JP3272967B2 - 静磁波デバイスおよびこれを用いた電圧制御発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主にマイクロ波
帯、準マイクロ波帯での電圧制御発振器（ＶＣＯ：volt
ege contorol oscillator)等に用いられ、高周波磁界の
変化に応じて特定振動数の静磁波を発生する静磁波素子
を備えた静磁波デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静磁波デバイスは、図８に示すよ
うに、空隙４に磁界を生じさせる永久磁石２と磁界安定
用の高透磁率材の磁極３、および高透磁率材からなるヨ
ーク１とで磁気的に直列に接続され閉磁路を構成する磁
界発生器と空隙４中に配置される静磁波素子としての磁
性ガーネット膜５から構成されている。また、磁界可変
用のコイル６は前記ヨーク１に巻かれる。図９は図８の
等価回路で、Ａは磁界可変用コイル６から見た磁気的等
価回路で、Ｂは永久磁石２による固定磁界発生器として
の磁気的等価回路を示す。等価回路Ａでは永久磁石２を
空隙４と同等の磁気抵抗とみなすが、等価回路Ｂでは起
磁力とみなす。

【０００３】図１０に他の従来例を示す。このタイプの
静磁波デバイスは、磁性ガーネット膜５と磁性ガーネッ
ト膜５が配置される空隙４、およびこの空隙４に磁界を
印加する永久磁石２と磁界安定用の高透磁率材の磁極３
および高透磁率材からなるヨーク１とで磁気的に直列に
接続され閉磁路を構成する磁界発生器とからなり、磁界
可変用のコイル６は永久磁石２と磁極３の部位の周囲に
巻回されている。

【０００４】上記いずれの従来例も、永久磁石によっ
て、空隙４に固定磁界が印加され、この空隙４中に置か
れた磁性ガーネット膜５にマイクロストリップライン等
で形成されたアンテナ（図示せず）でマイクロ波を給電
すると静磁波が生じ、素子内を伝搬してその磁界強度に
応じた周波数で共鳴励振し、静磁波素子として機能させ
ることができる。そして、コイル６に電流を供給する
と、この電流量とコイル６の巻数に応じた可変磁界が空
隙４に印加され、前記固定磁界にこの可変磁界が加算さ
れる。従って、コイル６に通電する電流量を制御するこ
とにより、静磁波の共鳴周波数を、前記固定磁界強度に
対応する周波数から加算的に可変することができる。

【０００５】ここで、従来の磁気回路の構造上の欠点を
解析するため、磁界可変用コイル６が空隙４に発生させ
る磁界強度と構造的諸条件の関係式、および永久磁石２
が空隙４に発生させる磁界強度と構造的諸条件の関係式
をそれぞれ求めた。

【０００６】図８、図１０の磁気回路において、コイル
６による起磁力ＮＩは、ヨーク１の透磁率μｒが１より
十分大きくかつ永久磁石２のリコイル透磁率がほぼ１で
あるとすると、 ＮＩ＝Ｈgc（ｌg ＋２Ｌ） （１） と近似できる。ここで、Ｈgcはコイル６が空隙４に発生
させる可変磁界の強度で、ｌg は空隙４の距離、Ｌは永
久磁石２の１つの長さ（または厚み）である。従って、
所望可変磁界強度Ｈgcが与えられた場合には、式（１）
より、永久磁石２の長さＬや空隙４の距離は短い方が起
磁力ＮＩを小さくでき、コイルの巻数Ｎ、およびコイル
に流す電流Ｉを少なくすることができる。

【０００７】また、永久磁石２が所望の空隙長ｌg を有
する空隙４に、発生させる磁界強度Ｈｇは、 Ｈｇ＝２・Ｌ・Ｂｒ／ｌg ／（α・２・Ａｇ・μ0 ・Ｌ／Ａｍ／ｌg ＋Ｂｒ ／bＨc） （２） で近似される。従って、空隙４の磁界強度は、永久磁石
２の残留磁束密度Ｂｒと保磁力bＨcと長さＬと空隙長ｌ
g および空隙４と永久磁石２の断面積Ａｇ，Ａｍの各々
６つのパラメータを適当に選んで調整することになる。
ここで、αは漏洩係数で、空隙４および永久磁石２の断
面積Ａｇ，Ａｍとは、それぞれ図８、図１０における対
向する磁極３の対向面の面積であり、ヨーク１に接する
面の永久磁石２の面積である。

【０００８】ところで、現在のマイクロ波帯、準マイク
ロ波帯に使用されている誘電体共振器ベースのＶＣＯ
は、小型化されてはいるものの、無負荷のＱｕが小さい
ために、十分なＣＮ比を得ることが困難である。また、
広帯域でＣＮ比を悪化させずに周波数を可変することが
できない等の問題を生じていた。このため、マイクロ波
帯、準マイクロ波帯等でＱｕが大きく、しかも広い周波
数帯域で周波数可変が可能な静磁波素子を使用したＶＣ
Ｏが期待されている。

