KR100296472B1 - 정자파 디바이스 - Google Patents

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KR100296472B1
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구라타히토요시
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사토 히로시
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Abstract

본 발명의 정자파 디바이스는 정자파를 여기·전파시키기 위한 자성 가닛막과, 이것에 자계를 인가하기 위한 자계발생기와, 자성 가닛막을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 접지도체와, 자성 가닛막과 한쪽의 접지도체 사이에 형성된 RF신호급전선로를 포함한다. 상기 접지도체 중 한쪽의 대향면은 자성 가닛막의 한쪽의 주표면과 대향하고, 접지도체 중 다른 쪽의 대향면은 자성 가닛막의 다른 쪽의 주표면과 대향한다. 상기 한쪽의 접지도체의 대향면과 자성 가닛막의 상기 한쪽의 주표면과의 거리를 t1로 하고, 상기 다른 쪽의 접지도체의 대향면과 자성 가닛막의 상기 다른 쪽의 주표면과의 거리를 t2로 하고, RF신호급전선로의 두께를 tR이라고 하였을 때,
t1≥ tR+ 5μm,
t2≥ 0μm,
t1+ t2≤ 500μm
이다. t1및 t2를 이와 같이 설정함으로써, 자성 가닛막의 길이, 폭, 두께, 및 포화자화, 자성 가닛막에 인가하는 외부자계강도 등의 각종 조건에 관계없이, 실제 사용에 있어서 중요한 부하 Ql을 향상시킬 수 있다. 또, 한 쌍의 접지도체간의 거리가 종래에 비하여 좁아지므로, 자계발생기를 소형화할 수 있다.

Description

정자파 디바이스 {MAGNETOSTATIC WAVE DEVICE}
정자파 디바이스의 작용을 설명하기 위한 모델을 도 1에 나타낸다. 이 정자파 디바이스 모델은 정자파가 여기(勵起)되어 전파하는 자성 가닛막(magnetic garnet film)(1), 상기 자성 가닛막(1)의 한쪽의 주표면(主表面)(1a) 상에 형성된 RF신호급전선로(信號給電線路)(4), 상기 자성 가닛막(1) 및 RF신호급전선로(4)의 상측에 유전체(21)를 거쳐 형성된 접지도체(31), 및 상기 자성 가닛막(1)의 하측에 유전체(22)를 거쳐 형성된 접지도체(32)를 가진다. 이 모델에서는, 외부자계 Hex를 X축의 부(負) 방향으로 인가하고, RF신호급전선로(4)로 RF신호를 급전(給電)하면, 급전에 의해 발생된 전자파(電磁波)가 자계결합에 의해 정자파로 변환되고, 이 정자파(정자 전진 체적파(靜磁 前進 體積波))가 자성 가닛막(1) 속을 통하여 Y축의 정(正) 방향 및 부 방향으로 서로 멀어지도록 전파된다. 상기 유전체(21, 22)는, 실제 장치에 있어서는 예를 들면 비자성(非磁性) 가닛기판이나 공기 등으로 구성된다. 이들 두 유전체의 비유전율(比誘電率)은 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
상기 정자파 디바이스 모델에 있어서, 자성 가닛막(1)의 두께를 d, 비투자율(比透磁率)을 μr로 하고, 자성 가닛막(1)의 한쪽의 주표면(1a)(RF신호급전선로(4)가 형성되어 있는 표면)과 이것에 대향하는 접지도체(31)의 대향면(31a) 사이의 거리를 t1, 자성 가닛막(1)의 다른 쪽 주표면(1b)과 이것에 대향하는 접지도체(32)의 대향면(32a) 사이의 거리를 t2라고 했을 때, 정자파의 파동은 다음의 분산관계식(dispersion relation)를 충족시킨다.
상기 식에서,
M 2 = μ r (K Y 2 + K Z 2 )
N 2 = K Y 2 + K Z 2
K Y = Y축 방향으로 전파하는 정자파의 파수(波數)
K Z = Z축 방향으로 전파하는 정자파의 파수
ω h = γHin,여기서Hin: 내부 자계강도(A/m)
ω m = γ(Ms), 여기서Ms: 포화자화 (Wb/m2)
ω = 2πf,여기서f: 주파수 (Hz)
γ = 2.21x105자기회전율(gyromagnetic ratio)(m/As)
μ0= 12.566x10-7(H/m)
이다. 상기 식에서, t1및 t2는 임의의 값을 가질 수 있으나, 이후에 설명하는 바와 같이, 종래의 정자파 디바이스에서는, t1및 t2는 특정의 한정된 값을 가지고, 예를 들면 t1+ t2를 1mm 정도로 설정하는 것이 통상적이었다.
