Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

Гура Костянтин Миколайович

"Вторинні ефекти в гальваномагнітних перетворювачах

електромагнітного поля."

Спеціальність 05.12.07– ”Антени та пристрої мікрохвильової техніки”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ –1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті

України "КПІ" на кафедрі конструювання та виробництва радіоапаратури.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Вунтесмері Валерій Семенович

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, доцент

Водотовка Володимир Ілліч,

головний інженер СКБ ”СПЕКТР”

Міністерства промислової політики України

Кандидат технічних наук Паніц Віктор Анатолійович,

нач. відділу НДІ “БУРАН” Міністерства промислової політики України, лауреат Державної премії України.

Провідна організація: Державне підприємство науково– технічний центр ’’СУЗІР’Я’’ Міністерства промислової політики України (м. Київ)

Захист відбудеться "_24_"__лютого__1999 року

о_15_._00_на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.14 в Національному технічному університеті " КПІ" за адресою

252056, м.Київ–56, вул. Політехнічна, 37 , корпус 1, аудиторія 244.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці

Національного технічного університету України " КПІ".

Автореферат розісланий "_23_"_січня__1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічніх наук, доц. Уривський Леонід Олександрович

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У зв'язку з розвитком сучасної техніки та технології зростають вимоги до точності вимірюваних величин, які характеризують електромагнітну енергію. Однією з основних величин, яка вимірюється в діапазоні ВЧ та НВЧ, є потужність. Найбільш перспективними пристроями для вимірювання прохідної ВЧ та НВЧ–потужності є гальваногіромагнітні перетворювачі, в котрих застосовуються гальваномагнітні явища в тонких феромагнітних плівках.

Принцип дії таких перетворювачів полягае в перемноженні НВЧ струму та напруги в довільному розрізі передавальної лінії з урахуванням зсуву фаз між ними.

Гальваномагнітні перетворювачі на основі тонких феромагнітних плівок мають ряд переваг порівняно з перетворювачами напівпровідниковими, феритовими та іншими: в них менша похибка вимірювання, зв'язана з впливом відбитої хвилі, вони мають малі значення термо–ЕРС та менший вплив випрямлюючих контактів, мають більшу швидкодію. Це робить їх використання перспективним в засобах контролю прохідної потужності середнього та високого рівня як неперервної, так і імпульсної. Зараз такі перетворювачі застосовуються для вимірювання прохідної потужності в лініях передачі різних типів, приладах для вимірювання зсуву фаз, засобах контролю параметрів плазми в устаткуванні плазмохімічного травлення.

Але гальваномагнітним перетворювачам притаманні специфічні, так званні вторинні ефекти, які здатні істотно вплинути на точність вимірювання потужності. Саме до таких ефектів належить ефект квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках. Це призводить до того, що крім корисного сигналу, пропорційного добутку електричної та магнітної складової поля з урахуванням зсуву фаз між ними, виникає складова сигналу, пропорційна квадрату струму в плівці. Ця складова перетвореного поля здатна збільшити похибку вимірювання потужності.

Мета і задачі дослідження. Дисертаційна робота спрямована на вивчення та дослідження причин виникнення складової перетвореного вихідного сигналу, пропорційної квадрату струму в плівці, з метою її усунення в випадку, коли це потрібно (вимірювання потужності), та вивчення можливості корисного застосування ефекту квадратичного детектування (для квадратичних детекторів електричної складової електромагнітного поля).

Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі:

–розробка чутливих стендів для дослідження властивостей гальваномагнітних детекторів на основі тонких феромагнітних плівок;

–експериментальне дослідження властивостей складової вихідного сигналу перетворювача, пропорційної квадрату струму в плівці;

–експериментальне та теоретичне дослідженя залежності електрофізичних властивостей тонких феромагнітних плівок від їх товщини;

–розрахунок залежності розподілу магнітного поля,створеного струмом в плівці, від її товщини;

–розрахунок змінної частини намагніченості, що створюється магнітним полем струму в плівці;

–розрахунок ЕРС, пропорційної квадрату струму в плівці;

–розрахунок та експериментальне дослідження усунення струмової складової перетвореного поля за допомогою структури діелектрик–метал, розташованої над плівкою;

