JPS63132503A

JPS63132503A - 静磁気波アイソレーター

Info

Publication number: JPS63132503A
Application number: JP28721387A
Authority: JP
Inventors: Esu Aishiyaku Waguii; ワグイー・エス・アイシャク
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1988-06-04

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）本発明は一般に非可逆伝送器に関し、特に広帯域静磁気
液アイソレーク−に関する。

（従来の技術とその問題点）理想的なアイソレーターでは、一方向に進行する電波は
完全に吸収され、そして反対方向に進行する電波は損失
なく伝送する。このようなアイソレーターは、代表的に
一つの回路部品を他の回路部品からの反射信号から遮断
するために使用される。

例えば、アイソレーターは、負荷からの反射波で信号周
波数が影響を、１ｒ４６高周波（ＲＰ）信号およびマイ
クロ波信号発生器の周波数安定度を向上させるためにし
ばしば使用される。

現在各種のアイソレーターが存在する。たとえば、フγ
ラディ回転形アイソレーターと呼ばれるｐｐ類のアイソ
レーターは、フェライト棒の非可逆特性を利用したもの
である。このアイソレーターはラックス、ブットン（１
，ａｘ　ａｎｄ　Ｂｕｔｔｏｎ）共著の“マイク（ｌ波
フェライトおよび強磁性体”（１１ｉｃｒｏｖ−ａｖｅ
　Ｆａｒｒｉｔａｓａｎｄ　Ｆｅｒｒｏ＊ａｇｎｅｔｉ
ｃｓ）の題名でマグロヒル社（ＭｃＧｒａｗ−旧ＩＩ　
１ｌｏｏｋ　Ｃｏ＠ｐａｎｙ）から！９６２年出版３れ
たもので、その第５４７ページに詳述されている。この
アイソレーターのそれぞれの端部には、細長い方形の人
力／出力（１１０）導波管から円筒形の導波管ヘテーパ
ー状になっている部位がある。そして」ユ記二つの部位
の間には、その軸に沿って心出しされた円筒状のフェラ
イト棒を含む円筒形導波管がある。このフェライト棒は
、方形の入力／出力導波管の一方の端部から入る直線偏
光の信号を４５度回転せしめる。それぞれのＩ　／　Ｏ
＋’Ｊ（位には、その部位の方形導波管と平行に配向さ
れ、そして他の羽根に対して４５度だけこのアイソレー
ターの円筒軸にＭＬで回転した薄い抵抗性羽根がある。

このような構造の結果、いずれかの端部から入る入力波
の電界は、その端部円にある羽根の表面に垂直であるか
ら、前記羽根による吸収は無視し得るほどわずかである
。しかし、第１の伝送方向では、電波の電界ベクトルが
、アイソレーターの他端における羽根の表面に対して垂
直になるように回転されるが、他の伝送方向では電界ベ
クトルが、羽根の表面内になるように回転される。この
ように、電波は第１の伝送方向に関してはほぼ減衰せず
に伝送されるが、第２の伝送方向では吸収される。残念
ながら、これらの装置は、狭帯域であり、そして２０〜
３０ｄＢのアイソレージコンＬ力ゝない。

共振形アイソレーター（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　１ｓｏｌ
ａｔｏｒ）と呼ばれる第２の種類のアイソレーターにお
いては、一方の方向に正の円偏波（＋ＣＰ）が現われ、
そして反対方向には負の円偏波（−ｃｐ）が現われるよ
うな配置にて、導波管構造内でフェライトのスラブが使
用されている。フェライトは−ＣＰ波（円偏波）を減衰
しないまま、４ＣＰ波（円偏波）と関連したパワーを吸
収する。これらの装置も同様に帯域幅が狭い（前記ラッ
クス、ブットン共著の第５６５ページ参照）。

