(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＩＧ素子がつぼ形磁気コアの中心軸の先端面に向き合うように、結合コイルが、板状磁気コアの内面に固定されている混成集積回路基板上に取り付けられている、ＹＩＧデバイス用共振器において、前記結合コイルが、一定の距離だけ互いに離れて同軸に並んで配置されている、同一形状の２つの結合コイルからなることを特徴とするＹＩＧデバイス用共振器。
【請求項２】
前記混成集積回路基板に切り欠き部が形成され、前記２つの結合コイルの一部が前記切り欠き部内に突出している、請求項１に記載のＹＩＧデバイス用共振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波周波数帯における発振器やフィルタを構成するＹＩＧ（イットリウム・アイアン・ガーネット）デバイス等において用いられる共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＩＧデバイスは、イットリウム・鉄・ガーネットの３金属フェリ磁性共鳴のＱが非常に高い特性を利用した、マイクロ波帯の可変同調共振器用／発振器用のデバイスである。
【０００３】
図７は従来のＹＩＧデバイスの横断面図、図８（１）は共振器部分の平面図、図８（２）は共振器部分の側面図、図９はこの共振器の３．８〜４．２ＧＨｚでの反射特性を示す図である。
【０００４】
図７に示すように、ＹＩＧデバイスは、中心軸２を有するつぼ形磁気コア１の上方部の開放面が板状磁気コア３で蓋がされ、中心軸２の先端面と板状磁気コア３との間にＹＩＧ素子４が配置されている。ＹＩＧ素子４は、板状磁気コア３の内面に平行な支持棒５の一方の端部に取り付けられている。支持棒５の他の端部は固定具６で板状磁気コア３の内面に固定されている。
【０００５】
板状磁気コア３の内面にはまた混成集積回路基板７が固定されている。混成集積回路基板７上に、ＹＩＧ素子４（０．５ｍｍφ）が中心部に位置するように半円形（０．９ｍｍφ）をした結合コイル８が取り付けられている（図８）。
【０００６】
発振器を構成する場合には、図示されていないが、ＹＩＧ素子４を共振器とする発振回路が形成され、その発振出力の増幅器が混成集積回路基板７上に形成されて使用される。
【０００７】
中心軸２の周囲にコイル９が形成され、電源端子１０よりコイル９に直流電圧を印加し、コイル９に電流を流してＹＩＧ素子４に磁界を印加することができるようになっている。この磁界印加によってＹＩＧ素子４が共振し、発振器として作用させることができる。そして、その発振出力を板状磁気コア３に取り付けられた同軸コネクタ１１から外部に出力する。ＹＩＧ素子４の共振周波数は磁界の強度に比例するため、コイル９に流す電流を制御することで、所望の共振周波数が得られる。
【０００８】
ＹＩＧデバイスは、主にスペクトラム・アナライザやネットワーク・アナライザのローカル発振器やフィルタに用いられており、それら計測器の性能を左右してしまうほどの重要な構成部品となっている。そのため、それらの性能を改善するため、ＹＩＧデバイスの特性を改良することが行われてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＹＩＧデバイスの共振特性は、共振器を構成しているＹＩＧ素子４と結合コイル８によって決定される。すなわち、ＹＩＧ素子４の結晶格子に欠陥があったり、完全な球でなかったり、結合コイル８の作る高周波磁場が不均一だった場合には、ＹＩＧ素子４内部のスピンの歳差運動が一様でなくなってしまい、それはＱの悪化、スプリアスの発生、寄生共振の発生（図９）等の、ＲＦ特性の悪化として現れる。これを防ぐためには、ＹＩＧ素子４の結晶の育成、および球への加工をより完全にすることが考えられる。しかし、現在以上に質の良いＹＩＧ素子４を製作することは非常に難しい。よって、結合コイル８側の工夫により、ＲＦ特性の悪化を防ぐことが望まれている。
【００１０】
また、最近のデジタル通信等の測定アプリケーションにおいては、バースト状の信号等短時間のスペクトラムを解析したいという要求があり、ＹＩＧデバイスをより高速に周波数掃引する必要が高まってきた。従来は、つぼ形磁気コア１と板状磁気コア３の間隔をより狭くすることが行われてきた。同じ磁界を発生させるためのコイル９の巻き線数を減らし、インダクタンスを小さくすることによって、高速な周波数掃引を可能にするのである。通常、この空間には共振器（ＹＩＧ素子４、結合コイル８）、混成集積回路基板７等を実装しなければならないため、間隔を狭くするには共振器自体を小形化しなければならない。しかし、現在用いられている形の共振器では、特性を維持するため、現在以上に小形化するのは非常に困難である。
【００１１】