–розрахунок залежності та експериментальне дослідження складової, пропорційної квадрату струму в плівці, від кута підмагнічування плівки постійним магнітним полем ;

–побудова конфігурації чутливих елементів, в яких струмова складова перетвореного сигналу може бути скомпенсована;

–компенсація струмової складової з використанням двох чутливих елементів;

–теоретичне та експериментальне дослідження детектора на основі тонких феромагнітних плівок з застосуванням ефекту квадратичного детектування струму. Вихідний сигнал такого детектора пропорційний квадрату напруженості електричної складової електромагніного поля.

Методи дослідження. При розв'язанні поставлених завдань

застосовувались:

–математична статистика при обробці експериментальних

результатів;

–теорія диференціальних та інтегральних рівнянь;

–числові методи аналізу;

–метод часткових областей при вирішенні задач електродинаміки;

–тензорний аналіз.

Наукова новизна отриманих в дисертації результатів полягає в наступному:

–вперше розроблено методику та досліджено ефект квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках;

–досліджено електрофізичні властивості тонких феромагнітних плівок в залежності від товщини плівки;

–вперше проаналізовано вплив магнітного поля, викликаного струмом, який протікае по плівці, на збудження змінної частини намагніченості тонкої плівки;

–побудовано теорію ефекту квадратичного детектування струму, яка

базується на неоднорідності властивостей плівки по товщині;

–створено лінійну модель перетворення струму в плівці для найбільш часто застосовуваних випадків;

–розраховано та досліджено вплив матеріалу та товщини діелектрика, що оточуе плівку, на величину та знак перетвореного сигналу;

–доведено можливість створення на основі ефекту квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках детектора, вихідний сигнал якого пропорційний квадрату напруженості електричної складової електромагнітного поля.

Практичне значення результатів дисертаційної роботи.

Проведені дослідження дозволили отримати наступні результати:

–на основі побудованої теорії квадратичного детектування струму в тонкій феромагнітній плівці розроблено три методи компенсації цієї складової в вихідному сигналі вимірювачів прохідної потужності, що призводить до підвищення точності вимірювання, та досліджено залежність цих методів компенсації від частоти;

–вперше розроблена методика для визначення похибки гальваномагнітних вимірювачів прохідної потужності;

–вперше встановлено та досліджено можливість побудови та практичного застосування квадратичного детектора електричної складової електромагнітного поля на основі ефекту детектування струму в плівці;

–розроблено високочутливе устаткування для дослідження та налагодження гальваномагнітних перетворювачів електромагнітної енергії.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Теорія збудження намагніченності в тонкій феромагнітній плівці з неоднорідно розподіленим по товщині плівки струмом.

2. Теорія ефекту квадратичного детектування струму в тонкій феромагнітній плівці.

3.

Реалізація та впровадження результатів роботи.

Дослідження та розробка виконувались на кафедрі конструювання та виробництва радіоапаратури Національного технічного університету (КПІ). Матеріали дисертації знайшли практичну реалізацію при виконанні і впровадженні таких науково–дослідних робіт:–

звіт по НДР ”Чоліб–1” спец. тема №4176,КПІ,1987.–

звіт по НДР ”Чілім” спец. тема №4249,КПІ,1988.–

звіт по НДР ”Шілім 1-УВО” госп. договір №964,КПІ,від 1.03.1988.–

звіт по НДР ”Шілім” спец. тема №4365,КПІ,1989.–

звіт по НДР ”Дослідження та розробка гальваномагнітніх вимірювальних перетворювачів прохідної ВЧ–потужності для пристроїв плазмохімічного травлення.” госп.договір №570, КПІ,від 26.06.1989.–

звіт по НДР ”Дослідження можливості створення фазового детектора НВЧ на основі феромагнітних плівок.” госп.договір №132–89/26,КПІ,від 30.10.89.–

звіт по НДР ”Гроза” госп.договір №144,КПІ, від 26.09.1990.–

звіт по НДР ”Крона” госп.договір №101,КПІ, від 28.02.91.–

звіт по НДР ”ТА КПІ–10УО” спец. тема 1992–1994рр.

