JPS63211901A - 磁気共振装置 - Google Patents

磁気共振装置

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JPS63211901A
JPS63211901A JP4440687A JP4440687A JPS63211901A JP S63211901 A JPS63211901 A JP S63211901A JP 4440687 A JP4440687 A JP 4440687A JP 4440687 A JP4440687 A JP 4440687A JP S63211901 A JPS63211901 A JP S63211901A
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thin film
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Hideo Tanaka
秀夫 田中
Tomio Kobayashi
富夫 小林
Makoto Kubota
窪田 允
Shoshichi Saito
斉藤 昭七
Katsuyoshi Kawamata
川俣 勝好
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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〕 本発明はマイクロ波フィルタやマイクロ波発振器に適用
して好適な強磁性共鳴を利用した磁気共41i装置に関
する。
〔発明の概要〕
本発明はマイクロ波フィルタやマイクロ波発振器に通用
して好適な強磁性共鳴を利用した磁気共振装置であって
、強磁性薄膜素子と、伝送線路が設けられ、強磁性薄膜
素子が結合される誘電体基板と、この誘電体基板を接着
材料によって固定して支持する支持板と、この支持板を
固定し、強磁性薄膜素子に垂直磁界を印加するヨークと
を備えた磁気共振装置において、支持板を誘電体基板形
成材料と同一の熱膨張係数を有する材料、又は上記ヨー
ク形成材料と同一の熱膨張係数を有する材料、或は誘電
体基板形成材料とヨーク形成材料の間の熱膨張係数を有
する材料で形成したことにより、動作補償温度範囲を拡
大できる様にしたものである。
〔従来の技術〕
マイクロ波フィルタに適用される磁気共振装置として、
先に特開昭59−103403号公報に記載のものが提
案されている。また同様の磁気共振装置として第4図及
び第5図に夫々その分解斜視図及び中央縦断面図を示す
様なものが提案されている。
この第4図及び第5図において、(11及び(2)は夫
々磁気共振子を成す強磁性薄膜素子たるイツトリウム・
鉄・ガーネット(以下、YIGという) IP!素子を
示し、この磁気共振!JHにおいては、これらYIG薄
膜素子(1)及び(2)はともに誘電体基板たるガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット(以下、GGGという)
基板(3)上に設けられる。この場合、これらYIGf
m膜素子(1)及び(2)は、GGG基板(3)の上面
全域にYIGll[lを液相エピタキシャル成長法によ
って形成した後、ホトリソグラフィ技術を用いて選択的
にエツチングすることによって形成される。
また、これらY!G薄膜素子+11及び(2)は、その
上方に配されたGGG基板(4)の下面に接着剤によっ
て接着される。この場合、このGGG基板(4)の下面
に金蒸着層よりなる帯状の入力線路(5)及び出力線路
(6)が互いに平行になる様に設けられると共に、この
GGG基板(4)の上面にこれら入力線路(5)及び出
力線路(6)と直交する金蒸着層よりなる帯状の結合・
線路(7)が設けられ、YIG薄膜素子[11及び(2
)は、夫々その中心が人力線路(5)と結合線路(7)
との交点上及び出力線路(6)と結合線路(7)との交
点上に配される。
また入力線路(5)の後端及び出力線路(6)の後端に
は夫々入力線路(5)及び出力線路(6)と直交する帯