도 4에 종래의 정자파 디바이스의 구성예를 나타낸다. 이 구성예는 서로 대향하는 한 쌍의 자극(磁極)(7, 8), 상기 자극(7, 8)에 끼워지고 내부가 공극(空隙)(9)으로 되어 있는 ??자형 접지도체(3), 상기 자극(7, 8)에 자기적으로 접속된 영구자석(11), 이 영구자석(11)에 자기적으로 접속된 요크(yoke)(12), 상기 ??자형 접지도체(3) 내에 배치된 자성 가닛막(1), 및 RF신호급전선로(4)를 거쳐 이 자성 가닛막(1)을 지지하는 유전체기판(13)을 구비하고 있다. 영구자석(11) 및 자극(7)의 둘레에는 코일(17)이 감겨져있다.
또한, 자극(7, 8) 및 요크(12)는 철, 퍼멀로이(Permalloy) 등의 재질로 구성되므로, 급전신호가 자극(7, 8)에서 고주파적 손실을 받지 않도록 전자파를 차폐할 목적으로, ??자형 접지도체(3)는 RF신호급전선로(4)를 둘러싸도록 배설된다. 자성 가닛막(1)으로서는 LPE(액상 에피택셜)방법으로 제조되는 YIG(이트륨·철·가닛)막 등이 사용되고 있다.
공극(9) 내의 자성 가닛막(1)에는 한 쌍의 자극(7, 8)에 의해 외부자계(外部磁界)가 인가된다. 이 외부자계는 영구자석(11)에 의한 고정자계와, 코일(17)에 의한 가변자계로 이루어지고, 코일(17)에 흐르는 전류를 제어함으로써 자성 가닛막에 인가되는 외부자계의 강도를 제어하는 구성으로 되어 있다. 마이크로스트립 라인(microstrip line) 등으로 형성된 RF신호급전선로(안테나)(4)로 마이크로파 신호 또는 준마이크로파 신호를 급전하면, 그에 따라 발생된 전자파는 상기 외부자계의 강도에 따른 주파수의 정자파로 변환되고, 이 정자파는 자성 가닛막(1)을 통해 전파된다.
예를 들면, 직사각형으로 형성된 자성 가닛막에서는, 그 측면을 향하여 전파되어 온 정자파는 상기 측면에서 반사되어 역방향으로 되돌아간다. 그리고, 입력된 전자파와 동일한 위상을 가지는 정자파는 결합하여 직사각형 자성 가닛막내에서 공진(共振)한다. 이 때 공진하는 자성파의 파장 중 가장 큰 파장은 직사각형 자성 가닛막의 길이 L의 2배인 2L로 된다.
YIG와 같은 자성 가닛막을 사용한 공진기구조의 정자파 디바이스는 마이크로파 대역 및 준마이크로파 대역에서 무부하시의 Q값(이후에 무부하 Qu, 또는 간단히 Qu로 칭함)이 매우 크기 때문에, 현재 그것의 응용이 기대되고 있다. 정자파 디바이스가 실제로 사용될 경우, 부하시의 Q값(이후에, 부하 Ql, 또는 간단히 Ql로 칭함)이 큰 것이 중요하다.
소니사의 Y. Murakami 및 S. Ito에 의하여 1985 IEEE MTT-S Digest에 발표된 문헌 'A BANDPASS FILTER USING YIG FILM GROWN BY LPE'에는 이와 같은 정자파 디바이스를 대역소거필터(band strip filter)로서 동작시키고 외부 Q값(이하, 외부 Qe, 또는 간단히 Qe로 칭함)을 측정하면, YIG막의 두께가 감소함에 따라 외부 Qe가 증가한다고 기술되어 있다. 또한 상기 문헌에서는 디스크 형상의 YIG막을 사용하고 있다. 상기 문헌에는 부하 Ql에 관하여는 기술된 것이 없으나, 일반적으로 외부 Qe, 무부하 Qu, 및 부하 Ql의 관계는
1/Ql= 1/Qu+ 1/Qe
로 표현되며, 무부하 Qu는 YIG필름의 평면형상 및 두께와 관계없이 일정하므로, YIG막의 두께 감소에 따라 외부 Qe가 증가하면, 부하 Ql도 동시에 증가해야 한다.
본 발명자는 상기 문헌에 나타나 있는 방법에 준하여, 직사각형의 자성 가닛을 사용하여 추가실험을 행하여 부하 Ql를 측정하였다. 그 결과, 상기 문헌에서 추정되는 바와 같이, 자성 가닛막의 두께가 감소함에 따라 부하 Ql가 증대하는 것을 알았다. 또, 본 발명자의 실측에 따른 부하 Ql는 1/Ql= 1/Qu+ 1/Qe로부터 유도되는 부하 Ql보다 상당히 작은 것이 판명되었다.
부하 Ql를 증대하기 위해서는, 자성 가닛막을 얇게 하면 되는 것을 알았으나, 자성 가닛막을 얇게 한 경우에는 이하와 같은 문제가 생기기 쉽게 된다.
예를 들면, 평탄도(平坦度) 향상을 위해 자성 가닛막 표면을 연마한 경우,막의 양 주표면의 평행도(平行度)가 나빠지고, 막 두께가 불균일하게 될 수 있다. 이 경우, 평행도 악화에 의한 막 두께의 변화율은, 막이 얇을수록 커진다. 자성 가닛막의 두께가 상이하면 분산관계가 달라지므로, 막 두께의 불균일이 크면 설계에 따른 정재파(定在波)(standing wave)를 발생시킬 수 없게 되고, 특성 저하를 초래한다. 따라서, 자성 가닛막을 얇게 하는 것 이외의 수단으로 부하 Ql를 증대시키는 것이 소망된다.
