JP2819576B2 - 静磁波デバイス - Google Patents

静磁波デバイス

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JP2819576B2 JP63319183A JP31918388A JP2819576B2 JP 2819576 B2 JP2819576 B2 JP 2819576B2 JP 63319183 A JP63319183 A JP 63319183A JP 31918388 A JP31918388 A JP 31918388A JP 2819576 B2 JP2819576 B2 JP 2819576B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 マイクロ波帯の共振器やフィルタ等に使用する静磁波
デバイスに関し、 温度特性を改善することを目的とし、 誘電体基板上に形成した磁性膜にマイクロ波信号と外
部磁界を印加したときに、該磁性膜で発生し且つ該磁性
膜中を伝播する静磁波を出力として利用する静磁波デバ
イスであって、磁性膜に印加する外部磁界の印加方向
が、磁性膜面に対して傾く如くに構成する。
〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波帯の共振器やフィルタ等に使用す
る高周波発振器に係り、特に温度特性の改善を図った静
磁波デバイスに関する。
近年のデータ伝送の大容量化や高速化に伴って、GHz
帯の共振器やフィルタ,遅延線等の開発が急ピッチで進
んでいるが、特に発振器としての静磁波デバイスはGHz
帯で良好な特性を示すと共に外部磁界を変化させること
によって極めて広い範囲で周波数や遅延時間等が変えら
れる特徴があるため多く使用されているが、中心周波数
の温度依存性が非常に大きいことからその解決が望まれ
ている。
〔従来の技術〕
第3図は従来の静磁波デバイスの一例を示す図であ
り、第3図(A)は構成原理図、第3図(B)は温度依
存性を説明する図である。
図3(A)で例えば(イ)は磁界方向が表面波(MSS
W)型を示す静磁波デバイスをまた(ロ)は磁界方向が
前進体積波(MSFVW)型を示す静磁波デバイスを示して
いる。
第3図(A)の(イ),(ロ)で、1はアルミナ等よ
りなる誘電体基板,2は該誘電体基板1の表面に装着され
ている厚さ20μm程度のイットリウム・鉄・ガーネット
(以下YIGとする)よりなる磁性膜,また該磁性膜2の
長手方向両サイド近傍に帯状に形成した3a,3bは厚さ数
μm程度の金(Au)薄膜よりなる電極(マイクロストリ
ップライン)であり図の場合には3aが信号投入側,3bが
出力側としている。なお該誘電体基板1の裏面全面に形
成している4はアース電極である。
ここで上記電極3aから周波数がGHz帯のマイクロ波信
号を投入すると電極3aに電流が流れて磁界が励起され、
その結果上記磁性膜2が磁性体なるため該磁性膜2の内
部を図示矢印の如く電極3bに向かう方向に静磁波が伝
播する。
ここで該磁性膜2に、(イ)の表面波(MSSW)型静磁
波デバイスの場合には上記磁性膜2の膜面と平行で且つ
静磁波の伝播方向と直交するの如き方向の外部磁界
を付与して該磁性膜2の飽和磁化量を変えそれによって
変化する周波数信号を電極3bから出力させるようにし、
また(ロ)の前進体積波(MSFVW)型静磁波デバイスの
場合には上記磁性膜2に対して垂直方向にの如き方向
の外部磁界を付与して上記同様に変化する周波数信号を
電極3bから出力させるようにしている。
一方、磁性体中の飽和磁化量はその周囲温度によって
変化し、一般には温度が高くなると飽和磁化量が減少す
る。
従ってかかる方法で形成された静磁波デバイスでは、
磁性膜2中の飽和磁化量が温度によって変化するため励
起される共振周波数の中心値が温度によって変化する。
第3図(B)はこの状態を示したもので、縦軸には周
波数FをGHz単位で,また横軸は通常の温度範囲例えば7
0〜0℃の範囲に対応する飽和磁化量Gをガウスで表わ
したもので該横軸の紙面左側を高温域としている。
第3図(B)はほぼ室温近傍での中心周波数を10GHz
と設定した静磁波デバイスの場合の図で、ほぼ直線状の
カーブaは上記表面波(MSSW)型静磁波デバイスの飽和
磁化量と周波数との関係を示し、またカーブbは上記前
