JP3745910B2 - 受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ部と、同調回路と、検波回路と、を有する受信装置に係り、特に前記アンテナ部に、磁気インピーダンス効果素子を用いることにより、アンテナ部を小型化することができ、受信装置全体を小型化することのできる受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の受信装置を示すブロック図である。
図７の受信装置は、アンテナ部１によって電波信号が電気信号に変換される。中波用の受信装置の場合、アンテナ部１は、フェライトなどの高透磁率磁心をコアとした巻線コイルによって形成される。フェライトコアの巻線コイルによって形成されるアンテナにより電波の磁界成分が検出される。
【０００３】
前記巻線コイルは、１次巻線１ａと２次巻線１ｂとから成り、両コイルは誘導結合されている。前記１次巻線１ａと同調用のバリコン２ａとが並列接続されて同調回路２が形成されている。この同調回路２により受波信号が周波数選択される。この周波数選択された受信信号は２次巻線１ｂから取り出され、高周波増幅回路３によって増幅される。高周波増幅回路３の出力は、搬送波と可聴周波信号の混合信号であり、その後段の検波回路４によって混合信号から搬送波が除去され、可聴周波信号が検波される。検波された可聴周波信号は、必要に応じて低周波増幅回路５によって増幅され、スピーカ６によって音声または音楽として出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の前記アンテナ部１に用いられているフェライトコアを有する巻線コイルは、小型化が困難であるという欠点があった。一般に、高透磁率磁心をコアとして用いて磁心の長さ方向に励磁すると、磁心内に反磁場が形成されるため、コアを１０ｍｍ以下に短くすると磁界検出感度が急激に劣化してしまう。このため、従来のフェライトコアアンテナは、一般に約５０ｍｍ以上の長さを有していた。また、フェライトは、材質の性質上もろいものであり、製造時の取り扱いが困難な面もあった。
【０００５】
また、検波回路４や増幅回路３，５などの回路は、集積回路化によって容易に小型化できる。しかし、アンテナ部１が前記のように一定の長さ以上になるため、装置全体の小型化が困難である。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、アンテナ部を小型化できるようにして装置全体の小型化と集積化を可能とした受信装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナ部が、磁気インピーダンス効果素子と、前記磁気インピーダンス効果素子に駆動交流信号を与える駆動回路と、受信電波信号と前記駆動回路から与えられた駆動交流信号の混合信号を整流する整流回路と、前記混合信号から受信電波信号を分離抽出する周波数弁別器とを有し、前記アンテナ部の後段に、受信電波信号の搬送波の周波数を選択する同調回路及び可聴周波信号と搬送波との混合信号から可聴周波信号を取り出す検波回路が接続されていることを特徴とする受信装置である。
【０００８】
磁気インピーダンス効果とは次のような現象をいう。リボン状あるいはワイヤ状の磁性体に、ＭＨｚ帯域の交流電流を印加すると、磁性体の両端に素材固有のインピーダンスに基づく出力電圧が発生する。この状態で磁性体の長さ方向に外部磁界を印加すると、外部磁界が数ガウス程度の微弱磁界であっても、磁性体のインピーダンスが変化し、出力電圧の振幅が外部磁界の強度に対応して数１０％の範囲で変化する。
【０００９】
この磁気インピーダンス効果を有する素子は、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、磁化ベクトルの素子の長さ方向、すなわち交流電流が流れる方向へのわずかな回転で透磁率が急激に変化する。よって、長さ方向の反磁場が小さく、素子の長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【００１０】
前記磁気インピーダンス効果素子に、両端に前記駆動回路と接続するための電極が形成され、駆動交流信号が流れる方向が磁化困難軸とされていると、その方向において透磁率が上昇し、印加される外部磁界に対する検知感度が上昇するので好ましい。
【００１１】
また、前記磁気インピーダンス効果素子に、前記駆動交流信号が流れる方向にバイアス磁界が印加されていると、放送電波の磁界成分の変化に対応する磁気インピーダンス効果素子両端の出力電圧の変化が俊敏になり好ましい。
【００１２】
前記磁気インピーダンス効果素子は、リボン状に形成されていてもよいし、またはワイヤー状に形成されていてもよい。
前記駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数より高いことが好ましい。
【００１３】
前記磁気インピーダンス効果素子は、前記駆動交流信号が高周波でなければ、磁気インピーダンス効果を現さない。前記駆動交流信号の周波数は、最低でも、数百ｋＨｚ必要であるが、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数に近いと、後の段階で混合信号から駆動交流信号を除去することが困難になる。中波放送の周波数は、５００ｋＨｚより高い帯域にあるが、駆動交流信号をこれより低くしようとしても、駆動交流信号と受信電波信号の周波数の差はせいぜい数百ｋＨｚしかとれないのでハイパスフィルタによって、駆動交流信号を除去することが困難になる。一方、駆動交流信号の周波数を、受信電波信号の搬送波の周波数より高くする分には、駆動交流信号を取り除くためのローパスフィルタが許容する限り高くすることができる。実用上は、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の周波数の数十倍であればよい。
【００１４】
本発明の磁気インピーダンス素子に用いられる磁性体は、軟磁気特性を備えた強磁性体であることが必要である。また、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波領域において透磁率μが高くなくてはならない。高周波領域で透磁率μが高くなるためには、比抵抗ρが大きくなければならない。さらに、磁気インピーダンス効果素子に外的な応力がかかって磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいことが好ましい。このような、磁性体として、例えば以下に示すようなものを用いることができる。
【００１５】
▲１▼組成式が、（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金からなり、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するもの。
【００１６】
前記では、ａが０．０５≦ａ≦０．１の範囲を越えると、磁歪が大きくなるので好ましくない。また、ｂが０．２≦ｂ≦０．８の範囲を越えると、非晶質化が困難になり好ましくない。さらに、ｘが１０≦ｘ≦３５の範囲を越えると非晶質化が困難になり好ましくない。また、ｘ＞３５であると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【００１７】
▲２▼組成式が、ＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するもの。
【００１８】
