JPS63275201A

JPS63275201A - 静磁波装置

Info

Publication number: JPS63275201A
Application number: JP62110038A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tsutsumi; 堤　誠
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1988-11-11
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: US4939488A; JPH077881B2

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）この発明は静磁波装置に関し、特に、たとえばＹＩＧ　
（イツトリウム、アイアン、ガーネット）薄膜などのフ
ェリ磁性基体を有し、そのフェリ磁性基体の面に直交す
る方向に直流磁界が印加され、たとえばフィルタ、オシ
レータ用共振器などに用いられる、静磁波装置に関する
。

（従来技術）この発明の背景となる従来の表面静磁波装置の一例が特
開昭５５−１４３８１９号公報に開示されている。

第７図はこのような従来の静磁波装置の一例を示す斜視
図である。この静磁波装置１は、ＹＩＧ薄膜２を含み、
ＹＩＧ薄膜２は、ＧＧＧ　（ガドリニウム、ガリウム、
ガーネット）基板３の一方主面に形成されている。さら
に、Ｙ　Ｉ　Ｇｆｉ膜２上には、２つの入出力アンテナ
４および５が間隔を隔てて設けられていて、これらのア
ンテナ４および５は、それらの−太端が接地され、それ
らの他方端が入力端子６および出力端子７にそれぞれ接
続されている。

このような静磁波装置は、そのＹＩＧ薄膜の面に直交す
る方向に直流磁界が印加されて使用されるが、共振器と
して動作させた場合直流磁界の強さを変えることによっ
て、その共振周波数を変えることができる。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、このような従来の静磁波装置では、共振周波
数での選択度が悪くかつ挿入損が大きくすなわちＱ値が
小さく、さらに、そのスプリアスモードのセパレーショ
ンがよくなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、共振周波数での
Ｑ値が大きく、かつ、そのスプリアスモードのセパレー
ションがよい、静磁波装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段）この発明は、フェリ磁性基体を有する静磁波装置であっ
て、フェリ磁性基体の表面に形成される導体を含む、静
磁波装置である。

（発明の効果）この発明によれば、共振周波数でのＱ値が大きく、かつ
、そのスプリアスモードのセパレーションがよい、静磁
波装置が得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。この
静磁波装置１０は、フェリ磁性基体としてのＹＩＧ　（
イツトリウム、アイアン、ガーネット）薄膜１２を含む
。このＹＩＧ薄膜１２は、台としてのたとえば厚さ５０
０μｍのＧＧＧ　（ガドリニウム、ガリウム、ガーネッ
ト）基板１４の一方主面上に、たとえば縦１１ｍｍ、横
９．８ｍｍ、厚さ１３．６μｍの寸法で形成される。

さらに、このＹＩＧ薄膜１２の表面の中央には、たとえ
ば直径５ｍｍ、厚さ１００μｍの寸法の円板状の導体１
６が形成される。この導体１６は、たとえば銅箔をＹＩ
Ｇ薄膜１２の表面に接着することによって形成される。

なお、この導体１６は、たとえば銀などの導体材料を蒸
着あるいはスバ・ツタリングなどの方法でＹ　Ｉ　ＧＦ
ｉｌ膜１２の表面に付着することによって、形成された
方がより良好である。

さらに、ＹＩＧ薄膜１２０表面には、その長手方向にた
とえば８．２ｍｍの間隔を隔てて、２本の線状の入出力
アンテナ１８および２０が形成される。これらの入出力
アンテナ１８および２０は、それらの−万端が接地され
、それらの他方端が入力端子２２および出力端子２４に
それぞれ接続される。

この静磁波装置１０は、ＹＩＧ薄膜１２の面に直交する
方向（第１図矢印Ｚで示す方向）に直流磁界が印加され
て使用される。

この静磁波装置１０は、この実施例と同じ大きさ同じ形
状のＹ　Ｉ　Ｇ薄膜を有しその表面に導体が形成されて
いない第７図に示す従来例と比べて、共振周波数でのＱ
値が大きく、かつ、そのスプリアスモードのセパレーシ
ョンがよいという優れた共振特性を有する。

発明者の実験によれば、第７図に示す従来例では、その
周波数特性を第８図に示すように、８゜９４ＧＨｚの共
振周波数でのＱ値が１，１４６であり、そのスプリアス
レベルが７ｄＢであるのに対して、この実施例では９Ｇ
Ｈｚの共振周波数でのＱ値が１，５００であり、そのス
プリアスレベルが２０ｄＢであった。