本発明の目的は、結合コイルが発生する高周波磁場の均一度が良く、寄生共振が抑制された、ＹＩＧデバイス用共振器を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、従来の結合コイルと同等の性能を保ちながら、小型のＹＩＧデバイス用共振器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の共振器は、ＹＩＧ素子がつぼ形磁気コアの中心軸の先端面に向き合うように、結合コイルが、板状磁気コアの内面に固定されている混成集積回路基板上に取り付けられているＹＩＧデバイス用共振器において、前記結合コイルが、一定の距離だけ互いに離れて同軸に並んで配置されている、同一形状の２つの結合コイルからなる。
【００１４】
本発明は、ＹＩＧデバイスの共振器部の結合コイルを、従来の単なるループから、二つのループを同軸に並んで配置するようにしたものである。このようにすることにより、結合コイルの発生する高周波磁場の均一度がよくなり、共振器の寄生共振が抑制され、それによってＹＩＧデバイスのＲＦ特性の悪化を防ぐことができる。
【００１５】
この変更は結合コイルの部分の構成を変えるだけであるため、従来の部品をそのまま使用することができ、現在のＹＩＧデバイスに簡単に用いることができる。したがって、従来のスペクトラム・アナライザ等の性能の改善を簡単に行うことができる。
【００１６】
また、本発明の共振器は、混成集積回路基板に切り欠き部が形成され、２つの結合コイルの一部が切り欠き部内に突出している。
【００１７】
したがって、従来の結合コイルと同等の性能を保ちながら、共振器自体を小形化することも可能である。これによって、磁気コアの間隔をより狭くすることができるようになり、小形でかつ高速に周波数掃引が可能なＹＩＧデバイスを作ることができる。このＹＩＧデバイスをスペクトラム・アナライザ等に搭載することによって、より高速に周波数掃引してスペクトラム解析ができるため、最近のデジタル無線通信装置等のアプリケーションに適用することができる。また、ＹＩＧデバイスの小形化により、計測器の小形化、および消費電力の減少も同時に実現できるという利点も備えている。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１（１）、（２）は本発明の第１の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の共振器部分の平面図と側面図である。
【００２０】
本実施例では、結合コイル１２ａと１２ｂは直径５０μｍの金ワイヤを直径０．９ｍｍの半円状に１／２ターン巻きに加工したもので、高周波磁場の均一度が最も良くなるように、互いにＬ＝０．４５ｍｍだけ離れて同軸に並んで配置されている。ＹＩＧ素子４は結合コイル１２ａと１２ｂの軸線上の中間点に位置しており、従来のものと同じ（０．５ｍｍφ）である。
【００２１】
図２は半径１ｍｍの結合コイル１２ａ、１２ｂがその中心軸上に発生する磁場分布を示す図である。縦軸が、Ｌ＝０の場合の磁場の強度を１としたときの磁場の相対強度、横軸が結合コイル１２ａ、１２ｂの中心軸上の座標であり、０が結合コイル１２ａと１２ｂ間の中心点に相当する。図２では、結合コイル１２ａと１２ｂの位置ｌをそれぞれ０、±０．２ｍｍ、±０．４ｍｍ、±０．６ｍｍ、±０．８ｍｍ、±１．０ｍｍ、±０．５ｍｍとした場合について磁場分布を示している。
【００２２】
結合コイル１２ａ、１２ｂを中心点から＋０．５ｍｍ，−０．５ｍｍの点に配置した場合に、磁場の均一度が最も良くなる。結合コイル１２ａと１２ｂを±０．５ｍｍの位置から近づけていった場合、磁場分布は山なりになり、間隔が０のとき磁場の均一度が最も悪くなる。また、結合コイル１２ａと１２ｂを±０．５ｍｍの位置から遠ざけていった場合、磁場分布は中心部に谷を形成する。
【００２３】
以上では、具体的に寸法をあげた例を示したが、均一度がよくなるのは、この例の場合だけに限らない。結合コイル１２ａ、１２ｂの半径をＤとした場合、二つの結合コイル１２ａ，１２ｂを距離Ｄだけ離して配置すると、磁場の均一度が最もよくなることがわかっている。
【００２４】
本実施例によれば、従来のものよりも高周波磁場を均一にすることができ、その結果図３に示すように、寄生共振を抑えることができる。
【００２５】
図３は本実施例のＹＩＧデバイス用共振器の３．８〜４．２ＧＨｚでの反射特性を示す図である。
【００２６】
従来のＹＩＧデバイス用共振器の反射特性（図９）に見られるような歪みがほとんど見られなくなっている。発振器の場合には、反射特性の歪みは寄生発振等として現れるため、歪みが見られないことで寄生共振が抑えられていることがわかる。
【００２７】
図４（１）、（２）は本発明の第２の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の共振器部分の平面図と側面図である。
