用于移动通信系统的基于自旋振荡器的上变频器技术方案

本发明专利技术涉及用于移动通信系统的基于自旋振荡器的上变频器。一种上变频器包括：乘法器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收外部信号输入；自旋振荡器，连接到所述乘法器的第二输入端；以及第一高通滤波器，连接到所述乘法器的输出端，其中，所述自旋振荡器包括具有自旋注入层和设置在所述自旋注入层上的磁进动层的多层膜结构，所述自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，所述磁进动层由磁性导电材料形成，接收来自所述自旋注入层的自旋极化电流，并且响应于该自旋极化电流，所述磁进动层的磁矩发生进动，从而产生所述振荡信号。

A spin oscillator based on up converter for mobile communication systems

The present invention relates to an upper frequency converter based on a spin oscillator for a mobile communication system. Includes a converter: multiplier having a first input terminal, a second input terminal and the output terminal of the first input terminal for receiving an external signal input; spin oscillator is connected to the second input end of the multiplier; and a first high pass filter is connected to the output end of the multiplier, wherein, the spin including the oscillator with a multi-layer structure layer and the magnetic layer set into the precession of the spin spin injection, spin polarized current output layer receives the input current in the non spin polarized when the spin injection, the precession of magnetic layer formed by magnetic conductive material received from the spin spin injection the polarization current layer, and in response to the spin polarized current, the magnetic moment of the magnetic layer of precession precession, so as to generate the oscillation signal.