状の入力線路短絡部(8)及び出力線路短絡部(9)が
夫々入力線路(5)及び出力線路(6)と一体として形
成される。また結合線路(7)の一端及び他端には夫々
結合線路(7)と直交する帯状の結合線路短絡部Q[I
及びOυが結合線路(7)と一体として形成される。
またGGG基板(41は、その下方に配された真鍮より
なる支持板θ乃に接着され、後述する様にYIG薄膜素
子(11及び(2)に夫々その膜面に対して垂直な磁界
を与え得る様に配される。この場合、この支持板(2)
の上面側中央部に凹部Q3が設けられ、GGGM板(4
)は、その下面に接着されたYIGI膜素子+11及び
+21をこの凹部a湯内に配し、GGG基板(4)の下
面周辺部を凹部周辺の上面に導電性ペーストであるクリ
ーム半田Q41により接着すると共に、入力線路短絡部
(8)及び出力線路短絡部(9)を支持板(2)に接地
する様になされる。また結合線路短絡部aの及びaDは
銀ペースト(図示せず)を介して支持板Oaに接地され
る。また支持板(ロ)の上面側に凹部ajから外側に向
かって延在する溝09及び(IIが設けられる。これら
溝a9及びQgJは、夫々その延在方向が入力線路(5
)及び出力線路(6)と一致し、また、その幅が入力線
路(5)及び出力線路(6)の幅よりも大となる様に形
成される。そして溝a9及びOlの底面上に夫々Sin
gJiQ1及びQlが設けられると共ニコれらSiOg
JliQ71及びam上に夫々金蒸着層よりなる帯状の
入力引き出し線路01及び出力引き出し線路(至)が設
けられ、入力線路(5)と入力引き出し線路Ql、及び
出力線路(6)と出力引き出し線路(2)は夫々金リボ
ン(21)及び(22)を介して接続される。尚、入力
引き出し線路α鴎及び出力引き出し線路−の先端部には
夫々外部回路とこれら入力引き出し線路α唾及び出力引
き出し線路−を接続するための接続コネクタ(23)及
び(24)が設けられる。
また支持板0乃は、その下方に配されたパーマロイから
なる下部ヨーク(25)に固定される。この場合、支持
板0の四隅に孔部(26) 、 (27) 、 (28
)及び(29)が設けられると共に下部ヨーク(25)
の環状部(30)の上面にネジ溝(31) 、 (32
) 、 (33)及び(34)が形成され、支持板亜は
、ネジ(35) 、 (36) 、 (37)及び(3
8)を支持板Iの孔部(26) 、 (27) 、 (
28)及び(29)を介して下部ヨーク(25)のネジ
溝(31) 、 (32) 、 (33)及び(34)
に螺合させることによって下部ヨーク(25)に固定さ
れる。また下部ヨーク(25)のポールピース(39)
の径は、このポールピーx (39)上ニWIG薄膜素
子(11及び(2)が配される大きさとされる。また下
部ヨーク(25)の周溝(40)内に磁界発生用のコイ
ル(41)が配される。
また下部ヨーク(25)及び支持板側の上方に下部ヨー
ク(25)と同一径を有するパーマロイからなる上部ヨ
ーク(42)が固定される。この場合、この上部ヨーク
(42)は、その環状部(43)及びポールピース(4
4)が夫々下部ヨーク(25)の環状部(30)及びポ
ールピース(39)と対応する様に構成され、上部ヨー
ク(42)のポールピース(44)と下部ヨーク(25
)のポールピース(39)との間に配されるWIG薄膜
素子fl)及び(2)に夫々垂直磁界を与えることがで
きる様になされる。尚、上部ヨーク(42)の周tJI
(45)にも磁界発生用のコイル(46)が配される。
この様に構成されたこの磁気共振装置においては、コイ
ル(41)及び(46)に所要の直流電流を供給するこ
とによって上部ヨーク(42)及び下部ヨーク(25)
内に発生する磁界をポールピース(44) 、 (39
)間に配されたYIGI膜素子+11及び(2)に垂直
に印加することができ、この様にすることによって、こ
の磁気共振装置をマイクロ波フィルタとして使用するこ
とができ、この場合、室温において例えば第6図に実線
XIで示す様な挿入損失特性を得ることができる。
