(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体などの能動素子を用いず、単純な受動素子のみで構成された、シンプルかつ小型の周波数逓倍器を提供する。【解決手段】周波数逓倍器１は、信号線路１３と、一方向の磁気モーメントを有する磁性体１１とを備え、磁性体１１の磁気モーメントの方向１１ａおよびその方向に直交する方向の両方向以外の方向１３ａで信号線路１３が磁性体１１に配されている。磁性体１１は、磁性体材料によって単体で平板形状に形成されたものであってもよく、基板上に磁性体材料を積層して薄膜状に形成されたものであってもよい。磁気モーメントの方向１１ａと信号線路の方向１３ａとのなす角２は、最も強い強度の逓倍波を得るために、４５度とすることが望ましい。【選択図】図２
2011142506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線路と、一方向の磁気モーメントを有する磁性体とを備え、前記磁性体の磁気モーメントの方向およびその方向に直交する方向の両方向以外の方向で前記信号線路が前記磁性体に配されていることを特徴とする周波数逓倍器。
【請求項２】
前記磁性体の磁気モーメントの方向と前記信号線路の方向とのなす角が４５度であることを特徴とする請求項１に記載の周波数逓倍器。
【請求項３】
前記磁性体は鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも一つが含まれ、一軸磁気異方性が付与されている強磁性体材料から、または、この強磁性体材料と反強磁性材料とが積層された一方向磁気異方性が付与されている強磁性／反強磁性交換結合膜からなり、前記信号線路は銅、アルミニウム、金、および銀から選ばれる導電性材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数逓倍器。
【請求項４】
前記磁性体および／または前記信号線路は、薄膜状に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の周波数逓倍器。
【請求項５】
前記磁性体および／または信号線路は、スパッタ、蒸着、およびイオンプレーティングから選ばれる真空プロセス、スプレー法、および電着法のうちの少なくとも一つの方法で前記薄膜状に形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の周波数逓倍器。
【請求項６】
前記信号線路は誘電体を介して前記磁性体に配されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の周波数逓倍器。
【請求項７】
前記誘電体はポリイミド、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、プラスチック、各種ビニル、天然ゴム、各種樹脂、マイカ、ガラス、およびセラミックから選ばれる誘電性材料からなることを特徴とする請求項６に記載の周波数逓倍器。
【請求項８】
前記誘電体は、薄膜状に形成されたものであることを特徴とする請求項６または７に記載の周波数逓倍器。
【請求項９】
前記誘電体は、スパッタ、蒸着、およびイオンプレーティングから選ばれる真空プロセス、スプレー法、および電着法のうちの少なくとも一つの方法で前記薄膜状に形成されたものであることを特徴とする請求項８に記載の周波数逓倍器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体などの能動素子を用いず、信号線路／磁性体からなる単純な受動素子のみで構成され、磁性体が有する非線形性を利用し、出力信号に入力信号の整数倍の成分が含まれる周波数逓倍器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、特開２００７−２１５２４７号に示されている周波数逓倍器がある。これは半導体など能動素子で構成され，非線形性を利用したＣ級増幅回路が用いられている。
【０００３】
したがって、前記従来技術の周波数逓倍器は、能動素子で構成されることから周波数逓倍器自体に電源を必要とするため、より多くのエネルギーを消費してしまう。また周波数逓倍器およびその周辺回路が複雑になってしまうため小型化には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１５２４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周波数逓倍器およびその周辺回路を簡略化するためには、周波数逓倍器自体が受動素子によって構成されることが重要な課題である。