【０００９】しかし、静磁波タイプのＶＣＯには以下の
ような問題点があった。 （１） 従来の静磁波共振器の構成では、磁性ガーネッ
ト膜を主要構成要素とする静磁波素子と、発振回路の間
の距離をできるだけ短くするため、発振回路の一部と静
磁波素子を磁気回路の空隙４に配置していた。このた
め、空隙４の距離Ｉｇを短くすることが困難であった。 （２） 永久磁石２の長さＬをゼロにすることが構造上
できないため、上記（１）式より所望の可変磁界強度が
与えられた場合には、起磁力ＮＩを小さくできず、コイ
ルの巻数Ｎおよびコイルに流す電流を少なくすることが
できない訳である。このため、磁界可変用コイル６の体
積を小さくできず、静磁波デバイスの全体積を小さくす
ることができない。また、一般に永久磁石を極度に薄く
加工すると、磁力の低下や磁気特性の劣化をもたらすた
め、このように薄い永久磁石を用いることはできない。
従って、磁界可変用のコイル６が巻回されるヨーク１の
磁路中に永久磁石２が存在すると空隙４の実効透磁率が
低下し、所望の磁界強度を得るのに必要なコイルの巻数
Ｎ、駆動電流Ｉを小さくすることができない。 （３） 磁界可変用のコイル６の体積を小さくして静磁
波デバイスの全体積を小さくし、静磁波デバイス全体を
小さくするためには図８、図１０のいずれの構造の磁気
回路の場合も、その構造的な制約を考慮して永久磁石２
の断面積を磁極３の断面積に等しくするかそれよりも小
さくすることが望ましい。そこで、所望の磁界強度の静
磁波デバイス全体の体積を小さくするという条件で磁気
回路を設計する場合、永久磁石２の長さＬは磁界可変用
コイル６の最小化によってできるだけ短くなるように決
定される。このため、設計パラメータは品種の限られた
永久磁石２の選択と、上限のある永久磁石２の断面積、
および磁性ガーネット膜のチップサイズにより下限が制
約される空隙の断面積のみとなり、設計の自由度が少な
くなる。なお、磁性ガーネット膜に印加される磁界はで
きるだけ均一であることが望ましいので、空隙の断面積
は磁性ガーネット膜が空隙中に収まるよう十分大きくな
ければならない。 （４） さらに、携帯電話の急速な発展と共に、通信方
式の異なる回線が乱立するようになってきた現在におい
ては、次世代の携帯電話として新たな機能の追加が求め
られるようになってきた。すなわち、２つ以上の離れた
周波数帯域で発振するＶＣＯを使って通信方式の異なる
電話回線に接続可能な機能が求められるようになってき
た。しかしながら、図８、図１０の構造の静磁波発振器
では、２つ以上の離れた周波数で同時に発振させること
はできなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小型
かつ低消費電力な静磁波デバイスを提供することであ
る。

【００１１】また、他の目的は２つ以上の離れた周波数
で同時に動作可能な静磁波デバイスを提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記の
（１）ないし（７）の構成によって達成される。 （１）静磁波を励振、伝搬させる静磁波素子と、この静
磁波素子に対し磁界を印加する磁界発生器とを有し、
前記磁界発生器は前記静磁波素子を少なくとも１つは配
置が可能な複数の空隙を有し、かつ前記複数の空隙の何
れかを介した複数の磁路を形成する一対のヨークと、こ
のヨークに接続され前記各空隙に前記磁路の何れかを介
して固定磁界を与える永久磁石と、前記空隙に前記磁路
の何れかを介して可変磁界を与えるコイルとを備え、
前記ヨークの複数の磁路の少なくとも１つには空隙とヨ
ークのみを通る磁路が形成され、前記コイルは前記各空
隙を介して形成される複数の磁路であってヨークと空隙
のみからなる磁路とヨークと空隙および永久磁石からな
る磁路とを形成する位置に巻回され、かつ前記各空隙の
間隔が異なる静磁波デバイス。 （２）前記ヨークは各空隙を介して対向する複数の磁極
と前記空隙に固定磁界を与えるための永久磁石とを磁気
的に接続する基部とを備え、前記空隙は少なくとも１つ
の静磁波素子を配置する主空隙と１つの補助空隙とを有
し、コイルを前記補助空隙を形成する磁極に巻回した上
記（１）の静磁波デバイス。 （３）前記静磁波素子を配置する主空隙が２つ以上であ
る上記（２）の静磁波デバイス。 （４）前記ヨークは各空隙を介して対向する複数の磁極
と前記空隙に固定磁界を与えるための永久磁石とを磁気
的に接続する基部とを備え、コイルを前記空隙と前記ヨ
ークのみからなる磁路が形成される基部の位置に巻回し
た上記（１）の静磁波デバイス。 （５）前記ヨークは板状の基部と、この基部から突出し
た複数の磁極を有する上記（２）〜（４）のいずれかの
静磁波デバイス。 （６）前記ヨークは透磁率μ＝５０００以上の磁性材で
ある上記（１）〜（５）いずれかの静磁波デバイス。 （７）上記（１）〜（６）の静磁波デバイスを用いたマ
イクロ波あるいは準マイクロ波帯の電圧制御発振器

