JP2909363B2 - 静磁波マイクロ波装置 - Google Patents

静磁波マイクロ波装置

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2/00Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00
    • H03H2/001Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00 comprising magnetostatic wave network elements

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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具備する静磁
波マイクロ波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、GGG(ガドリニウム・ガリウム
・ガ−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−ネット)薄膜を液
相エピタキシャル成長(以下LPEという)させたYI
G薄膜をフォトリソグラフィー技術による選択エッチン
グや機械加工により円形あるいは矩型等の所要形状に加
工し、これらのフェリ磁性共鳴を利用することによっ
て、フィルタ、オシレータ等の静磁波マイクロ波装置を
構成するものが提案されている。これらの静磁波マイク
ロ波装置は、マイクロストリップライン等を伝送線路と
してマイクロ波集積回路を作製することが可能であり、
他のマイクロ波集積回路とハイブリッド接続を容易に行
うことができるという利点がある。また、YIG薄膜の
フェリ磁性共鳴による静磁波素子は、上述のようにLP
Eと加工技術によって作製できることから、これまでの
YIG球を用いたものに比較し量産性に優れているとい
う実用上の利点を有する。ところが、このようなYIG
薄膜のフェリ磁性共鳴を利用した静磁波マイクロ波装置
は、YIG薄膜の幾何学的な形状によりその性能が大き
く左右される。特に、大きなインピ−ダンスを得ようと
すると、大きな面積や膜厚の厚いYIG薄膜が必要とな
る。これはマイクロ波回路の小型化だけでなく、高いQ
値のフェリ磁性共鳴を維持しようとする場合、設計上大
きな問題となる。本来、静磁波マイクロ波装置は、図1
5に示すように、入力端子からdだけ離れた部分に集中
定数型のLCの並列共振器の静磁波素子1が接続されて
いるのが理想的な等価回路である。しかし、大きなイン
ピ−ダンス変化を得るためLを大きくしてゆく従来技術
の方法では、Lの長さが波長に対して無視できなくな
り、図16のように、Lの間に無数のLC共振器が分布
接続されている等価回路となる。このことは位相の異な
るマイクロ波で励起された複数の共振器を同時に観測し
たことに相当し、静磁波共振素子の本来の高Q値を外部
に取り出すことができないという欠点につながる。ま
た、逆に高いQ値を得ようとして、L、W、tを同時に
小さくしてゆくと、Q値は改善されるが、全体のマイク
ロ波エネルギ−に対する静磁波素子の担うエネルギ−分
が低下し、好ましくない。すなわち、電気回路的には、
共振時のインピ−ダンス変化が著しく低下することに相
当する。図12は、従来技術による矩型状のYIG膜を
用いた静磁波マイクロ波装置の構造図である。矩型状の
薄板静磁波素子1が、終端短絡のマイクロストリップラ
イン2と地導体3の間に装架されている。フェリ磁性共
鳴を生じさせるために外部磁界Hextが薄板の平面に垂
直に印加されている。従来技術では、矩型の2辺L、D
の大小関係はほとんど同じであり、正方形に近いものが
ほとんどであった。これまでの構成では、マイクロスト
リップラインの入力側から見た共振時のインピ−ダンス
変化を大きくしようとすると、静磁波素子1の寸法L、
D、tを同時に大きくしてゆく方法が取られてきた。図
13は、従来技術による円形状の薄板静磁波素子1'を
用いた静磁波マイクロ波装置の構造図である。本構成に
おいても、前述の関係は変わらない。すなわち、大きい
共振時のインピ−ダンス変化を得ようとして外径Dと厚
みtを大きくすると、静磁波素子のQ値は低下し、高い
Qを得ようとしてDとtを小さくすると、共振時のイン
