JP3584281B2 - 周波数逓倍方法及び周波数逓倍器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数逓倍方法及び周波数逓倍器に関し、詳しくは、移動体送受信装置及び携帯情報機器の周波数を高効率に逓倍するマイクロ波技術、並びに高周波技術の分野において、好適に用いることのできる周波数逓倍方法及び周波数逓倍器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体送受信装置及び携帯情報機器などにおいて周波数を逓倍するに際しては、クリスタル検出器を用い、この非直線抵抗特性を利用して行っていた。しかしながら、このようにして周波数を逓倍するに際しては、調整すべき整合素子の数が増大してしまうため、操作が複雑になるという問題があった。
【０００３】
一方、高速・高周波回路としてマイクロ波回路を一つの基板上に作製してなるモノリシックマイクロ波集積回路が使用されている。この集積回路は、優れた量産性を有するため、市場において大きな優位となっているが、さらなる高周波対応、低コスト化、小型軽量化、及び低消費電力が望まれている。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑み、新規な周波数逓倍方法及びこの方法に用いることのできる周波数逓倍器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の周波数逓倍方法は、固有の共鳴周波数を有する強磁性薄膜に対して、前記共鳴周波数と合致した入力周波数を有する電磁波を導入し、前記強磁性薄膜の強磁性共鳴によって前記電磁波の前記入力周波数を逓倍することを特徴とする。
【０００６】
本発明者らは、新規な周波数逓倍方法を見出すべく鋭意検討を実施した。その結果、上述したように、強磁性薄膜の強磁性共鳴を用いて周波数を逓倍する全く新しい方法を見出した。
【０００７】
図１は、本発明の周波数逓倍方法によって周波数が逓倍される原理を説明するための図である。
強磁性薄膜の強磁性共鳴において、磁気モーメントＭは、前記強磁性薄膜の膜面に垂直方向の反磁場の影響によって、前記膜面内で歳差運動をするようになる。このとき、図１に示すように、Ｘ方向に１回振動（１往復）する間に、Ｚ方向には２回振動する。共鳴周波数がｆの強磁性共鳴が生じている場合においては、磁気モーメントＭがＸ方向にｆの振動数で運動すると、Ｚ方向には２ｆの振動数の運動が生じる。
【０００８】
したがって、外部より共鳴周波数ｆと同じ入力周波数を有する電磁波を強磁性薄膜に導入し、上記強磁性共鳴を生じさせることにより、Ｚ方向においては２ｆの振動数の運動が生じ、この２ｆの周波数を有する電磁波が放射される。結果として、電磁波の入力周波数は２倍の大きさに逓倍されることになる。
すなわち、強磁性薄膜の強磁性共鳴を利用するという極めて簡単な方法によって、電磁波の周波数を逓倍することができる。
【０００９】
なお、強磁性薄膜の共鳴周波数は、前記強磁性薄膜を構成する材料の種類、及び膜厚などの大きさを調節することによって適宜に設定することができる。したがって、本発明の周波数逓倍方法は、比較的広い周波数帯域で電磁波の周波数を逓倍することができる。
【００１０】
また、強磁性薄膜の大きさは、数ｎｍ程度なので、本発明の方法に用いる周波数逓倍器の大きさを縮小することができる。また、前記強磁性共鳴を生じさせるに際しては、外部磁場などを必要としないので、磁場発生のための電力を必要とせず、低消費電力化を達成することができる。
【００１１】
さらに、強磁性薄膜としては、以下に示すように廉価なＣｏ単結晶薄膜などを用いることができるとともに、余分な外部磁石などを必要としないため、前記低消費電力化と相伴って、周波数逓倍方法及び周波数逓倍器の低コスト化を達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
図２は、本発明の周波数逓倍方法に用いる周波数逓倍器の一例を示す斜視図である。
図２に示す周波数逓倍器１０は、空洞共振器１と、その内部の底壁面１Ｂ上において共鳴周波数ｆを有する強磁性薄膜２とを具えている。そして、空洞共振器１の、強磁性薄膜２と対向する壁面１Ａにはオリフィス３が設けられるとともに、空洞共振器１の、側壁面１Ｃにはスリット４が設けられている。