【００２８】
本実施例では、直径５０μｍの金ワイヤを直径０．７ｍｍの円状に１．５ターン巻きに加工した２個の結合コイル１３ａ，１３ｂが、磁場の均一度が最も良くなるように、Ｌ＝０．３５ｍｍだけ離して同軸に対向して配置されている。ＹＩＧ素子４は、その２つの軸線上の中間点に位置している。ＹＩＧ素子４は従来のものと同じもの（０．５ｍｍ）を用いている。これによって、従来の共振器と同じ直径のＹＩＧ素子４を使用しながら、共振器の直径を図８の従来の０．９ｍｍから０．７ｍｍと小さくすることができたことになる。また、この実施例の場合には、図４（２）のように混成集積回路基板７を削って切り欠き部を形成し、コイル下側を混成集積回路基板７の切り欠き部内に突出させることにより、さらに高さを抑えることができ、共振器の実質的な高さは従来のものの半分程度となった。このように、共振器の高さを抑えることができたことにより、磁気コア１と３の間隔を狭めることができ、周波数掃引速度を従来の３倍にすることができた。また、コイル９の体積も従来の１／５にすることができた。
【００２９】
図５は結合コイル１３ａ，１３ｂの半径を０．８ｍｍとし、磁場の均一度が最も良くなる点ｌ＝±０．４ｍｍのところに配置した場合の磁場分布を示す。他の線は、図５のデータである（半径１ｍｍの結合コイル）。小形化したことにより、磁場が均一な範囲が狭まっているが、それでも従来に比べて十分な磁場の均一度を持っていることがわかる。
【００３０】
したがって、従来の結合コイルのループの直径より小さくしても、高周波磁場の均一度が良くなっていることから、従来と同等の性能を発揮することができる。
【００３１】
図６はこの共振器の、３．８〜４．２ＧＨｚの反射特性を示す図である。従来の共振器の特性（図９）とほぼ等しいことがわかる。実際に発振させてみたところ、従来の共振器で３．５ＧＨｚ〜８．３ＧＨｚの帯域で発振していたものが、この共振器では３．５〜８．９ＧＨｚで発振し、性能の悪化は見られなかった。
【００３２】
以上の実施例では、結合コイルの形状は半円状または円状であるが、これに限定されるものではない。また、本発明の共振器はＹＩＧデバイス以外のデバイスにも用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、以下に示すような効果がある。
（１）請求項１の発明は、相並んで二つの結合コイルを用いることにより、ＹＩＧ素子にかかる高周波磁界を均一化し、それによって寄生共振を減少させることができる。
（２）請求項２の発明は、対向した二つの結合コイルの一部を基板の切り欠き部内に突出させることにより、磁気回路のギャップ（磁気コアの間隔）を従来のものよりも小さくすることができ、共振器を小形にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の共振器部分の平面図と側面図である。
【図２】第１の実施例における結合コイル１２ａ，１２ｂがその中心軸上に発生する磁場分布を示すグラフである。
【図３】第１の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の３．８〜４．２ＧＨｚでの反射特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の共振部分の平面図と側面図である。
【図５】第２の実施例における結合コイル１３ａ，１３ｂがその中心軸上に発生する磁場分布を示す図である。
【図６】第２の実施例のＹＩＧデバイス用共振器の３．８〜４．２ＧＨｚでの反射特性を示す図である。
【図７】従来のＹＩＧデバイス用共振器の横断面図である。
【図８】図７のＹＩＧデバイス用共振器の共振器部分の正面図と側面図である。
【図９】図７のＹＩＧデバイス用共振器の３．８〜４．２ＧＨｚでの反射特性を示す図である。
【符号の説明】
１    つぼ形磁気コア
２    中心軸
３    板状磁気コア
４    ＹＩＧ素子
５    支持棒
６    固定具
７    混成集積回路基板
８    結合コイル
９    コイル
１０  電源端子
１１  同軸コネクタ
１２ａ，１２ｂ  結合コイル
１３ａ，１３ｂ  結合コイル
【図１】
0003642872.tif 000002
【図２】
0003642872.tif 000003
【図３】
0003642872.tif 000004
【図４】
0003642872.tif 000005
【図５】
0003642872.tif 000006
【図６】
0003642872.tif 000007
【図７】
0003642872.tif 000008
【図８】
0003642872.tif 000009
【図９】
0003642872.tif 000010