【技术实现步骤摘要】
用于移动通信系统的基于自旋振荡器的上变频器
本专利技术总体上涉及自旋电子学，更特别地，涉及一种基于自旋振荡器的上变频器，其可用于移动通信系统，尤其适合于用在第五代(下面简称为“5G”)移动通信系统中。
技术介绍
第四代(下面简称为“4G”)移动通信系统已经在我国得到了广泛的应用，目前5G移动通信技术正是研究的热门，许多厂商和机构投入的大量的资金和人力来开发5G技术。根据移动通信技术的更新规律，预期5G通信技术将会在2020年左右投入商用。5G通信技术的特点在于容量更大、速度更快。容量的增大导致了对更多频谱资源的需求。预期5G通信除了使用传统技术使用的6GHz以下频谱资源以外，还会使用一些6GHz以上的频谱资源以满足容量需求。图1示出现有技术的通信模块的示意性电路图。如图1所示，通信模块100包括基带110，基带110可以进行适于用户的语音信号与电信号之间的转换。基带110可连接到收发机120。收发机120可配置为进行数模转换和模数转换。具体而言，收发机120可以将来自基带110的数字信号转换成模拟信号以供后面进行RF发射，或者将从天线接收到的模拟RF信号转换成数字信号并且提供给基带110。收发机120输出的模拟RF信号经上变频器130调制到载波频率，然后经功率放大器(PA)140放大，由双工器150提供到天线160从而被发射。该路径也称为发射路径(Tx)。另一方面，天线160接收到的模拟RF信号经双工器150被提供到接收路径Rx(这里未详细示出)。上变频器130一般包括用于产生载波频率的本机振荡器，其可以使用LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等。然而，这些振荡器本身产生的频率较低，例如晶体振荡器的输出一般在200MHz以下，需要设计复杂的电路来将频率提升到所期望的载波频率。因此，这些传统的上变频器已经不符合现代通信系统，例如5G通信系统的需要。
技术实现思路
本专利技术的一示范性实施例提供一种上变频器，包括：乘法器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收外部信号输入；自旋振荡器，连接到所述乘法器的第二输入端；以及第一高通滤波器，连接到所述乘法器的输出端，其中，所述自旋振荡器包括具有自旋注入层和设置在所述自旋注入层上的磁进动层的多层膜结构，所述自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，所述磁进动层由磁性导电材料形成，接收来自所述自旋注入层的自旋极化电流，并且响应于该自旋极化电流，所述磁进动层的磁矩发生进动，从而产生所述振荡信号。在一些示例中，所述自旋振荡器的多层膜结构还包括设置在所述自旋注入层与所述磁进动层之间的间隔层。在一些示例中，所述自旋注入层由自旋霍尔效应材料或反常霍尔效应材料形成。在一些示例中，所述自旋霍尔效应材料包括：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y，以及它们的组合；IrMn、PtMn和AuMn；以及Bi2Se3、Bi2Te3。所述反常霍尔效应材料包括：Fe、Co、Ni，以及它们的合金；Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er，以及它们的合金。在一些示例中，所述自旋振荡器还包括设置在所述多层膜结构的输出端的第二高通滤波器。在一些示例中，所述上变频器还包括：设置在所述自旋振荡器与所述乘法器之间的锁相环；以及设置在所述锁相环与所述乘法器之间的第一功率放大器。本专利技术另一示范性实施例提供一种移动通信系统，包括：基带，用于将来自用户的语音信号转换成数字信号；收发机，用于将来自所述基带的数字电信号转换成模拟信号；权利要求1-6中的任一项所述的上变频器，用于将来自所述收发机的模拟信号上变频至射频频率以供发射。在一些示例中，所述移动通信系统还包括：连接到所述上变频器的第二功率放大器，以用于对所述上变频器输出的信号进行功率放大。本专利技术又一示范性实施例提供一种基站，包括：收发机，用于产生供天线发射的发射信号或者对天线接收到的接收信号进行处理；复用器，连接在所述收发机与多个频率通道之间，用于将所述收发机产生的发射信号路由到相应的频率通道，其中，每个频率通道包括权利要求1至6中的任一项所述的上变频器和连接到所述上变频器的天线，所述上变频器用于将来自所述收发机的发射信号上变频至射频频率以供所述天线发射。在一些示例中，每个频率通道还包括设置在所述上变频器与所述天线之间的功率放大器。附图说明图1示出现有技术的通信模块的示意性电路图。图2示出根据本专利技术一实施例的自旋振荡器的结构示意图。图3示出图2的自旋振荡器的操作原理。图4示出根据本专利技术一实施例的通信模块的示意性电路图。图5示出根据本专利技术另一实施例的通信模块的示意性电路图。图6示出根据本专利技术又一实施例的通信模块的示意性电路图。具体实施方式下面将参照附图来描述本专利技术的示范性实施例。图2示出根据本专利技术一实施例的自旋振荡器200。图3示出自旋振荡器200的操作原理。如图2所示，自旋振荡器200的核心部件是多层膜结构210，其可包括自旋注入层212、间隔层214和磁进动层216。自旋注入层212由能产生自旋电流的材料产生。众所周知，电子具有自旋属性，例如可分为自旋向上的电子和自旋向下的电子。在普通电流中，自旋向上的电子和自旋向下的电子大约各占一半，因此普通电流是非极化的。当非自旋极化的电流经过自旋注入层212时，其将转变成自旋极化的电流，从而可以将自旋极化的电流注入到将在后面描述的磁进动层216中。这样的自旋注入层212可以由自旋霍尔效应(SHE)材料或反常霍尔效应(AHE)材料形成。自旋霍尔效应材料的示例包括但不限于诸如Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y、以及它们的组合之类的非磁金属材料；诸如IrMn、PtMn和AuMn之类的反铁磁材料；以及诸如Bi2Se3、Bi2Te3之类的拓扑绝缘体材料等。反常霍尔效应材料的示例包括但不限于诸如Fe、Co、Ni之类的铁磁金属，诸如Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er之类的稀土材料，以及这些铁磁金属和稀土材料的任意组合等。在一些优选实施例中，自旋注入层212可由诸如Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe之类的铁磁金属或合金形成。在自旋注入层212由磁材料形成的实施例中，优选地，自旋注入层212的磁矩被固定。在一些实施例中，自旋注入层212的磁矩可以采用自钉扎方式而被固定。例如，自旋注入层212本身可以采用具有较大矫顽力的硬磁材料形成。或者，自旋注入层212的磁矩可以采用钉扎结构而被固定。例如，可以在自旋注入层212的与间隔层214相反的一侧形成反铁磁钉扎层来固定自旋注入层212的磁矩。间隔层214可由非磁导电材料或非磁绝缘材料形成。当自旋注入层212由磁性材料形成时，间隔层214是必要的，其将自旋注入层212与磁进动层216彼此磁去耦。当自旋注入层212由非磁材料形成时，间隔层214是可选的。也就是说，可以在自旋注入层212和磁进动层216之间形成间隔层214，也可以在二者之间不形成任何层，使得自旋注入层212和磁进动层216彼此直接接触。当间隔层214由非磁导电材料形成时，自旋注入层212中的自旋极化电流可经过间隔层214到达磁进动层216。为了保持自旋极化电流的自旋极化属性，间隔层214的厚度应不超过其自旋扩散长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上变频器，包括：乘法器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收外部信号输入；自旋振荡器，连接到所述乘法器的第二输入端；以及第一高通滤波器，连接到所述乘法器的输出端，其中，所述自旋振荡器包括具有自旋注入层和设置在所述自旋注入层上的磁进动层的多层膜结构，所述自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，所述磁进动层由磁性导电材料形成，接收来自所述自旋注入层的自旋极化电流，并且响应于该自旋极化电流，所述磁进动层的磁矩发生进动，从而产生所述振荡信号。

【技术特征摘要】
1.一种上变频器，包括：乘法器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收外部信号输入；自旋振荡器，连接到所述乘法器的第二输入端；以及第一高通滤波器，连接到所述乘法器的输出端，其中，所述自旋振荡器包括具有自旋注入层和设置在所述自旋注入层上的磁进动层的多层膜结构，所述自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，所述磁进动层由磁性导电材料形成，接收来自所述自旋注入层的自旋极化电流，并且响应于该自旋极化电流，所述磁进动层的磁矩发生进动，从而产生所述振荡信号。2.如权利要求1所述的上变频器，其中，所述自旋振荡器的多层膜结构还包括设置在所述自旋注入层与所述磁进动层之间的间隔层。3.如权利要求1所述的上变频器，其中，所述自旋注入层由自旋霍尔效应材料或反常霍尔效应材料形成。4.如权利要求3所述的上变频器，其中，所述自旋霍尔效应材料包括：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y，以及它们的组合；IrMn、PtMn和AuMn；以及Bi2Se3、Bi2Te3，且其中，所述反常霍尔效应材料包括：Fe、Co、Ni，以及它们的合金；Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er，以及它们的合金。...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏红祥，丰家峰，韩秀峰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11