodément être utilisé avec un filtre micro-onde ou un oscillateur micro-onde, et, en particulier, elle concerne un dispositif à résonance ferrimagnétique utilisant La résonance ferrimagnétique d'une pellicule mince de YIG (grenat d'yttrium-fer). Classiquement, un élément à résonance magnétique destiné à un dispositif micro-onde, tel qu'un filtre ou un oscillateur, utilisant la résonance ferrimagnétique du YIG emploi un corps sphérique préparé à partir d'un monocristal massif de YIG. Toutefois, la limite inférieure de la fréquence de résonance du corps sphérique est relativement élevée en raison d'un champ démagnétisant et, par exemple, elle est de 1680 MHz dans le cas o l'on utilise une sphère de YIG non substitué possédant une aimantation de satura15 tion de 0,18 T. Ainsi, la technique antérieure n'a pas encore réussi à produire un dispositif micro-onde susceptible de fonctionner dans une gamme descendant jusqu'à la bande UHF. D'autre part, on peut

réduire la limite inférieure de la fréquence de résonance en subsituant partiellement un ion non magnétique, tel que GA 3+, à la place 20 de Fe3+ dans le YIG et, ainsi, diminuer l'aimantation de saturation.

Dans ce cas, si la quantité substituée est trop importante, la

demi-largeur AH de la résonance augmente en provoquant une détérioration des caractéristiques du dispositif.

Selon une autre technique, il a été proposé de produire 25 un dispositif micro-onde utilisant la résonance ferrimagnétique en formant une pellicule mince de YIG sur un substrat de GGG (grenat gadolinium-gallium) par un processus de croissance épitaxiale en phase liquide (ce que l'on appelera ci-après LPE) et en travaillant la pellicule mince suivant une configuration voulue, par exemple 30 circulaire ou rectangulaire, par photolithographie. Comme on peut préparer un semblable dispositif microonde sous forme d'un circuit intégré micro-onde (que l'on appelera ciaprès MIC) en utilisant une micro-ligne asymétrique, ou un moyen analogue, comme ligne de transmission, le dispositif se monte facilement dans un circuit magnétique permettant L'application d'un champ magnétique de polarisation de type continu. En outre, lorsque l'on produit le dispositif en utilisant le processus LPE et la photolithographie, on améLiore les possibilités de production en série. Un semblable dispositif à résonance ferromagnétique utilisant une pellicule mince de YIG est représenté dans les brevets des Etats Unis d'Amérique n 4 547 754, 4 626 800, 4 636 756, et les demandes de brevets européens portant les numéros (et les numéros de publication) 85102608.8 (0157216), 85106913.8 (0164685) , 86302421.2 (0196918), 86305293.2 (0208547) et 86305294.0 (0298548), qui ont tous été cédés à la demanderesse. En outre, L'utilisation de l'éLément en pellicule mince peut réduire 10 fortement la limite inférieure de la fréquence de résonance, par comparaison avec un élément sphérique. Toutefois, dans un dispositif à résonance magnétique utilisant l'élément en pellicule mince de YIG, une étude détaillée des possibilités visant à ta réduction de

la limite inférieure de la fréquence de résonance jusqu'à sa valeur 15 finale n'a pas encore été livrée àce jour.

Comme ci-dessus mentionné, alors que l'étude des possibilités de réduire la limite inférieure de la fréquence de résonance jusqu'à une valeur ultime n'a pas encore été établie, un procédé permettant de réduire la limite inférieure jusqu'à une ultime basse 20 fréquence consiste à renforcer la connexion entre l'élément en pellicule mince de YIG et la ligne de transmission et, ainsi, diminuer suffisamment la valeur de Q externe d'un résonateur. Ainsi, puisque la valeur de Q,en l'absence de charge,d'un résonateur à YIG s'abaisse jusqu'à une basse fréquence, il est simplement nécessaire de réduire 25 la valeur de Q externe afin d'augmenter dans une certaine mesure

l'amplitude de réflexion pour Le cas du type à réflexion ou l'amplitude de transmission pour le cas du type à transmission.

La figure 10 montre la structure d'un dispositif à résonance en pellicule mince de YIG d'un filtre passe-bande du type à pellicule 30 mince de YIGselon la technique antérieure. Dans cette structure, il est formé un conducteur de terre 2 sur l'un des plans principaux (qui sera ci-après appelé le premier plan principal) d'un substrat diélectrique 1, par exemple un substrat d'alumine, et une première et une deuxième microligne asymétrique 3 et 4 parallèles, faisant 35 respectivement fonction de lignes de transmission d'entrée et de sortie, sont formées sur l'autre plan principal (qui sera ci-après appelé le deuxième plan principal). Les micro-lignes 3 et 4 sont respectivement connectées, à leurs extrémités, via des premier et

deuxième conducteurs de connexion 5 et 6 au conducteur de terre 2.