前記ＣｏlＴａmＨｆn系の軟磁性合金においては、飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有量に依存しており、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るには、７０≦ｌであることが必要である。しかし、ｌ≧９０であると、比抵抗ρが低くなるので好ましくない。
【００１９】
ＴａおよびＨｆは軟磁気特性を得るための元素であり、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５とすることにより、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、比抵抗ρも大きい軟磁性材料を得ることができる。また、Ｈｆは、Ｃｏ−Ｔａ系において発生する負の磁歪定数λを解消するための元素でもある。磁歪定数λは、Ｔａの含有量とＨｆの含有量の比に依存し、１≦ｍ／ｎ≦２．５の範囲内であると、磁歪定数λを良好に解消することができる。
【００２０】
▲３▼組成式が、ＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するもの。
Ｆｅは大きい飽和磁束密度Ｂｓを得るためのものであり、Ｍはアモルファス相中において酸化物を形成し、比抵抗ρを大きくするためのものである。
ｈ、ｉ、ｊが上記範囲であると、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ、透磁率μが大きい軟磁性合金を得ることができ、ｈ、ｉ、ｊが上記範囲を外れると、軟磁気特性が劣化する。
【００２１】
なお、上記組成において元素Ｍが希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素である場合には、ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０であることがより好ましい。
【００２２】
▲４▼組成式が、（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗは原子％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘであるもの。
【００２３】
なお、軟磁性合金は、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相に、Ｃｏと元素Ｔを主体とする微結晶相が混在し、さらに微結晶相は、元素Ｍの酸化物を含んだ構造を有するものであるとより好ましい。
【００２４】
▲５▼組成式が、ＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するもの。
飽和磁束密度ＢｓはＣｏの濃度に依存し、Ｂｓを大きくするためには、７８≦ａ≦９１にする必要がある。ａ＞９１であると、耐食性が低下すると共にアモルファス構造になりにくくなり、結晶化し始めるので好ましくない。また、ａ＜７８であると、Ｃｏどうしが隣接する割合が減り、磁気的な結合が断たれてしまうため、軟磁気特性を示しにくくなるので好ましくない。透磁率μも、Ｃｏの濃度に依存し、７８≦ａ≦９１の範囲で高い値を示す。
【００２５】
▲６▼組成式が、Ｔ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で。０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
ｄ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００２６】
▲７▼組成式が、Ｔ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態で用いられる磁気インピーダンス効果について説明する。ワイヤ状あるいはリボン状等に形成された軟磁性材料に微少高周波電流を通電すると、軟磁性材料の両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。磁気インピーダンス効果とは、微少高周波電流を通電した軟磁性材料に、外部磁界を印加すると軟磁性材料のインピーダンスが敏感に変化して、軟磁性材料両端の出力電圧が変化する効果のことである。
【００２８】
外部磁界の印加による軟磁性材料のインピーダンスの変化は、磁性材料に交流電流を通電したときに、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」が、外部磁界によって変化するためであることが知られている。
【００２９】
具体的には、磁気インピーダンス効果とは、図６に示す閉回路において、薄膜状、ワイヤ状あるいは、リボン状の磁性体Ｍｉに電源ＥａｃからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを印加している状態で、磁性体Ｍｉの長さ方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、磁性体Ｍｉ両端に素材固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、出力電圧Ｅｍｉの振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数１０％の範囲で変化する、すなわちインピーダンス変化を起こす現象をいう。
【００３０】
この磁気インピーダンス効果を有する素子は、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、磁化ベクトルの素子の長さ方向、すなわち交流電流Ｉａｃが流れる方向へのわずかな回転で透磁率が急激に変化するので、長さ方向の反磁場も小さく、素子の長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【００３１】
また、磁気インピーダンス効果素子は、１０-5Ｏｅ程度の高分解能を有する微弱磁界センサが得られるという特性や、数ＭＨｚ以上の励磁が可能であるために数百ＭＨｚの高周波励磁が振幅変調のキャリアとして自由に使用でき、磁界センサとして使用するときに、遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易であるという特性や、消費電力を１０ｍＷ以下にすることができるという特性を持つ。
【００３２】
磁気インピーダンス効果を奏する軟磁性材料として、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、例えば（Ｆｅ6Ｃｏ94）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15の非晶質ワイヤ（毛利佳年雄ほか「磁気インピーダンス（ＭＩ）素子」、電気学会マグネティクス研究会資料Ｖｏｌ．１，ＭＡＧ−９４，Ｎｏ．７５−８４，ｐ２７−３６，１９９４年発行）などが報告されている。
【００３３】
このＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気―インピーダンス特性は、図４に示すように、印加する正負の外部磁界Ｈｅｘ（Ｏｅ）に対する出力電圧Ｅｍｉ（ｍＶ）が外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心として略左右対称形状の特性を示す。図４に示す磁気インピーダンス特性の測定は、ワイヤー状の磁気インピーダンス効果素子に、３ＭＨｚの周波数の駆動交流信号を与え、外部磁界の大きさを−５（Ｏｅ）〜５（Ｏｅ）の範囲で変化させる条件で行った。
【００３４】