그런데, 정자파 디바이스에서는 소형화도 중요하다. 도 4에 나타낸 구성에 있어서, 자극(7, 8), 공극(9), 요크(12), 및 영구자석(11)은 자계발생기를 구성한다. 이 자계발생기를 소형화할 수 있는 것으로부터 공극(9)의 간격이 좁은 쪽이 좋다는 것은 주지하는 바와 같다. 예를 들면, 일본국 특개평1-303901호 공보에 기재되어 있는 정자파 디바이스에서는 ??자형 접지도체를 두께 2∼100μm의 도체막으로 구성함으로써, 자극(7, 8)의 간격 Lg를 1.15mm로 좁게 하도록 강구하고 있다. 이 경우, 공극(9)의 높이, 즉 ??자형 접지도체(3)의 한쪽의 대향면(3a)과 다른 쪽의 대향면(3b) 사이의 거리는 약 1mm로 된다.
본 발명의 목적은 공진기 및 필터에 적용되는 정자파 디바이스에 있어서, 부하시의 Q값을 높이는 동시에 자계발생기를 소형화하는 것이다.
본 발명은 정자파(靜磁波) 디바이스에 관한 것으로, 특히 공진기(共振器), 필터 등에 적용하였을 때 부하시(負荷時)의 Q를 높일 수 있는 정자파 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 정자파 디바이스의 기능을 설명하기 위한 모델도이다.
도 2는 정자파 공진기의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 3(A)는 도 2에 나타낸 정자파 공진기의 A-A선을 포함하는 수직단면을 나타내는 단면도이고, 도 3(B)는 도 3(A)의 공극(9a) 부근의 확대도이다.
도 4는 정자파 디바이스의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 부하 Ql을 측정하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 6은 자성 가닛막의 두께와 부하 Ql사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 무부하 Qu의 주파수 의존성의 측정치와 계산치를 나타내는 그래프이다.
도 8은 자성 가닛막에서 발생된 정자파 정재파를 설명하는 도면이다.
도 9는 파수 k와 공명 주파수 ω 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 부하 Ql/무부하 Qu와 t1+ t2사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
상기 목적은 하기 (1)의 본 발명에 의해 달성된다.
(1) 정자파를 여진(勵振)·전파시키기 위한 자성 가닛막, 이 자성 가닛막에자계를 인가하기 위한 자계발생기(磁界發生器), 자성 가닛막을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 접지도체, 자성 가닛막과 한쪽의 접지도체와의 사이에 형성된 RF신호급전선로를 가지고, 상기 한쪽의 접지도체의 대향면이 자성 가닛막의 한쪽의 주표면과 대향하고, 다른 쪽의 접지도체의 대향면이 자성 가닛막의 다른 쪽의 주표면과 대향하고 있는 정자파 디바이스에 있어서,
상기 한쪽의 접지도체의 대향면과 자성 가닛막의 상기 한쪽의 주표면 사이의 거리를 t1으로 하고, 상기 다른 쪽의 접지도체의 대향면과 자성 가닛막의 상기 다른 쪽의 주표면 사이의 거리를 t2로 하고, RF신호급전선로의 두께를 tR이라고 하면,
t1≥ tR+ 5μm,
t2≥ 0μm,
t1+ t2≤ 500μm
인 정자파 디바이스.
본 발명에서는, 정자파 디바이스에 있어서 자성 가닛막을 사이에 두고 존재하는 한 쌍의 접지도체 사이의 거리를 소정 범위로 제어함으로써, 자성 가닛막의 길이, 폭, 두께, 포화자화, 그리고 자성 가닛막에 인가하는 외부자계강도 등의 각종 조건에 관계없이, 실제 사용에 있어서 중요한 부하 Ql를 향상시킬 수 있다.
또, 한 쌍의 접지도체 사이의 거리가 종래에 비하여 좁아지므로, 자계발생기를 소형화할 수 있다.
도 2에 본 발명의 정자파 디바이스의 실시예로서, 정자파공진기의 바람직한 구성예를 나타낸다. 또, 이 정자파공진기의 A-A선을 포함하는 수직단면을 도 3(A)에 나타내고, 도 3(A)의 일부확대도를 도 3(B)에 나타낸다. 또한, 도 3(A) 및 도 3(B)에는 깊이방향을 생략하고 단면만을 나타내고 있다.
