JP2522579B2

JP2522579B2 - Ｐｌｌ制御を行う静磁波マイクロ波発振装置

Info

Publication number: JP2522579B2
Application number: JP2081950A
Authority: JP
Inventors: 康平伊藤; 定見窪田; 安英邑上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JPH03280602A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、フェリ磁性体の強磁性共鳴現象を利用した
静磁波素子を主要部品とするマイクロ波装置に関するも
のである。

「従来技術」マイクロ波発振装置等に使用される主要部品として、
フラックス法等で作製したYIG（イットリウム・鉄・ガ
ーネット）単結晶の球状試料、もしくは、GGO（ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット）基板上に、液相エピタ
キシャル成長させたYIG（イットリウム・鉄・ガーネッ
ト）薄膜等のフェリ磁性体を用いた静磁波素子が提案さ
れている。

第２図は静磁波素子1aを利用した従来技術の一例を示
す静磁波共振子１の概略構成図である。この図におい
て、静磁波素子1aは、GGG基板22の上に液相エピタキシ
ャル法により育成されたYIG薄膜23、このYIG薄膜23上
に、金あるいはアルミニウム膜からなる複数の電極指24
及びこれら電極指24の両側にパッド電極25a、25bをフォ
トリソグラフィ技術により形成したものである。パッド
電極25bが導体Wbによりマイクロ波回路の地導体26に接
続され、Wa1とWa2はマイクロ波回路の入力端子となる。
これらが静磁波素子1aとマイクロ波回路との結合手段と
なり、静磁波共振子１が形成される。

このとき、YIG薄膜23の膜面に垂直に磁界H₀が印加さ
れると、この静磁波素子1aには静磁前進体積波が図中の
ｉ方向に伝搬し、端面の反射により共振するようにな
る。この共振がおこる周波数は与えられた磁界H₀により
変えることができるので、このような静磁波共振子１に
より周波数可変のマイクロ波装置を形成することができ
る。静磁波素子1aは高品質のYIG薄膜により高い選択度
（Ｑ）をもつこと、また共振周波数の可変幅を大きく取
れることなどの優れた特徴を持つことが開示されてい
る。既にマイクロ波領域では広く使われているYIG球を
用いる素子に比較しても、フォトリソグラフィにより素
子を作製するため比較的安価に製造できること等も開示
されている。

このような静磁波素子を使って実用性のあるマイクロ
波装置を作製するために、使用する周波数可変幅に対応
するだけの磁界を静磁波素子に印加する主制御コイル
と、さらに微調整用制御コイルの２種類のコイルにより
共振周波数を制御する方法はよく知られている。

特開平１−303901号公報には静磁波素子を用いて構成
した強磁性共鳴装置が記載されている。この例において
は、YIG薄膜の膜面に垂直な磁界を印加するための磁極
があり、その周りに微調整用制御コイル（FMコイル）が
巻かれている。主制御コイル（メインコイル）はこの微
調整用制御コイルの上方の同様に巻かれていると記載さ
れている。

「発明が解決しようとする課題」しかし、上記構成の強磁性共鳴装置においては、例え
ば、これを使用してマイクロ波発振器を構成し、PLL
（フェーズ・ロック・ループ）制御を行おうとした場合
に、微調整用制御コイルの応答が遅くフィードバックの
周波数帯域が制限され、結果として比較的速いノイズ成
分に対して有効にフィードバック制御できないという問
題があった。

本発明の目的は上記課題に鑑み、応答速度を遅くさせ
る原因となる微調整用制御コイルに対する主制御コイル
の影響を小さくすることにより、周波数可変の応答の速
い静磁波素子を使ったマイクロ波装置を提供するもので
ある。

「課題を解決するための手段」本発明のマイクロ波装置は、フェリ磁性体を用いた静
磁波素子と、該静磁波素子とマイクロ波回路を結合する
結合手段と、該静磁波素子に磁界を印加する磁界印加手
段と、該磁界印加手段として主制御コイルと微調整用制
御コイルを有するマイクロ波を発振するマイクロ波装置
において、前記主制御コイルと微調整用制御コイル間の
相互の結合を、導体を介在させて小さくすることを特徴
としている。

