JPH07202517A - 可変バンドパスフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 共振素子の温度特性を小さくして、動作補償
温度範囲内での絶対的な位相ドリフト値を抑えると共
に、自己発熱を抑制して温度ドリフトを減少させる。 【構成】 ＹＩＧ結晶体からなる共振素子３，４に対し
て磁界を印加させて磁気共鳴させるようにした可変バン
ドパスフィルターにおいて、励磁ヨーク２のポールピー
ス１１に希土類の永久磁石１２を設ける。 【００００】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば携帯電話等の標
準信号発生器に組み込んで有用な可変バンドパスフィル
ターに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、共鳴周波数をある範囲で可変さ
せ、その範囲内の周波数帯域の特定周波数のみを通すよ
うにした可変バンドパスフィルターとして、共振素子に
薄膜のＹＩＧ（イットリウムと鉄とガーネットの結晶
体）よりなる共振素子を用いたものが提案されている。
ＹＩＧを用いた同調フィルターは、マイクロ波帯域にお
いて、優秀な遮断特性と広範囲な同調特性を合わせ持つ
ものである。

【０００３】共振素子を共振させるためには、該共振素
子に対して磁界を印加させる必要がある。この共振素子
への磁界の印加は、通常コイルに直流電流を通電するこ
とによる電磁石を用いるのが一般的である。そして、共
鳴周波数を可変させるには、上記コイルに通電する電流
の大きさを変えることにより行う。

【０００４】例えば、図４に示すように、共鳴周波数を
０．４ＧＨｚ（ギガヘルツ）から３．６ＧＨｚまで可変
する場合、０．４ＧＨｚに同調させるには例えば２００
ｍＡの電流を通電して磁界を共振素子に印加する必要が
あり、３．６ＧＨｚに同調させるには例えば３６０ｍＡ
の電流を通電する必要がある。

【０００５】上記のように電磁石を用いて共鳴周波数を
可変させた場合、コイルに大きな電流を流すことから自
己発熱が生ずる。ＹＩＧは、温度特性を有するため、コ
イルへの通電によって発生する熱により、影響を受け易
い。

【０００６】このため、従来においては、ＹＩＧの温度
特性を電子回路で補正することによって、見掛け上その
ＹＩＧの温度特性が常に零となるような温度補償回路を
付ける工夫がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、温度補償回
路を使用した場合であっても、温度特性そのものが大き
いために、位相変動（位相ドリフト）も急激な変化とな
り、それを補正する周期も短くなってしまう。また、温
度補償回路で使用しているマイクロコンピュータの容量
から見ても、一度に補正する位相の値を大きくすること
が避けられない。このため、ＹＩＧの温度特性を零にす
るには至らなかった。

【０００８】また、同調周波数の下限範囲，具体的には
図４中斜線で示す部分の印加磁場も、同調コイルから得
るため、その分の同調電流も必要となり、自己発熱も大
きくなってしまう。そうすると、立ち上がりの際の自己
発熱は特に温度ドリフトに大きく影響を与えてしまう。

【０００９】そこで本発明は、上述の従来の有する技術
的な課題に鑑みて提案されたものであって、共振素子の
温度特性を小さくして、動作補償温度範囲内での絶対的
な位相ドリフト値を抑えると共に、自己発熱を抑制して
温度ドリフトを減少させることができる可変バンドパス
フィルターを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁気共鳴する
共振素子と、この共振素子に対して磁界を印加する磁界
発生部と、上記磁界発生部に設けられる永久磁石とで構
成することにより、上述の課題を解決する。

【００１１】また本発明は、磁性材料からなる素子ヨー
クと、上記素子ヨークに接し、この素子ヨークとによっ
て閉磁路を構成する磁性材料からなる励磁ヨークと、上
記素子ヨークに設けられ、磁気共鳴する共振素子と、上
記励磁ヨークのポールピースの外周囲にこのポールピー
スを取り囲むようにして設けられる同調コイルからなる
磁界発生部と、上記励磁ヨークのポールピースの外周囲
にこのポールピースを取り囲むようにして上記同調コイ
ル上に設けられ、上記共振素子の温度特性を零に制御す
る温度補償回路に接続される温度補償コイルと、上記共
振素子と相対向するように上記励磁ヨークのポールピー
スに設けられる永久磁石とを備えることにより、上述の
課題を解決する。

