JP2008219089A - 静磁波発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静磁波素子発振装置において、発振回路基板１２から発生される不要電磁波が、コイル８、９の引き出し線１４、１５に影響し、発振周波数が不安定となるのを防止した静磁波発振装置を提供する。
【解決手段】発振周波数を調整する電磁コイルの引き出し線を、強磁性体で形成された筐体に設けた空洞１７を通して筐体外部へ引き出す構造とする。
【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係り、特に、静磁波発振装置の発振周波数を調整するための電磁コイルの引き出し線が与える影響を低減して安定した発振を可能とする技術に関する。

静磁波発振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、強い磁界を印加して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により、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。静磁波発振装置において、発振周波数を調整するには、静磁波発振装置内に設けた電磁コイルに流す電流を調整して、静磁波素子に印加される磁界の強さを変化させて行う。

このような、共振器として機能する静磁波素子を用いた静磁波装置が、例えば、下記の特許文献１に提案されている。特許文献１には、静磁波を励振・伝搬するためのフェリ磁性膜と、このフェリ磁性膜表面に設けられたＲＦ信号給電線路と、フェリ磁性膜に磁界を印加するための、それぞれの一端側が永久磁石を挟み、それぞれの他端側が磁性かつ導電性の一対のヨークと、永久磁石と、コイルと、磁性膜に磁界を印加するための磁界発生器と、磁性膜に印加する直流磁界の強度を制御するためのコイルとを備え、共振器として機能する静磁波装置の構成例が示され、空隙長が変化しにくいように支持する支柱に、引き出し線を通すための溝を設けることが記載されている。

特開２００２−３１４３０４号公報

上述したように、静磁波素子を用いた静磁波発振装置には、発振周波数を制御するために、直流磁界を調整する調整用のコイルが設けられている。このコイルに直流電流を外部から供給する必要があるので、コイルの引き出し線が静磁波発振装置内の狭い空間から外部に引き出されている。

本願発明者は、このコイルの引き出し線の影響が、静磁波発振装置における発振周波数の不安定の一因となっていることに気づいた。このコイルの引き出し線の影響について、更に詳しく説明する。

静磁波発振装置において、発振周波数を調整するためには、前述したように、電磁コイルに流す電流を調整して、静磁波素子に印加される磁界の強さを変化させることが不可欠である。静磁波発振装置は、蓋、外部ヨーク、および底に囲まれた、一辺が２ｃｍ程度の立方体ぐらいの大きさであり、コイルの引き出し線は、この狭い空間を経由して駆動電流を制御する外部の制御回路へ配線される。ところが、この狭い空間には発振回路基板も配置されており、発振回路基板は所望の周波数の他にも、本来不要な電磁波を放出している。

この不要な電磁波が、同一空間に配置されている電磁コイルの引き出し線を横切ることにより起電力が発生し、その結果、電磁コイルに流れる電流値に影響を与えてしまう。すなわち、静磁波素子に印加される磁界の強さが変化し、この磁界の強さの変化に伴い静磁波発振装置の発振周波数が変化してしまうことが、発振周波数を不安定にする一因となっている。

そこで、本発明の目的は、発振回路基板からの不要な電磁波と電磁コイルの引き出し線とに起因した発振周波数の変動を抑え、安定した発振が得られる静磁波発振装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る静磁波発振装置は、永久磁石と、その一部もしくは全部が強磁性体で形成された第１および第２の磁極片と、その一部もしくは全部が強磁性体で形成された筐体と、静磁波素子と、前記永久磁石の一方の極に配置した前記第１磁極片と前記筐体を経由して前記永久磁石の他方の極に接続した前記第２磁極片との間に、前記静磁波素子を配置するための空隙を形成するように設けた静磁波素子用閉磁気回路と、前記空隙に印加される前記永久磁石の磁界の強さを調整して発振周波数を制御するための電磁コイルとを備える静磁波発振装置であって、
前記電磁コイルの引き出し線が、前記筐体に形成された空洞内を通して前記筐体外部に引き出されることを特徴とするものである。