이 정자파 디바이스는, 접지전위와 같은 전위인 한 쌍의 접지도체(31, 32)를가지고, 이것들은 대향하여 배치되어 있다. 양 접지도체간의 공극(9a)에는 유전체기판으로서 GGG(가드륨·갈륨·가닛)기판(18)이 존재하고, 이 GGG기판(18) 상에 YIG 등으로 이루어지는 자성 가닛막(1)이 형성되어 있다. 자성 가닛막(1) 상에는 RF신호전류를 급전하기 위한 RF신호급전선로(4)가 형성되어 있고, 또 자성 가닛막(1)의 막 표면에 수직으로 직류자계를 인가하기 위해 자기회로가 형성되어 있다. RF신호급전선로는, 한쪽의 접지도체와 자성 가닛막 사이에 존재하면 되고, 자성 가닛막에 접하고 있을 필요는 없다. 예를 들면, 자성 가닛막과 RF신호급전선로 사이에 접착제층 등이 존재하고 있어도 된다.
통상, GGG기판(18)의 두께는 400μm 정도 이하로 하고, 자성 가닛막(1)은 폭 0.5∼2mm 정도, 길이 0.5∼2mm 정도, 두께 5∼150μm 정도, 바람직하게는 5∼100μm 정도, 더욱 바람직하게는 5∼40μm 정도로 하고, RF신호급전선로(4)는 두께 2∼15μm 정도로 한다. 또한, GGG기판이 필수는 아니고, 자성 가닛막(1)과 접지도체(32)는 접하고 있어도 된다.
자기회로는 영구자석(11), 한 쌍의 요크(12a, 12b), 공극(9a)을 사이에 두고 서로 대향하는 한 쌍의 자극(7a, 8a)로 이루어지는 제1 자극쌍, 공극(9b)을 사이에 두고 서로 대향하는 한 쌍의 자극(7b, 8b)로 이루어지는 제2 자극쌍, 및 자극(7b, 8b)에 감긴 코일(17)을 가진다. 코일(17)은 가변자계(可變磁界)를 발생시키기 위한 것이고, 자성 가닛막(1)에 인가하는 직류자계의 강도를 제어하기 위해 배설되어 있다. 한 쌍의 요크(12a, 12b)는 영구자석(11)을 사이에 두고 대향하고, 각각의 일단부가 영구자석(11)에 자기적으로 접속되고, 각각의 타단부에 자극(7a, 8a)이형성되고, 각각의 상기 일단부와 상기 타단부 사이에 자극(7b, 8b)이 형성되어 있다. 공극(9b)의 공극길이를 제어함으로써, 공극(9a)에 인가되는 자계의 강도를 조정할 수 있다.
이 자기회로에서는 통상, 공극(9a)의 공극길이를 영구자석(11)의 높이보다도 작게 하기 때문에 코일(17)에 의해 발생하는 자속(磁束)은 주로 영구자석(11)을 통과하지 않는 자로(磁路), 즉 공극(9b)-자극(7b)-요크(12a)-자극(7a)-공극(9a)-자극(8a)-요크(12b)-자극(8b)으로 이루어지는 자로를 통과하게 된다.
도시된 예는, 자성 가닛막(1)을 배치하기 위한 공극이 한 개 존재하는 것이나, 자성 가닛막을 배치하는 공극을 두 개 이상 배열해도 된다. 이 경우, 복수의 공극의 공극길이를 다르게 함으로써, 각 자성 가닛막에서의 공명주파수를 다르게 할 수 있다. 따라서, 예를 들면 절환스위치 등을 이용함으로써, 동시에 두 개 이상의 채널주파수로 송수신이 가능한 VCO(전압제어발진기)로의 응용이 가능하다.
요크 및 자극은, 철 및 펌얼로이 등의 투자율(透磁率)이 높은 재료로 구성된다. 이 중에 코스트나 가공용이성, 포화자속밀도의 높이를 고려하면, 철이 바람직하다. 그러나, 철은 고주파신호에 관하여 손실이 많으므로, 철을 사용하는 경우에는 두께 2∼15μm 정도의 도체막으로 자기회로를 차폐하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 자극(7a, 8a)과 요크(12a, 12b)를 상기 도체막으로 덮고, 자극(7a, 8a)의 대향면(71a, 81a)에 상기 도체막을 개재시켜 접지도체(31, 32)를 형성하는 것이 바람직하다.
한 쌍의 요크(12a, 12b) 사이에는 비자성이면서 유전성이 재질로 이루어지는 지주(支柱)(20a, 20b)가 형성되어 있다. 공극(9a)의 간극을 유지하기 위한 것과, 자극(7a, 8a)의 대향면(71a, 81a)을 동일한 전위로 하는 것을 목적으로 하고, 자극(7a, 8a)의 근방에서 지주(20a, 20b)의 일단면이 상기 도체막을 거쳐 한쪽의 요크(12a)에 접착되고, 타단면이 상기 도체막을 거쳐 다른 쪽의 요크(12b)에 접착되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 접착에는 은(銀)페이스트 등의 도전성 접착제를 사용해도 된다.
자성 가닛막(1)을 고정하는 기판인 GGG기판(18)은 도체(32)의 대향면(32a)에 은페이스트 등의 도전성 접착제로 접착한다. 이 때, 도체(32)의 대향면(32a)이 접착되는 GGG기판(18)의 주표면에는 Au나 Cu 등으로 이루어지는 도체막을 먼저 형성해 놓는다. 이 도체막은 증착법이나 무전해도금법 등에 의해 형성해도 되고, 두께는 0.2∼1μm 정도면 된다.
