JPH0287705A - 同調形発振器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波、ミリ波帯の同調形光振器に関
するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば米国特許４２７００９７号（１９８１年
）。

４６３０００２号（１９８６年）に示された従来の同調
形光振器を示す構成図であり、図において、１はＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）などの能動素子、２゜３．４
は能動素子ｌのそれぞれゲート、ソース、ドレイン端子
、５．６はフェリ磁性体球共振器、７．８はフェリ磁性
体球共振器５．６とゲート端子２、ソース端子３とを結
合するための結合ループ、９はドレイン端子４に接続さ
れる整合回路、１０は整合回路９に接続される負荷抵抗
である。

なお、この構成図では、ブエＩＪ磁性体球共振器５．６
に直流磁界を印加するための磁気回路を省略している。

また第６図は、第５図の具体的な構造例であり、第７図
は第６図のＡ−Ａ断面図である。図において、１１はフ
ェリ磁性体球共振器５．６を先端に接着して保持するた
めの誘電体棒、１２は整合回路９をマイクロストリップ
線路などで形成するための誘電体基板、１３は地導体、
１４は接続用の導体ワイヤである。

次に動作について説明する。第８図には、第５図に示し
た従来の同調形光振器の近似的な等価回路を示す。この
図では整合回路を省略している。

ソース端子３において回路を切り離し、能動素子１側を
見たアドミタンスをＹａ、フェリ磁性体球共振器６側を
見たアドミタンスをＹｂとする。

近似的に能動素子の等価回路定数は、相互コンダクタン
ス８爪、ドレインとソース間の抵抗のコンダクタンスＧ
ｄ、ゲートとソース間の容量Ｃ１で表わされるものとす
る。またＶ、をゲート・ソース間電圧、Ｒ１を負荷抵抗
とする。共振器５．６は近似的に並列共振回路で表され
、共振器５のリアクタンスをＸＧ、共振器６のサセプタ
ンスをＢｂとする。

ここでＹａ、Ｙｂを次式のように実部と虚部に分けて示
す。

Ｙａ＝Ｇａ＋　ｊＢａ　　　　　−（１）Ｙｂ−Ｇｂ＋
ｊＢｂ　　　　　・・・（２）発振条件は次式で示され
る。

Ｂａ＋Ｂｂ−０−（４１ 第（３）式において、共振器６側を見たコンダクタンス
ｃｂは、共振器６が受動素子であるため、常に正である
。このため能動素子１側を見たコンダクタンスＧａは負
でなければならない。このＧａは等価回路定数を用いて
、次式で表わされる。

Ｇｄが小さいとすると、Ｇａが負となる条件から、共振
器５のリアクタンスＸＧについて次式の条件が得られる
。この条件から、ＸＧは誘導性リアクタンスとする必要
がある。

また能動素子１側を見たサセプタンスＢａは次式で表わ
される。

１−ωＣ，ＸＧ このＢａは、第（６）式の条件より負になる。したがっ
て発振条件の第（４）式より共振器６側のサセプタンス
Ｂｂは正、つまり共振器６は容量性サセプタンスとする
必要がある。

結局、ゲート端子２に接続される共振器５は誘導性、ソ
ース端子３に接続される共振器６は容量性のりアクタン
スを呈した時に発振が生じる。この発振電力は整合回路
９を通して負荷抵抗１０より取り出される。

フェリ磁性体球共振器５．６の入力インピーダンスの一
例を第９図に太い実線で示す。共振周波数近傍では、周
波数を上げるに従い、スミスインピータンス図表の外枠
に沿ってインピーダンスが急激に右回りに回転する軌跡
を描く、第１０図（ａ）。

（ｂ）にはそれぞれ共振器５．６のりアクタンスを周波
数の関数として示している。第９図中の周波数ｆ１〜ｆ
４　（ｆ、＜ｆ、＜ｆ、＜ｆ４）は第１０図（ａｌのｆ
１〜ｆ、に相当する。つまり共振器５゜６は共振周波数
近傍において、低い周波数側で誘導性、高い周波数側で
容量性リアクタンスを呈することを示している。そこで
、ゲート端子２側に接続した共振器５の共振周波数をソ
ース端子３側の共振器６に比較し高くすることによりゲ
ート側が誘導性、ソース側が容量性となるようにできる
。

この領域を第１０図（ａ）、　（ｂｌ中に斜線で示す。

この領域のうち発振条件の第（３１，（４１式とも満足
する周波数は一点でありこれを白丸で示す。

２つのフェリ磁性体球発振器５．６の共振周波数差の設
定は、フェリ磁性体球が単結晶であることによる磁気異
方性を利用し、直流磁界の方向に対し、２つのフェリ磁
性体球共振器５．６の結晶軸の方向を変えることにより
行われる。なお、球状であるため、直流磁界および高周
波磁界はフェリ磁性体内で均一な分布となり、結晶軸が
同一方向であれば、共振周波数は直径や飽和磁束密度に
よらない。

