JPS63164505A - 静磁波共振素子 - 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〕 本発明は、ＹＩＧ　（イントリュウム・鉄・ガーネット
）の強磁性共鳴を利用した静磁波共振素子に係わり、特
に、ＧＧＧ　（ガドリニュウム・ガリュウム・ガーネッ
ト）基板上に作製されたＹＩＧ厚膜から製造され、かつ
小型金属パッケージに実装するに好適な広帯域で周波数
可変な集積化静磁波共振素子に関する。

〔従来の技術〕

Ｙ　Ｉ　Ｇ　（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ｉ　ｒｏｎ　Ｇａｒｎ
ｅｔ　）を主成分とする酸化物単結晶を利用した静磁波
共振素子の代表的なものは球状試料を用いた共振器であ
る。これは強磁性共鳴を利用したもので、バイアス磁界
を印加し、これを可変することにより前記共振器の中心
周波数を変化させることができる。

これに対して、最近ＧＧＧ基板の上にＬＰＥ（Ｌ　１ｑ
ｕｉｄ　Ｐ　ｈａｓｅ　Ｅ　ｐｉｔａｘｉａｌ　）法に
よりＹＩＧ膜を作製し、これを静磁波素子に適用する研
究が盛んになった。

例えば、「アイ・イー・イー・イー　（ＩＥＥＥ）１９
８４年ウルトラソニック・シンポジュウム（Ｕ　Ｉｔｒ
ａｓｏｎｉｃ　Ｓ　ｙｍｐｏｓｉｕｍ）、１９８４年。

ｐｐ、　　１６４−１６７　　Ｊに示されるように従来
知られている共振子は第８図に示すように４１１１ｍ×
４１１１１ｏ角の　ＹＩＧ厚膜１／ＧＧＧ基板２よりな
る静磁波チップ７を１２ＧＨｚで共振させている。図中
、３は入出力のストリップライン、５は誘電体基板、４
はアース導体である。あるいは第９図に示されるような
ストライブ電極６を用いる方法も検討されている　（特
願昭６１−８８０３２号参照）。

このＹＩＧ膜には膜面に垂直にバイアス磁界Ｈｅｘｔを
印加する方法と、膜面内にＨｅｘｔを印加する方法の２
種類がある。

前者は、体積前進波としで知られ、後者は表面静磁波あ
るいは体積後進波として知られている。第８図及び第９
図は、後者の場合の面内磁界印加方法に関している。

第８図の場合、静磁波チップの寸法を最適に設計するこ
とにより、帯域通過素子を作製でき、マイクロ波は端子
Ａから入り、端子Ｂに通過する。

第９図の場合、ストライプ電極６を最適に設計すること
により帯域阻止共振素子を作製することができる。

〔発明が解決しようとする＃Ｊ題、貞〕このような表面
静磁波及び体積後進波を効率よく励起するためには前記
ＹｒＧ／ＧＧＧＩ　　。

２の静磁波チップにできるだけ一様なバイアス磁界Ｈｅ
ｘｔを印加する必要がある。しかし、従来、これは第１
０図のような大型の電磁石を用いて実験室的には実現し
ているが、実際の回路部品として小型パッケージにこの
ような磁気回路を実装させることは極めて困難であると
考えられていた。

従って、本発明の目的は、前記チップの面内にできるだ
け均一な磁界を、できるだけ小型の形状の磁気回路で実
現し、これを備えた周波数可変の静磁波共振素子を提供
することである。

〔ｒｉＩＪＨ点を解決するための手段〕本発明は上記目
的達成するために、Ｙ　２０　ｓ　。

Ｆｅ２Ｏ３を主成分とする酸化物単結晶平板から所定の
大きさに切り出された静磁波チップに均一な磁界を印加
させるために、円筒の円弧の一部となっている形状の２
個の磁石を一対で用い、前記平板の面内に静磁界が印加
されるように該一対の磁石の間の中央に前記静磁波チッ
プを配するとともに、前記静磁波チップのＷＲ囲もしく
は近傍に可変磁界を供給するためのコイルを設けたこと
を特徴としでいる。

〔作　　用〕

この構造を採用することによって、従来困難とされた面
内磁化の可変周波数静磁波共振素子が小型パッケージの
状態で実現可能となった。

〔実施例〕

以下本発明の効果を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の根拠となる原理を説明するための図で
ある。　（ａ）は正面図、（ｂ）はＣ−Ｃ′断面図であ
る。