RF신호를 급전하기 위한 RF신호급전선로(4)는 자성 가닛막(1) 상에 증착법과 포토리소그래피 기술에 의해 형성되어 있다. 그리고, 이 RF신호급전선로(4)의 일단부(4a)는 접지도체(32)의 대향면(32a)에 접속하고, 타단부(4b)는 입출력단자로 되어 있다. 한편, 이것들의 접속상태는 도시되어 있지 않다.
다음으로, 도 5를 사용하여 네트워크 애널라이저로 상기 정자파 공진기의 S11을 측정하여 부하 Ql를 구하는 방법을 설명한다. 공진기의 결합계수가 거의 1이 될 때의 S11을 네트워크 애널라이저로 측정하고, 공진하지 않을 때의 S11을기준치(0dB)로 하고, 이 기준치에 대한 공명흡수 피크치 Ar을 측정한다. 다음에, 기준치로부터 -30dB 이상 떨어진 점 Ad에서 공명흡수의 폭 2·△ω를 측정한다. 여기서 Ar은 Ad보다 10∼20dB 이상 작은 것이 바람직하다. 그리고, 최후에 공명흡수의 중심주파수(피크주파수) ω0를 측정한다. 이 결과를 이용하여 부하 Ql을
Ql= ω0/ (K·2·△ω)
[단, K2= (1 - 10Ad/10) / (10Ad/10- 10Ar/10) 이다]
에 의해 구한다.
이 방법을 이용하여, 포화자화 0.0Wb/m2에서 1mm?의 자성 가닛막의 두께를 95μm, 55μm, 30μm, 및 17μm로 바꾸고, 주파수 700MHz에서의 부하 Ql를 측정하였다. 결과를 도 6에 둥근 점으로 나타낸다. 도 6에서, 자성 가닛막이 얇아짐에 따라 도 1에서의 t2는 200μm로 된다. 또 자성 가닛막의 위쪽은 개방으로 하였으므로 t1= ∞이다.
다음에, 부하 Ql의 실측치와 계산치를 비교하기 위해 우선 상기 실험에서 사용한 자성 가닛막의 무부하 Qu의 실측치와 계산치를 구하였다. 무부하 Qu의 실측치는 이하의 순서로 구하였다. 먼저, 자성 가닛막으로서 두께 95μm인 것을 사용하고, 입출력 전극간 거리를 960μm로 하고, 입력전력과 출력전력의 비가 30dB 이상인 필터를 제조하였다. 그리고 이 필터의 통과특성(S21)의 피크치의 주파수 ω0와,피크치에서 3dB 감쇄한 곳의 주파수폭 2·△ω를 이용하여
Qu= ω0/ (2·△ω)
에 의해 무부하 Qu의 실측치를 구하였다. 이 결과를 도 7에 둥근 점으로 표시하였다. 한편, 정자파 공진기의 무부하 Qu의 계산치는
Qu= ω0/ (γ·△H)
에 의해 주어진다. 여기서 γ는 자기회전비(2.21 x 105m/A·s)이고, △H는 강자성 공명의 절반값의 폭이다. △H는 공명주파수 9.55GHz일 때 179.1A/m이었고, 주파수에 거의 비례하여 감소하며, 오프셋값이 존재하므로, 여기서는 △H의 기울기를 1.7512 x 10-8A·s/m로하고, 또 오프셋값을 9.552A/m으로 하고, 상기 식에 대입하여, Qu의 계산치를 구하였다. 이 결과를 도 7에 실선으로 나타낸다. 도 7에서, 무부하 Qu는 실측치와 계산치가 대체로 일치하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에 있어서 1.5GHz 이하의 주파수역에서 실측치가 계산치로부터 벗어나는 것은 저자계손실(低磁界損失)에 따라 △H가 서서히 증대하기 때문이다.
다음에, 무부하 Qu로부터 부하 Ql의 계산치를 구하였다. 여기에서 관계식
1/Ql= 1/Qu+ 1/Qt
을 이용하였다. 여기서, 1/Qt은 자성 가닛막 상에 형성되는 마이크로스트립라인의 도체손(導體損), 방사손(放射損), 및 유전체손(誘電體損) 등에 기초하는 Qs값과 그 외의 요인에 기초하는 Qo값과의 역수화(逆數和)로 한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 주파수 700MHz에서의 무부하 Qu의 실측치는 약 700이었으므로, 이 값을 갖는 YIG공진기의 병렬 공진기 등가회로와 마이크로스트립라인을 직렬접속한 회로를 50Ω계 마이크로파 시뮬레이터로 계산하여 부하 Ql을 구하면, 마이크로스트립라인의 두께 및 폭에 따라 도체손이 대폭적으로 변하는 것을 고려하더라도 부하 Ql은 300∼350으로 된다. 그러나 부하 Ql의 실측치는 도 6에 나타낸 바와 같이 100 이하로 매우 작다. 그래서, 실제의 부하 Ql이 이와 같이 내려가고, 또 자성 가닛막이 얇아짐에 따라 부하 Ql이 향상하는 원인을 다음과 같이 생각한 바, Ql의 계산치와 실측치가 양호하게 일치하는 결과가 얻어졌다.
