DE3721923A1 - FERROMAGNETIC RESON DISPLAY - Google Patents

FERROMAGNETIC RESON DISPLAY

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DE3721923A1
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thin film
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yig
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DE19873721923
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Yoshikazu Murakami
Takahiro Ogihara
Tsutomu Okamoto
Kanako Niikura
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

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Abstract

A ferromagnetic resonance device utilises the perpendicular resonance of a ferrimagnetic yttrium iron garnet (YIG) thin film operable under a d c bias magnetic field directed perpendicularly to a major surface of a substrate on which the YIG thin film element is mounted. By making the YIG thin film so that a major surface thereof is formed as a (100) crystal plane, or so that a major surface thereof is formed as a (111) crystal plane and the YIG comprises substituted YIG having a reduced uniaxial magnetic anisotropy constant, the lower limit of the resonance frequency is greatly lowered. Thus, a wide range variable filter device can be obtained. A filter device is described, comprising two YIG thin film elements 23, 24 on a GGG substrate 25, coupled with strip lines 26, 27, 28. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ferromagnetische Resonanzeinrichtung zum Gebrauch in einem Mikrowellenfilter oder in einem Mikrowellenoszillator, und insbesondere auf eine ferrimagnetische Resonanzeinrichtung, bei der die ferrimagnetische Resonanz eines YIG-Dünnfilms (Yittrium-Eisen- Granat-Dünnfilm) ausgenutzt wird.The invention relates to a ferromagnetic resonance device for use in a microwave filter or in a microwave oscillator, and in particular on a ferrimagnetic resonance device in which the ferrimagnetic Resonance of a YIG thin film (yittrium iron Garnet thin film) is used.

Normalerweise wird für ein magnetisches Resonanzelement für eine Mikrowelleneinrichtung, beispielsweise für einen Filter oder einen Oszillator, bei dem die ferrimagnetische Resonanz des YIGs ausgenutzt wird, ein kugelförmiger Körper verwendet, der aus einem YIG-Festkörper-Einkristall hergestellt ist. Die untere Grenze der Resonanzfrequenz des kugelförmigen Körpers liegt jedoch aufgrund eines demagnetisierenden Feldes relativ hoch, z. B. bei 1680 MHz im Fall einer unsubstituierten YIG-Kugel mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1800 G (Gauss). Es konnte daher noch keine Mikrowelleneinrichtung erhalten werden, die in der Lage ist, in einem Bereich bis herunter zum UHF-Band zu arbeiten. Andererseits läßt sich die untere Grenze der Resonanzfrequenz durch teilweise Substituierung eines nichtmagnetischen Ions, z. B. Ga3+, für Fe3+ im YIG herabsetzen und dadurch die Sättigungsmagnetisierung vermindern. Ist in diesem Fall jedoch der Betrag der substituierten Ionen zu groß, so erhöht sich die Halbwertsbreite Δ H der Resonanz, was eine Verschlechterung der Eigenschaften der Einrichtung bedeutet. A spherical body made of a YIG solid-state single crystal is normally used for a magnetic resonance element for a microwave device, for example a filter or an oscillator, in which the ferrimagnetic resonance of the YIG is used. However, the lower limit of the resonance frequency of the spherical body is relatively high due to a demagnetizing field, e.g. B. at 1680 MHz in the case of an unsubstituted YIG ball with a saturation magnetization of 1800 G (Gauss). It has therefore not yet been possible to obtain a microwave device capable of operating in a range down to the UHF band. On the other hand, the lower limit of the resonance frequency can be achieved by partial substitution of a non-magnetic ion, e.g. B. Ga 3+ , for Fe 3+ in the YIG and thereby reduce the saturation magnetization. In this case, however, if the amount of the substituted ions is too large, the half- width ΔH of the resonance increases, which means a deterioration in the properties of the device.

Im Zusammenhang mit einer anderen Technik wurde bereits vorgeschlagen, eine die ferrimagnetische Resonanz ausnutzende Mikrowelleneinrichtung so herzustellen, daß ein YIG- Dünnfilm auf einem GGG-(Gadolinium-Gallium-Granat)-Substrat zunächst mit Hilfe eines Flüssigphasen-Epitaxieverfahrens (LPE-Verfahren) hergestellt und anschließend der Dünnfilm auf photolithographischem Wege mit einer gewünschten Form versehen wird, beispielsweise mit einer kreisförmigen oder einer rechteckigen Form. Eine derartige Mikrowelleneinrichtung läßt sich in Form einter integrierten Mikrowellenschaltung (microwave integrated circuit MIC) herstellen, die als Übertragungsleitung eine Mikro-Streifenleitung oder dergleichen verwendet. Diese Einrichtung läßt sich in einfacher Weise in einem magnetischen Schaltkreis zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes für die Vormagnetisierung montieren. Sie läßt sich darüber hinaus auch in hohen Stückzahlen fertigen, da das LPE-Verfahren sowie photolithographische Verfahren zum Einsatz kommen. Eine ferromagnetische Resonanzeinrichtung mit einem YIG-Dünnfilm zeigen bereits die US-PS 45 47 754, die US-PS 46 26 800, die US-PS 46 36 756, die EP-Al-O 157 216, die EP-Al-O 164 685, die EP-Al-O 196 918, die EP-Al-O 208 547 und die EP-Al-O208 548.In connection with another technique has already been proposed to take advantage of the ferrimagnetic resonance Microwave device so that a YIG Thin film on a GGG (Gadolinium Gallium Garnet) substrate initially with the help of a liquid phase epitaxy process (LPE process) and then the thin film by photolithography with a desired shape is provided, for example with a circular or a rectangular shape. Such a microwave device can be in the form of an integrated microwave circuit (microwave integrated circuit MIC) manufacture as Transmission line a microstrip line or the like used. This facility is easier Way in a magnetic circuit for generation of a DC magnetic field for premagnetization assemble. You can also in high Manufacture quantities because the LPE process and photolithographic Procedures are used. A ferromagnetic Show resonance device with a YIG thin film already the US-PS 45 47 754, the US-PS 46 26 800, the US-PS 46 36 756, EP-Al-O 157 216, EP-Al-O 164 685, the EP-Al-O 196 918, EP-Al-O 208 547 and EP-Al-O208 548.

Wird statt eines kugelförmigen bzw. sphärischen Elements ein Dünnfilmelement verwendet, so läßt sich die untere Grenze der Resonanzfrequenz erheblich reduzieren. Allerdings wurden im Zusammenhang mit einer magnetischen Resonanzeinrichtung, bei der ein YIG-Dünnfilmelement zum Einsatz kommt, noch keine detaillierten Berichte über Forschungsarbeiten veröffentlicht, deren Ziel es war, die untere Grenze der Resonanzfrequenz auf einen möglichst niedrigen Wert zu bringen.Instead of a spherical or spherical element uses a thin film element, so the lower one Significantly reduce the limit of the resonance frequency. Indeed have been associated with a magnetic resonance device, where a YIG thin film element is used is coming, no detailed reports on research published, the aim of which was to lower limit of the resonance frequency to the lowest possible Bring value.

Wie oben erwähnt, wurden noch keine Forschungsanstrengungen unternommen, um die untere Grenze der Resonanzfrequenz auf einen möglichst niedrigen Wert zu verringern. Eine allgemeine Methode zur Verringerung der unteren Grenzen auf eine unterste Frequenz besteht darin, die Verbindung zwischen dem YIG-Dünnfilmelement und der Übertragungsleitung zu verstärken, um auf diese Weise einen externen Q -Wert eines Resonators hinreichend zu verkleinern. Da der Q -Wert eines unbelasteten YIG-Resonators bei niedriger Frequenz vermindert wird, ist es erforderlich, den externen Q -Wert ebenfalls zu verringern, um auf diese Weise die reflektierte Amplitude im Fall einer Einrichtung vom Reflexionstyp oder die transmittierte Amplitude im Fall einer Einrichtung von Transmissionstyp zu vergrößern.As mentioned above, no research efforts have been made to reduce the lower limit of the resonance frequency to the lowest possible level. A general method for reducing the lower limits to a lowest frequency is to reinforce the connection between the YIG thin film element and the transmission line so as to reduce an external Q value of a resonator sufficiently. Since the Q of an unloaded YIG resonator is reduced at a low frequency, it is necessary to decrease the external Q also so as to reduce the reflected amplitude in the case of a reflection type device or the transmitted amplitude in the case of a device of transmission type to enlarge.

