JPH02164102A - 静磁波デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 マイクロ波帯の共振器やフィルタ等に使用する静磁波デ
バイスに関し、 温度特性を改善することを目的とし、 誘電体基板上に形成した磁性膜にマイクロ波信号と外部
磁界を印加したときに、該磁性膜で発生し且つ該磁性膜
中を伝播する静磁波を出力として利用する静磁波デバイ
スであって、磁性膜に印加する外部磁界の印加方向が、
磁性膜面に対して傾く如くに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はマイクロ波帯の共振器やフィルタ等に使用する
高周波発振器に係り、特に温度特性の改善を図った静磁
波デバイスに関する。

近年のデータ伝送の大容量化や高速化に伴って、ＧＨｚ
帯の共振器やフィルタ、遅延線等の開発が急ピッチで進
んでいるが、特に発振器としての静磁波デバイスはＣ，
Ｈｚ帯で良好な特性を示すと共に外部磁界を変化させる
ことによって極めて広い範囲で周波数や遅延時間等が変
えられる特徴があるため多く使用されているが、中心周
波数の温度依存性が非常に大きいことからその解決が望
まれている。

〔従来の技術〕

第３図は従来の静磁波デバイスの一例を示す図であり、
（Ａ）は構成原理図、（Ｂ）は温度依存性を説明する図
である。

図（Ａ）で例えば（イ）は磁界方向が表面波（ＭＳＳＷ
）型を示す静磁波デバイスをを、また（口）は磁界方向
が前進体積波（ＭＳＦＶＷ）型を示す静磁波デバイスを
示している。

図（Ａ）の（イ）、（ロ）で　　１はアルミナ等よりな
る誘電体基板、２は該誘電体基板１の表面に装着されて
いる厚さ２０μｍ程度のイツトリウム・鉄・ガーネット
（以下ＹＩＧとする）よりなる磁性膜、また該磁性膜２
の長手方向両サイド近傍に帯状に形成した３ａ、３ｂは
厚さ数μｍ程度の金（Ａｕ）薄膜よりなる電極（マイク
ロストリップライン）であり図の場合には３ａが信号投
入側、３ｂが出力側としている。なお該誘電体基板ｌの
裏面全面に形成している４はアース電極である。

ここで上記電極３ａから周波数がＧ）Ｈｚ帯のマイクロ
波信号を投入すると電極３ａに電流が流れて磁界が励起
され、その結果上記磁性膜２が磁性体なるため該磁性膜
２の内部を図示矢印■の如く電極３ｂに向かう方向に静
磁波が伝播する。

ここで該磁性膜２に、（イ）の表面波（ＭＳＳＷ）型静
磁波デバイスの場合には上記磁性膜２の膜面と平行で且
つ静磁波の伝播方向■と直交する■の如き方向の外部磁
界を付与して該磁性膜２の飽和磁化量を変えそれによっ
て変化する周波数信号を電極３ｂから出力させるように
し、また（口）の前進体積波（ＭＳＦＶＷ）型静磁波デ
バイスの場合には上記磁性膜２に対して垂直方向に■の
如き方向の外部磁界を付与して上記同様に変化する周波
数信号を電極３ｂから出力させるようにしている。

一方、磁性体中の飽和磁化量はその周囲温度によって変
化し、一般には温度が高くなると飽和磁化量が減少する
。

従ってかかる方法で形成された静磁波デバイスでは、磁
性膜２中の飽和磁化量が温度によって変化するため励起
される共振周波数の中心値が温度によって変化する。

図（Ｂ）はこの状態を示したもので、縦軸には周波数Ｆ
をＧ）Ｉｚ単位で、また横軸は通常の温度範囲例えば７
０〜０°Ｃの範囲に対応する飽和磁化量Ｇをガウスで表
わしたもので該横軸の紙面左側を高温域としている。

はぼ室温近傍での中心周波数を１０　Ｇ　Ｈｚと設定し
た静磁波デバイスの場合の図で、はぼ直線状のカーブａ
は上記表面波（ＭＳＳＷ）型静磁波デバイスの飽和磁化
量と周波数との関係を示し、またカーブｂは上記前進体
積波（ＭＳＦＶＷ）型静磁波デバイスの飽和磁化量と周
波数との関係を示している。