ピ−ダンス変化が低下する。図14は、従来技術による
電極指構造を有する薄板静磁波素子1"を用いた静磁波
マイクロ波装置の構造図である。本構成においても、前
述の関係は変わらない。すなわち、大きい共振時のイン
ピ−ダンス変化を得ようとしてLと厚みtを大きくする
と、静磁波素子のQ値は低下し、高いQ値を得ようとし
てLとtを小さくすると、共振時のインピ−ダンス変化
が低下する。以下図面を用いて本発明の背景となる考え
方について述べる。図17は短絡部に静磁波素子1が装
架された右端短絡のマイクロストリップラインを模式的
に示す。縦の線で塗りつぶした波形はマイクロ波電流I
の定在波を示す。静磁波素子1が装架されている短絡部
で電流Iが最も大きくなる。このような状態で静磁波素
子1の共振時のインピ−ダンス変化を大きくしようとす
ると図18の方法が考えられる。すなわち、静磁波素子
1の形状をマイクロ波の伝搬方向に平行の伸ばす方法で
ある。この方法の欠点はすでに図15の説明のときに述
べた。もう一つの方法は、図19のように、静磁波素子
1の板厚を厚くしてゆくことが考えられる。しかし、こ
の場合は、静磁波素子1の形状が理想的な偏平回転楕円
体の形から離れてゆくので、共振特性のQ値が著しく低
下し好ましくない。さらに、図20のように、静磁波素
子の幅を広くし、長辺をマイクロ波の伝搬方向と垂直に
する方法が考えられる。しかし、幅が広くなることで、
静磁波素子1の多くの部分がマイクロストリップライン
の中心から離れることから、マイクロ波と静磁波素子の
結合が必ずしも良好でないという欠点を有していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
技術の問題点に鑑みなされたものであり、高Q値を維持
しつつ共振時の大きなインピ−ダンス変化の実現が可能
な静磁波マイクロ波装置を提供することを目的とするも
のである。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明の静磁波マイク
ロ波装置は、薄板状静磁波素子、前記静磁波素子の上に
設けられた導体、前記導体は接地導体に接続される短絡
部、前記静磁波素子に接合する接合部、マイクロ波電力
が供給される入力部よりなり、前記導体の各部分はマイ
クロ波の進行方向に対して垂直方向の幅を有し、前記接
合部及び前記短絡部の幅が、前記入力部の幅より広いこ
とを特徴としている。さらに、前記薄板状静磁波素子の
平面形状が細長い形状であり、その長手方向がマイクロ
波の進行方向に対して垂直であることを特徴としてい
る。
【0005】
【作用】上記構成の考え方を、図21により説明する。
すなわち従来技術である図20の欠点を補うため、静磁
波素子1の上の導体の接合部2bの幅がマイクロストリ
ップラインの幅よりかなり広くとられている。また導体
の短絡部2cも広くとられている。このような構成とす
ることにより、ストリップラインの中心部に集中してい
たマイクロ波電流の分布が広がり、静磁波素子1全体に
作用するようになる。この結果、マイクロ波の位相を大
きく変化させることなく、マイクロ波と静磁波素子1の
結合を強くできる。上記構成によれば、静磁波素子はマ
イクロ波回路上かなり広い周波数範囲で集中定数的素子
とみなすことができ、高Q値を維持しつつ共振時のイン
ピ−ダンス変化を大きくするための体積の大きな静磁波
素子を装架することができる。
【0006】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。図1は本発明の基本構成を説明する図で
ある。図中、1は長方形の薄板状静磁波素子であり、G
GG基板1aとYIG膜1bにより構成されている。L
はマイクロ波の進行方向の静磁波素子1の長さ、Wはそ
れと垂直方向の幅である。2は静磁波素子1の上に設け
られた導体であり、入力部2a、接合部2b、短絡部2
cよりなる。入力部2aの幅は幅Wi、短絡部2cの幅
はWoである。4aはマイクロ波の進行方向もしくは導
体2を流れるマイクロ波の電流方向を示す。3は地導
体、4bはマイクロ波の反射方向もしくは地導体を流れ
るマイクロ波電流の方向を示す。フェリ磁性共鳴を生じ
させるために、外部磁界Hextが静磁波素子1の平面に
垂直に印加されている。図に示すように、本発明の構成
では、図12の従来技術とは異なり、静磁波素子の上に
設けられた導体の形状は、接合部2bの幅Woの方が入
