KR940000431B1

KR940000431B1 - 신호 변환기

Info

Publication number: KR940000431B1
Application number: KR1019850003928A
Authority: KR
Inventors: 요시까즈 무라까미; 세이고 이또; 도시로 야마다
Original assignee: 소니 가부시끼가이샤; 오오가 노리오
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1994-01-20
Also published as: JPH0628332B2; DE3586805T2; US4704739A; EP0164685A3; CA1271812A; EP0164685A2; JPS60257614A; DE3586805D1; EP0164685B1; KR860000750A

Abstract

내용 없음.

Description

신호 변환기

제1도는 본 발명의 일실시예와 같은 수신기의 블럭도.

제2도는 YIG 여과기의 평면도.

제3도는 제2도의 선 A-A에 따른 단면도.

제4도는 국부발진기의 평면도.

제5도는 제4도의 선 A-A에 따른 단면도.

제6도는 발진기의 블록도.

제7도는 발진기의 회로구성도.

제8도는 발진작용에 예시한 스미스도표.

제9도는 일예로서의 수신기의 평면도.

제10도는 제9도의 선 A-A에, 따른 단면도.

제11 내지 제13도는 자장인가수단의 단면도.

제14도는 원형강자성박막내에서 발생되는 정자기 모드를 예시한 그래프.

제16도는 원형강자성박막에서의 내부 직류 자장분포와 정자기 모드간의 관계를 도시한 그래프.

제17도는 자기공진소자의 투시도.

제18도는 자기공진소자의 단면도.

제19도는 자기공진소자에서의 삽입손실을 예시한 그래프.

제20도는 비교예에서의 삽입손실을 예시한 그래프.

제21 및 22도는 원형 강자성박막에서의 감자장분분포를 예시한 그래프.

제23도는 자기공진소자의 투시도.

제24도는 자기공진소자의 삽입손실을 예시한 그래프.

제25도는 자기회로의 개략적인 구성도.

제26, 27 및 30도는 본 발명에 적용되는 자기회로의 개략적인 구성도.

제28 및 29도는 공지주파수의 온도변화와 자기조정 기간의 관계를 도시한 도면.

제31도 및 제32도는 자기회로의 특성도.

제33 및 34도는 본 발명의 다른 실시예로서의 수신기에 대한 블록도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 안테나 2 : 고주파여파회로

3 : 고주파증폭기 4 : 혼합기

6,7 : 자장인가수단 21,29,51,56,91,93 : 기판

22,52,92 : 접지도체 23,24,30,53 : 마이크로스트립선

25,26,31,32,54 : 접속도체 27,28 : 공진소자(YIG 박막소자)

58 : 임피던스변환기 59 : 직류성분차단용 MOS캐패시터

60 : 접지패드 61 : YIG 공진회로

63 : 부저항성회로 64 : 임피던스 매칭회로

65 : 부하 66 : 부하임피던스

70 : 홈 71 : 리세스

81,101 : 요크 82,104 : 자기갭

83,84 : 자극 85 : 코일

86,102,103,112,113,114 : 자석 94 : 노치

본 발명은 라디오수신기, 텔레비젼수신기등에 쓰이는 동조장치에 사용되는 신호변환기에 관한 것이다.

강자성 공진기, 예로서, 강자성 공진소자로서 YIG(본 명세서에서는 YIG는 각종 첨가물을 함유한 이트륨철 가네트(yttrium iron garnet)를 말함)를 사용하는 YIG 공진기는 마이크로파 대역에서 공진 특성 Q가 높고, 또한 공진주파수 YIG 소자의 체적에 따라 변하지 않기 때문에 소형화가 가능하며, 게다가 공진소자에 가해진 바이어스 자장을 변화시킴으로써 광대역 영역에서 공진 주파수가 선형적으로 변할 수 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 근래에는 마이크로파와 같은 고주파수 신호의 수신기에 있어서, YIG 단결정구체(monocrystalline sphere) 또는 YIG 단결정 판으로 된 자기(magnetic) 공진소자가 동조회로에서 공진회로로 사용되어 왔는데, 이러한 구성은 일본국 공개특허 제137609/1975, 78201/1975, 60402/1974 및 71215/1975호에서 제안되어 있다.

동조회로용의 신호변환기가 YIG 공진기를 사용하는 국부발진기 및 여파회로로 구성되는 경우, 여파회로 및 국부발진기는 공진특성이 일치되어야 한다. 그러나 만일에 YIG 단결정구체 또는 판이 사용되면, 형상 및 크기에 있어 균일하고 정확하게 제조할 수가 없어 공진특성이 분산되기 쉽다. 따라서, 공진특성은 여파회로와 국부발진기간에서 일치하지 않게 되어, 그 결과 트랙킹 에러가 발생될 수도 있게 된다. 그러므로, 이러한 에러를 보정하기 위해서는, 일본국 특허출원 공개 제137609/1975호에 기재된 바와 같은 특별한 회로가 필요하게 되어 전체회로 구성을 복잡하게 한다.

본 발명의 주목적은 강자성 공진을 이용하는 개량된 신호변환기를 제공하는데 있으며, 부수적으로는, 동조장치에 유용하게 이용되는 개량된 신호변환기와, 구성이 간단하며 소형 크기로 만들기에 적합한 신호변환기 및, 온도 안정성이 개량된 신호변환기를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 변환될 입력신호가 공급되어 제1주파수를 갖는 여파된 신호를 발생시키는 제1강자성 공진기로 형성된 여파기와; 능동소자 및 이에 접속된 제2강자성 공진기를 형성되어 제2주파수를 가진 발진신호를 발생시키는 국부발진기와; 상기 여파된 신호와 상기 발진신호를 혼합하여 변환된 신호를 발생시키는 혼합기와 ; 상기 제1강자성 공진기에 제1직류 바이어스 자장을 인가하는 제1직류 바이어스 자장 수단 및 ; 상기 제2강자성 공진기에 제2직류 바이어스 자장을 인가하는 제2직류 바이어스 자장수단을 포함하고, 상기 제1강자성 공진기가 제1강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제1강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제2강자성공진기가 제2강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제2강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제1 및 제2강자성 결정이 박막형성법에 의해 형성된 강자성 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 신호변환기가 제공된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 제1능동소자 및 이에 접속된 제1강자성 공진기로 형성되어 제1주파수를 가진 제1발진신호를 발생시키는 제1국부발진기와 ; 상기 제1발진신호와 변환될 입력신호를 혼합하여 혼합된 신호를발생시키는 제1혼합기와; 상기 혼합된 신호가 공급되어 제2주파수를 가진 여파된 신호를 발생시키는 제2강자성 공진기로 형성된 여파기와; 제2능동소자 및 이에 접속된 제3강자성 공진기로 형성되어 제3주파수를 가진 제2발진신호를 발생시키는 제2국부발진기와; 상기 여파된 신호와 상기 발진신호를 혼합하여 변환된 신호를 발생시키는 제2혼합기와; 상기 제1강자성 공진기에 제1직류 바이어스자장을 인가하는 제1직류 바이어스 수단과; 상기 제2강자성 공진기에 제2직류 자장을 인가하는 제2직류 바이어스 자장수단 및; 상기 제3강자성 공진기에 제3직류 바이어스 자장을 인가하는 제3직류 바이어스 자장수단을 포함하고, 상기 제1강자성 공진기가 제1강자성 결정으로 이루어지고, 상기 강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제2강자성 공진기가 제2강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제2강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제3강자성 공진기가 제3강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제3강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제1, 제2 및 제3강자성 결정이 박막형성법에 의해 형성된 강자성 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 신호변환기가 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 설명하겠다.