進体積波(MSFVW)型静磁波デバイスの飽和磁化量と周
波数との関係を示している。
図から明らかな如く、カーブaすなわち表面波(MSS
W)型静磁波デバイスでは、温度が上昇して飽和磁化量
Gが少なくなるにつれて共振周波数がほぼ直線的に小さ
くなることから、標準温度近傍で10GHzの周波数を発振
するように構成しても70℃位に温度が高くなると発振周
波数は例えば9.9GHz程度に小さくなる。また逆に0℃位
に温度が低くなると発振周波数が例えば10.1GHz程度に
大きくなる。
またカーブbすなわち前進体積波(MSFVW)型静磁波
デバイスの場合には、温度が上昇して飽和磁化量Gが少
なくなるにつれて共振周波数がほぼ直線的に大きくなる
ことから、標準温度近傍で10GHzの周波数を発振するよ
うに構成しても70℃位に温度が高くなると発振周波数は
例えば10.4GHz程度に大きくなり、逆に0℃位に温度が
低下すると例えば9.6GHz程度に小さくなる。
一方、実際の使用に当たっては使用温度に関係なく中
心周波数が一定なることが望ましい。
そこで従来は、上記磁性膜2に、例えばガリウム(G
a),ランタン(La)の如き種々の不純物を混入させて
飽和磁化量を温度に関係なく一定にして図示の破線で示
すlの如きカーブになるようにしている。
この場合には温度変化に対する周波数特性は良好であ
るが、不純物の添加によって伝播特性が低下し所定の伝
播特性を確保することができない難点があり、更に周波
数の温度依存性を完全に0にすることができないと言う
欠点があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の構成になる静磁波デバイスでは、周波数特性の
温度依存性を向上させるための不純物の添加が、静磁波
デバイスとしての発振波の伝播特性を低下させると共に
周波数の温度依存性を完全に0にできないと言うと云う
問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、誘電体基板上に形成した磁性膜にマイク
ロ波信号と外部磁界を印加したときに、該磁性膜で発生
し且つ該磁性膜中を伝播する静磁波を出力として利用す
る静磁波デバイスであって、該磁性膜に対する外部磁界
印加方向の該磁性膜法線に対する角度φを、所要周波数
をF,磁気回転比をγ,磁性膜に外部磁界を付与した時に
該磁性膜内に発生する内部磁界の大きさをHi,該内部磁
界の方向と該磁性膜法線がなす角度をθ,磁性膜の飽和
磁化量をMs,外部磁界の大きさをHb,としたとき、 F=γ{Hi(Hi+4π Ms sin2θ}1/2 Hi sinθ=Hb sinφ (Hi+4π Ms)cosθ=Hb cosφ をそれぞれ満足し、且つ所要周波数Fと飽和磁化量Msの
間の関係が、 ∂F/∂Ms=0 を満足するように構成してなる静磁波デバイスによって
解決される。
〔作 用〕
磁性膜面に平行に外部磁界を印加した場合の周波数の
温度依存性と磁性膜面に垂直に外部磁界を印加した場合
の周波数の温度依存性とは相互に相反関係にあることか
ら、外部磁界の印加方向を磁性膜面に対して傾けると周
波数の温度依存性を一定にすることができる。
本発明では、一定した外部磁界の印加方向に対して静
磁波デバイスひいては磁性膜が斜面を形成するように、
該静磁波デバイスを傾けて配置する構成としている。
この場合には周波数の温度依存性を向上させるための
不純物を磁性膜に添加する必要がなくなることから、静
磁波デバイスとしての伝播特性を落とすことなく周波数
の温度依存性が一定な静磁波デバイスを容易に得ること
ができる。
〔実施例〕
第1図は本発明を説明する原理図であり、第1図
(A)は主要部を示す図、第1図(B)は外部磁界の磁
性膜に対する角度を変化させたときの周波数の飽和磁化
依存性を表わす図、また第1図(C)は外部磁界と飽和
磁界の比と温度依存性が0となる上記角度との関係を表
わす図である。
また第2図は本発明になる静磁波デバイスの構成例を
示す図である。
第1図(A)で、2は第3図で説明した磁性膜を示
し、矢印が静磁波の伝播方向を表わし矢印は表面波
(MSSW)型静磁波デバイスの外部磁界の印加方向を更に
が前進体積波(MSFVW)型静磁波デバイスの外部磁界
の印加方向を示していることは第3図の場合と同様であ
る。
