JP2006325117A - 静磁波発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
静磁波発振装置において、外部からの衝撃や周期的な振動などの外的要因により、空隙の間隔が急激に変化した場合には、静磁波素子用磁気回路の磁界の強さが急激に変動するため、発振周波数も急激に変動する。発振周波数制御装置は、静磁波発振装置の出力を監視して、制御信号をコイル電流制御回路に出力しているため、発振周波数の急激な変動には対応できない。この結果、所望の周波数ではない発振出力を出してしまう。従来のように静磁波発振装置の出力を監視してから制御信号を出力し、発振周波数を制御する方法では、静磁波素子に印加される磁界の強さが急激に変動した場合に対応できない問題があった。
【解決手段】
本発明では、磁気検出素子を用いて静磁波素子に印加される磁界の強さを直接監視し、磁界の強さを調節するコイル電流に反映させることにより、自動的に安定した発振周波数を出力できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェリ磁性共鳴を利用した静磁波素子と静磁波を励起する手段を有する静磁波発振装置に関するものである。

静磁波マイクロ波装置に使用される静磁波素子には、GGG（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）非磁性単結晶基板上に、フェリ磁性体である YIG（イットリウム・鉄・ガーネット）薄膜を液相エピタキシャル成長させた素子が一般的に用いられる。この静磁波素子は強い磁界を印加し磁気スピンを共鳴させることにより共振子として動作する。このときの共振周波数は印加する磁界の強さを変えることで、マイクロ波帯の周波数で 2 〜 3 オクターブの広帯域にわたり可変することができる。

図２によって、従来の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置を説明する。図２は、従来の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置の一例を示す図である。
図２において、静磁波素子用磁気回路 21 、コイル電流制御用回路 22 、及び発振出力増幅回路 23 を組合せて静磁波発振装置 101 を形成する。
例えば、静磁波素子用磁気回路 21 は、永久磁石 6 により発生される磁界 12（図中では模式的に複数の点線で表す。）を、永久磁石 6 の一方の極に付けた下部磁極 8 と、永久磁石 6 の他極に外部ヨーク 9 を経由して取付けた上部磁極 7 との間の空隙 13（矢印が示す間隔）に集中させ、静磁波素子 2 を空隙 13 内の発振回路基板 5 上に配置し、静磁波素子 2 による発振信号を銅板 3 を経由してマイクロストリップライン4 で取出すことにより静磁波素子用磁気回路を形成する（例えば、特許文献１参照。）。

この静磁波素子用磁気回路 21 において、上部磁極 7 及び下部磁極 8 の中心部では、磁界 12 が均一で磁束密度が最大であるため、この中心部に静磁波素子 2 を配置することにより安定した発振周波数が得られる。

静磁波素子 2 により得られる発振周波数は、静磁波素子 2 に印加される磁界の強さに依存する。この磁界の強さは、励磁コイル 10 や FM コイル 11 に流れる電流の値を調整することにより可能である。調整範囲は、例えば、比帯域（周波数可変幅／中心周波数）で約 20 ％程度変化させることができる。
ここで、励磁コイル 10 は粗調整、FM コイル 11 は微調整の役割を持つ。

励磁コイル 10 と FM コイル 11 に流れる電流は、コイル電流制御回路 22 により制御される。励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に電流が流れていないときに、上部磁極 7 と下部磁極 8 の間に印加される磁界 12 の基本的な強さは、永久磁石 6 の磁力の強さと空隙 13 の間隔に依存する。

静磁波素子用磁気回路 21 により得られた発振信号は、発振出力増幅回路 23 により増幅されて、静磁波発振装置101 の出力として提供される。
一般的には、静磁波発振装置 101 の出力を発振周波数制御装置 102 で監視し、所望の発振周波数が得られていない場合には、発振周波数制御装置 102 からコイル電流制御回路 22 に制御信号が送られ、励磁コイル 10 と FM コイル 11 に流れる電流の値を調整することにより、磁界 12 の強さを調整し、所望の発振周波数を得る。

特開２００１−２７４６２４号公報

上述の静磁波発振装置から出力される信号の周波数は、磁界の強さにより決定される。しかし、この磁界の強さは永久磁石の磁界の強さ、励磁コイルと FM コイルに流す電流値の他に、上部磁極と下部磁極の間の空隙の間隔や、外部からの強力な磁界などにも影響され、変動する。磁界の強さの変動が緩やかな場合には、発振周波数制御装置にて発振周波数の制御が可能である。
しかし、外部からの衝撃や周期的な振動などの外的要因により、空隙の間隔が急激に変化した場合には、静磁波素子用磁気回路の磁界の強さが急激に変動するため、発振周波数も急激に変動する。発振周波数制御装置は、静磁波発振装置の出力を監視して、制御信号をコイル電流制御回路に出力しているため、発振周波数の急激な変動には対応できない。この結果、所望の周波数ではない発振出力を出してしまうという問題があった。
本発明の目的は、空隙に磁界の強さの変動を検出する素子を配することにより、磁界の強さが変動した場合に、前記励磁コイル１０およびＦＭコイル１１に流れる電流を自動的に制御し、前記静磁波素子用磁気回路の発振周波数を自動的に調整できる静磁波発振装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、空隙に磁界の強さの変動を検出する素子を配することにより、磁界の強さが変動した場合に、前記励磁コイル１０およびＦＭコイル１１に流れる電流を自動的に制御し、前記静磁波素子用磁気回路の発振周波数を自動的に調整できる静磁波発振装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の静磁波発振装置は、永久磁石と、永久磁石の一方の極に付けた磁極片と、他方の極に磁束を閉じこめるための外部ヨークを経由して接続した磁極片との間に、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを配するための空隙を設けるように形成した静磁波素子用磁気回路において、電流を流すことにより、磁極片間の磁界の強さを調整するコイルと、コイルに流れる電流の値を制御する制御回路と、空隙に配した磁界の強さの変動を検知する検知素子と、空隙に生じる磁界の強さの変動を検知し、その検知信号を制御回路に出力する検知手段とを備え、制御回路は検知信号に基づいてコイルに流す電流値を調整するものである。

