JPH0575202B2 - - Google Patents

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JPH0575202B2
JPH0575202B2 JP60065874A JP6587485A JPH0575202B2 JP H0575202 B2 JPH0575202 B2 JP H0575202B2 JP 60065874 A JP60065874 A JP 60065874A JP 6587485 A JP6587485 A JP 6587485A JP H0575202 B2 JPH0575202 B2 JP H0575202B2
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yig
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ggg
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Seigo Ito
Hiromi Okamoto
Hideo Tanaka
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強磁性共鳴装置、特にフエリ磁性薄
膜の磁気共鳴を利用した例えばマイクロ波集積回
路(以下MICという)のフイルタ装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、非磁性基板上に形成されたフエリ磁
性薄膜素子と電磁気的に結合するストリツプライ
ンに対して所定の空間を介して対向し、且つこの
ストリツプラインの一端を接地する導体壁を設け
る構成となしてラインの実効誘電率を小さくする
ことによつて、中心周波数の高周波化と広帯域化
を実現する。
〔従来の技術〕
ガトリウム・ガリウム・ガーネツト(以下
GGGという)基板上に、フエリ磁性のイツトリ
ウム・鉄・ガーネツト(以下YIGという)薄膜を
液相エピタキシヤル成長法(以下LPE法という)
によつて成長させ、その後、この薄膜を選択的に
所要のパターンにエツチングして、YIG薄膜素子
を形成し、これのフエリ磁性共鳴を利用したフイ
ルタ装置が提案さた。この種のフイルタ装置は、
例えば特開昭59−103403号公報にも開示されてい
るところである。
この種のYIG薄膜素子を用いたフイルタ装置
は、マイクロ波帯で共振特性のQが高いこと、小
型に構成できること、LPE及びリソグラフイー
による選択的エツチングによつて量産的に製造で
きることなどの利点からMICフイルタ装置とし
て注目されている。
このYIG薄膜によるMIC帯域通過フイルタ装
置は、例えば第10図に示すように、アルミナ等
の誘電体基板1の第1の主面に接地導体2が被着
形成されると共に、他方の第2の主面に、互に平
行な第1及び第2のマイクロストリツプライン、
すなわち入力及び出力伝送線路3及び4が被着形
成され、両ストリツプライン3及び4の夫々の端
部が接地導体2に夫々第1及び第2の接続導体5
及び6によつて接続される。そして基板1の第2
の主面上に、この主面上の第1及び第2のマイク
ロストリツプライン3及び4と夫々電磁的に結合
して第1及び第2の磁気共鳴素子、すなわちYIG
薄膜素子7及び8が配置される。
これらYIG薄膜素子7及び8は、例えばGGG
基板9の1主面に前述した薄膜形成技術によつて
YIG薄膜を形成し、これを例えば選択的エツチン
グ技術すなわちフオトリソグラフイーによつて円
形にパターン化することによつて構成する。
また基板1上の第1及び第2のYIG薄膜素子7
及び8間にはこれらを電磁的に結合する第3のマ
イクロストリツプライン、すなわち結合用伝送線
路10が基板9の他の面に被着形成され、その両
端が接続導体11及び12によつて接地導体2が
接続される。
ところが、このような構成によるMICフイル
タ装置は、次に述べる2つの理由から数GHz以下
の低い中心周波数のフイルタとして実現できな
い。その第1の理由は、YIG薄膜素子は、各マイ
クロストリツプラインと磁界結合させるものであ
ることから、磁界の最大となる位置に配置させる
ことが必要であるにも拘わらず、この条件が満た
されないということである。すなわち磁界は、マ
イクロストリツプラインの接地端で最大となり、
これよりλg/4(λg:伝播波長)の位置で最小と
なるので、YIG薄膜素子は、マイクロストリツプ
ラインの接地端にできるだけ近く配置されること
が必要となる。ところが、伝播波長λgは、誘電
体基板1及びGGG基板9の誘電率と、マイクロ
ストリツプラインの形状から定る実効誘電率を