本発明によれば、電磁コイルの引き出し線を強磁性体の空洞中を通して筐体外部に取り出す構造としたことにより、電磁コイルの引き出し線は、発振回路基板からの不要電磁波が強磁性体の空洞でシールドされるため、不要電磁波が電磁コイルを横切ることにより発生する発振周波数の不安定を解消することができ、安定した発振周波数が得られる。

本発明に係る静磁波発振装置の一実施例について、図１を用いて以下詳細に説明する。図１は、本発明に係る静磁波発振装置の構成を示す断面図であり、永久磁石２の一方の極に付けた上部磁極７と、永久磁石２の他方の極に蓋３、外部ヨーク４、および下部磁極を形成する底５を経由して付けた太い実線で示した凸状の下部磁極６との間に、静磁波素子１を配置するための空隙１１（矢印が示す間隔）を形成する。この空隙１１に、永久磁石２により発生される磁界１０（図中では模式的に複数の点線で表し、点線の密度が高いほど磁束密度が高いことを示す。）を、集中させるようにして静磁波素子用閉磁気回路が形成される。ここで、静磁波素子用閉磁気回路は、静磁波素子１のＹＩＧ薄膜に、垂直に直流磁界を印加するための磁気回路であり、静磁波素子１の中央部を垂直に通る部分が、一番磁力が大きくなるように配置される。

本実施例では、蓋３に凹部があり永久磁石２がその凹部に入る構造としている。この構造により、永久磁石２の中心の位置ずれを小さくでき、生産性の向上が図れる。勿論、平面状の底部に永久磁石を配置しても問題は無い。以上が、静磁波素子用閉磁気回路の基本部分であり、この構造を形成することにより、上部磁極７と下部磁極６との空隙１１に、永久磁石２により発生した磁界１０が集中する。

本実施例では、空隙１１に磁界１０を、磁気的に閉回路にしてより集中させるために上部磁極７および下部磁極６を配置しているが、所望の磁界が得られる場合には、上部磁極７および下部磁極６の一方、を配置しないことも可能である。

また、本実施例では、永久磁石２は円柱状をしており、その周辺に静磁波発信装置の発振周波数を変動させるための、粗調整用電磁コイル８と微調整用ＦＭコイル９が配置される。なお、粗調整用電磁コイル８と微調整用ＦＭコイル９は、空芯コイルである。また、電磁コイル８およびＦＭコイル９が固定される蓋３には、電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５部分に、空洞１７が形成され、空洞１７は、静磁波発振装置の外部へと通じている。電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５は、空洞１７の内部を経由して、静磁波発振装置外部の制御回路に接続される。

なお、本実施例では電磁コイルの引き出し線１４とＦＭコイルの引き出し線１５を同一の空洞１７により静磁波発振装置の外部に配線しているが、それぞれ別々の空洞により配線を行ってもよい。また、本実施例では、電磁コイルに流れる電流の制御回路（不図示）が、静磁波発振装置の上側に配置される場合を仮定しているが、制御回路が静磁波発振装置の下側に配置される場合などに、蓋３を経由して、外部ヨーク４および底５に同様の空洞を設け、その内部に電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５を配線しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施例では、電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５を、直接空洞１７を経由して外部の制御回路に接続しているが、空洞１７内に、例えばセミリジットケーブルのような導線を予め配置しておき、その導線に電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５を半田付け等の方法で接続することにより、外部の制御回路へ取り出してもよい。図２および図３に、電磁コイルの引き出し線１４およびＦＭコイルの引き出し線１５を静磁波発振装置の外部へ引き出す、さらに幾つかの例を示す。なお、図２および図３では、静磁波発振装置コイルの引き出し線を外部へ取り出す部分の要部だけを示している。図２（ａ）は、電磁コイルの引き出し線１４とＦＭコイルの引き出し線１５を、静磁波発振装置の上方に設けた１個の空洞１７を通して上から取り出した場合、図２（ｂ）は、２個の空洞１７を設け、電磁コイルの引き出し線１４とＦＭコイルの引き出し線１５を、それぞれ別個に上方から取り出した場合、図２（ｃ）は、電磁コイル８の側面に沿って設けた細いスリット１８を通って、上方から取り出した場合、図３（ａ）は電磁コイル８の側面に沿って破線で示した細いスリット１８を通し側面から電磁コイルの引き出し線１４とＦＭコイルの引き出し線１５を取り出した場合である。いずれにしろ、コイルの引き出し線がパーマロイの筐体内部のみを経由して外部に配線されていればよい。