円筒磁石９はｙ軸方向に平行に均一に磁化されでおり、
この内側の丁度中央部分の磁界はほぼｙ軸に平行である
。静磁波チップ７の膜面に磁界が印加されるように図の
ように各々が配置される。この磁界強度及び方向は、円
筒形磁石９の外径Ｄｏ、内径Ｄｉ及び高さｈに関係する
。当然磁石の材質にも強く依存するし、その磁化状態に
も影響を受ける。

本実施例では、はぼ均一な磁化状態を前提として考える
。均一であれば、特に飽和状態である必要はなく、ある
程度減磁された状態でも構わない。

ＭＳ１図の構成で均一な磁界を得ようとすれば、Ｄｏ、
Ｄｉ、ｈをできるだけ大きくすればよいが、小型化とい
う点ではできるだけ小さい方がよい。また、小型化しよ
うとして、Ｄｏを小さくしてＤｉに接近させれば、外面
と内面の磁位による作用が相殺して、中央部分の磁界は
極めて小さくなる。

第２図は、この難烈を解決するための本発明の根拠とな
る一つの実施例であり、円筒形の磁気ヨーク１０を磁石
９の周りに取り付けた場合を示す。この磁気ヨーク１０
と磁石９の密着度がよく、かつ磁気ヨーク１０の比透磁
率が極めて大きければ、外面の磁位は磁気ヨーク１０に
反対符号の磁位を誘導して見かけ上な（なり、Ｄｏの大
きな磁石を用いたのと等価になる。

第３図は、第２図の磁気回路で外面の磁位分布を無視し
た場合の内面の円周上の磁位分布を俣式的に示したもの
である。

このときの磁化分布は σ＝σｒｓｉｎθ　　　・・・・・・・・・・・・　（
１）と表わされる。

σは表面磁位密度である。σｒは磁石の固有の状態の表
面残留磁位密度である。

原点を第３図のようにとれば、ｙ軸に垂直となるθ＝π
／２での円周上で磁位密度が一番高くなる。

このとき、第２図の任意の点Ｑ　（ｘ　ｙ　ｙ　ｖ　ｚ
’−）におけるｙ軸方向の磁界成分ＨＶは で表わされる。但し、 である。

ここで、座標Ｘ＋ｙｔＺは磁石の内側の半径ｒｉ　（＝
　Ｄ　ｉ／　２　）で規格化されている。　Ｂｒは磁石
の材質の固有の残留磁束密度で、単位は［Ｇａｕｓｓ］
である。

ここで、特別な場合として原点のＯを中心にして、Ｘｔ
　　、Ｚ軸方向の磁界強度Ｈｙの分布を計算した。

第４図がこれらの計算結果である。但し、磁石としては
７工ライト磁石を考えて、Ｂｒ＝３６００　　［Ｇａｕ
ｓｓ］を用いた。縦軸は磁界強度のｙ成分Ｈｙであり、
単位は［ｋＯｅｌである。（ａ）は原点からＸ方向にみ
た場合の磁界分布、同様に（ｂ）はＸ方向、（ｃ）はＺ
方向の磁界分布である。

これらの図から分かるように、Ｘ方向の変化が最も穏や
かである。Ｘ方向の変化は中心近傍では小さいが周辺に
近付くにつれて急に大きくなる。２方向の変化も中心近
傍ではそれほど大きくない。

特に、Ｚ方向は静磁波チップ７の厚み方向であるため均
一部分は１ωｍもあれば十分である。

但し、図中の横軸の数字は内側の半径ｒｉで正規化して
示している。また、パラメータは円筒形磁石の高さｈｔ
−Ｄｉで正規化して示しである。ｈが大きくなるにつれ
て内部磁界が大きくかつ磁界分布もよくなって行くのが
分かる。

ここで注目すべきことは、　（１）式もしくは第３図か
ら分かるように、θ＝０もしくはπの場合、すなわち士
のｙ軸を横切る点での磁位の寄与はほぼ零であることで
ある。従って、磁石のこの部分を僅かに取り去っても、
全体の磁界分布にそれほど悪＃響を与えることはない。

第５図はこのような考え方の基に作製した磁気回路であ
る。結果的に円筒形の磁石はそれぞれ円弧の一部である
一対の磁石９ａ、９ｂとなる。このようにすれば、ケー
ス内部の空間利用率も増し、都合がよい。