従来、磁気インピーダンス効果素子は、地磁気を感知する方位センサや、ハードディスクやフロッピーディスクの駆動装置のスピンドルモータの回転角センサであるロータリエンコーダなどの用途に用いられていた。
本発明は、磁気インピーダンス効果素子を、受信装置のアンテナ部に用いたものである。
【００３５】
図１は、本発明の受信装置の実施の形態を示すブロック図である。
アンテナ部１１は、電波信号を捉える磁気インピーダンス効果素子１１ｂと、磁気インピーダンス効果素子１１ｂに駆動交流信号を与える駆動回路１１ａと、駆動交流信号と受信電波信号の混合信号を整流する整流回路１１ｃと、駆動交流信号を除去する周波数弁別器１１ｄから構成されている。
【００３６】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの形状はワイヤ状、リボン状などである。ワイヤ状、リボン状の磁気インピーダンス効果素子は、単ロール法、鋳造法、流体冷却法によって製造することができる。また、スパッタ法や蒸着法によって製造された、薄膜状の磁気インピーダンス効果素子１１ｂを用いてもよい。
【００３７】
また、磁気インピーダンス効果素子１１ｂには、両端に駆動回路１１ａと接続するための電極が形成され、駆動交流信号が流れる方向が磁化困難軸となるように形成されている。したがって、駆動交流信号が流れる方向において透磁率が上昇し、受信する電波信号に対する検知感度が上昇する。
【００３８】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの駆動交流信号が流れる方向を磁化困難軸とする方法として、磁気インピーダンス効果素子１１ｂを磁場中でスパッタ法などにより成膜する方法や、磁場の無い（あるいは小さい）状態で単ロール法、鋳造法、流体冷却法、スパッタ法、または蒸着法などによって製造した後、高温雰囲気下の磁場中に置き、磁場中アニールする方法がある。
【００３９】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂは、長さ０．１〜１０ｍｍ、厚さ１〜５０μｍの範囲で形成することができる。磁気インピーダンス効果素子の長さや厚さが異なると、磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス特性も異なるので、受信装置が必要とする感度や、受信装置の用途に応じて適切な大きさの磁気インピーダンス効果素子を使用するとよい。
【００４０】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの組成は、例えば、（Ｃｏ0.94Ｆｅ0.06）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15である。この組成以外のＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の軟磁性材料や、Ｃｏ−Ｔ−Ｍ−Ｘ―Ｏ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素）、Ｃｏ―Ｔａ―Ｈｆ系、Ｆｅ―Ｍ―Ｏ系（Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系、Ｔ―Ｓｉ−Ａｌ―Ｍ―Ｚ―Ｑ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素）などの軟磁性材料を用いて、磁気インピーダンス効果素子１１ｂを形成してもよい。
【００４１】
駆動回路１１ａが、磁気インピーダンス効果素子１１ｂに与える駆動交流信号の電流と電圧の大きさは例えば、１０ｍＡ、２Ｖである。また、駆動回路１１ａが自己発振方式の回路であると、磁気インピーダンス効果素子１１ｂと駆動回路１１ａを一体化することができるので、回路の浮遊インピーダンスなどによる感度の不安定化を防ぐことができる。
【００４２】
自己発振方式の駆動回路の１例として、図２に安定化コルビッツ発振回路を示す。
ＡＭ放送は、５００ｋＨｚ〜２０００ｋＨｚの周波数帯の搬送波を音声や音楽などの可聴周波信号によって振幅変調して送出されたものである。本発明の受信装置は、電波信号の磁界成分の変化を検出して電気信号に変換する。
【００４３】
ワイヤ状あるいはリボン状等の磁気インピーダンス効果素子１１ｂには、駆動回路１１ａによって駆動交流信号が与えられ、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。駆動交流信号の周波数は、ＡＭ放送の搬送波の周波数の１０倍から２０倍以上に設定するとよい。本実施の形態では、２０ＭＨｚである。受信装置にＡＭ波の電波信号が届くと、電波信号の磁気成分の振幅の変化に応じて、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧の振幅が変化する。
【００４４】
図３は、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧が、受信電波信号によって変化する様子を示している。ＡＭ波の搬送波３２は、可聴周波信号３１によって振幅変調されている。磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧の振幅は、搬送波３２の振幅の変化に対応して変化するので、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端からの出力は、搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号になる。
【００４５】
図４に示したＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気―インピーダンス特性は、印加する正負の外部磁界に対する出力電圧が、外部磁界Ｈｅｘ＝０を中心として略左右対称形状の特性を示している。したがって、搬送波３２が正のときでも、負のときでも、出力電圧の振幅は同じになる。しかし、搬送波３２は、復調段階で整流され、整流時に搬送波３２の負の部分が除去されたり、正に変換されたりするものであるから、磁気インピーダンス効果素子１１ｂによって搬送波３２の正負が区別なく変換されても、可聴周波信号は正しく復調される。
【００４６】
尚、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料を磁気インピーダンス効果素子１１ｂに用いるときは、０．５〜１（Ｏｅ）のバイアス磁界を印加して、図４に示された磁気インピーダンス特性の曲線を横方向（磁界の軸方向）にシフトさせ磁界が０（Ｏｅ）付近であるときの出力電圧の変化を大きくしても良い。このようにバイアスを印加することにより、放送電波の磁界成分の変化に対応する磁気インピーダンス効果素子１１ｂ両端の出力電圧の変化が俊敏になる。
【００４７】
磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する方法として、例えば、図５に示すように、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの周囲にコイルＣを適宜巻数だけ巻回し、このコイルＣに直流電流を流すことによりバイアス磁界を発生させる方法がある。