Сумарний економічний ефект від впровадження результатів проведених робіт підтверджено відповідними документами.

Матеріали дисертаційної роботи та розроблені на їх основі пристрої впроваджені в учбовий процес Київського політехнічного інституту і використовуються в курсах лекцій, в дослідницькій роботі студентів, в курсовому і дипломному проектуванні.

Акти впровадження результатів роботи в промисловість приведені в додатку дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались і обговорювались на: VIII Всесоюзн. конф. ”Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение.” (Москва, 1986), Респ. конф. ”Теория и практика измерений параметров электромагнитных колебаний и линий передачи” (Харьков, 1991), XIII школа-семинар ”Новые магнитные материалы микроэлектроники” (Астрахань, 1992), ”Second International Conference on Antenna Theore and Techniques” (Kyiv, 1997), ”27-th European Microwave Conference + Exhibition” (Jerusalem, 1997), ‘’VII-th International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory.’’ (Kharkov, 1998).

Публікації по роботі. За матеріалами дисертаційних досліджень опубліковано 6 наукових статей, зроблено 6 наукових доповідей на міжнародних, Республіканських, Всесоюзних конференціях.

О’бєм і структура роботи. Дисертація містить 115 сторінок основного тексту, 35 сторінок рисунків, фотографій і таблиць і складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, бібліографічного списку із 71 найменування, додатку на 3 сторінках.

Основний зміст роботи.

У вступі до дисертації обгрунтована актуальність проблеми, цілі і основні задачі досліджень.

Ця робота присвячена вдосконаленню та підвищенню точності роботи гальваномагнітних приладів на основі тонких феромагнітних плівок, які застосовуються для вимірювання потужності та фазового детектування сигналів. Показані переваги гальваномагнітних перетворювачів порівняно з феритовими, напівпровідниковими та іншими типами перетворювачів, які виконують аналогічні функції.

Звернуто увагу на специфічні (вторинні) особливості, притаманні гальваномагнітним перетворювачам на основі тонких феромагнітних плівок, а саме на ефект квадратичного детектування високочастотного струму, що протікае по плівці, і здатний значно підвищити похибку вимірювання потужності або фази.

В першій главі проведено аналіз стану справ в галузі конструювання гальваномагнітних перетворювачів. Гальваномагнітні перетворювачі–це прилади, робота яких заснована на використанні гальваномагнітних явищ в тонких (до 100нМ) феромагнітних плівках, а саме, ефекту Холла та магнітоопору. Ефект Холла полягає в тому, що в плівці, розміщеній в магнітному полі, при пропусканні через неї струму виникає електричне поле, перпендикулярне магнітному полю та струму. В феромагнітних плівках це електричне поле залежить переважно від власної намагніченості матеріалу.

Явище магнітоопору полягає в тому, що при розміщенні феромагнітної плівки в постійному магнітному полі її опір в напрямку поля буде відрізнятися від опору в напрямку, перпендикулярному полю.

Таким чином, якщо изотропну феромагнітну плівку з струмом, намагнічену до насичення, помістити в змінне магнітне поле, то в результаті гальваномагнітних явищ в ній з’явиться електричне поле

,

де – тензор питомого опору плівки, який враховуе гальваномагнітні явища.

Тобто гальваномагнітні перетворювачі мають два незалежні ланцюги–електричний та магнітний, кожний з яких може бути зв’язаний з електричною та магнітною складовою поля. Під дією змінного магнітного поля питомий опір плівки стає анізотропним і змінюється в часі з частотою прикладеного зовнішнього змінного магнітного поля. Таким чином, плівка стае параметричним детектором.

Низькочастотна складова перетвореного поля буде пропорційна середній за період НВЧ коливань напруженості електричного поля в плівці. Саме ця складова і застосовується для вимірювання прохідної потужності в лініях передачі.

Але при розробці та використанні гальваномагнітних перетворювачів в вихідному низькочастотному сигналі була помічена ще одна складова, пропорційна квадрату струму, що протікае по плівці. Як показали дослідження, ця складова обумовлена ефектом квадратичного детектування струму плівки. Цей ефект призводить до значного підвищення похибки гальваномагнітних перетворювачів при використанні їх як вимірювачів прохідної потужності.