図から明らかな如く、カーブａすなわち表面波（ＭＳＳ
Ｗ）型静磁波デバイスでは、温度が上昇して飽和磁化量
Ｇが少なくなるにつれて共振周波数がほぼ直線的に小さ
くなることから、標準温度近傍で１０　Ｇ　Ｈｚの周波
数を発振するように構成しても７０°Ｃ位に温度が高く
なると発振周波数は例えば９．９ＧＨ２程度に小さくな
る。また逆にＯ′Ｃ位に温度が低くなると発振周波数が
例えば１０．１ＧＨｚ程度に大きくなる。

またカーブｂすなわち前進体積波（ＭＳＦＶＷ）型静磁
波デバイスの場合には、温度が上昇して飽和磁化量Ｇが
少なくなるにつれて共振周波数がほぼ直線的に大きくな
ることから、標準温度近傍で１０ＧＨｚの周波数を発振
するように構成しても７０°Ｃ位に温度が高くなると発
振周波数は例えば１０゜４ＧＨｚ程度に大きくなり、逆
にＯ″Ｃ位に温度が低下すると例えば９．６　Ｇ　Ｈｚ
程度に小さくなる。

一方、実際の使用に当たっては使用温度に関係なく中心
周波数が一定なることが望ましい。

そこで従来は、上記磁性膜２に、例えばガリウム（Ｇａ
）、　ランタン（Ｌａ）の如き種々の不純物を混入させ
て飽和磁化量を温度に関係なく一定にして図示の破線で
示すｌの如きカーブになるようにしている。

この場合には温度変化に対する周波数特性は良好である
が、不純物の添加によって伝播特性が低下し所定の伝播
特性を確保することができない難点があり、更に周波数
の温度依存性を完全にＯにすることができないと言う欠
点があった。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の構成になる静磁波デバイスでは、周波数特性の、
温度依存性を向上させるための不純物の添加が、静磁波
デバイスとしての発振波の伝播特性を低下させると共に
周波数の温度依存性を完全に０にできないと言うと云う
問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、誘電体基板上に形成した磁性膜にマイク
ロ波信号と外部磁界を印加したときに、該磁性膜で発生
し且つ該磁性膜中を伝播する静磁波を出力として利用す
る静磁波デバイスであって、磁性膜に印加する外部磁界
の印加方向が、磁性膜面に対して傾く如くに構成してな
る静磁波デバイスによって解決される。

〔作　用〕

磁性膜面に平行に外部磁界を印加した場合の周波数の温
度依存性と磁性膜面に垂直に外部磁界を印加した場合の
周波数の温度依存性とは相互に相反関係にあることから
、外部磁界の印加方向を磁性膜面に対して傾けると周波
数の温度依存性を一定にすることができる。

本発明では、一定した外部磁界の印加方向に対して静磁
波デバイスひいては磁性膜が斜面を形成するように、該
静磁波デバイスを傾けて配置する構成としている。

この場合には周波数の温度依存性を向上させるための不
純物を磁性膜に添加する必要がなくなることから、静磁
波デバイスとしての伝播特性を落とすことなく周波数の
温度依存性が一定な静磁波デバイスを容易に得ることが
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する原理図であり、（Ａ）は主要
部を示す図、（Ｂ）は外部磁界の磁性膜に対する角度を
変化させたときの周波数の飽和磁化依存性を表わす図、
また（Ｃ）は外部磁界と飽和磁界の比と温度依存性がＯ
となる上記角度との関係を表わす図である。

また第２図は本発明になる静磁波デバイスの構成例を示
す図である。

第１図（Ａ）で、２は第３図で説明した磁性膜を示し、
矢印■が静磁波の伝播方向を表わし矢印■は表面波（Ｍ
ＳＳＷ）型静磁波デバイスの外部磁界の印加方向を更に
■が前進体積波（ＭＳＦＶＷ）型静磁波デバイスの外部
磁界の印加方向を示していることは第３図の場合と同様
である。

