(57)【要約】ＹＩＧエンクロージャ（４２、４６）と、永久磁石（４６）によって磁気的に調整されたＹＩＧ球（１２）とを有するＹＩＧ発振器（２４０）が設けられる。ＹＩＧ球（１２）は、球保持部（２０２）の一端部に取付けられている。球保持部（２０２）は、球保持部（２０２）をＹＩＧエンクロージャ（４２、４６）の底部ハウジング（４４）に直接取付けるように構成された取付け面（２０８）を有する。ＹＩＧ球（１２）は、ゼロ温度補償（ＺＴＣ）軸（１２２）が取付け面（２０８）と所定の角度をなすように、球保持部（２０２）と位置合わせされる。結合ループ（１６）は、ＹＩＧ球（１２）へ、及びＹＩＧ球から共振信号を送受信するように構成されている。
2004511122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部ハウジング［４２］及び底部ハウジング［４４］を含むＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］を有するＹＩＧ発振器［２４０］であって、
前記ＹＩＧ発振器［２４０］は
前記ＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の上部ハウジング［４２］に取付けられた永久磁石［４６］と、
取付け面［２０８］を有する球保持部［２０２］であって、該取付け面［２０８］が、前記球保持部［２０２］をＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の底部ハウジング［４４］に直接取付けるように構成されている球保持部［２０２］と、
前記永久磁石［４６］に磁気的に結合されるように構成され、前記球保持部［２０２］の端部に取付けられたＹＩＧ球［１２］であって、ゼロ温度補償（ＺＴＣ）軸［１２２］を有するＹＩＧ球［１２］と、
前記ＹＩＧ球［１２］に隣接して前記ＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の底部ハウジング［４４］に接続された基板［５０］と、
前記ＹＩＧ球［１２］の周りで輪をつくり、かつ前記ＹＩＧ球［１２］と永久磁石［４６］との間に磁界［１４］を貫通するように構成され、前記基板［５０］に接続された結合ループ［１６］とを備え、
前記ＺＴＣ軸［１２２］が前記取付け面［２０８］と所定の角度をなしているＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項２】
前記基板［５０］上に形成されて前記結合ループ［１６］に接続され、前記ＹＩＧ球［１２］と永久磁石［４６］との間で前記磁界［１４］を励起するように構成されたトランジスタ［３２］を含む請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項３】
前記取付け面［２０８］が実質的に平面である請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項４】
前記球保持部［２０２］が平行四辺形の断面を有する請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項５】
前記球保持部［２０２］が正方形の断面を有する請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項６】
前記所定の角度が０°である請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項７】
前記所定の角度が正の角度である請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項８】
前記所定の角度が負の角度である請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項９】
前記永久磁石［４６］が円筒形の永久磁石［４６］である、請求項１に記載のＹＩＧ発振器［２４０］。
【請求項１０】
上部ハウジング［４２］及び底部ハウジング［４４］を含むＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］を有するＹＩＧ発振器［２４０］であって、
前記ＹＩＧ発振器［２４０］は、
前記ＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の上部ハウジング［４２］に取付けられた永久磁石［４６］と、
平行四辺形の断面を有し、かつ実質的に平面の取付け面［２０８］を有する球保持部［２０２］であって、該取付け面［２０８］が、前記球保持部［２０２］をＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の底部ハウジング［４４］に直接取付けるように構成されている球保持部［２０２］と、
前記永久磁石［４６］に磁気的に結合されるように構成され、前記球保持部［２０２］の端部に取付けられたＹＩＧ球［１２］であって、ゼロ温度補償（ＺＴＣ）軸［１２２］を有するＹＩＧ球［１２］と、
前記ＹＩＧ球［１２］に隣接して前記ＹＩＧエンクロージャ［４２、４６］の底部ハウジング［４４］に接続された基板［５０］と、