제1도는 본 발명의 일실시예로서의 신호변환기를 도시한 것인데, 이 실시에는 슈퍼헤테로다인형으로서, 안테나(1)와, YIG 공진기와 같은 강자성 공진기를 사용하는 고주파 여파회로(2)와, 고주파 증폭기(3)와, 혼합기(4)와, YIG 공진기와 같은 강자성 공진기를 사용하는 공진기를 포함한 국부발진기(5) 및, 여파회로(2) 및 국부발진기(5)내의 각 YIG 공진소자들에 가변적으로 자장을 제각기 공급하는 자장인가수단(6,7)을 구비한다. 자장인가수단(6,7)은 연동조정될 수도 있다. 여파회로(2)내의 YIG 소자의 공진 주파수는 자장인가수단(6)에 의해 조정되며, 이에 따라 여파회로(2)의 통과대역 중심주파수의 선택, 즉, 동조주파수의 선택 다시말해 동조작용이 행해진다. 이 경우, 안테나(1)로부터 수신된 신호는 YIG 여파회로(2)에 도입되며, 이 여파회로(2)을 통과한 주파수 f_S의 신호는 고주파 증폭기(3)에 이해 증폭된 다음, 혼합기(4)로 들어가서, 여기서 국부발진기(5)로부터 공급되는 주파수 f_L의 국부발진기신호와 혼합되어 중간 주파수 f_S-f_L의 신호로서 출력된다.

본 발명에서, YIG 여파회로(2) 및 국부발진기(5)의 YIG 공진기에는 특별한 구성이 사용된다.

자기 공진소자는 GGG(가돌리늄, 갈륨 가네트) 기판과 같은 공통 상자성(paramagnetic) 기파상에 스퍼터링, 화학증착(CVD) 또는 액상 에피택시(LPE)와 같은 박막형성법에 의하여 강자성박막, 예컨대 YIG 박막으로 형성된다. YIG 박막의 패턴은 광학석판 인쇄술에 의해 형성되며, 이에따라 동시에, 양 YIG 박막자기 공진소자들도 공통 GGG 기판상에 형성된다. 이 경우, 제각기 YIG 여파회로(2) 및 국부발진기(5)의 YIG 공진기를 구성하는 YIG 박막소자들은 원반형상, 장방형상 또는 정방형상과 같은 동일형상을 갖는다.

공진주파수들의 차, 즉 오프셋 주파수는 각 YIG 박막 소자의 어스텍트 비(aspect radio), 예로서, 원반형상의 경우 직경에 대한 박막두께의 비를 선정하는 것에 의해 설정될 수 있다. 만일 양 YIG 박막소자들이 동일박막에 의해 형성된다면, 원반형상의 경우, 오프셋 주파수는 양 소자들의 차직경을 선정하는 것에 의해 설정된다. 예로서, 만일 YIG의 포화자화 4πM=1780 가우스이고, 박막두께 t=20μm이며, 직경이 제각기 4mm 및 2mm로 선정되었다면, 어스팩트비는 0.005 및 0.01로 되며, 오프셋 주파수는 56MHz로 된다. 양소자들은 동일자장내에 놓여진다. 예로서, 제1도에서 양 자장인가수단(6,7)은 공통적으로 형성되어도 좋다. 또는 양 소자들은 동일형상 및 크기, 즉, 동일 어스펙트비로 선택되어도 좋고, 한 소자가 다른 소자의 것과 일정량만큼 다른 자장을 공급받아 요구된 오프셋 주파수에 설정되게 해도 좋다.

YIG 박막의 양 공진소자들은 상기 실시에에서 동일박막소자에 의해 제공된다. YIG 박막이 CVD, LPE 또는 스퍼터링과 같은 박막형성법에 의해 기판상에 형성된 때, 박막두께는 균일하고 정확하게 얻어질 수 있다. 따라서, 양 YIG 박막공진소자들이 동일 또는 다른 공정에 의해 각각의 기판상에 형성될 때도, 공진주파수는 YIG 구체 또는 YIG 단결정판과 같은 YIG 단결정물질을 절단 또는 연마(polishing) 작업에 의해 가공하여 YIG 자기공진소자를 얻는 병우와 비교하여 분산됨이 없이 정확하게 설정될 수 있다.

여파회로(2) 및 국부발진기(5)의 독립적인 구성의 일예를 설명하겠다. 제2도는 여파회로(2)의 구조의 일예를 도시한 평면도이고, 제3도는 그것의 단면도이다. 이 예에 있어서, 알루미늄 또는 동종의 것으로 된 유전체 기판(21)의 제1주표면에는 접지도체(22)가 부착되며, 제2주표면에는 서로 평행한 제1 및 제2마이크로스트립선, 즉, 입출력 전송선(23,24)이 부착된다. 양 마이크로스트립선(23,34)의 끝은 제각기 제1 및 제2접속도체(25,26)를 통해 접지도체(22)에 접속된다. 제1 및 제2 YIG 박막자기 공진소자(27,28)는 제각기 제1 및 제2마이크로스트립선(23,24)과 전자기적으로 결합하여 기판(21)의 제2주표면상에 배치된다. 제1 및 제2자기공진 소자(27,28)는, YIG 박막이 박막형성법에 의해 GGG 기판(29)의 주표면상에 형성된후, 선택에칭을 포함하는 광학석판 인쇄술의 이용에 의해 원반형상으로 패턴화되게 하는 공정에 의해서 구성된다. 제3마이크로스트립선, 즉, 결합전송선(30)은 기판(29)상에서 제1자기공진소자(27)와 제2자기공진소자(28)간에 형성되어, 이들 소자를 전자기적으로 결합하며, 기판(29)항의 다른 표면에 부착된다. 제3마이크로스트립선(30)의 양끝은 접속도체(31,32)를 통해 제각기 접지도체(22)에 접속된다. 소자(27)과 소자(28)간의 거리는 λ/4(λ는 통과대역내의 중심주파수의 파장임)으로 선택되어, 통과대역 외측의 컷오프 영역내의 삽입 손실이 급격히 증대되게 한다.

제4도는 국부발진기(5)의 구조의 일예를 도시한 것이며, 제5도는 제4도의 선 A-A를 따라 절취한 단면도이다. 알루미늄 또는 동종의 것으로 된 유전체 기판(51)의 제1주표면에는 접지도체(52)가 부착되고, 제2주표면에는 마이크로스트립선(53)이 부착된다. 마이크로스트립선(53)의 일단은 접속도체(54)를 통해 접지도체(52)에 접속된다. YIG 박막 자기공진소자(55)는 마이크로스트립선(53)에 전자기적으로 결합된다.

YIG 박막 공진소자(55)는 YIG 박막이 박막형성법에 의해 GGG 기판(56)의 주표면상에 형성된후, 광학 석판인쇄술에 의해 원반형상으로 패턴화 되게 하는 공정에 의해 구성된다. 도면부호 57은 고주파 바이폴라 트랜지스터, 58은 임피던스 변환기, 59는 직류성분 차단용 MOS 캐패시터를 나타낸다. 본 예에 있어서, 트랜지스터(57)의 베이스(B)는 선(61)을 통해 접지패드(60)에 접속되고 이어서 접지도체(52)에 접속되며, 에미터(E)는 소자(55)측에 접속되고, 콜렉터(C)는 임피던스 변환기(58)측에 접속되므로, 이에 따라 베이스 접지트랜지스터를 이용하는 직렬 궤환형 발진기가 구성된다.

다음, 발진원리 및 발진조건에 대해 공진기와 같은 자기 공진소자를 이용하는 회로와 연관하여 설명될 것이다. 공진기, 즉 YIG 자기 공진소자(55)는 출력회로보다는 궤환 회로에 삽입된다. 제6a 및 6b도는 발진회로의 블록도이다. 도면부호 62는 YIG 공진회로, 63은 부저항성회로, 64는 임피던스 매칭회로, 65는 부하이다. 제6b도는 도면부호 66은 임피던스 매칭회로를 포함하는 부하임피던스이다.