도 8에 직사각형의 자성 가닛막(1)과 거기에 생기는 공명시의 정재파와 여기전극(勵起電極)(RF신호급전선로(4))의 관계를 나타낸다. 외부자계 Hex는 자성 가닛막(1)의 표면에 대하여 수직으로 인가되고 있는 것으로 한다. 일반적으로 자성 가닛막(1)의 측면(1c, 1d)에서, 즉 막 내외의 경계에서, 직류자계강도가 자성 가닛막의 반자계 때문에 불연속으로 되므로, 자성 가닛막(1) 속을 전파되어 온 정자파는 측면(1c, 1d)에서 거의 완전히 피닝(pinning)되고, 전반사한다고 생각된다. 그리고, 도 8의 경우에는 직사각형의 자성 가닛막(1) 속으로, 대향하는 측면(1c, 1d) 간의 거리 L을 기본모드로 한 정재파가 발생하여 공명한다고 생각된다.
그러나, 실제로는, 주파수 ω0로 공명하는 정재파(27)에 추가하여, 더 긴 파장의 정재파(28)(주파수 ω0- △ω1)와, 더 짧은 파장의 정재파(29)(주파수 ω0+ △ω1)가 발생하고 있다. 이 것을 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는 상기한 정자파의 분산관계식에서 구한 주파수와 파수 k(k = 2π/λ: k는 상기 분산관계식에서의 ky와 동의이고, λ는 파장임)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한 도 9에 있어서 ωL및 ωH는 각각 소정 강도의 외부자계를 인가했을 때 여자(勵磁)될 수 있는 정자파의 하한 주파수 및 상한 주파수이다. 도 9에서, 인가하는 외부자계강도가 동일한 경우에는, 상대적으로 긴 파장의 정재파는 주파수 ω0보다 공명주파수가 낮고, 짧은 파장의 정재파는 주파수 ω0보다 공명주파수가 높게 되는 것으로 생각된다. 즉, 자성 가닛막(1)의 측면(1c, 1d)에서의 불완전한 피닝에 의해 주파수 ω0에 상당하는 파수 k0로 공명하는 정재파(27)에 추가하여 k0- △k1에서 k0+ △k1의 파수범위내에서 긴 파장의 정재파와 짧은 파장의 정재파가 생기고, 각각 ω0- △ω1, ω0+ △ω2의 주파수범위내에서 공명흡수하므로, 중심주파수 ω0의 공명흡수의 폭이 넓어지고, 부하 Ql이 저하한다고 생각된다.
상기한 가정에 기초하여, △k1과 △k2를 여러 가지 값으로 하여 정자파의 분산관계식에 대입하고, 파수가 k0인 주파수 ω0를 중심주파수로 하고, k0- △k1에서 k0+ △k1까지의 범위에서 생긴 공명흡수의 팽창 ω1+ △ω2를 구하고, 이것으로부터 부하 Ql= ω0/(ω1+ △ω2)를 계산하고, 얻어진 계산치를 실측치와 비교하였다. 그 결과, △k1및 △k2를 660∼730/m로 했을 때의 계산치가 실측치와 잘 일치하는 것으로 판명되었다. 도 6에 △k1= △k2= 700/m로 했을 때의 계산치를 실선으로 나타낸다. 이 결과로부터 정자파 공진기의 부하 Ql의 저하는 주로 정자파의 피닝의 불완전성에 기인한다고 생각된다.
또한, 실측시에는 1mm□, 즉 길이 L이 1mm인 자성 가닛막을 사용하고, 이 위에 도 8에 나타낸 구조의 RF신호급전선로(4)를 배열하여 여진전극으로 하였다. 이 경우에, 파수 k0일 때의 파장(기준파장)을 λ0로 하면, λ0= 1mm로 되고, △k1=△k2=700/m는 약 110μm의 파장 차이에 상당한다. 그리고, 자성 가닛막 중에는 λ0±약11%의 범위내의 여러 가지의 파장을 가지는 정재파가 ω0을 중심주파수로 하는 ω0-△ω1에서 ω0+ △ω2까지의 범위내의 주파수에 대응하여 존재하는 것으로 생각된다.