【００４８】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端から出力された搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号は、整流回路１１ｃに入力される。本実施の形態では、ダイオード１１ｅ、１１ｅ、１１ｅ、１１ｅからなるブリッヂ回路によって、整流回路が構成されているので、混合信号の負の部分は、正に変換される。整流回路１１ｃは、ダイオードのブリッヂ回路に限らず、整流作用を持つ回路であればどのようなものでもよい。たとえば、１個のダイオードが磁気インピーダンス効果素子１１ｂと周波数弁別器１１ｄの間に接続されるものでもよい。
搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号は、整流後、周波数弁別器１１ｄに入力され、駆動交流信号３３が除去される。
【００４９】
駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の周波数より高く設定されている場合は、周波数弁別器１１ｄはローパスフィルタによって構成される。逆に、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の周波数より低く設定されている場合は、周波数弁別器１１ｄはハイパスフィルタによって構成される。
ただし、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の搬送波の周波数より高いほうが好ましい。
【００５０】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂは、駆動交流信号が高周波でなければ、磁気インピーダンス効果を現さない。駆動交流信号の周波数は、最低数百ｋＨｚ必要であるが、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数と近いと、周波数弁別器１１ｄで、受信電波信号と駆動交流信号の混合信号から駆動交流信号を除去することが困難になる。
【００５１】
中波放送の周波数は、５００ｋＨｚより高い帯域にあるが、駆動交流信号をこれより低くしようとすると、駆動交流信号と受信電波信号の周波数の差はせいぜい数百ｋＨｚしかとれずハイパスフィルタによって駆動交流信号を除くことが困難になる。一方、駆動交流信号の周波数を、受信電波信号の搬送波の周波数より高くする分には、駆動交流信号を取り除くためのローパスフィルタが許容する限り高くすることができる。実用上は、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の周波数の数十倍であればよい。
【００５２】
本実施の形態では、周波数弁別器１１ｄは、コンデンサー１１ｆと抵抗１１ｇからなるローパスフィルタによって構成されている。コンデンサー１１ｈは、受信電波信号と駆動交流信号の混合信号に混入した直流成分を除去するためのものである。
【００５３】
周波数弁別器は、本実施の形態に示された回路のものに限らず、駆動交流信号を除去することができるものであればどのようなものでもよい。たとえば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタのかわりに受信電波信号の搬送波のみを通すバンドパスフィルタや、駆動交流信号を通さないバンドエリミネイトフィルタを用いてもよい。また、コンデンサーや抵抗によって構成されるフィルタを用いる代わりにバイアスをかけてもよい。バイアスをかけて、駆動交流信号を除去すると感度が高くなる。
【００５４】
搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３の混合信号から、駆動交流信号３３が除去された後、取り出された受信電波信号は、高周波増幅回路１２によって増幅される。
【００５５】
ところで、アンテナ部１１は、受信電波信号の搬送波の周波数を選択する機能を有しない。すなわち、高周波増幅回路１２の入力および出力は、受信したすべての周波数の電波信号が混合されている。後段に設けられた同調回路１３は、高周波増幅回路１２の出力から目的の周波数の信号を選択するものであり、検波回路１４は、可聴周波信号と搬送波との混合信号から可聴周波信号を取り出すものである。
【００５６】
同調回路１３および検波回路１４は、一般的なＡＭ放送の受信機で用いられている回路を用いて構成されている。たとえば、コイルとコンデンサーからなる共振回路やバンドパスフィルターなどで同調し、ローパスフィルターなどで、搬送波を除去し可聴周波信号を取り出す。
取り出された可聴周波信号は、必要に応じて、低周波増幅回路１５によって増幅され、スピーカ１６によって音声または音楽として聞くことができるようになる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明の受信装置によれば、アンテナ部を、従来のフェライトコアの巻き線コイルを用いて形成する代わりに、磁気インピーダンス効果素子を用いて形成することにより、著しい小型化を可能にできる。
【００５８】
また、磁気インピーダンス効果素子の、駆動交流信号が流れる方向を磁化困難軸とすること、および駆動交流信号が流れる方向にバイアス磁界を印加することにより受信装置の受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受信装置の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の駆動回路の１例を示す回路図。
【図３】図１の受信装置の磁気インピーダンス効果素子の出力電圧が、受信電波信号によって変化する様子を示すグラフ。
【図４】Ｆｅ―Ｃｏ―Ｓｉ―Ｂ系の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス特性を示すグラフ。
【図５】磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する方法を示す概念図。
【図６】磁気インピーダンス効果素子に駆動交流信号を与え、外部磁界を印加する方法を示す概念図。
【図７】従来の受信装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１ アンテナ部
１１ａ 駆動回路
１１ｂ 磁気インピーダンス効果素子
１１ｃ 整流回路
１１ｄ 周波数弁別器
１２ 高周波増幅回路
１３ 同調回路
１４ 検波回路
１５ 低周波増幅回路
１６ スピーカ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ部と、同調回路と、検波回路と、を有する受信装置に係り、特に前記アンテナ部に、磁気インピーダンス効果素子を用いることにより、アンテナ部を小型化することができ、受信装置全体を小型化することのできる受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の受信装置を示すブロック図である。
図７の受信装置は、アンテナ部１によって電波信号が電気信号に変換される。中波用の受信装置の場合、アンテナ部１は、フェライトなどの高透磁率磁心をコアとした巻線コイルによって形成される。フェライトコアの巻線コイルによって形成されるアンテナにより電波の磁界成分が検出される。
【０００３】