尚、斯る磁気共振装置は、マイクロ波帯での共振特性の
Q(尖鋭度)が高いこと、小型に構成できること、及び
量産的に製造できること等の利点を有していることから
、近年、実用性の高いマイクロ波素子として注目されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、斯る従来の磁気共振装置は、温度依存性
が高く、環境温度が変化すると、挿入ti失や反射損失
等のフィルタ特性に大きな劣化が生じてしまうという不
都合を有していた。
例えば第7図に斯る従来の磁気共振装置のIGtlzに
おける挿入損失の環境温度特性(実線Y、)と、Q、 
5 G11zにおける挿入損失の環境温度特性(破線Y
2)とを示すが、この図から明らかな様に、I G I
I zの場合、挿入損失に劣化は生じないが、0.5 
G11zの場合には、−40℃及び+90℃の温度下で
室温の場合に対して1dBの劣化を生じている0本発明
者による実験、研究の結果、断る挿入ti失の劣化現象
は、支持板@の形成材料である真鍮とこの支持板(2)
を固定している下部ヨーク(25)の形成材料であるパ
ーマロイとの熱膨張係数に大きな差があることに起因し
ていることが判明した。即ち、斯る挿入損失の劣化現象
は、真鍮がその熱膨張係数を265 X 10−’とし
、パーマロイがその熱膨張係数を130 X 10”と
し、両者の熱膨張係数に大きな差があることから、環境
温度に変化が生ずると、四隅をネジ(35) 、 (3
6) 、 (37)及び(38)によって下部ヨーク(
25)に固定されている支持板@が歪んでしまい、この
ため、WIG薄膜素子Tll及び(2)が最適位置から
傾き、これらYIGill膜素子(1)及び(2)に垂
直磁界が印加されなくなってしまうことに起因している
ことが判明した。また、この場合の挿入損失の劣化現象
は可逆的であり、温度を室温に戻すと挿入損失の劣化は
観測されなくなる。またI GH2の場合、挿入損失に
劣化が生ぜず、Q、5GHzの場合に大きな劣化が生ず
るのは、下限共鳴周波数が飽和磁化量と形状とで決まる
ためである。
また斯る従来の磁気共振装置を85℃の温度環境に2日
間保存し、その後、室温に戻した状態での挿入を員失の
周波数特性を第6図に破線X富で示すが、この場合には
、0.5 G11zにおいて挿入損失が大きく劣化し、
その影響がIGIIzにまで及んでいることが解かる。
本発明者による実験、研究の結果、断る挿入損失の劣化
現象は、支持板的の形成材料である真鍮とこの支持板(
ロ)を固定する下部ヨーク(25)の形成材料であるパ
ーマロイとの熱膨張係数に大きな差があることに起因す
るだけでなく、支持板的の形成材料である真鍮とy+c
gi膜素子(11及び(2)が固着されているGGG基
板(4)のGGGとの熱膨張係数に大きな差があること
、及び85℃という温度がGGGi板(4)を支持板α
おに接着するに使用しているクリーム半田Oaのガラス
転移温度に近いことに起因していることが判明した。即
ち、斯る従来の磁気共振装置を85℃の温度下に保存す
ると、上述の様に真鍮とパーマロイとの熱膨張係数の差
に起因して第8図に示す様に支持板的に反りが生ずるが
、この場合、支持板的とGGGi板(4)との間にも熱
膨張係数に大きな差があるため、クリーム半田041に
大きな応力が加えられることになる。ここに85℃とい
う温度は、クリーム半田α荀のガラス転移温度に近いの
で、この状態を長時間続けると、支持板(転)の反りに
よる応力はクリーム半田Q41によってレオロジカルに
緩和される様になる。このため、支持板(2)上に接着
されたGGGi板(4)の配置に変位が生じ、室温に戻
した後も、第9図に示す様に、この変位が保存されるこ
とになリ、y+Ggi膜素子fll及び(2)に垂直磁
界が印加されなくなってしまうことになる。この様にし
て上述の様に挿入損失に劣化が生ずることになる。尚、
斯る挿入損失の劣化は不可逆的劣化であって、かかる現
象はクリーム半田α旬に働くせん断心力がクリーム半田
Oaの弾性限界を越えた場合にも生ずる。
