WO1999005751A1

WO1999005751A1 - Dispositif d'ondes magnetostatiques

Info

Publication number: WO1999005751A1
Application number: PCT/JP1998/002910
Authority: WO
Inventors: Hitoyoshi Kurata
Original assignee: Tdk Corporation
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-02-04
Also published as: EP0929114A4; US6114929A; CN1123946C; CN1234914A; KR20000068615A; EP0929114A1; KR100296472B1

Description

明細書静磁波デバイス技術分野

本発明は静磁波デバイスに関し、特に、共振器やフィル夕などに適用したときに負荷時の Qを高くすることができる静磁波デバイスに関する。背景技術

静磁波デバイスの作用を説明するためのモデルを、図 1に示す。この静磁波デバイスモデルは、静磁波が励振されて伝搬する磁性ガーネット膜 1と、この磁性ガーネット膜 1の一方の主面 1 a上に設けられた R F信号給電線路 4と、磁性ガーネット膜 1および R F信号給電線路 4の上側に誘電体 2 1を介して設けられた接地導体 3 1と、磁性ガーネット膜 1の下側に誘電体 2 2を介して設けられた接地導体 3 2とを有する。このモデルでは、外部磁界 Hexを X軸の負方向に印加し、 R F信号給電線路 4へ R F信号を給電すると、給電により生じた電磁波が、磁界結合によって静磁波に変換され、この静磁波（静磁前進体積波）力磁性ガーネット膜 1中を Y軸の正負方向に互いに遠ざかるように伝搬する。誘電体 2 1および誘電体 2 2は、実際のデバイスにおいては例えば非磁性ガーネット基板や空気などから構成される。両誘電体の比誘電率は、同じであってもよく異なっていてもよい。

この静磁波デバイスモデルにおいて、磁性ガーネット膜 1の厚さを d、比透磁率を rとし、磁性ガ一ネット膜 1の一方の主面 1 a ( R F信号給電線路 4が設けられている面）とこれに対向する接地導体 3 1の対向面 3 1 aとの距離を tい磁性ガーネット膜 1の他方の主面 1 bとこれに対向する接地導体 3 2の対向面 3 2 aとの距離を t ₂としたとき、静磁波の波動は分散関係式、

2M (M - N tanhN )(M一 N tanhM

e

(M + N tanh Nt₂)(M + N tanh Mi) を満たす。なお、上記式において、

N² = k_y ² + k_: ²

ky ： Y軸方向に伝搬する静磁波の波数

： Z軸方向に伝搬する静磁波の波数

ω>, = γ · Hin Hin：内部磁界強度 ( l /tn)

π = y · (Ms) MS：飽和磁化 (Wb / m¹)

ω = 2π/ / ··周波数（Hz)

γ

ο = 12.566 10 " ⁷ (H im) である。上記式において、 t iおよび t ₂は、任意の値をとることが許されているが、後述するように従来の静磁波デバイスでは、 t ₂は或る有限の値とされ、例えば t t ₂を 1匪程度に設定するのが通常であった。

図 4に、従来の静磁波デバイスの構成例を示す。この構成例は、互いに対向する一対の磁極 7、 8と、磁極 7、 8で挟まれ、内部が空隙 9となっているコの字型接地導体 3と、磁極 7、 8に磁気的に接続された永久磁石 1 1と、この永久磁石 1 1に磁気的に接続されたヨーク 1 2と、コの字型接地導体 3内に配置された磁性ガーネット膜 1と、 R F信号給電線路 4を介してこの磁性ガーネット膜 1を支える誘電体基板 1 3とを、備えている。永久磁石 1 1および磁極 7の周囲には、コイル 1 7が巻回されている。

なお、磁極 7、 8およびヨーク 1 2は鉄やパーマロイ等の材質で構成されるため、給電信号が磁極 7、 8で高周波的損失を受けないように電磁波を遮蔽する目的で、コの字型接地導体 3は R F信号給電線路 4を包囲するように設けられる。磁性ガ一ネット膜 1としては、 LPE (液相ェピタキシャル）法によって製造された Y I G (イットリウム ·鉄 ·ガーネット）膜等が用いられている。