Un premier et un deuxième élément en pellicule mince de YIG, 7 et 8, faisant fonction d'éléments de résonance magnétique, sont disposés sur le deuxième plan principal du substrat 1 et sont électromagnétiquement connectés, respectivement, aux première et deuxième microlignes 3 et 4. Ces éléments en pellicule mince de YIG 7 et 8 sont préparés par formation d'une pellicule mince de YIG sur l'un des 10 plans principaux d'un substrat de GGG non magnétique 9 par la technique ci-dessus mentionnée de formation de pellicule mince et par réalisation d'une configuration voulue, par exemple une forme circulaire, pour la pellicule mince par une incision sélective utilisant par exemple une technique photolithographique. Une troisième 15 micro-ligne 10, faisant fonction de ligne de transmission connectrice, servant à connecter électromagnétiquement les premier et deuxième élements en pellicule mince de YIG 7 et 8, qui font fonction des premier et deuxième éléments à résonance magnétique, entre eux est formée sur l'autre plan principal du substrat de GGG 9. La troisième micro-ligne 10 est respectivement connectée, à ses deux extrémités, par l'intermédiaire de troisième et quatrième conducteurs de connexion 11 et 12 au conducteur de terre 2. La structure présentée sur la figure 10 est placée dans un champ magnétique de polarisation du type continu appliqué perpendiculairement à la surface principale 25 de l'élément en pellicule mince de YIG, mais la structure d'application du champ magnétique de polarisation n'est pas représentée sur la

figure 10.

Toutefois, comme la connexion entre les micro-lignes et les éléments en pellicule mince de YIG n'est pas forte, la valeur 30 de Q externe ne peut pas être diminuée dans une mesure comparable

à ce qui serait nécessaire pour un fonctionnement à basse fréquence.

Dans le cas des éléments en pellicule mince de YIG 7 et 8, qui possèdent un diamètre de2,5 mm et une épaisseur de 25 pm, la valeur de Q externe, soit Qel,due à la connexion entre les éléments en pellicule mince de YIG 7 et 8 et les lignes de transmission d'entrée et de sortie 3 et 4 est 200, tandis qu'une valeur de Q externe Qe2, due à la connexion entre les éléments en pellicule mince de YIG 7 et 8 et La ligne de transmission connectrice 10 est 250. Pour réduire plus encore ces valeurs de Q externes, il est nécessaire d'augmenter le volume des éléments en pellicule mince de YIG 7 5 et 8. Toutefois, si l'on donne au diamètre des éléments 7 et 8 une valeur grande par comparaison à la largeur des microLignes faisant fonction de lignes de transmission, la caractéristique

de parasites va se détériorer. En outre, si l'on augmente l'épaisseur des éléments 7 et 8, la fréquence de résonance va augmenter 10 de manière non avantageuse.

C'est un but de l'invention de proposer un dispositif

à résonance ferromagnétique perfectionné.

Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif à résonance ferromagnétique utilisant un élément en pellicule mince 15 de YIG qui peut fonctionner avec une limite de fréquence de résonance

extrêmement basse.

Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif à résonance ferromagnétique susceptible de fonctionner sur une

large gamme de fréquence.

Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un dispositif à résonance ferromagnétique comprenant un élément en pellicule mince de YIG formée sur un substrat non magnétique, ledit élément en pellicule mince de YIG possédant une surface principale formée par le plan (100), une ligne de transmission étant couplée 25 audit élément en pellicule mince de YIG, et un moyen de production de champ magnétique de polarisation appliquant un champ magnétique

de polarisation qui est perpendiculaire à ladite surface principale.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif à résonance ferromagnétique comprenant un élément en 30 pellicule mince de YIG formé sur un substrat non magnétique, ledit élément en pellicule mince de YIG possédant une surface principate formée par le plan (111) et possédant une constante d'anisotropie magnétique uniaxe Ku plus petite que la constante d'anisotropie magnétique uniaxe d'un élément en pellicule mince de YIG pur formé 35 sur un substrat de GGG (grenat de gadolinium-gallium), une ligne de transmission couplée audit élément en pellicule mince de YIG, et un moyen de production de champ magnétique de polarisation

qui applique un champ magnétique de polarisation perpendiculairement à ladite surface principale.

La description suivante, conçue à titre d'illustration 5 de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses

caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré de l'invention; 15 - la figure 2 est u du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est u de filtrage relativement aux f préféré; - la figure 4 est u réalisation de l'invention; - la figure 5 est u de filtrage relativement aux f figure 5; ne vue en perspective éclatée du corps n graphe montrant les caractéristiques réquences du mode de réalisation ne vue en coupe d'un autre mode de n graphe montrant réquences du mode les caractéristiques de réalisation de la - la figure 6 est un graphe montrant la relation entre NT' et le rapport géométrique o; - la figure 7 est un graphe montrant la relation entre yNT'4TMs et le rapport géométrique o; - la figure 8 est un graphe montrant la relation entre la fréquence de résonance et la valeur de Q en l'absence de charge; - la figure 9 est un graphe montrant la relation entre le champ magnétique externe et la fréquence de résonance; et - la figure 10 est une vue en perspective du dispositif

à résonance selon la technique antérieure.

Selon l'invention, en utilisant un élément en pellicule mince de YIG dont la surface principale est formée du plan (100) ou du plan (111) ayant une valeur de Ku réduite, on peut diminuer la

limite inférieure min de la fréquence de résonance.

On va maintenant décrire le-fonctionnement de manière 35 détaillée.