εeffとすると、 λg=λo/√ …(1) となつて、λgは自由空間波長λoの1/√に
短縮され、一方、YIG薄膜素子はマイクロストリ
ツプラインと磁界結合させる上で有限の体積を必
要とし、その厚さが20〜30μmであれば、その直
径は2mm程度を必要とすることから、数GHzの高
周波では、YIG薄膜素子をマイクロストリツプラ
インの接地端側に配置してもこの接地端からYIG
薄膜素子の中心までの距離がλg/4程度に相当
し、実質的にYIG薄膜素子は、磁界の小さい位置
に配置されることになつて、YIG薄膜素子と、マ
イクロストリツプラインとの高周波結合効率が下
がり、フイルタの挿入損失が増大する。
第2の理由は、入出力マイクロストリツプライ
ンと、YIG薄膜素子間を結合するマイクロストリ
ツプラインとの交差点が、電界が最小となる接地
端近傍とならず、上述したように高周波化に伴
い、実質的にこれらの交差点と接地端との距離が
電界が最大となるλg/4に近くなるために、容
量結合が大となつて、アイソレーシヨン特性が極
端に劣化することにある。第11図及び第12図
は、上述のフイルタ装置における各周波数域にお
ける挿入損失を示したもので、これより明らかな
ように4.5GHz以上でその挿入損失が大となつて
しまつている。つまり、YIG薄膜素子の共振とは
関係なく入力信号を通過させてしまつてフイルタ
の機能を示さなくなる。
そして、本出願人は、このような欠点を改善す
るものとしてマイクロストリツプラインの先端を
開放し、この開放端からλg/4の奇数倍の位置
にYIG薄膜素子を配置するようにしたフイルタ装
置を、特願昭59−187079号出願によつて提案し
た。この構成によるフイルタ装置は、第12図に
示すように数GHz以上の高い中心周波数を持つフ
イルタを実現できるが、高周波結合効率及びアイ
ソレーシヨン特性が狭帯域であるため、固定ない
し狭帯域可変フイルタとしてのみ実現できるが広
帯域可変フイルタを実現することはできない。第
13図は、このフイルタ装置の周波数−アイソレ
ーシヨンの測定結果を示したもので、40dB以上
のアイソレーシヨンを行うことができてフイルタ
として有効な部分は、11.75GHzから14.75GHzの
3GHz程度の狭帯域となつている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上述した従来のYIG薄膜素子、すな
わちフエリ磁性薄膜素子による強磁性共鳴装置、
例えばフイルタ装置における諸問題を解消して、
高い中心周波数を有する固定ないしは、広帯域の
可変フイルタを実現できる強磁性共鳴装置を提供
するものである。
すなわち、本発明においては、上述した実効誘
電磁率を小さくして、強磁性共鳴装置における動
作周波数の高周波化、広帯域化をはかる。
〔発明の概要〕 本発明は、マイクロストリツプラインの端部を
接地するシヨート型構成をとり、その伝送系を、
いわゆるサスペンデイツド・サブストレイト・ス
トリツプライン、或いはインバーデイツド・マイ
クロストリツプラインとすることによつて伝送系
の実効誘電率εeffを下げてεeffを1に近づける。
すなわち、本発明においては、第1図に示すよ
うに、非磁性基板21例えばGGG基板と、この
非磁性基板21の1主面に形成されたフエリ磁性
薄膜素子22例えばYIG磁性薄膜素子と、このフ
エリ磁性薄膜素子22と電磁気的に結合するスト
リツプライン23とを有する装置本体25に対し
て、そのストリツプライン23と所定の空間を介
して対向すると共に、このストリツプライン23
の一端を接地する導体壁24を設け、フエリ磁性
薄膜素子、すなわちYIG磁性薄膜素子22に直流
バイアス磁界を印加する手段26を設けて成る。
このようにしてその伝送線路をサスペンデイツ
ド・サブストレイト・マイクロストリツプライン
ないしはインバーデイツド・マイクロストリツプ
ライン構成とする。
〔作用〕
本発明においては上述したように、例えばサス
ペンデイツド・サブストレイト・ストリツプライ
ン構成による伝送線路としたことによつて線路の
実効誘電率εeff1とすることができるものであ
り、これによつて高い周波数まで入出力線路と
YIG共振器との結合効率を保持することができ高
周波動作及び広帯域可変の例えばフイルタの実現
を可能にする。
〔実施例〕
更に第1図〜第3図を参照して、本発明装置の
一例のフイルタ装置の一例を説明する。第1図は
その断面図、第3図は要部の分解斜視図、第2図
はその装置本体25の平面図を示し、この例にお
いては、サスペンデイツド・サブストレイトマイ
クロストリツプライン構成とした場合で、この場
