(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置され入力に従って高周波磁界を生成する励振電極と、該励振電極上に配置される磁性薄膜と、該磁性薄膜に直流磁界を印加する直流磁界印加手段とを少なくとも具え、周波数選択的に非線形な振幅制限特性を有して電磁波を静磁波に変換する回路からなる静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいて、前記直流磁界は、前記磁性薄膜の前記励振電極と接する面に平行で、かつ前記生成された高周波磁界に対しては斜交させ、静磁表面波／静磁後退体積波の混成モードを励振することを特徴とする静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ。
【請求項２】
請求項１記載の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいて、前記励振電極は誘電体基板上に配置されて直線状に延在するマイクロストリップ線路からなることを特徴とする静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波信号など高周波信号の雑音を軽減するデバイスに係わり、特に、磁性薄膜を伝搬する静磁波（magnetostatic wave：ＭＳＷと略称される）の周波数選択的な電力飽和現象を利用して動作する静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種類の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、例えば、文献J.D.Adam et al. “A magnetostatic wave signal-to-noise enhancer ”, Appl. Phys. Lett.36 (6), 485-487, 1980や、本願人の出願に係わる特開平５−４１６０５号公報「静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ」および特開平４−１２３５０２号公報「静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ」等によって知られている。そして、これらの静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいては、磁性薄膜に印加される外部直流磁界は、磁性薄膜の面内で、かつ、ＭＳＷを励振するための高周波磁界に直角に印加されるように構成され、ＭＳＷのモードの一つである純粋な静磁表面波（ＭＳＳＷ）の周波数選択的飽和現象を利用するものである。
【０００３】
ここで、従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの一例として、上述の特開平４−１２３５０２号公報に記載されているものを図４に示す。図４において、１１は入力端子、１２は出力端子、１３は励振電極を構成するマイクロストリップ線路、１４は磁性薄膜、１５はＧＧＧ基板、１６は導体板、１７は誘電体基板、および１８は静磁波吸収体をそれぞれ示している。また、矢印は磁性薄膜１４に印加される外部直流磁界を示し、これが、高周波磁界の方向（マイクロストリップ線路１３に直交する方向）と直交するように、従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは構成されていた（詳細は、上記公報等を参照されたい）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の静磁表面波を用いた静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、それぞれの動作周波数においては、高周波信号の雑音を軽減するという目的を十分に達成しているものの、動作周波数は、ほぼ２ＧＨｚ以上（例えば、上述の文献（Appl. Phys. Lett.)においては飽和磁化１７８０Ｇの磁性材料を用いて２〜４ＧＨｚ程度の例が示されている）であり、衛星放送受信機のＢＳ−ＩＦ帯である１〜１．３ＧＨｚにおいては使用することができない。
静磁表面波を用いた静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、その動作周波数は磁性薄膜に励起される静磁表面波の存在領域に制限される。静磁表面波の存在領域は、周波数をｆ、磁性薄膜の飽和磁化をＭｓ、外部直流磁界に基づいた磁性薄膜の内部磁界をＨo 、磁気回転比をγとすると、
【数１】
γ・｛Ｈo ・（Ｈo ＋Ｍｓ）｝1/2 ＜ｆ＜γ・（Ｈo ＋Ｍｓ／２）   (1)
で表され、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの動作周波数もこの範囲内となる。エンハンサの動作周波数を低くするためには、(1) 式に従って、磁性薄膜の内部磁界Ｈo あるいは飽和磁化Ｍｓを小さくすればよい。
【０００５】
しかし実際には、内部磁界Ｈo を極端に小さくするとＭＳＷの励振効率が低下し、あるいは、飽和磁化Ｍｓを小さくすると磁性薄膜の結晶性が劣化して良好なデバイス特性が得られなくなり、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの動作周波数を低くすることには限界がある。このようなことから、従来の方法において、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを１ＧＨｚあるいはそれ以下の周波数で動作させることは非常に困難であった。
【０００６】
また、静磁波の飽和過渡応答特性は静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにとって、その信号対雑音比（ＳＮ比）の改善に影響を与える重要な特性である。T.Kuki et al. “A Consideration on Improvement of MSW Signal-to-Noise Enhancer Operation”, APMC '94 Proc., 795-798, 1994 において、静磁波の飽和過渡応答時間は静磁波の群遅延時間と強く相関し、飽和時の周波数選択性が一定という条件の下では、群遅延時間が大きいほど飽和過渡応答時間が短くなることが示されている。静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの信号対雑音比を改善するためには、飽和過渡応答時間を短くすることが必要である。