La Limite inférieure min de La fréquence de résonance d'un monocristal ferrimagnétique dépend de deux facteurs, le champ démagnétisant et le champ d'anisotropie. Ainsi, il est nécessaire de considérer à la fois Les deux facteurs, pour pouvoir réduire la limite inférieure min à une valeur ultime.

Tout d'abord, on va examiner le cas du champ démagnétisant.

Dans un but simplificateur, on considèrera un échantillon sphéroidal.

Lorsque l'échantillon est placé dans un champ magnétique de type continu Ho de tel manière que le champ magnétique Ho se trouve 10 dans la direction-axiale de l'échantillon, il existe un champ magnétique continu interne Hi s'exprimant de la manière suivante: Hi = Ho - Nz.4rMs..........

.. (1) o Nz est le facteur de démagnétisation suivant la direction axiale, et 4Ms est l'aimantation de saturation. La fréquence de résonance 15 w est, pour cet échantillon, donné par l'équation de Kittel's de la manière suivante: w = y Ho - (Nz - NT).4Ms......... (2) o y est le rapport gyromagnétique, tandis que NT est le facteur de démagnétisation suivant la direction transversale. L'équation 20 suivante résulte des équations (1) et (2): w = y(Hi + NT.4rMs).............. (3) Dans ce cas, à moins que l'aimantation de l'échantillon ait atteint la saturation, un unique domaine magnétique n'est pas produit et, par conséquent, les pertes de résonance magnétique augmentent rapi25 dement. Ainsi, il faut un état permettant de saturer l'échantillon, à savoir que le champ magnétique continu interne Hi soit supérieur à 0. Même si l'on ne tient pas compte du champ magnétique interne nécessaire pour saturer l'échantillon, la fréquence de résonance ne s'abaisse pas en deçà de la valeur suivante: 30 wmin = yNT'4Ms................ (4) Dans le cas d'un élément de résonance en YIG sphérique, NT = 1/3 est donné, et la limite inférieure de la fréquence de résonance est 1680 MHz (y = 0,035 MHz/(A/m)) pour un YIG substitué possédant une aimantation de saturation de 0,18 T, tandis qu'elle 35 est de 560 MHz lorsqu'on substitue partiellement un ion de gallium..DTD: 3+ 3+

Ga non magnétique trivalent à un ion de fer trivalent Fe de manière à ramener l'aimantation de saturation à 0,06 T.

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Dans le cas d'un disque en pellicule mince de YIG circulaire, comme la forme du disque n'est pas celle d'un sphéroïde complet et Le champ magnétique continu interne n'est pas uniforme, le fonctionnement est différent de celui du cas précédent. Cepen5 dant, La fréquence de résonance obtenue à partir d'une théorie des modes magnétostatiques (voir Y. Ikusawa et K. Abe, "Resonant Modes of Magnetostatic Waves in a Normally Magnetized Disk", Japan Applied Physics 48, 3001 (1977)) peut s'exprimer de la même manière qu'avec l'équation (2). Dans ce cas, Nz - NT dépend 10 du rapport géométrique (épaisseur/diamètre) du disque en pellicule mince. Le champ magnétique continu interne Hi est minimal au centre du disque. On suppose que la valeur minimale de Hi s'exprime de la manière suivante: Hi = Ho - Nz'.4rMs............... (5)

o Nz' désigne le facteur démagnétisant effectif au centre du disque.

La limite inférieure wmin de la fréquence de résonance est donnée, à partir des équations (2) et (5), de la manière suivante: Wmin = yINz' (Nz - NT)J.47Ms YNT'.4Ms............. (6) La figure 6 montre la manière dont NT' dépend du rapport géomé20 trique o, tandis que la figure 7 montre des valeurs de YNT'4aMs, o 4vMs vaut 0,18 T. Des valeurs typiques de yNT'4uMs sont 63 MHz pour o = 1 x 10-2 (diamètre = 2 mm; épaisseur = 20 kDm) et 125 MHz pour o = 2 x 10-2 On notera que ces valeurs sont très petites

par rapport à celles du cas ci-dessus de l'élément de YIG sphérique. 25 On ya ensuite décrire l'effet du champ d'anisotropie.

L'anisotropie magnétique de la pellicule mince de YIG formée par le processus LPE comporte l'anisotropie magnétique cristalline et l'anisotropie magnétique uniaxe. L'état de la pellicule mince de YIG possédant un plan cristallin (100) comme plan principal 30 et celui de la pellicule mince de YIG possédant un plan cristallin (111) comme plan principal sont donnés par les équations suivantes, comme résultant de l'influence du champ d'anisotropie ci-dessus mentionné (voir J. Smit et H. P.J. Wijn, "Ferrites", chap. 6, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1959 et J.O.Artman, "Microwave Resonance Relations 35 in Anisotropfc Tropic Single Crystal Ferrites" Proc, IRE, 44,1284

1956).