Саме дослідженню причин виникнення, усунення та застосуванню ефекту квадратичного детектування струму присвячена робота.

Також в першій главі проводиться аналіз похибки, що виникає при вимірюванні потужності в гальваномагнітних перетворювачах. Похибка перетворювача складається з похибки метода, фазової похибки, квадратичної похибки, обумовленої струмом, що проходить по плівці і змінним магнітним полем, що діє на плівку, похибки вольтметра, похибки зразкового вимірювача потужності, похибки, обумовленої нелінійністю перетворювача в динамічному діапазоні. Розроблена методика та виведені формули для визначення цих похибок.

У другій главі на основі експериментального дослідження сигналу квадратичного детектування струму в плівці був зроблений висновок, що цей сигнал є наслідком перемноження струму плівки та магнітного поля, створеного цим струмом. Як показано в роботі, при рівномірному розподілі струму по товщині плівки розподіл магнітного поля струму також буде рівномірним по товщині. В цьому випадку детектування струму в плівках з параметрами, що застосовуються в гальваномагнітних перетворювачах, неможливе, тому що середнє значення магнітного поля по товщині дорівнює нулю і змінна намагніченість не збуджується. Оскільки плівка досить тонка (до 100нМ), то впливом поверхневого ефекту можна знехтувати до частот в десятки гігагерц. Нерівномірність струму по товщині може бути викликана нерівномірністю властивостей плівки по товщині. Тому були поставлені досліди по визначенню питомого опору та анізотропії магнітоопору плівок залежно від їх товщини. На основі дослідних даних були побудовані апроксимуючі залежності, і шляхом вирішення інтегральних рівнянь отримано залежність питомого опору (або провідності) та анізотропії магнітоопору кожного шару по товщині плівки.

Як виявилось, на товщинах до 100нМ властивості плівок різко неоднорідні.

Далі вважалось, що неоднорідність розподілу струму пропорційна неоднорідності провідності плівки по товщині. Поперечна складова магнітного поля, викликана струмом в точці товщини плівки, розраховувались як різниця полів, створених струмом, над і під точкою :

.

Для оцінки неоднорідності магнітного поля, яке збуджується неоднорідним струмом, вводився коефіцієнт асиметрії магнітного поля як відношення усередненого поля до максимального на поверхні плівки; згідно розрахунків для плівок з дослідженими властивостями .

Далі для розрахунків ЕРС, яку викликає квадратичне детектування струму, необхідно визначити типи прецесії намагніченості, викликані магнітним полем струму.

Ці задачі вирішувались за допомогою рівняння руху густини магнітного момента (рівняння Ландау–Ліфшиця).

.

Для малих відхилень вектора намагніченості після лінеарізації в координатній формі маємо:

,

.

Після відповідних перетворень маємо наступні рівняння:

,

.

Ці рівняння розв’язуються разом з граничними умовами для намагніченостей, які характеризують вплив на поверхневі спини поверхневої обмінної взаємодії та поверхневої анізотропії

.

При розв’язанні рівнянь враховується і залежність параметру закріплення поверхневих спинів від частоти змінного магнітного поля.

Розв’язок рівнянь Ландау–Ліфшиця для складових намагніченості та з граничними умовами проводився числовими методами. Так за допомогою метода кінцевих різностей переходимо від диференційних рівнянь до системи алгебраїчних рівнянь.

Результати розрахунків показують, що магнітне поле струму збуджує однорідно розподілену по товщині плівки, намагніченість. Тобто змінна намагніченість плівки збуджується постійною складовою магнітного поля струму та постійною складовою другої похідної поля.

Цей факт обумовлений впливом обмінної взаємодії на розподіл намагніченості, тобто обмінна взаємодія ”утримує” намагніченість кожного шару відносно сусідніх шарів. Але це можливо тільки для тонких плівок (до 300...400 нМ). Для товстих плівок треба враховувати вплив на розподіл намагніченості вищих гармонік магнітного поля та другої похідної поля.