前記ＹＩＧ球［１２］の周りで輪をつくり、かつ前記ＹＩＧ球［１２］と永久磁石［４６］との間に磁界［１４］を貫通するように構成され、前記基板［５０］に接続された結合ループ［１６］と、
前記基板［５０］上に形成されて前記結合ループ［１６］に接続され、前記ＹＩＧ球［１２］と永久磁石［４６］との間で前記磁界［１４］を励起するように構成されたトランジスタ［３２］とを備え、
前記ＺＴＣ軸［１２２］が前記取付け面［２０８］と所定の角度をなしているＹＩＧ発振器［２４０］。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、電子機器用の発振器に関し、より詳細には、強磁性の同調リングを用いた同調可能なＹＩＧ発振器に関する。
【０００２】
（背景技術）
同調可能なイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ）発振器は、５００ＭＨｚから４０ＧＨｚまでのマイクロ波帯において信号を発生する発振器である。ＹＩＧ発振器の心臓部は、ＹＩＧ球状共振器である。ＹＩＧ球状共振器は、そのＹＩＧ球状共振器を貫通する磁界の強さに比例する固有共振周波数を有する。ＹＩＧ共振器は、磁界がＹＩＧ（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）球体に加わった時に共振する。ＹＩＧ発振器の出力周波数は、（１）関連する永久磁石によってＹＩＧ球体に加えられる外部の磁界の強さ、および（２）外部磁界に対するＹＩＧ球体の結晶軸の方向により外部磁界の強度に加える、またはその強度から減ずることができるＹＩＧ球内の小さな異方性磁界の関数である。
【０００３】
ＹＩＧ発振器は、ノイズのない出力信号を発生するので、顧客の興味を引く。５ＧＨｚの出力周波数を有するように構成されたＹＩＧ発振器は、偏移の非常に少ない５ＧＨｚの周波数を出力する。ＹＩＧ発振器は安定し、かつジッタ（不規則でわずかな波形の乱れ）が少ない。また、ＹＩＧ発振器は、スペクトル純度の基準である位相ノイズが少ない。スペクトル的に純粋でなく、あるいは多くのジッタを有する発振器は、他の信号がその発振器の信号の近くに置かれると困ることになる。発振器の信号が多くのノイズを有すると、他の信号に重大な影響を与える。ノイズの多い発振器は、発振器が多くのジッタや位相ノイズを有すると、その発振器は近傍の帯域で動作する信号を有する他の発振器によって邪魔される。
発振器の信号にノイズが多い場合、該発振器信号は他の重要な信号を不鮮明にする。ノイズの多い発振器は、設計者の関心を他の発振器に向かわせてしまう。電気通信業界においては、帯域幅は重要であり、マイクロ波無線に対してはいくらかの帯域が割り当てられているに過ぎない。発振器がジッタが多くかつ位相ノイズが多いと、該発振器は、隣接する帯域で作用する信号を有する他の発振器を妨害することになる。
【０００４】
発振器は携帯電話において重要な用途を担っている。携帯電話が普及するにつれて、ＹＩＧ発振器の用途は広がってきている。携帯電話は、受信、増幅及び通信信号の送信のための基地局を必要とする。該基地局の受信機は、基本的には、局部発振器を要する無線受信機である。この局部発振器は、ノイズが非常に少なく、低位相ノイズの局部発振器でなければならない。
【０００５】
誘電体共振発振器と呼ばれる別の発振器は、ＹＩＧ発振器と競合している。該誘電体共振発振器も、位相ノイズが非常に小さい発振器である。誘電体共振発振器とＹＩＧ共振器の違いは、ＹＩＧ発振器は可変であり、ＹＩＧ発振器の周波数を変更することができるということである。
【０００６】
例えば、企業が基地局送受信機を構築する場合、一定の周波数又は周波数の帯域が割り当てられる。そして該企業が、５ＧＨｚに設定しなければならない発振器を購入する場合、該企業はＹＩＧ発振器又は誘電体共振発振器のいずれかを購入することができる。ＦＣＣ（米連邦通信委員会）が周波数を再割当てした場合、企業は、もはや局部発振器を５ＧＨｚで使用することはできない。誘電体共振発振器の場合には、技術者が実際に無線で探らなければならず、例えば、それまでの誘電体共振発振器を物理的にどかして別の誘電体共振発振器と置き換えた後、全ての機能を保障するように置き換えた発振器をテストしなければならない。熟練した高給の技術者がそれらの作業を行わなければならない。また、企業は、周波数がまた変わるかもしれないので、異なる振動周波数を有する全ての種類の誘電体共振発振器を備えておかなければならない。
【０００７】
一方、ＹＩＧ発振器は、誘電体共振発振器と違って、可変又は周波数に対して機動的である。即ち、ＹＩＧ発振器にわずかな電流を流せば、該発振器の周波数を、４ＧＨｚから６ＧＨｚに、あるいはその間の何れかの周波数にずらすことができる。基地局の送受信機を例に説明すると、簡易なソフトウェアの操作により、該企業のための周波数の変更を完了することができる。該ソフトウェアの操作は、該基地局で行う必要はなく、遠隔操作で行うことができる。
【０００８】
たった一つのＹＩＧ発振器は、将来どの周波数が割り当てられるか分からないために顧客が備えておかなければならない多数の誘導共振発振器と置き換えることができる。