合、導体壁24は、装置本体25の上下に亘つて
囲むように構成され、シールドケースを構成する
ようになされている。
装置本体25は、GGG非磁性基板21の一主
面に、所要の間隔を保持して第1及び第2のYIG
磁性薄膜素子22A及び22Bと、両YIG素子2
2A及び22B間に、これら素子22A及び22
Bを磁気的に結合させるための第3のYIG磁性薄
膜素子22Cと被着形成して成る。また、GGG
非磁性基板21の各YIG磁性薄膜素子22A,2
2C,22Bが形成される主面とは反対側の主面
には導電パターン27を被着形成する。この導電
パターン27は第1及び第2のYIG磁性薄膜素子
22A及び22Bを横切つて互いに平行の第1及
び第2のマイクロストリツプライン、すなわち入
力ストリツプライン23A及び出力ストリツプラ
イン23Bと、これらの互いに反対側の端部と
夫々連結し且つ中央の第3のYIG磁性薄膜素子2
2Cと対向する部分を横切つて各ストリツプライ
ン23A及び23Bの中央にこれらと平行に配さ
れた中央の接地パターン23Cと、この中央の接
地パターン23Cの両端と各ストリツプライン2
3A及び23Bの互いに反対側の端部とを連結接
地する接地端27A及び27Bとを有して成る。
一方、接地導体壁24は、第3図にその分解斜
視図を示すように、第1の導体壁部24Aと第2
の導体壁部24Bとよりなる。第1の導体壁部2
4AにはGGGの非磁性基板21を、その各YIG
磁性薄膜素子22A,22C,22Bの配列方向
に関する両外側端部を受ける段部28A及び28
Bが設けられ、これら段部28A及び28B間に
は凹部29が設けられて成る。そして、これら段
部28A及び28B間に差し渡つてGGG非磁性
基板21を載置した状態で、凹部29によつて
GGG非磁性基板21と所要の間隔d1すなわち空
間を保持して導体壁部24Aの内面が対向するよ
うになす。
他方の導体壁部24Bは、第1及び第2のマイ
クロストリツプライン23A及び23Bと対向す
る部分、従つて第1及び第2のYIG磁性薄膜素子
22A及び22B(第3図には図示せず)と対向
する部分に凹部30A及び30Bが設けられてい
る。そして、両導体壁部24B及び24Aを、基
板21を挟み込んで合致させた状態で、凹部30
A及び30B間の突起部31が、丁度導電パター
ン27の中央接地パターン23Cに接触してこれ
と電気的に連結するようになされる。このように
して突起部31と中央接地パターン23Cとによ
つて入出力両ライン23A及び23B間の分離を
行うと共に凹部30A及び30BによつてGGG
非磁性基板21と導体壁24Aの内面との間に所
要の間隔d2が生じるようにする。
また、直流バイアス磁界印加手段26は、例え
ば装置本体25を挾んで相対向する中央磁極32
a1及び32b1を有する対のコア32a,32bが
合致され、例えば中央磁極32a1及び32b1
夫々線軸43が巻装されて両中央磁極32a1及び
32b1間に直流バイアス磁界が生じるような構成
となし得る。
上述の本発明構成による場合は、その伝送線路
がいわゆるサスペンデイツド・サブストレイト・
ストリツプライン構成とされるものであり、これ
によりGGG非磁性基板21を用いるにも拘らず
線路の実効誘電率εeffを小さく抑えることができ
る。具体的な数値例をあげると、非磁性基板21
として0.4mmの厚さのGGG基板を用い、このGGG
基板21の表面と導体壁24との間隔d1及びd2
夫々上下共に0.6mmとした場合、50Ωストリツプ
ラインにおいてその線路幅は1.25mm、実効誘電率
εeffは2.2となる。そして今、各ストリツプライ
ン23A及び23Bの各接地端27A及び27B
と各YIG磁性薄膜素子22A及び22Bの中心ま
での距離をLとしYIG磁性薄膜素子21A及び2
1Bが各ライン23A及び23Bの接地端近傍に
おかれる条件をLλg/8とすると、各YIG磁
性薄膜素子22の直径を2mmとした場合、25GHz
という高い周波数までこの条件が成立する。
従つてこの構成によれば、このように高い周波
数まで入出力線路とYIG磁性薄膜素子、すなわち
YIG共振器との結合効率が保持され高周波動作及
び広帯域可変のフイルタが実現可能になる。
因みに第10図で説明した従来のフイルタ装置
においては、そのGGG基板9の誘電率εrは、εr
=13という高い値を有するため、GGG基板9と
共に用いる誘電体基板1として誘電率の小さいも
のを用いたとしても線路の実効誘電率εeffを十分
小さくすることができない。例えば誘電体基板1
として厚さ1.27mmのアルミナ(誘電率εr=10)と
0.4mmの厚さのGGG基板9を用いた場合、その特
性インピーダンス50Ωのマイクロストリツプライ