Die Fig. 10 zeigt den Aufbau einer YIG-Dünnfilm-Resonanzeinrichtung eines YIG-Dünnfilm-Bandpaßfilters. In diesem Fall befindet sich ein auf Grundpotential liegender bzw. geerdeter Leiter 2 auf einer der Grundflächen eines dielektrischen Substrats 1, das beispielsweise ein Aluminiumoxid- Substrat ist. Die genannte Grundfläche wird nachfolgend als erste Grundfläche bezeichnet . Erste und zweite parallele Mikrostreifenleitungen 3 und 4 dienen als Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitungen. Sie liegen auf der anderen Grundfläche des dielektrischen Substrats 1, die nachfolgend als zweite Grundfläche bezeichnet wird. Die Mikrostreifenleitungen 3 und 4 sind an ihren Enden über erste und zweite Verbindungsleiter 5 und 6 jeweils mit dem Leiter 2 verbunden. Dieser Leiter 2 kann auch als Boden- bzw. Masseleiter bezeichnet werden. Als magnetische Resonanzelemente dienen ein erstes YIG-Dünnfilmelement 7 und ein zweites YIG-Dünnfilmelement 8. Sie sind auf der zweiten Grundfläche des dielektrischen Substrats 1 angeordnet und mit der ersten bzw. zweiten Mikrostreifenleitung 3 bzw. 4 elektromagnetisch verbunden. Das magnetische Resonanzelement 7 ist also mit der ersten Mikrostreifenleitung 3 elektromagnetisch verbunden, während das zweite magnetische Resonanzelement 8 mit der zweiten Mikrostreifenleitung 4 elektromagnetisch verbunden ist. Die genannten YIG-Dünnfilmelemtente 7 und 8 werden durch Bildung eines YIG-Dünnfilms auf einer der Grundflächen eines nichtmagnetischen GGG-Substrats 9 hergestellt, und zwar mit Hilfe der oben erwähnten Dünnfilm-Herstellungstechnik. Durch Anwendung der photolithographischen Ätztechnik erhält der YIG-Dünnfilm eine gewünschte Form, beispielsweise eine kreisförmige Gestalt. Auf der anderen Grundfläche des GGG-Substrats 9 liegt eine dritte Mikrostreifenleitung 10, die als Verbindungsübertragungsleitung dient, durch die das erste YIG-Dünnfilmelement 7, das als erstes magnetisches Resonanzelement dient, mit dem zweiten YIG-Dünnfilmelement 8, das als zweites magnetisches Resonanzelement dient, elektromagnetisch verbunden wird. Die dritte Mikrostreifenleitung 10 ist an ihren beiden Enden über dritte und vierte Verbindungsleiter 11 und 12 jeweils mit dem Bodenleiter 2 verbunden. Die gesamte und in Fig. 10 gezeigte Struktur wird in einem magnetischen Vormagnetisierungs- Gleichfeld angeordnet, wobei das Magnetfeld senkrecht zur Hauptfläche des YIG-Dünnfilmelements verläuft. Die Vormagnetisierungseinrichtung ist in der Fig. 10 nicht dargestellt. Fig. 10 shows the structure of a YIG thin film resonance device of a YIG thin film bandpass filter. In this case, a conductor 2 which is at ground potential or is grounded is located on one of the base surfaces of a dielectric substrate 1 , which is, for example, an aluminum oxide substrate. The base area mentioned is referred to below as the first base area. First and second parallel microstrip lines 3 and 4 serve as input and output transmission lines. They lie on the other base area of the dielectric substrate 1 , which is referred to below as the second base area. The microstrip lines 3 and 4 are connected at their ends to the conductor 2 via first and second connecting conductors 5 and 6, respectively. This conductor 2 can also be referred to as a ground or ground conductor. A first YIG thin film element 7 and a second YIG thin film element 8 serve as magnetic resonance elements. They are arranged on the second base surface of the dielectric substrate 1 and are electromagnetically connected to the first and second microstrip lines 3 and 4, respectively. The magnetic resonance element 7 is therefore electromagnetically connected to the first microstrip line 3 , while the second magnetic resonance element 8 is electromagnetically connected to the second microstrip line 4 . The aforementioned YIG thin film elements 7 and 8 are produced by forming a YIG thin film on one of the bases of a non-magnetic GGG substrate 9 , using the above-mentioned thin film manufacturing technique. By using the photolithographic etching technique, the YIG thin film is given a desired shape, for example a circular shape. On the other base of the GGG substrate 9 is a third microstrip line 10 , which serves as a connection transmission line through which the first YIG thin film element 7 , which serves as the first magnetic resonance element, with the second YIG thin film element 8 , which serves as the second magnetic resonance element , is connected electromagnetically. The third microstrip line 10 is connected at both ends to the ground conductor 2 via third and fourth connecting conductors 11 and 12 . The entire structure shown in Fig. 10 is arranged in a DC magnetic bias field, the magnetic field being perpendicular to the main surface of the YIG thin film element. The biasing device is not shown in FIG. 10.

Ist allerdings die Verbindung zwischen den Mikrostreifenleitungen und den YIG-Dünnfilmelementen nicht so stark, so läßt sich der externe Q -Wert nicht in gewünschter Weise so weit reduzieren, wie es bei einem Niedrigfrequenz-Betrieb erforderlich wäre. Im Falle von YIG-Dünnfilmelementen 7 und 8 mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Dicke von 25 µm weist der externe Q- Wert Qe 1 aufgrund der Verbindung zwischen den YIG-Dünnfilmelementen 7 und 8 und den Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitungen 3 und 4 nur den Wert 200 auf, während ein externer Q -Werte Qe 2 aufgrund der Verbindung zwischen den YIG-Dünnfilmelementen 7 und 8 und der Verbindungsübertragungsleitung 10 den Wert 250 aufweist. Um diese externen Q -Werte weiter zu reduzieren, ist es erforderlich, das Volumen der YIG-Dünnfilmelemente 7 und 8 zu vergrößern. Wird jedoch der Durchmesser der Elemente 7 und 8 im Vergleich zur Breite der als Übertragungsleitungen dienenden Mikrostreifenleitungen sehr groß, so verschlechtert sich die Störcharakterisitik. Bei Erhöhung der Dicke der Elemente 7 und 8 erhöht sich dagegen die Resonanzfrequenz.However, if the connection between the microstrip lines and the YIG thin film elements is not as strong, the external Q value cannot be reduced as much as would be required in a low-frequency operation. In the case of YIG thin film elements 7 and 8 with a diameter of 2.5 mm and a thickness of 25 µm, the external Q value Qe 1 due to the connection between the YIG thin film elements 7 and 8 and the input and output transmission lines 3 and 4 only has the value 200, while an external Q value Qe 2 has the value 250 due to the connection between the YIG thin-film elements 7 and 8 and the connection transmission line 10 . In order to further reduce these external Q values, it is necessary to increase the volume of the YIG thin film elements 7 and 8 . However, if the diameter of the elements 7 and 8 becomes very large compared to the width of the microstrip lines serving as transmission lines, the interference characteristic deteriorates. In contrast, when the thickness of the elements 7 and 8 increases, the resonance frequency increases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ferromagnetische Resonanzeinrichtung mit einem YIG-Dünnfilmelement zu schaffen, die eine extrem niedrige Resonanzfrequenzgrenze aufweist. Ferner soll die ferromagnetische Resonanzeinrichtung in der Lage sein, in einem großen Frequenzbereich zu arbeiten. Ziel der Erfindung ist es ferner, in dieser Weise verbesserte Filtereinrichtungen zu schaffen.The invention has for its object a ferromagnetic Resonance device with a YIG thin film element create an extremely low resonance frequency limit having. Furthermore, the ferromagnetic resonance device to be able to operate in a wide frequency range work. The aim of the invention is also in this way to create improved filtering devices.

Lösungen der gestellten Aufgabe sind den kennzeichnenden Teilen der Patenansprüche 1, 2, 5, 6, 8 und 9 zu entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen angegeben.Solutions to the task at hand are the defining ones Parts of patent claims 1, 2, 5, 6, 8 and 9 can be found. Advantageous embodiments of the invention are in the subordinate claims specified in each case.

Eine ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich aus durchA ferromagnetic resonance device according to the invention is characterized by

  • - ein auf einem nichtmagnetischen Substrat gebildetes YIG- Dünnfilmelement (Yttrium-Eisen-Granat-Dünnfilmelement), das eine Hauptoberfläche in der (100)-Ebene aufweist,a YIG formed on a non-magnetic substrate Thin film element (yttrium iron garnet thin film element), which has a major surface in the (100) plane,
  • - eine mit dem YIG-Dünnfilmelement gekoppelte Übertragungsleitung, unda transmission line coupled to the YIG thin film element, and
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes senkrecht zur Hauptoberfläche.- A biasing device for generating a Bias field perpendicular to the main surface.

Eine weitere ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich aus durchAnother ferromagnetic resonance device after the Invention is characterized by

  • - ein auf einem nichtmagnetischen Substrat gebildetes YIG- Dünnfilmelement (Yttrium-Eisen-Granat-Dünnfilmelement), das eine Hauptoberfläche in der (111)-Ebene und eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante Ku aufweist, die kleiner als eine uniaxiale magnetische Anisotropie eines reinen und auf einem GGG-Substrat (Gadolinium-Gallium- Granat-Substrat) gebildeten YIG-Dünnfilmelements ist,- A YIG thin film element (yttrium iron garnet thin film element) formed on a non-magnetic substrate, which has a main surface in the (111) plane and a uniaxial magnetic anisotropy constant Ku which is smaller than a uniaxial magnetic anisotropy of a pure and on a GGG substrate (Gadolinium-Gallium-Garnet substrate) formed YIG thin film elements,
  • - eine mit dem YIG-Dünnfilmelemente gekoppelte Übertragungsleitung, unda transmission line coupled to the YIG thin film element, and
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes senkrecht zur Hauptoberfläche.- A biasing device for generating a Bias field perpendicular to the main surface.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigtIn addition to the prior art, the drawing shows exemplary embodiments of the invention. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of the invention,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Struktur, FIG. 2 is an exploded view of the structure shown in FIG. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Filtereigenschaften des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 is a graph showing the filter characteristics of the first embodiment,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 shows a cross section through a second embodiment of the invention,

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Filtereigenschaften des zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 5 is a graph showing the filter characteristics of the second embodiment,

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Wert N T′ und einem Aspektverhältnis σ, Fig. 6 is a graph for explaining the relationship between a value of N T 'and an aspect ratio σ,

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Wert γ · N T ′ · 4 π Ms und dem Aspektverhältnis σ, Fig. 7 is a graph for explaining the relationship between a value γ · N T 'σ · 4 π Ms and the aspect ratio,

Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Abhängigkeit des Q -Werts im unbelasteten Zustand von der Resonanzfrequenz, Fig. 8 is a graph showing the dependence of the Q -value in the unloaded state from the resonant frequency,

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und einem externen Magnetfeld, und Fig. 9 is a graph showing the relationship between the resonance frequency and an external magnetic field, and

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Resonanzeinrichtung. Fig. 10 is a perspective view of a conventional resonant device.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein YIG-Dünnfilmelement verwendet, dessen Hauptoberfläche in der (100)-Ebene oder in der (111)-Ebene liegt, und das einen reduzierten Ku -Wert aufweist, so daß dadurch die unter Grenze ω min der Resonanzfrequenz vermindert werden kann.In accordance with the invention, a YIG thin film element is used, the main surface of which lies in the (100) plane or in the (111) plane, and which has a reduced Ku value, so that the lower limit ω min of the resonance frequency can be reduced.

Nachfolgend werden Einzelheiten näher beschrieben.Details are described below.