この様に斯る従来の磁気共振vt置は、温度依存性が高
く、このため動作補償温度範囲が狭いという不都合があ
った。
本発明は、断る点に鐵み、動作補償温度範囲の広い磁気
共振装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に依る磁気共振装置は、例えば第1図に示す様に
、強磁性薄膜素子(11,(21と、伝送線路(5)5
(61,−1?)が設けられ、強磁性薄膜素子(11,
(21が結合される誘電体基板(4)と、この誘電体基
板(4)を接着材料04)によって固定して支持する支
持板(47)と、この支持板(47)を固定し、強磁性
薄膜素子(11,(21に垂直磁界を印加するヨーク(
25)とを備えた磁気共振装置において、支持板(47
)を誘電体基板形成材料と同一の熱膨張係数を有する材
料、又はヨーク形成材料と同一の熱膨張係数を有する材
料、或は誘電体基板形成材料とヨーク形成材料の間の熱
膨張係数を有する材料で形成したものである。
〔作 用〕
斯る本発明においては、支持板(47)は誘電体基板形
成材料と同一の熱膨張係数を有する材料、又はヨーク形
成材料と同一の熱膨張係数を有する材料、或は誘電体基
板形成材料とヨーク形成材料の間の熱膨張係数を有する
材料で形成されるので、支持板(47)と誘電体基板(
4)及びヨーク(25)との熱膨張係数の差に起因する
支持板(47)の歪みが低減されると共に誘電体基板(
4)と支持板(2)とを接着する接着材料(ロ)に働く
応力も低減される。
従って、本発明に依れば、環境温度が変化しても、強磁
性薄膜素子(1)及び(2)に位置変化は生ぜず強磁性
薄膜素子(11及び(2)には垂直磁界が印加されるの
で、挿入損失や反射損失環一般フィルタ特性は劣化せず
、動作補償温度範囲が拡大される。
〔実施例〕
以下、第1図〜第3図を参照して本発明磁気共振装置の
一実施例につき本発明をマイクロ波フィルタに適用した
場合を例にして説明しよう、尚、この第1図において第
4図に対応する部分には同一符号を付して説明する。
この第1図において、fl+及び(2)は夫々円盤状に
形成されたYIG薄膜素子を示し、本例においては、こ
のWIG薄膜素子+11及び(2)をともにGGG基板
(3)上に設ける。この場合、これらv■G薄膜素子(
11及び(2)は、GGG基板(3)の上面全域にLA
G薄膜を液相エピタキシャル成長法によって形成した後
、ホトリソグラフィ技術を用いて選択的にエツチングす
ることによって形成する。
また、これらYIG薄膜素子(11及び(2)をその上
方に配したGGG基板(4)の下面に接着剤によって接
着する。この場合、このGGG基板(4)の下面には金
蒸着層よりなる帯状の入力線路(5)及び出力線路(6
)を互いに平行になる様に設けると共に、このGGG基
板(4)の上面に、これら入力線路(5)及び出力線路
(6)と直交する金蒸着層よりなる帯状の結合線路(7
)を設け、YIG薄膜素子(1)及び(2)は、夫々そ
の中心が入力線路(5)と結合線路(7)との交点上及
び出力線路(6)と結合! 1m T71との交点上に
配される様にし、YIG Ys膜素子+1)と入力線路
(5)及び結合線路(7)との間、YtG薄膜素子(2
)と出力線路(6)及び結合線路(7)との間に夫々磁
気的結合がなされる様にする。また入力線路(5)の後
端及び出力線路(6)の後端には夫々入力線路(5)及
び出力線路(6)と直交する帯状の入力線路短絡部(8
)及び出力線路短絡部(9)を夫々入力線路(5)及び
出力線路(6)と一体に形成する。また結合線路(7)
の一端及び他端に夫々結合線路(7)と直交する帯状の
結合線路短絡部Ql及びQBを結合線路(7)と一体に
形成する。
またGGG基板(4)をその下方に配したチタンTiよ
りなる支持板(47)に接着し、後述する様にnaR膜
素子+11及び(2)に夫々その膜面に対して垂直な磁
界を印加できる様に配する。この場合、この支持仮(4
7)の上面側中央部に凹部0罎を設け、GGG基板(4
)は、その下面に接着したWIG薄膜素子fl+及び(
