JP4422055B2 - 静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置 - Google Patents

Description

本発明は、フェリ磁性共鳴を利用した静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置に関する。

静磁波マイクロ波装置に使用される静磁波素子には、GGG（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）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・ガーネット）薄膜を液相エピタキシャル成長させた素子が一般的に用いられる。この静磁波素子は強い磁界を印加し磁気スピンを共鳴させることにより共振子として動作する。このときの共振周波数は印加する磁界の強さを変えることで、マイクロ波帯の周波数で 2 〜3 オクターブの広帯域にわたり可変することができる。

図４によって、従来の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置を説明する。
図４は、従来の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置の一例を示す図である。従来は例えば、永久磁石 7 により発生される磁界 8（図中では模式的に複数の点線で表す。）を、永久磁石 7 の一方の極に付けた下部磁極 6 と、永久磁石 7 の他極に外部ヨーク 12 を経由して取付けた上部磁極 5 との間の空隙 9（矢印が示す間隔）に集中させ、静磁波素子 1 を空隙 9 内の発振回路基板 3 上に配置し、静磁波素子 1 による発振信号を発振回路用パッケージ 2 の電極 15 から取出すことにより静磁波素子用磁気回路を形成する（例えば、特許文献１参照。）。

図４の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置において、上部磁極 5 及び下部磁極 6 の中心は、磁界 8 が均一で磁束密度が最大であるため、通常はここに静磁波素子 1 を配置し安定した発振周波数を得る。上部磁極 5 及び下部磁極 6 の中心より端面方向にいくほど磁束密度は弱くなる。

静磁波素子 1 による発振周波数は、静磁波素子 1 に印加される磁界の強さに依存する。この磁界の強さは、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に流れる電流を調整することによって変化させることができる。例えば、比帯域（周波数可変幅／中心周波数）で約２０％程度変化させることが可能である。
また、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に電流が流れていないときに、上部磁極 5 及び下部磁極 6 の間に印加される磁界 8 の基本的な強さは、永久磁石 7 の磁力の強さ、及び空隙 9 の間隔に依存する。

特開２００１−２７４６２４号公報

上述の静磁波素子用磁気回路を用いて発振回路を形成する際には、発振周波数の調整が必要となる。発振周波数は、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に流れる電流を調整することによりある程度は調整できる。しかし、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 で調整できる範囲外の発振周波数が必要な場合がある。この場合には、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に電流が流れていないときに、上部磁極 5 及び下部磁極 6 の間に印加される磁界 8 の基本的な強さを変える必要がある。

磁界 8 の基本的な強さを変えるためには、永久磁石 7 の磁力の強さもしくは、空隙 9 の間隔を変える必要がある。
上述の従来技術では、空隙 9 の間隔は、静磁波素子用磁気回路の構造により決定され、容易に変更できない。このため、空隙 9 の間隔の増減による磁界 8 の基本的な強さの調整は難しい。
そのため、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 で調整できる範囲外の発振周波数の調整は、永久磁石 7 の磁力の強さを調整することにより行っている。

永久磁石 7 の磁力の強さを調整するためには、永久磁石 7 に外部から磁力を加える必要がある。しかし、静磁波素子用磁気回路を組立てた後の状態では、外部ヨーク 12 が外部からの磁力に対し磁気シールドとして働き、永久磁石 7 に磁力を加えることができない。このため、静磁波素子用磁気回路を分解して永久磁石 7 を取出し、着磁装置により外部から磁界を加えて永久磁石 7 の磁力の強さを調整した後、静磁波素子用磁気回路の元の位置に永久磁石 7 を戻して組立て直し、発振周波数を測定するという工程を所望の発振周波数が得られるまで繰返す。このため発振周波数の調整を含む製造工程に多くの時間を要するという問題があった。これは、永久磁石 7 を磁力の異なるものに交換しても同様である。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、空隙の間隔や磁力の強さを変更せずに、静磁波素子へ影響する磁界の強さを調整し、静磁波素子用磁気回路の発振周波数を容易に調整できる静磁波素子用磁気回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置は、空隙の間隔は変更せずに、上部磁極及び下部磁極の中心より端面方向にいくほど磁束密度が弱くなることを利用し、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを上部磁極及び下部磁極に対し平行に可動させることで、静磁波素子へ影響する磁界の強さを調整し、静磁波素子用磁気回路の発振周波数を容易に調整できる静磁波素子用磁気回路を実現した。