【００１３】

【作用】図１０のように上下に可変磁界用コイルが巻回
されている場合には、コイルによる起磁力ＮＩをできる
だけ小さくする目的で、空隙４を静磁波素子のみが配置
できる程にまで狭くし、かつ磁気回路の高さ抑圧のため
に対向する上下一組の可変磁界用コイルの間隔を狭めた
場合、この静磁波素子に接近させて周辺回路基板を配置
しようとすると、可変磁界用コイルに当接してしまう。
このため、本発明の磁気回路のように磁性ガーネット膜
からなる静磁波素子を、可変磁界用コイルで覆われてい
ない空隙に配置すれば、発振回路等の周辺回路基板を静
磁波素子に近接し、かつ空隙の外部に配置できるので、
空隙の距離ｌg を短くすることができる。

【００１４】従って、静磁波素子の配置される空隙の磁
気抵抗を小さく抑えることができる。また、コイルは永
久磁石を通る磁路と、それを通らないで空隙に至る磁路
との両者を形成する位置に巻かれるので、永久磁石が空
隙と可変磁界用コイルの磁路外部に配置されることとな
り、しかも永久磁石の長さＬ≫空隙の距離ｌg とすれ
ば、可変磁界用コイルが発生する磁束の殆どが永久磁石
を通らない磁路を通ることになるので、永久磁石の長さ
Ｌを無視することができる。すなわち、上記（１）式に
おいて、Ｌ＝０と置けるので、磁路の磁気抵抗を小さく
抑え、磁界可変用のコイルの巻数や駆動電流を小さくで
き、結果的にコイルの形状が小さくなり、磁気回路全体
としても小型化できる。また、永久磁石は空隙とコイル
との磁路の外部に置かれるので薄型化する。

【００１５】また、可変磁界用コイルを補助空隙を形成
する一対の磁極部分に巻回することにより、静磁波デバ
イスの厚みを薄くすることができる。したがって、厚み
の制限される機器にも用いることができるようになる。

【００１６】また、可変磁界用コイルを永久磁石を通ら
ない磁路で、なおかつヨークの磁極以外の部分、つまり
連結部に巻回することにより、静磁波デバイスの幅を小
さくすることができる。したがって、装荷面積の制限さ
れる機器にも用いることができるようになると共に、磁
極にコイルを巻回しないため、使用できる磁極の数が１
つ増え、結果として磁極数を１つ少なくすることができ
る。

【００１７】永久磁石と磁極とが分離されるため、磁極
の形状に左右されることなく、空隙の距離≪永久磁石の
長さ（厚み）の条件下で、永久磁石に種々の形状のもの
を用いることが可能となり、設計の自由度が増す。

【００１８】空隙を介して対向する磁極を複数設け、２
つ以上の空隙に静磁波素子を載置し、かつ各々の空隙の
距離を異なるようにすれば、各々の空隙における磁界強
度が異なり、各静磁波素子は異なる磁界強度に応じたそ
れぞれの周波数で共鳴励振することになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の具体的な構成につ
いて詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施形態である静磁波デ
バイスの外観図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面矢視
図である。この例では、断面形状Ｅ型のヨーク１ａ，１
ｂを対向させて配置し、一対の２つの磁極７ａ，７ｂ、
８ａ，８ｂによって形成される空隙長Ｉg0，Ｉg1の２つ
の空隙４ａ，４ｂを主空隙とし、そこに各静磁波素子５
ａ，５ｂを配置する（図１では省略、図２では５ａのみ
図示）。なお、この例では主空隙４ａ，４ｂを２つ設け
たが、２つの離れた周波数帯域での発振を行う必要がな
ければ主空隙は１つにしても良く、さらには所望の発振
周波数が３以上であれば、３以上の主空隙を設けるよう
にしても良い。