【０００９】
ＹＩＧ発振器の温度安定性は非常に重要である。過剰な温度ドリフトは、マイクロ波エネルギの安定的な振動源として機能するというＹＩＧ発振器の本来の目的を果たせなくしてしまう。発振器のケース温度の変化と共に出力周波数の変化をもたらす温度ドリフト源はいくつかある。永久磁石の磁界は、温度の関数として変化するため、磁気回路のリターンパス及びシールドに用いられる高透磁率鋼のいくつかの磁気的特性が生じる。特定の永久磁石の磁気的特性は固定される。ＹＩＧ発振器ハウジング又は磁束ガイドの特性もまた固定される。それらは、固定される一定の磁界／温度特性を有する。
【００１０】
ＹＩＧ球内の小さな異方性磁界は温度に非常に依存しており、また、ＹＩＧ球共振器の出力周波数に実質的に影響を及ぼす。ＹＩＧ球共振器が、永久磁石によって供給される磁界の方向に対して、ＹＩＧ球のゼロ温度補償（ＺＴＣ）軸が存在する場合の関数である、周波数ドリフト／温度特性を有することは今まで知られてきた。ＹＩＧ球は、正、負又はゼロの温度係数を有することが可能である。
【００１１】
ＹＩＧ発振器の製造は、多数の工程を含む。まず、ＹＩＧ球の両１１１結晶軸を、ＹＩＧ球方向調整装置を用いて電磁石によって発生する外部磁界の平面と位置合わせする。次に、位置合わせされたＹＩＧ球を、エポキシ樹脂で円筒形球ロッドの一端部に恒久的に取付ける。そして、ＹＩＧ球及び球ロッドを、金属製ブロックからなるロッド保持部内の穴部を介して、ＹＩＧ発振器のハウジング内に挿入する。該球ロッドは、ＹＩＧ球と反対側の端部に小さなスロットを有しているので、上記ハウジングに対して外部の小さなドライバーブレードによって３６０°回転させることができる。上記ロッドの長さは、ハウジング内に挿入された後に、ＹＩＧ球が発振器の回路結合ループの直下に位置するような長さになっている。該結合ループ自体は、永久磁石の磁極片の中間部に配置する。次いで、ＹＩＧ球を、そのＺＴＣ軸が上記永久磁石の磁界の方向と位置合わせされるまで回転させる。最後に、ＹＩＧ球に最も近い上記球ロッドの端部をエポキシ樹脂を用いて上記ハウジングに固定する。
【００１２】
上記従来のＹＩＧ発振器の製造に関しては多くの問題がある。
【００１３】
まず、ロッド保持部は、球ロッドが回転できるように要求される。該ロッド保持部は製造コストが高く、発振器のコストが上昇する。
【００１４】
第二に、ＹＩＧ球とロッド保持部の組合せは振動の影響を受けやすく、振動誘導の周波数変調（ＦＭ）ノイズをもたらす。ＹＩＧ球は、空間に片持ちされている長い球ロッドの端部に位置しているので、発振器が外部の衝撃を受けたときに、球ロッドと共に振動してしまう。結合ループの内側におけるＹＩＧ球の振動は、発振器出力に好ましくないノイズを直接的にもたらす。
【００１５】
第三に、ロッド保持部は、球ロッドの端部におけるＹＩＧ球が結合ループ内の中心にあるように、正確に配置しなければならない。該ロッド保持部の手動による正確な位置決めは時間のかかる作業であり、発振器のコストを上昇させる。
【００１６】
第四に、ロッド保持部は、発振器内部に追加的なスペースを要する。このことは、スペースが貴重なより進化した小型のＹＩＧ発振器の場合、特に好ましくない。
【００１７】
第五に、球ロッドの振動を防ぐには、ＹＩＧ球に最も近い球ロッドの端部をエポキシ樹脂を用いてハウジングに固定する。これは、エポキシ樹脂の塗布において、および該エポキシ樹脂が硬化するのに要する時間において共に時間のかかる工程である。このエポキシ樹脂が硬化するまでは、部分的に組立てられた発振器に対して、他の作業は何も行うことができない。このことは、製造所要時間を増加させ、また、追加的な仕掛品により製造コストが上昇する。
【００１８】
最後に、アクセスホールは、球ロッドの位置、および磁界に対するＹＩＧ球の位置を調節するためのドライバブレードのような小さな工具によってアクセスできるように、発振器のハウジングの側部に機械加工しなければならない。このアクセスホールは、ＹＩＧ球の位置合わせが済んだ後に、溶接又はエポキシ樹脂によって閉塞しなければならない。これは、製造所要時間、および追加的な仕掛品による製造コストを増加させる、時間のかかる工程である。
【００１９】
顧客に要求されるＹＩＧ発振器の数が増加するにつれて、ＹＩＧ発振器を製造するための装置及び方法を、より効率的かつ低コストに開発することがより望ましい。
【００２０】
（発明の開示）
本発明は、上部ハウジング及び底部ハウジングを有するＹＩＧエンクロージャと、永久磁石に磁気的に結合されたＹＩＧ球とを有するＹＩＧ発振器を提供する。該ＹＩＧ球は、ゼロ温度補償（ＺＴＣ）軸を有し、球保持部の端部に取付けられている。該球保持部は、球保持部をＹＩＧエンクロージャの底部ハウジングに直接取付けるように構成された取付け面を有する。該ＹＩＧ球は、ＺＴＣ軸が該取付け面と所定の角度をなすように、球保持部と位置合わせされる。
【００２１】
また本発明は、球ロッドを回転できるようにするために従来のＹＩＧ発振器において必要とされたロッド保持部の省略できるようにする。
【００２２】
また本発明は、従来のＹＩＧ発振器における、空間中に片持ちされた長い球ロッドの端部に固定されたＹＩＧ球の振動による振動誘導の周波数変調（ＦＭ）ノイズを除去できるようにする。