ここで上記の各外部磁界印加方向とを例えばベク
トルと考えたときの該各ベクトルの合成方向で該磁性膜
2に対して垂直な外部磁界印加方向から角度φだけ傾
いた図示の方向に外部磁界を付与するようにしてい
る。
一方、一般に所要周波数Fと上記角度φとの間には、 F=γ{Hi(Hi+4πMs sin2θ)}1/2 ……(1) Hi sinθ=Hb sinφ ……(2) (Hi+4πMs)cos θ=Hb cosφ ……(3) なる関係がある。ここで、 Fは所要周波数,γは磁気回転比,Hiは磁性膜に外部
磁界を付与した時に該磁性膜内に発生する内部磁界の大
きさ,Msは飽和磁化量,θは該内部磁界の方向と該磁性
膜法線がなす角度,Hbは外部磁界の大きさ をそれぞれ表わしている。
第1図(B)は、例えば外部磁界の大きさHbが3979エ
ルステッドのとき、上記(1)式の飽和磁化量4πMsが
1760エルステッドのところで所要周波数Fが10GHzとな
るように設定した静磁波デバイスにおいて、上記角度φ
を変化させたときの周波数の飽和磁化依存性を示したも
のであり、第3図(B)と同様に縦軸には周波数FをGH
z単位で,また横軸には通常の使用温度(例えば70〜0
℃の範囲)に対応する飽和磁化量4πMsをガウスで表わ
したものである。
第1図(B)で、ほぼ直線状のカーブaはφ=90度す
なわち表面波(MSSW)型静磁波デバイスの場合の温度に
対する周波数の飽和磁化依存性を表わし、またカーブb
はφ=0度すなわち前進体積波(MSFVW)型静磁波デバ
イスの場合の温度に対する周波数の飽和磁化依存性を表
わしている。
ここで上記φを例えばほぼ70度として周波数の飽和磁
化依存性を求めると一点鎖線で示すカーブcの如くにな
り、更にφを例えばほぼ20度として周波数の飽和磁化依
存性を求めると点線で示すカーブdの如くになる。
このことは、上記φを90〜0度の間で適当に設定する
ことによって、第1図(c)のカーブa〜b間の領域に
含まれる任意のカーブが得られることを意味している。
計算結果によれば、φ=35.8度の時に第1図(C)の
破線で示すカーブlの如く、温度に対する周波数の飽和
磁化依存性が常に一定となる静磁波デバイスが得られる
ことを確認している。
なおこの場合は飽和磁化量の変化に対して周波数が殆
ど変化しないことから、温度係数が0となって ∂F/∂Ms=0 ……(4) が成立する。
第1図(C)は、温度係数が0となる角度と外部磁界
と飽和磁界の比との関係を表わす図であり、縦軸は温度
係数が0となる角度φをまた横軸は外部磁界と飽和磁界
との比すなわちHd/Msを表わしている。
第1図(C)のカーブeから、外部磁界Hbを3979エル
ステッドとしまた飽和磁界Msを1760エルステッドとする
第1図(B)と同じ条件の場合には、その比がほぼ2.26
となるため外部磁界の角度φを約35.8度とすることによ
って温度係数が0すなわち温度によって周波数が変化す
ることのない静磁波デバイスを得ることができる。
同様に外部磁界と飽和磁界との比を知ることにより、
温度によって周波数が変化することのない静磁波デバイ
スを自由に得ることができる。
本発明の実施構成例を示す第2図で、(a)は全体構
成を示す斜視図であり、(b)は(a)を矢印S方向か
ら見た図である。
第2図(a),(b)で、11は所定角度φを頂角とす
る楔状のアルミナ等よりなる誘電体基板,12は該誘電体
基板11の上記頂角を挟む片側斜面に装着されている厚さ
20μm程度のイットリウム・鉄・ガーネット(以下YIG
とする)よりなる磁性膜であり、該磁性膜12の長手方向
両サイド近傍には帯状に形成した厚さ数μm程度の金
(Au)薄膜よりなる電極(マイクロストリップライン)
13a,13bを上記誘電体基板11の表面から連続した形で形
成している。なお第2図の場合には第3図同様に電極13
aを信号投入側としまた電極13bを信号出力側としてい
る。
また該誘電体基板11の上記頂角φを挟む他面全面には
アース電極14を形成し、該アース電極14を介して例えば
金属等よりなる基板15に該誘電体基板11を装着・固定し
ている。
更に該基板15を両面から挟むように第2図の上下方向
に配置した16,17はマグネットヨークを示しており、該
マグネットヨーク16,17による外部磁界が例えば常時図
示の方向に印加されている。
ここで上記電極13aからGHz帯のマイクロ波信号を投入