本発明は、前記課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の周波数逓倍器は、信号線路と、一方向の磁気モーメントを有する磁性体とを備え、前記磁性体の磁気モーメントの方向およびその方向に直交する方向の両方向以外の方向で前記信号線路が前記磁性体に配されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の周波数逓倍器は、請求項１に記載されたもので、前記磁性体の磁気モーメントの方向と前記信号線路の方向とのなす角が４５度であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の周波数逓倍器は、請求項１または２に記載されたもので、前記磁性体は鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも一つが含まれ、一軸磁気異方性が付与されている強磁性体材料から、または、この強磁性体材料と反強磁性材料とが積層された一方向磁気異方性が付与されている強磁性／反強磁性交換結合膜からなり、前記信号線路は銅、アルミニウム、金、および銀から選ばれる導電性材料からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の周波数逓倍器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載されたもので、前記磁性体および／または前記信号線路は、薄膜状に形成されたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の周波数逓倍器は、請求項４に記載されたもので、前記磁性体および／または信号線路は、スパッタ、蒸着、およびイオンプレーティングから選ばれる真空プロセス、スプレー法、および電着法のうちの少なくとも一つの方法で前記薄膜状に形成されたものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の周波数逓倍器は、請求項１〜５のいずれか１項に記載されたもので、前記信号線路は誘電体を介して前記磁性体に配されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の周波数逓倍器は、請求項６に記載されたもので、前記誘電体はポリイミド、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、プラスチック、各種ビニル、天然ゴム、各種樹脂、マイカ、ガラス、およびセラミックから選ばれる誘電性材料からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の周波数逓倍器は、請求項６または７に記載されたもので、前記誘電体は、薄膜状に形成されたものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の周波数逓倍器は、請求項８に記載されたもので、前記誘電体は、スパッタ、蒸着、およびイオンプレーティングから選ばれる真空プロセス、スプレー法、および電着法のうちの少なくとも一つの方法で前記薄膜状に形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の周波数逓倍器では半導体などの能動素子を用いず、信号線路／磁性体からなる単純なデバイス構造であり、受動素子のみで構成される。信号線路を磁性体内の磁気モーメントの方向に対し平行および直交する方向以外の向きに配することで、非線形性の効果を得ることができ、出力信号に入力信号の整数倍の成分が含まれる周波数逓倍器を構成できる。したがって、本発明の周波数逓倍器によれば、構造が極めて簡便であるのでシンプルで小型のものとすることができると共に、受動素子であるので電源が不要であるため周辺電子回路を大幅に簡略化することができる。周波数逓倍器およびその周辺電子回路を小型化することができるからパソコンや携帯電話など様々な情報通信機器の発振回路への適用できる。
【００１６】
本発明の周波数逓倍器によれば、磁性体の磁気モーメントの方向と信号線路の方向とのなす角を４５度とすることで、得られる逓倍波の強度を最も強くすることができる。
【００１７】
本発明の周波数逓倍器によれば、信号線路が誘電体を介して磁性体に配されていることにより、磁性体が導電性を有している場合に、信号線路と磁性体との導通を確実に防止することができるため、所期の性能を得ることができる。
【００１８】
本発明の周波数逓倍器によれば、信号線路、磁性体、および、誘電体を配したときには誘電体、の少なくともいずれかを薄膜状に形成することで、デバイスを小型化することができる。特に全てを薄膜状に形成することで極めて薄く小型のデバイスとすることができ、例えば、１００μｍ角以下のサイズで１０μｍ以下の厚さのものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明において信号線路と磁性体とで構成される周波数逓倍器の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の周波数逓倍器の上面図である。