前記巻線コイルは、１次巻線１ａと２次巻線１ｂとから成り、両コイルは誘導結合されている。前記１次巻線１ａと同調用のバリコン２ａとが並列接続されて同調回路２が形成されている。この同調回路２により受波信号が周波数選択される。この周波数選択された受信信号は２次巻線１ｂから取り出され、高周波増幅回路３によって増幅される。高周波増幅回路３の出力は、搬送波と可聴周波信号の混合信号であり、その後段の検波回路４によって混合信号から搬送波が除去され、可聴周波信号が検波される。検波された可聴周波信号は、必要に応じて低周波増幅回路５によって増幅され、スピーカ６によって音声または音楽として出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の前記アンテナ部１に用いられているフェライトコアを有する巻線コイルは、小型化が困難であるという欠点があった。一般に、高透磁率磁心をコアとして用いて磁心の長さ方向に励磁すると、磁心内に反磁場が形成されるため、コアを１０ｍｍ以下に短くすると磁界検出感度が急激に劣化してしまう。このため、従来のフェライトコアアンテナは、一般に約５０ｍｍ以上の長さを有していた。また、フェライトは、材質の性質上もろいものであり、製造時の取り扱いが困難な面もあった。
【０００５】
また、検波回路４や増幅回路３，５などの回路は、集積回路化によって容易に小型化できる。しかし、アンテナ部１が前記のように一定の長さ以上になるため、装置全体の小型化が困難である。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、アンテナ部を小型化できるようにして装置全体の小型化と集積化を可能とした受信装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナ部が、磁気インピーダンス効果素子と、前記磁気インピーダンス効果素子に駆動交流信号を与える駆動回路と、受信電波信号と前記駆動回路から与えられた駆動交流信号の混合信号を整流する整流回路と、前記混合信号から受信電波信号を分離抽出する周波数弁別器とを有し、前記アンテナ部の後段に、受信電波信号の搬送波の周波数を選択する同調回路及び可聴周波信号と搬送波との混合信号から可聴周波信号を取り出す検波回路が接続されていることを特徴とする受信装置である。
【０００８】
磁気インピーダンス効果とは次のような現象をいう。リボン状あるいはワイヤ状の磁性体に、ＭＨｚ帯域の交流電流を印加すると、磁性体の両端に素材固有のインピーダンスに基づく出力電圧が発生する。この状態で磁性体の長さ方向に外部磁界を印加すると、外部磁界が数ガウス程度の微弱磁界であっても、磁性体のインピーダンスが変化し、出力電圧の振幅が外部磁界の強度に対応して数１０％の範囲で変化する。
【０００９】
この磁気インピーダンス効果を有する素子は、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、磁化ベクトルの素子の長さ方向、すなわち交流電流が流れる方向へのわずかな回転で透磁率が急激に変化する。よって、長さ方向の反磁場が小さく、素子の長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【００１０】
前記磁気インピーダンス効果素子に、両端に前記駆動回路と接続するための電極が形成され、駆動交流信号が流れる方向が磁化困難軸とされていると、その方向において透磁率が上昇し、印加される外部磁界に対する検知感度が上昇するので好ましい。
【００１１】
また、前記磁気インピーダンス効果素子に、前記駆動交流信号が流れる方向にバイアス磁界が印加されていると、放送電波の磁界成分の変化に対応する磁気インピーダンス効果素子両端の出力電圧の変化が俊敏になり好ましい。
【００１２】
前記磁気インピーダンス効果素子は、リボン状に形成されていてもよいし、またはワイヤー状に形成されていてもよい。
前記駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数より高いことが好ましい。
【００１３】
前記磁気インピーダンス効果素子は、前記駆動交流信号が高周波でなければ、磁気インピーダンス効果を現さない。前記駆動交流信号の周波数は、最低でも、数百ｋＨｚ必要であるが、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数に近いと、後の段階で混合信号から駆動交流信号を除去することが困難になる。中波放送の周波数は、５００ｋＨｚより高い帯域にあるが、駆動交流信号をこれより低くしようとしても、駆動交流信号と受信電波信号の周波数の差はせいぜい数百ｋＨｚしかとれないのでハイパスフィルタによって、駆動交流信号を除去することが困難になる。一方、駆動交流信号の周波数を、受信電波信号の搬送波の周波数より高くする分には、駆動交流信号を取り除くためのローパスフィルタが許容する限り高くすることができる。実用上は、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の周波数の数十倍であればよい。
【００１４】
本発明の磁気インピーダンス素子に用いられる磁性体は、軟磁気特性を備えた強磁性体であることが必要である。また、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波領域において透磁率μが高くなくてはならない。高周波領域で透磁率μが高くなるためには、比抵抗ρが大きくなければならない。さらに、磁気インピーダンス効果素子に外的な応力がかかって磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいことが好ましい。このような、磁性体として、例えば以下に示すようなものを用いることができる。
【００１５】
▲１▼組成式が、（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金からなり、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するもの。
【００１６】
前記では、ａが０．０５≦ａ≦０．１の範囲を越えると、磁歪が大きくなるので好ましくない。また、ｂが０．２≦ｂ≦０．８の範囲を越えると、非晶質化が困難になり好ましくない。さらに、ｘが１０≦ｘ≦３５の範囲を越えると非晶質化が困難になり好ましくない。また、ｘ＞３５であると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【００１７】
▲２▼組成式が、ＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するもの。
【００１８】
前記ＣｏlＴａmＨｆn系の軟磁性合金においては、飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有量に依存しており、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るには、７０≦ｌであることが必要である。しかし、ｌ≧９０であると、比抵抗ρが低くなるので好ましくない。
【００１９】
ＴａおよびＨｆは軟磁気特性を得るための元素であり、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５とすることにより、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、比抵抗ρも大きい軟磁性材料を得ることができる。また、Ｈｆは、Ｃｏ−Ｔａ系において発生する負の磁歪定数λを解消するための元素でもある。磁歪定数λは、Ｔａの含有量とＨｆの含有量の比に依存し、１≦ｍ／ｎ≦２．５の範囲内であると、磁歪定数λを良好に解消することができる。
【００２０】
▲３▼組成式が、ＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するもの。
Ｆｅは大きい飽和磁束密度Ｂｓを得るためのものであり、Ｍはアモルファス相中において酸化物を形成し、比抵抗ρを大きくするためのものである。