ンの実効誘電率εeffは、アルミナの誘電体基板1
のラインで8.6、GGG基板9上のラインで7.3、ま
た別の例として誘電体基板1として0.5mmの厚さ
の石英(誘電率εrf=3.8)と0.4mmの厚さのGGG
基板9を用いた場合、その特性インピーダンス50
Ωのマイクロストリツプラインの実効誘電率εeff
は誘電体基板上の、即ち石英基板上のラインで
4.9、GGG基板上のラインで5.1となる。
更にまたこの構成によれば、YIG共振器、即ち
YIG磁性薄膜素子の直接結合を用いるフイルタで
あるため、これら共振器間を結合するためのスト
リツプラインが存在しないこと、また入出力のス
トリツプライン間を高周波的に導体壁24の両凹
部30A,30B間の突起部31と導電パターン
27の中央接地パターン23Cによつて高周波的
に分離しているため、また導体壁24によつて周
囲が囲まれていることによつて極めて高い周波数
までアイソレーシヨンを大きくとることが可能と
なる。
第4図は第1図〜第3図で説明した構成による
フイルタ装置における挿入損失の周波数特性を測
定したもので、これによれば、17GHzという高周
波まで40dB以上のアイソレーシヨンがとれてい
ることが分かる。
また第5図は、中心周波数が3GHzになるよう
に直流バイアス磁界を印加したときのフイルタ特
性を示す。そしてこの中心周波数は直流バイアス
の印加磁界を調整することによつて可変し得るも
のである。
上述した例においては、YIG共振器の直接結合
型構成をとつた場合であるが、この構成に限られ
るものではなく、例えば第6図及び第7図に示す
ようにGGG基板21の一主面に第1及び第2の
YIG磁性薄膜素子22A及び22Bを形成し、こ
れら間を第1図で説明したと同様に第3のマイク
ロストリツプライン33によつて結合することが
できる。この例においては、第3のマイクロスト
リツプライン33を例えばポリエステルフイルム
のベース34上に形成し、このポリエステルフイ
ルムをGGG非磁性基板21の各YIG磁性薄膜素
子22を有する側に対向してその第3のマイクロ
ストリツプライン33が第1及び第2のYIG磁性
薄膜素子22A及び22Bに対向して差し渡るよ
うになし得る。この第3のマイクロストリツプラ
イン33の両端には接地端33A及び33Bを設
け、これらが導体壁24の第1の導体壁部24A
に接触するように非磁性基板21と共に第1及び
第2の導体壁部24A及び24B間に挟み込まれ
るようになし得る。尚、第6図及び第7図におい
て、第1図及び第2図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。
このような構成による場合においても、前述し
た実施例と同様に25GHzという高い周波数まで
YIG磁性薄膜素子が各ストリツプラインの接地端
近傍におかれるという条件が成立し、各ストリツ
プラインとYIG磁性薄膜素子との結合効率が高く
保たれる。またアイソレーシヨンについては直交
する2つの第1及び第2のマイクロストリツプラ
イン22A及び22Bとこれと直交する第3のマ
イクロストリツプライン33の2つの交差点から
接地端までの距離がλg/4に等しくなる周波数
が12.5GHzとなり、充分なアイソレーシヨンがと
れる周波数は、先の第1図〜第3図で説明した構
成のものほどには高くはならないが、従来のフイ
ルタ装置に比べれば格段に改善することができ
る。
また上述した例においてはGGG非磁性基板2
1の一方の面にYIG磁性薄膜素子22(22A,
22B)を形成し、他方の面に第1及び第2のス
トリツプライン等の導電パターン27を形成する
ようにした場合であるが、或る場合は例えば導電
パターン27を非磁性基板21とは別体のポリエ
ステル等のフイルム上に形成し、これをGGG非
磁性基板21に重ね合わせて配置するようになす
こともできる。
尚、上述した各例においてはサスペンデイツ
ド・サブストレイト・ストリツプライン構成とし
た場合であるが他の例としては、インバーデイツ
ド・マイクロストリツプライン構成とすることも
できる。第8図にその断面図、第9図にその装置
本体の平面図を示す。第8図及び第9図において
第1図及び第2図と対応する部分には同一符号を
付して重複説明を省略するが、この場合、導体壁
24は、その一方の導体壁部24Aが省略されて
開放された構成とされている。
この構成において、今マイクロストリツプライ
ン側のGGG非磁性基板21の表面と導体壁24
の凹部30A及び30Bの存在によつて生じる間
隔を0.4mmとしたとき50Ωラインの線路幅は1.26
mm、実効誘電率εeffは1.9となる。このよに実効