제6도에 있어서, 단자 A에서 본 YIG 공진회로측, 즉, YIG 궤환회로측의 반사계수 T_Y및, 능동 소자측, 즉, 부정항성회로측의 반사계수 T_N이 단자 A에서 본 임피던스 Z_Y및 Z_N을 각각 이용하여 다음의 식으로 표현된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

(상기식에서, Z_O: 특성 임피던스(50Ω))

정상 발진상태는 T_Y및 T_N을 사용하여 다음의 식으로 표현된다.

[수학식 3]

T_Y및 T_N은 복소수이므로, 식(3)을 진폭 및 위상으로 분리하면 다음과 같다.

[수학식 4]

[수학식 5]

수동소자 회로인 YIG 궤환회로는 YIG 공진기의 손실성분의 정의 실저항값을 가지므로, 식(1)으로부터 │ΓY│＜1로 된다. 따라서 식(4)의 발진조건을 충족하기 위해서는, │ΓY│＞1이 요구되며, 식(2)으로 Z_N은 부의 실저항값을 가져야만 한다.

제6도의 부궤환회로는 부저항성의 2단자 능동소자이거나, 또는 3단자 능동소자 및 궤환소자로 구성된 회로이어도 좋다. 제4 및 5도의 예는 고주파 바이폴라 트랜지스터를 사용한다. 제7도는 베이스 접지트랜지스터를 이용하는 직렬 궤환형 발진회로의 구성을 도시하며, X는 리액티브 회로를 나타낸다.

발진회로에 대한 상기 설명은 정상 발진에 관한 것이다.

그러나 발진을 일으키기 위해서는, 다음의 조건이 충족되어야만 한다.

[수학식 6]

그러므로

[수학식 7]

(상기식에서, ΓNS : 소신호에서 ΓN의 값)

만일 발진이 일어나고, 능동소자가 큰 진폭 동작을 행하면, 부저항성 절대값은 감소하고, /1│ΓY│ 값은 점차 증대하며 발진은 식(23)이 충족되었을때에 정상으로 된다.

상기 조건에 따라서, YIG 발진회로의 동작원리를 제8도의 스미스(Smith Chart)를 참조하여 설명하겠다. 소신호 상태에서, 1/ΓN 값은 스미스 도표의 비교적 내측에 C 상태로 존재한다. 그렇지만, 능동소자가 큰 진폭 동작을 행하기 때문에, 1/ΓN은 D 상태를 통과하여 화살표 방향으로 이동된다.

제4 및 5도의 구성에 있어서, 만일 YIG 소자(55)가 공진중에 있지 않으면, YIG 발진회로는 전단부(front end)가 단락된 스트립선만으로 되므로 ΓY는 제8도에 도시된 궤적을 따른다. 제8도로부터 분명한 바와 같이, 식(5)에 의해 보여진 발진의 위상조건은 어떤 진폭의 ΓN에의해서도 충족되지 않으므로, 발진은 일어나지 않는다.

만일 YIG 소자(55)가 직류 자장의 인가에 의해 f1과 f2 사이의 주파수 f0에서 공진하면, ΓY는 f0 부근의 주파수에서 제8도에 도시된 궤적을 따른다. 이때, f0 부근의 주파수에서, 발진을 일으키기 위한 식(7)의 진폭조건 및 식(5)의 위상조건은 동시에 충족된다. 만일, 발진이 일어나고 1/ΓN이 C 상태에서 D 상태로 이동되면, 식(4) 및 (5)는 주파수 f0에서 동시에 충족되므로, 정상 발진이 발진주파수 f0에서 행해진다.

이러한 원리를 기초로 하여, 만일 인가된 직류 자장이 변화되고, YIG 소자의 공진주파수가 f1과 f2 사이에서 변환되면, 발진회로는 공진주파수 근처의 주파수에 동조하여 발진한다.

제2 및 3도의 실시예와 제4 및 5도의 실시에에 있어서는 여파회로(2) 및 국부발진기(5)는 각자의 기판(21,51)상에 형성된다. 그러나, 전체로서 신호 변환기는 단일 기판상에 일체로 형성되어도 좋다. 이러한 구성의 예는 제9 및 10도에 도시된다. 제9도는 신호 변환기의 평면도이고, 제10도는 제9도의 선 A-A를 따라 절취한 단면도이다. 제1 내지 9도에 대응하는 제9 및 10도의 부분은 동일예시부호를 병기하고, 반복된 설명은 생략했다. 이 경우에 있어서, 상술한 기판(21,51)은, 예컨대 알루미늄으로 된 공통기판(91)으로 대체된다. 공통 기판(91)의 한 주표면에는 여파회로(2), 증폭기(3), 혼합기(4) 및 국부발진기(5)가 구성되어 있고, 다른 주표면에는 접지도체(22,52) 대신에 공통접지도체(92)가 부착되어 있다. GGG 기판(29,56)은 공통기판(93)으로 대체되며, YIG 박막소자(27,28,55)는 기판(93)상에 형성된다. 기판(91)상에 구비된 노치(94)에서는, 마이크로스트립선(23,24,25)의 단부들이 제각기 접속도체(25,32,54)를 통해 접지도체(92)에 접속된다.

GGG 기판에는 각종 박막조사들의 형상 및 크기에 대응하는 리세스들이 구비되어도 좋고, YIG 박막소자들은 각 리세스에 배치되어도 좋다.

자장이 상술된 바와 같은 자장인가수단(6,7)에 의해서 여파회로(2) 및 국부발진기(5)의 자장공진소자(27,28,55)에 인가될 수 있지만, 자장인가수단(6,7)은 공통적으로 구성되어도 좋다. 예로서, 퍼멀로이(permalloy)와 같은 자성기판의 요크(yoke)(81)는 제11도에 도시된 바와 같이 설치되며, 요크(81)의 자기갭(magnetic gap)(82)내에는 제9 및 10도에 기술된 바와 같은 신호 변환회로가 조립되는 기판(91)이 놓여진다. 코일(85)은 요크(81)의 자기갭(82)을 구성하는 대향 자극(83,84)중 적어도 하나에 감겨지고, 자장인가수단(6,7)은 공통적으로 구성된다. 따라서 공통자장이 여파회로(2) 및 국부발진기(5)의 YIG 박막소자(27,28,55)에 인가된다. 이 구성은 YIG 소자(27,28,55)의 어스펙트비를 변화시켜 오프셋 주파수를 얻는 경우에 적용될수 있다. 오프셋 주파수를 얻기 위해 YIG 소자(27,28,55)에 인가되는 자장을 다르게 할 경우, 제12 및 13도에 도시된 바와 같이, 영구자석(86)이 자극(83,84)중의 적어도 하나에 국소적으로 설치되거나, 또는 보조 코일(87)이 설치된다. 자석(86) 또는 코일(87)로부터의 자장은 순방향 또는 역방향으로 코일(85)로부터의 자장에 부가되어 자기 갭(82)내에서, 자석(86) 또는 코일(87)의 설치위치에서의 자장세기에 다른 위치에서의 자장세기와 소정량 만큼 다르게 되고, 여파회로의 YIG 소자(27,28) 및 국부발진기의 YIG 소자(55)는 자장세기가 각각 다른 위치들에 설치된다.

오프셋 주파수가 변화되어, 이에 따라 혼합기(4)로부터 출력될 중간 주파수가 아마튜어 무선통신에서 사용되는 수신기에서와 같이 변화될 때, 예컨대, 보조 코일(87)을 통해 흐르는 전류는 여파회로와 국부발진기의 각 YIG 소자들에 인가된 자장들간의 차를 조정하도록 조정될 수도 있다.