空隙 9内の磁性ガ一ネット膜 1には、一対の磁極 7、 8によって外部磁界が印加される。この外部磁界は、永久磁石 1 1による固定磁界と、コイル 1 7による可変磁界とからなり、コイル 1 7に流れる電流を制御することにより、磁性ガーネット膜に印加される外部磁界の強度を制御する構成となっている。マイクロストリップラインなどで形成された RF信号給電線路（アンテナ） 4にマイクロ波信号や準マイクロ波信号を給電すると、それによる電磁波が、前記外部磁界の強度に応じた周波数の静磁波に変換され、磁性ガーネッ卜膜 1中を伝搬する。例えば方形状に形成された磁性ガーネッ卜膜では、その側面に向かって伝搬してきた静磁波は、側面で反射して逆方向に戻る。そして、入力電磁波と同位相の静磁波は結合して方形状磁性ガーネット膜内で共振する。このとき、共振している静磁波の波長は、最も長いもので方形状磁性ガーネット膜の長さ Lの 2倍である 2 Lとなる。

Y I G等の磁性ガーネット膜を用いた共振器構造の静磁波デバイスは、マイク口波帯および準マイクロ波帯において無負荷時の Q値（以下、無負荷 Q_uまたは単に Q_uという）が非常に大きいので、現在その応用が期待されている。静磁波デバイスの実用に際しては、負荷時の Q値（以下、負荷 Q,または単に Q,という）が大きいことが重要である。

文献 "A BANDPASS FILTER USING YIG FILM GROWN BY LPE", 1985 IEEE MTT - S D igest, Y. Murakami and S. I toh, Sony Co卬 orationには、このような静磁波デバィスをバンドストップフィルタとして動作させて外部 Q値（以下、外部 Q_t.または単に Q。という）を測定すると、 Y I G膜の厚さの減少と共に外部が増大することが記載されている。なお、上記文献ではディスク状の Y I G膜を用いている。上記文献には、負荷 Q,についての記載はないが、一般に、外部。し,と無負荷 Q_uと負荷 Q,との関係は

1 /Q ,= 1/Q_U+ 1/Q_e

で表され、無負荷 Q_uは Y I G膜の平面形状および厚さにかかわらず一定なので、 Y I G膜の厚さ減少に伴って外部 Q_eが増大するのであれば、負荷も同時に増大しているはずである。

本発明者は、上記文献で示されている方法に準じ、方形状の磁性ガーネットを用いて追実験を行い、負荷 Q,を測定した。その結果、上記文献から推定されるとおり、磁性ガーネット膜の厚さの減少と共に負荷 Q,が増大することがわかつた。また、本発明者の実測による負荷 Q ,は、 1ZQ,= 1ZQ_U+ lZQ_eから導かれる負荷よりもかなり小さいことが判明した。

負荷 Q,の増大には、磁性ガーネッ卜膜を薄くすればよいことがわかったが、磁性ガーネット膜を薄くした場合には、以下に示すような問題が生じやすくなる。例えば、磁性ガーネット膜表面を平坦度向上のために研磨した場合、膜の両主面の平行度が悪くなつて、膜厚が不均一になることがある。この場合、平行度悪化による膜厚の変化率は、膜が薄いほど大きくなる。磁性ガーネット膜の厚さが異なると分散関係が変わるので、膜厚の不均一さが大きいと設計通りの定在波を生じさせることができなくなり、特性低下を招く。したがって、磁性ガーネット膜を薄くすること以外の手段で負荷 Q,を増大させることが望まれる。

ところで、静磁波デバイスでは、小型化も重要である。図 4に示す構成において、磁極 7、 8、空隙 9、ヨーク 12および永久磁石 1 1は、磁界発生器を構成する。この磁界発生器を小型化できることから、空隙 9の間隔が狭い方がよいことは、周知の通りである。例えば、特開平 1— 303901号公報に記載されている静磁波デバイスでは、コの字型接地導体を厚さ 2〜 100 の導体膜で構 W