【００２１】この断面Ｅ型のヨーク１ａ，１ｂは、ほぼ
鏡面対称の形状であり、板状の基部１７ａ，１７ｂと、
その一端側にあって対向面側に突出したほぼ円筒状の前
記２つの磁極７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂを有する。この磁
極は円筒状でなくとも良く、断面が楕円や、四角状でも
良い。

【００２２】また、中央部には対向面側に突出したほぼ
楕円形の一対の磁極１４ａ，１４ｂが有る。楕円とした
のはコイルをヨーク内に収納するためであり、円筒状の
ものでも良く、場合によっては角棒状でも良い。この磁
極１４ａ，１４ｂの間隔である補助空隙１３の間隔Ｉgs
を調整することにより主空隙４ａ，４ｂに対して永久磁
石２やコイル６の発生する磁界を有効に印加できる。さ
らに他端側には永久磁石２を配置するため、その形状に
合わせて突出した接続部１０ａ，１０ｂが設けられてい
る。なお、接続部１０ａ，１０ｂは必ずしも突出してい
る必要はなく、基部１７ａ，１７ｂと同一面であっても
良いし、逆に凹んでいても良く、使用する永久磁石の形
状に合わせて決めればよい。

【００２３】なお、各部のサイズは、ヨーク１ａ，１ｂ
が図面上横方向の長さが３mm〜２０mm、幅が２mm〜２０
mm、厚さが０．５mm〜３．０mmであり、磁極７ａ，７
ｂ、８ａ，８ｂの断面積が１mm² 〜２０mm² であり、磁
極１４ａ，１４ｂの断面積は１mm² 〜２０mm² であり、
接続部１０ａ，１０ｂの断面積＞接続部１０ａ，１０ｂ
に面する永久磁石の面積であり、永久磁石の面積は１mm
² 〜３０mm² 、高さは０．１mm〜１５mmであり、コイル
の内径短軸は１mm〜５．０mm、外径短軸は１mm〜２０m
m、厚みは０．５mm〜１４mm程度である。また、主空隙
の間隔は０．１２mm〜０．５mm、補助空隙の間隔は０．
０１mm〜０．５mmまでである。

【００２４】中央部の磁極１４ａ，１４ｂにより形成さ
れる空隙１３は、この例では補助空隙とし、その空隙長
Ｉgsを任意に調整して、主空隙４ａ，４ｂに所望の直流
バイアス磁界を生じさせる。ここで、２つの主空隙４
ａ，４ｂの空隙長Ｉg0，Ｉg1が異なったものであるた
め、２つの主空隙４ａ，４ｂには異なる強度の磁界が発
生する。これにより、２つの主空隙４ａ，４ｂに静磁波
素子５ａ，５ｂを配置すると、１つの磁気回路中に共鳴
周波数の異なる２つの静磁波デバイス（共振器等）が形
成できる。なお、前記したように２つ以上の離れた周波
数での発振はできないが、主空隙を１つにしても上記と
ほぼ同様の寸法関係が成立し、静磁波デバイスの薄型
化、小型化には貢献できる。さらに主空隙を３つ以上設
けることも可能である。

【００２５】また、他端側の接続部１０ａ，１０ｂには
固定磁界発生源である長さＬの永久磁石２が配置され
る。そして磁界可変用のコイル６を中央部の補助磁極１
４ａ，１４ｂに巻回する。このコイルは一般に導体であ
る銅線を用いるが、例えば銀等の他の導体を用いても良
く、その巻数と導体断面積は必要に応じて適宜決定され
る。

【００２６】ここで、ヨーク１ａ，１ｂの材質として、
透磁率μ＝５０００以上のものが好ましく、特にμ＝１
００００以上のものが好ましい。動作点としては、通常
Ｂｍの７０％程度で使用する。透磁率μ＝５０００未満
だとヨーク内部の各空隙と永久磁石あるいはコイル間の
磁気抵抗の影響が無視できなくなる。具体的磁性材とし
ては純鉄、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの高透磁率で、かつ
高飽和磁束密度の軟磁性体が好ましい。

【００２７】永久磁石としては、例えばＳｍ−Ｃｏ、フ
ェライト、アルニコ、Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ等を用いることが
できる。この永久磁石は保持力bＨc＝約２（KOe ）〜１
０（KOe ）の範囲のものが好ましく、残留磁束密度Ｂｒ
＝約２KGauss〜約１０KGaussの範囲のものが好ましい。