Результати розрахунків підтверджувались експериментально. Хід експерименту та його результати приведені в дисертаційній роботі.

Знаючи складові намагніченості, були знайдені компоненти тензора питомого опору плівки

, .

Далі було знайдено постійну складову перетвореного поля в плівці, тобто сигнал від детектування струму

.

Оскільки товщина плівки значно менша за її довжину, ширину та відстань між ділянками зняття ЕРС, то величину перетвореного поля можна усереднити по товщині. А ЕРС, яка знімається з плівки в ділянках А і В, визначається як різність потенціалів цих ділянок, створених стороннім електричним полем

.

З проведеного аналізу можна зробити висновок, що поле детектування, створене струмом плівки, пропорційне добутку амплітуди струму та намагніченості, яку викликає магнітне поле цього струму.

Далі в роботі проводились дослідження властивостей ефекту квадратичного детектування струму від амплітуди та кута підмагнічування плівки постійним магнітним полем. Дослідження дозволяє зробити висновок , що детектування струму в тонких феромагнітних плівках може знайти застосування для побудови детекторів електричної складової електромагнітного поля. В роботі запропоновані конструкції та досліджені технічні можливості такого детектора. Проведені порівняння феромагнітного детектора з іншими типами детекторів.

В третій главі на основі властивостей ефекту квадратичного детектування запропоновано три способи його усунення в вимірювачах потужності.

Один із способів полягає в створенні додаткової структури діелектрик–метал над підложкою з плівкою. Усунення квадратичного детектування обумовлене тим, що плівка розташовується в такій асиметричній електродинамічній структурі, при збудженні котрої падаючою хвилею усереднене по товщині плівки магнітне поле дорівнює нулю. Задача полягала в розрахунку електричної товщини діелектрика над плівкою, при якій можливе усунення квадратичного детектування, та визначенні частотних обмежень даного метода компенсації.

Розрахунки по даному методу компенсації проводились в слідуючій послідовності:–

знаходилась структура поля чутливого елемента на основі тонких феромагнітних плівок;–

визначалось розподілення поперечної складової магнітного поля по товщині плівки;–

разраховувалась матриця розсіювання переходу феромагнітна плівка–смужка зв’язку;–

знаходився коефіцієнт асиметрії магнітного поля в плівці при падінні на торець чутливого елемента елекромагнітної хвилі з області, яку займає смужка зв’язку.

Структура поля чутливого елемента знаходилась методом зшивання часткових областей. При зшиванні полів на плівці використовувались граничні умови, які в літературі мають назву методу поверхневих струмів, з умови нетривіального рішення якої знаходимо значення повздовжніх хвильових чисел.

Знаючи дотичні складові магнітного поля на поверхні плівки, знаходимо розподіл магнітного поля в плівці.

Прирівнявши поля на поверхні, що розділяє області з плівкою та смужкою зв’язку, знаходимо матрицю розсіювання переходу. Далі припускаємо, що електромагнітна хвиля падає на торець чутливого елемента з області, що займає елемент зв’язку, і підбираємо такі значення електричної товщини діелектрика, що розташовуеться над підложкою з плівкою, при котрих коефіціент асиметрії магнітного поля дорівнює нулю. Також при розрахунках методом збурення враховувався вплив кінцевої провідності екрана на коефіціент асиметрії.

Розрахунки показали, що такий метод компенсації квадратичного детектування можливий лише на частотах вище одиниць гігагерців, і не може бути використаний на низьких частотах. Це можна пояснити слабким впливом діелектричного ефекту на низьких частотах (до 500 МГц) та затуханням вищих типів хвиль і відповідно зменшенням їх внеску в асиметрію розподілу магнітного поля в феромагнітній плівці.

Врахування кінцевої провідності екрану додатково підвищує нижню межу частотного діапазону застосованості даного методу компенсації, тому що заглиблення поля в матеріал екрану при його близькому розташуванні до плівки також впливає на асиметрію поля. Тому метод усунення квадратичного детектування за допомогою зовнішньої по відношенню до плівки структури метал–діелектрик 1–плівка–діелектрик 2–метал знайшов застосування на частотах вище 1ГГц.