상술한 본 발명에 있어서, 여파회로(2)와 국부잘진기(4)의 각 공진기는 자기 공진소자에 대한 박막 형성법으로 생성된 박막소자에 의해 구성된다. 이 경우에 의사 응답(spurious response)(정자기 모드)을 억압할 필요가 있다. 단결정 구체에 의한 자기 공진소자(YIG 단결정 구체)는 정자지 모드(magnetostatic mode)가 쉽게 여기되지 않아, 이에 따라 균일한 세차(precessional) 모드의 공진모드가 얻어진다는 점에서 유리하다. 그렇지만, YIG 박막이 아주 균일한 고주파 자장내에 위치해 있어도, 내부의 직류 자장이 균일하지 못하기 때문에, 정자기 모드는 많이 여기될 수도 있따. 정자기 모드는 직류 자장이 원반형상의 강자성 표본의 시료면에 수직하게 인가되는 경우의 정자기 모드에 대해서는 참조문헌(Jorunal of Applied Phyisi, vol. 48, July 1977 PP.3001-3007)에서 분석되어 있는데, 각 모드는(n,N)m으로 표현된다. 여기서, 모드(n,N)m은 원주방향의 n 노드, 직경방향의 N 노드 및 두께방향의 (m-1)노드를 가진 모드이다. 만일 고주파 자장이 시료면 전체에 걸쳐서 양호한 균일성을 가지면, (1,N)₁계열은 주요 정자기 모드로 된다. 제14도는 9GHz의 공통(cavity) 공진기에서 측정된 원형 YIG 박막 시료의 강자성 공진의 측정결과를 도시한 것이다. 제14도로부터 (1,N)₁계열의 정자기 모드가 많이 여기됨을 볼 수 있다. 여파기와 같은 마이크로파소자가 상기 시료를 이용하여 구성되는 경우, 주공진모드인 모드(1,1)₁가 활용되고, 다른 정자기 모드가 전체적으로 의사 응답이 되어, 이에 따라, 원치않는 주파수를 가진 신호가 통과되거나 또는 S/N 비가 감소 될 수도 있게 된다. 국부발진기(5)에 있어서, 원치않는 주파수에서의 발진은 혼합기(4)로부터의 중간주파수의 이동을 야기할 수도 있다. 따라서, 각 강자성 박막(YIG 박막자기공진소자)에 있어서, 의사응답으로 되는 정자기 모드의 여기가 주 응답모드를 열화(deteriorating)시키지도 않으면서 억압될 것이 요구된다. 이러한 억압수단에 대해 후술한다.

제15도는 두께 t 및 직경 D(반경 r)를 갖는 원반형상 박막의 표면에 수직한 방향으로 직류 자장이 인가되는 경우에 있어서의 내부직류 자장 Hi를 도시한 것으로, 여기서, 어스펙트비 t/D는 시료 두께방향에서의 자장분포가 무시될 수 있을 정도로 충분하게 작다. 감자장(demagnetizing field)은 원반의 내측에 있어서 크고 외측에 있어서 급격히 작기 때문에, 내부 직류 자장은 중심근처의 부분에서 작고 외측 근처에서 크게 된다. 전술한 참조 문헌에서의 분석결과에 따라, Hi=ω/r의 위치에서의 r/R의 값을 ξ로 가정하면, 정자기 모드는 0≤r/R≤ξ의 영역에 존재한다. 여기서는 정자기 모드의 공진각 주파수이고, γ는 자기 회전비(gyromagnetic ratio)이다. 자장이 고정된때, 모드번호 N이 크게 됨에 따라 공진주파수는 높게 되고 정자기 모드의 영역은 제16a도에 도시된 바와 같이 외측으로 확장된다. 제16b도는 (1,N)₁모드중 3개의 저차모드에서 시료내에서의 RF 자화분포를 도시한 것이며, 절대값은 RF 자화량을 표시하며, 부호는 RF 자화의 위상관계를 나타낸다. 제16도로부터 분명히 이해되는 바와 같이, RF 자화성분은 정자기 모드에 의거하여 다른 형태들을 갖는다. 이것을 이용하여, 의사응답으로 되는 자기정적모드의 여기는 주공진 모드에 대해 커다란 영향을 끼치지 않으면서 억압될 수 있다.

더욱 상세하게는, 제17도에 도시된 바와 같이, 원형상의 YIG 박막소자(27,28,55)가 기판(29,56,93)상에 형성되고, 환형홈(70)이 선택적인 에칭에 의해 박막소자상에 형성되어 환형의 얇은 부분을 형성하게 된다.

이 경우, 각 YIG 박막소자는 충분히 얇으며, 정자기 모드는 (1,N)₁모드이다.

홈(70)은 (1,1)₁모드의 RF 자화가 영이되는 위치에 동심적인 관계로 형성된다. 홈 전체는 연속 또는 불연속이어도 무방하다. 제18도에 도시된 바와 같이, 홈(70)에 의해 둘러싸인 영역은 외측 영역에 비해 얇아도 좋다. 이 경우, 감자장은 홈(70)에 근접한 내측영역에서 증대되며, 이 영역에 대해 거의 균일하게 된다.

달리 말해서, 내부직류 자장은 제16a도의 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 방사방향으로 넓은 영역 전체를 통해 거의 균일하게 된다. 따라서, 주 공진모드외의 다른 정자기 모드의 여기를 더 억압할 수 있다.

이러한 자기공진소자에 있어서, 자화는 홈(70)에 의해 제한되며, 이 홈(70)은 RF 자화기(1,1)₁모드에 대해 영으로 되는 위치에 존재하므로, (1,1)₁모드의 여기는 영향을 받지 않는다. 반대로, 다른 모드에 대한 RF 자화는 홈(70)의 위치에서 본질적으로 영이 아니므로, 자화는 부분적으로 가속화되고, 이에 따라 이러한 모드의 여기는 감소된다. 따라서, 의사 응답은 주 응답모드의 열화없이 억압된다.

YIG 박막에서 RF 자화분포(제16도 참조)는 시료의 포화자화량에 관련이 없고, 어스펙트비에 크게 의거하지 않으므로, 강자성층의 박막두께 또는 포화자화가 다를지라도, 홈의 위치는 그 상이함에 대응하여 변화될 필요가 없다.

이와 관련하여, 박막두께 20μm 및 반경 1mm의 YIG 박막소자는 YIG 박막으로부터 생성되고, 깊이 2 m의 홈(70)은 그 소자의 반경 0.8mm 위치에 형성되고, 시료에 관한 강자성 공진은 마이크로스트립선을 이용하여 측정되어 이에 따라 삽입손실의 측정결과가 제19도에 도시된 바와 같이 얻어지게 되었다. 무부하 Q 값은 775이었다.

원형박막 공진소자에 있어서, (1,1)₁모드의 RF 자화는 r/R=0.8의 위치에서 영이었다.

반대로, 홈이 없는 두께 20μm 및 반경 1mm의 YIG 박막소자는 동일 YIG 박막으로부터 생성되고, 시료에 관한 강자성공진은 마이크로스트립선들을 사용하여 측정하였다. 삽입손실의 측정결과는 제20도에 도시된 바와 같이 얻어졌다. 무부하 Q 값은 660이었다. 이들 두 경우의 비교로부터 명백하듯이, 본 발명은 (1,1)₁모드이외의 정자기 모드의 여기를 억압할 수 있고, 또한 의사응답을 억압한다. 주 응답모드는 열화되지 않으므로, 무부하 Q 값은 열화되지 않는다.

YIG 박막, 즉, 강자성 박막에 의한 자기공진 소자에서 의사응답으로 되는 정자기 모드의 여기를 억압하기 위해서, 강자성 박막의 내측 영역은 외측 영역보다 얇게 해도 좋다. 이러한 구성에 대해 설명한다. 만일 직류 자장 Ho가 두께 t 및 직경 D(직경 r)의 원반형상 YIG 박막의 박막표면에 대해 수직한 방향으로 인가되면, 내부직류 자장 Hi는 Hi=Ho-Hd(r/R)-Ha로 된다. 여기서, Hd는 감자장이며, Ha는 비등방성자장이다. 어스펙트비(t/D)는 충분히 작으며, 시료 두께방향에서의 자장분포는 무시된다. 제21도는 반경 1mm인 YIG 원반의 계산된 감자장 값을 도시한 것이다. 감자장은 원반의 내측에서 크고 외측에서 급격하게 작게 되기 때문에, 내부직류 자장은 중심근처에서 작으며 외측 근처에서 급격하게 크게 된다. 반대로, 제22도는 내측 반경 0.8mm인 영역내의 박막두께가 1μm만큼 더 얇게 되어 있는 경우에 있어서 YIG 박막의 계산된 감자장 값을 도시한 것이다. 이 도면으로부터 내측 영역에서의 박막두께가 조금 얇기 때문에 감자장이 얇아진 영역의 외측근처 위치에서 조금 증대되고, 감자장의 평편한 영역이 확장됨을 볼 수 있다.