【図３】本発明において信号線路と誘電体と磁性体とで構成される周波数逓倍器の構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の周波数逓倍器とその周辺回路のブロック図である。
【図５】本発明の周波数逓倍器によって得られる逓倍波の強度のシミュレーション結果とその条件である。
【図６】比較例として本発明適用外の周波数逓倍器によって得られる逓倍波の強度のシミュレーション結果とその条件である。
【図７】比較例として本発明適用外の周波数逓倍器によって得られる逓倍波の強度のシミュレーション結果とその条件である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明の周波数逓倍器は、信号線路と、一方向の磁気モーメントを有する磁性体とを備え、磁性体の磁気モーメントの方向およびその方向に直交する方向の両方向以外の方向で信号線路が磁性体に配されているものである。この周波数逓倍器１を模式的に図１に示す。
【００２２】
同図に示すように、周波数逓倍器１は、磁性体１１の上面側（図の上側）に、信号線路１３が配されたものである。磁性体１１は、一例として同図に示すように、上面視の形が正方形の平板形状に形成されている。なお、その上面視の形は、正方形に限定されず、長方形や、六角形などの多角形、または円形であってもよい。この磁性体１１は、磁性体材料によって単体で平板形状に形成されたものであってもよく、不図示の基板上に磁性体材料を積層して薄膜状に形成されたものであってもよい。
【００２３】
信号線路１３は、磁性体１１の上面側よりも幅狭に形成されていて、磁性体１１の対向し合う端部から端部まで直線的に横切るように配されている。信号線路１３は、導電性材料によって単体で線状形状に形成されたものを磁性体１１上に接着材等で固定して配してもよいし、磁性体１１上に導電性材料を積層して薄膜状に形成してもよい。信号線路１３は、その線状の一端部が信号入力部になり、他端部が信号出力部になる。この周波数逓倍器１の入出力に方向性は無いので、信号線路１３のいずれの端部を信号入力部とするか信号出力部とするかは任意である。
【００２４】
この周波数逓倍器１の上面図（平面図）を図２に示す。磁性体１１は一方向の磁気モーメントを有するものであり、その磁気モーメントの方向１１ａを同図中に実線矢印で示す。また、信号線路１３の方向１３ａを同図中に破線矢印で示す。信号線路１３の方向１３ａは、磁気モーメントの方向１１ａ以外の方向であり、かつ、磁気モーメントの方向１１ａに直交する方向以外の方向である。つまり、磁気モーメントの方向１１ａと信号線路１３ａの方向１３ａとのなす角２は、０度以外および９０度以外になっている。言い換えると、磁性体１１は、このような磁気モーメントの方向１１ａとなるように磁化されている。
【００２５】
この角２は、最も強い強度の逓倍波を得るために、４５度とすることが望ましい。
【００２６】
磁性体１１は、公知の種々の磁性体材料を用いて形成することができる。例えば、磁性体１１は、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも一つが含まれ、一軸磁気異方性が付与されている強磁性体材料から、または、この強磁性体材料と反強磁性材料とを積層し、一方向磁気異方性が付与されている強磁性／反強磁性交換結合膜からなることが望ましい。
【００２７】
磁性体１１が上記の強磁性体材料からなっている場合、ＧＨｚを超える周波数においても周波数逓倍器１を動作できるので望ましい。また、磁性体１１が上記の強磁性／反強磁性交換結合膜からなっている場合、磁気モーメントを指定する方法に向けることが容易であるので望ましい。
【００２８】
信号線路１３は、公知の種々の導電性材料を用いて形成することができるが、銅、アルミニウム、金、および銀から選ばれる導電性材料を用いることが、導電率および材料の入手性の観点から望ましい。また、信号が減衰しないように信号線路の導電率は高いことが望ましい。
【００２９】
磁性体１１および／または信号線路１３は、いずれも薄膜状に形成されたものである方が周波数逓倍器１を小型に形成できるので望ましい。
【００３０】
磁性体１１および／または信号線路１３を薄膜状に形成するには、公知の種々の方法で形成することができるが、スパッタ、蒸着、イオンプレーティングなどの真空プロセス、スプレー法、および電着法の少なくとも一つの方法で形成することが、薄膜形成の簡便さの観点から望ましい。
【００３１】