【００２３】
また本発明は、ロッド保持部の厳密な位置決めが必要ないため、ＹＩＧ発振器の製造性を容易にする。
【００２４】
また本発明は、ＹＩＧ発振器の製造コストを低減できるようにする。
【００２５】
また本発明は、ロッド保持部はもはや必要ないので、ＹＩＧ発振器のさらなる小型化を可能にする。
【００２６】
また本発明は、生産の遅延を回避し、球ロッドをハウジングに固定するために用いられるエポキシ樹脂が硬化するのを待つ時間をなくして、ＹＩＧ発振器を製造する時間を短縮できるようにする。
【００２７】
また本発明は、球ロッドの組付け後に閉塞するアクセスホールがないため、ＹＩＧ発振器を製造する時間を短縮できるようにする。
【００２８】
本発明の上述及び他の効果は、以下の詳細な説明及び添付図面から当業者には明白になるであろう。
【００２９】
（発明を実施するための最良の形態）
まず図１Ａ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ球１２と、磁界１４と、ＹＩＧ結合ループ１６とを含むＹＩＧ共振器１０が図示されている。結合ループ１６は、ＹＩＧ球１２の周りにまとうワイヤである。ＹＩＧ共振器１０は、ＹＩＧ共振器がさらされている磁界強度の関数である共振周波数を有する磁気共振装置である。例えば、共振器の共振周波数が５ＧＨｚであるように磁界強度がなっている場合、５ＧＨｚに非常に近い信号が該共振器に結合する。５ＧＨｚから外れた他の信号は該共振器と結合しない。信号が一旦ＹＩＧ共振器１０と結合すると、ＹＩＧ共振器１０は、結合ループ１６に信号を再放出する。ＹＩＧ共振器の設計により、例えば、マイクロ波フィルタ、マイクロ波弁別器やマイクロ波発振器等の種々のマイクロ波デバイスに適合するように、１つ又は２つのループが可能である。ＹＩＧ共振器１０の等価回路は、結合ループ１６の実際のインダクタンスを表わすインダクタ１８と、固有インダクタ２０と、固有抵抗２２と、固有容量２４とを含む。固有インダクタ２０、固有抵抗２２及び固有容量２４は、並列に結合されており、また、ＹＩＧ球１２の固有電気素子を表わす。該ＹＩＧ球１２の固有電気素子は、アース２６に接地されている。
【００３０】
次に図１Ｂ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ発振器３０が図示されている。理解を容易にするために、従来技術と本発明の間で共通する構成要素については、同じ符号を全図にわたって用いる。トランジスタ３２に結合されたＹＩＧ共振器１０を有するＹＩＧ発振器３０は同様である。ＹＩＧ共振器１０を発振器として機能させるために、トランジスタ３２のエミッタが、ＹＩＧ共振器１０の結合ループ１６に動作信号を供給する。結合ループ１６の他端はアース２６に接地されている。インダクタ３４は、トランジスタ３２のベース及びアース２６に結合されている。トランジスタ３２のベースに接続されたインダクタ３４は、ＹＩＧ共振器１０と共にトランジスタ３２を発振させる。トランジスタ３２のコレクタに接続された抵抗性負荷３６とアース２６とは、発振器３０に対する負荷を提供する。発振器３０の等価回路は、並列に結合された固有インダクタ２０、固有抵抗２２及び固有容量２４と、トランジスタ３２のエミッタに結合されたインダクタ１８とを有する等価ＹＩＧ共振器１０を含む。結合ループ１６の他端はアース２６に接地されている。インダクタ３４は、トランジスタ３２のベース及びアース２６に接続されている。抵抗性負荷３６は、トランジスタ３２のコレクタ及びアース２６に接続されている。
【００３１】
発振器３０の作動中に、例えばトランジスタ３２のエミッタにおける正弦波信号がインダクタ１８を介してＹＩＧ共振器１０を励起する。共振時には、ＹＩＧ共振器１０の誘導リアクタンスと容量リアクタンスは、大きさが等しくかつ逆位相であるため、それらは相殺される。共振時にその結果として生じる信号は、トランジスタ３２に反射される高反射信号を生成する。抵抗性負荷３６のスペクトル分析の出力３８について説明すると、スパイク３９が発振器３０の出力を表わしている。ＹＩＧ共振器１０の共振周波数が整合するまで、トランジスタ３２は、スペクトル分析の出力３８において任意の低振幅信号を示すノイズを発生する。しかし、トランジスタ３２の出力がＹＩＧ共振器１０の共振周波数と整合すると、信号がＹＩＧ共振器１０からはね返ってきてトランジスタ３２に戻り、それによって該信号が増幅され、またＹＩＧ共振器１０に送り返される。この後者の信号は、トランジスタ３２からの先の信号よりも高振幅である。この後者の信号がＹＩＧ共振器１０に到達してまたはね返ってくると、該信号は再び増幅されて、またＹＩＧ共振器１０に送り返される。このサイクルは何度も繰り返される。その結果として、所定の振動周波数で作動する発振器３０となる。
【００３２】
次に図２（従来技術）について説明すると、従来のＹＩＧ発振器４０の等角図が示されている。ＹＩＧ発振器４０は、上部ハウジング４２と底部ハウジング４４とを含む。上部ハウジング４２は永久磁石４６を含む。
【００３３】