誘電率εeffを小さくできる。
しかしながら、この例においても、バイアス磁
界印加手段のコア32a及び32bが、シールド
効果を有する材料によつて構成される場合は、実
質的にサスペンデイツド・サブストレイト・マイ
クロストリツプライン構成と同等となる。
尚、本発明装置におけるGGG非磁性基板の一
主面上に形成する各YIG磁性薄膜素子22A,2
2B,22Cは、この主面上に全面的にYIG薄膜
をエピタキシヤル成長させ、その後、フオトリソ
グラフイーによつて所定のパターンにすることに
よつて全YIG薄膜素子22A,22B,22Cを
同時に形成することができるものであり、このよ
うにすることによつて、これらYIG薄膜素子の形
成は、量産的に確実に行うことができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば線路系における
実効誘電率εeffを充分小さくすることができるこ
とから、動作周波数の高周波化、広帯域化を実現
できる。
したがつて、フイルタに適用するときシヨート
型構成としたにも拘らず数GHz以上の高い中心周
波広帯域を持つフイルタを得ることができる。
またバイアス磁界を可変することによつて低周
波から数GHz以上の高周波までの中心周波数が変
化する広帯域可変フイルタを構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にらる強磁性共鳴装置の一例の
断面図、第2図はその装置本体の平面図、第3図
は本発明装置の要部の分解斜視図、第4図はその
挿入損失の周波数特性測定曲線図、第5図はバイ
アス磁界を与えたときのフイルタ特性曲線図、第
6図は本発明による強磁性共鳴装置の他の例の断
面図、第7図はその装置本体の平面図、第8図は
本発明装置の更に他の例の拡大断面図、第9図は
その装置本体の平面図、第10図は従来のフイル
タ装置の斜視図、第11図ないし第13図はその
説明に供する特性曲線図である。 25は強磁性共鳴装置の装置本体、26は直流
バイアス磁界印加手段、21は非磁性基板、2
2、22A、22B、22CはYIG磁性薄膜素
子、23、23A、23B、23Cはマイクロス
トリツプライン、24は導体壁である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a) 非磁性基板と、 (b) 該非磁性基板の一の主面に形成されたフエリ
    磁性薄膜素子と、 (c) 前記非磁性基板の他の主面に形成され、前記
    フエリ磁性薄膜素子と電磁気的に結合するスト
    リツプラインと、 (d) 該ストリツプラインと所定の空間を介して対
    向すると共に、該ストリツプラインの一端を接
    地する導体壁と、 (e) 上記フエリ磁性薄膜素子に直流バイアス磁界
    を印加する手段とを具備する強磁性共鳴装置。
JP60065874A 1985-03-29 1985-03-29 強磁性共鳴装置 Granted JPS61224702A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60065874A JPS61224702A (ja) 1985-03-29 1985-03-29 強磁性共鳴装置
US06/844,984 US4679015A (en) 1985-03-29 1986-03-27 Ferromagnetic resonator
CA000505320A CA1248187A (en) 1985-03-29 1986-03-27 Ferromagnetic resonator
EP86302421A EP0196918B1 (en) 1985-03-29 1986-04-01 Ferromagnetic resonators
DE8686302421T DE3683387D1 (de) 1985-03-29 1986-04-01 Ferromagnetische resonatoren.

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JP60065874A JPS61224702A (ja) 1985-03-29 1985-03-29 強磁性共鳴装置

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JPS61224702A JPS61224702A (ja) 1986-10-06
JPH0575202B2 true JPH0575202B2 (ja) 1993-10-20

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