【００１３】
逓倍すべき入力周波数を有する電磁波Ｅは、空洞共振器１のオリフィス３から内部に導入される。なお、電磁波Ｅの前記周波数は、強磁性薄膜２の共鳴周波数ｆと同じであることが要求される。但し、上述したように、強磁性薄膜２の種類及び大きさなどを適宜に調節することによって、その共鳴周波数を制御することができるため、広範囲の電磁波に対応することができる。
【００１４】
空洞共振器１内に導入された電磁波Ｅは、強磁性薄膜２において強磁性共鳴を生ぜしめる。この強磁性共鳴状態においては、図１において説明したように、その磁気モーメントはＸ方向で１回振動（１回往復）する間に、Ｚ方向で２回振動する。このため、Ｚ方向においては、２倍の周波数２ｆを有する電磁波が発生し、放射される。Ｚ方向には、スリット４が設けられており、逓倍されることにより２倍の周波数２ｆを有するに至った電磁波は、スリット４を通じて外部に取り出される。
【００１５】
なお、図２におけるＸ方向及びＺ方向は便宜上定めたものであり、これらの方向は強磁性薄膜２の面内におけるいずれの方向であっても良い。但し、Ｚ方向には、上述したようなスリットを設け、逓倍された周波数を有する電磁波を外部に取り出すようにすることが必要である。
【００１６】
また、図２においては、単一の強磁性薄膜を用いて周波数を逓倍するようにしているが、単一の強磁性薄膜に限らず、複数の強磁性薄膜を用いて電磁波の入力周波数を多段に逓倍し、高周波の電磁波を得ることもできる。
【００１７】
この場合においては、例えば、ｆ、２ｆ、４ｆ．．．．．２ｎｆ（ｎ：自然数）の共鳴周波数を有する複数の強磁性薄膜を、同一平面内において、連続的に並べて配置する。そして、共鳴周波数ｆに等しい入力周波数を有する電磁波を、共鳴周波数ｆを有する強磁性薄膜に導入し、上述したような強磁性共鳴によって２倍の周波数である２ｆの周波数を有する電磁波を生成し、放射させる。
【００１８】
次いで、２ｆの周波数を有する電磁波を、共鳴周波数２ｆの強磁性薄膜に導入し、強磁性共鳴によって２倍の周波数である４ｆの周波数を有する電磁波を生成し、放射させる。このような操作を存在する複数の強磁性薄膜に亘って実施することにより、最終的には２ｎｆ（ｎ：自然数）の周波数を有する電磁波を得ることができる。
すなわち、複数の強磁性薄膜を順次に配置し、これら複数の強磁性薄膜それぞれの強磁性共鳴を用いて入力された電磁波の周波数を多段に逓倍することによって、高い周波数の電磁波を簡易に得ることができる。
【００１９】
なお、上述した複数の強磁性薄膜は、図２に示すように、単一の空洞共振器内の、例えば底壁面上などの同一平面上に配置しても良いし、単一の強磁性薄膜が、例えば底壁面に設置された空洞共振器を複数用い、これら空洞共振器を同一平面内に配置しても良い。
【００２０】
上記強磁性薄膜は、強磁性共鳴を生ぜしめるものであれば特には限定されない。Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びこれらの合金などの公知の強磁性材料から構成することができる。しかしながら、特にＣｏ単結晶薄膜から前記強磁性薄膜を構成することが好ましい。
【００２１】
Ｃｏ単結晶薄膜は面心立方格子型の結晶構造を有し、高い結晶磁気異方性を有するため、外部磁場を必要とすることなく上記電磁波が入射するのみで強磁性共鳴を起こすことができる。したがって、余分な外部磁石を必要とせず、磁場発生のための電力も必要となれないため、本発明の周波数逓倍方法及び周波数逓倍器における低電力化を達成することができる。
さらには、周波数逓倍器全体の構造が簡略化されるとともに、廉価なＣｏ単結晶薄膜を使用できることから、上記低電力化と相伴って本発明の周波数逓倍方法及び周波数逓倍器の低コスト化を達成することができる。
【００２２】
Ｃｏ単結晶薄膜から強磁性薄膜を構成する場合、その厚さは０．５ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましく、さらには１ｎｍ〜２ｎｍであることが好ましい。これによって、図１に示すような磁気モーメントが膜面内において歳差運動をする強磁性共鳴を簡易に得ることができる。
【００２３】