2)をこの凹部G3内に配し、このGGG 5板(4)
の下面周辺部を凹部0′j周辺の上面にクリーム半田0
41によって接着すると共に、人力線路短絡部(8)及
び出力線路短絡部(9)を支持板側に接地する様になす
、また結合線路短絡部OI及びODについては、銀ペー
スト(図示せず)を介して支持板0乃に接地する。また
支持板θ乃の上面側に四部α湯から外側に向かって延在
する?a Q’j及び0Qを設ける。この場合、溝0′
9及びOlは、夫々その延在方向が入力線路(5)及び
出力線路(6)と一致し、また、その幅が入力線路(5
)及び出力線路(6)の幅よりも大となる様にし、人力
線路(5)及び出力線路(6)が夫々支持板(2)に接
触しない様にする。また溝0!9及びαeの底面上に夫
々Si01層αり及び0・を設けると共にこれら5iO
zjlαη及びG1上に夫々金蒸着層よりなる帯状の入
力引き出し線路α[有]及び出力引き出し線路(至)を
設け、入力線路(5)と入力引き出し線路θ噂、及び出
力線路(6)と出力引き出し線路(至)とを夫々金リボ
ン(21)及び(22)を介して接続する。また、入力
引き出し線路0優及び出力引き出し線路(至)の先端部
には夫々外部回路とこれら入力引き出し線路OI及び出
力引き出し線路(至)とを接続するための接続コネクタ
(23)及び(24)を設ける。
また支持板(47)をその下方に配したパーマロイから
なる下部ヨーク(25)に固定する。この場合、支持板
(47)の四隅に孔部(4B) 、 (49) 、 (
50)及び(51)を設けると共に下部ヨーク(25)
の環状部(30)の上面にネジ溝(31) 、 (32
) 、 (33)及び(34)を形成し、支持板(47
)は、ネジ(35) 、 (36) 、 (37)及び
(38)を支持板(47)の孔部(4B) 、 (49
) 、 (50)及び(51)を介して下部ヨーク(2
5)のネジ溝(31) 、 (32) 、 (33)及
び(34)に螺合させることによって下部ヨーク(25
)に固定する。また下部ヨーク(25)のポールピース
(39)の径は、このポールピース(39)上にWIG
薄膜素子(1)及び(2)を配しこれらytcfi膜素
子(1)及び(2)に一様な垂直磁界を印加し得る大き
さとする。また下部ヨーク(25)の周溝(40)内に
磁界発生用のコイル(41)を配する。
また下部ヨーク(25)及び支持板(47)の上方に下
部ヨーク(25)と同一径を有するパーマロイからなる
上部ヨーク(42)を固定する。この場合、この上部ヨ
ーク(42)は、その環状部(43)及びポールピース
(44)が夫々下部ヨーク(25)の環状部(30)及
びポールピース(39)と対応する様になし、上部ヨー
ク(42)のポールピース(44)と下部ヨーク(25
)のポールピース(39)との間に配するylG薄膜素
子(1)及び(2)に夫々垂直磁界を与えることができ
る様にする。
また、上部ヨーク(42)の周溝(45)にも磁界発生
用のコイル(46)を配する。
この様に構成された本例の磁気共振装置においては、コ
イル(41)及び(46)に所要の直流電流を供給する
ことによって上部ヨーク(42)及び下部ヨーク(25
)内に発生する磁界をポールピース(44)及び(39
)間に配したYIG薄膜素子(11及び(2)に垂直に
印加することができ、この様にすることによって、この
磁気共振装置をマイクロ波フィルタとして使用すること
ができ、この場合、室温において、例えば第2図に実線
Z、で示す様な挿入損失特性を得ることができる。
斯る本実施例においては、支持板形成材料としてその熱
膨張係数をGGGの熱膨張係数(60xlO−’)とパ
ーマロイの熱膨張係数(130X 10−’)の間の値
である88X10−’とするチタンTiを選択し、GG
Gとの熱膨張係数の差及びパーマロイとの熱膨張係数の
差がともに小さくなる様になされているので、環境温度
の変化に対しても支持板(47)は第4図従来例の様に
歪むことはなく、またGGG基板(4)と支持板(47
)とを接着するクリーム半田圓に大きな応力が加わるこ
ともない。
