JP2658306B2 - フェリ磁性体薄膜フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波、ミリ波帯のフィルタに関す
るものである。

〔従来の技術〕

第６図は例えばIEEE Microwave Theory and Techniqu
es Symposium Digest,1985,pp.285−288に示された従来
のフェリ磁性体薄膜フィルタを示す斜視図であり、図に
おいて、（１），（２）は同一の共振周波数をもつ円形
フェリ磁性帯薄膜共振器、（３）はフェリ磁性帯薄膜を
液相成長法などにより作成し保持するのに必要なフェリ
磁性体薄膜用誘電体基板、（４）は円形フェリ磁性体薄
膜共振器（１），（２）を相互に結合させるためのスト
リップ導体、（５），（６）は円形フェリ磁性体薄膜共
振器（１），（２）と外部回路とを結合させるための
入，出力用ストリップ導体、（７）は地導体、（８）は
入，出力用ストリップ導体（５），（６）と地導体
（７）とを保持しマイクロストリップ線路を形成するた
めの誘電体基板である。

なお、第６図では磁気回路は省略するが、フェリ磁性
体薄膜共振器（１）（２）に直流磁界が印加され、静磁
波モードが伝搬する。

次に、動作について説明する。入力用ストリップ導体
（５）に沿って入射した電磁波の高周波磁束は、その周
波数が円形フェリ磁性体薄膜共振器（１）の共振周波数
に一致する場合に、円形フェリ磁性体薄膜共振器（１）
に結合する。第１の円形フェリ磁性体薄膜共振器（１）
が共振した状態ではフェリ磁性体内の電子スピンの軸が
直流磁界の方向を軸として歳差運動する。この歳差運動
により、フェリ磁性体薄膜外には入射した高周波磁束ベ
クトルと直交するベクトル成分が現れ、ストリップ導体
（４）に高周波電流を誘起する。この高周波電流により
誘起された高周波磁束は円形フェリ磁性体薄膜共振器
（２）に結合する。このようにストリップ導体（４）
は、円形フェリ磁性体薄膜共振器（１），（２）を結合
させる働きをもつ。円形フェリ磁性体薄膜共振器（２）
の高周波磁束は、出力用ストリップ導体（６）に結合
し、これに接続される外部回路へ電磁波が伝搬する。

以上の現象は、円形フェリ磁性体薄膜共振器（１），
（２）の共振周波数近傍でのみ起きるため帯域通過フィ
ルタが実現できる。また、共振周波数は、直流磁界で制
御できるため通過周波数を可変にすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のフェリ磁性体薄膜フィルタは以上のように構成
されていたので、円形フェリ磁性体薄膜共振器（１），
（２）間の結合に用いているストリップ導体（４）に高
周波電流が流れ、この導体損により挿入損失が増大する
問題点があった。また徴細加工の必要なストリップ導体
（４），（５），（６）が複数の基板（３），（８）上
に形成されているため、コストが高くなるという問題が
あった。さらに別々の基板（３），（８）上に形成され
ているためストリップ導体（４），（５），（６）を精
度良く配置することが難しく、電気特性および信頼性が
劣るという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、低損失、高信頼、かつ、低コストのフェリ
磁性体薄膜フィルタを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るフェリ磁性体薄膜フィルタは、直流磁
界が印加された複数のフェリ磁性体薄膜共振器と、両端
に位置するフェリ磁性体薄膜共振器と電磁波とを夫々結
合する入力結合手段および出力結合手段と、上記入力結
合手段から結合された上記フェリ磁性体薄膜共振器の共
振周波数の電磁波の高周波磁束により上記フェリ磁性体
薄膜共振器で発生した静磁波の定在波の伝搬定数を虚数
とする幅を有し、上記各フェリ磁性体薄膜共振器を接続
するストリップ状フェリ磁性体薄膜導波路とを備えたこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明におけるフェリ磁性体薄膜フィルタは、スト
リップ状フェリ磁性体薄膜導波路を用いて共振器間の結
合を得ることにより、共振器間のストリップ導体を不要
にでき低損失となる。さらに、ストリップ状フェリ磁性
体薄膜導波路は単一基板上に形成され、集積化されるた
め、信頼性が向上しコストが低減される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（３），（５）〜（８）は、従来と同じ
もの、（９），（10）は矩形フェリ磁性体薄膜共振器、
（11）は２つの矩形フェリ磁性体薄膜共振器（９），
（10）を結ぶストリップ状のフェリ磁性体薄膜導波路で
ある。なお、第１図では直流磁界を印加するための磁気
回路については省略するが、矩形フェリ磁性体薄膜共振
器（９）（10）に直流磁界が印加され、静磁波モードが
伝搬する。

次に動作について説明する。共振器（９），（10）は
同一の周波数で共振するものとする。共振周波数では、
入力用ストリップ導体（５）に沿って入射した電磁波の
高周波磁束は、共振器（９）に結合する。共振器（９）
が共振している状態ではフェリ磁性体内の電子スピンの
軸が直流磁界の方向を軸として歳差運動を行う。この電
子スピン軸の歳差運動はいわゆる静磁波の定在波であ
り、その波数ｋは次式で示される。

ここで、n,mは１以上の整数、a,bは共振器の辺の長さ
である。

この共振器（９）に接続されたストリップ状フェリ磁
性体薄膜導波路（11）のストリップ幅をｗとすると、ス
トリップの長さ方向へ伝搬する静磁波の伝搬定数βは、
磁性体損を無視して、次式で示される。