따라서, 만일 YIG 박막소자의 내측 영역이 외측 영역보다 더 얇게 되면, 감자장영역의 평편한 영역은 확장될 수 있고, 이에 따라 의사응답을 야기하는 정자기 모드는 억압될 수 있게 된다. 제23도에 도시된 바와 같이, 강자성 YIG 박막소자(27,28,55)는 GGG 기판(29,56,93)상에 형성된다. YIG 박막소자(27,28,55)상에 리세스(71)가 형성되고, 이에 따라 내측 영역은 외측 영역보다 더 얇게 된다. YIG 박막소자(27,28,55)의 두께는 충분히 작아, 두께방향에서의 자장분포가 균일하게 된다. 정자기 모드는 (1,N)₁모드이다.

리세스(71)는 의사응답을 초래하는 정자기 모드의 여기가 충분히 억압되는 위치로 선장된다. 바람직하게로는 (1,1)₁모드의 진폭이 영으로 되는 위치로 신장된다. 예로서, 만일 YIG 박막의 원반형상이면, 리세스(71)는 반경의 (0.75-0.85)배의 위치로 신장된다.

이와 관련하여, 두께(μm) 및 반경 1mm인 YIG 박막자가 공진소자를 만들고, 이 소자에 깊이 1.7μm 및 반경 0.75mm인 원형리세스(71)를 동심관계로 형성시키고, 그 시료에 관한 강자성 공진을 마이크로스트립선을 이용하여 측정하였다. 이에 따라, 삽입손실의 측정결과는 제24도에 도시된 바와 같이 얻었다. 무부하 Q 값은 865이었다.

YIG 박막소자와 같은 자기공진소자에 의한 공진주파수는 그 소자의 포화자화에 의존하므로, 포화자화의 온도특성에 의해 직접적으로 영향을 받게 된다. 만일 고주파 여파회로(2)에서 YIG 박막소자(27,28)의 공진 주파수가 주위온도의 변화에 따라 변하면, 동조된 주파수는 혼란케될 것이다. 따라서, 여파회로(2)내의 YIG 박막소자 및 일정 오프셋 주파수를 유지하는 국부발진기의 YIG 박막소자는 주위온도에 관계없이 공진주파수에 양호하게 유지된다. 온도 T에 관계없이 수직공진에서 YIG 박막의 공진주파수 fo를 유지하기 위해서, 소자를 자동온도 조절기내에 배치하여 그 소자가 일정온도를 유지케 하거나, 또는 공진주파수 fo에 의거하는 소정의 직류 자장을 인가하여, 온도에 의존하는 YIG의 포화자화 4πMs[가우스]의 변화량에 정합된 자장변화량을 공급하게 해도 좋다. 만일 YIG소자가 자기 회로내의 자기갭에 배치되면, 자기 갭내의 자장 Hg는 다음과 같이 된다.

[수학식 8]

여기서, Nzy는 감자계수이고, 는 자기 회전비이다. 따라서, 만일 Hg(t)가 온도 T의 변화에 대응하여 변하는 YIG의 포화자화 4πMsy(T)에 정합하여 변하면, 공진주파수 fo는 일정하게 유지될 수 있다. YIG소자의 온도변화에 대응하는 자장을 변화시키기 위해서, 전자석을 사용하거나 영구 자석 및 연성자기판(soft magnetic plate)의 조합을 사용해도 좋다.

그러나, 전자석의 사용 및 자동 온도 조절의 사용의 경우에 있어서, 전류제어는 외부 에너지공급에 의해 행해지므로 구성이 복합하게 된다.

영구자석 및 연성자기판의 조합에 의한 갭자상 Hg의 온도특성을 제어하는 한 방법은 갭자장 Hg의 온도 특성이 YIG소자와 같은 강자성공진소자의 온도 특성에 정합하여 영구자석의 온도특성 및 연성자기판의 자화특성을 부가하는 것에 의해 설계되고, 이에따라 그 소자의 공진주파수의 온도 의존성이 보상되고 공진 주파수 fo가 넓은 온도범위에서 일정하게 유지되게 하는 것이다. 제25도를 참조하면, C형요크(101)의 양단부의 각각은 연성자기합금 또는 페라이트로 형성된 영구자석(102) 및 연성자기판(103)을 갖는다. 거리 1g의 자기갭(104)은 양 연성자기판(103)들간에 형성되어 자기회로를 구성한다. 여기서, 1m은 양자석(102)의 두께의 합이고, 1x는 양 연성자기판(103)의 두께의 합이며, Bm 및 Hx은 자석(102)내의 자속밀도 및 자장이고, Bx 및 Hx는 연성 자기기판(103)내의 자속밀도 및 자장이고, Bg 및 Hg는 자기갭(104)내의 자속밀도 및 자장이다. 영구자석(102)은 감자장내에 위치되므로, 자장 Hm은 자속밀도 Bm에 대한 역방향이다. 다음의 설명은 c.g.s단위계이다. 이러한 자기회로내의 자속밀도 및 자장에 관한 맥스웰 방정식은 다음과 같이 표현된다.

[수학식 9]

[수학식 10]

자석 및 연성자 기판내의 자장 및 자속밀도가 균일하고, 주위로 자속밀도의 누설이 없다고 가정하면 식(9) 및 (10)은 다음과 같이 표현된다.

[수학식 11]

[수학식 12]

만일 연성기판의 자화세기가 4πMx라면, 연성자기판의 내부자장 Hx으 다음식과 같다. 만일 연성자기판의 내부 자장이 충분히 강하고, 다음식의 4πMx는 포화자화 4πMsx로 된다.

[수학식 13]

여기서, Nzx는 감자계수이다. 만일 연성자기판이 직경 Ds 및 두께 s(=1/21x)의 얇은 원반이면, Nzx는 대략 다음과 같다.

[수학식 14]

식 (13)을 식 (12)에 대입하면, 갭자장 Hg는 다음과 같다.

[수학식 15]

여기서, Nzx는 연성자기판의 감자계수이다. 따라서, 온도 T에서의 자석의 내부자장 Hm(T) 및 연성자기판의 자화의 세기 4πMsx(T)를 이용하면, 온도 T의 함수로서 갭자상 Hg는 다음식으로 표현된다.

[수학식 16]

따라서, 식(16)에 있어서, 만일 자석(102)의 특성 및 크기 즉, Hm 및 lm, 그리고, 연성자기판의 특성 및 크기 즉, 4πMx, Nzx 및 lx, 또한 갭거리 lg가 선택되면, 가장 적합한 Hg가 얻어질 수 있다. 페라이트 또는 합금 조성물과 같은 연성자기판(103)의 구성재료의 조성 및 소결조건이 선택되거나, 또는 연성자기판이 두종류 또는 그 이상의 것들로 구성된다. 그렇지만, 연성자기판의 조성 및 소결조건과 같은 제작조건이 상술한 바와 같이 선택될지라도, 실제로는 경사도 및 곡률을 포함하는 온도특성이 소망의 온도특성에 일치하는 것은 매우 어렵다. 따라서, YIG소자와 같은 강자성 공진소자의 공진주파수 fo는 넓은 온도 범이에 걸쳐 일정하게 유지될 수 없다. 한편, YIG 공진소자에서의 온도 의존성의 보상은 YIG 공진소자, 예로서, 제11 내지 제13도에서 기술된 바와 같은 자기요크(81)에 직류 자장을 공급하는 자기회로가 YIG 박막소자의 것과 유사한 조성물 및 양호하게는 동일조성물을 가진재료, 즉, 온도 특성이 YIG 박막소자의 것과 동일하거나 유사한 재료와 조립되게 하는 공정으로 가능하다. 이러한 구성에 대해 제26 및 27도를 참조하여 설명한다. 이 경우의 요크(81)에 있어서, YIG소자가 배열되는 자기갭(82)를 구성하는 자극(83,84)는 특별한 구성을 갖고 있다. 특히, 자석(112)은 요크(81)의 양측에 부착되고, 자석(112)조성과 다른 조성을 갖는 제1 및 제2연성자기판(113) 및 (114)은 각각의 자석(112)에 부착된다. 제26도의 예에 있어서, 제1 및 제2연성자기판(113,114)는 자기갭(82)에 대해 양측의 각각에 배치된다. 제27도의 예에 있어서, 제1 및 제2연성자기판(113,114)은 자기갭(82)에 대해 양측에 제각기 배치된다.