La condition relative au cas d'un plan cristallin (100) est: = y(Hi + 2Ku/Ms - 2K1 l/Ms)......(7) (Hi > 2K1 l/Ms = 2Ku/Ms), et celle relative au cas d'un plan cristallin (111) est: = y(Hi + 2Ku/Ms + 4K1 K /3Ms).... .(8) o K1 est la constante d'anisotropie magnétique cristalline cubique primaire, qui est une valeur négative pour le YIG, et Ku est la constante d'anisotropie uniaxe, laquelle est plus propre à une pellicule mince qu'à une partie massive de YIG. La constante d'anisotropie uniaxe Ku est constituée de l'anisotropie de magnétostriction Ks qui se produit du fait du défaut d'accord entre la constante de réseau de la pellicule mince de YIG formée par le processus LPE et la constante de réseau du substrat GGG, ainsi que de l'anisotropie magnétique induite par croissance KG qui est associée à la croissance non uniforme du cristal de la pellicule mince de YIG. En réalité, l'anisotropie magnétique induite par croissance KG est négligeable, et seul le facteur d'anisotropie de magnétostriction est à prendre en considération. Puisque la constante de réseau du YIG non substitué est plus petite que celle 20 du substrat de GGG et que les constantes de magnétostriction A1ll et A100 sont des valeurs négatives, l'anisotropie de magnétostriction Ks est une valeur positive. D'autre part, on substitue partiellement un ion de La3+ à un ion de Y dans le YIG afin de réaliser l'adaptation entre la constante de réseau de la pellicule mince de YIG et 25 celle du substrat de GGG. Ainsi, on peut sensiblement annuler Ks

et, par conséquent, Ku peut être rendu sensiblement nul.

On note, sur la base de l'équation (7), qu'une résonance perpendiculaire de la pellicule (100) peut naître d'une fréquence nulle. En outre, la fréquence limite inférieure w min de la résonance 30 perpendiculaire de la pellicule (111) devient 149 MHz lorsque Ku = O et lKlI/Ms = 0,004 T. En résumé, la fréquence limite inférieure w min de la résonance perpendiculaire du disque en pellicule mince de YIG

s'exprime de la manière suivante.

Dans le cas o l'on utilise un plan (100) comme plan principal, on a: Amin= YNT'4,Ms............... (9) Dans le cas o l'on utilise un plan (111) comme principal, on a: wmin = Y(NT'4rMs + 2Ku/Ms + 41K11/3Ms... (10) Alors que l'élément en pellicule mince YIG selon un aspect de l'invention utilise un plan (100) comme plan principal, l'équation (9) peut être établie par réduction suffisante de l'anisotropie magnétostrictive et de l'anisotropie magnétique induite par croissance, ce qui permet de rendre la constante d'anisotropie uniaxe Ku égale ou inférieure à la valeur absolue 10 de la constante d'anisotropie cubique primaire K1. En outre, lorsque le rapport géométrique est fixé à 5 x 10 2 ou moins, relativement à la figure 6, on peut réduire le facteur de démagnétisation latérale NT' de façon à diminuer la fréquence limite

inférieure w min jusqu'à une valeur ultime.

Selon un autre aspect, on note que w min peut être diminué en fonction de l'élément en pellicule mince de YIG substitué possédant un facteur Ku plus petit que celui du YIG non substitué se trouvant sur le substrat de GGG, et que w min peut être réduit plus

encore jusqu'à une valeur ultime lorsque Ku = 0.

De plus, comme on l'aura noté à l'aide de l'équation (9), on peut réduire la fréquence limite inférieure w min en substituant m nG3+ partiellement un ion non magnétique tel qu'un ion de Ga3 à un ion Fe3+ du YIG, ce qui permet de réduire l'aimantation de saturation 47Ms.

Alors que la description qui vient d'être donnée s'applique

au cas o la constante d'anisotropie cubique primaire K1 est négative, les conditions de résonance perpendiculaire lorsque K1 est

positif s'expriment de la manière suivante.

Les conditions du cas du plan cristallin (100) sont: 30 w = y(Hi + 2Ku/Ms + 2K1/Ms)........ (11) Les conditions du cas du plan cristallin (111) sont: w = y(Hi + 2Ku/Ms - 4K1/3Ms)......(12) (Hi > 4K1/3Ms - 2Ku/Ms) Comme cela résulte clairement des équations (11) et (12), on peut 35 réduire wmin en rendant Ku égal ou inférieur à (2/3)K1 lorsqu'on

utilise le plan cristallin (111).

De plus, comme précédemment mentionné, on peut augmenter la valeur de Q en l'absence de charge par une réduction de la limite inférieure wmin de la fréquence de résonance. La figure 8 montre la variation de la valeur de Q en L'absence de charge en fonction de La fréquence. Comme le montre clairement la figure 8, Qu est proportionnel à la fréquence w, et Qu est nul pour min. Qu peut s'exprimer de la manière suivante: Qu =(w - wmin) /y H.............. (13) min Comme on l'aura noté sur la base de l'équation (13), on peut augmenter 10 La valeur de Q en l'absence de charge par une réduction importante de Xmin lorsque la fréquence w est fixe, ce qui a pour effet d'améliorer les caractéristiques. L'effet est tout spécialement remarquable pour

les basses fréquences inférieures à 1 GHz.

