JPH0666586B2 - 静磁波遅延線路形発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、静磁波を用い発振周波数が可変となるマイ
クロ波発振器に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、例えばIEEE.Trans,Vol.MAG−14,No.5,Sept.1
978,pp.826−828に示された従来の静磁波遅延線路形発
振器を示す概略構成図であり、図において、（１）はGG
G（ガドリニウム−ガリウム．ガーネット）基板，
（２）はGGG基板（１）の表面に液相成長して製作したY
IG（イットリウム−鉄−ガーネット）薄膜，（3a）はYI
G薄膜（２）に静磁波を励振するためのトランスデュー
サ，（3b）はYIG薄膜（２）を伝搬する静磁波を受信す
るためのトランスデューサ，（４）は磁気回路，（５）
はGGG基板（１）とYIG薄膜（２）とトランスデューサ
（3a），（3b）と磁気回路（４）とで構成される静磁波
遅延線路形帯域通過フィルタ，（60）はハイブリッドIC
の増幅器，（８）は出力端子，（12）は接続用ケーブ
ル，（13）は発振電力取出し用結合器，（14）は閉ルー
プ回路である。

静磁波遅延線路形帯域通過フィルタ（５）とハイブリッ
ドIC増幅器（60）とは、接続用ケーブル（12）により接
続され閉ループ回路（14）を形成している。また、閉ル
ープ回路（14）には発振電力取出し用結合器（13）が接
続されている。

次に動作について説明する。この発振器では、次の条件
を満たす周波数の波が閉ループ回路を巡回するうちに増
幅器（60）が飽和状態になるまで振幅が大きくなり、発
振する。

Ｇ−Lm−LI−Lc≧０ （１） θａ＋θｍ＋θ１＋θｃ＝2Nπ（Ｎ＝1,2,…） （２） ここで、Ｇは増幅器（60）の利得,Lm,L1,Lcはそれぞれ
静磁波遅延線路形帯域通過フィルタ（５），接続用ケー
ブル（12）および結合器（13）の挿入損失であり、単位
はいずれもdBである。また、θa,θm,θl,θｃは、それ
ぞれ増幅器（60），フィルタ（５），ケーブル（12）お
よび結合器（13）の電気長で、いずれも単位はラジアン
である。

フィルタ（５）では、トランスデューサ（3a）によって
決まる特定の波長の静磁波だけが励振されてYIG薄膜
（２）中を伝搬し、トランスデューサ（3b）で電磁波に
変換される。この特定の波長の静磁波に変換される電磁
波の周波数をfoとすれば、フィルタ（５）は周波数fo近
傍の周波数の波だけを通過させる帯域通過フィルタとな
る。周波数foは、磁気回路（４）によってYIG薄膜
（２）に印加される直流磁界の大きさによって変化する
が、励振される静磁波の波長は一定である。このため、
フィルタ（５）の通過位相は、fo近傍の周波数ｆに対し
て次式で与えられる。

θｍ＝θｏ＋２πτ（ｆ−fo） （３） ここで、θｏは周波数foにおける電気長、τはフィルタ
（５）の遅延時間である。電磁波によって励振される静
磁波の波長が一定であるので、θｏはfoによらず一定値
となる。

第３式の関係を用いると、第２式の位相の発振条件を満
足する周波数f₁は、次式で与えられる。

Ｇ−Lm−Ll−Lc＝０となる周波数をf₀±△ｆとすれば、 |f₁−f₀|≦Δｆ （５） であれば、周波数f₁で振幅に対する第１式の発振条件も
満足する。

従って、トランスデューサ（3a），（3b）の間隔、ある
いはケーブルの長さの調整により第４式と第５式を満足
するようにθo,θｌを設定しておけば、直流磁界を変化
させてfoを変化させると発振周波数f₁も追随して変化す
るので、第３図の発振器は、周波数可変形発振器として
の動作が得られる。

しかしながら、例えば、Ｎ＝ｎ（ｎは整数）で発振して
いる周波数f₁を高くしていくと、第４式右辺第２項の電
気長が大きくなり、f₁−f₀が第５式を満足しなくなる周
波数で発振が停止する。さらに周波数を高くするとＮ＝
ｎ＋１において、f₁に対して第４式，第５式を満足する
f₀が存在し、直流磁界を変化させてf₀を調整することに
より、再び発振する。

また、第５式の△ｆが大きい場合は、１つの周波数f₀に
対して、Ｎ＝n,n＋１の２つの周期数に対応した２つの
周波数で発振することもある。

以上のように、従来の静磁波遅延線路形発振器ではYIG
薄膜（２）に印加する直流磁界の強さと発振周波数の関
係を示すグラフは第４図のように不連続を多く含む直線
となる。この不連続の生じる周波数間隔は閉ループ回路
（14）の電気長が長いほど狭くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の静磁波遅延線路形発振器は、以上のような閉ルー
プ回路に、接続用ケーブルを用いて構成されているの
で、この閉ループ回路のうち静磁波遅延線路形帯域通過
フィルタを除いた部分の物理長が長く、電気長の周波数
変化が大きいので、印加直流磁界を変えると発振周波数
が狭い周波数間隔で不連続となって、連続的に可変とな
る周波数範囲が狭くなり、また閉ループ回路が大きくな
るなどの問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、閉ループ回路のうち、静磁波遅延線路形帯
域通過フィルタを除いた部分の物理長を短かくして、印
加直流磁界による発振周波数の連続可変範囲を広帯域に
するとともに、閉ループ回路の小形化が図れる静磁波遅
延線路形発振器を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る静磁波遅延線路形発振器は、２つの静磁
波遅延線路形帯域通過フィルタと、２つの増幅器をフィ
ルタ，増幅器，フィルタ，増幅器の順に接続して接続用
ケーブルを用いずに閉ループ回路を形成したものであ
る。