【００１２】磁界発生部に設ける永久磁石は、共振素子
に対してなるべく近くに設ける。また、永久磁石には、
製造上安定な希土類磁石を用いる。一方、共振素子に
は、ＹＩＧ結晶体を用いる。

【００１３】

【作用】本発明においては、共振素子にＹＩＧ結晶体を
用いると共に、このＹＩＧ結晶体に磁界を印加する磁界
発生部に永久磁石を設けているので、当該ＹＩＧ結晶体
の持つ正の温度特性が永久磁石の持つ負の温度特性によ
って相殺され、該ＹＩＧ結晶体の使用上の温度特性が小
さなものとされる。したがって、動作補償温度範囲内で
の絶対的な位相ドリフト値が抑制されることになり、温
度補償回路を用いた場合も位相の補正周期が大きくな
り、その位相ドリフト量も小さなものとなる。

【００１４】また、本発明においては、磁界発生部に永
久磁石を設けているので、可変同調周波数の下限範囲の
僅かに低い周波数までを永久磁石により、バイアス用印
加磁場となし得る。つまり、図４に示す可変同調周波数
の下限である０．４ＧＨｚに同調させるに至る斜線部分
の領域を永久磁石でまかなえることになる。したがっ
て、その範囲における磁界発生部である同調コイルへの
通電が不要となり、その結果自己発熱の発生も抑えら
れ、温度ドリフトも小さなものとなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例で
は、例えば共鳴周波数を０．４ＧＨｚ〜３．６ＧＨｚの
範囲で可変させ、その範囲内のある周波数帯域で２５Ｍ
Ｈｚの幅を持った周波数のみを通すようにした可変バン
ドパスフィルターの例である。例えば、１ＧＨｚの周波
数帯域で、２５ＭＨｚの幅を持った周波数のみを通す。

【００１６】可変バンドパスフィルターは、図１及び図
２に示すように、主として共振素子が設けられた素子ヨ
ーク１と、この素子ヨーク１とによって閉磁路を構成
し、共振素子に対して磁界を印加する磁界発生部を備え
た励磁ヨーク２とを有して構成されている。

【００１７】素子ヨーク１は、後述の励磁ヨーク２とに
よって閉磁路を構成するもので、例えばパーマロイ等の
磁性材料によって平板状に形成されている。この素子ヨ
ーク１の一主面１ａには、磁気共鳴する一対の共振素子
３，４が設けられている。

【００１８】上記共振素子３，４は、例えばＹＩＧ結晶
体からなる。この共振素子３，４を用いたデバイスは、
フリエ磁性体の一種である磁性ガーネットの磁気共鳴に
おける均一歳差運動のモードを利用するものである。か
かるＹＩＧ結晶体の共鳴周波数は、当該ＹＩＧ結晶体に
加える磁界の強さに正比例して変化する。また、ＹＩＧ
結晶体は、マイクロ波帯域において、優秀な遮断特性と
広範囲な同調特性を合わせ持つ性質を有する。

【００１９】そして、このＹＩＧ結晶体は、正の温度特
性を持ち、その値は４πＭｓ、保磁力１７８０Ｏｅ、結
晶方向＜１１１＞の結晶で、８．３６ＭＨｚ／℃の温度
特性を持つ。本実施例では、ＹＩＧ結晶体を直径２．５
ｍｍ、厚み４０μｍの円盤状に形成した。

【００２０】このＹＩＧ結晶体からなる共振素子３，４
は、素子ヨーク１の一主面１ａに真鍮よりなる支柱５，
６が設けられ、その支柱５，６上に設けられた誘電体セ
ラミックスからなるマイクロＩＣ基板７の上に所定間隔
を隔てて設けられている。なお、これら共振素子３，４
は、マイクロＩＣ基板７の上記素子ヨーク１との対向面
に設けられている。

【００２１】一方の共振素子３は、マイクロＩＣ基板７
上に形成された入力ライン上に設けられている。同様
に、他方の共振素子４もマイクロＩＣ基板７上に形成さ
れた出力ライン上に設けられている。なお、共振素子
３，４と素子ヨーク１との間には、特性の影響上所定の
空隙が設けられている。

【００２２】そして、上記共振素子３，４をさらに覆う
ようにして天板８が設けられている。かかる天板８は、
上記素子ヨーク１の一主面１ａに真鍮よりなる支柱９，
１０を設け、その支柱９，１０上に上記マイクロＩＣ基
板７に対して所定距離を隔てて設けられている。