これら共振周波数差をもつ２つの共振器５，６に同一の
直流磁界を印加し、この直流磁界の強さを変化させると
、一定の共振周波数差を保ちつつ、共振周波数が変化し
、広い周波数範囲にわたり発振動作が得られる。ＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓ、　Ｖｏｌ、ＭＴＴ−２８，Ｎｏ。

７、Ｊｕｌｙ　１９８０．　ｐｐ、７６２−７６７など
に報告されている１つの共振器を用いる同調形見振器は
、発振帯域がせいぜい１オクターブであるのに対し、こ
こで説明している２つの共振器５，６を用いた同調形光
振器では、２オクタ一ブ以上の発振帯域が得られる特長
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の同調形光振器は以上のようにフェリ磁性体球共振
器５．６、結合ループ７．８、誘電体棒１１を立体的に
構成しなければならず、集積化、量産化に適さず、機械
的強度も弱いという欠点があった。また、２つのフェリ
磁性体球共振器５゜６の共振周波数差を所定の値にする
ためには、１台毎に誘電体ロッド１１を回転して結晶軸
方向を見つけ、傾き角を調整する必要があり、価格が高
くなるという欠点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、集積化、量産化に適し、機械的強度が強く、
低価格化が図れる同調形光振器を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る同調形光振器は、共振器として静磁波の
共振周波数が互いに異なる２個のフェリ磁性体薄膜を用
いたものであり、共振器の外形寸法、膜厚寸法、飽和磁
化または薄膜表面やその近傍に配置する導体の形状によ
り共振周波数差を与えるようにしたものである。

〔作用〕

この発明における同調形光振器は、フェリ磁性体薄膜共
振器を用いることにより組立てが容易になり、かつ平面
的に構成できるとともに共振周波数差の調整が不要とな
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）において、１〜４．９，１０．１２〜１４
は従来と同じもの、１５．１６はそれぞれゲート端子２
、ソース端子３に接続されるフェリ磁性体薄膜共振器、
１７はフェリ磁性体薄膜を液相成長させるために用いら
れかつフェリ磁性体薄膜を保持するための誘電体基板、
１Ｂはフェリ磁性体薄膜共振器１５．１６の表面に蒸着
した導体膜をフォトリソグラフィーなどにより形成した
ストリップ導体、１９はストリップ導体１８の先端を接
地するための接地用導体である。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、２
０は誘電体基板１７に蒸着された地導体膜である。

なお、この構造図では、フェリ磁性体薄膜共振器１５．
１６に直流磁界を印加するための磁気回路を省略してい
る。

発振動作原理および発振条件は従来と同様である。また
、フェリ磁性体薄膜共振器１５．１６のりアクタンスを
発振条件を満たすようにそれぞれ誘導性、容量性とする
必要があることも同様である。

第２図にフェリ磁性体薄膜共振器１５または１６の一例
を示す、ストリップ導体１８を流れる高周波電流により
ストリップ導体１８の周囲に高周波磁界が誘起される。

この高周波磁界は静磁波の高周波磁界と結合し、フェリ
磁性体薄膜共振器１５または１６の一辺の長さのほぼ２
倍の波長の静磁波が存在する周波数で静磁波が共振する
。この共振器１５．１６のストリップ導体１８の一端を
第１図中に示すように接地用導体１９により接地した場
合、他端から見たインピーダンスは第９図と同様になる
。したがって従来用いているフェリ磁性体球共振器５．
６をフェリ磁性体薄膜共振器１５．１６で置き換えに本
実施例においても、従来と同様の性能を有する同調形光
振器が構成される。

そして本実施例の従来のフェリ磁性体球共振器５．６と
異なる点は共振周波数に差を与える方法にある。従来の
共振器５．６は前記の通り球形状であるため、その共振
周波数は、印加直流磁界によって決定され、直径や飽和
磁化にはよらなかった。一方、本発明で用いるフェリ磁
性体薄膜共振器１５．１６は形状自体が異方性であるた
め均一な高周波磁界をもつモード分布は存在できず、静
磁波の共振周波数は、印加直流磁界の他に、外形寸法、
薄膜の厚さ、飽和磁化、および薄膜表面またはその近傍
に配置される導体の形状によって決定される。一般に、
外形寸法を小さく、薄膜の厚さを厚り、飽和磁化を小さ
く、または薄膜近傍の導体の面積を広くすると共振周波
数は高くなる。