広帯域、低電力の用途では、電界変位形のアイソレータ
ー（ｆｉｅｌｄ−ｄｉｓｐｌａｃｃｏ＋ｅｎＬ　１ｓｏ
ｌａＬｏｒ）が使用可能である。このようなアイソレー
ターは、抵抗薄板と接触するフェライトの方形スラブが
、反対方向に伝搬する電波に対して異なる電界プロフィ
ルを生成するように、方形導波管の内側に非対称に配置
される。フェライト・スラブの配置は装置の動作にとっ
て極めて重要であり、そして装置によっては１測置」−
のフェライト・スラブを必要とするらのもあって、装置
の構造が更に複雑になる。

（１）り記ラックス、ブットン著の第６３０ページ参照
。）上述のアイソレーターは全て狭帯域であり、バ段階
を必要とする。そして他のモノリシック回路との集積化
を容易にするために、集積回路的な技術を用いてアイソ
レーターを製造すれば有利である。更に、一方向から他
の方向に切換えができるアイソレーター、すなわち通常
は一方向で信号を減衰し、そして指令に応じて反対方向
で信号を減衰゛４゛るアイソレーターが得られれば便利
である。

（発明の目的）本発明は上述の要望を満足せしめるとともに、広帯域の
アイソレーターを簡単な構成で実現せんとするものであ
る。

（発明の概要）本発明の一実施例によれば、ガドリニューム・ガリュー
ム・ガーネット（ＧＧＧ）のような誘電体基板」；に生
成されたＹＩＧ薄膜が、ウェーハ鋸または化学的エツチ
ングを用いて平行四辺形に切断される。

１ｉ−行四辺形のＹＩＧは、次にアルミナまたはサファ
イヤのような誘電体基板−ヒに金薄膜のエツチングで形
成された２個のマイクロストリップ変換器と接触される
。変換器の一つは、ＹＩＧ薄膜に静磁気波ｊｌＰ溪道オ
ス人−１＋　ｅ’漁ＸとＬτ檀能り一また、他の変換器
はＹＩＧ薄膜内で生成された静磁気波を検出する出力変
換器として機能する。そしてＹＩＧ薄膜には前記変換器
と平行な方向にバイアス磁界が印加される。このバイア
ス磁界がＹＩＧ薄膜の平面にある場合は、表面の静磁気
波が入力変換器から一方向に伝搬され、そして他方向に
は伝搬されない。このように、上記の装置は非可逆的で
ある。

ソーダ、スリバスタバ（Ｓｏｄｈａ　ａｎｄ　５ｒｉｖ
ａｓｔａｖａ）共著の“強磁性体内のマイクロ波の伝搬
”（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ
　Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃｓ）の論文、プレナム出
版社（Ｐｌｅｎｕｍ　Ｔ’ｒｅｇｓ）、１９８１年刊の
１４５ページに記載されているように、伝搬方向は、ｋ＝Ｈｘｎ　　　　・・・・・（１）である。ここで、ｋ、Ｈおよび躬よそれぞれ、ｌ追収ベ
クトル、印加された磁界およびＹＩＧ表面に対する法線
である。前記方程式（１）は、第１図において、もしも
バイアス磁界が＋Ｙの方向に印加されたら、静磁気表面
波がＹＩＧ薄膜の上面で正のＸ方向に、そして、ＹＩＧ
薄膜の下面では負のＸ方向に進行し、これにより時計回
りの環状パターンが形成されることを示している。ここ
で前記の印加された磁界が逆方向であり、そしてページ
の　外側を向いている場合には、環状に伝搬する電波は
逆時計回り、ずなわち、ＹＩＧの上面では負のＸ方向に
、そしてその下面では正のＸ方向に伝搬する。更に、印
加されたバイアス磁界の大きさを変えることによって、
装置の動作周波数が変わり、同調可能な装置を作成でき
る。これはアイシャク、チャン（Ｉｓｈａｋ　ａｎｄＣ
ｈａｎｇ）共著、米国ヒユーレット・パラカード・ジャ
ーナル（Ｈｅｖｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ）の１９８５年２月。