【００２３】一方、励磁ヨーク２は、上記素子ヨーク１
とによって閉磁路を構成するもので、該素子ヨーク１と
同様にパーマロイ等の磁性材料から形成されている。か
かる励磁ヨーク２は、上記素子ヨーク１と対向する側が
解放された長方体として形成され、その中央部分に底面
より開口側へ向かって突設する例えば円柱をなすポール
ピース１１を一体形成して構成される。

【００２４】このポールピース１１の上端面１１ａに
は、ＹＩＧ結晶体からなる温度特性を小さなものとする
と共に、上記共振素子３，４に対してバイアス磁界を印
加する永久磁石１２が設けられている。この永久磁石１
２には、ＹＩＧ結晶体とは逆の負の温度特性を持つ希土
類磁石が用いられる。ＹＩＧ結晶体の正の温度特性に対
して負の温度特性を持つ永久磁石１２を、ＹＩＧ結晶体
からなる共振素子３，４に相対向して近接した位置に設
ければ、上記ＹＩＧ結晶体の持つ正の温度特性がこの永
久磁石１２の負の温度特性によって相殺され、当該ＹＩ
Ｇ結晶体の温度特性が小さなものとなる。

【００２５】永久磁石１２に用いられる希土類磁石に
は、温度変化によって周波数ドリフトが少なければ少な
いもの程好ましいが、その場合はＹＩＧ結晶体の温度特
性と一致しないと一方にずれる可能性が高いことから、
製造上安定な例えばセリウムコバルト、サマリウムコバ
ルト、ネオジ系の磁石が好ましい。

【００２６】また、永久磁石１２は、ポールピース１１
の底面側にあってもよいが、共振素子３，４に印加する
磁場の大きさを考えると、なるべく共振素子３，４に近
接した位置に設けることが望ましい。

【００２７】そして、永久磁石１２の上には、この永久
磁石１２から発生する磁界を共振素子３，４に対して垂
直に印加させるための整磁板１３が設けられている。か
かる整磁板１３が無いと永久磁石１２から発生した磁束
が乱れ、共振素子３，４に対して垂直に磁界が印加され
ないことになる。また、この整磁板１３は、素子ヨーク
１に設けられる天板８に対して、若干の隙間が開くよう
な位置に設けられている。

【００２８】そして、上記励磁ヨーク２内であって上記
ポールピース１１の外周囲には、このポールピース１１
を取り囲むようにして同調コイル１４が設けられてい
る。かかる同調コイル１４は、共鳴周波数をある範囲で
可変させるために必要な磁界を上記共振素子３，４に対
して印加する磁界発生部として機能する。したがって、
この同調コイル１４の両端子には、共鳴周波数をある範
囲で可変させるに足る量の直流電流が通電されるように
なっている。

【００２９】また、上記ポールピース１１の外周囲に
は、このポールピース１１を取り囲むようにして、上記
同調コイル１４上に温度補償コイル１５が設けられてい
る。温度補償コイル１５は、共振素子３，４の温度特性
を常に零に制御する温度補償回路（図示は省略する。）
に接続されている。補正動作は、永久磁石１２によって
共振素子３，４の温度特性が小さなものとされることか
ら、補正周期を長くすることができ、位相ドリフト値を
小さなものにできる。

【００３０】上記温度補償回路に使用されるマイクロコ
ンピュータのデータは、予め共振素子３，４の温度特性
を読み取り、そのドリフト分を補正するようなデータと
して記憶させておく。このマイクロコンピュータの容量
は変えないで、動作補償温度範囲内でのドリフト量が小
さければ、当該マイクロコンピュータが一度に補正する
ドリフト量も小さい値で済むことになり、位相の変動は
小さくなる。

【００３１】以上のようにして構成された素子ヨーク１
と励磁ヨーク２とは、図１に示すように、互いに結合さ
れて閉磁路を構成する。このように構成された可変バン
ドパスフィルターにおいては、上記同調コイル１４への
通電によって共振素子３，４に磁界を印加させて、例え
ば０．４ＧＨｚ〜３．６ＧＨｚの範囲において共鳴周波
数を可変する。