Dans le dispositif à résonance ferromagnétique utilisant 15 l'élément de pellicule mince de YIG selon l'invention, on peut réduire la fréquence de fonctionnement à une basse fréquence ultime en réduisant la valeur de Q externe, soit Qe. On va décrire cela en détail. Tout d'abord, dans le cas o on utilise un dispositif à résonance du type réflexion, par exemple un oscillateur accordé 20 en YIG, le-facteur de réflexion S11 est donné par l'équation suivante, o la valeur de Q en L'absence de charge, la valeur de Q externe et la fréquence de résonance de l'élément à résonance

en YIG sont respectivement Qu, Qe et wo.

S 1/Qe - 1/Qu - j(w/wo - co/w) (14) ll 1/Qe + 1/Qu + j(w/io - wo/w) = Qu/Qe - 1 - iQu(w/wo - wo/w) (15) Qu/Qe ±1 + jQu(w/wo - o/) (15) Comme on l'aura noté sur la base de l'équation (15), le facteur de réflexion vaut -1 lorsque w est suffisamment éloigné de wo, et il devient (Qu/Qe 1)/(Qu/Qe + 1) lorsque w = wo. Lorsque Qu > Qe, l'élément à résonance en YIG passe dans l'état de sur30 couplage, et le facteur de réflexion trace une grande boucle au voisinage de wo. D'autre part, puisque Qu est petit pour une fréquence basse ultime, comme cela résulte de l'équation (13), on doit réduire

Qe jusqu'à une valeur notablement basse afin qu'il soit établi Qu > Qe.

Ensuite, dans le cas o l'on utilise un dispositif à résonance du type transmission, par exemple un filtre passe-bande, le facteur de transmission S21 d'un filtre passe-bande à un seul étage est donné par l'équation suivante: S2 2 /Que2/VQe1 Qe2 (16) 521 =1/Qu + 1/Qel + 1/Qe2 + j (w/co - wo//) + En admettant que Qel = Qe2 dans l'équation (16) pour des raisons de simplification, on obtient l'équation suivante: S 2Qu/Qe... (17) 21 = (2Qu/Qe) + 1 + jQu(w/wo - wo/U) Comme on l'aura remarqué dans l'équation (17), le facteur 10 de transmission est nul lorsque w est suffisamment éloigné de wo, et il devient égal à (2Qu/Qe)/(2Qu/Qe + 1) lorsque w = wo. Par conséquent, à moins que Qe ne soit rendu suffisamment petit en relation avec une valeur réduite de Qu à une basse fréquence ultime, il n'est pas possible de faire croître jusqu'à un certain degré 15 l'amplitude de transmission pour w=wo. En d'autres termes, la fréquence de fonctionnement peut être diminuée jusqu'à une valeur faible ultime par une réduction suffisante de la valeur de Q externe,

soit Qe.

Exemple 1

On a préparé un disque en pellicule mince de YIG d'un diamètre de 2,5 mm et d'une épaisseur de 50 pm de façon que son plan principal soit un plan (100), et on a mesuré la fréquence de résonance perpendiculaire lorsqu'un champ magnétique continu externe orienté suivant la direction de l'épaisseur du disque en pellicule 25 mince de YIG varie. Le résultat de la mesure est présenté sur la figure 9 à l'aide de cercles non remplis. La limite inférieure de la fréquence de résonance est 140 MHz. On a préparé un autre disque en pellicule mince de YIG d'un diamètre de 2,5 mm et d'une épaisseur de 50 pm de façon que son plan principal soit un plan (111), et les fréquences de résonance ont été indiquées à l'aide des cercles pleins de la figure 9. Dans ce cas, la limite inférieure de la fréquence de résonance est 270 MHz. Ces Limites inférieures coïncident presque avec les valeurs théoriques de 125 MHz et 274 MHz qui sont obtenus des équations (9) et (10). La ligne continue courbe de la figure 9 est une courbe de la valeur théorique qui a été tracée pour 4aMs = 0,18 T, K1 -5,7 x 10-4 J/m3, et Ku = 70 J/m3 (dans la mesure o Ku n'est appliqué qu'au plan (100)). On notera que la

condition Ku < 1K1| est satisfaite dans cet exemple.

On se reporte aux figures 1 et 2, qui montrent un exemple d'un fiLtre passe-bande à deux étages du type à pellicule mince de YIG selon l'invention. La référence 19 désigne le corps du dispositif, et 20 désigne un moyen de production de champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique de polarisation continu au

corps 19.

Un système de transmission selon cet exemple est constitué 15 par une ligne plate dite à substrat suspendu. Ainsi, le corps 19 comporte un premier conducteur 21 et un deuxième conducteur 22, entre lesquels un substrat de GGG non magnétique 25 et un substrat diélectrique 29 sont placés. Le substrat de GGG non magnétique 25 est doté d'un premier et d'un deuxième élément en pellicule mince 20 de YIG en forme de disque 23 et 24. Le substrat diélectrique 29 est formé sur une première surface, o des première et deuxième lignes plates 26 et 27 font respectivement fonction de lignes plates d'entrée et de sortie et comportent en outre, sur son autre face,

une troisième ligne plate de connexion 28.