한 연성자기판, 예로서, 제1연성자기판(113)은 YIG소자의 조성과 동일한 조성을 가지며, 다는 연성자기판(114), 예컨대 제2연성기판(114)은 페라이트판과 같은 다른 자기물질로 만들어진다. 제27도에 있어서, 제1연성자기판(113)이 YIG로 만들어지고, 제2연성자기판(114)이 Mg,Mn,Al페라이트로 만들어지고, 자석(112)이 직경 30mm의 SmCo5 영구자석(잔류 자속밀도 Br=8134G, 보자력 Hc=7876Oe, 온도 계수 α=-0.005, 지수적인 온도특성)이고, 자기갭(82)의 거리가, 1g=2mm이며, 직경 2mm 및 두께 2 m의 YIG박막조사자가 갭(82)내에 배치된 경우에, 코일(85)의 통전을 차단하고 자석(112)의 두께 1m은 공진주파수 fo가 fo=3GHz로 되고 YIG박막소자가 공진되게끔 선택하였다. 주위온도가 -20℃ 내지 +60℃내에서 변할 때 제1 및 제2연성자기판(113,114)의 두께 1_x1및 1_x2에 관련하는 공진주파수 fo에 대한 주파수 편차△f(±MHz)가 제28도에 도시된 바와 같이 측정되었다. 여기서 동일 주파수 편차 △f를 가진 점들은 등가선으로 연결되어 있다. 제28도에 있어서, 등가선상에 쓰여진 숫자는 △f(±MHz)의 값을 나타낸다. 제28도에 있어서, 종좌표는 제1연성자기판(113)의 두께 1_x1의 나타내고, 횡자표는 제2연성자기판(14)의 두께 1_x2을 나타낸다. 제28도로부터, 두 종류의 연성자기판은 제25도에서 기술된 바와 같으 단일 연성자기판의 사용과 비교하여 공진주파수의 온도 의존성을 감소시킴을 명백히 볼 수 있다. 표1은 자석 두께 1m, YIG연상자기판 두께 1_x1및, 주파수 편차 △f에 관한 값을 나타낸 것이다.

[표 1]

상기 예와 유사한 구성이 취해지고, 자석(112)이 CeCo₅(Br=6250G, Hc=6250e, α=-0.0009, 대략 직선의 온도특성)의 영구자석인 경우에, 두께 1_x1및 1_x2의 제1 및 제2연성자기판(113,114)에 관련하는 주파수편차 △f는 제29도에 도시된 바와 같이 측정되었다. 예로서, 만일 1m=2.44mm, 1_x1=0.89mm 및, 1_x2=0.98mm이면, △f는 2,160MHz로 된다. 만일 1m=5.11mm, 1_x1=7.10mm 및 1_x2=0.95mm이면, △f는 0.786MHz로 된다. 이 경우에 있어서도, △f는 페라이트 연성자기판과 YIG연자기판의 조합에 의해 감소될 수 있다. α=-0.0009인 자석(3)을 가진 본예는 =-0.0005 선행예에 비해 △f를 양호하게 감소할 수 있다.

또한, 자석(112)이 α=-0.001인 영구자석(Br=6300G, Hc=5500Oe, 직선적인 온도특성)이고, YIG의 제1연성자기판(113)만이 제30도에 도시된 바와같이 사용되는 경우에는, 만일 1m=3.281mm이고, 1_x1=3.857mm이면, △f는 2.224MHz로 된다.

결론적으로, 영구자석(112)의 온도계수가 식(8)에 의해 게산된 -0.00128의 평균온도 계수에 접근하기 때문에, 주파수편차 △f, 즉, 온도 의존성은 연성자기판이 YIG만으로 구성되는 경우에 감소될 수 있다. 두 종류의 연성자기판이 사용되는 때는 △f는 연성자기판들 중의 하나가 자기 공진소자의 것과 동일한 재료로 만들어 지면 감소될 수 있다.

공진주파수의 온도 의존성은 자기 공진박막 소자의 것과 동일한 YIG가 상술된 바와같은 에 사용되면 감소될 수 있다. 이같은 구성은 후술된다.

온도 의존도가 영으로 되는 이상 상태를 실현하기 위해서는 식(8) 및 식(16)이 동일해야만 한다. 따라서

[수학식 17]

만일 영구자석의 온도 계수가 아주 작고, Hm(T) 일정치 Hmo로 되면 식(17)은 다음과 같이 된다.

[수학식 18]

식(18)에서 양변이 항상 동일하기 위해서는, 상수항들과 온도 의존항들이 동일해야만 한다. 즉, 다음과 같아야 한다.

[수학식 19]

[수학식 20]

식(19)로부터,

[수학식 21]

YIG소자 및 연성자기판은 충분히 얇아, Nzy 및 Nzx는 대략 1로 되므로, 식(20)은 다음과 같이 된다.

[수학식 22]

또한 1g＜1x라고 가정하면, 1x/1y+1x≒1이므로, 식(20)은 다음과 같이 된다.

[수학식 23]

따라서, 영구자석(113)의 특성이 온도에 관계없이 일정하고 자기갭(82)의 거리 1g가 충분히 작으면, 식(8)과 식(15)를 동일하게 하는 연성자기판은 자기공진 소자자체의 구성물질인 YIG이다.

다음의 설명은 만일 영구자석이 온도 계수 β를 갖고 자기공신소자의 구성물질인 YIG가 연성자기판내에 사용되면 온도 특성이 매우 양호하게 되는 것에 관한 것이다.

YIG가 연성자기판내에서 사용되는 경우에는 식(17)은 식(8) 및 식(16)을 동일하게 하고, 그리고 Nzx=Nzy≒1로 함으로써 얻어진다. 따라서 식(17)을 Hm(T)에 관하여 풀면 다음과 같이 된다.

[수학식 24]

제31도에서, 주목된 온도변위 T₁내지 T₂에서 평균온도 계수 α를 이용하여 포화자화의 특성을 직선근사하면, 다음과 같이된다.

[수학식 25]

식(24)에 식(25)를 대입하면 다음과 같다.

[수학식 26]

따라서

[수학식 27]

여기서,

[수학식 28]

[수학식 29]

만일 영구자석이 선형온도 특성을 갖고 온도 계수가 이면, 식(29)이 충족되기 위해서는 다음식이 선택된다.

[수학식 30]

또한 식(28)이 충족되기 위해서는, 다음식이 영구자석의 세기 Hmo에 대응하여 선택된다.

[수학식 31]

이때 갭자장 H(T)는 다음과 같이 된다.

[수학식 32]

한편, Nzy≒1인 경우, 공진 주파수 f는

[수학식 33]

식(32) 및 식(33)으로부터, △f=f-fo는 다음과 같이 된다.