また、この実施例の静磁波装置１０では、その共振周波
数が磁気共鳴周波数（一様才差モードの周波数）に近く
、かつ、そのＱ値には導体１６による導体損の影響をほ
とんど受けない。

そこで、次に、この実施例のようにＹ　Ｉ　Ｇ薄膜の表
面に導体を形成した場合に、その共振周波数が磁気共鳴
周波数に近いこと、および、導体による導体損がＱ値に
ほとんど影響を及ぼさないことを理論的に説明する。

ここでは、第１図に示すように、厚さｄのＹＩＧ薄膜の
表面に半径ａの導体を形成した静磁波装置に、そのＹＩ
Ｇ薄膜の面に直交する方向（第１図矢印Ｚで示す方向）
に直流磁界μ。Ｈｏを印加した場合について、円柱座標
系を用いて解析する。

（ｉ）静磁波装置の共振周波数についてマックスウェル
の方程式を静磁近似により解くと、静磁波装置のＹＩＧ
薄膜中の静磁ボテンシャルφに関して、次の波動方程式
（１）が得られる。

・・・　（１）（１）式中、μはＹ■Ｇ薄膜の透磁率テンソルの対角要
素であり、次式（２）で与えられる。

また、Ｔは磁気回転比を表し、μ。ＭはＹＩＧ薄膜の飽
和磁化を表し、μ。Ｈｏは内部直流磁界を表す。

上述の波動方程式（１）を２＝０およびＺ＝ｄにおける
境界条件を用いて解くと、ＹＩＧ薄膜中の静磁ポテンシ
ャルφは、次式（３）に示すようにｍ次のベッセル関数
で表される。

φ＝ＡＪｍ（ｋｃｒ）ｅ−ＪＩＩ８ｃｏｓ　　（ｎｇＺ
／ｄ）・・・　（３）ただし、ｎは０を含まない整数であり、ｋｃは次式（４
）で表される。

次に、境界条件としてｒ＝ａにおいて磁壁を仮定すると
、Ｈ８＝０となるので、次式（５）が得られる。

ＪＩＩＩ（ｋｃａ）＝０・・・（５）そこで、ｍ次のベッセル関数のＪｍ（ｋｃｒ）の５番目
の零点をｙｌＩｉｉとすると、（２）式および（４）式
より、静磁波装置の共振周波数ｆ０は、次式・・・　（
６）ただし、 ωに＝γμ、Ｈ，。

（Ｉｌｌ、　＝仏ｎ薯；；７５ゴ。

ω舅＝ＴμｏＭである。

ここで、磁界μ。Ｈｏをたとえば３．５ＫＧａｕｓｓに
選びａ　／　ｄの関数として（６）式のｆ。

を数値的に評価すると、　　ａ　／　ｄが２０以下では
静磁波装置のｒ、θ、２方向の共振モード（ｒｉ、　ｍ
。

ｎ）が分離して表れ、導体内に静磁波の定在波が生じ、
静磁波のエネルギが閉じ込められることが明確になる。

しかしながら、ａ　／　ｄが２０以上になると、共振モ
ード（ｎ、ｍ、ｎ）の曲線は接近し、モード間の区別が
なくなり、ｆｏは次式（７）で近似的に表される。

ｔｏ　＃（ｃ）ｈ　／２ｇ＝ｒμｏＨｏ／２π・・・　
（７）ここで、第１図実施例の静磁波装置１０についてみると
、Ｙ　Ｉ　Ｇｉ！ｉ膜１２膜厚２ｄは１３．６μｍであ
って、導体１６の半径ａ　（３ｍｍ）に比べて十分小さ
いので、その共振周波数ｆＯは上述の（７）式で近似的
に表され、磁気共鳴周波数に一致することが理論的にわ
かる。

（１１）静磁波装置のＱ値についてＹＩＧｖｓ膜上の導体の導体損による静磁波装置のＱ、
は次式（８）で表される。

Ｑ、−ωＵ／ｗＬ　　　　　　　　　・・・　（８〕（
８）式中、ωは共振角周波数を表し、υは、静磁波装置
の蓄積エネルギであって、次式（９）％式％また、ＷＬは１秒間に失われるエネルギであり、円板状
の導体中を流れる電流によって住しると考えられるので
、次式（１０）で表される。

ただし、Ｒ８は表皮抵抗であり、ＨｔはＺ＝ｄにおける
磁界である。

ここで、（８）式によって、静磁波装置における導体の
導体損によるＱｔを計算すると、Ｑ、は、磁界μｏＨｏ
が３ＫＧａｕｓｓで５×１Ｑ１１になり、磁界μ。Ｈｏ
が７ＫＧａ　ｕｓ　ｓで２Ｘ１０’２になる。