従って、本実施例に依れば、環境温度が変化しても、W
IG薄膜素子ill及び(2)に位置変化は生ぜず、Y
IG薄膜素子+11及び(2)には常に垂直磁界を印加
することができるので、挿入損失や反射損失環一般フィ
ルタ特性は劣化しない、因みに第3図にIGIIzにお
ける挿入損失の環境温度特性(実線W + )と0.5
Gllzにおける挿入損失の環境温度特性(破線W z
 )とを示すが、この図から明らかな様にlG11zの
場合には挿入損失に全く劣化は生ぜず、また0、5GI
Izの場合も一40℃及び+90℃の温度下で室温の場
合に対して僅か0.5dllの劣化を生じているにすぎ
ない、また85℃の温度環境に2日間保存し、その後、
室温に戻した状態下での挿入損失の周波数特性を第2図
に破線Z8で示すが、この場合には、挿入損失に全く劣
化は見られない。
従って、本実施例に依れば、第4図従来例に比し動作補
償温度範囲を拡大できるという利益がある。
尚、上述実施例においては、支持板形成材料としてチタ
ンTiを使用した場合について述べたが、この代わりに
、金又は銅等の表面被着処理によって高周波的に充分な
導通性を与えられたアルミナ基板等はその熱膨張係数が
86 X 10−’となるので、これを使用することも
できる。
また上述実施例においては、本発明をマイクロ波フィル
タに通用した場合につき述べたが、この代わりに、マイ
クロ波発振器に適用することもできる。
尚、本発明は上述実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱
することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿論
である。
〔発明の効果〕
本発明に依れば、環境温度が変化しても、強磁性薄膜素
子il+及び(2)に垂直磁界が印加される様になされ
ているので、挿入損失や反射損失等一般フィルタ特性は
劣化せず、動作補償温度範囲が拡大されるという利益が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明磁気共振装置の一実施例を示す分解斜視
図、第2図は第1図例の挿入損失の周波数特性図、第3
図は第1図例の挿入損失の環境温度特性図、第4図は従
来の磁気共振装置を示す分解斜視図、第5図は第4図例
の中央縦断面図、第6図は第4図例の挿入損失の周波数
特性図、第7図は第4図例の挿入i置火の環境温度特性
図、第8図及び第9図は夫々第4図例の説明に供する線
図である。 +1)及び(2)は夫々YIG薄膜素子、(4)はGG
G基板、(5)は入力線路、(6)は出力線路、(7)
は結合線路、@及び(47)は夫々支持板、(25)は
下部ヨーク、(42)は上部ヨークである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  強磁性薄膜素子と、伝送線路が設けられ、上記強磁性
    薄膜素子が結合される誘電体基板と、該誘電体基板を接
    着材料によって固定して支持する支持板と、該支持板を
    固定し、上記強磁性薄膜素子に垂直磁界を印加するヨー
    クとを備えた磁気共振装置において、  上記支持板を上記誘電体基板形成材料と同一の熱膨張
    係数を有する材料、又は上記ヨーク形成材料と同一の熱
    膨張係数を有する材料、或は上記誘電体基板形成材料と
    上記ヨーク形成材料の間の熱膨張係数を有する材料で形
    成したことを特徴とする磁気共振装置。
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JPH03259602A (ja) * 1990-03-09 1991-11-19 Murata Mfg Co Ltd 静磁波装置
JPH03280602A (ja) * 1990-03-29 1991-12-11 Hitachi Metals Ltd Pll制御を行う静磁波マイクロ波発振装置

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