Die untere Grenze ω min der Resonanzfrequenz eines ferrimagnetisches Einkristalls hängt von zwei Faktoren ab, nämlich zum einen von Demagnetisierungsfeld und zum anderen von Anisotropiefeld. Beide Faktoren müssen daher berücksichtigt werden, um die untere Grenze ω min auf einen unteren Endwert absenken zu können.The lower limit ω min of the resonance frequency of a ferrimagnetic single crystal depends on two factors, namely on the one hand on the demagnetization field and on the other hand on the anisotropy field. Both factors must therefore be taken into account in order to be able to lower the lower limit ω min to a lower end value.

Zunächst sei das Entmagnetisierungsfeld näher betrachtet. Dabei wird zum Zwecke der Vereinfachung nafolgend eine sphärische Probe untersucht. Wird die Probe in einem magnetischen Gleichfeld Ho in der Weise angeordnet, daß das Magnetfeld Ho in axialer Richtung der Probe liegt, so läßt sich ein inneres magnetisches Gleichfeld Hi gemäß nachfolgender Gleichung (1) ausdrücken:First, the demagnetization field is considered. A spherical sample is then examined for the purpose of simplification. If the sample is arranged in a DC magnetic field Ho in such a way that the magnetic field Ho lies in the axial direction of the sample, an internal DC magnetic field Hi can be expressed according to the following equation (1):

Hi = Ho - Nz · π Ms (1)
 Hi = Ho - Nz · π Ms (1)

Hierbei ist Nz ein Demagnetisierungsfaktor in axialer Richtung, während 4π Ms die Sättigungsmagnetisierung ist. Die Resonanzfrequenz ω in dieser Probe wird mit Hilfe der Gleichung von Kittel erhalten zu:Here, Nz is a demagnetization factor in the axial direction, while 4 π Ms is the saturation magnetization. The resonance frequency ω in this sample is obtained using the equation from Kittel:

ω = γ {Ho-(Nz-N T ) · 4π Ms }. . . (2)
 ω = γ { Ho- (Nz-N T ) · 4 π Ms }. . . (2)

Hierbei ist γ das gyromagnetische Verhältnis, während N T ein Demagnetisierungsfaktor in Querrichtung ist. Anhand der Gleichungen (1) und (2) wird folgende Gleichung erhalten:Here γ is the gyromagnetic ratio, while N T is a demagnetization factor in the transverse direction. The following equation is obtained from equations (1) and (2):

ω = γ (Hi + NT · 4π Ms) . . . (3)
 ω = γ ( Hi + NT.4 π Ms) . . . (3)

Solange im vorliegenden Fall die Probe nicht magnetisch gesättigt ist, wird keine magnetische Gesamtdomäne (magnetischer Eindomänenbereich) erhalten. Der magnetische Resonanzverlust ist daher stark erhöht. Selbst wenn das für die Sättigung der Probe erforderliche interne Magnetfeld Hi unberücksichtigt bleibt, läßt sich die Resonanzfrequenz nur auf den folgenden Wert absenken:As long as the sample is not magnetically saturated in the present case, no overall magnetic domain (magnetic single-domain region) is obtained. The magnetic resonance loss is therefore greatly increased. Even if the internal magnetic field Hi required for the saturation of the sample is not taken into account, the resonance frequency can only be reduced to the following value:

ω min = γ N T · 4π ms. . . (4)
 ω min = γ N T · 4 π ms . . . (4)

Im Falle eines sphärischen YIG-Resonanzelements ist N T = 1/3, wobei eine untere Grenze der Resonanzfrequenz von 1680 MHz (γ = 2,8 MHz/Oe) für unsubstituiertes YIG mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1800 G erhalten wird, während dagegen als untere Grenze der Resonanzfrequenz 560 MHz erhalten werden, wenn ein trivalentes nichtmagnetisches Ga- Ion Ga+3 substituiert wird, und zwar für ein trivalentes Fe-Ion Fe+3, um auf diese Weise die Sättigungsmagnetisierung auf 600 G zu reduzieren.In the case of a spherical YIG resonance element, N T = 1/3, whereby a lower limit of the resonance frequency of 1680 MHz ( γ = 2.8 MHz / Oe) is obtained for unsubstituted YIG with a saturation magnetization of 1800 G, while the lower The resonance frequency limit of 560 MHz can be obtained when a trivalent non-magnetic Ga ion Ga +3 is substituted for a trivalent Fe ion Fe +3 , so as to reduce the saturation magnetization to 600G.

Im Falle einer kreisförmigen YIG-Dünnfilmscheibe ist im Gegensatz zu einer vollständigen Kugel das innere magnetische Gleichfeld nicht uniform, so daß die obige Betrachtungen modifiziert werden müssen. Die Resonanzfrequenz kann jedoch ebenfalls mit Hilfe der oben beschriebenen Gleichung (2) ausgedrückt werden, wie sich aufgrund der magnetostatischen Modentherorie ergibt (siehe Y. Ikusawa und K. Abe, "Resonant Modes of Magnetostatic Waves in a Normally Magnetizid Disk", Japan Applied Physics 48, 3003 (1977)). In diesem Fall hängt der Ausdruck Nz-N T vom Aspektverhältnis ο der Dünnfilmscheibe ab, also vom Verhältnis Dicke zu Durchmesser der Dünnfilmscheibe (dieses Verhältnis Dicke zu Durchmesser wird als Aspektverhältnis σ bezeichnet). Das innere magnetische Gleichfeld Hi ist im Zentrum der Scheibe minimal. Im folgenden sei angenommen, daß sich der Minimalwert von Hi durch die nachstehenden Gleichungen ausdrücken läßt:In the case of a circular YIG thin-film disk, in contrast to a complete sphere, the internal magnetic constant field is not uniform, so that the above considerations have to be modified. However, the resonance frequency can also be expressed using equation (2) described above, which results from magnetostatic mode theory (see Y. Ikusawa and K. Abe, "Resonant Modes of Magnetostatic Waves in a Normally Magneticide Disk", Japan Applied Physics 48, 3003 (1977)). In this case, the expression Nz-N T depends on the aspect ratio ο of the thin film disk, that is to say on the ratio of thickness to diameter of the thin film disk (this ratio of thickness to diameter is referred to as the aspect ratio σ ). The internal magnetic constant field Hi is minimal in the center of the disk. In the following it is assumed that the minimum value of Hi can be expressed by the following equations:

Hi = Ho - Nz′ · 4π Ms (5) Hi = Ho - Nz ′ · 4 π Ms (5)

Nz′ ist ein effektiver Demagnetisierungsfaktor im Zentrum der Scheibe. Die untere Grenze ω min der Resonanzfrequenz wird dann mit Hilfe der Gleichungen (2) und (5) erhalten zu: Nz ' is an effective demagnetization factor in the center of the disc. The lower limit ω min of the resonance frequency is then obtained using equations (2) and (5):

ω min = {Nz′-(Nz-N T )} · 4π Ms = N T ′ · 4 Ms (6)
 ω min = { Nz ′ - (Nz-N T )} · 4 π Ms = N T ′ · 4 Ms (6)

Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des Werts N T′ vom Aspektverhältnis σ, während die Fig. 7 die Abhängigkeit des Werts γ · N T ′ · 4π Ms vom Aspektverhältnis σ zeigt, und zwar für einen Fall, bei dem der Wert 4 π Ms die Größe 1800 G annimmt. Typische Werte für γ N T ′ · 4π Ms sind 63 MHz für σ = 1 × 10-2 (Durchmesser = 2 mm, Dicke = 20 µm) und 125 MHz für σ = 2 × 10-2. Diese Werte sind erheblich kleiner als der oben beschriebene Wert im Fall eines kugelförmigen YIG-Elements. Fig. 6 shows the dependence of the value N T ' on the aspect ratio σ , while Fig. 7 shows the dependence of the value γ · N T ' · 4 π Ms on the aspect ratio σ , for a case in which the value 4 π Ms takes the size of 1800 G. Typical values for γ N T ′ · 4 π Ms are 63 MHz for σ = 1 × 10 -2 (diameter = 2 mm, thickness = 20 µm) and 125 MHz for σ = 2 × 10 -2 . These values are considerably smaller than the value described above in the case of a spherical YIG element.

Nachfolgend wird der Einfluß des Anisotropiefeldes näher beschrieben. The influence of the anisotropy field is closer below described.  

Die magnetische Anisotropie eines YIG-Dünnfilms, der mit Hilfe eines LPE-Verfahrens hergestellt worden ist, ergibt sich aus der magnetischen Anisotropie des Kristalls und der uniaxialen magnetischen Anisotrophie. Der Zustand des YIG- Dünnfilms mit einer in der (100)-Kristallebene liegenden den Hauptoberfläche und der Zustand eines YIG-Dünnfilms mit einer in der (111)-Kristallebene liegenden Hauptoberfläche lassen sich durch nachfolgende Gleichungen beschreiben, bei denen der Einfluß des zuvor erwähnten Anisotropiefeldes berücksichtigt ist (vgl. J. Smit und H. P. J. Wÿn, "Ferrites", Kapitel 6, John Wiley & Sons, Inc., New York 1959, sowie J. O. Artman "Microwave Resonance Relations in Anisotropic Single Crystal Ferrites" Proc., IRE, 44, 1284 (1956)).The magnetic anisotropy of a YIG thin film with Has been produced using an LPE method from the magnetic anisotropy of the crystal and the uniaxial magnetic anisotropy. The state of the YIG Thin film with one in the (100) crystal plane the main surface and the condition of a YIG thin film a main surface lying in the (111) crystal plane can be described by the following equations, at which take into account the influence of the anisotropy field mentioned above is (see J. Smit and H. P. J. Wÿn, "Ferrites", Chapter 6, John Wiley & Sons, Inc., New York 1959, as well J. O. Artman "Microwave Resonance Relations in Anisotropic Single Crystal Ferrites "Proc., IRE, 44, 1284 (1956)).