成することによって、磁極 7、 8の間隔 L gを 1 . 1 5薩と狭くするよう工夫している。この場合、空隙 9の高さ、すなわち、コの字型接地導体 3の一方の対向面 3 aと他方の対向面 3 との間の距離は、約 1画となる。

本発明の目的は、共振器やフィル夕に適用される静磁波デバイスにおいて、負荷時の Q値を高めるとともに、磁界発生器を小型化することである。発明の開示

上記目的は、下記（1 ) の本発明により達成される。

( 1 ) 静磁波を励振 ·伝搬するための磁性ガーネッ卜膜と、この磁性ガ一ネッ卜膜に磁界を印加するための磁界発生器と、磁性ガーネット膜を挟んで対向する一対の接地導体と、磁性ガーネッ卜膜と一方の接地導体との間に設けられた R F 信号給電線路とを有し、前記一方の接地導体の対向面が磁性ガーネット膜の一方の主面と対向し、他方の接地導体の対向面が磁性ガーネッ卜膜の他方の主面と対向している静磁波デバイスであって、

前記一方の接地導体の対向面と磁性ガーネッ卜膜の前記一方の主面との距離を t iとし、前記他方の接地導体の対向面と磁性ガーネッ卜膜の前記他方の主面との距離を t ₂とし、 R F信号給電線路の厚さを t _Rとしたとき、 t ₂ 0 m、

t ! + t ₂≤ 5 0 0

である静磁波デバイス。

本発明では、静磁波デバイスにおいて磁性ガーネット膜を挟んで存在する一対の接地導体間の距離を所定範囲に制御することにより、磁性ガーネッ卜膜の長さ、その幅、その厚さ、その飽和磁化、磁性ガーネット膜に印加する外部磁界強度などの各種条件によらず、実用に際して重要な負荷 Q ,を向上させることができる。また、一対の接地導体間の距離が従来に比べ狭くなるので、磁界発生器を小型化することができる。図面の簡単な説明

図 1は、静磁波デバイスの作用を説明するためのモデル図である。図 2は、静磁波共振器の構成例を示す斜視図である。図 3 Aは、図 2に示す静磁波共振器の A— A線を含む垂直な断面を示す断面図であり、図 3 Bは、図 3 Aの空隙 9 a付近の拡大図である。図 4は、静磁波デバイスの構成例を示す断面図である。図 5 は、負荷 Q ,の測定方法を説明するグラフである。図 6は、磁性ガーネット膜の厚さと負荷 Q ,との関係を示すグラフである。図 7は、無負荷 Q _uの周波数依存性の実測値と計算値とを示すグラフである。図 8は、磁性ガーネット膜中に生じる静磁波定在波を説明する図である。図 9は、波数 kと共鳴周波数 ωとの関係を示すグラフである。図 1 0は、負荷 (2 , 7無負荷 Q _uと t i + t ₂との関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

図 2に、本発明の静磁波デバイスの実施例として、静磁波共振器の好ましい構成例を示す。また、この静磁波共振器の A— A線を含む垂直な断面を図 3 Aに示し、図 3 Aの一部拡大図を図 3 Bに示す。なお、図 3 Aおよび図 3 Bには、奥行き方向を省いて端面だけを示してある。

この静磁波デバイスは、接地電位と同じ電位である一対の接地導体 3 1 、 3 2 を有し、これらは対向して配置されている。両接地導体間の空隙 9 aには、誘電体基板として G G G (ガドリニウム ·ガリウム ·ガーネット）基板 1 8が存在し、この G G G基板 1 8上に、 Y I G等からなる磁性ガーネット膜 1が形成されている。磁性ガーネット膜 1上には、 R F信号電流を給電するための R F信号給電線路 4が形成されており、また、磁性ガーネット膜 1の膜面に垂直に直流磁界を印加するために、磁気回路が設けられている。 R F信号給電線路は、一方の接地導体と磁性ガ一ネット膜との間に存在していればよく、磁性ガーネット膜に接している必要はない。例えば、磁性ガーネット膜と R F信号給電線路との間に、接着剤層などが存在していてもよい。