다음에, 이러한 가정에 기초하여, 즉, △k = 0/m에 상당하는 기본파장의 ±약11%의 범위내에 여러 가지 파장의 정재파가 ω0-△ω1에서 ω0+ △ω2까지의 범위내의 주파수에 대응하여 존재한다고 가정하고, 자성 가닛막에 있어서의 각종 조건을 변화시켜서 부하 Ql의 변화를 조사하였다. 이 결과, 자성 가닛막을 사이에 둔 2개의 접지도체간의 거리를 일정치 이하로 억제함으로써, 다른 각종 조건의 변화에관계없이 부하 Ql의 향상이 있음을 확인하였다. 구체적으로는, 자성 가닛막의 포화자화, 그것의 막두께, 그것의 기본 정재파의 파장, 자성 가닛막에 인가하는 외부자계강도를 각각 0∼0.176Wb/m2, 5∼150μm, 250μm∼4mm, 0∼1.592x105A/m의 범위내에서 임의로 선택하여 조합하고, 각 조합에 있어서, t1+ t2(자성 가닛막을 사이에 둔 한 쌍의 접지도체간의 거리로부터 자성 가닛막의 두께를 뺀 값)를 10μm∼1mm의 범위로 변화시키고, 그 때의 부하 Ql및 무부하 Qu를 계산에 의해 구하였다. 그 결과, t1+ t2가 감소함에 따라 부하 Ql/무부하 Qu가 증대할 뿐 아니라, 모든 부하 Ql/무부하 Qu가 도 10에 나타낸 실선보다 위에 존재하는 것을 알았다. 즉, t1+ t2를 500μm 이하로 하면, 부하 Ql/무부하 Qu가 반드시 상승하는 것으로 판명되었다.
무부하 Qu는 상기 각 조건의 조합에 따라 변동하지만 t1+ t2에는 의존하지 않는다. 따라서, 각 조합에 있어서 t1+ t2의 감소에 수반하여 부하 Ql/무부하 Qu가 증대한다는 것은 각 조합에 있어서 t1+ t2의 감소에 수반하여 부하 Ql가 증대하는 것을 의미한다.
이와 같이 본 발명에서는, 정자파 공진기에 있어서 자성 가닛막을 사이에 둔 접지도체간의 거리를 제어함으로써, 구체적으로는
t1+ t2≤ 500μm, 또는
t1+ t2≤ 400μm
로 함으로써, 다른 조건에 관계없이 부하 Ql을 크게 할 수 있다.
또한 정자파 디바이스로서 기능하도록 하기 위해서는 RF신호급전선로와 접지도체 사이에 일정 이상의 간격을 형성할 필요가 있다. 이 간격은 적어도 5μm이면 되므로 본 발명에서는 RF신호급전선로(4)의 두께를 tR(도 1 참조)로 했을 때
t1≥ tR+ 5μm
로 한다. 한편, 자성 가닛막과 접지도체는 접하고 있어도 되므로
t2≥ 0μm
이다. t1과 t2의 비는 특별히 한정되지 않고, 정자파 디바이스의 용도에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면, 비교적 저주파의 영역에서 사용하는 경우에는, 일반적으로 t1＞ t2로 된다. 또한 t1＞ t2인 경우에는
t1+ t2≤ 300μm
로 하면 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 접지도체간의 거리를 작게 함으로써, 도 3(A)에 나타낸 자기회로에 있어서, 공극(9b)-자극(7b)-요크(12a)-자극(7a)-공극(9a)-자극(8a)-요크(12b)-자극(8b)로 이루어지는 폐자로(閉磁路)의 자기저항을 작게 할 수 있으므로, 코일(17)이 적은 전류 또는 적은 코일의 감긴 수에 따라 강한 자계를 발생시킬 수 있다. 따라서,코일의 체적을 작게 하고, 자기회로 전체를 소형화할 수 있다.
또한 본 발명은, 도 4에 나타낸 구성, 즉, 공극(9)과 영구자석(11)과 코일(17)이 높이방향으로 직렬로 배열되어 있는 구성에도 적용할 수 있다. 단, 도 4의 구성에서는 본 발명에 따라 t1+ t2, 즉 공극(9)의 공극 길이를 작게 억제하여도 정자파 디바이스 전체의 높이를 억제하는 것은 어려우므로, 소형화가 곤란하다. 이에 대하여 도 2 및 도 3(A)에 나타낸 구성에서는 정자파 디바이스의 높이의 억제가 용이하다.
실험예
본 발명의 효과를 검증하기 위해 다음의 실험을 행하였다.
실험예 1 (t 1 = t 2 일 경우)
자성 가닛막으로서 치수가 1mm□이고 두께가 20μm이며 포화자화가 0.07Wb/m2인 것을 사용하고, RF신호급전선로로서 두께가 6μm인 U자형 전극을 사용하고, 공명의 중심주파수가 700MHz가 되도록 외부자계의 강도를 설정하고, t1= t2로 하고 t1+ t2를 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시켜 부하 Ql/무부하 Qu를 구하였다. 또한, GGG기판의 두께를 변경함으로써 t2를 조정하였다. 표1에 그 결과가 나타나 있다. 표 1에 나타낸 '부하 Ql/무부하 Qu의 상대치'는 t1+ t2= 800μm일 때의 부하 Ql/무부하 Qu를 100으로 하고 계산한 상대치를 말하며, 이것은 이하의 실험예에서도 이러한 의미로 사용된다.
[표 1] (t1= t2)
샘플 번호 t1+ t2(μm) 부하 Ql/무부하 Qu의상대치
101 200 226
102 400 135
103 500 117
104(비교) 800* 100
*) 한정된 범위를 벗어남
실험예 2 (T 2 가 고정될 경우)
자성 가닛막의 두께를 30μm로 하고, RF신호급전선로를 S자 형상으로 하고, 거리 t2를 50μm에 고정한 것 외에는 실험예 1에서와 동일한 설정이 사용되었으며, t1을 표 2에 나타낸 바와 같이 변경하여 부하 Ql/무부하 Qu를 구하였다. 표 2에 그 결과를 나타낸다.