本実施例では、静磁波発振装置の高周波（ＲＦ）出力は、発振回路基板１２に接続された端子２０から出力される。この発振出力をＶＣＯとして用いる場合には、例えば、図４に示すような回路を用いればよい。図４において、破線で囲んだブロック２１は静磁波発振装置であり、駆動回路ＤＲＶにより所望の周波数で共振するように電流を供給し、この発振出力信号をＰＬＬ回路に入力して、安定したＲＦ出力信号を得るものである。

本実施例では、蓋３、外部ヨーク４、底５、下部磁極６には、パーマロイを用いている。また、下部磁極６の周囲には銅板１３をリング状に配置している。

静磁波素子１を、空隙１１内の発振回路基板１２上に配置し、静磁波素子１による共振信号を、銅板１３上に配置された発振回路基板１２に取り出すことにより、静磁波発振装置を形成する。静磁波素子用閉磁気回路において、上部磁極７および下部磁極６の中心は、前記磁界１０が均一で磁束密度が最大であるため、ここに前記静磁波素子１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１による発振周波数は、静磁波素子１に印加される磁界の強さに依存し、基本的な発振周波数は、永久磁石２により発生される磁界の強さにより決定されるが、粗調整用の電磁コイル８および微調整用のＦＭコイル９に電流を流すことにより磁界を発生させ、空隙１１に印加される磁界の強さを調節することで、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可能である。

以上、本発明の好適な実施例について述べたが、実施例だけに限定するものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能なことは勿論である。

本発明に係る静磁波発振装置の構成を示す断面図。 電磁コイルの引き出し線を静磁波発振装置の外部へ引き出す別の例を示す図。 電磁コイルの引き出し線を静磁波発振装置の外部へ引き出すさらに別の例を示す図。 発振出力をＶＣＯとして用いる場合の構成例を示すブロック図。

符号の説明

１…静磁波素子、２…永久磁石、３…蓋、４…外部ヨーク、５…底、６…下部磁極、７…上部磁極、８…電磁コイル、９…ＦＭコイル、１０…磁界、１１…空隙、１２…発振回路基板、１３…銅板、１４…電磁コイルの引き出し線、１５…ＦＭコイルの引き出し線、１７…空洞、１８…スリット、２０…端子、２１…静磁波発振装置、ＤＲＶ…駆動回路。

Claims (1)

1. 永久磁石と、
   その一部もしくは全部が強磁性体で形成された第１および第２の磁極片と、
   その一部もしくは全部が強磁性体で形成された筐体と、
   静磁波素子と、
   前記永久磁石の一方の極に配置した前記第１磁極片と前記筐体を経由して前記永久磁石の他方の極に接続した前記第２磁極片との間に、前記静磁波素子を配置するための空隙を形成するように設けた静磁波素子用閉磁気回路と、
   前記空隙に印加される前記永久磁石の磁界の強さを調整して発振周波数を制御するための電磁コイルとを備える静磁波発振装置であって、
   前記電磁コイルの引き出し線が、前記筐体に形成された空洞内を通して前記筐体外部に引き出されることを特徴とする静磁波発振装置。

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