【０００７】
本発明の目的は、１ＧＨｚ程度以下の低い周波数で動作し、従って衛星放送受信機等においても十分使用可能となり、かつ飽和過渡応答時間が短縮された静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサが純粋な静磁表面波（ＭＳＳＷ）のモードを利用していたのに代えて、ＭＳＳＷと静磁後退体積波（ＭＳＢＶＷ）の混成モードを使用することにより、動作周波数の低周波数化と飽和過渡応答時間の短縮を実現したものである。
【０００９】
ＭＳＳＷ／ＭＳＶＢＷ混成モードでは、従来の純粋なＭＳＳＷモードに比べ内部磁界Ｈo が極端に弱くても静磁波を効率よく、かつ低い周波数の電磁波で励振することができる。また、静磁波の分散関係から、ＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードの群遅延特性を理論的に検討すると、励振電極により生成された高周波磁界と外部直流磁界とがなす角度φを９０°に比して小さく（例えば、φ＝１０°，２０°，３０°）したとき、すなわち、斜交させたときはＭＳＳＷ（φ＝９０°）のときよりも群遅延時間が極めて大きくなることが判明した（図１参照）。
【００１０】
このＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードは、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ（あるいは、電磁波を静磁波に変換する回路）を、本発明に従って、次のように構成することによって得られる。
【００１１】
すなわち、本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、基板上に配置され入力に従って高周波磁界を生成する励振電極と、該励振電極上に配置される磁性薄膜と、該磁性薄膜に直流磁界を印加する直流磁界印加手段とを少なくとも具え、周波数選択的に非線形な振幅制限特性を有して電磁波を静磁波に変換する回路からなる静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいて、前記直流磁界は、前記磁性薄膜の前記励振電極と接する面に平行で、かつ前記生成された高周波磁界に対しては斜交させ、静磁表面波／静磁後退体積波の混成モードを励振することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、前記励振電極が誘電体基板上に配置されて直線状に延在するマイクロストリップ線路からなることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図２は、本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの一実施形態を斜視図にて示している。
図２において、１は励振電極、２は磁性薄膜としてのＹＩＧ薄膜、３は方向性結合器、４は方向性結合器の入力端子、５は同じく方向性結合器の出、入力端子、６は同じく方向性結合器の出力端子、７，８は永久磁石、９はヨーク、および１０は誘電体基板である。
【００１４】
以下、動作につき説明する。
外部から供給され、雑音を軽減することを目的として供給されるマイクロ波の電磁波は、方向性結合器３の入力端子４に供給される。この電磁波は方向性結合器の出、入力端子５に現われ、励振電極１に供給される。一方、励振電極１において方向性結合器３の方向に反射された電磁波は、方向性結合器３の出、入力端子５で受信され、その出力端子６に現われる。上記において、出力端子６に現われた電磁波は、入力端子４に供給された電磁波に比べ、本発明によって改善される分だけ信号対雑音比が改善されている。
【００１５】
なお、上述の動作は、方向性結合器３をサーキュレータに置き換えても全く同様に行えるため、サーキュレータを使用する構成にしてもよい。
【００１６】
次に、本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの主要部分について説明する。ここでは、図２から上述の方向性結合器の部分を除いた部分、即ち、励振電極１、ＹＩＧ薄膜２、永久磁石７，８およびヨーク９からなる部分の上面図を図３に示し、この図をも参照しながら説明する。
【００１７】
励振電極１は、通常誘電体基板１０上に一端短絡（方向性結合器３との接続点から最も離れた端において）のマイクロストリップ線路として形成され、その線路の延在する方向は、図３によって明らかなように、永久磁石７，８の向かい合った面に対し斜交する方向（従来は磁石の面に対し垂直方向）に形成されている。このように励振電極１を磁石の面に対し斜交（これにより、高周波磁界と直流磁界とが斜交することになる）させることによって、本発明による静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、ＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードで動作することになる。
【００１８】
また、ＹＩＧ薄膜２は励振電極１に密着して配置され、永久磁石７，８とそれらを磁気的に繋ぐヨーク９によって構成される磁気回路によって外部から直流磁界が与えられている。ここで、ＹＩＧ薄膜２は他の磁性薄膜、例えば、ＹＩＧのイットリウムや鉄原子を他の原子に置換したようなガーネット薄膜や、リチウムフェライト薄膜などに置き換えて利用することもできる。また、磁気回路もここに例示した永久磁石を用いたもののみならず、他の磁界発生装置、例えばソレノイドコイルを用いた磁気回路等も利用することができる。
【００１９】
本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、周波数選択性を備えた一種のレベルフィルタで、入力信号（電磁波）の電力がある閾値（静磁波の周波数選択的飽和が始まる電力値）より大きい場合（希望波が相当する）には挿入損失が小さく、閾値より小さい場合（雑音または妨害波が相当する）には挿入損失が大きくなるデバイスであり、このような入力電力に応じた挿入損失の差から、入力信号の信号対雑音比が改善されて出力信号が取り出される。図１の場合、方向性結合器３の入力端子４に供給された電磁波は、方向性結合器の出、入力端子５を介して励振電極１に達し、ＹＩＧ薄膜２へ静磁波を励振する。