【００２８】また、静磁波素子としては、例えば特開平
３−１０１１０４号公報、特開平６−１２０７１０号公
報等に記載されている。具体的には、ガドリニウム−ガ
リウム−ガーネット（ＧＧＧ）基板上に（ＹＢｉ）₃
（ＦｅＧａ）₅ Ｏ₁₂で示される飽和磁化２５０Gauss 〜
１７５０Gauss のＹＩＧの磁性薄膜をエピタキシャル成
長さる。このＹＩＧ薄膜上にアルミニウム等により所定
モードの定在波が生じるようにストリップラインを形成
し、これに入出力端子、必要により終端アースラインを
接続するものである。この様にして形成された静磁波素
子の、ＧＧＧ基板は好ましくは５０〜２００μm 、ＹＩ
Ｇ薄膜の厚さは好ましくは１０〜５０μm、ストリップ
ラインの厚さは好ましくは５μm 〜１０μm 、従って全
体の厚みは２６０μm 以下が好ましい。

【００２９】この様な構造とすることにより、コイル６
が発生する磁束を効率よくヨーク中に閉じこめることが
できる。また、主空隙４ａ，４ｂの長さＩg0，Ｉg1を永
久磁石２の長さＬよりも小さくすることができるので、
コイルが発生する磁束は主に、空隙４ａ、４ｂ〜ヨーク
１ａの基部１７ａ〜空隙１３〜ヨーク１ｂの基部１７ｂ
という第１の磁路１１を通る。この磁路においては、図
６、図８の従来の主空隙４〜磁極３〜永久磁石２〜ヨー
ク１〜永久磁石２〜磁極３〜主空隙４を通る磁路よりも
永久磁石２に相当する部分が無いだけ実効透磁率が大き
くなる。なお、コイルが発生する磁束は永久磁石２〜ヨ
ーク１ａの基部１７ａ〜空隙１３〜ヨーク１ｂの基部１
７ｂという第２の磁路１２も僅かに通ることになる。こ
の場合には前述のように永久磁石２の長さＬに相当する
磁気的抵抗の影響を受けることになるが、この磁路内の
空隙１３には、静磁波素子を配置しないため問題にはな
らない。。主空隙４ａ，４ｂの空隙長Ｉg0，Ｉg1は、５
００μm 以下とすることが可能である。また、各空隙４
ａ，４ｂ、１３の空隙幅は、例えば非磁性材料によるス
ペーサ等を用いて調整、固定する。

【００３０】従って、コイル６は少ない巻数と電流で、
効率よく必要な可変磁界を発生させることができる。こ
のとき、永久磁石２によって生じる磁束は、例えば、Ｉ
gs＜Ｉg0、Ｉg1とすると主に空隙１３を通過するが、空
隙４ａ，４ｂに所望の磁界強度を生じさせるためには、
永久磁石２の長さＬと断面積の自由度が大きいという利
点を生かして、永久磁石２の残留磁束密度と長さＬと断
面積を適当に選べば良い。この構成の静磁波デバイスは
高さを抑えることができるので、小型通信機への応用も
可能である。こうして上記のように２つ以上の主空隙を
設けることにより、共振周波数の異なる２つ以上の静磁
波共振器が形成できるので、例えば切り換えスイッチを
併用することにより、同時に７００MHz 帯域と１．６GH
z 帯域の２つ以上のチャンネル周波数で送受信が可能な
ＶＣＯへ応用できる。

【００３１】図３は本発明の他の実施形態である静磁波
デバイスの断面図である。

【００３２】断面形状コ型（またはＦ型）の高透磁率材
からなるヨーク１ａ，１ｂを対向させて配置し、このヨ
ーク１ａ，１ｂの一端側の対向する磁極７ａ、７ｂにて
形成される空隙長Ｉg1の空隙４を一方の主空隙とし、そ
こに静磁波素子５ａを載置する。また、ヨーク１ａ，１
ｂの他端側の対向する磁極１４ａ，１４ｂにて形成され
る空隙１３’も同様他方の主空隙とし、静磁波素子５ｃ
を配置する。ここで、一方の主空隙４の空隙長Ｉg1と他
方の主空隙１３’の空隙長Ｉg0が異なったものとすれ
ば、２つの主空隙４，１３’には異なる強度の磁界が発
生する。これにより、２つの主空隙４，１３’に静磁波
素子５ａ，５ｃを配置すると、１つの磁気回路中に共鳴
周波数の異なる２つの静磁波共振器が形成できる。さら
に、上記図１のように、例えばヨーク１ａ，１ｂの主空
隙を形成する磁極を、場合によっては磁極７ａ，７ｂの
図面上で裏側の位置に別に磁極８ａ，８ｂを設ける等、
磁極対を複数設け、その空隙長を異なったものとするこ
ともできる。

【００３３】この断面コ型のヨーク１ａ，１ｂは、ほぼ
鏡面対称の形状であり、板状の基部１７ａ，１７ｂと、
その一端側にあって対向面側に突出したほぼ円筒状の前
記の磁極７ａ，７ｂ、を有する。この磁極は円筒状でな
くとも良く、断面が楕円や、四角状でも良い。