В підтверження розрахунків були проведені експериментальні дослідження цього метода усунення ефекту квадратичного детектування.

Базуючись на теоретичних і експериментальних залежностях сигналу квадратичного детектування струму від кута підмагнічування феромагнітної плівки постійним магнітним полем були запропоновані конструкції чутливих елементів, в яких при певних кутах підмагнічування ефект квадратичного детектування взагалі відсутній, або, якщо це потрібно, може бути максимальним. Розроблені конструкції чутливих елементів знайшли застосування в вимірювачах прохідної потужності підвищеної точності.

Третій метод усунення ефекту квадратичного детектування полягає в застосуванні двох симетрично розташованих чутливих елементів, і базується на фізиці виникнення ефекту квадратичного детектування. Оскільки квадратиче детектування є наслідком неоднорідності електрофізичних властивостей плівки по товщині, то при розміщенні чутливих елементів один навпроти одного сигнали, викликані детектуванням, будуть мати протилежні напрямки. При використанні цих же чутливих елементів для вимірювання потужності в лінії передачі сигнал, пропорційний потужності, буде мати один і той самий напрямок (на чутливих елементах струми, постійні та змінні магнітні поля мають однакові напрямки). Тому ці чутливі елементи можна ввімкнути послідовно по сигналу, пропорційному потужності, і назустріч по сигналу від детектування струму.

Цей спосіб усунення досить зручний у використанні і не залежить від частоти, тому широко застосовується в гальваномагнітних вимірювачах потужності.

Четверта глава присвячена експериментальному дослідженню єфекту квадратичного детектування струму та методів його усунення. В цій главі зроблено порівняння теоретичних та експериментальних результатів.

Приведено опис спеціально розробленого експериментального автоматизованого стенда, який дозволяє досліджувати та налагоджувати чутливі елементи гальваномагнітних перетворювачів на низьких рівнях потужності в широкому діапазоні частот. Завдяки оригінальному рішенню (рознесення в часі періоду накопичення енергії електромагнітом та періоду вимірювання досліджуваних сигналів) стало можливим досліджувати сигнали порядка 0,1мкВ при постійних магнітних полях 0...1,5 Тесла, створюваних потужним електромагнітом без складних ланцюгів фільтрації.

В наведених прикладах гальваномагнітних перетворювачів завдяки використанню запропонованих методів усунення ефекту квадратичного детектування вдалося підвищити точність вимірювачів потужності на 5–8% без особливих ускладнень конструкції. Таким чином стало можливим створення гальваномагнітних вимірювачів ВЧ та НВЧ потужності середнього і високого рівнів (одиниці ватт–десятки кіловатт) з похибкою 3...5% при КстU навантаження менше або рівного 3.

В додатку приведені документи, які підтвержують впровадження результатів дисертаційної роботи в промисловості.

Основні результати роботи

Виконані дослідження є теоретичним і практичним рішенням задачі вивчення ефекту квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках, які застосовуються для побудови перетворювачів електромагнітного поля.

Основні результати дисертаційної роботи зводяться до наступного:

1. Експериментально досліджені та побудовані теоретичні залежності анізотропії питомого магнітоопору, питомого опору, відносної зміни питомого магнітоопору від товщини тонкої магнітної плівки. Виявилось, що властивості тонких (<100нМ) магнітних плівок (а саме такі плівки застосовуються для побудови перетворювачів електромагнітного поля) різко неоднорідні.

2. Проведені розрахунки складових магнітного поля, що створюється неоднорідно розподіленим по товщині плівки струмом.

3. Теоретично та експериментально досліджено розподіл по товщині плівки сладових змінної частини намагніченості, що збуджується магнітним полем струму. Зроблено висновок, що при товщинах плівок менше 100 нМ намагніченість розподілена однорідно.

4. На основі п.1,2,3 побудовано теорію квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках, яку підтвержено експериментально.

5. Вперше запропоновано та досліджено можливість створення на основі ефекту квадратичного детектування струму детектора електричної складової електромагнітного поля, вихідний сигнал якого пропорційний квадрату електричної складової поля.