【００２０】
このとき、入力した電磁波の電力が磁性薄膜の飽和電力の閾値より小さい場合には、入力電力のほとんどが静磁波へ変換され、励振電極から反射される電力は小さい。従って、方向性結合器３の出力端子６から取り出される電力は小さく、従って、雑音または妨害波に対して挿入損失は大きくなる。
【００２１】
一方、入力電力が磁性薄膜の飽和電力の閾値より大きい場合には、磁性薄膜の静磁波に周波数選択的な飽和が起こり、入力電力の一部は静磁波に変換されるが、閾値を越えた分の電力は励振電極から反射されて方向性結合器３の端子６から取り出される。従って、出力電力は、入力電力が小さい場合に比べ大きくなり、希望波の挿入損失は小さくなる。
【００２２】
本発明において特徴的なことは、図２に示すように、励振電極１と磁気回路２の配置に関し、永久磁石７，８およびヨーク９によって構成される磁気回路から発生する直流磁界と、励振電極１により静磁波を励振する高周波磁界とのなす角度がＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードを所望の動作周波数で効率よく励振できる角度、すなわち、直流磁界と高周波とのなす角度φが０°＜φ＜９０°（すなわち、斜交）となるように配置することである。このように、外部直流磁界の方向と静磁波を励振する高周波磁界とのなす角度をこの範囲の値にすることによりＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードが励振され、従来の純粋なＭＳＳＷの励振に比べて低い周波数の静磁波が励振し易くなり、動作周波数の低周波数化が可能になると同時に、飽和過渡応答時間の短縮を図ることができる。
【００２３】
以上においては、本発明に係わる静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを図１，図２に示す構成の実施形態に基づいて説明してきた。この実施形態では、本願人の出願に係る特開平５−４１６０５号公報に見られるような、入力電力の変化に従い静磁波変換回路の励振電極構造から決まる電磁波と静磁波の整合状態が変化することを利用して反射型の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを構成している。
【００２４】
本発明のとり得る他の実施形態としては、従来技術の項において述べたJ.D.Adam et al. による文献に見られるように、伝送線路上に磁性薄膜を装荷した静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに構成し、または、本願人の出願に係る特開平４−１２３５０２号公報に見られるような２つの静磁波フィルタを用いた静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに構成してもよい。しかし、いずれの場合においても、本発明では、磁性薄膜に印加する外部直流磁界の方向と静磁波を励振する高周波磁界とを斜交させてＭＳＳＷ／ＭＳＢＶＷ混成モードを励振させることが必須の要件である。
【００２５】
最後に、本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいては、上述の磁性薄膜に印加する外部直流磁界は、また、ＹＩＧ薄膜など磁性薄膜のこれが励振電極と接する面に平行に印加するものとする。
【００２６】
【発明の効果】
従来、例えば、飽和磁化１７８０ＧのＹＩＧを使用し、純粋にＭＳＳＷのモードの静磁波Ｓ／Ｎエンハンサでは２ＧＨｚ程度が動作可能な周波数の下限であったが、本発明によれば、動作周波数が１ＧＨｚでしかも良好な特性を有する静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを実現することができる。
【００２７】
静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを衛星放送受信機の雑音軽減に応用することを考えると、動作周波数がＢＳ−ＩＦ帯である１〜１．３ＧＨｚに一致させることが望まれる。しかし、上記の飽和磁化１７８０ＧのＹＩＧを用いたものでは、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの動作周波数の下限が２ＧＨｚであるため、ＢＳ−ＩＦ帯に合わせるために周波数変換回路を設けて、衛星放送受信に適応させていた。本発明により、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの動作周波数を１ＧＨｚ程度に低周波数化することにより、これをＢＳ−ＩＦ帯の周波数に合わせることができ、従って、周波数変換回路の必要が無くなり、衛星放送受信機の回路の簡素化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、群遅延時間の大きい静磁波Ｓ／Ｎエンハンサが得られるため、飽和過渡応答時間が短縮され、静磁波Ｓ／Ｎエンハンサによる衛星放送受信の映像信号の信号対雑音比の改善効果が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおける、励振電極により生成された高周波磁界と磁性薄膜に印加される外部直流磁界がなす角の群遅延時間に与える影響を示している。
【図２】本発明静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの一実施形態を斜視図にて示している。
【図３】図２に示す静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの一実施形態から方向性結合器を除いた部分を上面図にて示している。
【図４】従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの一例の構成を示している。
【符号の説明】
１  励振電極（マイクロストリップ線路）
２  磁性薄膜（ＹＩＧ薄膜）
３  方向性結合器
４  方向性結合器の入力端子
５  方向性結合器の出、入力端子
６  方向性結合器の出力端子
７，８  永久磁石
９  ヨーク
１０  誘電体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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