磁性体１１が導電性を有する場合には、図３に示すように、信号線路１３が誘電体１２を介して磁性体１１上に配されて構成されている周波数逓倍器１ａとすることが望ましい。このように誘電体１２を配することで、信号線路１３と磁性体１１とを確実に絶縁することができる。この場合、誘電体１２は、同図に示すように磁性体１１の上面側の全域を被覆するように配してもよいし、信号線路１３の下側（図の下側）にだけ配してもよい。誘電体１２を薄膜状に形成することが、周波数逓倍器１ａの小型化の観点から望ましい。誘電体１２を薄膜状に形成するには、前記した磁性体１１や信号線路１３と同様の方法で形成することが望ましい。
【００３２】
誘電体１２は、信号線路１３と磁性体１１とを絶縁することができる公知の種々の材料を用いることができる。特に誘電体１２がポリイミド、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、プラスチック、各種ビニル、天然ゴム、各種樹脂、マイカ、ガラス、およびセラミックから選ばれる誘電性材料からなることが、絶縁性を持つので望ましい。
【００３３】
図１に示すように磁性体１１および信号線路１３で構成される周波数逓倍器１であっても、図３に示すようにさらに誘電体１２を追加した周波数逓倍器１ａであっても、磁性体１１、信号線路１３、誘電体１２を薄膜状に形成することで、極めて小型なものとすることができ、一例として、磁性体１１の膜厚を１μｍ、信号線路１３の膜厚を５μｍ、誘電体１２の膜厚を１μｍのようにすることで、１００μｍ角以下のサイズで１０μｍ以下の厚さの周波数逓倍器１とすることができる。
【００３４】
次に、周波数逓倍器１の作動原理について図２を参照しつつ説明する。
【００３５】
信号線路１３の一端側（図の下側）から入力された周波数ｆの信号電流は、信号線路の方向１３ａに沿って信号線路１３上を伝播していく。このときに磁性体１１の磁気モーメント１１ａと信号線路１３とのなす角２を０度および９０度の両角度以外とする場合、磁性体１１に非線形性が生じ、出力信号は基本周波数ｆとその高調波成分２ｆ＋３ｆ＋・・・が合わさり、周波数逓倍器として動作する。
【００３６】
磁気モーメントと信号線路とのなす角２が４５度の場合に、逓倍波である高調波成分２ｆ＋３ｆ＋・・・の強度が最も高くなる。
【００３７】
逓倍波の強度をさらに高くするためには、信号線路１３の長さが長いほど、磁性体１１の厚さが厚い方が望ましいが、前述で一例とした、磁性体１１の膜厚を１μｍ、信号線路の長さを１００μｍ以下とする場合で、かつ、後述するシミュレーションのような１Ｏｅの低磁界においても、図５に示すように逓倍波が得られる。
【００３８】
周波数逓倍器１ａの場合であっても、誘電体１２は磁界に対してほとんど影響しないので、上記と同様に作動する。
【００３９】
前記周波数逓倍器１を利用する一例として、図４に示すように前段には発振回路５１、後段にはバンドパスフィルタ５２を接続する方法が挙げられる。バンドパスフィルタ５２として、所望の高調波成分（例えば３倍高調波成分）のみを通過させるものを用いる。
【実施例】
【００４０】
ランダウ・リフシッツ・ギルバートの運動方程式
【００４１】
【数１】
2011142506.tif 000003
を基本とし、独自で開発した磁気モーメント運動シミュレーションソフトウェアを用いて、周波数逓倍器に基本周波数ｆのみの周波数成分を有する信号を入力した場合、どのような周波数成分および強度の信号が出力されるかのシミュレーションを行った。
【００４２】
実施例として、本発明の周波数逓倍器１において、磁気モーメントと信号線路とのなす角（図２の角２）が４５度である場合の計算結果は、図５に示すとおり基本周波数ｆとその高調波成分２ｆ＋３ｆ＋・・・が現れた。
【００４３】
一方、比較例として、磁気モーメントと信号線路とのなす角を０度または９０度とした以外は実施例と同様の条件でシミュレーションを行った。磁気モーメントと信号線路とのなす角が０度または９０度の場合は、図６または図７に示すとおり基本周波数ｆのみ現れた。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ：周波数逓倍器
１１：磁性体
１１ａ：磁気モーメントの方向
１２：誘電体
１３：信号線路
１３ａ：信号線路の方向（信号の伝播方向）
２：磁気モーメントと信号線路とのなす角
５１：発振回路
５２：バンドパスフィルタ
【図１】
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【図２】
2011142506.tif 000005
【図３】
2011142506.tif 000006
【図４】
2011142506.tif 000007
【図５】
2011142506.tif 000008
【図６】
2011142506.tif 000009
【図７】
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