[수학식 34]

즉, f는 1g/1g+1x 및 γ가 곱해진, 선형 근사치로부터 4πMsy의 변위량이다. 따라서, △f는 매우 작게된다. 예를들어, 제32도에 도시된 바와같이, -20℃에서 측정된 값은 1915.8G이고 선형 근사에 의한 값은 1918.5G이므로, 이에 따라 변위량은 약 2.7G로서 작으며 ; +60℃에서 측정된 값은 1622.1G이고 선형근사에 의한 값은 1625.1G이므로, 변위량은 3.0G로서 작다. 1g/1g+1x=0.2이고 γ=2.8이라고 가정하면, △f는 다음과 같다.

즉 △f는 0.84MHz로서 작다. 따라서, YIG가 연성자기판에서 사용되면 자기장치는 우수한 온도 특성, 따라서 온도 의존성에 대해 양호한 보상성을 가지고 구성될 수 있다.

이같은 구성이 실제로 본 발명의 신호 변화기에 적용될 때, 코일(85)은 가변적으로 통전되며 코일(85)에 의한 자장은 자석(112)(어떤 경우에 있어서는 보조코일(87), 자석(86) 및 동종의 것과 더불어)에 의한 자장과 중첩되고, 중첩된 자장은 공진 주파수 또는 동조주파수를 설정한다. 상기 예들은 하나 또는 두 종류의 구성물질로 된 연성자기판을 사용하지만 세종류의 구성물질 또는 그 이상의 것을 사용해도 좋다.

본 발명의 신호변환기는 제1도에 기술된 바와 같은 슈퍼헤테로다인형의 동조기에 국한되지 않고, 이중(double) 수퍼레테로다인형의 동조기와 같은 다른 구성을 사용해도 좋다. 이같은 구성의 예는 제33도를 참조하여 설명하겠다. 도면부호 201은 안테나임, 202는 고주파 증폭기, 203은 제1혼합기, 204는 YIG공진소자를 포함하는 강자성 공진기를 사용하는 제1국부발진기이고, 205는 YIG공진 소자와 같은 강자성 공진기에 의한 여파회로이며, 206은 제2혼합기이고, 207은 YIG 공진소자를 포함하는 강자성 공진기를 이용하는 제2국부발진기이며, 208,209 및 210은 각각 제1국부 발진기(204), 제2국부발진기(207) 및, 여파회로(205)의 YIG공진소자에 대한 자장인가수단이다. 자장인가수단(208)은 제1국부발진기(204)의 공진주파수가 가변적으로 설정될 수 있도록 가변적으로 구성된다. 다른 자장인가수단(210,209)는 고정된 자장을 공급하고, 여파회로(205)의 통과주파수(중심주파수) f_F가 설정되고 제2국부발진기(207)의 발진주파수 f_L2가 소정의 오프셋 주파수를 갖게끔 설정되게 한다. 만일 안테나(201)가 주파수 f_SO, 예로서, 주파수 f_SO=90 내지 900MHz이 신호를 수신하면, 수신된 신호는 증폭기(202)에 의해서 증폭되어 제1혼합기(203)에 공급되고, 여기서 제1국부발진기(204)로부터의 주파수 f_L1, 예로서 f_L1=2100 내지 2910MHz이 발진신호와 혼합되어, 이에 따라 주파수f_SO1(f_SO1=f_SO+f_L1)로 변환된 신호가 출력된다. 제1혼합기(203)로부터 출력된 신호 중에서, 여파회로(205)내에 설정된 통과 주파수인 중간 주파수 f_F, 예로서 f_F=GHz의 신호가 여파회로(205)로부터 출력되어 제2혼합기(206)에 공급되고, 여기서 제2국부발진기(207)로부터의 주파수 f_L2, 예로서 f_L2=2942MHz의 발진신호와 혼합되어, 이에 다라 주파수 f_1F(f_1F=f_F-f_L2)의 신호가 출력된다. 즉 제1국부 발진기(204)의 발진주파수 f_L1은 자장인가수단(208)을 조정하는 것에 의해서 선택되므로, 소정 주파수의 신호가 수신 신호중에서 출력된다. 즉 제1국부 발진기(204)의 발진주파수 f_L1은 자장인가수단(208)을 조정하는 것에 의해서 선택되므로, 소정 주파수의 신호가 수신 신호중에서 출력된다. 예로서, 만일 제1국부발진기(204)의 발진 주파수 f_L1이 2600MHz로 선택되면, f_F-f_L1=3000-2600=400(MHz)의 수신신호가 동조될 수 있다.

이러한 회로구성에 있어서도, 제1국부발진기(204), 제2국부발진기(207) 및, 여파회로(205)에 대한 YIG소자와 같은 자기 공진소자들은 박막형성법에 의해서 형성된다. YIG 박막 자기 공진소자는 동일물질로 만들어지며 동일형상 및 동일 어스펙트비에 설정된다. 예로서, 만일 그 소자가 원반형상이면, 반경비는 동일값에 설정되고 ; 만일 그 소자가 장방형상 또는 정방형상이면, 대응면들의 비는 동일값에 설정된다.

이리하여, 우수한 온도특성을 갖는 수신기가 구성될 수 있다. 따라서, 제25도 내지 32도에 기술된 바와같은 자기 회로내의 YIG 자기공진 박막소자의 조성과 동일한 조성을 갖는 연성자기판 배열하는 것에 의해서 온도 특성의 보상을 행할 필요가 없게된다. 이러한 구성에서의 온도 특성에 대해 후술한다.

제1국부발진기(204), 제2국부발진기(207) 및, 여파회로(205)내의 YIG 박막 공진소자의 공진주파수, 즉 발진 주파수 f_L1및 f_L2그리고 여파회로(205)의 통과 주파수 f_F는 다음과 같다.

[수학식 35]

여기서 H_ex1, H_ex, H_exF는 제1 및 제2국부발진기(204,207) 그리고, 여파회로(205)내의 YIG 박막소자에 대한 직류자장이며, N_Z1, N_Z, N_ZF는 제1 및 제2국부발진기(204,207) 및 여파회로(205)내의 YIG 박막 공진 소자들의 감자계수이다. 이 예에 있어서 H_exF및 H_ex2는 고정된 자장이며, H_dx1은 가변적이고, N_Z1, N_Z2, N_ZF는 N_Z1=N_Z2=N_ZF이 되도록 선정된다. 주위 온도가 변할 때, 온도 함수인 YIG의 포화 자화 4πMsy는 변하지만, N_Z1=N_Z2=N_ZF이기 때문에, 주파수 f_L1,f_L2,f_F는 동일 양만큼 변한다. 예로서, 정상 온도에서 여파 회로(205)의 통과 주파수 f_F가 f_F=3GHz에 설정된다고 가정하면, 제2국부발진기(207)의 발진 주파수 f_L2는 2.942GHz에 설정되고 제1국부발진기(204)의 발진 주파수 f_L1은, 400MHz에서의 동조에 대해 이미기술한 바와같이, 2.6GHz설정되며, 만일 주위 온도가 상승하고 Msy가 36가우스만큼 감소되며 f_F가 0.1GHz만큼 증가되고 f_L1이 2700MHz로 되고 f_L2가 3042MHz로 되므로, f_F-f_L1=3100-2700=400(MHz)의 수신 신호가 동조될 수 있으며, 중간 주파수 f_1F=f_F-f_L2=3100-3042=58(MHz)의 출력이 제2혼합기(206)으로부터 출력되고, 온도에 의한 어떤 영향도 조재하지 않게 된다.

제33도에 있어서, 여파 회로(205) 및 제2국부발진기(207)에 인가된 자장들은 고정되며, 제1국부 발진기(204)에 인가된 자장은 동조를 위해 조정된다. 그렇지만 제1국부 발진기(204)에 인가된 자장이 고정되고, 여파 회로(205) 및 제2국부 발진기(207)에 인가된 자장들이 동조를 위해 연동적으로 조정되어도 좋다. 이러한 구성의 예는 제34도를 참조하여 설명될 것이다. 제33에 대응하는 제34도의 부분들은 동일 참조부호를 병기하여 반복된 설명을 생략하겠다. 이 예에 있어서, 주파수 f_so1=f_so+f_L1로 변환된 신호가 제1혼합기(203)으로부터 출력되며 주파수 f_1F=f_F+f_L2로 변환된 신호가 제2혼합기 206으로부터 출력된다.