なお、強磁性薄膜の長さは０．５ｎｍ〜３０ｎｍ程度であり、幅は０．５ｎｍ〜３０ｎｍ程度である。
したがって、図２に示すような本発明の周波数逓倍器の大きさは、極めて小さくすることができる。
【００２４】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の周波数逓倍方法及び周波数逓倍器によれば、強磁性薄膜による強磁性共鳴を利用するという極めて簡易な方法によって、逓倍された周波数を有する電磁波を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数逓倍方法によって周波数が逓倍される原理を説明するための図である。
【図２】本発明の周波数逓倍方法に用いる周波数逓倍器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 空洞共振器
２ 強磁性薄膜
３ オリフィス
４ スリット
１０ 周波数逓倍器

Claims (13)

1. 固有の共鳴周波数を有する強磁性薄膜に対して、前記共鳴周波数と合致した入力周波数を有する電磁波を導入し、前記強磁性薄膜の強磁性共鳴によって前記電磁波の前記入力周波数を逓倍することを特徴とする、周波数逓倍方法。
2. 前記電磁波の前記入力周波数は、前記強磁性薄膜の前記強磁性共鳴によって２倍の大きさに逓倍することを特徴とする、請求項１に記載の周波数逓倍方法。
3. 前記強磁性薄膜を空洞共振器内に設置し、この空洞共振器に設けられたオリフィスより前記電磁波を前記空洞共振器内に導入し、前記強磁性薄膜による強磁性共鳴によって、前記電磁波の前記入力周波数を逓倍した後、前記空洞共振器に設けられたスリットより、逓倍された周波数を有する前記電磁波を外部に取り出すようにしたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の周波数逓倍方法。
4. 前記強磁性薄膜は、Ｃｏ単結晶薄膜であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の周波数逓倍方法。
5. 前記Ｃｏ単結晶薄膜の厚さが、０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする、請求項４に記載の周波数逓倍方法。
6. 固有の共鳴周波数を有する複数の強磁性薄膜を順次に設置し、前記複数の強磁性薄膜のいずれか一の強磁性薄膜の共鳴周波数と合致した入力周波数を有する電磁波を前記一の強磁性薄膜に導入し、前記一の強磁性薄膜の強磁性共鳴によって前記電磁波の前記入力周波数を逓倍し、逓倍された周波数を有する電磁波を前記複数の強磁性薄膜の他の強磁性薄膜に連続的に導入し、前記電磁波の前記入力周波数を多段に逓倍することを特徴とする、周波数逓倍方法。
7. 前記電磁波の前記入力周波数は、前記複数の強磁性薄膜のそれぞれにおいて、２倍の大きさに逓倍することを特徴とする、請求項６に記載の周波数逓倍方法。
8. 前記複数の強磁性薄膜は、それぞれＣｏ単結晶薄膜からなることを特徴とする、請求項６又は７に記載の周波数逓倍方法。
9. 前記Ｃｏ単結晶薄膜の厚さが、０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする、請求項８に記載の周波数逓倍方法。
10. 空洞共振器と、この空洞共振器内に設置された強磁性薄膜とを具え、前記空洞共振器は、所定の入力周波数を有する電磁波を導入するためのオリフィスと、前記強磁性薄膜の強磁性共鳴によって逓倍された周波数を有する前記電磁波を外部に取り出すためのスリットとを具えることを特徴とする、周波数逓倍器。
11. 前記強磁性薄膜は、Ｃｏ単結晶薄膜であることを特徴とする、請求項１０に記載の周波数逓倍器。
12. 前記Ｃｏ単結晶薄膜の厚さが、０．５ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする、請求項１１に記載の周波数逓倍器。
13. 前記電磁波の前記入力周波数は、２倍の大きさに逓倍されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の周波数逓倍器。

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