第１図に示す実施例は、ストリップ導体１８の長さ方向
のフェリ磁性体薄膜共振器１５．１６の寸法を変えた例
である。また薄膜近傍の導体の面積を変える方法として
共振器１５．１６上に配置しているストリップ導体１８
の幅を変えてもよい。

従来のフエ’）磁性体球共振器５，６、結合ループ７．
８、誘電体棒１１を立体的に構成したものに比較し、本
実施例によるフェリ磁性体薄膜共振器１５．１６はこれ
を平面的に配置できるため、集積化、量産化に適し、機
械的強度の向上が図れる。また共振周波数差は、共振器
１５．１６の外形寸法、薄膜の厚さ、飽和磁化または薄
膜近傍の導体寸法を精度良く加工、製造できるため、量
産時に個々に調整する必要は無く、低価格化を図ること
ができる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、これでは１
つの誘電体基板１７上に２つのフェリ磁性体薄膜共振器
１５．１６をリン酸エツチングを利用したフォトリソグ
ラフィーなどで作成している。このため、上記実施例と
同様の効果の他、部品点数が少なくなるという効果が得
られる。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、これ
は２個のフェリ磁性体薄膜共振器、３端子能動素子、整
合回路、およびこれらを接続する線路等のすべての素子
をガリウム砒素などの１つの基板２１上に形成している
。本実施例では集積度、量産性、機械的強度がさらに向
上し、かつ、価格をさらに下げることができる。また接
続部の物理的寸法が小さくなるため、発振帯域の高周波
数側を拡大できる効果がある。

なお上記実施例では、矩形のフェリ磁性体薄膜共振器を
用いた場合を示したが、該共振器の形状としては円形や
だ円形等を用いても良い。また、能動素子としてＦＥＴ
を用いた場合を示したが、バイポーラトランジスタを用
いても良い。

なお、以上のことから本発明の実施態様としては、以下
のものが考えられる。

（２）２個のフェリ磁性体薄膜共振器の外形寸法差によ
り共振周波数差を与えたことを特徴とする請求項１記載
の同調形光振器。

（３）２個のフェリ磁性体薄膜共振器の膜厚寸法差によ
り共振周波数差を与えたことを特徴とする請求項１記載
の同調形光振器。

（４）２個のフェリ磁性体薄膜共振器の飽和磁化を変え
ることにより共振周波数差を与えたことを特徴とする請
求項１記載の同調形光振器。

（５）２個のフェリ磁性体薄膜共振器の薄膜表面、また
はその近傍に異なる形状の導体を配置することにより共
振周波数差を与えたことを特徴とする請求項１記載の同
調形光振器。

（６）２個のフェリ磁性体薄膜共振器を１つの誘電体基
板上にフォトリソグラフィなどで製作したことを特徴と
する請求項１記載の同調形光振器。

（７）２個のフェリ磁性体薄膜共振器、３端子能動素子
、整合回路、およびこれらを接続する線路を同一基板上
に形成したことを特徴とする請求項１記載の同調形光振
器。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、精度良く共振周波数差
を設定できる２つのフェリ磁性体薄膜共振器を用いて同
調形光振器を構成したので、集積化、量産化に適したも
のが得られ、また、機械的強度を向上できるとともに低
価格化を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（′ｂｌはこの発明の一実施例による
同調形光振器を示す平面図及び断面図、第２図はこの発
明に用いるフェリ磁性体薄膜共振器を示す斜視図、第３
図、第４図はそれぞれこの発明の他の実施例及びさらに
他の実施例を示す平面図、第５図は従来の同調形光振器
を示す構成図、第６図は従来の同調形光振器の平面図、
第７図は第６図のＡ−Ａ断面図、第８図は同調形光振器
の等価回路図、第９図はフェリ磁性体薄膜または球共振
器のインピーダンス特性を示すスミスインピーダンス図
表を示す図、第１０図（ａｌ、　（ｂ）はそれぞれゲー
ト端子、ソース端子に接続される共振器のりアクタンス
の周波数特性を示す図である。 １は能動素子、２はゲート端子、３はソース端子、４は
ドレイン端子、５，６はフェリ磁性体球共振器、７．８
は結合ループ、９は整合回路、１０は負荷抵抗、１１は
誘電体棒、１２は誘電体基板、１３は地導体、１４は導
体ワイヤ、１５，１６はフェリ磁性体薄膜共振器、１７
は誘電体基板、１８はストリップ導体、１９は接地用導
体、２０は地導体膜、２１は基板である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）共振周波数が可変な２個の共振器と能動素子より
   構成され、上記共振周波数を変化させる手段と、発振出
   力を取り出す手段を備えた同期形発振器において、 上記共振器として静磁波の共振周波数が互いに異なる２
   個のフェリ磁性体薄膜共振器を用いたことを特徴とする
   同調形発振器。