底部ハウジング４４は、ＹＩＧ球１２と、結合ループ１６と、基板５０とを含む。入力／出力ピン（図示せず）及びＲＦ出力ピン５２は、底部ハウジング４４を貫通している。基板５０は、ＹＩＧ発振器４０のための、ＹＩＧ球１２以外の個別の回路構成要素を含む。該回路構成要素は、トランジスタ３２を含む。結合ループ１６は、リボンワイヤ又はワイヤループでもよい。結合ループ１６は、トランジスタ３２からのエネルギをＹＩＧ球１２に結合する。結合ループ１６は、ワイヤ５４ａ、５４ｂを介してトランジスタ３２に接続されている。基板５０は、ワイヤ又はリボンコンダクタ５８を用いてＲＦ出力ピン５２に結合されている出力５６を含む。永久磁石４６は、上部ハウジング４２の下面に取付けられている。永久磁石４６とその他の構成要素（図示せず）の組合せは、ＹＩＧ発振器４０の共振周波数を設定するように磁界１４を変更する。上部ハウジング４２及び底部ハウジング４４は、上記永久磁石を支持し、かつ内部の構成要素を包囲する。
【００３４】
ＹＩＧ球１２は、例えばエポキシ樹脂を用いて、球ロッド６０の一端部に恒久的に取付けられる。球ロッド６０は、一般に、セラミック又はプラスチック製である。球ロッド６０及びＹＩＧ球１２は、ロッド保持部６２の穴部（図示せず）を介して挿入することにより、底部ハウジング４４に固定される。ロッド保持部６２は、２つのネジ６４ａ及び６４ｂを用いて底部ハウジング４４に取付けられる。球ロッド６０は、ハウジング４２、４４の外部から小さなドライバを用いて球ロッド６０を回転させることができるようにするために、ＹＩＧ球１２と反対側の端部に小さなスロット６６を含む。
【００３５】
次に図３Ａ（従来技術）について説明すると、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）結晶を表わすために用いられる立方体結晶構造８０が図示されている。立方体構造８０は、Ｘ、Ｙ及びＺの３つの軸によって画定される。これらの軸の各々は、残りの２つの軸と直交している。ＹＩＧ結晶の１００面８２も同図に示されている。
【００３６】
次に図３Ｂ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ結晶の１１０面８４が図示されている。
【００３７】
次に図３Ｃ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ結晶の１１１面８６が図示されている。
【００３８】
次に図３Ｄ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ結晶の１００軸８８が図示されている。
【００３９】
次に図３Ｅ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ結晶の１１０軸９０が図示されている。
【００４０】
次に図３Ｆ（従来技術）について説明すると、ＹＩＧ結晶の１１１軸９２が図示されている。
【００４１】
次に図３Ｇ（従来技術）について説明すると、１１０面８４を有するＹＩＧ球１２の概要が図示されている。１００軸８８（磁化困難軸）、１１０軸９０ａ（中間軸）、第１の１１１軸９２ａ及び第２の１１１軸９２ｂが１１０面８４上に存在している。第１及び第２の１１１軸９２ａ及び９２ｂは、それぞれ第１及び第２の磁化容易１１１軸として一般に知られている。第１及び第２の磁化容易１１１軸９２ａ、９２ｂは、７０．５°の角度を形成して離間している。第２の１１０軸９０ｂは、１１０面８４と直角に向いている。ＹＩＧ球１２は、第２の１１０軸９０ｂ周りに回転する。
【００４２】
次に図４（従来技術）について説明すると、球ロッド６０上でのＹＩＧ球１２の位置を調整するのに用いるＹＩＧ球方向調整装置１００の等角図が示されている。球方向調整装置１００は、基部１０２と、２つの側壁部１０４ａ及び１０４ｂとを含む。基台１０６は、基部１０２上に回転可能に取付けられている。基台１０６は、該基台に取付けられたハンドル１０８を含む。基部１０２は、さらに、時計回り方向のストップ部１１０と、反時計回り方向のストップ部１１２とを含む。基台１０６は、ハンドル１０８を用いて、時計回り方向のストップ部１１０と、反時計回り方向のストップ部１１２との間で回転可能になっている。時計回り方向のストップ部１１０及び反時計回り方向のストップ部１１２は、基台１０６が７０．５°の回転角度範囲を有するように配置されている。磁石の磁極片１１４ａ及び１１４ｂの組は、それぞれ、側壁部１０４ａ及び１０４ｂに取付けられている。磁石の磁極片１１４ａは、巻線１１６ａを含む。また、磁極片１１４ｂも巻線を含むが、図の簡略化のため図示していない。
【００４３】
球ロッド６０は、基台１０６に、取外し可能に挿入されている。球ロッド６０は、ロッド軸１２０を有する。基台と反対側の球ロッド６０の端部には、硬化していないエポキシ樹脂膜１１８を含む。ＹＩＧ球１２は、球ロッド６０の頂部のエポキシ樹脂膜１１８上に配置されている。
【００４４】