第１Ｏ〜２０ページ参照されたい。

第１図においては、入力変換器におけるマイクロ波信号
は、ＹＩＧ薄膜の下表面を伝搬し、そして極めてわずか
な減衰を受けた後に、出力変換器に到達する静磁気表面
波（以下これをＭＳＳｌという）を生成する。一方、出
力変換器におけるマイクロ波信号は、Ｙ　Ｉ　ＧＶｉ膜
の上表面を負のＸ方向に伝搬するＭＳＳｆを生成する。

この場合、マイクロ波信号と磁気媒体との間の結合は弱
いので、入力変換器は高度に減衰された静磁気波を認め
ることができる。

したがって、印加された磁界が正のＹ方向であれば、装
置は一方向における信号色極めて低く減衰し、　逆方向
のは極めて高く減衰する。　このように、遮断の方向は
印加されるバイアス磁界の方向を逆にすることによって
逆転することが可能である。

また、装置の動作周波数は主として本アイソレーターに
用いられているＹＩＧ薄膜の選択によって定められる。

市販されている純粋なおよびガリューム・ドープのＹＩ
Ｇｆｉ膜は、０．５〜２６．５ＧＨｚの周波数純ＹＩＧ
薄膜を用いて構成されてきた。ここでガリュ７ｄＢより
良好である。

（発明の実施例）以下、図面を用いて本発明を説明する。第１図はその一
実施例による静磁気表面波アイソレーターの斜視図で、
第２図はその２−２線による側面図である。なお、これ
ら両図面にはＭＳＳＩアイソレーターの動作に必要な全
ての部品が図示されている。すなわら、ガドリニウム・
ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）のような誘電体基板１
２上にイツトワウ１２鉄ガーネット（ＹＩＧ）のような
強磁性体層１１が化学的なエツチング、または多数の平
行四辺形のＹＩＧブロックを製造するために、ウェーハ
鋸で切断される。強磁性体層のＹＩＧ薄膜１１は、通常
５〜２００ミクロンの範囲の厚さを有している。そして
誘電体基板１２の厚さは、通常１２５〜１，０００ミク
ロンの範囲である。ここで、低マイクロ波周波数の動作
には、ガリューム・ドープのＹＩＧ薄膜Ｉｆが、そして
、高いマイクロ波周波数の動作には純粋なＹＩＧ薄膜が
それぞれ適している。

また、アルミナまたはサファイア等の誘電体基板＋　３
−１＝には、斡−４一対のマイクロストリップ変体基板
１３］−に沈積された金層を、エツチングすることによ
って形成される。前記誘電体基板１３の他の側（変換器
１４．１５とは反対側）には、スパッタまたはめっきに
よって金［１６が形成される。この金層１６は、マイク
ロストリップおよび静磁気波に対して接地平面を形成す
る。

ここで、前記変換器の幅Ｗが約５０〜１００ミクロンで
あり、またこの変換器の長さしは約４〜５　ｍｔｓ　％
そしてその厚さは約３〜ｌＯミクロンである。なお、幅
Ｗはバイアス磁界が印加されたとき、変換器が５０オー
ムのインピーダンスを呈するような寸法に選択される。

第１図では、変換器１４と１５はそれぞれ一端が開放さ
れている。なお、他の実施例では、これら変換器の一端
が接地面に短絡されている。

一般に、変換器の長さしは、変換器内で、零電流のノー
ドが生じない寸法にすべきである。ここで変換器がそれ
ぞれ接地面に短絡されると、この接地面と接触するそれ
ぞれのポイントに最大電流が生ずる。従って、変換器内
で電流ノードが生ずることを避けるためには、Ｌが電磁
波長の１／４以下でなければならない。また、変換器の
一端がそれぞれ開放端にされる場合には、その各開放端
が最小電流となる。変換器内で電流ノード゛が生じるこ
とを避けるためには、Ｌが電磁波長の１７２以下でなけ
ればならない。このように、高周波（すなわち波長が短
い場合）では、開放端変換器を使用することが好適であ
る。