Les lignes plates 26 et 27 sont disposées de manière à être décalées par rapport au deuxième conducteur 22 en une position relativement proche de celui-ci, de manière à accroître le champ magnétique de haute fréquence entre les lignes plates et le deuxième conducteur 22. Les éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 sont disposés de manière à être en contact avec les lignes plates 26 et 27,

afin de renforcer leur connexion mutuelle.

On prépare simultanément les premier et deuxième éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 en formant une pellicule mince de YIG ayant son plan cristallin (100) ou une pellicule mince de YIG substitué ayant son plan cristallin (111) comme plan principal, par LPE, sur toute la surface du substrat de GGG non magnétique 25

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qui est opposée au substrat diélectrique 29, puis en enlevant par incision les parties inutiles de la pellicule mince, en appliquant un processus photolithographique permettant d'obtenir la taiLLe,

la forme et la disposition respective voulues.

Le substrat diélectrique 29 est formé d'une céramique, telle que l'alumine. Les première et deuxième lignes plates 26 et 27 sont déposées sur la face du substrat 29 qui est opposée aux éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24, en une position se trouvant en regard de ceux-ci. La troisième ligne plate 28 est déposée sur l'autre 10 face du substrat 29 de manière à couper les lignes plates 26 et 27 en relation d'opposition avec celles-ci. Les extrémités opposées 26a et 27a des première et deuxièmemicro-lignesplates 26 et 27 et les deux extrémités 28a et 28b de la troisième micro-ligne plate 28 sont conçues pour faire fonction de bornes de terre. Les substrats 25 15 et 29 s'interposent entre les premier et deuxième conducteurs 21 et 22 de manière à être en contact avec le conduteur 21 ou le

conducteur 22.

Le premier conducteur 21 est doté, à sa surface inférieure, d'un évidement 30 relativement profond servant à définir un espace relativement grand au niveau de parties qui sont opposées aux premier et deuxième éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24, à la partie

électromagnétiquement connectée se trouvant entre les première et deuxième lignes plates 26 et 27 et les éléments 23 et 24, et à la partie connectée se trouvant entre la troisième ligne plate 28 et 25 les première et deuxième lignes plates 26 et 27. Le deuxième conducteur 22 est doté, à sa surface supérieure, d'un

évidement 31 relativement peu profond destiné à recevoir les deux substrats 25 et 29 en superposition. Les éléments d'écartement 32 sont placés au niveau des deux bords latéraux de la surface inférieure de l'évidement 31, afin de maintenir un intervalle relativement petit voulu entre le conducteur 32 et une partie opposée des éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 aux lignes

plates 26 et 27.

La borne de terre située aux deux extrémités 28a et 28b 35 de la troisième micro-ligne 28 est conçue pour être en contact avec la surface inférieure 21a du premier conducteur 21, tandis que la

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borne de terre se trouvant à chaque extrémité 26a, 27a des première et deuxième micro-lignes 26 et 27 est conçue pour être en contact avec une partie de base 22a du deuxième conducteur 22, qui est

placée dans l'évidement 31.

Le moyen 20 d'application de champ magnétique de polarisation comprend une paire de noyaux en forme de cylindres 41 et 42 entourant le corps 19 du dispositif. Les noyaux en forme de cylindres 41 et 42 possèdent des pôLes magnétiques centraux respectifs 41A et 42A qui sont opposés l'un à l'autre de manière que le 10 corps 19 s'interpose entre eux. Une bobine 43 est enrouLée autour d'au moins un des pôles magnétiques centraux 41A et 42A. Lorsque la bobine 43 reçoit du courant, un champ magnétique de polarisation continu est produit entre les poles magnétiques centraux 41A et 42A, et on peut faire varier l'intensité du champ magnétique 15 de polarisation continu en agissant sélectivement sur le courant

à délivrer.

Avec le montage ci-dessus indiqué, on renforce la connexion magnétique entre les éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 et les lignes plates d'entrée et de sortie 26 et 27 pour pouvoir ainsi 20 réduire suffisamment la valeur de Q externe, soit Qe. Par conséquent, on peut réduire la fréquence de fonctionnement. Par exemple, en utilisant des éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 d'un diamètre de 2,5 mm et d'une épaisseur de 25 pm, la valeur de Q externe, soit Qel, qui résulte de la connexion entre les lignes plates d'entrée et de sortie 26 et 27 et les éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 est 70, et la valeur de Q externe Qe2 résultant de la connexion entre la ligne plate de connexion 28 et les éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 est 325. La figure 3 montre le résultat de la mesure des caractéristiques de filtrage, o les 30 courbes 61, 62 et 63 désignent respectivement les pertes par insertion, les pertes de réflexion et une largeur de bande à 3 dB. Comme cela résulte clairement de la figure 3, l'invention peut produire un filtre passe-bande de YIG à fréquence variable qui peut être

employé dans une gamme de fréquence allant de 400 MHz à 2 GHz.