ＹＩＧ球１２及び球ロッド６０は、発振器４０に取付けられる前に、まず球方向調整装置１００内に配置される。該作業中において、球ロッド６０は、基台１０６上に取外し可能に挿入される。基台１０６は、ハンドル１０８がストップ部１１０又は１１２の一方と接触する位置にある。本実施形態においては、ハンドル１０８はまず、時計回り方向のストップ部１１０と接触している。そして、硬化していないエポキシ樹脂膜１１８が基台１０６と反対側の球ロッド６０の端部に施される。次いでＹＩＧ球１２がエポキシ樹脂膜１１８上に載置される。するとＹＩＧ球１２は、磁石の磁極片１１４ａ及び１１４ｂの間にエアギャップを介して位置する。硬化していないエポキシ樹脂膜１１８は、磁石の磁極片１１４ａ及び１１４ｂの巻線（例えば巻線１１６ａ）に電流を流すことによって切替えることができる外部の磁界１１９の影響を受けたときに、球を自由に動かすことを可能にする。外部の磁界１１９とＹＩＧ球１２の内部の磁界との相互作用によって、ＹＩＧ球１２を回転させて、１１１結晶軸（磁化容易軸）９２ａを磁界Ｈ０と平行に位置合わせさせるトルクが発生する。１１１軸は、１１０面８４内にある。第２の１１１軸９２ｂは、同じく１１０面８４内にあるが、第１の１１１軸９２ａとは７０．５°の角度をなしている（図３Ｇ）。
【００４５】
方向調整装置１００を用いて最初の位置合わせを行った後、磁界１１９は消されて、ＹＩＧ球１２が載置される球ロッド６０が、ハンドル１０８を反時計周り方向のストップ部１１２と接触するように動かすことによって７０．５°回転させられる。そして磁界１１９が再び発生させられ、第２の磁化容易１１１軸９２ｂが磁界１１９と位置合わせされる。磁化容易１１１軸９２ａ及び９２ｂは共に１１０面８４内にあるので、１１０面８４は磁界１１９の面内にある。エポキシ樹脂膜１１８は硬化させることができるため、ＹＩＧ球１２は、ロッド軸１２０と直交する１１０面８４と共に球ロッド６０に固定される。
【００４６】
エポキシ樹脂膜１１８が硬化した後、ＹＩＧ球１２は球ロッド６０に堅固に取付けられ、ＹＩＧ球１２は発振器４０内に配置されて発振器回路（図２（従来技術））の一部となる。
【００４７】
次に図２（従来技術）に戻って説明すると、ＹＩＧ球１２及び球ロッド６０が、ロッド保持部６２の穴部（図示せず）を介して挿入される。球ロッド６０は、ＹＩＧ球１２と反対側の端部に小さなスロット６６を有するので、小さなドライバブレード（図示せず）によって該ロッドを３６０°回転させることができる。球ロッド６０の長さは、ＹＩＧ球１２自体が発振器の回路結合ループ１６の真下に位置するようになっている。結合ループ１６自体は、電磁石又は永久磁石４６の磁極片の間に配置されている。
【００４８】
次に図５（従来技術）について説明すると、図２の線５−５についての一部側面図が図示されている。方向調整装置１００（図４（従来技術））を用いてＹＩＧ球１２の位置合わせを行った後に、ＹＩＧ球１２は、１１０面８４と直交するロッド軸１２０を有する球ロッド６０に取付けられ、磁界１４を印加し、１１０面８４は３６０°回転できる。この３６０°の回転中に、磁化容易軸９２ａ及び９２ｂの各々は、磁界１４に対して二度平行となり、中間軸９０ａは、磁界１４と一度だけ平行となり、磁化困難軸８８は、一度だけ磁界１４と平行になる。ＹＩＧ結晶構造の対称性は、種々の軸が、回転中に２度、磁界１４と平行になる現象を生じることに注意すべきである。
【００４９】
図６Ａは、回転角度の関数としてのＹＩＧ共振器１０の共振周波数のグラフ１３０を示す。ここで垂直軸は共振周波数を示し、水平軸は回転角度を示す。球ロッド６０がＹＩＧ球１２を３６０°の間で回転させると、共振周波数が変化する。
【００５０】
図６Ｂは、回転角度の関数としての共振周波数の、それぞれ例えば、−４０℃、＋２５℃及び＋８５℃におけるグラフ１４０、１４２及び１４４を示す。ここで垂直軸は共振周波数を示し、水平軸は回転角度を示す。ＹＩＧ球１２が１１０面８４内で３６０°の間で回転する場合、共振周波数は、磁化困難軸８８と磁化容易軸９２ａ又は９２ｂの間にある特定の角度を除いて、温度依存性であることに注意すべきである。磁化困難軸８８からちょうど２９．７°において、全ての周波数／温度の変動は相殺されて、ゼロ温度ドリフトを生じる。これは重要な角度であり、ゼロ温度補正（ＺＴＣ）軸といわれている。３６０°の回転中においては、２つのＺＴＣポイント１４６及び１４８が存在する。ＹＩＧ結晶構造の対称性により、それらは４つの明確なポイントとして現れる。
【００５１】
ＹＩＧ発振器における温度安定性は、非常に重要である。過剰な温度ドリフト、例えば、発振器のケース温度の変化を伴う周波数の変化は、マイクロ波エネルギの安定した周波数源として機能するという、ＹＩＧ発振器の本来の目的を覆してしまう。温度ドリフトの原因はいくつかある。永久磁石の磁界は、温度の関数として変化するため、磁気回路のリターンパス及びシールドに用いられる高透磁率鋼のいくつかの磁気的特性が生じる。所定の永久磁石の磁気的特性は固定される。ＹＩＧ発振器ハウジング又は磁束ガイドの特性もまた固定される。それらは、固定される一定の磁界／温度特性を有する。
【００５２】
上述したように、ＹＩＧ球共振器は、ＺＴＣ軸が、永久磁石によって供給される磁界の方向に対して存在する関数である、周波数ドリフト／温度特性を有する。ＹＩＧ球１２は、正、負又はゼロの温度係数を有する。ＹＩＧ球１２は、ゼロ温度ドリフトを有するように設定することができるだけでなく、永久磁石やＹＩＧ発振器内の他の構成部品によって引き起こされるドリフトの実質的な量を相殺するドリフトを有するように設定することも可能である。