Zustand im Falle eines (100)-Kristallebene:State in the case of a (100) crystal plane:

ω = γ (Hi + 2Ku/Ms - 2|K 1|/Ms) (7)
(Hi 2|K₁|/Ms = 2Ku/Ms) ω = γ ( Hi + 2 Ku / Ms - 2 | K 1 | / Ms ) (7)
( Hi 2 | K ₁ | / Ms = 2 Ku / Ms )

Zustand im Falle einer (111)-Kristallebene:State in the case of a (111) crystal plane:

ω = γ (Hi + 2Ku/Ma + 4|K1|/3Ms) (8)
 ω = γ ( Hi + 2 Ku / Ma + 4 | K 1 | / 3 Ms ) (8)

Dabei ist K₁ eine magnetische Anisotropiekonstante für einen primären kubischen Kristall, die einen negativen Wert im Falle YIG aufweist. Ku ist eine uniaxiale Anisotropiekonstante, die mehr vom Dünnfilm selbst als vom Kristallverband oder vom YIG abhängt. Die uniaxiale Anisotropiekonstante Ku setzt sich zusammen aus der Magnetostriktions-Anisotropie Ks, die sich infolge der Fehlanpassung zwischen der Gitterkonstanten des durch das LPE-Verfahren gebildeten YIG-Dünnfilms und der Gitterkonstanten des GGG-Substrats ergibt, sowie aus der wachstumsinduzierten magnetischen Anisotropie K G , die das ungleichförmige Kristallwachstum des YIG-Dünnfilm beschreibt. K ₁ is a magnetic anisotropy constant for a primary cubic crystal, which has a negative value in the case of YIG. Ku is a uniaxial anisotropy constant that depends more on the thin film itself than on the crystal structure or the YIG. The uniaxial anisotropy constant Ku is composed of the magnetostriction anisotropy Ks , which results from the mismatch between the lattice constant of the YIG thin film formed by the LPE method and the lattice constant of the GGG substrate, and from the growth-induced magnetic anisotropy K G , which describes the non-uniform crystal growth of the YIG thin film.

Im vorliegenden Fall ist die wachstumsinduzierte magnetische Anisotropie K G vernachlässigbar klein, so daß nur der Magnetostriktions-Anisotropierfaktor berücksichtigt werden muß. Da die Gitterkonstante des unsubstituierten YIG kleiner ist als die des GGG-Substrats, und da ferner die magnetostriktiven Konstanten λ₁₁₁ und λ₁₀₀ negative Werte aufweisen, besitzt die Magnetostriktions-Anisotropie Ks einen positiven Wert. Auf der anderen Seite wird ein Y3+-Ion im YIG partiell substituiert durch ein La3+-Ion, um auf diese Weise eine Anpassung zwischen der Gitterkonstanten des YIG- Dünnfilms und der des GGG-Substrats zu erhalten. In diesem Fall kann der Wert Ks praktisch zu Null gemacht werden, so daß auch Ku praktisch den Wert Null annimmt.In the present case, the growth-induced magnetic anisotropy K G is negligibly small, so that only the magnetostriction anisotropy factor has to be taken into account. Since the lattice constant of the unsubstituted YIG is smaller than that of the GGG substrate, and furthermore since the magnetostrictive constants λ ₁₁₁ and λ ₁₀₀ have negative values, the magnetostriction anisotropy Ks has a positive value. On the other hand, a Y 3+ ion in the YIG is partially substituted with a La 3+ ion, so as to obtain an adjustment between the lattice constant of the YIG thin film and that of the GGG substrate. In this case, the value Ks can be made practically zero, so that Ku also practically assumes the value zero.

Wie der Gleichung (7) zu entnehmen ist, kann die senkrechte Resonanz des (100)-Films von einem Frequenzwert Null ansteigen. Weiterhin nimmt die untere Grenzfrequenz ω min der senkrechten Resonanz des (111)-Films den Wert 149 MHz an, wenn Ku = 0 und |K₁|/Ms = 40 Oe sind.As can be seen from equation (7), the vertical resonance of the (100) film can increase from a frequency value of zero. Furthermore, the lower limit frequency ω min of the vertical resonance of the (111) film assumes the value 149 MHz if Ku = 0 and | K ₁ | / Ms = 40 Oe.

Zusammenfassend läßt sich also die untere Grenzfrequenz l min der senkrechten Resonanz der YIG-Dünnfilmscheibe wie folgt ausdrücken:
Im Falle einer (100)-Ebene als Hauptoberfläche:In summary, the lower limit frequency l min of the vertical resonance of the YIG thin film disc can be expressed as follows:
In the case of a (100) plane as the main surface:

ω min = γ N T ′ 4π Ms (9) ω min = γ N T ′ 4 π Ms (9)

Im Falle einer (111)-Ebene als Hauptoberfläche:In the case of a (111) plane as the main surface:

l min = γ(N T ′ 4π Ms + 2 Ku/Ms + 4|K₁|/3 Ms) (10)
 l min = γ ( N T ′ 4 π Ms + 2 Ku / Ms + 4 | K ₁ | / 3 Ms) (10)

Entsprechend dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine (100)-Ebene als Hauptoberfläche des YIG-Dünnfilmelements verwendet, so daß Gleichung (9) erfüllt werden kann, wenn die magnetische Anisotropie und die wachstumsinduzierte magnetische Anisotropie hinreichend vermindert werden, so daß sich eine uniaxiale Anisotropiekonstante Ku ergibt, die gleich oder kleiner als der Absolutwert der primären kubischen Anisotropiekonstanten K₁ ist. Wird, bezogen auf die Fig. 6, das Aspektverhältnis zu 5,0 × 10-2 oder kleiner gewählt, so läßt sich ferner der laterale Demagnetisierungsfaktor N T′ vermindern, so daß letztlich die unter Grenzfrequenz ω min auf den untersten Wert abgesenkt werden kann.According to one embodiment of the invention, a (100) plane is used as the main surface of the YIG thin film element, so that equation (9) can be satisfied if the magnetic anisotropy and the growth-induced magnetic anisotropy are sufficiently reduced so that a uniaxial anisotropy constant Ku results which is equal to or less than the absolute value of the primary cubic anisotropy constant K ₁. If, based on FIG. 6, the aspect ratio is chosen to be 5.0 × 10 −2 or smaller, then the lateral demagnetization factor N T ′ can also be reduced, so that ultimately the cut-off frequency ω min can be reduced to the lowest value .

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ω min durch ein substituiertes YIG-Dünnfilmelement verringert werden, dessen Wert Ku kleiner ist als derjenige des auf dem GGG- Substrats liegenden unsubstituierten YIG-Dünnfilmelements, wobei sich ω min noch weiter auf einen untersten Wert vermindern läßt, wenn Ku = 0 ist.According to a further aspect of the invention, ω min can be reduced by a substituted YIG thin film element whose value Ku is smaller than that of the unsubstituted YIG thin film element lying on the GGG substrate, wherein ω min can be reduced even further to a lowest value, if Ku = 0.

Anhand der Gleichung (9) läßt sich außerdem erkennen, daß die untere Grenzfrequenz ω min durch partielle Substituierung nichtmagnetischer Ionen reduziert werden kann, beispielsweise durch Einbringen von Ga3+-Ionen für Fe3+-Ionen im YIG, wodurch die Sättigungsmagnetisierung 4π Ms sinkt.It can also be seen from equation (9) that the lower cut-off frequency ω min can be reduced by partial substitution of non-magnetic ions, for example by introducing Ga 3+ ions for Fe 3+ ions in the YIG, as a result of which the saturation magnetization is 4π Ms sinks.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf einen Fall, bei dem die primäre kubische Anisotropiekonstante K₁ negativ ist. Nachfolgend wird die senkrechte Resonanz für einen Fall betrachtet, bei dem K₁ positiv ist:
Zustand im Fall einer (100)-Kristallebene:The above description relates to a case in which the primary cubic anisotropy constant K ₁ is negative. The vertical resonance is considered below for a case in which K ₁ is positive:
State in the case of a (100) crystal plane:

ω = γ (Hi + 2Ku/Ms + 2K₁/Ms) (11) ω = γ ( Hi + 2 Ku / Ms + 2 K ₁ / Ms) (11)

Zustand im Fall einer (111)-Kristallebene:State in the case of a (111) crystal plane:

ω = q (Hi + 2Ku/Ms - 4K₁/3 Ms) (12)
(Hi 4K ₁/3Ms - 2Ku/Ms) ω = q ( Hi + 2 Ku / Ms - 4 K ₁ / 3 Ms) (12)
( Hi 4 K ₁ / 3 Ms - 2 Ku / Ms)

Wie anhand der Gleichungen (11) und (12) zu erkennen ist, läßt sich ω min dadurch reduzieren, daß Ku gleich oder kleiner als (2/3)K₁ bei Verwendung einer (111)-Kristallebene gewählt wird.As can be seen from equations (11) and (12), ω min can be reduced by choosing Ku equal to or less than (2/3) K ₁ when using a (111) crystal plane.

Wie zuvor beschrieben, läßt sich der Q -Wert für den unbelasteten Fall durch Verminderung der unteren Grenze ω min der Resonanzfrequenz erhöhen. Die Fig. 8 zeigt die Änderung des Q- Werts für den unbelasteten Fall in Abhängigkeit der Frequenz. Wie anhand der Fig. 8 zu erkennen ist, ist Qu proportional zur Frequenz ω, wobei Qu den Wert 0 annimmt, wenn ω den Wert ω min erreicht. Der Wert Qu läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:As described above, the Q value for the unloaded case can be increased by reducing the lower limit ω min of the resonance frequency. Figs. 8 shows the change of the Q - value for the unloaded state as a function of frequency. As can be seen from FIG. 8, Qu is proportional to the frequency ω , with Qu taking the value 0 when ω reaches the value ω min . The value Qu can be expressed by the following equation:

Qu = (ω - ω min )/γΔ H (13)
 Qu = ( ω - ω min ) / γΔ H (13)

Wie Gleichung (13) zeigt, kann der Qu -Wert für den unbelasteten Fall durch starke Reduzierung von ω min erhöht werden, wenn die Frequenz ω fest ist, so daß sich auf diese Weise die Eigenschaften verbessern lassen. Dieser Effekt ist insbesondere bei niedrigen Frequenzen unterhalb von 1 GHz bemerkenswert.As equation (13) shows, the Qu value for the unloaded case can be increased by greatly reducing ω min when the frequency ω is fixed, so that the properties can be improved in this way. This effect is particularly noticeable at low frequencies below 1 GHz.