力部の幅Wiよりかなり広い。本実施例では、接合部の
幅Woと短絡部の幅は等しい。さらに、静磁波素子1の
平面形状は長方形であり、その長辺Wはマイクロ波電流
4aに対して垂直である。なお実施例の構成では、Wo
=Wとした。また、静磁波素子の長さLと導体の接合部
2bの長さLoは同じとした。このような、構成をとる
ことにより、静磁波素子1と接合部2bとの結合を強く
することが可能であるとともに、導体の接合部2bと地
導体3との間の静電容量により幾何学的な短絡部2cよ
りもさらに短い電気長でマイクロ波を地導体に導くこと
が可能となり、より集中定数型の等価回路に近づくと考
えられる。図2は本発明の他の実施例を示す図である。
本実施例が前記実施例と異なる点は、短絡部2cの幅W
o'が接合部2bの幅Woより狭く、ほぼ入力部の幅Wiと
等しい点である。このような構成をとることにより、多
少短絡部2cの幅が狭くとも、接合部2bの導体が地導
体3に対して大きな静電容量を有することから、電気的
な短絡部分を静磁波素子1の中心近傍に移動させること
ができ、全体としてより集中定数的な素子として見なす
ことができるようになる。図3本発明の他の実施例を示
す図である。静磁波素子1の方が電極の接合部2bより
大きい場合を示す。図4は本発明の他の実施例を示す図
である。静磁波素子1の方が電極の接合部2bより小さ
い場合を示す。図5は本発明の他の実施例を示す図であ
る。導体の接合部2bの形状が短絡部2cに近づくにつ
れて徐々に広がってゆく場合を示す。結果的に接地され
る部分の幅Wo'が接合部の幅Wo及び入力端の幅Wiより
広い。これらの場合も本発明の効果が充分生かされる。
図6は本発明の他の実施例を示す。接合部2bと短絡部
2cが二つに分岐している場合であり、全体としての幅
W1+W2が入力部2aの幅Wiより広ければ、本発明の
効果は充分に生かすことができる。図7は本発明の他の
実施例を示す。静磁波素子1の表面に、薄膜形成手段で
あるスパッタ、蒸着などで導体の接合部2bを全面に作
製した場合を示す。この接合部2bに入力部としてスト
リップライン10を接続し、短絡部2cとして接地導体
11を接続する。接合部2bの幅は静磁波共振子の幅W
と同じであり、接地入力部であるストリップライン10
の幅Wiより充分広い。また、短絡部の導体11の幅W
o'は入力部の幅Wiより広く構成されている。この場合
も本発明の効果は充分に生かされる。図8は本発明の他
の実施例を示す。前の実施例と同じように、静磁波素子
1の表面に、薄膜形成手段であるスパッタ、蒸着などで
導体接合部2bを作製した場合を示す。この部分に入力
部としてワイヤボンディングでワイヤ12aが、短絡部
としてワイヤ12bが接続されている。この場合、通
常、入力部のワイヤ12aの直径より接合部の面積が大
きい。また、短絡を完全にするためには、本数より短絡
部のワイヤ12bの本数を多くとれば、より有効であ
り、本発明の効果が充分に生かされる。また、この場
合、短絡部の接続がリボンボンディングのような幅の広
いリボン1本でなされても、本発明の効果は変わらな
い。図9は本発明の他の実施例の断面図を示す。短絡部
2cは直接地導体3に接続されるのではなく、隣接した
直流阻止用コンデンサー8を介して、マイクロ波的に接
地した場合である。5は前記コンデンサーに短絡部2c
を接続するための導体である。この場合も本発明の効果
は充分生かされる。図10は本発明の他の実施例を示
す。図9と類似しているが、面積の比較的大きな直流阻
止用コンデンサー8上に静磁波素子1をのせた場合を示
す。同じように、短絡部2cを導体5の上に接続する。
この場合も本発明の効果は充分生かされる。図11は、
本発明の他の実施例である。幅の広い接合部2bにスト
リップライン9が接続されて、他端が開放されている。
これは、幅の広い静磁波素子1の中心からストリップラ
イン9の開放端までの電気長が使用マイクロ波の波長λ
の1/4になるように設計されている。これにより、幅
の広い接合部2bの中心は、常に電気的には電流最大、
すなわち短絡状態と等価となる。この場合も本発明の効
果は充分生かされる。
【0007】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術に比較し、静
磁波素子の上に設けられた導体の接合部もしくは短絡部
の幅を入力部の幅より広くすることにより、静磁波素子