이 예에 있어서도, 온도 특성은 회로자체에 의해서 보상될 수 있다.

제33도 및 34도의 예에 있어서, 여파 회로(205) 및 제1 및 제2국부 발진기(204,207)의 특정 구조는 제1도의 여파 회로(2) 및 국부 발진기(5)의 것과 유사하다. 여파 회로(205) 및 제2국부 발진기(207)의 오프셋 주파수는, 소정 직류 바이어스 자장이 회로내의 YIG 소자에 대해 중첩 인가되는 제1도에서의 여파 회로(2) 및 국부 발진기(5)와 유사 방식으로 설정될 수 있다.

제33도 및 34도에 있어서, 고정된 자장은 회로의 일부분에 인가되며 가변 자장은 회로의 다른 부분에 인가된다. 이 경우에 있어서, 고정된 자장을 공급하는 YIG 소자 또는 이것을 포함하는 회로 및, 가변 자장을 공급하는 다른 YIG 소자 또는 이것을 포함하는 회로가 별개의 요크(81), 즉, 별개의 자장회로내에 조립되어 요구되는 고정 자장 및 가변 자장을 발생하게 된다.

상술한 바와같은 본 발명의 수신기에 있어서, YIG 단결정구 또는 YIG 단결정판과 같은 기계 가공에 의한 자기 공진 소자의 구성을 피하고, YIG 박막 소자를 액상 에피택시, 스퍼터링 또는 화학 증착과 같은 박막형성법에 의해서 형성한다. 따라서 다량 생산이 용이하게 되며, 여파 회로와 국부 발진기내의 공진기간의 특성이 정확하게 설정될 수 있으므로, 트랙킹 오차의 수정을 위한 특별한 회로의 설치없이 트랙킹 에러가 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 구성을 간단화시키며 다량 생산이 용이하며 제조비가 절감되게 하는 이점이 있다.

Claims

변환될 입력신호가 공급되어 제1주파수(f_s)를 갖는 여파된 신호를 발생시키는 제1강자성 공진기로 형성된 여파기(2)와; 능동소자 및 이에 접속된 제2강자성 공진기로 형성되어 제2주파수(f_L)를 가진 발진신호를 발생시키는 국부발진기(5)와 ; 상기 여파된 신호와 상기 발진신호를 혼합하여 변환된 신호(f_s-f_L또는 f_s+f_L)를 발생시키는 혼합기(4)와; 상기 제1강자성 공진기에 제1직류 바이어스 자장을 인가하는 제1직류 바이어스 자장 수단(6) 및 ; 상기 제2강자성 공진기에 제2직류 바이어스 자장을 인가하는 제2직류 바이어스 자장 수단(7)을 포함하고, 상기 제1강자성 공진기가 제1강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제1강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제2강자성 공진기가 제2강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제2강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제1 및 제2강자성 결정이 박막형성법에 의해 형성된 강자성 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1능동소자 및 이에 접속된 제1강자성 공진기로 형성되어 제1주파수(f_L1)를 가진 제1발진 신호를 발생시키는 제1국부 발진기(204)와; 상기 제1발진신호와 변환될 입력신호(f_so)를 혼합하여 혼합된 신호(f_so1)를 발생시키는 제1혼합기(203)와 ; 상기 혼합된 신호가 공급되어 제2주파수(f_F)를 가진 여파된 신호를 발생시키는 제2강자성 공진기로 형성된 여파기(205)와 ; 제2능동소자 및 이에 접속된 제3강자성 공진기로 형성되어 제3주파수(f_F2)를 가진 제2발진신호를발생시키는 제2국부발진기(207)와; 상기 여파된 신호(f_F)와 상기 발진신호(f_L2)를 혼합하여 변환된 신호를 발생시키는 제2혼합기(206)와; 상기 제1강자성 공진기에 제1직류 바이어스 자장을 인가하는 제1직류 바이어스 수단(208)과; 상기 제2강자성 공진기에 제2직류자장을 인가하는 제2직류 바이어스 자장수단(210) 및 ; 상기 제3강자성 공진기에 제3직류 바이어스 자장을 인가하는 제3직류 바이어스 자장수단(209)을 포함하고, 상기 제1강자성 공진기가 제1강자성 결정으로 이루어지고, 상기 강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제2강자성 공진기가 제2강자성 결정으로 이루어지고, 상기 제2강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제3강자성 공진가가 제3장자성 결정으로 이루어지고, 상기 제3강자성 결정에 마이크로스트립선이 자기적으로 접속되고, 상기 제1, 제2 및 제3강자성 결정이 박막 형성법에 의해 형성된 강자성 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 강자성 결정 각각이 액상에피택셜 성장법에 형성되는 비자기판상에 형성된 YIG박막인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 강자성 결정 각각이 비자기기판상에 액상에피택셜 성장법에 의해 형성되고 균일 모드가 아닌 정자기 모드에 의해 야기된 강자성 공진의 의사응답을 억압하도록 처리된 YIG 박막인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 강자성 결정 각각이 YIG 박막 원반의 외측 부분에 홈을 가진 액상 에페택시에 의해 형성된 YIG 박막원반인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 강자성 결정이 YIG 박막원반의 외측부분에서의 두께보다 중심부분에서의 두께가 더 작은 액상에피택시에 의해 형성된 YIG 박막원반인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 여파된 신호 및 상기 발진 신호가 그들간의 소정 주파수 오프셋을 갖는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2직류 바이어스 자장 수단이 상기 제1 및 제2강자성 결정에 대해 공통적으로 형성되며, 상기 주파수 오프셋이 상기 제1강자성 결정과 상기 제2강자성 결정간의 어스펙트비의 차이에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2강자성 결정이 서로 동일한 어스펙트비를 가지며, 상기 주파수 오프셋은 상기 제1자장과 상기 제2자장간의 차이에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2직류 바이어스 자장은 연동적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2강자성 결정이 공통의 비자기 기판상에형성되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2강자성 결정이 공통의 바이어스 자기 회로내에 배치되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 발진 신호가 상기 제1직류 바이어스 자장수단에 의해 발생된 가변 직류 바이어스 자장에 따른 가변 주파수를 가지며, 상기 여파된 신호 및 제2발진 신호가 상기 여파된 신호와 상기 제2발진 신호간의 특정 주파수 오프셋을 가진 소정의 고정 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 제1발진 신호가 고정 주파수를 가지며, 상기 여파된 신호 및 상기 제2발진신호가 상기 여파된 신호와 상기 발지 신호간의 특정 주파수 오프셋을 갖고서 연동적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제13 또는 제14항에 있어서, 상기 제2 및 제3강자성 결정이 공통의 바이어스 자기 회로내에 배치되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제13 또는 14항에 있어서, 상기 제2 및 제3강자성 결정이 공통의 비자기 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제13 또는 14항에 있어서, 상기 주파수 오프셋이 상기 제2강자성 결정과 제3강자성 결정간의 어스팩트비 차이에 의해서 발생되는 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 강자성 결정 각각이 액상에피택셜 성장법에 의해 형성되는 비자기판상에 형성된 YIG박막인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 강자성 결정 각각이 비작기판상에 액상에피택셜 성장법에 의해 형성되고 균일 모드가 아닌 정자기 모드에 의해 야기된 강자성 공진의 의사응답을 억압하도록 처리된 YIG 박막인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 강자성 각각이 YIG 박막 원반의 외측 부분에 흠을 가진 액상 에피택시에 의해 형성된 YIG 박막원반인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.
제2항에 있어서, 상기 강자성 결정이 YIG 박막원반의 외측부분에서의 두께보다 중심부분에서의 두께가 더 작은 액상에피택시에 의해 형성된 YIG 박막원반인 것을 특징으로 하는 신호 변환기.