通常、 G G G基板 1 8の厚さは、 4 0 0 /x m程度以下とし、磁性ガーネット膜 1は、幅 0 . 5〜 2 mm程度、長さ 0 . 5〜 2 mm程度、厚さ 5〜 1 5 0 m程度、好ましくは 5〜 1 0 0 m程度、より好ましくは 5〜4 0 m程度とし、 R F信号給電線路 4は、厚さ 2〜 1 5 m程度とする。なお、 G G G基板は必須ではなく、磁性ガーネット膜 1と接地導体 3 2とは、接していてもよい。

磁気回路は、永久磁石 1 1と、一対のヨーク 1 2 a、 1 2 bと、空隙 9 aを挟んで互いに対向する一対の磁極 7 a、 8 aからなる第 1の磁極対と、空隙 9 bを挟んで互いに対向する一対の磁極 7 b、 8 bからなる第 2の磁極対と、磁極 7 b、 8 bに巻回されたコイル 1 7とを有する。コイル 1 7は可変磁界を発生させるためのものであり、磁性ガ一ネット膜 1に印加する直流磁界の強度を制御するために設けられている。一対のヨーク 1 2 a、 1 2 bは、永久磁石 1 1を挟んで対向し、それぞれの一端部が永久磁石 1 1に磁気的に接続され、それぞれの他端部に磁極 7 a、 8 aが形成され、それぞれの前記一端部と前記他端部との間に磁極 7 b、 8 bが形成されている。空隙 9 bの空隙長を制御することにより、空隙 9 a に印加される磁界の強度を調整することができる。

この磁気回路では、通常、空隙 9 aの空隙長を永久磁石 1 1の高さよりも小さくするので、コイル 1 7により発生する磁束は、主として永久磁石 1 1を通らない磁路、すなわち、空隙 9 b —磁極 7 b —ヨーク 1 2 a —磁極 7 a—空隙 9 a— 磁極 8 a —ヨーク 1 2 b—磁極 8 bからなる磁路を通ることになる。

図示例は、磁性ガーネット膜 1を配置するための空隙が 1つ存在するものである力磁性ガーネット膜を配置する空隙を 2つ以上設けてもよい。その場合、複数の空隙の空隙長を異なるものとすることにより、各磁性ガ一ネッ卜膜における共鳴周波数を異なるものとできる。したがって、例えば切り換えスィッチなどを利用することにより、同時に 2つ以上のチャンネル周波数で送受信が可能な V C 〇（電圧制御発振器）への応用が可能である。

ヨークおよび磁極は、鉄やパーマロイ等の高透磁率材から構成される。このうち、コストや加工しやすさ、飽和磁束密度の高さを考慮すると、鉄が望ましい。しかし、鉄は高周波信号にとって損失が多いので、鉄を使用する場合には、厚さ 2〜1 5 m程度の導体膜で磁気回路を覆うことが好ましい。具体的には、磁極 7 a、 8 aとヨーク 12 a、 12 bとを前記導体膜で覆い、磁極 7 a、 8 aの対向面 71 a、 8 l aに、前記導体膜を介在させて接地導体 31、 32を設けることが好ましい。

一対のヨーク 12 a、 12 b間には、非磁性かつ導電性の材質からなる支柱 2 0 a、 20 bが設けられている。空隙 9 aの間隔を保持するためと、磁極 7 a、 8 aの対向面 71 a、 81 aを同電位にすることとを目的として、磁極 7 a、 8 aの近傍において、支柱 20 a、 20 bの一端面が前記導体膜を介して一方のョ一り 12 aに接着され、他端面が前記導体膜を介して他方のヨーク 12 bに接着される構成とすることが好ましい。この接着には、銀ペースト等の導電性接着剤を用いればよい。

磁性ガ一ネット膜 1を固定する基板である GGG基板 18は、導体 32の対向面 32 aに銀ペーストなどの導電性接着剤で接着する。このとき、導体 32の対向面 32 aが接着される GGG基板 18の主面には、 Auや Cu等からなる導体膜をあらかじめ形成しておく。この導体膜は、蒸着法や無電解メツキ法等により形成すればよく、厚さは 0. 2〜 1 程度とすればよい。