周波数可変のための主制御コイルは、必要な可変周波
数帯域をカバーするためには大きな起磁力を必要とし、
必然的に巻き数が大きく、そのインピーダンスもまた大
きくなってしまう。このためにPLL制御等応答の速いこ
とが要求される場合には微調整用制御コイルが使われ
る。そのため微調整をできるだけ速やかに行うという目
的のために微調整用制御コイルは主制御コイルに比べ巻
き数を小さくしてインダクタンスを小さく保ち、応答速
度が速くなるように設計する。

ところが従来技術の一例である第４図のような構成で
は、微調整用制御コイル7bと主制御コイル7aは軟磁性材
料である第２磁極６を共有するとともに、二つのコイル
は近接し、両方のコイルの間には大きな相互インダクタ
ンスが存在する。このため微調整用制御コイル7bのイン
ピーダンスが主制御コイル7aの影響を強く受け、結果と
して応答速度が期待したほど速くならないということを
本発明者等は見いだした。

このように微調整用制御コイル7bの高速な応答性を阻
害しているのは、大きなインダクタンスを持つ主制御コ
イル7aとの間に相互インダクタンスが存在するからであ
り、両コイル間の結合を小さくする手段を講じることが
微調整用制御コイル7bの応答速度を小さく保つことに有
効である。

第４図中、３は銅製シールド板、４は希土類磁石、５
は第１磁極、６は第２磁極、7aは主制御コイル、7bは微
調整用制御コイル、８は第１ヨーク、９は第２ヨーク、
10は第１ヨーク及び第２ヨークの接合部である。

プリント基板２の上に構成されたマイクロ波回路は第
３図に示すように、トランジスタ34、結合コンデンサー
33及び他の部品により構成された負性抵抗回路であり、
静磁波共振子１と結合してマイクロ波発振器として機能
するものである。31はトランジスタ34に直流電圧を供給
する端子であり、32はマイクロ波の出力端子である。35
はマイクロ波が直流電源側に流れ込まないようにするマ
イクロ波阻止用インダクタである。

第５図は、第４図に示した従来技術において微調整用
制御コイルに信号電流を流したときの変調感度の周波数
特性を示したものである。従来技術においては変調感度
が3dB減少する周波数が概略1kHzである。

「実施例」以下実施例を用いて本発明の効果を詳しく述べる。

（実施例１）第１図は本発明の一実施例を示す図である。図中、１
はYIG薄膜を用いた静磁波共振子であって、これはプリ
ント基板２の上に設置されている。この静磁波共振子１
には、主制御コイル7aと希土類磁石４により、YIG膜面2
3に垂直に磁界が印加される。この静磁波共振子１は、
主制御コイル7aの巻線電流を可変することにより、4.5
〜6.0GHzの広い範囲で共振するように設計されている。

本実施例の特徴は、主制御コイル7aが第２磁極６に、
微調整用制御コイル7bが第１磁極５に別々に分離されて
巻かれていることである。この二つのコイルの間の結合
は銅製シールド板３及びプリント基板２の裏面の導体に
より著しく弱められている。

第６図は、第１図に示した本発明の実施例において微
調整用制御コイル7bに信号電流を流したときの変調感度
の周波数特性を示したものである。第５図は従来技術に
おいては変調感度が3dB減少する周波数が概略1kHzであ
るのに対し、本発明の本実施例では約5kHzとかなり改善
されており、本発明の構造が優れていることが分かる。

（実施例２）第７図は本発明の他の実施例を示す構造断面図であ
る。微調整用制御コイル7bが第１磁極５の表面に設置さ
れ、空心となっていることが実施例１との相違点であ
る。