Bei der ferromagnetischen Resonanzeinrichtung nach der Erfindung, die ein YIG-Dünnfilmelement enthält, läßt sich die Betriebsfrequenz auf eine untere Grenzfrequenz durch Verminderung des externen Q -Werts Qe reduzieren. Dies wird nachfolgend im einzelnen näher beschrieben.In the ferromagnetic resonance device according to the invention, which contains a YIG thin film element, the operating frequency can be reduced to a lower limit frequency by reducing the external Q value Qe . This is described in more detail below.

Bei einer Resonanzeinrichtung vom Reflexionstyp, beispielsweise bei einem abgestimmten YIG-Oszillator, läßt sich ein Reflexionsfaktor S₁₁ durch folgende Gleichung ausdrücken, wobei der Q -Wert für den unbelasteten Fall, der externe Q - Wert und die Resonanzfrequenz des YIG-Resonanzelements wie folgt bezeichnet sind: Qu, Qe und ω 0: In a resonance device of the reflection type, for example in a tuned YIG oscillator, a reflection factor S ₁₁ can be expressed by the following equation, the Q value for the unloaded case, the external Q value and the resonance frequency of the YIG resonance element as follows are: Qu, Qe and ω 0:

Wie anhand der Gleichung (15) zu erkennen ist, ist der Reflexionsfaktor -1, wenn sich ω und ω 0 hinreichend unterscheiden, während er den Wert (Qu/Qe - 1)/(Qu/Qe + 1) annimmt, wenn ω = ω 0 ist. Für den Fall Qu < Qe befindet sich das YIG-Resonanzelement im überkoppelten Zustand, so daß der Reflexionsfaktor in der Nähe von ω 0 einen schleifenförmigen Verlauf aufweist. Ist andererseits der Wert Qu an der unteren Endfrequenz sehr klein, wie Gleichung (13) erkennen läßt, so muß Qe auf einen sehr kleinen Wert abgesenkt werden, um die Bedingung Qu < Qe zu erfüllen.As can be seen from equation (15), the reflection factor is -1 if ω and ω 0 differ sufficiently, while it takes the value ( Qu / Qe - 1) / ( Qu / Qe + 1) if ω = ω is 0. For the case Qu < Qe , the YIG resonance element is in the coupled state, so that the reflection factor has a loop-shaped course in the vicinity of ω 0. On the other hand, if the value Qu at the lower end frequency is very small, as can be seen from equation (13), then Qe must be reduced to a very small value in order to meet the condition Qu <Qe.

Im Falle einer Resonanzeinrichtung vom Transmissionstyp, beispielsweise im Falle eines Bandpaßfilters, läßt sich ein Tranzmissionsfaktor S₂₁ eines Einstufen-Bandpaßfilters wie folgt ausdrücken:In the case of a transmission-type resonance device, for example in the case of a bandpass filter, a transmittance factor S ₂₁ of a single-stage bandpass filter can be expressed as follows:

Wird zur Vereinfachung bezüglich der Gleichung (16) angenommen, daß Qe 1 = Qe 2 ist, so ergibt sich:If, for simplification with regard to equation (16), it is assumed that Qe 1 = Qe 2, the following results:

Gleichung (17) zeigt, daß der Tranzmissionsfaktor den Wert Null annimmt, wenn sich ω und ω 0 hinreichend voneinander unterscheiden. Dagegeben nimmt der Transmissionsfaktor den Wert (2Qu/Qe)/(2Qu/Qe + 1) an, wenn ω = ω 0 ist. Wird also Qe nicht hinreichend klein in Verbindung mit einem reduzierten Wert Qu an der unteren Endfrequenz, so kann die Transmissionsamplitude nicht in einem bestimmten Ausmaß vergrößert werden, wenn ω = ω 0 ist. Mit anderen Worten läßt sich die Betriebsfrequenz auf einen unteren Endwert reduzieren, und zwar durch hinreichende Verringerung des externen Q -Werts Qe.Equation (17) shows that the transparency emission factor assumes the value zero if ω and ω 0 differ sufficiently from one another. The transmission factor takes on the value (2 Qu / Qe) / (2 Qu / Qe + 1) if ω = ω 0. If Qe does not become sufficiently small in connection with a reduced value Qu at the lower end frequency, the transmission amplitude cannot be increased to a certain extent if ω = ω 0. In other words, the operating frequency can be reduced to a lower end value by a sufficient reduction in the external Q value Qe .

Beispiel 1Example 1

Es wurde eine YIG-Dünnfilmscheibe mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Dicke von 50 µm hergestellt, deren Hauptoberfläche in einer (100)-Kristallebene liegt. Messungen bezüglich der senkrechten Resonanzfrequenz wurden durchgeführt, und zwar in Abhängigkeit eines sich verändernden und externen sowie in Dickenrichtung der YIG-Dünnfilmscheibe liegenden magnetischen Gleichfeldes. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 durch die weißen Kreisflächen dargestellt. Als untere Grenze der Resonanzfrequenz wurde eine Frequenz von 140 MHz erhalten. Ferner wurde eine weitere YIG-Dünnfilmscheibe mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Dicke von 50 µm hergestellt, und zwar mit einer in einer (111)- Kristallebene liegenden Hauptoberfläche. Die gemessenen Resonanzfrequenzen sind in Fig. 9 durch die schwarzen Kreisbereiche dargestellt. In diesem Fall wurde eine untere Grenze der Resonanzfrequenz erhalten, die bei 270 MHz liegt. Diese unteren Grenzen stimmen fast mit den theoretischen Werten von 125 MHz und 274 MHz überein, die anhand der Gleichungen (9) und (10) erhalten worden sind. Eine gekrümmte, durchgezogene Linie in Fig. 9 ist eine theoretische Kurve für 4π Ms = 1800 G, K₁ = -5,7 × 10³ erg/m³ und Ku = 0,7 × 10³ erg/cm³ (vorausgesetzt, daß Ku nur auf die (100)-Kristallebene bezogen ist). In diesem Fall ist die Bedingung Ku<|K₁| erfüllt. A YIG thin-film disk with a diameter of 2.5 mm and a thickness of 50 μm was produced, the main surface of which lies in a (100) crystal plane. Measurements with respect to the vertical resonance frequency were carried out as a function of a changing and external magnetic direct field lying in the thickness direction of the YIG thin film disc. The results are shown in FIG. 9 by the white circular areas. A frequency of 140 MHz was obtained as the lower limit of the resonance frequency. Furthermore, a further YIG thin film disk with a diameter of 2.5 mm and a thickness of 50 μm was produced, with a main surface lying in a (111) crystal plane. The measured resonance frequencies are shown in FIG. 9 by the black circular areas. In this case, a lower limit of the resonance frequency was obtained, which is 270 MHz. These lower limits are almost the same as the theoretical values of 125 MHz and 274 MHz obtained from equations (9) and (10). A curved, solid line in Fig. 9 is a theoretical curve for 4 π Ms = 1800 G, K ₁ = -5.7 × 10³ erg / m³ and Ku = 0.7 × 10³ erg / cm³ (provided that Ku only is related to the (100) crystal plane). In this case the condition is Ku <| K ₁ | Fulfills.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel eines Zweistufen-Bandpaßfilters vom YIG-Dünnfilmtyp nach der Erfindung. Die Einrichtung enthält ein Gehäuse 19 sowie eine Vormagnetisierungseinrichtung 20 zum Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes an das Gehäuse 19 zum Zwecke der Vormagnetisierung. Figs. 1 and 2 show an example of a two-stage band-pass filter from the YIG thin film type according to the invention. The device contains a housing 19 and a biasing device 20 for applying a DC magnetic field to the housing 19 for the purpose of biasing.

Ein Übertragungssystem ist im vorliegenden Fall als eine sogenannte aufgehängte bzw. schwebende Substratstreifenleitung gebildet. Das Gehäuse 19 enthält einen ersten Leiter 21 und einen zweiten Leiter 22, zwischen denen ein nichtmagnetisches GGG-Substrat 25 und ein dielektrisches Substrat 29 angeordnet sind. Das nichtmagnetische GGG-Substrat 25 trägt ein erstes scheibenförmiges YIG-Dünnfilmelement 23 und ein zweites scheibenförmiges YIG-Dünnfilmelement 24. Das dielektrische Substrat 29 trägt an seiner einen Oberfläche eine erste Streifenleitung 26 und eine zweite Streifenleitung 27, die als Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen dienen. Auf der anderen Seite trägt es dagegen eine dritte Streifenleitung 28, die als Verbindungsstreifenleitung dient. Die Streifenleitungen 26 und 27 liegen an der den Dünnfilmelementen 23 und 24 zugewandten Flächen des dielektrischen Substrats 29. Die Streifenleitungen 28 liegt an der gegenüberliegenden Fläche des dielektrischen Substrats 29.In the present case, a transmission system is formed as a so-called suspended or floating substrate strip line. The housing 19 contains a first conductor 21 and a second conductor 22 , between which a non-magnetic GGG substrate 25 and a dielectric substrate 29 are arranged. The non-magnetic GGG substrate 25 carries a first disk-shaped YIG thin film element 23 and a second disk-shaped YIG thin film element 24 . The dielectric substrate 29 carries on its one surface a first strip line 26 and a second strip line 27 , which serve as input and output strip lines. On the other hand, it carries a third strip line 28 , which serves as a connecting strip line. The strip lines 26 and 27 lie on the surfaces of the dielectric substrate 29 facing the thin film elements 23 and 24 . The strip lines 28 lie on the opposite surface of the dielectric substrate 29 .