La figure 4 montre un autre mode de réalisation qui peut réduire la valeur de Q externe plus encore que le mode de réalisation

2 6 0 2619

précédent. Comme on peut le voir sur la figure 4, ce mode de réaLisation est analogue au mode précédent représenté sur Les figures 1 et 2, sauf qu'une couche conductrice 51 est formée sur toute une surface du substrat de GGG non magnétique 25 du côté opposé des 5 éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24, c'est-à-dire sur La surface du substrat 25 qui est opposée au deuxième conducteur 23, laquelle surface comporte une partie opposée au moins aux éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24. La couche conductrice 50 est maintenue dans un état flottant, o elle n'est pas électriquement 10 connectée aux premier et deuxième conducteurs 21 et 22. Les parties correspondantes sont désignées par les mêmes numéros de référence

que sur la figure 1 et on omettra de fournir les explications.

La figure 5 montre le résultat de la mesure des caractéristiques de filtrage relativement aux fréquences, o les courbes 64, 15 65 et 66 désignent respectivement les pertes par insertion, les pertes de réflexion et la largeur de bande à 3 dB. En comparaison avec les caractéristiques de la figure 3, on note que les pertes par insertion ne sont pas différentes de celles de la figure 3, puisque le filtre du précédent mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 20 présente initialement de faibles pertes par insertion. Au contraire, la largeur de bande à 3 dB de la figure 5 augmente d'environ 5 MHz par rapport à celle de la figure 3. Ce résultat est dû au fait que la valeur de Q externe de la figure 4 est encore plus réduite. Alors que les modes de réalisation ci-dessus présentés emploient un montage 25 du type ligne plate à substrat suspendu, L'invention peut comporter d'autres formes de réalisation, par exemple le montage à ligne plate à substrat suspendu du type ouverte infinie o le premier conducteur 21 est suffisamment écarté du substrat diélectrique 29, ou bien

un montage à micro-ligne inversée.

Comme décrit ci-dessus, l'invention permet d'obtenir un dispositif à résonance ferromagnétique du type à pellicule mince de YIG, qui peut fonctionner à partir d'une basse fréquence ultime. En outre, on peut suffisamment réduire la limite inférieure de la fréquence de résonance. En résultat, il est possible d'augmenter la 35 valeur de Q en l'absence de charge à la même fréquence afin d'améliorer les caractéristiques. En particulier, cet effet est

remarquable aux basses fréquences inférieures à 1 GHz.

De pLus, comme mentionné en relation avec les figures 1 et 2 et la figure 4, les conducteurs 21 et 22 du corps 19 entourent l'élément à résonance afin de présenter un effet de blindage. Par conséquent, lorsque le corps 19 est monté dans l'entrefer des pâles magnétiques 41A et 42A du circuit magnétique du moyen 20 d'application de champ magnétique de polarisation, il est possible d'éviter, grâce à l'effet de blindage, une modification des caractéristiques 10 due à une détérioration de l'isolation. De plus, puisque les lignes ptates sont formées sur le substrat diélectrique 29 et que les éléments en pellicule mince de YIG 23 et 24 sont formés sur le substrat non magnétique 25, on peut effectuer la formation des lignes plates indépendamment de la formation des éléments en pellicule 15 mince de YIG, ce qui simplifie le processus de production et permet

d'améliorer le rendement.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,

à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à

titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes 20 et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Dispositif à résonance ferromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément (23, 24) en pellicule mince de YIG formé sur un substrat non magnétique (25, 29), ledit élément en 5 pellicule mince de YIG présentant une surface principale formée du plan (100), une ligne de transmission (26, 27) couplée audit

élément en pellicule mince de YIG, et un moyen (20) de production de champ magnétique de polarisation, qui applique un champ magnétique de polarisation perpendiculairement à ladite surface princi10 pale.

2. Dispositif à résonance ferromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément en pellicule mince de YIG (23, 24) formé sur un substrat non magnétique (25, 29), ledit éLément en pellicule mince de YIG ayant une surface principale formée du plan 15 (111) et ayant une constante d'anisotropie magnétique uniaxe Ku plus petite que la constante d'anisotropie magnétique uniaxe d'unélément en pellicule mince de YIG pur (23, 24) formé sur un substrat de GGG (25), une ligne de transmission (26, 27) couplée audit élément en pellicule mince de YIG, et un moyen (20) de production de 20 champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique

de polarisation perpendiculairement à ladite surface principale.

3. Dispositif à résonance ferromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément en pellicule

mince de YIG a la forme d'un disque.

4. Dispositif à résonance ferromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que Ledit élément en pellicule mince de YIG possède un rapport géométrique qui n'est pas supérieur -2

à 5 x 10-.

5. Dispositif à résonance ferromagnétique, caractérisé 30 en ce qu'il comprend: un substrat non magnétique (25), un élément en pellicule mince ferrimagnétique (23, 24) formé sur une surface principale dudit substrat non magnétique, une ligne plate (26, 27) disposée sur ledit substrat non magnétique et électromagnétiquement couplée audit élément en pellicule mince ferrimagnétique, une 35 paroi conductrice (21, 22) au potentiel de la terre placée en regard de ladite ligne plate et écartée de celle-ci d'une distance prédéterminée, une extrémité de ladite ligne plate étant connectée à ladite paroi conductrice miseaupotentielde laterre, et un moyen (20) de production de champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique continu à ladite pellicule mince ferrimagnétique perpendiculairement à ladite surface principale de celle-ci, ledit élément en pellicule mince ferrimagnétique étant formé d'une pellicule

mince de YIG ayant sa surface principale formée du plan (100).

