馬 博

（電子科技大學(xué)，成都 611731）

1 引言

YIG（釔鐵石榴石）調(diào)諧振蕩器，簡(jiǎn)稱為YTO，是一種能調(diào)諧工作頻率的微波固態(tài)信號(hào)源。傳統(tǒng)的YTO諧振電路部分大都是采用YIG小球來(lái)做為諧振子，但是YIG小球必須經(jīng)過(guò)復(fù)雜的拋光過(guò)程，設(shè)計(jì)時(shí)需嚴(yán)格控制耦合回路、YIG小球和外部磁場(chǎng)三者的相對(duì)位置。這種諧振電路大部分是單端口的結(jié)構(gòu)，所使用的晶體管電路必須仔細(xì)設(shè)計(jì)以獲得合適的負(fù)阻抗，而且球狀結(jié)構(gòu)不易組裝，對(duì)震動(dòng)很敏感，雖然國(guó)內(nèi)已有用于振蕩器的YIG小球制備工藝，但耗時(shí)很長(zhǎng)，成品率低，還不能夠大規(guī)模量產(chǎn)。同時(shí)，使得制造傳統(tǒng)YIG諧振器時(shí)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，組裝難度也較大。由于YIG薄膜諧振器的具有易微波集成、小型化等特點(diǎn)，所以其更加適應(yīng)現(xiàn)代軍事電子系統(tǒng)裝備，小型化、輕量化、便攜化裝備的發(fā)展趨勢(shì)。特別是YIG薄膜諧振器具有的低相噪及連續(xù)線性可調(diào)、易平面集成等特點(diǎn)，使其更具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 靜磁波簡(jiǎn)介

MSW（靜磁波）是在旋磁介質(zhì)中傳播的自旋波的長(zhǎng)波部分。由于其可在高頻（數(shù)GHz或數(shù)十GHz）范圍內(nèi)直接進(jìn)行模擬信號(hào)處理，所以在通信、電子對(duì)抗和無(wú)線電引信等系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。靜磁波是受磁力控制的慢色散電磁波，能在加偏置磁場(chǎng)的微波鐵氧體材料（如釔鐵石榴石YIG）中傳播。

靜磁波器件中應(yīng)用了三種基本傳輸模式[1]，它們?cè)诒∧て矫嫔暇哂幸欢ǖ膫鬏敺较颉Ｊ紫扔懻撿o磁表面波（MSSW）模，其中偏置磁場(chǎng)H位于薄膜平面，并與波的傳輸方向垂直。第二種模稱為靜磁正（前）向體波（MSFVW）模，其中偏置磁場(chǎng)H與薄膜平面垂直。第三種模是靜磁反向體波（MSBVW）模，在薄膜平面上偏置磁場(chǎng)方向和傳播方向相同時(shí)，它才會(huì)存在。

3 YIG薄膜諧振器研究進(jìn)展

1976年，Collins[2]等人提出了首個(gè)基于MSW的YIG薄膜諧振器，其靜磁波的模式為MSSW。諧振器為單端口，使用了一根微帶線換能器和周期性刻蝕YIG槽陣列，槽在9μm厚的YIG上刻蝕而成，諧振器調(diào)諧范圍為2～4GHz，其無(wú)載Q值為550。

以上類型的諧振器結(jié)構(gòu)中，使用了槽柵結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的反射表面，它可以創(chuàng)造所需要的諧振腔，但是從技術(shù)的角度上講，這種柵型反射型器件制作時(shí)很復(fù)雜的，因此尋求其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振效果尤其重要。

1984年，Huijer[3]等人提出了一種基于MSSW的二端口非柵型結(jié)構(gòu)的YIG薄膜諧振器。在這種諧振器中，YIG膜的邊緣是直接作為反射器的，所以稱這種結(jié)構(gòu)的諧振器為直邊諧振器。它包含了一個(gè)鐵磁性的諧振腔和微帶線換能器，諧振腔置于微帶換能器的中央。諧振腔由矩形釓鎵石榴石（GGG）基片和生長(zhǎng)在它上面的YIG薄膜組成，外部磁場(chǎng)的方向平行于膜平面。靜磁波在YIG膜的表面?zhèn)鞑?，在邊緣處向另一邊反射。最終得到的諧振器調(diào)諧頻率范圍為3～9GHz，Q值900～4000，主諧振之外的假響應(yīng)抑制大于15dB。

1996年，Alphones[4]等人提出了一種微帶環(huán)形YIG諧振器結(jié)構(gòu)。兩段微帶傳輸線被中間的圓環(huán)分隔開(kāi)，微帶線與圓環(huán)的距離決定了微帶線與諧振器的耦合程度。當(dāng)環(huán)形結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)時(shí)導(dǎo)波波長(zhǎng)的整數(shù)倍的時(shí)候，系統(tǒng)發(fā)生諧振。

2000年，Marcelli[5]等人設(shè)計(jì)了一種帶阻直邊諧振器結(jié)構(gòu)，該諧振器在頻率為14GHz的時(shí)候，回波損耗接近-20dB，Q值范圍在3000～4000。2006年，Cismaru[6]等人提出了一種CPW（共面波導(dǎo)）型的靜磁波直邊諧振器。在11GHz～16GHz的諧振頻率范圍內(nèi)變化時(shí)，諧振器的插入損耗小于-25dB，插損的峰值小于-40dB，諧波抑制較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于YTO具有高Q值、調(diào)諧頻帶寬、線性度好、頻譜純、噪聲低等特點(diǎn)，它成為現(xiàn)代多種軍事電子裝備和微波儀器的核心部件，用途極為廣泛。隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展，平面化、小型化、易微波集成在現(xiàn)代軍事電子系統(tǒng)領(lǐng)域的要求使得YIG薄膜諧振器有更好的前景。

[1] Pavel Kabos，V.S.Stalmachov.Magnetostatic waves and Their Applications[M].London：Chapman & Hall.1994.

[2] J.H.COLLINS，J.D.ADAM，Z.M.BARDAI.One-port magnetostatic wave resonator[J].PROCESS OF THE IEEE.1977，65（7）：1090-1092.

[3] E Huijer，W Ishak.MSSW resonators with straight edge reflectors[J].IEEE Transactions on Magnetics，1984，20（5）：1232-1234.

[4] A Alphones，M Thanigasalem.Magnetically tunable microstrip ring resonator with YIG film[J].Microwave & Optical Technology Letters，1996，12（1）：34-36.

[5] R.Marcelli.A magnetostatic wave oscillator for data relay satellite[J].IEEE Transactions on Magnetics，2000，36（5）：3488-3490.

[6] A Cismaru，R Marcelli.CPW Cascaded Magnetostatic Wave Band Stop Resonators[C].Magnetics Conference，2006.