Die Streifenleitungen 26 und 27 sind so angeordnet, daß sie in einer Position in der Nähe des zweiten Leiters 22 relativ zu diesem vernetzt sind, um auf diese Weise ein hochfrequentes Magnetfeld zwischen den Streifenleitungen und dem zweiten Leiter 22 zu erhöhen. Dagegen sind die YIG- Dünnfilmelemente 23 und 24 so angeordnet, daß sie in Kontakt mit den Streifenleitungen 26 und 27 stehen, um auf diese Weise die entsprechenden Verbindungen zu verstärken.The strip lines 26 and 27 are arranged so that they are networked in a position in the vicinity of the second conductor 22 so as to increase a high-frequency magnetic field between the strip lines and the second conductor 22 . In contrast, the YIG thin film elements 23 and 24 are arranged so that they are in contact with the strip lines 26 and 27 so as to reinforce the corresponding connections.

Das erste und das zweite YIG-Dünnfilmelement 23 und 24 werden gleichzeitig hergestellt, und zwar durch Bildung eines YIG-Dünnfilms mit einer in der (100)-Kristallebene liegenden Hauptoberfläche, oder durch Bildung eines substituierten YIG-Dünnfilms mit einer in der (111)-Kristallebene liegenden Hauptoberfläche. Der jeweilige Dünnfilm wird mit Hilfe des LPE-Verfahrens auf der gesamten Oberfläche des nichtmagnetischen GGG-Substrats 25 erzeugt, die dem dielektrischen Substrat 29 gegenüberliegt, wobei im Anschluß daran durch ein geeignetes photolithographisches und Ätzverfahren die nicht erforderlichen Bereiche des Dünnfilms entfernt werden, um eine gewünschte Größe, Form und Lage zu erhalten.The first and second YIG thin film elements 23 and 24 are fabricated simultaneously by forming a YIG thin film with a major surface located in the (100) crystal plane, or by forming a substituted YIG thin film with one in the (111) -Crystalline main surface. The respective thin film is produced by means of the LPE method on the entire surface of the non-magnetic GGG substrate 25 , which is opposite to the dielectric substrate 29 , after which the unnecessary regions of the thin film are removed by a suitable photolithographic and etching method in order to achieve a to get the desired size, shape and position.

Das dielektrische Substrat 29 besteht aus einer geeigneten Keramik, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Die erste Streifenleitung 26 und die zweite Streifenleitung 27 liegen auf einer Fläche des Substrats 29, die den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24 zugewandt ist. Die dritte Streifenleitung 28 liegt auf der anderen Fläche des Substrats 29 und verläuft quer zu den Streifenleitungen 26 und 27. Die dritte Streifenleitung 28 schneidet also die Streifenleitungen 26 und 27. Gegenüberliegende Enden 26 a und 27 a der ersten Streifenleitung 26 und der zweiten Streifenleitung 27 sowie beiden Enden 28 a und 28 a der dritten Mikrostreifenleitung 28 dienen als Grund- bzw. Erdpotentialanschlüsse. Die Substrate 25 und 29 liegen zwischen dem ersten Leiter 21 und dem zweiten Leiter 22, um den ersten Leiter 21 oder den zweiten Leiter 22 zu kontaktieren.The dielectric substrate 29 consists of a suitable ceramic, for example of aluminum oxide. The first strip line 26 and the second strip line 27 lie on a surface of the substrate 29 which faces the YIG thin film elements 23 and 24 . The third strip line 28 lies on the other surface of the substrate 29 and extends transversely to the strip lines 26 and 27 . The third strip line 28 thus intersects the strip lines 26 and 27 . Opposing ends 26 a and 27 a of the first strip line 26 and the second strip line 27 and both ends 28 a and 28 a of the third microstrip line 28 serve as ground or ground potential connections. The substrates 25 and 29 lie between the first conductor 21 and the second conductor 22 in order to contact the first conductor 21 or the second conductor 22 .

Der erste Leiter 21 weist an seiner unteren Oberfläche eine relativ tiefe Ausnehmung 30 auf, um einen relativ großen Raum in Bereichen zu bilden, die dem ersten und zweiten YIG-Dünnfilmelement 23 und 24 gegenüberliegen. Ferner sind die Ausnehmungen 30 vorhanden, um den elektromagnetisch verbundenen Bereich zwischen den ersten und zweiten Streifenleitungen 27, 27 und den Elementen 23, 24 sowie den verbundenen Bereich zwischen der dritten Streifenleitung 28 und den ersten und zweiten Streifenleitungen 26 und 27 zu definieren.The first conductor 21 has a relatively deep recess 30 on its lower surface to form a relatively large space in areas opposite to the first and second YIG thin film elements 23 and 24 . Furthermore, the recesses 30 are provided in order to define the electromagnetically connected area between the first and second strip lines 27 , 27 and the elements 23 , 24 and the connected area between the third strip line 28 and the first and second strip lines 26 and 27 .

Der zweite Leiter 22 weist an seiner oberen Fläche eine relativ flache Ausnehmung 31 auf, um beide aufeinanderliegenden Substrate 25 und 29 aufzunehmen. Abstandstücke 32 befinden sich an beiden Seitenkanten der Bodenfläche der Ausnehmung 31, um einen gewünschten relativ schmalen Spalt zwischen dem Leiter 22 sowie zwischen einem gegenüberliegenden Bereich der YIG-Dünnfilmelemente 23 und 24 und den Streifenleitungen 26 und 27 aufrechtzuerhalten.The second conductor 22 has a relatively flat recess 31 on its upper surface in order to receive both substrates 25 and 29 lying on top of one another. Spacers 32 are located on both side edges of the bottom surface of the recess 31 to maintain a desired relatively narrow gap between the conductor 22 and between an opposite area of the YIG thin film elements 23 and 24 and the strip lines 26 and 27 .

Die Grundpotentialanschlüsse an beiden Enden 28 a und 28 b der dritten Mikrostreifenleitung 28 stehen in Kontakt mit der unteren Fläche 21 a des ersten Leiters 21, während die Grundpotentialanschlüsse an jedem Ende 26 a und 27 a des ersten Mikrostreifenleiters 26 und des zweiten Mikrostreifenleiters 27 jeweils in Kontakt mit einem Basisbereich 22 a des zweiten Leiters 22 stehen, der sich in der Ausnehmung 31 befindet.The ground potential connections at both ends 28 a and 28 b of the third microstrip line 28 are in contact with the lower surface 21 a of the first conductor 21 , while the ground potential connections at each end 26 a and 27 a of the first microstrip line 26 and the second microstrip line 27 in each Are in contact with a base region 22 a of the second conductor 22 , which is located in the recess 31 .

Eine Vormagnetisierungseinrichtung 20 enthält zwei Mantelkerne 41 und 42, die das Gehäuse 19 der Einrichtung umgeben. Die Mantelkerne 41 und 42 weisen jeweils einen zentralen Magnetpol 41 A und 42 A auf, die sich einander gegenüberliegen, derart, daß das Gehäuse 19 zwischen den Magnetpolen 41 A und 42 A zu liegen kommt. Wenigstens um einen dieser Magnetpole 41 A und 42 A ist eine Spule 43 herumgewickelt. Fließt durch die Spule 43 ein Strom, so wird zwischen den zentralen Magnetpolen 41 A und 42 A ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, das zur Vormagnestisierung dient. Die Stärke des vormagnetisierenden magnetischen Gleichfeldes läßt sich in Abhängigkeit der Größe des durch die Spule 43 fließenden Stroms verändern.A premagnetization device 20 contains two jacket cores 41 and 42 which surround the housing 19 of the device. The jacket cores 41 and 42 each have a central magnetic pole 41 A and 42 A , which are opposite to each other, such that the housing 19 comes to lie between the magnetic poles 41 A and 42 A. A coil 43 is wound around at least one of these magnetic poles 41 A and 42 A. If a current flows through the coil 43, a constant magnetic field is generated between the central magnetic poles 41 A and 42 A , which serves for pre-magnetization. The strength of the magnetic pre-magnetic field can be changed depending on the size of the current flowing through the coil 43 .

Mit Hilfe der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, die magnetische Verbindung zwischen den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24 und den Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen 26 und 27 zu verstärken, um auf diese Weise den externen Q -Wert Qe hinreichend zu reduzieren. Dementsprechend läßt sich auch die Betriebsfrequenz herabsetzen. Werden beispielsweise YIG-Dünnfilmelemente 23 und 24 mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Dicke von 25 µm verwendet, so nimmt der externe Q -Wert Qe ₁ den Wert 70 an, und zwar aufgrund der Verbindung zwischen den Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen 26 und 27 und den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24, während der externe Q -Wert Qe ₂ den Wert 325 annimmt, und zwar aufgrund der Verbindung zwischen der Streifenleitung 28 und den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24. Die Fig. 3 zeigt die gemessenen Filtereigenschaften, wobei die Kurven 61, 62 und 63 der Reihe nach den Dämpfungs- bzw. Einfügungsverlust, den Reflexionsverlust und die 3 dB Bandbreite angeben.With the arrangement described above, it is possible to strengthen the magnetic connection between the YIG thin film elements 23 and 24 and the input and output strip lines 26 and 27 , so as to sufficiently reduce the external Q value Qe . Accordingly, the operating frequency can also be reduced. If, for example, YIG thin-film elements 23 and 24 with a diameter of 2.5 mm and a thickness of 25 μm are used, the external Q value Qe 1 assumes the value 70, because of the connection between the input and output strip lines 26 and 27 and the YIG thin film elements 23 and 24 , while the external Q value Qe 2 becomes 325 due to the connection between the strip line 28 and the YIG thin film elements 23 and 24 . FIG. 3 shows the measured filter properties, the curves 61, 62 and 63 in turn indicating the attenuation or insertion loss, the reflection loss and the 3 dB bandwidth.

Wie anhand der Fig. 3 zu erkennen ist, wird nach der Erfindung ein YIG-Bandpaßfilter mit variabler Frequenz erhalten, der in einem Frequenzbereich von 400 MHz bis 2 GHz arbeiten kann.As can be seen from FIG. 3, a YIG bandpass filter with variable frequency is obtained according to the invention, which can operate in a frequency range from 400 MHz to 2 GHz.