6. Dispositif de filtrage utilisant un dispositif à résonance ferromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat non magnétique (25), un premier et un deuxième élément en pellicule mince ferrimagnétique (23, 24) formés sur une surface principale dudit substrat non magnétique, une première ligne plate (26) électromagnétiquement couplée audit premier élément en pellicule mince ferrimagnétique, une deuxième ligne plate (27) électromagnéti15 quement couplée audit deuxième élément-en pellicule mince ferrimagnétique, une paroi conductrice (21, 22) au potentiel de la terre située en regard de chacune desdites première et deuxième lignes - platesetécartée de celles-ci d'une distance prédéterminée, une extrémité de ladite première ligne plate étant connectée à un circuit 20 d'entrée, et une autre extrémité de ladite première ligne plate formant une borne au niveau de ladite paroi conductrice mise au potentiel de la terre, une extrémité de ladite deuxième ligne plate étant connectée à un circuit de sortie et une autre extrémité de ladite deuxième ligne plate formant une borne au niveau de ladite 25 paroi conductrice mise au potentiel de la terre, lesdits premier et deuxième éléments en pellicule mince ferrimagnétique étant magnétiquement couplés l'un à l'autre, et un moyen (20) de production de champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique de polarisation continu à ladite pellicule mince ferri30 magnétique perpendiculairement à la surface principale de celle-ci, ledit élément en pellicule mince ferrimagnétique étant formé d'une pellicule mince de YIG dont la surface principale est formée du

plan (100).

7. Dispositif à résonance ferromagnétique selon la 35 revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche conductrice formée sur une surface opposée à ladite

surface principale dudit substrat non magnétique.

8. Dispositif à résonance ferromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat non magnétique (25), un élément en pellicule mince ferrimagnétique (23, 24) formé sur une surface principale dudit substrat non magnétique, une ligne plate (26, 27) disposée sur ledit substrat non magnétique et électromagnétiquement couplée audit élément en pellicule mince ferrimagnétique, une paroi conductrice (21, 22) au potentiel de la terre située en regard de ladite ligne plate et écartéede celle-ci d'une distance prédéterminée, une extrémité de ladite ligne plate étant connectée à ladite paroi 10 conductrice mise au potentiel de la terre, et un moyen (20) de production de champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique continu à ladite pellicule mince ferrimagnétique perpendiculairement à la surface principale de celle-ci, ledit élément en pellicule mince ferrimagnétique étant formé d'une 15 pellicule mince de YIG ayant une surface principale formée du plan (111), et possédant une constante d'anisotropie magnétique uniaxe Ku plus petite que la constante d'anisotropie uniaxe d'un

éLément en pellicule mince de YIG pur formé sur un substrat de GGG (25).

9. Dispositif de filtrage utilisant un dispositif à 20 résonance ferromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat non magnétique (25, 29), un premier et un deuxième élément en pellicule mince ferrimagnétique (23, 24) formés sur une surface principale dudit substrat non magnétique, une première ligne plate (26) électromagnétiquement couplée audit premier élément en pellicule 25 mince ferrimagnétique, une deuxième ligne plate (27) électromagnétiquement couplée audit deuxième élément en pellicule mince ferrimagnétique, une paroi conductrice (21, 22) au potentiel de la terre située en regard de chacune desdites première et deuxième Lignes plates et écartée de celles-ci d'une distance prédéterminée, une extrémité de ladit première ligne plate étant connectée à un circuit d'entrée et une autre extrémité de ladite première ligne plate formant une borne au niveau de ladite paroi conductrice mise au potentiel de la terre, une extrémité de ladite deuxième ligne plate étant connectée à un circuit de sortie et une autre extrémité de ladite deuxième ligne plate formant une borne au niveau de ladite paroi conductrice mise au potentiel de la terre, lesdits premier et deuxième éLéments en pellicule mince ferrimagnétique étant magnétiquement couplés l'un à l'autre, et un moyen (20) de production de champ magnétique de polarisation qui applique un champ magnétique de polarisation continu à ladite pellicule mince ferrimagnétique perpendiculaire5 ment à la surface principale de celle-ci, ledit élément en pellicule mince ferrimagnétique étant formé d'une pellicule mince de YIG ayant une surface principale formée du plan (111) et présentant une constante d'anisotropie magnétique uniaxe Ku plus petite que la constante

d'anisotropie magnétique uniaxe de l'élément en pellicule mince de 10 YIG pur formé sur un substrat de GGG (25).

10. Dispositif à résonance ferromagnétique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une couche

conductrice formée sur une surface opposée à ladite surface princi- pale dudit substrat non magnétique.

11. Dispositif de filtrage selon la revendication 6 ou 9, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième éléments en pellicule mince ferrimagnétique sont magnétiquement couplés-par

une ligne de transmission.

12. Dispositif de filtrage selon la revendication 6 ou 9, 20 caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième éléments en pellicule mince ferrimagnétique sont magnétiquement couplés par un troisième élément en pellicule mince ferrimagnétique disposés

entre lesdits premier et deuxième élémentsenpellicule mince ferrimagnétique et adjacents à ceux-ci.