また、本発明の静磁波素子用磁気回路は、永久磁石と、永久磁石の一方の極に付けた磁極片と、他方の極に磁束を閉じこめるための外部ヨークを経由して接続した磁極片との間に、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを配するための空隙を設けるように形成した静磁波素子用磁気回路において、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを磁極片に対し平行に可動することにより、静磁波素子により得られる発振周波数を調整する。

また、本発明の静磁波素子用磁気回路は、外部ヨークの外側から上記磁極片に対し平行に、かつ、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージの側面に接するように対称方向から複数挿入された任意のネジの回転によって、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージの実装位置を可動させる。

また、本発明の静磁波発振装置は、静磁波素子用磁気回路及び静磁波素子とからなる静磁波発振装置において、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを磁極片に対し平行に可動することにより、静磁波素子により得られる発振周波数を調整する。

本発明によれば、永久磁石の磁力を調整すること無しに、上部磁極及び下部磁極に対しパッケージの配置位置を変えることにより静磁波素子に印加される磁界の強さを調節し、静磁波素子用磁気回路の発振周波数を調整できる。

以下、この発明の実施例を図１、図２、図３を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例の静磁波素子用磁気回路の断面図を示す。図１において、1 は静磁波素子、2 は発振回路用パッケージ、3 は発振回路基板、4 は発振回路基板 3 を固定するための銅板、5 は上部磁極、6 は下部磁極、7 は永久磁石、8 は磁界、9 は空隙、10 は励磁コイル、11 は FM コイル、12 は外部ヨーク、15 は発振回路用パッケージ 2 の電極、17 は発振回路用パッケージ 2 配置変更方向を示す矢印である。
図１において、永久磁石 7 の一方の極に下部磁極 6 配置され、他方の極に外部ヨーク 12 が配置される。永久磁石 7 の一方の極に付けた下部磁極 6 と、永久磁石 7 の他方の極に外部ヨーク 12 を経由して上部磁極 5 が接続され、永久磁石 7 による磁界 8 は、上部電極 5 と下部電極 6 の間の空隙 9 に集中する。

次に、励磁コイル 10 及び FM コイル 11 に電流を流すことで、磁界 8 の強さを粗調整及び微調整できる。
図１の実施例では、発振回路基板 3 に対して平行（矢印 17 の方向）に発振回路用パッケージ 2 を可動させることにより、発振周波数の調整が可能である。
上部電極 5 と下部電極 6 の間に形成される磁界 8 は、上部電極 5 と下部電極 6 の中心で最大となり、端面方向にいくほど小さくなる。
このため、発振回路用パッケージ 2 を上部電極 5 と下部電極 6 の中心に配置すると発振周波数も最大となるが、一方、端面方向に配置するほど発振周波数も低くなる。

次に、図２によって、本発明の一実施例の静磁波素子用磁気回路の上方断面図を示す。
図２に示すように、発振回路用パッケージ 2 の固定・調整用長穴型ネジ穴 13 を可動方向と平行となるように配置することで、発振回路用パッケージ 2 の配置位置を例えば矢印 17 の方向に可変させることができる。

発振回路用パッケージ 2 の配置位置が変わることにより、下部電極 6 に対して静磁波素子 1 の位置が変わるため、永久磁石 7 より印加される磁界の強さが変わり、発振周波数が調整できるようになる。
ここで、発振回路基板 3 に設けたマイクロストリップライン 14 は、発振回路用パッケージ 2 の電極 15 に対し、パターン幅を考慮し常に接続可能な形状とする。従って、発振回路基板 3 と発振回路用パッケージ 2 をはんだ付け等により電気的に接続することができる。