ここでｉは1,2,…などの整数である。またｋは（１）
式のｋに等しい。（２）式においてストリップ幅ｗがπ
/kより小さい場合に、伝搬定数βが虚数となる。すなわ
ち、ストリップ状フェリ磁性体薄膜導波路（11）には静
磁波は伝搬はせず、減衰しつつ共振器（10）に達する。
その振幅ｈは、共振器（９）側で１とすると、次式で示
される。

ここで、ｌはストリップ状フェリ磁性体薄膜導波路
（11）の長さである。したがって、共振器（９）で共振
時に蓄積されている静磁波のエネルギーの一部が、スト
リップ状フェリ磁性体薄膜導波路（11）の寸法w,lで決
まる結合量に応じて、共振器（10）に結合することにな
る。つぎに、共振器（10）による高周波磁束は、出力用
ストリップ導体（６）に結合し、これに接続される外部
回路へ電磁波が伝搬する。

また、共振周波数以外では、ストリップ導体（５），
（６）と共振器（９），（10）との結合が弱く電磁波の
電力のほとんどは反射される。

従って、入力用ストリップ導体（５）から結合された
矩形フェリ磁性体薄膜共振器（９）の共振周波数の電磁
波の高周波磁束により矩形フェリ磁性体薄膜共振器
（９）で発生した静磁波の定在波の伝搬定数を虚数とす
る幅をもつストリップ状フェリ磁性体薄膜導波路（11）
で上記矩形フェリ磁性体薄膜共振器（９）（10）の間を
接続することにより、矩形フェリ磁性体薄膜共振器
（９）（10）の間を結合させるための高周波電流を流す
ストリップ導体が不要となり、導体損が削減されて低損
失なフェリ磁性体薄膜フィルタを得られる。

第２図は他の実施例を示す斜視図である。フェリ磁性
体薄膜用誘電体基板（３）に直接地導体（７）を設け、
また反対側の面およびフェリ磁性体薄膜共振器（９）
（10）の表面および側面に入．出力用ストリップ導体
（５）（６）を設けているので、部品点数が低減でき
る。

第３図は、さらに他の実施例を示す斜視図であり、通
過帯域外の減衰特性改善のため４個のフェリ磁性体薄膜
共振器（９）（10）（12）（13）を設けたフェリ磁性体
薄膜フィルタである。この場合には、フェリ磁性体薄膜
共振器（12）（13）の共振周波数を他の共振器（９）
（10）に一致させるため共振周波数調整用ストリップ導
体（14）を用いても良い。また、量産時の寸法のばらつ
きなどにより４つの共振器（９）（10）（12）（13）の
共振周波数が若干ずれたとしても、この共振器上のスト
リップ導体（５）（６）（14）に周波数ずれに応じた大
きさの金リボンなどの導体片を熱圧着することにより、
共振器（９）（10）（12）（13）の共振時の波数ｋを調
整できるため、共振周波数を精密に一致させることがで
きる。これにより性能、歩留りの向上が図れる。

第４図は、さらに他の実施例を示す斜視図であり、４
個のフェリ磁性体薄膜共振器（９）（10）（12）（13）
を環状に配置した場合を示す。狭い領域に配置できるた
め、直流磁界を印加するための磁気回路の断面積を小さ
くでき、磁気回路を含めたフェリ磁性体薄膜フィルタの
小形化が図れる。

なお上記実施例では共振器の数が２個および４個の場
合について示したが、３個および５個以上の場合も同様
の効果がある。

また、フェリ磁性体薄膜共振器の形状は正方形、長方
形に限るものではなく、第５図に示すように円形であっ
ても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればフェリ磁性体薄膜共
振器間をストリップ状フェリ磁性体薄膜導波路で接続す
ることにより共振器間の結合が得られるように構成した
ので、共振器間のストリップ導体が不要となり低損失と
なる。さらに、ストリップ導体が単一基板上に形成さ
れ、集積化されるため安定に良好な特性が得られ、信頼
性が向上しコストが低減される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるフェリ磁性体薄膜フ
ィルタを示す斜視図、第２図〜第５図はこの発明の他の
実施例の斜視図、第６図は従来のフェリ磁性体薄膜フィ
ルタの斜視図である。 （１）（２）は円形フェリ磁性体薄膜共振器、（３）は
フェリ磁性体薄膜用誘電体基板、（４）はストリップ導
体、（５）（６）は入・出力用ストリップ導体、（７）
は地導体、（８）は誘電体基板、（９）（10）は矩形フ
ェリ磁性体薄膜共振器、（11）はストリップ状フェリ磁
性体薄膜導波路、（12）（13）は矩形フェリ磁性体薄膜
共振器、（14）は共振周波数調整用ストリップ導体、
（15）は接地用貫通穴、（16）（17）は円形フェリ磁性
体薄膜共振器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流磁界が印加された複数のフェリ磁性体
   薄膜共振器と、両端に位置するフェリ磁性体薄膜共振器
   と電磁波とを夫々結合する入力結合手段および出力結合
   手段と、上記入力結合手段から結合された上記フェリ磁
   性体薄膜共振器の共振周波数の電磁波の高周波磁束によ
   り上記フェリ磁性体薄膜共振器で発生した静磁波の定在
   波の伝搬定数を虚数とする幅を有し、上記各フェリ磁性
   体薄膜共振器を接続するストリップ状フェリ磁性体薄膜
   導波路とを備えたことを特徴とするフェリ磁性体薄膜フ
   ィルタ。