共振時のインピ−ダンス変化の低下をもたらすことな
く、高いQ値を有する高性能な静磁波マイクロ波装置を
提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す構造図である。
【図2】本発明の実施例を示す構造図である。
【図3】本発明の実施例を示す構造図である。
【図4】本発明の実施例を示す構造図である。
【図5】本発明の実施例を示す構造図である。
【図6】本発明の実施例を示す構造図である。
【図7】本発明の実施例を示す構造図である。
【図8】本発明の実施例を示す構造図である。
【図9】本発明の実施例を示す構造図である。
【図10】本発明の実施例を示す構造図である。
【図11】本発明の実施例を示す構造図である。
【図12】従来技術の実施例を示す構造図である。
【図13】従来技術の実施例を示す構造図である。
【図14】従来技術の実施例を示す構造図である。
【図15】静磁波マイクロ波装置の等価回路を示す図で
ある。
【図16】静磁波マイクロ波装置の等価回路を示す図で
ある。
【図17】従来技術の考え方を示す図である。
【図18】従来技術の考え方を示す図である。
【図19】従来技術の考え方を示す図である。
【図20】従来技術の考え方を示す図である。
【図21】本発明の考え方を示す図である。
【符号の説明】
1 薄板静磁波素子、2 導体、3 地導体、4 マイ
クロ波電流の方向、5導体、6 パッド、7 電極指、
8 直流阻止用コンデンサー、9 開放端、10 ストリ
ップライン、11 接地導体、12 ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−233822(JP,A) 特開 平3−162102(JP,A) 特開 昭61−65502(JP,A) 特開 平3−210802(JP,A) 特開 平3−13113(JP,A) 実開 平3−6321(JP,U) 実開 平2−10630(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01P 1/215 - 1/218

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄板状静磁波素子、前記静磁波素子の上
    に設けられた導体、前記導体は接地導体に接続される短
    絡部、前記静磁波素子に接合する接合部、マイクロ波電
    力が供給される入力部よりなり、前記導体の各部分はマ
    イクロ波の進行方向に対して垂直方向の幅を有する構成
    となっており、かつ、前記導体の接合部及び短絡部の
    が、前記導体の入力部の幅より広いことを特徴とする静
    磁波マイクロ波装置。
  2. 【請求項2】 薄板状静磁波素子、前記静磁波素子の上
    に設けられた導体、前記導体は接地導体に接続される短
    絡部、前記静磁波素子に接合する接合部、マイクロ波電
    力が供給される入力部よりなり、前記導体の各部分はマ
    イクロ波の進行方向に対して垂直方向の幅を有する構成
    となっており、前記薄板状静磁波素子の平面形状が細長
    い形状であり、その長手方向がマイクロ波の進行方向に
    対して垂直であり、かつ、前記導体の接合部の幅が、前
    記導体の入力部の幅より広いことを特徴とする静磁波マ
    イクロ波装置。
  3. 【請求項3】 静磁波素子の上に設けられた前記導体が
    密着形成されていることを特徴とする請求項1又は2に
    記載の静磁波マイクロ波装置。
  4. 【請求項4】 前記導体の短絡部が、直流阻止用コンデ
    ンサーを介して、接地されていることを特徴とする請求
    項1又は2に記載の静磁波マイクロ波装置。
  5. 【請求項5】 前記導体の短絡部が、4分の1波長の開
    放端により接地されていることを特徴とする請求項1又
    は2に記載の静磁波マイクロ波装置。
  6. 【請求項6】 前記薄板状静磁波素子がYIG(イット
    リウム・鉄・ガ−ネット)を主成分とするフェリ磁性薄
    膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の静磁
    波マイクロ波装置。
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