【００５３】
従来においては、ＹＩＧ球１２及び球ロッド６０がＹＩＧ発振器４０内に挿入された後に、ＹＩＧ球１２が状況に応じて正しいＺＴＣ軸に位置合わせされていた。これは、発振器のハウジング４２及び４４の側部に機械加工された小さなアクセスホールを介してスロット６６に挿入される、ドライバブレード等の小さな工具によって球ロッド６０を調整することによって行われる。後の作動時における球ロッド６０の振動を防ぐために、ＹＩＧ球１２に最も近い球ロッド６０の端部が、エポキシ樹脂を用いて底部ハウジング４４に固定される。このことは、エポキシ樹脂の塗布及び該エポキシ樹脂が硬化する時間において時間のかかる工程である。
【００５４】
次いで、上記アクセスホールが、溶接又はエポキシ樹脂によって閉塞される。これも、製造所要時間を増加させたり、仕掛品の増加による製造コストの上昇を招く、時間のかかる工程である。従来のＹＩＧ共振器に関するその他の問題は、背景技術のところで説明した。
【００５５】
本発明は、ＺＴＣ軸が、矩形断面を有する球保持部の取付け面上で、外部の磁界と平行になるように、ＹＩＧ球を取付けるための方法及び装置を提供する。矩形の球保持部上のＹＩＧ球は、温度補正に対して既に正しい角度に回転され、結合ループの下に挿入されたＹＩＧ球と共に、発振器の底部ハウジング上に配置することができる。結晶学的軸に適したＹＩＧ球の回転のような、従来の発振器の位置合わせ手順の主な部分はなくなった。本発明に係る方法及び装置は、ＹＩＧ球を、発振器トランジスタや様々なコンデンサのような交換可能な部品として扱うことを可能にする。ＹＩＧ球は、発振器のＲＦ回路を構成する他の部品と共に定位置に簡単に挿入される。本発明に係る方法及び装置は、従来のＹＩＧ発振器の製造時のＹＩＧ球の位置合わせに関連する全ての問題点を事実上解決する。
【００５６】
次に図７Ａについて説明すると、本発明による矩形状球保持部２０２上でＹＩＧ球１２の位置を調整する際に用いるためのＹＩＧ球方向調整装置２００の等角図が示されている。球方向調整装置２００は、基部１０２と、２つの側壁部１０４ａ及び１０４ｂとを含む。基台２０６は、基部１０２上に回転可能に取付けられている。基台２０６は、該基台に取付けられたハンドル１０８を含む。基部１０２はさらに、時計回り方向のストップ部１１０と反時計周り方向のストップ部１１２とを含む。基台２０６は、時計回り方向のストップ部１１０と反時計周り方向のストップ部１１２との間でハンドル１０８を使って回転可能である。時計回り方向のストップ部１１０及び反時計周り方向のストップ部１１２は、基台２０６が７０．５°の範囲の回転角度を有するように配置されている。磁石の磁極片１１４ａ及び１１４ｂの組はそれぞれ、側壁部１０４ａ及び１０４ｂに取付けられている。磁石の磁極片１１４ａは、巻線１１６ａを含む。また、磁極片１１４ｂも巻線を含むが、図示の簡略化のため図示していない。
【００５７】
矩形状球保持部２０２は、取外し可能に基台２０６上に挿入される。矩形状球保持部２０２は、取付け面２０８及びロッド軸２１０を有する。基台２０６は、矩形状球保持部をその取付け面２０８に対して、印加される磁界１１９に対して特定の角度で配置することができるように位置合わせ機構を有してもよい。矩形状球保持部２０２の基台２０６と反対側の端部には、硬化していないエポキシ樹脂膜１１８が含まれている。ＹＩＧ球１２は、矩形状球保持部２０２の頂部のエポキシ樹脂膜１１８上に配置される。
【００５８】
次に図７Ｂについて説明すると、図７Ａの線７−７についての平面図が図示されている。矩形状球保持部２０２の取付け面２０８は、磁界１１９に対して５．６°傾いている。ＺＴＣ軸１２２は、取付け面２０８に対して直角をなしている。磁化困難軸８８は、ＺＴＣ軸１２２から２９．７°の角度をなしている。
【００５９】
作業時に、矩形状球保持部２０２は、基台２０６上に取外し可能に挿入される。基台２０６は、ハンドル１０８がストップ部１１０又は１１２のうちの一方と接触する位置にある。本実施形態においては、ハンドル１０８は最初は、時計回り方向のストップ部１１０と接触している。
【００６０】
図６Ａに一旦戻って、第２の磁化容易軸９２ｂから第１のＺＴＣ軸までの角度間隔は９５．６°である。基台２０６は、磁界１１９に対して正確に５．６°傾いている取付け面２０８と初期的に位置合わせされる。この時、磁界１１９はまだ印加されていない。
【００６１】
次いで、硬化していないエポキシ樹脂膜１１８が矩形状球保持部２０２の基台２０６と反対側の端部に塗布される。そしてＹＩＧ球１２がエポキシ樹脂膜１１８上に載置される。ＹＩＧ球１２は、磁石の磁極片１１４ａ及び１１４ｂ間にエアギャップを介して位置する。
【００６２】
次に、磁界１１９が印加される。ＹＩＧ球１２は回転し、その磁化容易１１１軸９２ａのうちの一方が、方向調整装置２００の磁界１１９と位置合わせされる。この作業時に、ＹＩＧ球１２は、硬化していないエポキシ樹脂の薄膜１１８上に載っているため、該球はどの方向にも回転できる。
【００６３】
