。1036。 北京科技大学学报 第31卷 b A.m 452 ◆(H) 口-200kAm1 (E 0-240kAm 0.209 -△-280kAm1 0.062 0 12 14 16 18 f/GHz 图4(a模拟的双层铁氧体复合结构的透射曲线：(b)模拟的240kAm1外场的条件下，14.1GHz处的磁场分布 Fig 4 (a)Simulated transmission spectra of the hilyered ferrite slabs;(b)magnetic field map of the bilayered structure at 14.IGHz under a bias field of 240kA'm 结构内部的场分布以间隙为中心呈镜面对称，这意 现与强烈的电磁耦合密切相关. 味着在第2块铁氧体内电磁波反向传播.反向波是 与此对比，本文也研究了非共振耦合形成的通 左手材料的主要特征之一：该发现表明，两层铁氧体 带的电磁波传播情况.图5(b)显示了240kA·m1 结构整体呈右手特性，但其中第2块铁氧体具有左 外场的条件下9.7GHz处样品的磁场分布在一个周 手特性.有研究者对双层铁磁薄膜进行理论分析， 期内的连续变化情况.结果显示，整个复合结构呈 结果显示两铁磁层之间的磁矩耦合使得铁磁共振时 现典型的右手特性，电磁波通过整体结构向前传播， 第2铁磁层的磁导率相位滞后3/2x~2元（位于第4没有反向波出现，在间隙处也未出现磁场增强.17 象限)，由此导致其有效折射率的相角为1/2六~π GHz处的电磁波传播情况与此类似.这表明在铁磁 (位于第2象限)，即显示左手特性，电磁波在第2铁 共振条件下，由于表面波耦合形成的通带，和由于没 磁层内反向传播1.模拟结果与其理论推导相符. 有铁磁共振而形成的通带具有显著差异，电磁波的 这也从另一方面证实了在本文的结构中透射峰的出 传播特性明显不同. (a） (b) @/3 01=元/3 x() M=2/3 x(H 的 K) E) @=4r/3 0=4元/3 =5元3 空气 铁氧体铁氧体空气 空气铁氧体铁氧体空气 间隙 间隙 图5样品中心处的磁场分布.(a141CH云(b)9.7GHz Fig.5 Magnet ic field distribution in the midplane (a)14 1GHz (b)9.7CHz 实验测得的双层铁氧体复合结构（两层间隙1 表面波耦合引起的磁感应波，所以两层铁氧体之间 mm)的透射曲线如图6(a)所示.当磁场大于160 的距离(d)对耦合作用的强弱有很大的影响.图7 kAm时，在比单块铁氧体的透射禁带的位置稍 显示了d为0,1,2和4mm时在400kA°m1偏置 高的频段出现了一个透射峰，而且当磁场从 磁场条件下样品的透射曲线.可以看出，随着d的 160kA°m1增加到480kA·m-1,该透射峰的中心 增加，两块铁氧体之间的耦合减弱，导致了透射峰的 频率从10.1GHz变化到12.0GHz(图6(b)).实测 半高宽逐渐变窄，幅值逐渐下降，损耗不断增加.这 结果与仿真计算结果定性符合良好， 与文献报道的由两层平行排列的SRR构成的磁感 本文讨论的磁感应波器件源于两层铁氧体之间 应波透镜的规律相同，即层间距加大、耦合减弱1？.图 4 ( a) 模拟的双层铁氧体复合结构的透射曲线;( b) 模拟的 240 kA·m -1外场的条件下, 14.1GHz 处的磁场分布 Fig.4 ( a) Simulat ed transmissi on spectra of the bilayered f errite slabs;( b) magneti c field map of the bilayered structure at 14.1GHz under a bias field of 240 kA·m -1 结构内部的场分布以间隙为中心呈镜面对称, 这意 味着在第 2 块铁氧体内电磁波反向传播 .反向波是 左手材料的主要特征之一 ;该发现表明, 两层铁氧体 结构整体呈右手特性, 但其中第 2 块铁氧体具有左 手特性 .有研究者对双层铁磁薄膜进行理论分析, 结果显示两铁磁层之间的磁矩耦合使得铁磁共振时 第 2 铁磁层的磁导率相位滞后 3/2π～ 2π( 位于第 4 象限) , 由此导致其有效折射率的相角为 1/2π～ π ( 位于第 2 象限) , 即显示左手特性, 电磁波在第 2 铁 磁层内反向传播[ 14] .模拟结果与其理论推导相符 . 这也从另一方面证实了在本文的结构中透射峰的出 现与强烈的电磁耦合密切相关. 与此对比, 本文也研究了非共振耦合形成的通 带的电磁波传播情况.图 5( b) 显示了 240 kA·m -1 外场的条件下 9.7 GHz 处样品的磁场分布在一个周 期内的连续变化情况 .结果显示, 整个复合结构呈 现典型的右手特性, 电磁波通过整体结构向前传播, 没有反向波出现, 在间隙处也未出现磁场增强 .17 GHz 处的电磁波传播情况与此类似.这表明在铁磁 共振条件下, 由于表面波耦合形成的通带, 和由于没 有铁磁共振而形成的通带具有显著差异, 电磁波的 传播特性明显不同 . 图 5 样品中心处的磁场分布.( a) 14.1GHz;( b) 9.7GHz Fig.5 Magnetic field distribution in the midplane:( a) 14.1GHz;( b) 9.7GHz 实验测得的双层铁氧体复合结构( 两层间隙 1 mm) 的透射曲线如图 6 ( a) 所示.当磁场大于 160 kA·m -1时, 在比单块铁氧体的透射禁带的位置稍 高的频 段出 现 了一 个透 射 峰, 而 且 当磁 场 从 160 kA·m -1增加到 480 kA·m -1 , 该透射峰的中心 频率从 10.1 GHz 变化到 12.0 GHz( 图 6( b) ) .实测 结果与仿真计算结果定性符合良好 . 本文讨论的磁感应波器件源于两层铁氧体之间 表面波耦合引起的磁感应波, 所以两层铁氧体之间 的距离( d ) 对耦合作用的强弱有很大的影响.图 7 显示了 d 为 0, 1, 2 和 4 mm 时在 400 kA·m -1偏置 磁场条件下样品的透射曲线.可以看出, 随着 d 的 增加, 两块铁氧体之间的耦合减弱, 导致了透射峰的 半高宽逐渐变窄, 幅值逐渐下降, 损耗不断增加.这 与文献报道的由两层平行排列的 SRR 构成的磁感 应波透镜的规律相同, 即层间距加大 、耦合减弱[ 15] . · 1036 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