すると電極13aに電流が流れて磁界が励起され、その結
果上記磁性膜2が磁性体なるため該磁性膜2の内部を図
示矢印の如く電極13bに向かう方向に静磁波が伝播す
ることは第3図で説明した通りである。
かかる構成になる静磁波デバイスでは、マグネットヨ
ーク16,17による外部磁界の印加方向は磁性膜12の膜面
法線′に対してφの傾きを持つ方向となる。
従って、基板15上の誘電体基板11の頂角φを第1図で
説明した如く所定の角度(第2図の場合の例では35.8
度)で形成し該頂角を挟む片側斜面に磁性膜12を形成し
た後、一体化された基板毎マグネットヨーク16,17の間
に装着すれば、外部磁界は磁性膜面に対して所定の傾き
を持って印加されることになり、温度変化によって発振
周波数の変わらない静磁波デバイスを容易に構成するこ
とができる。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明により、発振波の伝播特性を落とす
ことなく温度特性の改善が実現できる静磁波デバイスを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明する原理図、 第2図は本発明になる静磁波デバイスの構成例を示す
図、 第3図は従来の静磁波デバイスの一例を示す図、 である。図において、 2,12は磁性膜、11は誘電体基板、 13a,13bは電極、14はアース電極、 15は基板、 16,17はマグネットヨーク、 をそれぞれ表わす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平3−84603(JP,U) IEEE MTT−S Int Mi crow Symp Dig Vol. 1982,pp86−88,1982 ”Magne tostaticwave propa gation within obli quely magnetized Y IG films”Yakuro Ko ike IEEE Trans Magn V ol.32 No.5 pp.4177−4179 1996 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01P 3/00 H01P 9/00 H01P 1/215 JOIS

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体基板上に形成した磁性膜にマイクロ
    波信号と外部磁界を印加したときに、該磁性膜で発生し
    且つ該磁性膜中を伝播する静磁波を出力として利用する
    静磁波デバイスであって、 該磁性膜に対する外部磁界印加方向の該磁性膜法線に対
    する角度φを、所要周波数をF,磁気回転比をγ,磁性膜
    に外部磁界を付与した時に該磁性膜内に発生生する内部
    磁界の大きさをHi,該内部磁界の方向と該磁性膜法線が
    なす角度をθ,磁性膜の飽和磁化量をMs,外部磁界の大
    きさをHb,としたとき、 F=γ{Hi(Hi+4π Ms sin2θ}1/2 Hi sinθ=Hb sinφ (Hi+4π Ms)cosθ=Hb cosφ をそれぞれ満足し、且つ所要周波数Fと飽和磁化量Msの
    間の関係が、 ∂F/∂Ms=0 を満足するように構成してなることを特徴とした静磁波
    デバイス。
JP63319183A 1988-12-16 1988-12-16 静磁波デバイス Expired - Lifetime JP2819576B2 (ja)

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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE MTT−S Int Microw Symp Dig Vol.1982,pp86−88,1982 "Magnetostaticwave propagation within obliquely magnetized YIG films"Yakuro Koike
IEEE Trans Magn Vol.32 No.5 pp.4177−4179 1996

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