Die Fig. 4 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der externe Q -Wert noch weiter verringert werden kann. Der in Fig. 4 gezeigte Aufbau ist ähnlich zu dem unter den Fig. 1 und 2 beschriebenen Aufbau, mit der Ausnahme, daß gemäß Fig. 4 eine leitende Schicht 50 auf der gesamten Oberfläche des nichtmagnetischen GGG-Substrats 25 liegt, die sich an der Seite des Substrats 25 befindet, die den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24 abgewandt ist. Die leitende Schicht 50 liegt also auf derjenigen Oberfläche des Substrats 25, die dem zweiten Leiter 22 gegenüberliegt. Diese Oberfläche enthält einen Teil, der wenigstens den YIG-Dünnfilmelementen 23 und 24 gegenüberliegt. Der elektrische Leiter 50 wird auf einem schwimmenden Potential gehalten, wobei er nichtelektrisch mit den ersten und zweiten Leitern 21 und 22 verbunden ist. Die weiteren Teile in Fig. 4 entsprechen denjenigen in Fig. 1 und werden nicht nochmals beschrieben. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the external Q value can be reduced even further. The structure shown in FIG. 4 is similar to the structure described in FIGS. 1 and 2, with the exception that, according to FIG. 4, a conductive layer 50 lies on the entire surface of the non-magnetic GGG substrate 25 , which is on the Side of the substrate 25 is located, which faces away from the YIG thin film elements 23 and 24 . The conductive layer 50 thus lies on that surface of the substrate 25 which is opposite the second conductor 22 . This surface contains a part that is at least opposite to the YIG thin film elements 23 and 24 . The electrical conductor 50 is maintained at a floating potential, and is non-electrically connected to the first and second conductors 21 and 22 . The other parts in FIG. 4 correspond to those in FIG. 1 and are not described again.

Fig. 5 zeigt die Meßergebnisse hinsichtlich des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 4, also die frequenzabhängigen Filtereigenschaften. Dabei bezeichnen die Kurven 64, 65 und 66 der Reihe nach den Einfügungs- bzw. Dämpfungsverlust, den Reflexionsverlust und die 3 dB Bandbreite. Relativ zu Fig. 3 kann festgestellt werden, daß sich der Dämpfungs- bzw. Einfügungsverlust nicht sehr verändert hat, da auch der zuvor erwähnte Filter nach den Fig. 1 und 2 schon von Haus aus einen geringen Einfügungs- bzw. Dämpfungsverlust ausweist. Demgegenüber hat sich die 3 dB Bandbreite in Fig. 5 gegenüber Fig. 3 um etwa 5 MHz vergrößert. Dies liegt daran, daß beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 der externe Q -Wert weiter reduziert ist. FIG. 5 shows the measurement results with regard to the second exemplary embodiment according to FIG. 4, that is to say the frequency-dependent filter properties. Curves 64 , 65 and 66 designate the insertion loss, the loss of reflection and the 3 dB bandwidth. Relative to FIG. 3, it can be determined that the loss of insertion or insertion has not changed much, since the aforementioned filter according to FIGS. 1 and 2 already shows a small loss of insertion or loss. In contrast, the 3 dB bandwidth in FIG. 5 has increased by approximately 5 MHz compared to FIG. 3. This is because, in the exemplary embodiment according to FIG. 4, the external Q value is further reduced.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine hängende bzw. freischwimmende Substratstreifenleitungsanordnung verwendet wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Es kann auch eine hängende bzw. freischwimmende Substratstreifenleiteranordnung vom infinit offenen Typ verwendet werden, bei der der erste Leiter 21 gegenüber dem dielektrischen Substrat 29 einen ausreichenden Abstand aufweist. Ferner kann auch eine invertierte Mikrostreifenleiteranordnung zum Einsatz kommen.Although a hanging or free-floating substrate strip line arrangement is used in the exemplary embodiments described above, the invention is not restricted to this. An infinitely open-type hanging or floating substrate strip line arrangement can also be used, in which the first conductor 21 is at a sufficient distance from the dielectric substrate 29 . Furthermore, an inverted microstrip line arrangement can also be used.

Wie oben beschrieben, betrifft die Erfindung eine ferromagnetische Resonanzeinrichtung vom YIG-Dünnfilmtyp, die bei einer sehr niedrigen unteren Frequenz arbeiten kann. Die untere Grenze der Resonanzfrequenz läßt sich hinreichend reduzieren. Im Ergebnis läßt sich ein unbelasteter Q -Wert bei derselben Frequenz erhöhen, so daß die Einrichtung bessere Eigenschaften aufweist. Der Effekt macht sich insbesondere bei niedrigen Frequenzen unterhalb 1 GHz bemerkbar.As described above, the invention relates to a YIG thin film type ferromagnetic resonance device which can operate at a very low lower frequency. The lower limit of the resonance frequency can be reduced sufficiently. As a result, an unloaded Q value can be increased at the same frequency, so that the device has better properties. The effect is particularly noticeable at low frequencies below 1 GHz.

Wie im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2 und 4 beschrieben, umgeben die Leiter 21 und 22 das Gehäuse 19 des Resonanzelelements, um einen Abschirmeffekt zu erreichen. Wird daher das Gehäuse 19 im Spalt zwischen den Magnetpolen 41 A und 42 A des magnetischen Kreises der Vormagnetisierungseinrichtung 20 angeordnet, so können aufgrund des Abschirmeffekts Änderungen der Eigenschaften aufgrund von Isolationsverschlechterungen vermieden werden.As described in connection with FIGS. 1, 2 and 4, the conductors 21 and 22 surround the housing 19 of the resonance element in order to achieve a shielding effect. Therefore, if the housing 19 is arranged in the gap between the magnetic poles 41 A and 42 A of the magnetic circuit of the premagnetization device 20 , changes in the properties due to deterioration in insulation can be avoided due to the shielding effect.

Da die Streifenleitungen auf dem dielektrischen Substrat 29 gebildet sind, und da die YIG-Dünnfilmelemente 23 und 24 auf dem nichtmagnetischen Substrat 25 angeordnet sind, lassen sich die Streifenleitungen unabhängig von den YIG-Dünnfilmelementen bilden, so daß der Herstellungsprozeß relativ einfach und mit geringerer Ausschußrate durchführbar ist.Since the strip lines are formed on the dielectric substrate 29 and since the YIG thin film elements 23 and 24 are arranged on the non-magnetic substrate 25 , the strip lines can be formed independently of the YIG thin film elements, so that the manufacturing process is relatively simple and with a lower reject rate is feasible.

Claims (12)

1. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung, gekennzeichnet durch
  • - ein auf einem nichtmagnetischen Substrat (25) gebildetes YIG-Dünnfilmelement (23, 24), das eine Hauptoberfläche in der (100)-Ebene aufweist,
  • - eine mit dem YIP-Dünnfilmelement (23, 24) gekoppelte Übertragungsleitung (26 bis 28), und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes senkrecht zur Hauptoberfläche.
1. Ferromagnetic resonance device, characterized by
  • a YIG thin-film element ( 23, 24 ) formed on a non-magnetic substrate ( 25 ) and having a main surface in the (100) plane,
  • - A transmission line ( 26 to 28 ) coupled to the YIP thin film element ( 23, 24 ), and
  • - A biasing device ( 20 ) for generating a biasing field perpendicular to the main surface.
2. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung, gekennzeichnet durch
  • - ein auf einem nichtmagnetischen Substrat (25) gebildetes YIG-Dünnfilmelement (23, 24), das eine Haupoberfläche in der (111)-Ebene und eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante Ku aufweist, die kleiner als eine uniaxiale magnetische Anisotropie eines reinen und auf einem GGG- Substrat (Gadolinium-Gallium-Granat) gebildeten YIG-Dünnfilmelements ist,
  • - eine mit dem YIG-Dünnfilmelement (23, 24) gekoppelte Übertragungsleitung (26 bis 28), und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsfeldes senkrecht zur Hauptoberfläche.
2. Ferromagnetic resonance device, characterized by
  • - A YIG thin film element ( 23, 24 ) formed on a non-magnetic substrate ( 25 ), which has a main surface in the (111) plane and a uniaxial magnetic anisotropy constant Ku , which is smaller than a uniaxial magnetic anisotropy of a pure and on a GGG - substrate (gadolinium-gallium-garnet) formed YIG thin film elements,
  • - A transmission line ( 26 to 28 ) coupled to the YIG thin film element ( 23, 24 ), and
  • - A biasing device ( 20 ) for generating a biasing field perpendicular to the main surface.
3. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das YIG-Dünnfilmelement (23, 24) scheibenförmig ausgebildet ist.3. Ferromagnetic resonance device according to claim 1 or 2, characterized in that the YIG thin film element ( 23, 24 ) is disc-shaped. 4. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das YIG-Dünnfilmelement (23, 24) ein Aspektverhältnis σ aufweist, das nicht größer als 5 × 10-2 ist.4. Ferromagnetic resonance device according to claim 3, characterized in that the YIG thin film element ( 23 , 24 ) has an aspect ratio σ which is not greater than 5 × 10 -2 . 5. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung, gekennzeichnet durch
  • - ein nichtmagnetischen Substrat (25),
  • - ein auf einer Haupoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25) gebildetes ferrimagnetisches Dünnfilmelement (23, 24),
  • - eine auf dem nichtmagnetischen Substrat (25) angeordnete Streifenleitung (26 bis 28), die mit dem ferrimagnetischen Dünnfilmelement (23, 24) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • - eine auf Grundpotential liegende leitfähige Wand (21, 22), die der Streifenleitung (26 bis 28) in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, wobei ein Ende der Streifenleitung (26 bis 28) mit der auf Grundpotential liegenden leitfähigen Wand (21, 22) verbunden ist, und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zum Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes an den ferrimagnetischen Dünnfilm senkrecht zu dessen Hauptoberfläche, wobei das ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch einen YIG- Dünnfilm gebildet ist, der eine in der (100)-Ebene liegende Hauptoberfläche ausweist.
5. Ferromagnetic resonance device, characterized by
  • - a non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a ferrimagnetic thin-film element ( 23, 24 ) formed on a main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a strip line ( 26 to 28 ) which is arranged on the non-magnetic substrate ( 25 ) and is electromagnetically coupled to the ferrimagnetic thin-film element ( 23, 24 ),
  • - A conductive wall ( 21, 22 ) which is at ground potential and which is opposite the strip line ( 26 to 28 ) at a predetermined distance, one end of the strip line ( 26 to 28 ) being connected to the conductive wall ( 21, 22 ) which is at ground potential is and
  • - A biasing device ( 20 ) for applying a constant magnetic field to the ferrimagnetic thin film perpendicular to its main surface, the ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) being formed by a YIG thin film which has a main surface lying in the (100) plane.
6. Filtereinrichtung, bei der die ferromagnetische Resonanz ausgenutzt wird, geknnzeichnet durch
  • - ein nichtmagnetisches Substrat (25),
  • - erste und zweite ferrimagnetische Dünnfilmelemente (23, 24) auf einer Hauptoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25),
  • - eine erste Streifenleitung (26), die mit dem ersten ferrimagnetischen Dünnfilmelement (23) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • - eine zweite Streifenleitung (27), die mit dem zweiten ferrimagnetischen Dünnfilmelement (24) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • - eine auf Grundpotential liegende leitfähige Wand (21, 22), die jeder der ersten und zweiten Streifenleitungen (26, 27) in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, wobei ein Ende der ersten Streifenleitung (26) mit einer Eingangsschaltung verbunden und das andere Ende der ersten Streifenleitung (26) an bzw. mit der auf Grundpotential liegenden leitfähigen Wand (21, 22) abgeschlossen ist, ein Ende der zweiten Streifenleitung (27) mit einer Eingangsschaltung verbunden und das andere Ende der zweiten Streifenleitung (27) an bzw. mit der auf Grundpotential liegenden leitfähigen Wand (21, 22) abgeschlossen ist, und die ersten und zweiten ferrimagnetischen Dünnfilmelemente (23, 24) magnetisch miteinander gekoppelt sind, und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zum Anlegen eines vormagnetisierenden magnetischen Gleichfeldes an den ferrimagnetischen Dünnfilm senkrecht zu seiner Hauptoberfläche, wobei das ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch einen YIG-Dünnfilm gebildet ist, der eine in der (100)-Ebene liegende Hauptoberfläche aufweist.
6. Filter device in which the ferromagnetic resonance is exploited, marked by
  • - a non-magnetic substrate ( 25 ),
  • - first and second ferrimagnetic thin film elements ( 23, 24 ) on a main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a first strip line ( 26 ) which is electromagnetically coupled to the first ferrimagnetic thin film element ( 23 ),
  • a second strip line ( 27 ) which is electromagnetically coupled to the second ferrimagnetic thin film element ( 24 ),
  • - A ground potential conductive wall ( 21, 22 ) opposite each of the first and second strip lines ( 26, 27 ) at a predetermined distance, one end of the first strip line ( 26 ) being connected to an input circuit and the other end of the first Strip line ( 26 ) is closed on or with the conductive wall ( 21, 22 ) lying at ground potential, one end of the second strip line ( 27 ) is connected to an input circuit and the other end of the second strip line ( 27 ) is connected to or on Basic potential lying conductive wall ( 21, 22 ) is completed, and the first and second ferrimagnetic thin film elements ( 23, 24 ) are magnetically coupled to each other, and
  • - A biasing device ( 20 ) for applying a bias magnetic direct field to the ferrimagnetic thin film perpendicular to its main surface, the ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) being formed by a YIG thin film which has a main surface lying in the (100) plane .
7. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach Anspruch 5 bzw. Filtereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Schicht (50) auf derjenigen Oberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25) gebildet ist, die der Hauptoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25) gegenüberliegt.7. Ferromagnetic resonance device according to claim 5 or filter device according to claim 6, characterized in that a conductive layer ( 50 ) is formed on that surface of the non-magnetic substrate ( 25 ) which is opposite to the main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ). 8. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung, gekennzeichnet durch
  • - ein nichtmagnetisches Substrat (25),
  • - ein ferrimagnetisches Dünnfilmelement (23, 24) auf einer Hauptoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25),
  • - eine Streifenleitung (26 bis 28) auf dem nichtmagnetischen Substrat (25), die mit dem ferrimagnetischen Dünnfilmelement (23, 24) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • - eine auf Grundpotential liegende leitfähige Wand (21, 22), die der Streifenleitung (26 bis 28) in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, wobei ein Ende der Streifenleitung (26 bis 28) mit der auf Grundpotential liegenden leitfähigen Wand (21, 22) verbunden ist, und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zum Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes an den ferrimagnetischen Dünnfilm senkrecht zu seiner Hauptoberfläche, wobei das ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch einen YIG- Dünnfilm gebildet ist, der eine in der (111)-Ebene liegende Hauptoberfläche aufweist, und der eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante ku besitzt, die kleiner als eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante eines reinen und auf einem GGG-Substrat gebildeten YIG-Dünnfilmelements ist.
8. Ferromagnetic resonance device, characterized by
  • - a non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) on a main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a strip line ( 26 to 28 ) on the non-magnetic substrate ( 25 ) which is electromagnetically coupled to the ferrimagnetic thin-film element ( 23, 24 ),
  • - A conductive wall (21, 22) which is at ground potential and which is opposite the strip line ( 26 to 28 ) at a predetermined distance, one end of the strip line ( 26 to 28 ) being connected to the conductive wall ( 21, 22 ) which is at ground potential is and
  • a biasing device ( 20 ) for applying a constant magnetic field to the ferrimagnetic thin film perpendicular to its main surface, the ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) being formed by a YIG thin film which has a main surface lying in the (111) plane, and which has a uniaxial magnetic anisotropy constant ku that is smaller than a uniaxial magnetic anisotropy constant of a pure YIG thin film element formed on a GGG substrate.
9. Filtereinrichtung, bei der die ferromagnetische Resonanz ausgenutzt wird, gekennzeichnet durch
  • - ein nichtmagnetisches Substrat (25),
  • - erste und zweite ferrimagnetische Dünnfilmelemente (23, 24) auf einer Hauptoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25),
  • - eine erste Streifenleitung (26), die mit dem ersten ferrimagnetischen Dünnfilmelement (23) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • - eine zweite Streifenleitung (27), die mit dem zweiten ferrimagnetischen Dünnfilmelement (24) elektromagnetisch gekoppelt ist,
  • -eine auf Grundpotenial liegende leitfähige Wand (21, 22), die den ersten und zweiten Streifenleitungen, (26, 27) in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, wobei ein Ende der ersten Streifenleitung (26) mit einer Eingangsschaltung und das andere Ende der ersten Streifenleitung (26) an bzw. mit der auf Grundpotenial liegenden leitfähigen Wand (21, 22) abgeschlossen ist, ein Ende der zweiten Streifenleitung (27) mit einer Eingangsschaltung und das andere Ende der zweiten Streifenleitung (27) an bzw. mit der auf Grundpotenial liegenden leitfähigen Wand (21, 22) abgeschlossen ist, und die ersten und zweiten ferrimagnetischen Dünnfilmelemente (23, 24) magnetisch miteinander gekoppelt sind, und
  • - eine Vormagnetisierungseinrichtung (20) zum Anlegen eines vormagnetisierenden magnetischen Gleichfeldes an den ferrimagnetischen Dünnfilm senkrecht zu seiner Hauptoberfläche, wobei das ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch einen YIG-Dünnfilm gebildet ist, der eine in der (111)-Ebene liegende Hauptoberfläche aufweist, und der eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante ku besitzt, die kleiner als eine uniaxiale magnetische Anisotropiekonstante eines reinen und auf einem GGG-Substrat gebildeten YIG-Dünnfilmelements ist.
9. Filter device in which the ferromagnetic resonance is used, characterized by
  • - a non-magnetic substrate ( 25 ),
  • - first and second ferrimagnetic thin film elements ( 23, 24 ) on a main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ),
  • a first strip line ( 26 ) which is electromagnetically coupled to the first ferrimagnetic thin film element ( 23 ),
  • a second strip line ( 27 ) which is electromagnetically coupled to the second ferrimagnetic thin film element ( 24 ),
  • -a ground potential conductive wall ( 21, 22 ) opposite the first and second strip lines, ( 26, 27 ) at a predetermined distance, one end of the first strip line ( 26 ) having an input circuit and the other end of the first strip line ( 26 ) on or with the conductive wall ( 21, 22 ) lying on the ground potential, one end of the second strip line ( 27 ) with an input circuit and the other end of the second strip line ( 27 ) on or with the ground potential conductive wall ( 21, 22 ) is closed, and the first and second ferrimagnetic thin film elements ( 23, 24 ) are magnetically coupled to each other, and
  • - A biasing device ( 20 ) for applying a bias magnetic direct field to the ferrimagnetic thin film perpendicular to its main surface, the ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) being formed by a YIG thin film which has a main surface lying in the (111) plane , and which has a uniaxial magnetic anisotropy constant ku that is smaller than a uniaxial magnetic anisotropy constant of a pure YIG thin film element formed on a GGG substrate.
10. Ferromagnetische Resonanzeinrichtung nach Anspruch 8 bzw. Filtereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Schicht (50) auf derjenigen Oberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25) gebildet ist, die der Hauptoberfläche des nichtmagnetischen Substrats (25) gegenüberliegt.10. Ferromagnetic resonance device according to claim 8 or filter device according to claim 9, characterized in that a conductive layer ( 50 ) is formed on that surface of the non-magnetic substrate ( 25 ) which is opposite to the main surface of the non-magnetic substrate ( 25 ). 11. Filtereinrichtung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch eine Übertragungsleitung magnetisch gekoppelt sind.11. Filter device according to claim 6 or 9, characterized in that the first and the second ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) are magnetically coupled by a transmission line. 12. Filtereinrichtung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite ferrimagnetische Dünnfilmelement (23, 24) durch ein drittes ferrimagnetisches Dünnfilmelement (28) magnetisch gekoppelt sind, das benachbart zwischen dem ersten und dem zweiten ferrimagnetischen Dünnfilmelement (26, 27) liegt.12. Filter device according to claim 6 or 9, characterized in that the first and the second ferrimagnetic thin film element ( 23, 24 ) are magnetically coupled by a third ferrimagnetic thin film element ( 28 ) which is adjacent between the first and the second ferrimagnetic thin film element ( 26, 27 ) lies.
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