RF信号を給電するための RF信号給電線路 4は、磁性ガーネット膜 1上に蒸着法とフォトリソグラフィ技術とにより形成してある。そして、この RF信号給電線路 4の一端部 4 aは接地導体 32の対向面 32 aに接続し、他端部 4 は入出力端子としてある。なお、これらの接続状態は図示していない。

次に、ネッ卜ワークアナライザで上記静磁波共振器の S 1 1を測定して負荷 Q ,を求める方法を、図 5を用いて説明する。共振器の結合係数がほぼ 1になるときの S 1 1をネットワークアナライザで測定し、共振していないときの S 1 1を基準値（OdB) として、この基準値に対する共鳴吸収ピーク値 A rを測定する。次に、基準値から— 3 OdB以上離れた点 A clで共鳴吸収の幅 2 · Δωを測定する。ここで A rは Adより 10〜2 OdB以上小さいことが望ましい。そして、最後に共鳴吸収の中心周波数（ピーク周波数） o。を測定する。この結果を用いて、負荷を

Q , =ω₀/ (Κ · 2 · Δω)

[ただし、 Κ²= (1 - 1 0^Ad/1°) / (1 o^Ad/I°- 1 0^Ar/1°) である。 ] により求める。

この方法を用い、飽和磁化 0. 07Wb/m²で 1瞧口の磁性ガーネット膜の厚さを 9 5 m、 55 /im、 30 、 1 7 /— mと変えて、周波数 7 00 MHzにおける負荷を測定した。結果を、図 6に丸印で示す。図 6から、磁性ガーネット膜が薄くなるにしたがって負荷が上昇することがわかる。このとき、 GGG基板の厚さは 200 mとしたので、図 1における t ₂は 200 πιとなる。また、磁性ガ一ネット膜の上方側は開放としたので、 ί _{1 =}∞である。

次に、負荷の実測値と計算値とを比較するために、まず、上記実験で用いた磁性ガーネッ卜膜の無負荷 Q_uの実測値と計算値とを求めた。無負荷 Q_uの実測値は、以下の手順で求めた。まず、磁性ガーネット膜として厚さ 95 mのものを用い、入出力電極間距離を 960 A(mとして、入力電力と出力電力との比が 3 OdB以上あるフィルタを作製した。そして、このフィル夕の通過特性（S 2 1 ) のピーク値の周波数 ω。と、ピーク値から 3 dB減衰したところの周波数幅 2 · Δωとを用いて、

Q_u = ω₀ (2 · Δω)

により無負荷 Q_uの実測値を求めた。この結果を、図 7に丸印として示す。一方、静磁波共振器の無負荷 Q _uの計算値は、

Q_u = ω₀/ (r · ΔΗ)

により与えられる。ここで、ァは、磁気回転比（2. 2 1 X 1 0⁵m/A · s) であり、 ΔΗは強磁性共鳴の半値幅である。 ΔΗは、共鳴周波数 9. 5 5GHzのとき 1 7 9. lA/mであって、周波数にほぼ比例して減少し、また、オフセット値が存在するので、ここでは、 ΔΗの傾きを 1. 7 5 1 2 X 1 0—⁸A · s/mとし、また、オフセット値を 9. 5 5 2A/mとして、上記式に代入し、 Q_uの計算値を求めた。この結果を、図 7に実線で示す。図 7から、無負荷 Q_uは実測値と計算値とが概ね一致することがわかる。なお、図 7において 1. 5 GHz以下の周波数域で実測値が計算値からずれているのは、低磁界損失により ΔΗが徐々に増大するためである。