ｈ、ｉ、ｊが上記範囲であると、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ、透磁率μが大きい軟磁性合金を得ることができ、ｈ、ｉ、ｊが上記範囲を外れると、軟磁気特性が劣化する。
【００２１】
なお、上記組成において元素Ｍが希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素である場合には、ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０であることがより好ましい。
【００２２】
▲４▼組成式が、（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗは原子％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘであるもの。
【００２３】
なお、軟磁性合金は、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相に、Ｃｏと元素Ｔを主体とする微結晶相が混在し、さらに微結晶相は、元素Ｍの酸化物を含んだ構造を有するものであるとより好ましい。
【００２４】
▲５▼組成式が、ＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するもの。
飽和磁束密度ＢｓはＣｏの濃度に依存し、Ｂｓを大きくするためには、７８≦ａ≦９１にする必要がある。ａ＞９１であると、耐食性が低下すると共にアモルファス構造になりにくくなり、結晶化し始めるので好ましくない。また、ａ＜７８であると、Ｃｏどうしが隣接する割合が減り、磁気的な結合が断たれてしまうため、軟磁気特性を示しにくくなるので好ましくない。透磁率μも、Ｃｏの濃度に依存し、７８≦ａ≦９１の範囲で高い値を示す。
【００２５】
▲６▼組成式が、Ｔ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で。０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
ｄ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００２６】
▲７▼組成式が、Ｔ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態で用いられる磁気インピーダンス効果について説明する。ワイヤ状あるいはリボン状等に形成された軟磁性材料に微少高周波電流を通電すると、軟磁性材料の両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。磁気インピーダンス効果とは、微少高周波電流を通電した軟磁性材料に、外部磁界を印加すると軟磁性材料のインピーダンスが敏感に変化して、軟磁性材料両端の出力電圧が変化する効果のことである。
【００２８】
外部磁界の印加による軟磁性材料のインピーダンスの変化は、磁性材料に交流電流を通電したときに、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」が、外部磁界によって変化するためであることが知られている。
【００２９】
具体的には、磁気インピーダンス効果とは、図６に示す閉回路において、薄膜状、ワイヤ状あるいは、リボン状の磁性体Ｍｉに電源ＥａｃからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを印加している状態で、磁性体Ｍｉの長さ方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、磁性体Ｍｉ両端に素材固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、出力電圧Ｅｍｉの振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数１０％の範囲で変化する、すなわちインピーダンス変化を起こす現象をいう。
【００３０】
この磁気インピーダンス効果を有する素子は、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、磁化ベクトルの素子の長さ方向、すなわち交流電流Ｉａｃが流れる方向へのわずかな回転で透磁率が急激に変化するので、長さ方向の反磁場も小さく、素子の長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【００３１】
また、磁気インピーダンス効果素子は、１０-5Ｏｅ程度の高分解能を有する微弱磁界センサが得られるという特性や、数ＭＨｚ以上の励磁が可能であるために数百ＭＨｚの高周波励磁が振幅変調のキャリアとして自由に使用でき、磁界センサとして使用するときに、遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易であるという特性や、消費電力を１０ｍＷ以下にすることができるという特性を持つ。
【００３２】
磁気インピーダンス効果を奏する軟磁性材料として、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、例えば（Ｆｅ6Ｃｏ94）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15の非晶質ワイヤ（毛利佳年雄ほか「磁気インピーダンス（ＭＩ）素子」、電気学会マグネティクス研究会資料Ｖｏｌ．１，ＭＡＧ−９４，Ｎｏ．７５−８４，ｐ２７−３６，１９９４年発行）などが報告されている。
【００３３】
このＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気―インピーダンス特性は、図４に示すように、印加する正負の外部磁界Ｈｅｘ（Ｏｅ）に対する出力電圧Ｅｍｉ（ｍＶ）が外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心として略左右対称形状の特性を示す。図４に示す磁気インピーダンス特性の測定は、ワイヤー状の磁気インピーダンス効果素子に、３ＭＨｚの周波数の駆動交流信号を与え、外部磁界の大きさを−５（Ｏｅ）〜５（Ｏｅ）の範囲で変化させる条件で行った。
【００３４】
従来、磁気インピーダンス効果素子は、地磁気を感知する方位センサや、ハードディスクやフロッピーディスクの駆動装置のスピンドルモータの回転角センサであるロータリエンコーダなどの用途に用いられていた。
本発明は、磁気インピーダンス効果素子を、受信装置のアンテナ部に用いたものである。
【００３５】
図１は、本発明の受信装置の実施の形態を示すブロック図である。
アンテナ部１１は、電波信号を捉える磁気インピーダンス効果素子１１ｂと、磁気インピーダンス効果素子１１ｂに駆動交流信号を与える駆動回路１１ａと、駆動交流信号と受信電波信号の混合信号を整流する整流回路１１ｃと、駆動交流信号を除去する周波数弁別器１１ｄから構成されている。
【００３６】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの形状はワイヤ状、リボン状などである。ワイヤ状、リボン状の磁気インピーダンス効果素子は、単ロール法、鋳造法、流体冷却法によって製造することができる。また、スパッタ法や蒸着法によって製造された、薄膜状の磁気インピーダンス効果素子１１ｂを用いてもよい。
【００３７】
また、磁気インピーダンス効果素子１１ｂには、両端に駆動回路１１ａと接続するための電極が形成され、駆動交流信号が流れる方向が磁化困難軸となるように形成されている。したがって、駆動交流信号が流れる方向において透磁率が上昇し、受信する電波信号に対する検知感度が上昇する。