さらに、静磁波装置には、ＹＩＧ薄膜に磁気的な損失が
あり、この損失による魁は、磁界μ。

Ｈｏが３ＫＧａｕｓｓで３．０００になり、磁界μｏＨ
ｏが７ＫＧａｕｓｓで７，０００になる。

したがって、Ｑイは導体によるＱＬに比べて非常に小さ
くなるから、この静磁波装置のＱ値は、次式（１１）で
表される。

（１１）式より、静磁波装置のＱ値には導体によるＱｔ
がほとんど影響を及ぼさないことが理論的にわかる。

第２図はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。こ
の実施例では、特に、ＹＩＧ薄膜１２の表面に、その長
手方向に間隔を隔てて、たとえば半径ａ　（１，５ｍｍ
）の２つの円板状の導体１６ａおよび１６ｂが、形成さ
れている。

この実施例の静磁波装置１０では、その周波数特性を第
３図に示すように、９．２４ＧＨｚの共振周波数でのＱ
値が２．２５６であり、そのスプリアスレベルが２４ｄ
Ｂであって、さらにその共振特性が改善されていること
がわかる。このように、導体円板の数を増やせば、それ
に従って、Ｑ値が大きくなりかつそのスプリアスレベル
も大きくなる。

また、第２図に示す静磁波装置１０の周波数に対するＱ
値および挿入損を測定し、その測定結果を第４図に示し
た。この結果から明らかなように、第２図に示す静磁波
装置ｌＯでは、９ＧＨｚ付近で約ＩＧＨ２の周波数帯域
にわたって、Ｑ値が２．０００以上であり、挿入損の変
化が３ｄＢ以内である優れた共振特性を有することがわ
かる。

さらに、第２図に示す静磁波装置１０の共振周波数ｆ０
での磁界依存性の実験値および（６）式の理論値を第５
図に示した。この結果から明らがなように、理論値は実
験値と完全に一致していないが、共振周波数ｆ０は、上
述の（７）式の関係を満足し、磁界μ。Ｈｏに比例して
いることがわかる。なお、第５図グラフの横軸に示す磁
界μ。

Ｈｏの理論値と実験値との差がほぼ１．７ＫＧａｕｓｓ
であるのは、減磁作用によるものである。

共振周波数ｆ０の理論値と実験値とが完全に一致しない
主な原因は、理論値においてＹＩＧ薄膜１２と一体にな
っているＧＧＧ基板１４の厚さを無視したためである。

一方、第３図に示した実験結果が導体円板による効果に
よるものであるから、第２図の静磁波装置１０の共振特
性は静磁波のエネルギが導体１６内に閉じ込められた結
果化じている特性であると推定できる。

第６図は第１図実施例の変形例を示す斜視図である。こ
の実施例では、第１図実施例に比べて、特に、導体１６
がリング状に形成されている。このように導体１６をリ
ング状に形成すれば、導体を円板状に形成した第１図実
施例と比べて、基本モードの共振周波数があまり変化せ
ずかつ高次モードの共振周波数が高くなるので、スプリ
アスを抑圧することができる。

なお、上述の各実施例では、導体を円板状あるいはリン
グ状に形成したが、導体の大きさ、形状ないしは厚さは
任意に変更すれば、さらに特性の改善が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。第２図はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。第３図は第２図実施例の周波数特性を示すグラフである
。第４図は第２図実施例の周波数とＱ値および挿入損との
関係を示すグラフである。第５図は第２図実施例の共振周波数の磁界依存性を示す
グラフである。第６図は第１図実施例の変形例を示す斜視図である。第７図はこの発明の背景となる従来の静磁波装置の一例
を示す斜視図である。第８図は第７図従来例の周波数特性を示すグラフである
。図において、１０は静磁波装置、１２はＹＩＧ薄膜、１
６は導体を示す。特許出願人　株式会社　村田製作所代理人　弁理士　岡　１）　全　啓第　１　図第６図第３図第４図第５図 →、ｕｏＨｏ　（にＧａｕｓｓ）　　矢に４１づ

Claims

【特許請求の範囲】１　フェリ磁性基体を有する静磁波装置であって、前記フェリ磁性基体の表面に形成される導体を含む、静
磁波装置。２　前記導体は円板状に形成される、特許請求の範囲第
１項記載の静磁波装置。３　前記導体はリング状に形成される、特許請求の範囲
第１項記載の静磁波装置。４　前記導体は間隔を隔てて複数形成される、特許請求
の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の静磁波装
置。