次に、無負荷 Q_uから負荷 Q【の計算値を求めた。ここでは、関係式

1 /Q,= 1/Q_U+ 1 /Q _l

を利用した。ここで、 lZQ_tは、磁性ガーネット膜上に形成されるマイクロス卜リップラインの導体損や放射損、誘電体損等に基づく Q_s値とその他の要因に基づく Q_Q値との逆数和とする。図 7に示されるように、周波数 7 0 0MHzにおける無負荷 Q_uの実測値は約 7 0 0であったので、この値をもつ Y I G共振器の並列共振器等価回路とマイクロストリップラインとを直列接続した回路を、 5 0 Ω系マイクロ波シミュレータで計算して負荷 Q ,を求めると、マイクロストリツプラインの厚さや幅によって導体損が大幅に変わることを考慮しても、負荷〖ま 3 0 0〜3 5 0となる。しかし、負荷の実測値は、図 6に示す通り 1 00 以下と非常に小さい。そこで、実際の負荷がこのように下がり、また、磁性ガーネット膜が薄くなるにしたがって負荷が向上する原因を、次のように考えたところ、 Q【の計算値と実測値とがよく一致する結果が得られた。

図 8に、方形状の磁性ガーネッ卜膜 1とそこに生じる共鳴時の定在波と励振電極（R F信号給電線路 4 ) との関係を示す。外部磁界 Hexは、磁性ガーネット膜 1の膜面に対して垂直に印加されているものとする。一般に、磁性ガーネット膜 1の側面 l c、 I dで、すなわち、膜内.と膜外との境界で、直流磁界強度が磁性ガーネッ卜膜の反磁界のために不連続になるので、磁性ガーネッ卜膜 1中を伝搬してきた静磁波は、側面 l c、 1 dでほぼ完全にピニングされて、全反射すると考えられている。そして、図 8の場合には、方形状の磁性ガーネット膜 1中に、対向する側面 1 c、 1 d間の距離 Lを基本モードとした定在波が生じて共鳴すると考えられている。

しかし、実際には、周波数 ω。で共鳴する定在波 2 7に加え、より長い波長の定在波 2 8 (周波数 ω。一 Δ ω と、より短い波長の定在波 2 9 (周波数 ω。十 Δ ω , ) とが生じている。このことを、図 9を用いて説明する。図 9は、前記した静磁波の分散関係式から求めた周波数と波数 k ( k = 2 ττ / Λ ： kは前記分散関係式における k _yと同義であり、 λは波長である）との関係を示すグラフである。なお、図 9においておよび ω„は、それぞれ、所定強度の外部磁界を印加したときに励磁され得る静磁波の下限周波数および上限周波数である。図 9から、印加する外部磁界強度が同じ場合には、より長い波長の定在波は周波数 ω。よりも共鳴周波数が低く、より短い波長の定在波は周波数 ω。よりも共鳴周波数が高くなると考える。すなわち、磁性ガ一ネット膜 1の側面 1 c、 I dでの不完全なピニングにより、周波数 ω。に相当する波数 k。で共鳴する定在波 2 7に加え、 k。一 Δ Ι^から k。十△ k ₂の波数範囲内でより長い波長の定在波とより短い波長の定在波とが生じて、それぞれ ω。一 Δ ω ω。十厶 ω .,の周波数範囲内で共鳴吸収するので、中心周波数 ω。の共鳴吸収の幅が広がり、負荷が低下すると考えられる。

この考えに基づき、 △ k Iと△ k₂とを様々な値として静磁波の分散関係式に代入し、波数が k。である周波数 ω。を中心周波数として、 k。一 ΔΙ^から k。十 △ k₂までの範囲において生じた共鳴吸収の広がり厶0^ +厶0)₂を求め、これから負荷 Q!-o^Z (Δ_{ω ι} + Δω₂) を計算し、得られた計算値を実測値と比較した。この結果、 ΔΙ^および Ak₂を 660〜730/mとしたときの計算値力実測値とよく一致することが判明した。図 6に、 Δ k i = A k₂= 700/mとしたときの計算値を、実線で示す。この結果から、静磁波共振器の負荷の低さは、主として静磁波のピニングの不完全性に因ると考えられる。

なお、実測に際しては、 1讓口、すなわち、長さ Lが 1腿である磁性ガーネット膜を用い、この上に、図 8に示す構造の R F信号給電線路 4を設けて励振電極とした。この場合に、波数 k。のときの波長（基本波長）を λ。とすると、 λ。== 1画となり、 Δ 1^ = Δ 1Ϋ ₂= 7 0 0/mは約 1 1 0 mの波長差に相当する。そして、磁性ガーネット膜中には、 λ。土約 1 1 %の範囲内の種々の波長をもつ定在波が、 ω。を中心周波数とする、 ω。一 Δω iから ω。十 Δω₂までの範囲内の周波数に対応して存在すると考えられる。