【００３４】また、他端側には対向面側に突出したほぼ
円筒状の磁極１４ａ，１４ｂを有する。この磁極も円筒
状でなくとも良く、断面が楕円や、四角状でも良い。

【００３５】さらに、他端側には永久磁石２を配置する
ための接続部１５ａ，１５ｂが有る。この接続部１５
ａ，１５ｂには磁界発生源である長さＬの永久磁石２
ａ，２ｂの一端が、それぞれ接続されると共に、この永
久磁石２ａ，２ｂの他端側は高透磁率材１ｃの接続部１
６ａ，１６ｂを介してそれぞれ接続されている。なお、
接続部１５ａ，１５ｂは必ずしも突出している必要はな
く、磁極１４ａ，１４ｂと同一面であっても良いし、逆
に凹んでいても良く、使用する永久磁石の形状に合わせ
て決めればよい。

【００３６】そして、磁界可変用コイル６を磁極以外の
ヨーク、すなわち基部１７ａ，１７ｂに巻回する。この
ため、基部１７ａ，１７ｂの形状を断面円形や楕円形と
しても良い。

【００３７】なお、各部のサイズは、ヨーク１ａ，１ｂ
が図面上横方向の長さが３mm〜２０mm、幅が２mm〜２０
mm、厚さが０．５mm〜３．０mmであり、磁極７ａ，７
ｂ、８ａ，８ｂの断面積が１mm² 〜２０mm² であり、磁
極１４ａ，１４ｂの断面積は１mm² 〜２０mm² であり、
接続部１５ａ，１５ｂの断面積＞接続部１５ａ，１５ｂ
に面する永久磁石の面積であり、永久磁石の面積は１mm
² 〜３０mm² 、高さは０．１mm〜７．５mmであり、コイ
ルの内径長軸は１．２mm〜１５mm、外径長軸は１．２mm
〜２０mm、厚みは０．５mm〜１７mm程度である。また、
主空隙の間隔は０．１２mm〜０．５mm、補助空隙の間隔
は０．０１mm〜０．５mmまでである。

【００３８】また、その他のヨーク、永久磁石、コイ
ル、静磁波素子の材質等に関しては上記図１の磁気回路
の場合と同様である。

【００３９】この様な構造とすることにより、コイルが
発生する磁束を効率よく、ヨーク中に閉じこめることが
できる。この磁路においては、図８、図１０の従来の主
空隙４〜磁極３〜永久磁石２〜ヨーク１〜永久磁石２〜
磁極３〜主空隙４を通る磁路よりも永久磁石２に相当す
る部分が無いだけ実効透磁率が大きくなる。なお、コイ
ルが発生する磁束は永久磁石２ａ〜高透磁率材１ｃ永久
磁石２ｂ〜ヨーク１ａ〜空隙１３’〜ヨーク１ｂという
第２の磁路１２も通ることになるが、この場合には２つ
の永久磁石２ａ，２ｂの長さ２Ｌに相当する磁気的抵抗
の影響を受けることになる。また、コ型ヨーク端部の主
空隙４の空隙長ｌg1および他の主空隙長１３’の空隙長
ｌg0を永久磁石の長さＬの２倍よりも小さくすることが
できるので、コイルが発生する磁束は主に、主空隙４〜
ヨーク１ａの基部１７ａ〜他の主空隙１３’〜ヨーク１
ｂの基部１７ｂという磁路１１を通る。通常、主空隙長
ｌg0、ｌg1は静磁波素子である磁性ガーネット膜の厚み
＋磁性ガーネット膜の基板ＧＧＧの厚み程度にまで狭く
することができ、５００μm 以下の狭い空間とすること
ができる。また、各空隙４、１３’の空隙幅は、例えば
非磁性材料によるスペーサ等を用いて調整する。

【００４０】この磁気回路では、従来の主空隙４〜磁極
３〜永久磁石２〜ヨーク１〜永久磁石２〜磁極３〜主空
隙４を通る磁路よりも、永久磁石２に相当する部分が無
いだけ磁路１１中の全空隙長を短くできるので、実効透
磁率が大きくなる。従って、コイル６は少ない巻数と電
流で、効率よく必要な可変磁界を発生させることができ
る。この構成の静磁波デバイスは取付面積が少なくでき
るので、小型通信機への応用も可能である。

【００４１】上記のような静磁波デバイスは、ＶＣＯに
限定されるものではなく、またその実施形態も、請求項
の記載範囲内において種々の変形、変更等が可能であ
り、他の静磁波応用機器、例えば静磁波フィルタ、静磁
波遅延線あるいは条件により静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに
応用可能である。なお、Ｓ／Ｎエンハンサでは、膜の幅
方向に磁界を印加するので、空隙を狭くすることはでき
ないが、本発明を適用することにより、同一磁気回路中
に動作周波数の異なるＳ／Ｎエンハンサを構成できる。
この場合の動作周波数としては２５０MHz 〜３０００MH
z である。