6. Запропоновано та досліджено властивості трьох методів усунення ефекту квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках для їх використання у вимірювачах потужності або фазових детекторах. Ці методи призводять до підвищення точності вимірювання потужності в лініях передачі з неузгодженим навантаженням.

7. Створено чутливий стенд, що дозволяє налагоджувати вимірювачі потужності при малих рівнях потужності.

8. Розроблено методику визначення складових похибки гальваномагнітних перетворювачів.

Список публікацій по темі дисертації

1. Вунтесмери В.С., Гура К.Н. Экспериментальное исследование –составляющей преобразованного поля в тонких ферромагнитних пленках//Радиоэлектроника.– 1993.– №3.– С.28–34.(Изв. высш. учебн. заведений).

2.Вунтесмери В.С., Гура К.Н., Мхеян М.Ф. Возбуждение намагниченности в тонкой ферримагнитной пленке неоднородным током// Радиоэлектроника.– 1998.–№4.–C.28–34. (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Гура К.Н. Эффект самодетектирования СВЧ тока в ферромагнитной пленке // Радиоэлектроника.– 1998.– №5.– C.68–72.(Изв. высш. учеб. заведений).

4. K.N.Gura, F.M.Repa. Current suppression by external electromagnetic self– detecting structure in galvanomagnetic converters of electromagnetic field// Proc. of the VII-th International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. – Kharkov(Ukraine).– 1998.–P.930.

5. Вунтесмери В.С., Гура К. Н. Экспериментальное исследование температурной стабильности магниторезистивних измерительних преобразователей проходящей СВЧ–мощности на основе магнитных пленок//Вестн. Киев. политехн. ин–та. Сер. Радиотехника.–1988.–Вып.25.– С.13–14.

6. Вунтесмери В.С., Выдалко Е.Н., Гура К.Н., Никитин К.Г. Об улучшении температурной стабильности магниторезистивных измерителей проходящей СВЧ мощности//Вестн. Киев. политехн. ин-та. Радиотехника.– 1994.– Вып.31.– С.56–58.

7. Вунтесмери В.С., Гура К.Н., Антонов С.С. Стенд исследования параметров гальваномагнитных преобразователей мощности СВЧ на основе ферромагнитних пленок//Вестн. Киев. политехн. ин-та. Радиотехника.–1991.–Вып. 28.–С.99–101.

8. Vuntesmary V.S., Gura K.N. On accuracy increasing of measuring galvanomagnetic converters of electromagnetic field. //Proc. of Second International Conference on Antenna Theore and Techniques.–Kyiv (Ukraine).–1997.– P.364-365.

9. Vountesmeri V., Gura K., Chenakin A. An X–band magnetoresistive sensor for active pulse pover measurements//Proc. of the 27-th European Microwave Conference + Exhibition.–Jerusalem.–1997.– P.838– 840.

10.Вунтесмери В.С., Гура К.Н., Антонов С.С. Измерение активной мощности КВ диапазона в линиях с несогласованной нагрузкой.//Труды республиканской научно-технической конференции ”Теория и практика измерений параметров электромагнитных колебаний и линий передачи.”– Харьков, 1991.– С.34.

Особистий внесок в роботах, опублікованих у співавторстві: [5,7,10]– розробка методики проведення досліджень та їх технічна реалізація, [1,2,4,6,8,9]– виконання теоретичної частини роботи, часткова участь в розробці методики і проведенні експериментів.

Автор: Гура К.М.

Гура К.М. Вторинні ефекти в гальваномагнітних перетворювачах електромагнітного поля. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.12.07– ”Антени та пристрої мікрохвильової техніки”. Національний технічний університет України (КПІ). Київ 1998.

Захищається 10 наукових робіт, котрі присвячені дослідженню ефекту квадратичного детектування струму в тонких феромагнітних плівках. Дослідження цього ефекпу дозволило підвищити точність вимірювання потужності гальваномагнітними перетворювачами електромагнітного поля, створити, використовуючи ефект квадратичного детектування струму, квадратичний детектор електричної складової електромагнітного поля.

Результати дисертаційної роботи впроваджено в дослідно–конструкторські розробки АТ ”Инфракон” м. Вінниця, НДІ ”Буран” м.Київ, ДКБМ ”Модуль” м. Киев.