〔作用〕

この発明における静磁波遅延線路形発振器は静磁波遅延
線路形帯域通過フィルタと増幅器を接続用ケーブルを用
いずに直接接続して閉ループ回路を形成することによ
り、該閉ループ回路のうち静磁波遅延線路形帯域通過フ
ィルタを除いた部分の物理長が短かくなり、電気長の周
波数変化が小さくなるので、印加直流磁界による発振周
波数の連続可変範囲が広帯域となり、また閉ループ回路
が小形になる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において（１）〜（５）は従来の場合と同じもの、
（６）はモノリシックマイクロ波増幅器，（７）は発振
電力取出し用トランスデューサ，（８）は出力端子，
（９）はケース，（10）はアルミナ基板，（11）は閉ル
ープ回路である。

モノリシックマイクロ波増幅器（６）の入出力端をそれ
ぞれ静磁波遅延線路形帯域通過フィルタのトランスデュ
ーサ（3a）あるいは（3b）に直接接続して、閉ループ回
路（11）を形成している。

次に動作について説明する。閉ループ回路（11）はYIG
薄膜（２）に直流磁界を印加すると、従来の場合と同
様、第１式および第２式、すなわち第４式および第５式
を満足する周波数f₁で発振する。

また、発振出力は、、トランスデューサ（3a）からYIG
薄膜（２）中に励振した静磁波の一部を発振電力取出し
用トランスデューサ（７）で受信することにより出力端
子（８）に取り出される。

本発明の静磁波遅延線路形発振器では、閉ループ回路
（11）において、接続用ケーブルの電気長θl,および発
振電力取出し用結合素子の電気長θｃが０であるた
め、、第４式より、位相の発振条件を満足する周波数f₁
の式は次式で与えられる。

従って、トランスデューサ（3a），（3b）の間隔の調整
により第５式と第６式を満足するようにθｏを設定して
おけば、直流磁界を変化させてf₀を変化させると、発振
周波数f₁も追随して変化するので本発明の発振器は周波
数可変形発振器としての動作が得られる。

本発明の発振器では、閉ループ回路（11）を形成するた
めに、接続用ケーブルや発振電力取出し用結合素子を用
いないのでθｌ＝θｃ＝０となり第６式において、閉ル
ープ回路（11）の電気長の周波数変化が小さい。このた
め第２図に示すように、従来の静磁波遅延線路形発振器
に比べ発振周波数特性において不連続の生じない周波数
帯域が拡大される。

従って、広帯域にわたって連続的に周波数を可変にでき
る利点を有する。

なお、以上の実施例では第１図において磁気回路（４）
によりYIG薄膜（２）の面に垂直な方向に直流磁界を印
加し、YIG薄膜（２）中に静磁体積波が励振される場合
を示したが、YIG薄膜（２）の面に平行な方向に印加
し、静磁表面波が励振される場合でもよく、以上の実施
例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、２つの静磁波遅延線
路形フィルタと２つの増幅器をフィルタ，増幅器，フィ
ルタ，増幅器の順に直接接続して接続用ケーブルを用い
ずに閉ループ回路を形成して上記閉ループ回路のうち静
磁波遅延線路形帯域通過フィルタを除いた部分の物理長
を短かくしたので、電気長の周波数変化が小さくなり広
帯域にわたって連続的に発振周波数を変えることがで
き、また、発振器の寸法を小形にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による静磁波遅延線路形発
振器を示す一部欠載の斜視図、第２図はこの発明による
静磁波遅延線路形発振器の印加直流磁界の変化に対する
発振周波数の変化を示す図，第３図は従来の静磁波遅延
線路形発振器を示す概略構成図，第４図は従来の静磁波
遅延線路形発振器の印加直流磁界と発振周波数の関係を
示す図である。 （１）はGGG基板，（２）はYIG薄膜，（3a）は静磁波を
励振するためのトランスデューサ、（3b）は静磁波を受
信するためのトランスデューサ，（４）は磁気回路，
（５）は静磁波遅延線路形帯域通過フィルタ，（６）は
モノリシック増幅器，（７）は発振電力取出し用トラン
スデューサ，（８）は出力端子，（９）はケース，（1
0）はアルミナ基板，（11）は閉ループ回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】YIG（イットリゥム−鉄−ガーネット）薄
   膜，該YIG薄膜内に静磁波を励振あるいは該YIG薄膜内か
   ら静磁波を受信するためのトランスデューサ，および該
   YIG薄膜に直流磁界を印加するための磁気回路からなる
   静磁波遅延線路形帯域通過フィルタと、増幅器と、発振
   電力取出し用結合素子とを具備して構成される静磁波線
   路形発振器において、２つの該静磁波遅延線路形帯域通
   過フィルタと、２つの該増幅器をフィルタ，増幅器，フ
   ィルタ，増幅器の順に接続して閉ループ回路を形成し、
   ２つの該静磁波遅延線路形帯域通過フィルタの通過位相
   と、２つの該増幅器の通過位相との合成位相を２πの整
   数倍とするように上記直流磁界を印加することを特徴と
   する静磁波遅延線路形発振器。
2. 【請求項２】該発振電力取出し用結合素子として、該静
   磁波を励振，受信するためのトランスデューサとは別
   に、該YIG薄膜に密着あるいは誘電体膜を介してトラン
   スデューサを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の静磁波遅延線路形発振器。
3. 【請求項３】該増幅器として、モノリシックマイクロ波
   増幅器を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の静磁波遅延線路形発振器。