【００３８】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの駆動交流信号が流れる方向を磁化困難軸とする方法として、磁気インピーダンス効果素子１１ｂを磁場中でスパッタ法などにより成膜する方法や、磁場の無い（あるいは小さい）状態で単ロール法、鋳造法、流体冷却法、スパッタ法、または蒸着法などによって製造した後、高温雰囲気下の磁場中に置き、磁場中アニールする方法がある。
【００３９】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂは、長さ０．１〜１０ｍｍ、厚さ１〜５０μｍの範囲で形成することができる。磁気インピーダンス効果素子の長さや厚さが異なると、磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス特性も異なるので、受信装置が必要とする感度や、受信装置の用途に応じて適切な大きさの磁気インピーダンス効果素子を使用するとよい。
【００４０】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの組成は、例えば、（Ｃｏ0.94Ｆｅ0.06）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15である。この組成以外のＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の軟磁性材料や、Ｃｏ−Ｔ−Ｍ−Ｘ―Ｏ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素）、Ｃｏ―Ｔａ―Ｈｆ系、Ｆｅ―Ｍ―Ｏ系（Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系、Ｔ―Ｓｉ−Ａｌ―Ｍ―Ｚ―Ｑ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素）などの軟磁性材料を用いて、磁気インピーダンス効果素子１１ｂを形成してもよい。
【００４１】
駆動回路１１ａが、磁気インピーダンス効果素子１１ｂに与える駆動交流信号の電流と電圧の大きさは例えば、１０ｍＡ、２Ｖである。また、駆動回路１１ａが自己発振方式の回路であると、磁気インピーダンス効果素子１１ｂと駆動回路１１ａを一体化することができるので、回路の浮遊インピーダンスなどによる感度の不安定化を防ぐことができる。
【００４２】
自己発振方式の駆動回路の１例として、図２に安定化コルビッツ発振回路を示す。
ＡＭ放送は、５００ｋＨｚ〜２０００ｋＨｚの周波数帯の搬送波を音声や音楽などの可聴周波信号によって振幅変調して送出されたものである。本発明の受信装置は、電波信号の磁界成分の変化を検出して電気信号に変換する。
【００４３】
ワイヤ状あるいはリボン状等の磁気インピーダンス効果素子１１ｂには、駆動回路１１ａによって駆動交流信号が与えられ、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。駆動交流信号の周波数は、ＡＭ放送の搬送波の周波数の１０倍から２０倍以上に設定するとよい。本実施の形態では、２０ＭＨｚである。受信装置にＡＭ波の電波信号が届くと、電波信号の磁気成分の振幅の変化に応じて、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧の振幅が変化する。
【００４４】
図３は、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧が、受信電波信号によって変化する様子を示している。ＡＭ波の搬送波３２は、可聴周波信号３１によって振幅変調されている。磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端の出力電圧の振幅は、搬送波３２の振幅の変化に対応して変化するので、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端からの出力は、搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号になる。
【００４５】
図４に示したＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気―インピーダンス特性は、印加する正負の外部磁界に対する出力電圧が、外部磁界Ｈｅｘ＝０を中心として略左右対称形状の特性を示している。したがって、搬送波３２が正のときでも、負のときでも、出力電圧の振幅は同じになる。しかし、搬送波３２は、復調段階で整流され、整流時に搬送波３２の負の部分が除去されたり、正に変換されたりするものであるから、磁気インピーダンス効果素子１１ｂによって搬送波３２の正負が区別なく変換されても、可聴周波信号は正しく復調される。
【００４６】
尚、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料を磁気インピーダンス効果素子１１ｂに用いるときは、０．５〜１（Ｏｅ）のバイアス磁界を印加して、図４に示された磁気インピーダンス特性の曲線を横方向（磁界の軸方向）にシフトさせ磁界が０（Ｏｅ）付近であるときの出力電圧の変化を大きくしても良い。このようにバイアスを印加することにより、放送電波の磁界成分の変化に対応する磁気インピーダンス効果素子１１ｂ両端の出力電圧の変化が俊敏になる。
【００４７】
磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する方法として、例えば、図５に示すように、磁気インピーダンス効果素子１１ｂの周囲にコイルＣを適宜巻数だけ巻回し、このコイルＣに直流電流を流すことによりバイアス磁界を発生させる方法がある。
【００４８】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂの両端から出力された搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号は、整流回路１１ｃに入力される。本実施の形態では、ダイオード１１ｅ、１１ｅ、１１ｅ、１１ｅからなるブリッヂ回路によって、整流回路が構成されているので、混合信号の負の部分は、正に変換される。整流回路１１ｃは、ダイオードのブリッヂ回路に限らず、整流作用を持つ回路であればどのようなものでもよい。たとえば、１個のダイオードが磁気インピーダンス効果素子１１ｂと周波数弁別器１１ｄの間に接続されるものでもよい。
搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３との混合信号は、整流後、周波数弁別器１１ｄに入力され、駆動交流信号３３が除去される。
【００４９】
駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の周波数より高く設定されている場合は、周波数弁別器１１ｄはローパスフィルタによって構成される。逆に、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の周波数より低く設定されている場合は、周波数弁別器１１ｄはハイパスフィルタによって構成される。
ただし、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の搬送波の周波数より高いほうが好ましい。
【００５０】