[표 2] (t2= 50μm)
샘플 번호 t1(μm) t1+ t2(μm) 부하 Ql/무부하 Qu의상대치
201 150 200 135
202 200 250 123
203 250 300 115.5
204 300 350 110
205 350 400 107
206 450 500 103.5
207(비교) 750 800* 100
*) 한정된 범위를 벗어남
실험예3 (t 2 = 0 일 경우)
자성 가닛막의 두께를 10μm로 하고, 자성 가닛막의 포화자화를 0.14Wb/m2로하고, 공명흡수의 중심주파수가 2,000MHz가 되도록 외부자계 강도를 설정하고, GGG기판을 형성하지 않고, 즉 거리 t2를 0μm로 설정한 외에는 실험예 1에서와 동일한 설정이 사용되었으며, t1을 표 3에 나타낸 바와 같이 변경하여 부하 Ql/무부하 Qu를 구하였다. 표 3에 그 결과를 나타낸다.
[표 3] (t2= 0μm)
샘플 번호 t1+ t2(μm) 부하 Ql/무부하 Qu의상대치
101 200 137
102 250 121
103 300 111.5
104 350 106.5
105 400 104
106 500 102
107 (비교) 800* 100
*) 한정된 범위를 벗어남
표 1 내지 표 3로부터, t1+ t2를 소정의 범위내로 함으로써 부하 Ql/무부하 Qu가 급격히 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예로서 정자파 공진기를 참고로 설명하였으나, 본 발명은 정자파 공진기에 한정되는 것은 아니며, 청구의 범위에 개시된 범위내에서 여러 가지 변형 및 변경이 가능하고, 다른 정자파 디바이스, 예를 들면 공진형 정자파 필터에도 적용될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (1)

  1. 정자파(靜磁波) 디바이스에 있어서,
    정자파를 여기(勵起)·전파시키기 위한 자성 가닛막(magnetic garnet film);
    상기 자성 가닛막에 자계를 인가하기 위한 자계발생기(磁界發生器);
    상기 자성 가닛막을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 접지도체; 및
    상기 자성 가닛막과 접지도체―여기서 접지도체 중 한쪽은 대향면이 자성 가닛막의 한쪽의 주표면(主表面)과 대향하고, 접지도체 중 다른 쪽은 대향면이 자성 가닛막의 다른 쪽의 주표면과 대향하고 있음―중 어느 하나와의 사이에 형성된 RF신호급전선로(信號給電線路)를 포함하고,
    상기 정자파 디바이스가
    t1≥ tR+ 5μm,
    t2≥ 0μm,
    t1+ t2≤ 500μm
    (상기 식에서, t1은 상기 접지도체 중 한쪽의 대향면과 자성 가닛막의 상기 한쪽의 주표면 사이의 거리이고, t2는 상기 접지도체 중 다른 쪽의 대향면과 자성 가닛막의 상기 다른 쪽의 주표면 사이의 거리이고, tR는 RF신호급전선로의 두께임)
    인 관계를 만족시키는 정자파 디바이스.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11102815A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Murata Mfg Co Ltd 静磁波デバイス
CN1159737C (zh) 1999-04-22 2004-07-28 Tdk株式会社 静磁波器件
JP3539322B2 (ja) * 1999-12-09 2004-07-07 株式会社村田製作所 静磁波素子
CN110165344B (zh) * 2019-05-28 2021-08-27 西南应用磁学研究所 旋磁滤波器谐振电路结构
CN114914647B (zh) * 2022-05-17 2023-04-28 电子科技大学 一种基于铁氧体材料的可调谐宽带带阻滤波器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1204181A (en) * 1982-12-06 1986-05-06 Yoshikazu Murakami Ferromagnetic resonator
JPS61224702A (ja) * 1985-03-29 1986-10-06 Sony Corp 強磁性共鳴装置
US4983936A (en) * 1986-07-02 1991-01-08 Sony Corporation Ferromagnetic resonance device
US4751480A (en) * 1986-11-14 1988-06-14 Hewlett-Packard Company One port magnetostatic wave resonator
GB2198006B (en) * 1986-11-28 1991-04-17 Sony Corp Thin film ferromagnetic resonance tuned filters
US4782312A (en) * 1987-10-22 1988-11-01 Hewlett-Packard Company Mode selective magnetostatic wave resonators
JP2595660B2 (ja) * 1988-06-01 1997-04-02 ソニー株式会社 フェリ磁性共鳴装置
JP2660747B2 (ja) * 1989-05-18 1997-10-08 株式会社村田製作所 静磁波装置
JPH0685507A (ja) * 1992-09-03 1994-03-25 Hitachi Metals Ltd 静磁波マイクロ波装置
US5309127A (en) * 1992-12-11 1994-05-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Planar tunable YIG filter

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