次に、この考えを基に、すなわち、厶 k == 0/mに相当する基本波長の土約 1 1 %の範囲内に、種々の波長の定在波が ω。一 Δοハから ω。 + Δο ₂までの範囲内の周波数に対応して存在すると仮定して、磁性ガーネット膜についての各種条件を変化させて、負荷の変化を調べた。この結果、磁性ガーネット膜を挟む 2つの接地導体間の距離を一定値以下に抑えることにより、他の各種条件の変化. にかかわらず負荷の向上が認められることが確認された。具体的には、磁性ガーネット膜の飽和磁化、その膜厚、その基本定在波の波長、磁性ガーネット膜に印加する外部磁界強度を、それぞれ 0〜0. 1 76Wb/m²、 5〜： L 50 m、 250 ^m〜4mm、 0〜： L. 592 x 10⁵A/mの範囲内から任意に選択して組み合わせ、各組み合わせについて、 t i + t ₂ (磁性ガーネット膜を挟む一対の接地導体間の距離から磁性ガーネット膜の厚さを減じた値）を 10 m〜 1瞧の範囲で変化させ、そのときの負荷および無負荷 Q_uを計算により求めた。その結果、 t i+ t ₂の減少に伴って負荷 Q!Z無負荷 Q_uが増大し、かつ、すべての負荷 Q!Z無負荷 Q_uが図 10に示す実線より上に存在することがわかった。すなわち、 t i+ t ₂を 500 以下とすれば、負荷 Q,Z無負荷 Q_uが必ず上昇することが判明した。

なお、無負荷 Q_uは上記各条件の組み合わせに応じて変動するが、 t i+ t₂には依存しない。したがって、各組み合わせにおいて t t ₂の減少に伴って負荷 Q 無負荷 Q_uが増大するということは、各組み合わせにおいて t i + t ₂の減少に伴って負荷 Q,が増大することを意味する。

このように本発明では、静磁波共振器において磁性ガーネッ卜膜を挟む接地導体間の距離を制御することにより、具体的には、

t i + t ₂ 500 、好ましくは

t ! + t ₂≤400

とすることにより、他の条件にかかわらず負荷 Q ,を大きくすることができる。なお、静磁波デバイスとして機能させるためには、 RF信号給電線路と接地導体との間に一定以上の間隔を設ける必要がある。この間隔は少なくとも 5 mあればよいので、本発明では、 RF信号給電線路 4の厚さを t _R (図 1参照）としたとき、

t _x≥ t _R+

とする。一方、磁性ガーネット膜と接地導体とは接していてもよいので、

t ₂≥0 U

である。 t iと t ₂との比は特に限定されず、静磁波デバイスの用途に応じて適宜設定すればよい。例えば、比較的低周波の領域で使用する場合には、一般に t 丄〉！^とする。なお、 t i〉 t ₂である場合には、

t _L + t ₂≤ 3 0 0

とすれば、さらに好ましい結果が得られる。

本発明では、接地導体間の距離を小さくすることにより、図 3 Aに示す磁気回路において、空隙 9 b—磁極 7 b—ヨーク 1 2 a—磁極 7 a -空隙 9 a—磁極 8 a—ヨーク 1 1 b—磁極 8 bからなる閉磁路の磁気抵抗を小さくできるので、コィル 1 7が少ない電流または少ないコイルの巻数によって強い磁界を発生させることができる。したがって、コイルの体積を小さくして、磁気回路全体を小型化できる。

なお、本発明は、図 4に示す構成、すなわち、空隙 9と永久磁石 1 1とコイル 1 7とが高さ方向に直列に並んでいる構成にも、適用することができる。ただし、図 4の構成では、本発明にしたがって t ₁ + t ₂を小さく抑えても、すなわち、空隙 9の空隙長を小さく抑えても、静磁波デバイス全体の高さを抑制することは難しいので、小型化が困難である。これに対し図 2および図 3 Aに示す構成では、静磁波デバイスの高さ抑制が容易である。