前記のマイクロストリップ変換器１４と１５は、第１図
に示すようにＹＩＧ薄膜１１に接近して密着され、これ
により変換器がＹ方向と実質的に平行になるように、そ
して、ＹＩＧ薄膜の長＋方向がＸ方向と実質的に平行に
なるようにそれぞれ配向されている。

上記の組み合わせ構造は、電磁石の磁極片１７と！８と
の間に配置される。そして電磁石により生成された磁界
旦は、マイクロストリップ変換器１４．１５と平行であ
り、かつＹＩＧｉｌ膜１１の膜面１にある。

−Ｙ方向のバイアス磁界Ｈ（７）場合、波秋ベクトルに
は、ＹＩＧ薄膜１１の底面１９に関しては十Ｘ方向にあ
り、モしてＹＩＧ薄膜の上面２０に関しては−Ｘ方向に
ある。かくして変換器１４のポートｌに信号が印加され
ると、進行波はＹＩＧ薄膜１１の基面１９で変換器１５
の方向に放射される。キ畔肯鴫噛−この表面波は、い電
波がと面で−Ｘ方向に放射されるが、二面で発射された
電波と比較して、係数ｅ−ＡＴだけ指数的に減衰される
。ここで、上記のＡは減衰率であり、ＴはＹＩＧ′Ｒ膜
の厚さである。この上面波は、変換器１５にほとんど作
用を及ぼさない。

出力変換器に、ＹＩＧ薄膜導波管の特性インピーダンス
と整合する標準の５０オームインピーダンスを装荷する
と、進行波のほぼ全てが変換器１５によって吸収される
。しかし、広帯域の進行波周波数にわたって完全には整
合しないので、ある程度の電波は変換器１５を逼り越し
てＹＩＧ薄膜の端部２１へと進行し、そこで表面波は１
面２０上を−Ｘ方向へと進行する。この電波が変換器１
５をＱＬＪ越して進行すると、少量の電流が変換器１５
内で生成されるが、変換器１５を最初に通過する進行波
によって生成される電流の量に対して、係数ｅ−ｆｉＴ
だけ減衰される。

ＹＩＧ薄膜の二面２０上で生成される電波の６９を更に
減少するために、ＹＩＧ薄膜１１の端部２１、端部２２
または両端部にそれぞれ減衰器を設けて、一つの表面か
ら他の表面へ前記端部のそれぞれでない平行四辺形に切
断されるので、両端部は進行波の伝搬方向とは直角でな
い。さらに、±Ｘ方向の表面波だけがＹＩＧ薄膜内を伝
搬できるので、端り電波が減衰される。他の形の減衰器
をＹＩＧ薄膜の両端部またはＹＩＧＨ模の端部とその端
部に最も近い変換器との間に配置して、これら領域の進
行波を吸収することが可能である。ここで適当な減衰器
は、“減衰装置を含む静磁気波装置とその製造法”（Ｍ
ａｇｎｅｔｏｓｔａＬｉｃ　ｗａｖｅ　ｄｅｖｉｃｅ　
ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇａＬｔａｎｕａｔｉｏｎ　　ｍｅ
ａｎｓ　　ａｎｄ　　ｔｈｅ　　ｗａｙ　　ｏｒ　　ｍ
ａｋｉｎｇ　　ｉｔ）と題して１９８２年２月１６０．
ポルエト（Ｙｏｌ　１ｕｅＬ）他に（）えられた米１間
特許第４，３１６，１６２号に開示されている。

（発明の効果）以」−詳述するように本発明によれば、簡単な構成で広
帯域のアイソレーターが得られるので、実用」−の効果
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるアイソレーターを示す
説明図、第２図はその２−２線による側面図である。図において、１１：ＹＩＧ薄膜、１２．１３：誘電体基
板、１４．１５：変換器、１６：接地面、１７．１８：
磁極片、１９：底面、２０：上面、２１，２２：端部で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

強磁性体フィルムと、前記フィルムの異なる部分にそれ
ぞれ接触する信号入力端および出力端と、前記フィルム
に平行な磁界成分を供給する磁極片とを設けて成る静磁
気波アイソレーター。