また、外部にマイクロ波の入出力端子やコイルの電流端
子を出す場合も平面的に構成することができるので、都
合がよい場合がある。

ｐｌｔＪ６図は、本発明により集積化された具体的な静
磁波共振素子の構造の実施例を示す。円弧の一部である
一対の磁石９ａ、９ｂは磁気遮蔽ヨーク１０′の内部に
取り付けられ、丁度その中央部分にアース台１７の上に
乗った静磁波チップ７がある。このチップの周りには磁
界を可変させるためのソレノイドコイル１２が巻かれて
いる。また、ソレノイドコイル１２に電流を供給する電
流端子１５．１６も別に設けられている。

このような構造にすることにより、内部の磁界は外部の
影響を殆ど受けなくなるし、逆に外部にも磁界を及ぼさ
なくなる。

第７図は集積化された本発明の他の実施例を示す。この
場合は可変磁界がより均一になるようにヘルムホルツコ
イルの形状に近い分割された二つのコイル１８ａ＊１８
ｂが設けられてし１では、コイル宇ヰが二つになり部品
点数は増えるが、組立作業を独立に行なうことができる
ので作業能率が大幅に改善される構造となってＩ＋する
。

また、マイクロ波の入出力端子１３　　、１４がストリ
ップライン端子となって、一対の磁石の間から平面的に
出ており、高周波回路に適合し易いような構成となって
いる。

本実施例は磁石の形状を円弧と限定したが、本分野に通
じている専門家であれば、これに類する形状、例えば多
角形も同じような効果を与えることを理解でトるであろ
うから、本発明はこれらをも含むものでである。

〔発明の効果〕

１１一 本発明の構造によれば、従来のような大型の電磁石を用
いることなく、極めて小型の磁気回路で比較的均一な磁
界分布を得ることができる。

また、この磁気回路を用いることにより、これまで困難
とされた小型パッケージに収納された静磁波共振素子を
実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の根拠となる原理を説明するための図、
第２図は本発明の根拠となる磁気回路図、第３図は本発
明の根拠となる円筒形磁石の内面の磁位分布楳式図、第
４図は本発明の磁気回路の磁界強度の計算結果を示す図
、第５図は本発明の実施例を示す図、ｔＩＳ６図、第７
図は本発明により集積化された静磁波共振素子の実施例
を示す組立図、第８図、ｔＪＳ９図は従来技術による静
磁波チップとこれを用いた静磁波共振素子の組立方法を
示す図、第１０図は従来技術による磁界発生装置を示す
図である。 ７　：静磁波チップ、　　　　９　：円筒磁石、９ａ、
９ｂ：円弧状の磁石、　　　１０　：磁気ヨーク、　　
　１０′　：磁気遮蔽ケースおよびヨーク、　　１２　
：ソレノイド、　　１３　　、　１４マイクロ波入出力
端子、　　１５　　、１６　　：電流端子、　　１７　
：アース台、　　１８ａ、１８ｂ：へルムホルツコイル 代理人　弁理士　　本　　間　　　　　崇７：青１線球
チップ ８」【虫石

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３を主成分とする酸
   化物単結晶平板、該単結晶平板から所定の大きさに切り
   出された静磁波チップ、該静磁波チップの表面もしくは
   近傍に静磁波を発生させるための電極を構成し、前記静
   磁波チップの面内に均一な磁界を印加させるために、２
   個の磁石を一対で用い、該一対の磁石の間の中央に前記
   静磁波チップを配するとともに、前記一対の磁石の間に
   ありかつ前記静磁波チップの周囲もしくは近傍に可変磁
   界を供給するためのコイルが設けられていることを特徴
   とする静磁波共振素子。
2. （２）前記一対の磁石は、それぞれ円筒の円弧の一部分
   となっていることを特徴とする特許請求の範囲の第１項
   の静磁波共振素子。
3. （３）前記円筒の円弧の一部となっている形状の磁石が
   中心の半径方向と平行に一様に磁化されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項の静磁波共振素子。
4. （４）前記形状の磁石、静磁波チップ及びコイルが磁気
   遮蔽のケースの中に配されていることを特徴とする特許
   請求の範囲の第１項の静磁波共振素子。
5. （５）前記単結晶平板がＧＧＧ（ガドリニュウム・ガリ
   ュウム・ガーネット）基板上に作 製されたＹＩＧ（イットリュウム・鉄・ガーネット）を
   主成分とする厚膜であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項の静磁波共振素子。