Ключові слова: феромагнітна плівка, гальваномагнітне явище, квадратичне детектування струму, намагніченість, похибка перетворювача.

Гура К.Н. Вторичные эффекты в гальваномагнитных преобразователях электромагнитного поля. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07–”Антенны и устройства микроволновой техники”. Национальный технический университет (КПИ). Киев 1998.

Защищается 10 научных работ.

Работа посвящена разработке и исследованию новой элементной базы, связанной с использованием гальваногиромагнитных явлений в тонких ферромагнитных пленках. Гальваногиромагнитные измерительные преобразователи на основе тонких ферромагнитных пленок – это устройства, реагирующие как на магнитную, так и на электрическую составляющие электромагнитного поля. Выходной сигнал таких преобразователей пропорционален произведению электрической и магнитной составляющих поля с учетом сдвига фаз между ними. Это позволяет использовать такие преобразователи для измерения активной или реактивной мощности, в зависимости от фазовых соотношений в датчике и линии передачи с несогласованной нагрузкой.

В главе 1 рассмотрен принцип работы гальваномагнитных преобразователей электромагнитного поля, показаны конкретные конструкции таких преобразователей для различных диапазонов частот и мощностей. Проведен анализ возможных погрешностей гальваномагнитных преобразователей. Показано, что из-за выявленых эффектов, присущих тонкопленочным гальваномагнитным преобразователям, и названых вторичными, возможно значительное понижение точности измерений. К таки эффектам относят детектирование высокочастотного тока и магнитного поля в пленке. Представлены методы калибровки, определения погрешностей и измерений уровней сигналов обусловленых вторичными эффектами. При этом отмечена способность эффекта квадратичного детектирования тока значительно понижать точность измерений.

В главе 2 рассказано о причинах возникновения эффекта квдратичного детектирования тока. Проведены исследования электрических свойств тонких магнитных пленок. Показано, что причиной квадратичного детектирования тока есть неоднородность электрофизических параметров пленки по толщине, а также асимметрия электродинамической структуры пленка-подложка-основание. Проведен расчет магнитного поля высокочастотного тока, протекающего по пленке. Определена переменная составляющая намагниченности возбуждаемая в пленке магнитным полем тока. Рассчитаны значения ЭДС, возникающие в следствии детектирования тока. Предложена и реализована конструкция квадратичного детектора электрической составляющей электромагнитного поля линии передачи на рассматриваемом эффекте.

В главе 3 предложено и реализовано три способа устранения эффекта квадратичного детектирования, что приводит к повышению точности работы измерительных преобразователей. Первый способ основан на использовании внешней электродинамической структуры. Проведен расчет такой структуры, что позволяет выбрать геометрию гальваномагнитного датчика. Второй способ основан на использовании осевой симметрии датчиков. Третий способ основан на ориентации пленки (системы пленок) во внешнем постоянном магнитном поле. Проведен анализ частотных свойств всех методов устранения эффекта детектирования тока.

Глава 4 содержит описание стендов на которых проводились исследования. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных исследований.

Осуществлено промышленое внедрение результатов работы в опытно–конструкторские разработки АО ”Инфракон” г. Винница, НИИ ”Буран” г.Киев, ОКБМ ”Модуль” г. Киев.

Ключевые слова: ферромагнитная пленка, гальваномагнитные явления, квадратичное детектирование тока, намагниченность, погрешность преобразователя.

Gura K. N. Secondary effects in galvanomagnetic transformers of electromagnetic field. Ph.D. thesis. Speciality: 05.12.07–”Antennas and device of microwave engineering.” National Technical University of Ukraine (KPI). Kiev 1998.

Ten scientific publications, reflecting investigations devoted to a phenomenon of current square–detecting in thin ferromagnetic films, are defended. Studying this phenomenon has permitted to improve accuracy of power measurementsby galvanomagnetic transformers of electromagnetic field, to create, using effect of current square–detecting, square–law detector of electric component of electromagnetic field.

Key words: ferromagnetic film, galvanomagnetic phenomenon, current square–detecting, magnetization, error of converter.