本発明によれば、静磁波素子に印加される磁界の強さを直接監視し、コイル電流制御回路にフィードバックさせることができるため、従来のように静磁波発振装置の出力を外部の発振周波数制御装置で監視し、コイル電流制御回路に制御信号を出力する場合に比べて、磁界の強さに変動が生じた場合に早急な対応ができ、急激な磁界の変化による発振周波数の変動を抑えることができる。

以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例の静磁波発振装置を模式的に示した図である。
図１において、一点鎖線にて囲まれた部分が静磁波素子用磁気回路 21 である。ここでは、断面図で示してある。1 は磁気検出素子、2 は静磁波素子、3 は銅板、4 はマイクロストリップライン、5 は発振回路基板、7 は永久磁石、8 は下部電極、9 は外部ヨーク、10 は励磁コイル、11 は FM コイル、12 は磁界、13 は空隙、21 は静磁波素子用磁気回路、22 はコイル電流制御回路、23 は発振出力増幅回路、101 は静磁波発振回路、102 は発振周波数制御装置である。

図１において、永久磁石 6 の一方の極に下部磁極 8 が、もう一方の極に外部ヨーク 9 を経由して上部磁極 7 が配置される。上部磁極 7 を囲むように励磁コイル 10 が配置され、下部磁極 8 を囲むように FM コイル 11 が配置される。
上部磁極 7 と下部磁極 8 の間には、空隙 13 が形成され、この空隙 13 に磁界 12 が形成される。静磁波素子用磁気回路 21 の外側には、コイル電流制御回路22 と発振出力増幅回路 23 が配置され、静磁波素子用磁気回路 21 の発振信号が発振出力増幅装置 23 により増幅され、静磁波発振装置 101 の出力となる。

励磁コイル 10 と FM コイル 11 に流れる電流は、コイル電流制御回路 22によって制御され、磁界 12 の強さを調節することにより静磁波素子用磁気回路 21 の発振周波数を調整する。
静磁波素子用磁気回路 21 から出力される発振信号は、静磁波素子 2 によって作り出されるため、磁気検出素子 1 は静磁波素子 2 に印加される磁界の強さの変動を検知する必要がある。従って、磁気検出素子 1 は、静磁波素子 2 のできるだけ近傍に配置されることが望ましい。

例えば、衝撃や振動などの外的要因が、静磁波素子用磁気回路 21 に加わり、空隙 13 の間隔が変動したことに伴い磁界 12 の強さが変動した場合、その変動を磁気検出素子 1 が検知し、変動量に見合った検出信号をコイル電流制御回路 22 に送信する。前記コイル電流制御回路２２は受け取った検出信号に基づいて、励磁コイル 10 と FM コイル 11 に流れる電流の値を調整する。これによって、磁界 12 の強さを制御し、その変動を最小限に抑えることで、発振周波数の変動を抑える。

ここで、磁気検出素子にはホール素子が用いられることが多いが、MEMS（ Micro Electro Mechanical Systems ）などその他のデバイスを用いても、本発明の効果が得られることは言うまでもない。

上述の実施例によれば、静磁波素子に印加される磁界の強さを静磁波素子の近傍で検出し、検出した磁界の強さの変動をコイル電流制御回路にフィードバックさせることができるため、従来のように静磁波発振装置の出力を外部の発振周波数制御装置で監視し、コイル電流制御回路に制御信号を出力する場合に比べて、磁界の強さに変動が生じた場合に早急な対応ができ、急激な磁界の変化による発振周波数の変動を抑制することができる。

本発明の静磁波発振装置の一実施例を説明するための図。 従来の静磁波発振装置を説明するための図。

符号の説明

1：磁気検出素子、 2：静磁波素子、 3：銅板、 4：マイクロストリップライン、 5：発振回路基板、 6：永久磁石、 7：上部磁極、 8：下部磁極、 9：外部ヨーク、 10：励磁コイル、 11：FMコイル、 12：磁界、 13：空隙、 21：静磁波素子用磁気回路、 22：コイル電流制御回路、 23：発振出力増幅回路、 101：静磁波発振回路、 102：発振周波数制御装置。

Claims (2)

1. 永久磁石と、上記永久磁石の一方の極に付けた磁極片と、他方の極に磁束を閉じこめるための外部ヨークを経由して接続した磁極片との間に、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを配するための空隙を設けるように形成した静磁波素子用磁気回路において、
   電流を流すことにより、上記磁極片間の磁界の強さを調整するコイルと、
   上記コイルに流れる電流の値を制御する制御回路と、
   上記空隙に配した、上記磁界の強さの変動を検知する検知素子と、
   上記空隙に生じる磁界の強さの変動を検知し、その検知信号を上記制御回路に出力する検知手段とを備え、
   上記制御回路は、上記検知信号に基づいて上記コイルに流す電流値を調整することを特徴とする静磁波発振装置。
2. 請求項１記載の静磁波発振装置において、上記検知素子にホール素子を用いたことを特徴とする静磁波発振装置。