ここで上記の各外部磁界印加方向■と■を例えばベクト
ルと考えたときの該各ベクトルの合成方間で該磁性膜２
に対して垂直な外部磁界印加方向■から角度φだけ傾い
た図示■の方向に外部磁界を付与するようにしている。

一方、一般に所要周波数Ｆと上記角度φとの間には、 Ｆ＝ｒ　（旧（旧＋４　ｚＭｓ　ｓｉｎ”θ）　）　”
”・（１） 旧ｓｉｎθ＝Ｈｂ　ｓｔｎφ　　　・・・・・・・・（
２）（ｌ（ｉ＋　４　ｚＭｓ）　　ｃｏｓ　　θ＝Ｈｂ
　ｃｏｓφ・　・　・　・　・　・　・　・（３）なる
関係がある。ここで、 Ｆは所要周波数、Ｔは磁気回転比、旧は磁性膜に外部磁
界を付与した時に該磁性膜内に発生する内部磁界の大き
さ、　Ｍｓは飽和磁化量、θは該内部磁界の方向と該磁
性膜法線がなす角度、　Ｈｂは外部磁界の大きさ をそれぞれ表わしている。

図（Ｂ）は、例えば外部磁界の大きさＨｂが３９７９エ
ルステツドのとき、上記（１）式の飽和磁化量４πＭｓ
が１７６０エルステツドのところで所要周波数Ｆが１０
　Ｇ　Ｈｚとなるように設定した静磁波デバイスにおい
て、上記角度φを変化させたときの周波数の飽和磁化依
存性を示したものであり、第３図（Ｂ）と同様に縦軸に
は周波数ＦをＧＨｚ単位で１また横軸には通常の使用温
度（例えば７０〜０°Ｃの範囲）に対応する飽和磁化量
４πＭｓをガウスで表わしたものである。

図で、はぼ直線状のカーブａはφ＝９０度すなわち表面
波（ＭＳＳＷ）型静磁波デバイスの場合の温度に対する
周波数の飽和磁化依存性を表わし、またカーブｂはφ＝
０度すなわち前進体積波（ＭＳＦＶＷ）型静磁波デバイ
スの場合の温度に対する周波数の飽和磁化依存性を表わ
している。

ここで上記φを例えばほぼ７０度として周波数の飽和磁
化依存性を求めると一点鎖線で示すカーブＣの如くにな
り、更にφを例えばほぼ２０度として周波数の飽和磁化
依存性を求めると点線で示すカーブｄの如くになる。

このことは、上記φを９０〜０度の間で適当に設定する
ことによって、図のカーブａ　−ｂ間の領域に含まれる
任意のカーブが得られることを意味している。

計算結果によれば、φ＝３５．８度の時に図の破線で示
すカーブ！の如く、温度に対する周波数の飽和磁化依存
性が常に一定となる静磁波デバイスが得られることを確
認している。

なおこの場合は飽和磁化量の変化に対して周波数が殆ど
変化しないことから、温度係数が０となって θＦ／θＭｓ−０・・・・・・・・（４）が成立する。

図（Ｃ）は、温度係数が０となる角度と外部磁界と飽和
磁界の比との関係を表わす図であり、縦軸は温度係数が
Ｏとなる角度φをまた横軸は外部磁界と飽和磁界との比
すなわちＨｂ／Ｍｓを表わしている。

図のカーブｅから、外部磁界Ｈｂを３９７９エルステツ
ドとしまた飽和磁界Ｍｓを１７６０エルステツドとする
図（Ｂ）と同じ条件の場合には、その比がほぼ２．２６
となるため外部磁界の角度φを約３５．８度とすること
によって温度係数が０すなわち温度によって周波数が変
化することのない静磁波デバイスを得ることができる。

同様に外部磁界と飽和磁界との比を知ることにより、温
度によって周波数が変化することのない静磁波デバイス
を自由に得ることができる。

本発明の実施構成例を示す第２図で、（ａ）は全体構成
を示す斜視図であり、（ｂ）は図（ａ）を矢印Ｓ方向か
ら見た図である。

図（ａ）　、　（ｂ）で、１１は所定角度φを頂角とす
る喫状のアルミナ等よりなる誘電体基板、　１２は該誘
電体基板１１の上記頂角を挟む片側斜面に装着されてい
る厚さ２０μｍ程度のイツトリウム・鉄・ガーネット（
以下ＹＩＧとする）よりなる磁性膜であり、該磁性膜１
２の長手方向両サイド近傍には帯状に形成した厚さ数μ
ｍ程度の金（Ａｕ）薄膜よりなる電極（マイクロストリ
ップライン）　１３ａ、１３ｂを上記誘電体基板１１の
表面から連続した形で形成している。