【００４２】

【実施例】次に本発明のより具体的な実施例について説
明する。

【００４３】＜実施例１＞図４に示すような構成の静磁
波デバイスを製作し、各空隙の磁束密度をコンピュータ
によるシュミレーションにて求め、主空隙４ａ，４ｂに
静磁波素子を配置して発振周波数を測定した。ここで、
図４（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面矢視図、
（ｃ）は左側面図である。また、各部の寸法は表１に示
す通りである。なお、コイルが楕円に巻回されているの
は、コイルを効率よくヨーク内に納めるためである。

【００４４】

【表１】

【００４５】使用した永久磁石はＳｍ−Ｃｏ系で、残留
磁束密度と保持力はそれぞれＢｒ＝３５００Gauss 、b
Ｈc＝２８００（Oe）である。また、静磁波素子２０に
は図５に示すようなものを用いた。すなわち、厚さ１０
０μm のガドリニウム−ガリウム−ガーネット（ＧＧ
Ｇ）基板２１上に（ＹＢｉ）₃ （ＦｅＧａ）₅ Ｏ₁₂で示
される飽和磁化７００Gauss のＹＩＧの磁性薄膜２２を
膜厚１０μm にエピタキシャル成長させて得、このＹＩ
Ｇ薄膜２２上に銅により所定モードの定在波が生じるよ
うにＵ字状のストリップライン２３を蒸着およびフォト
リソグラフィ技術により形成し、これに入出力端子２４
を設けると共に、マイクロ波磁界最大位置で静磁波を効
率よく励振できるように終端アースライン２５を接続し
た。これにより、１波長の定在波が生じるようになる。

【００４６】上記のような静磁波素子２０を図４の磁気
回路の主空隙４ａ，４ｂ中に配置し、公知の増幅回路等
を組み込んだ基板と接続してＶＣＯとし、発振させた。
このときのＶＣＯの大きさは、静磁波デバイスを組み込
んだ状態で、１７mm×１０mm×３mmであった。また、各
空隙からの漏れ磁束を、シュミレーションにより、永久
磁石、コイルそれぞれについての漏洩係数として求め
た。これを、上記の磁気回路における磁束密度の計算に
適用し、各空隙の磁束密度を求めたところ 主空隙４ａの磁界強度 ＝８５０（Oe） 主空隙４ｂの磁界強度 ＝１０３５（Oe） 補助空隙１３の磁界強度 ＝２９７０（Oe）であり、 発振周波数（４ａ） ＝８１０MHz 発振周波数（４ｂ） ＝１３３０MHz であった。

【００４７】なお、 主空隙４ａにおけるコイルによる可変磁界強度 ＝２１（Oe） 主空隙４ｂにおけるコイルによる可変磁界強度 ＝２５（Oe） であった。この例では空隙４ａにおいては８１０MHz 、
空隙４ｂにおいては１３３０MHz での発振試験であった
が、静磁波素子の空隙４ｂでの発振周波数：磁界強度試
験では、図６に示すように磁界強度１０４９（Oe）で１
３６０MHz 、磁界強度１０６１（Oe）で１３９０MHz で
発振した。また、磁界強度は、上述のように永久磁石の
大きさ、材質あるいは空隙の距離により調整できる。

【００４８】なお、上記試験では、コイルに流す電流を
０〜約５mA、可変磁界を０〜約２５０（Oe）変化させて
測定した。この静磁波デバイスにおける磁気回路の消費
電力を従来の静磁波デバイスのもの（1989年電子情報通
信学会秋季全国大会SC-9-6「ブレーナ型静磁波共振子を
用いた５GHz 帯局部発振器」）と比較した結果を表２に
示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】＜実施例２＞上記実施例１とは別に大容量
磁化器を用意し、この磁化器の空隙中に実施例１の静磁
波素子を設置して発振器を接続して発振周波数：磁界強
度試験を行った。空隙中の固定磁界強度は１０３５（O
e）と計算され、可変磁界強度は０〜２５０（Oe）変化
させた。このときの発振周波数は、１３３０MHz 〜１５
３０MHz まで約２００MHz の広帯域にわたって印加磁界
強度に比例した発振を行うことが確認された。その結果
を図７に示す。

【００５１】以上のように本発明の静磁波デバイスは小
型、低消費電力で２つ以上の離れた周波数で発振可能な
ＶＣＯに応用可能であるが、その他に、静磁波フィル
タ、静磁波遅延線、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ等にも応用
可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、 （１） 小型かつ低消費電力の静磁波デバイスが提供で
きる。