この最初の位置合わせの後、磁界１１９は消されて、基台２０６が、ハンドル１０８を反時計周り方向のストップ部１１２と接触するように動かすことによって、７０．５°回転させられる。そして磁界１１９が再び印加され、浮動性の球の第２の磁化容易軸９２ｂが磁界１１９と位置合わせされる。このプロセスを、磁界１１９を印加したときに球が動くことがなくなるまで、数回繰り返す。これにより、ＹＩＧ球１２が１１０面８４内に位置合わせされる。基台２０６が７０．５°往復回転するとき、ＹＩＧ球の１１０面８４は、常に磁界１１９と平行であり、またＹＩＧ球１２は、該面内で２つの磁化容易軸９２ａ及び９２ｂに沿って交互に指向される。
【００６４】
再び図７Ｂに戻って説明すると、第２の磁化容易１１１軸９２ｂは、磁界Ｈ１と平行である。取付け面２０８は、該磁化容易軸から９５．６°離れており、ＺＴＣ軸１２２に対して同じ角度間隔になる。エポキシ樹脂膜１１８が硬化した後、矩形状球保持部２０２が、取付け面２０８を底部ハウジング４４の表面上に向けた状態で、実際の発振器のハウジング内に配置される。この場合、ＹＩＧ球１２のＺＴＣ軸１２２は、矩形状球保持部２０２と直角をなしている、発振器の磁界１４と自動的に位置合わせされる。
【００６５】
次に図８について説明すると、本発明に従って構成されたＹＩＧ発振器２４０の等角図が示されている。ＹＩＧ発振器２４０は、図２（従来技術）のＹＩＧ発振器４０と、矩形状球保持部２０２が球ロッド６０の代わりに用いられている点が異なる。矩形状球保持部２０２は、取付け面２０８を介してエポキシ樹脂膜２４２を用いて発振器のハウジング４４の底面に直接取付けられている。ロッド保持部６２及びそれに関連する問題は、ＹＩＧ発振器２４０からは排除されている。そのため、本発明に従って構成されたＹＩＧ発振器２４０は、従来のＹＩＧ発振器の製造に関連する問題を実質的に解決する。
【００６６】
次に図９について説明すると、図８の線９−９についての一部側面図が示されている。矩形状球保持部２０２は、取付け面２０８を介してエポキシ樹脂膜２４２を用いて発振器のハウジング４４の底面に直接取付けられて図示されている。ＺＴＣ軸１２２は、磁界１４と平行である。また図９には、磁界１４と平行な１１０面８４と、第１及び第２の磁化容易軸９２ａ及び９２ｂと、磁化困難軸８８と、中間軸９０ａ及び９０ｂとが図示されている。軸９０ｂは、図４の軸１２０及び図７Ａの軸２１０と等しいことに注意すべきである。それらの全ては、ＹＩＧ球を通る同じ中心線を説明している。
【００６７】
本発明の実施形態を、矩形断面を有する球保持部に注目して記載してきたが、当業者は、２つの平行な側辺を含む断面を有する球保持部であれば、ＹＩＧ球をＺＴＣ軸上に置くことができることを認識するであろう。このことは、平行四辺形の形の断面を有するどのような球保持部も含み、また、上述の矩形状断面の球保持部も含む。
【００６８】
また、２９．７°のＺＴＣ角度は、単結晶立方ＹＩＧ球の（１１０）面内にあるが、矩形状球保持部が、球自体の正、負、あるいはゼロの温度係数に対して調整するために変更することができる非常に多くの角度が存在する。それらの変更例は、全て本発明の範囲内に含まれる。
【００６９】
本発明を、特定の最良の形態と共に記載してきたが、上述の説明を鑑みて、多くの代替例、変更例及び変形例が可能であることを当業者は理解すべきである。従って、添付クレームの主旨及び範囲に含まれるそのような全ての代替例、変更例及び変形例を包含すると解釈される。本願明細書に記載した、あるいは添付図面に示した全ての事項を、例証的かつ非限定的な意味において解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
図１Ａは従来のＹＩＧ共振器を示す図である。
【図１Ｂ】
図１Ｂは従来のＹＩＧ発振器を示す図である。
【図２】
図２は従来のＹＩＧ発振器の等角図である。
【図３Ａ】
図３ＡはＹＩＧ結晶の１００面を示す図である。
【図３Ｂ】
図３ＢはＹＩＧ結晶の１１０面を示す図である。
【図３Ｃ】
図３ＣはＹＩＧ結晶の１１１面を示す図である。
【図３Ｄ】
図３ＤはＹＩＧ結晶の１００軸を示す図である。
【図３Ｅ】
図３ＥはＹＩＧ結晶の１１０軸を示す図である。
【図３Ｆ】
図３ＦはＹＩＧ結晶の１１１軸を示す図である。
【図３Ｇ】
図３ＧはＹＩＧ結晶の１００面と各軸の関係を示す図である。
【図４】
図４はＹＩＧ球方向調整装置の等角図である。
【図５】
図５は図２の線５−５についての一部の側面図である。
【図６Ａ】
図６Ａは回転角度の関数としての共振周波数の関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】
図６Ｂは３つの異なる温度の場合の回転角度の関数としての共振周波数の関係を示すグラフである。
【図７Ａ】
図７Ａは本発明に係る矩形球保持部の方向を調整するＹＩＧ球方向調整装置の等角図である。
【図７Ｂ】
図７Ｂは図７Ａの線７−７についての平面図である。
【図８】
図８は本発明に係るＹＩＧ発振器の等角図である。
【図９】
図９は図８の線９−９についての一部の側面図である。
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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