本実施例においても、主制御コイル7aが第２磁極６
に、微調整用制御コイル7bが第１磁極５に別々に分離さ
れて巻かれており、この二つのコイルの間の結合が銅製
シールド板３及びプリント基板２の裏面の導体により著
しく弱められることは前記実施例と同じである。さら
に、本実施例では微調整用制御コイル7bは空心であるた
め、第１磁極５との結合が弱まり、一層の応答性向上が
期待される。

第８図は、第７図に示した本実施例において微調整用
制御コイル7bに信号電流を流したときの変調感度の周波
数特性を示すものである。第５図の従来技術においては
変調感度が3dB減少する周波数が概略1kHzであるのに対
し、本実施例では約8kHzと大幅に改善されており、本発
明の構造が優れていることが分かる。

（実施例３）第９図は本発明の他の実施例を示す構造断面図であ
る。微調整用制御コイル7bが第２磁極６の先端の径を小
さくした部分に巻かれていることが従来技術の第４図と
の相違点である。本実施例においても二つのコイルの間
は銅製シールド板３の導体により結合が効果的に抑えら
れている。

第10図は、第９図に示した本実施例において微調整用
制御コイル7bに信号電流を流したときの変調感度を示す
ものである。第５図の従来技術においては変調感度が3d
B減少する周波数が概略1kHzであるのに対し、本発明の
本実施例では約2kHzとなり、本発明の構造が優れている
ことが分かる。

尚、ここでの実施例としては、YIG薄膜についてのみ
述べたが、制御コイルの高速応答性を主眼とした本発明
の範囲は、これに限定されるものではなく、フェリ磁性
体の強磁性共鳴現象を利用した他の静磁波素子、例えば
YIG球を用いたマイクロ波装置にも適用できることは、
本発明の分野の専門家であれば容易に理解できることで
ある。

「発明の効果」本発明の技術によれば、従来技術よりも高速で応答す
る周波数可変の静磁波素子を用いたマイクロ波装置を実
現することができ、マイクロ波発振器、フィルター、遅
延線等に有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図、第９図は本発明のマイクロ波装置の実
施例を示す概略構造断面図、第２図は従来技術の静磁波
共振子の概略構成図、第３図は従来技術のマイクロ波発
振器の回路図、第４図は従来技術のマイクロ波装置の概
略構造断面図、第５図は従来技術による微調整制御用コ
イルの規格化変調感度の周波数特性図、第６図、第８
図、第10図は本発明の実施例による微調整制御用コイル
の規格化変調感度の周波数特性図である。 1:静磁波共振子、1a:静磁波素子、 3:銅製シールド板、22:GGG基板、 23:YIG薄膜、4:希土類磁石、５、6:磁極、7a:主制御コイル、 7b:微調整用制御コイル、８、9:ヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−211901（ＪＰ，Ａ) 特開平２−170606（ＪＰ，Ａ) 特開平１−140803（ＪＰ，Ａ) 実開平１−162917（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フェリ磁性体を用いた静磁波素子と、該静
磁波素子とマイクロ波回路を結合する結合手段と、該静
磁波素子に磁界を印加する磁界印加手段と、該磁界印加
手段として主制御コイルと微調整用制御コイルを有する
PLL制御を行う静磁波マイクロ波発振装置において、前
記主制御コイルと前記微調整用制御コイル間の相互の結
合を、導体を介在させて小さくしたことを特徴とするPL
L制御を行う静磁波マイクロ波発振装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載されたPLL制
御を行う静磁波マイクロ波発振装置において、前記主制
御コイルと前記微調整用制御コイルは、前記静磁波素子
に関し互いに反対側に配置したことを特徴とするPLL制
御を行う静磁波マイクロ波発振装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は特許請求の範囲
第２項に記載されたPLL制御を行う静磁波マイクロ波発
振装置において、前記コイルのうち少なくとも１つのコ
イルが空心であることを特徴とするPLL制御を行う静磁
波マイクロ波発振装置。