図３は、本の発明の他の実施例の静磁波素子用磁気回路の断面図を示す図である。16 は発振回路用パッケージ 2 の位置出し用調整ネジである。位置出し用調整ネジ 16 は、発振回路用パッケージ 2 の側面に接するように構成し、発振回路用パッケージ 2 の可動方向（矢印 17 ）と平行な向きに対称方向から挿入する。

ここで、位置出し用調整ネジ 16 を回転させることにより、位置出し用調整ネジ 16 と発振回路用パッケージ 2 との間隔が変化するように、外部ヨーク 12 側にタップを切っておく。例えば、位置出し用調整ネジ 16 の一方を左回しに回転させ、位置出し用調整ネジ 16 と発振回路用パッケージ 2 との間隔を広げた状態にしておく。
次に、もう一方の位置出し用調整ネジ 16 を右回しに回転させて発振回路用パッケージ 2 を位置出し用調整ネジ 16 で押すことにより、発振回路用パッケージ 2 の実装位置は変更する。

また、上記の位置出し用調整ネジ 16 の操作を逆にすれば発振回路用パッケージ 2 の実装位置を逆方向に移動できることは言うまでもない。すなわち、下部電極 6 に対して静磁波素子 1 の位置が変わるため、永久磁石 7 より印加される磁界の強さが変わり、発振周波数が調整できるようになる。
この方法を発振周波数をモニタしながら実施すれば、発振周波数を確認しながら調整することが可能であり、調整工程の作業効率の大幅な改善を図ることができる。

上述のごとく、本発明によれば、永久磁石の磁力を調整すること無しに、上部磁極及び下部磁極に対しパッケージの配置位置を変えることにより静磁波素子に印加される磁界の強さを調節し、静磁波素子用磁気回路の発振周波数を調整できる。
即ち、発振回路用パッケージに設けた固定調整用長穴型ネジ穴により上部磁極および下部磁極に対する静磁波素子の配置位置は微調整が可能であるため、静磁波素子用磁気回路の発振周波数も微調整が可能となり、発振周波数の調整精度の向上が図れる。また、励磁コイルにて調整できない範囲までの発振周波数の調整が期待できる。
このため、高い周波数精度を得るために必要であった高精度部品を削減することが可能となり、原価低減を図ることができる。
さらに、外部ヨークの外側から発振回路用パッケージの位置を変更可能な位置出し用調整ネジを挿入した構造とすることにより、発振周波数をモニタした状態で発振周波数の調整を行なうことができ、調整工程の作業効率の大幅な改善を図ることが可能となる。

本発明の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置の一実施例を示す図。 本発明の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置の一実施例を示す図。 本発明の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置の一実施例を示す図。 従来の静磁波素子用磁気回路及び静磁波発振装置を示す図。

符号の説明

1：静磁波素子、 2：発振回路用パッケージ、 3：発振回路基板、 4：銅板、 7：永久磁石、 8：磁界、 9：空隙、 10：励磁コイル、 11：FMコイル、 12：外部ヨーク、 13：固定・調整用長穴型ネジ穴、 14：マイクロストリップライン、 15：電極、 16：位置出し用調整ネジ、 17：矢印。

Claims (3)

1. 永久磁石と、上記永久磁石の一方の極に付けた磁極片と、他方の極に磁束を閉じこめるための外部ヨークを経由して接続した磁極片との間に、静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを配するための空隙を設けるように形成した静磁波素子用磁気回路において、上記静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを上記磁極片において上記空隙を形成する面に対し平行に可動することにより、上記静磁波素子により得られる発振周波数を調整することを特徴とする静磁波素子
   用磁気回路。
2. 請求項１記載の静磁波素子用磁気回路において、上記外部ヨークの外側から上記磁極片において上記空隙を形成する面に対し平行に、かつ、上記静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージの側面に接するように対称方向から複数挿入された任意のネジの回転によって、上記静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージの実装位置を可動させることを特徴とする静磁波素子用磁気回路。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の静磁波素子用磁気回路及び静磁波素子とからなる静磁波発振装置において、上記静磁波素子を内蔵した発振回路用パッケージを上記磁極片において上記空隙を形成する面に対し平行に可動することにより、上記静磁波素子により得られる発振周波数を調整することを特徴とする静磁波発振装置。