【００３２】このとき、ポールピース１１の先端部には
永久磁石１２が設けられているので、当該永久磁石１２
のバイアス磁界によって可変周波数を下限である０．４
ＧＨｚとすることができる。したがって、０．４ＧＨｚ
とするに足る電流（例えば２００ｍＡ）を同調コイル１
４に通電する必要がなく、同調電流零の状態でも可変周
波数下限に到達せしめることができる。但し、本実施例
では、１／５程度の４０ｍＡを同調コイル１４に通電し
ている。このように、可変周波数下限値に至るまでの範
囲おいては、同調コイル１４への通電が必要ないことか
ら、自己発熱が発生せず、それによる立ち上がりの際の
温度ドリフトを低く抑えることができる。

【００３３】なお、同調コイル１４への通電は、可変周
波数である０．４ＧＨｚ〜３．６ＧＨｚの本来可変に必
要な同調電流（１６０ｍＡ）のみを通電すればよいこと
になり、大電流を流す必要がなくなる。したがって、こ
の同調コイル１４への通電により発生する自己発熱も自
ずと抑制されることになる。

【００３４】具体的には、これまで８．３６ＭＨｚ／℃
であった温度特性が、永久磁石１２の使用により１／２
以下の３．７ＭＨｚ／℃まで抑えることが出来た。その
結果、動作補償温度範囲（例えば０℃〜７０℃）におい
て、同調中心周波数の温度ドリフト量は、図３中線Ａで
示す永久磁石なしの場合で約５８０ＭＨｚであったのに
対し、同図中線Ｂで示す永久磁石ありの場合の約２６０
ＭＨｚまで小さくなった。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の可変バンドパスフィルターにおいては、正の温度特
性を持つＹＩＧ結晶体からなる共振素子に相対向して、
負の温度特性を持つ希土類の永久磁石を磁界発生部に設
けているので、当該ＹＩＧ結晶体の持つ正の温度特性が
永久磁石の持つ負の温度特性によって相殺され、該ＹＩ
Ｇ結晶体の使用上の温度特性が抑制されることになる。
この結果、動作補償温度範囲内での絶対的な位相ドリフ
ト値を抑制でき、温度補償回路を用いた場合も位相の補
正周期を大きくできることから、位相ドリフト量を小さ
なものとすることができる。

【００３６】また、本発明においては、同調周波数下限
範囲の僅かに低い周波数までを永久磁石のバイアス磁界
により、バイアス用印加磁場とできるため、その範囲に
使用する同調電流は不必要となる。したがって、自己発
熱を抑制することが可能となり、それに伴う温度ドリフ
トを小さなものとなすことができ、結果として消費電力
を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変バンドパスフィルターの断面図である。

【図２】可変バンドパスフィルターを分解した状態を示
す断面図である。

【図３】永久磁石を設けた場合と設けなかった場合の周
波数ドリフトを示す特性図である。

【図４】共鳴周波数をある範囲で可変させる場合に必要
な電流値を示す特性図である。

【符号の説明】

１・・・素子ヨーク ２・・・励磁ヨーク ３，４・・・共振素子 １１・・・ポールピース １２・・・永久磁石 １３・・・整磁板 １４・・・同調コイル １５・・・温度補償コイル

フロントページの続き (72)発明者 後藤 純一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気共鳴する共振素子と、 この共振素子に対して磁界を印加する磁界発生部と、 上記磁界発生部に設けられる永久磁石とを備えてなる可
   変バンドパスフィルター。
2. 【請求項２】 磁性材料からなる素子ヨークと、 上記素子ヨークに接し、この素子ヨークとによって閉磁
   路を構成する磁性材料からなる励磁ヨークと、 上記素子ヨークに設けられ、磁気共鳴する共振素子と、 上記励磁ヨークのポールピースの外周囲にこのポールピ
   ースを取り囲むようにして設けられる同調コイルからな
   る磁界発生部と、 上記励磁ヨークのポールピースの外周囲にこのポールピ
   ースを取り囲むようにして上記同調コイル上に設けら
   れ、上記共振素子の温度特性を零に制御する温度補償回
   路に接続される温度補償コイルと、 上記共振素子と相対向するように上記励磁ヨークのポー
   ルピースに設けられる永久磁石とを備えてなる可変バン
   ドパスフィルター。
3. 【請求項３】 永久磁石は、共振素子の近傍部に設けら
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載の可変バ
   ンドパスフィルター。
4. 【請求項４】 永久磁石が希土類磁石であることを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可
   変バンドパスフィルター。
5. 【請求項５】 共振素子がＹＩＧ結晶体であることを特
   徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の
   可変バンドパスフィルター。