実験例

本発明の効果を検証するために、以下の実験を行った。

実験例 1 ( t , = t ,とした場合）

磁性ガーネット膜として l mm口、厚さ 2 0 w m、飽和磁化 0 . ◦ 7 Wb/m ²のものを用い、 R F信号給電線路として厚さ 6 mの U字形電極を用い、共鳴吸収の中心周波数が 7 0 0 MHzとなるように外部磁界の強度を設定し、 t i = t ₂とし、 t i + t 2を表 1に示すように変化させて、負荷 /無負荷 Q _uを求めた。なお、 t ₂は、 G G G基板の厚さを変更することにより調整した。結果を表 1に示す。表 1に示す「負荷 Q , /無負荷 Q _uの相対値」とは、 t t , = 8 0 0 mのときの負荷 Q,,無負荷 Q_uを 1 0 0として算出した相対値であり、以降の実験例においても同様である。

表 1 (t!=t₂)

負荷 <¾

サンプノレ t!+t₂ ノ無負荷 Q_u

No. (μιη) の相対値

101 200 226

102 400 135

103 500 117

104 (比較） 800* 100

*)限定範囲外

実験例 2 ( t を固定した場合）

磁性ガーネット膜の厚さを 3 0 zmとし、 RF信号給電線路の形状を S字状とし、距離 t ₂を 5 0 mに固定したほかは実験例 1と同様な設定とし、を表 2 に示すように変化させて、負荷 /無負荷 Q_uを求めた。結果を表 2に示す。

表 2(t2=50 m)

負荷 Qi

サンプル tl tl+t2 Z無負荷

No. ( m) (μ m) の相対値

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 (比較） 750 800* 100

*)限定範囲外

実験例 3 ( t 0の場合）

磁性ガーネット膜の厚さを 1 0 m、その飽和磁化を 0. 14Wb/m²とし、共鳴吸収の中心周波数が 2 0 0 OMHzとなるように外部磁界強度を設定し、 GGG 基板を設けずに、すなわち距離 t ₂を 0 w inとしたほかは実験例 1と同様な設定とし、 t を表 3に示すように変化させて、負荷無負荷 Q _uを求めた。結果を表 3に示す。

表 3 (t₂=0 )

負荷 Qi

サンプル tj+t₂ ノ無負荷 Q_u

No. ( m) の相対値

101 200 137

102 250 121

103 300 111.5

104 350 106.5

105 400 104

106 500 102

107 (比較） 800* 100

*)限定範囲外

表 1〜表 3から、 t i + t ₂を所定範囲内とすることにより、負荷 Q ' Z無負荷 Q _uが急激に増大することが確認できる。

産業上の利用可能性

以上では本発明の t施例として静磁波共振器を挙げて説明したが、本発明は静磁波共振器に限定されることなく、請求項の記載の範囲において各種の変形、変更が可能であり、他の静磁波デバイス、例えば共振型静磁波フィル夕などにも適用可能なことは当業者には自明であろう。

Claims

請求の範囲静磁波を励振 ·伝搬するための磁性ガーネッ卜膜と、この磁性ガーネット膜に磁界を印加するための磁界発生器と、磁性ガーネット膜を挟んで対向する一対の接地導体と、磁性ガーネット膜と一方の接地導体との間に設けられた R F信号給電線路とを有し、前記一方の接地導体の対向面が磁性ガーネット膜の一方の主面と対向し、他方の接地導体の対向面が磁性ガーネット膜の他方の主面と対向している静磁波デバイスであって、

前記一方の接地導体の対向面と磁性ガーネッ卜膜の前記一方の主面との距離を t iとし、前記他方の接地導体の対向面と磁性ガーネッ卜膜の前記他方の主面との距離を t ₂とし、 R F信号給電線路の厚さを t _Rとしたとき、

t

t ₂≥ 0 i m、

t J + t ₂≤ 5 0 0 / m

である静磁波デバイス。