なお図の場合には第３図同様に電極１３ａを信号投入側
としまた電極１３ｂを信号出力側としている。

また該誘電体基板１１の上記頂角φを挟む他面全面には
アース電極１４を形成し、該アース電極１４を介して例
えば金属等よりなる基板１５に該誘電体基板１１を装着
・固定している。

更に該基板１５を両面から挟むように図の上下方向に配
置した１６．１７はマグネットヨークを示しており、該
マグネットヨーク１６，１７による外部磁界が例えば常
時図示↑の方向に印加されている。

ここで上記電極１３ａからＧＨｚ帯のマイクロ波信号を
投入すると電極１３ａに電流が流れて磁界が励起され、
その結果上記磁性膜２が磁性体なるため該磁性膜２の内
部を図示矢印■の如く電極１３ｂに向かう方向に静磁波
が伝播することは第３図で説明した通りである。

かかる構成になる静磁波デバイスでは、マグネットヨー
ク１６．１７による外部磁界の印加方向は磁性膜１２の
膜面法線■′に対してφの傾きを持つ方向となる。

従って、基板１５上の誘電体基板１１の頂角φを第１図
で説明した如く所定の角度（図の場合の例では３５．８
度）で形成し該頂角を挟む片側斜面に磁性膜１２を形成
した後、一体化された基板毎マグネットヨーク１６．１
７の間に装着すれば、外部磁界は磁性膜面に対して所定
の傾きを持って印加されることになり、温度変化によっ
て発振周波数の変わらない静磁波デバイスを容易に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する原理図、 第２図は本発明になる静磁波デバイスの構成例を示す図
、 第３図は従来の静磁波デバイスの一例を示す図、である
。図において、 ２．１２は磁性膜、　　　　１１は誘電体基板、１３ａ
、　１３ｂは電極、　　　１４はアース電極、１５は基
板、 １６、１７はマグネットヨーク、 をそれぞれ表わす。 〔発明の効果〕 上述の如く本発明により、発振波の伝播特性を落とすこ
となく温度特性の改善が実現できる静磁波デバイスを提
供することができる。 （Ａ） Ｃｂ） ＝ｑ瞼。 不浸たＢ月１：なろ肴子矛ｘ５しデンくイスの一遼１１
に示す口Ｙ　　２　　記

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体基板上に形成した磁性膜にマイクロ波信号
   と外部磁界を印加したときに、該磁性膜で発生し且つ該
   磁性膜中を伝播する静磁波を出力として利用する静磁波
   デバイスであって、 磁性膜に印加する外部磁界の印加方向が、磁性膜面に対
   して傾く如くに構成してなることを特徴とした静磁波デ
   バイス。
2. （２）前記磁性膜に対する外部磁界印加方向の該磁性膜
   法線に対する角度φを、 所要周波数をＦ，磁気回転比をγ，磁性膜に外部磁界を
   付与した時に該磁性膜内に発生する内部磁界の大きさを
   Ｈｉ，該内部磁界の方向と該磁性膜法線がなす角度をθ
   ，磁性膜の飽和磁化量をＭｓ，外部磁界の大きさをＨｂ
   ，としたとき、 Ｆ＝γ｛Ｈｉ（Ｈｉ＋４πＭｓ　ｓｉｎ＾２θ）｝＾１
   ＾／＾２Ｈｉｓｉｎθ＝Ｈｂｓｉｎφ （Ｈｉ＋４πＭｓ）ｃｏｓθ＝Ｈｂｃｏｓφをそれぞれ
   満足し、且つ所要周波数Ｆと飽和磁化量Ｍｓの間の関係
   が、 θＦ／θＭｓ＝０ を満足するように構成してなることを特徴とした請求項
   １記載の静磁波デバイス。