【００５３】（２） 永久磁石に種々の形状のものが使
用できる等、設計の自由度が増大する。

【００５４】（３） ２つ以上の離れた周波数帯域で独
立の信号を同時に処理でき、ＶＣＯに適用した場合２つ
以上の離れた周波数帯域で発振可能なＶＣＯが実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である静磁波デバイスの外
観斜視図である

【図２】図１の静磁波デバイスのＡ−Ａ’断面矢視図で
ある

【図３】本発明の他の実施形態である静磁波デバイスの
断面図である

【図４】本発明の実施例である静磁波デバイスの構造を
示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面矢
視図、（ｃ）は左側面図である。

【図５】静磁波素子の一例を示した外観図である。

【図６】図４の静磁波デバイスにおける発振周波数：磁
界強度試験の結果を示したグラフである。

【図７】大容量の磁化器を用いた発振周波数：磁界強度
試験の結果を示したグラフである。

【図８】従来の静磁波デバイスの一例を示した正面図で
ある。

【図９】図８の磁気回路の等価回路を示した図で、Ａは
磁界可変用コイル６から見た磁気的等価回路、Ｂは永久
磁石２による固定磁界発生器としての磁気的等価回路で
ある。

【図１０】従来の静磁波デバイスの一例を示した正面図
である。

【符号の説明】

１、１ａ，１ｂ ヨーク １ｃ 高透磁率材 ２、２ａ，２ｂ 永久磁石 ３ 磁極 ４ 空隙 ４ａ，４ｂ、１３’ 主空隙 ５、５ａ，５ｃ 静磁波素子 ６ コイル ７ａ，７ｂ 磁極（主空隙前） ８ａ，８ｂ 磁極（主空隙奥） １０ａ、１０ｂ 接続部 １１ 磁路（永久磁石を含まず） １２ 磁路（永久磁石を含む） １３ 補助空隙 １４ａ，１４ｂ 磁極 １５ａ、１５ｂ 接続部 １６ａ、１６ｂ 接続部（高透磁率材） １７ａ，１７ｂ 基部 ２０ 静磁波素子 ２１ ＧＧＧ基板 ２２ ＹＩＧ薄膜 ２３ ストリップライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−140803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−164505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−49653（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−191502（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91514（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−212112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26901（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221508（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−186021（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/218 H01F 17/04 H01F 3/10 H03B 5/18

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁波を励振、伝搬させる静磁波素子
   と、この静磁波素子に対し磁界を印加する磁界発生器と
   を有し、 前記磁界発生器は前記静磁波素子を少なくとも１つは配
   置が可能な複数の空隙を有し、かつ前記複数の空隙の何
   れかを介した複数の磁路を形成する一対のヨークと、こ
   のヨークに接続され前記各空隙に前記磁路の何れかを介
   して固定磁界を与える永久磁石と、前記空隙に前記磁路
   の何れかを介して可変磁界を与えるコイルとを備え、 前記ヨークの複数の磁路の少なくとも１つには空隙とヨ
   ークのみを通る磁路が形成され、前記コイルは前記各空
   隙を介して形成される複数の磁路であってヨークと空隙
   のみからなる磁路とヨークと空隙および永久磁石からな
   る磁路とを形成する位置に巻回され、かつ前記各空隙の
   間隔が異なる静磁波デバイス。
2. 【請求項２】 前記ヨークは各空隙を介して対向する複
   数の磁極と前記空隙に固定磁界を与えるための永久磁石
   とを磁気的に接続する基部とを備え、前記空隙は少なく
   とも１つの静磁波素子を配置する主空隙と１つの補助空
   隙とを有し、コイルを前記補助空隙を形成する磁極に巻
   回した請求項１の静磁波デバイス。
3. 【請求項３】 前記静磁波素子を配置する主空隙が２つ
   以上である請求項２の静磁波デバイス。
4. 【請求項４】 前記ヨークは各空隙を介して対向する複
   数の磁極と前記空隙に固定磁界を与えるための永久磁石
   とを磁気的に接続する基部とを備え、コイルを前記空隙
   と前記ヨークのみからなる磁路が形成される基部の位置
   に巻回した請求項１の静磁波デバイス。
5. 【請求項５】 前記ヨークは板状の基部と、この基部か
   ら突出した複数の磁極を有する請求項２〜４のいずれか
   の静磁波デバイス。
6. 【請求項６】 前記ヨークは透磁率μ＝５０００以上の
   磁性材である請求項１ないし５いずれかの静磁波デバイ
   ス。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６の静磁波デバイスを用
   いたマイクロ波あるいは準マイクロ波帯の電圧制御発振
   器