磁気インピーダンス効果素子１１ｂは、駆動交流信号が高周波でなければ、磁気インピーダンス効果を現さない。駆動交流信号の周波数は、最低数百ｋＨｚ必要であるが、駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数と近いと、周波数弁別器１１ｄで、受信電波信号と駆動交流信号の混合信号から駆動交流信号を除去することが困難になる。
【００５１】
中波放送の周波数は、５００ｋＨｚより高い帯域にあるが、駆動交流信号をこれより低くしようとすると、駆動交流信号と受信電波信号の周波数の差はせいぜい数百ｋＨｚしかとれずハイパスフィルタによって駆動交流信号を除くことが困難になる。一方、駆動交流信号の周波数を、受信電波信号の搬送波の周波数より高くする分には、駆動交流信号を取り除くためのローパスフィルタが許容する限り高くすることができる。実用上は、駆動交流信号の周波数は、受信電波信号の周波数の数十倍であればよい。
【００５２】
本実施の形態では、周波数弁別器１１ｄは、コンデンサー１１ｆと抵抗１１ｇからなるローパスフィルタによって構成されている。コンデンサー１１ｈは、受信電波信号と駆動交流信号の混合信号に混入した直流成分を除去するためのものである。
【００５３】
周波数弁別器は、本実施の形態に示された回路のものに限らず、駆動交流信号を除去することができるものであればどのようなものでもよい。たとえば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタのかわりに受信電波信号の搬送波のみを通すバンドパスフィルタや、駆動交流信号を通さないバンドエリミネイトフィルタを用いてもよい。また、コンデンサーや抵抗によって構成されるフィルタを用いる代わりにバイアスをかけてもよい。バイアスをかけて、駆動交流信号を除去すると感度が高くなる。
【００５４】
搬送波３２の受信電波信号と駆動交流信号３３の混合信号から、駆動交流信号３３が除去された後、取り出された受信電波信号は、高周波増幅回路１２によって増幅される。
【００５５】
ところで、アンテナ部１１は、受信電波信号の搬送波の周波数を選択する機能を有しない。すなわち、高周波増幅回路１２の入力および出力は、受信したすべての周波数の電波信号が混合されている。後段に設けられた同調回路１３は、高周波増幅回路１２の出力から目的の周波数の信号を選択するものであり、検波回路１４は、可聴周波信号と搬送波との混合信号から可聴周波信号を取り出すものである。
【００５６】
同調回路１３および検波回路１４は、一般的なＡＭ放送の受信機で用いられている回路を用いて構成されている。たとえば、コイルとコンデンサーからなる共振回路やバンドパスフィルターなどで同調し、ローパスフィルターなどで、搬送波を除去し可聴周波信号を取り出す。
取り出された可聴周波信号は、必要に応じて、低周波増幅回路１５によって増幅され、スピーカ１６によって音声または音楽として聞くことができるようになる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明の受信装置によれば、アンテナ部を、従来のフェライトコアの巻き線コイルを用いて形成する代わりに、磁気インピーダンス効果素子を用いて形成することにより、著しい小型化を可能にできる。
【００５８】
また、磁気インピーダンス効果素子の、駆動交流信号が流れる方向を磁化困難軸とすること、および駆動交流信号が流れる方向にバイアス磁界を印加することにより受信装置の受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受信装置の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の駆動回路の１例を示す回路図。
【図３】図１の受信装置の磁気インピーダンス効果素子の出力電圧が、受信電波信号によって変化する様子を示すグラフ。
【図４】Ｆｅ―Ｃｏ―Ｓｉ―Ｂ系の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス特性を示すグラフ。
【図５】磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する方法を示す概念図。
【図６】磁気インピーダンス効果素子に駆動交流信号を与え、外部磁界を印加する方法を示す概念図。
【図７】従来の受信装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１ アンテナ部
１１ａ 駆動回路
１１ｂ 磁気インピーダンス効果素子
１１ｃ 整流回路
１１ｄ 周波数弁別器
１２ 高周波増幅回路
１３ 同調回路
１４ 検波回路
１５ 低周波増幅回路
１６ スピーカ
Claims (12)
- アンテナ部が、磁気インピーダンス効果素子と、前記磁気インピーダンス効果素子に駆動交流信号を与える駆動回路と、受信電波信号と前記駆動回路から与えられた駆動交流信号の混合信号を整流する整流回路と、前記混合信号から受信電波信号を分離抽出する周波数弁別器とを有し、前記アンテナ部の後段に、受信電波信号の搬送波の周波数を選択する同調回路及び可聴周波信号と搬送波との混合信号から可聴周波信号を取り出す検波回路が接続されていることを特徴とする受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、両端に前記駆動回路と接続するための電極が形成され、駆動交流信号が流れる方向が磁化困難軸とされている請求項１記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子には、前記駆動交流信号が流れる方向にバイアス磁界が印加されている請求項１または請求項２に記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子がリボン状またはワイヤー状に形成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受信装置。
- 前記駆動交流信号の周波数が、受信電波信号の搬送波の周波数より高い請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式が（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金からなり、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式がＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式がＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式が（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗは原子％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘである請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式がＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式がＴ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
- 前記磁気インピーダンス効果素子は、組成式がＴ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金からなり、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受信装置。
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