JPH08274509A - 静磁波ｓ／ｎエンハンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性ガーネット膜を用いた静磁波素子の過渡
応答時間を短縮させ、周波数変移の急峻なＢＳ／ＣＳ放
送や高速デジタルデータ通信等への応用を可能とする。 【構成】 静磁波を伝搬する磁性ガーネット膜を用いた
静磁波フィルタ２Ａ，４等を備える静磁波Ｓ／Ｎエンハ
ンサにおいて、前記静磁波フィルタ２Ａ，４の磁性ガー
ネット膜の９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピ
ークの半値幅ΔＨが９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏeである構
成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静磁波の非線形動作を
利用して希望波信号（Signal）と雑音（Noise）との比
を改善することが可能な静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに係
り、特にＳ／Ｎエンハンサとして機能しなくなる時間、
すなわち静磁波素子が線形動作から非線形動作に移るま
での過渡応答時間を短縮するための材料定数の条件を適
切に設定した静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサには、２
種類の方式が知られている。第一の方式は米国特許第
４,２８３,６９２号に開示されているもので、静磁波
（静磁表面波）を伝搬させることが可能なＧＧＧ（ガド
リニウム・ガリウム・ガーネット）基板上に形成された
フェリ磁性膜としての磁性ガーネット膜に伝送線路を近
接して配置し、当該磁性ガーネット膜に特有の電力閾値
より小さな入力信号電力は当該磁性ガーネット膜に近接
する伝送線路から静磁波に変換して当該磁性ガーネット
膜中を伝搬させかつ当該磁性ガーネット膜に近接された
静磁波吸収体により吸収することにより、その信号レベ
ルを低減させＳ／Ｎエンハンサとするものである。

【０００３】第二の方式は特開平４−１２３５０２号に
開示されているもので、静磁波の伝搬が可能なＧＧＧ基
板上に形成された磁性ガーネット膜を用いた２つの遅延
線型静磁波フィルタを組み合わせたＳ／Ｎエンハンサ
（これを出力相殺型Ｓ／Ｎエンハンサと呼ぶことにす
る）である。

【０００４】図７に静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの入出力特
性の一例を示す。図７中に示したＰnは最適ノイズフロ
ア（例えばスペクトラム・アナライザのマックスホール
ド機能を利用して測定されたノイズレベル）で、Ｐnよ
りも大きな信号（希望波）は僅かな減衰を受けるのみで
あるが、Ｐnよりも小さな信号（ノイズ）は大きく低減
され、結果としてＳ／Ｎが改善される。なお、図７中、
点線直線は入出力特性が線形の場合（静磁波Ｓ／Ｎエン
ハンサの無い場合）を比較のために示している。

【０００５】前述した２つの方式による静磁波Ｓ／Ｎエ
ンハンサは共に、入力信号が急峻に周波数変移する過渡
的動作に対して線形動作から非線形動作へ移るための過
渡応答時間Ｔsを要する。そのため、変調周波数の高い
テレビジョン（ＴＶ）信号や位相変調（φＭ）、周波数
変調（ＦＭ）又は高周波（ＲＦ）パルスを利用した高速
デジタル通信用の信号に対してＴsの間だけ信号自身が
大きく減衰しＳ／Ｎの劣化が生じる。

【０００６】過渡応答時間Ｔsの間だけ信号自身が大き
く減衰する理由を出力相殺型Ｓ／Ｎエンハンサを例にと
って以下に説明する。

【０００７】図８に示すように、入力端子１から供給さ
れたＲＦパルス信号１４は３０ｄＢ方向性結合器６によ
り第１静磁波フィルタ２と第２静磁波フィルタ４に分配
される。３０ｄＢ方向性結合器６は、異なる電力比で入
力信号を分配するものであって、第１静磁波フィルタ２
への分配信号を基準としたとき第２静磁波フィルタ４へ
の分配信号は３０ｄＢの減衰を受けるように設定されて
いる。なお、方向性結合器６の一端は終端器９に接続さ
れている。このように、第２静磁波フィルタ４に加えら
れる信号は３０ｄＢの減衰を受けるので常時第２静磁波
フィルタ４の飽和電力閾値より小さく、第２静磁波フィ
ルタ４は常に線形動作をする。従って、信号は第２静磁
波フィルタ４を線形に通過し、その後、位相調整機能付
き１８０°位相反転器（可変遅延線）５で位相反転さ
れ、３０ｄＢ方向性結合器７を通って出力端子８に達す
る。その時の信号波形は１２である。なお、３０ｄＢ方
向性結合器７は異なる電力比で入力信号を合成するもの
であって、振幅調整用減衰器３からの信号に３０ｄＢの
減衰を与えて１８０°位相反転器５からの信号と合成す
る。なお、方向性結合器７の一端は終端器１０に接続さ
れている。

【０００８】一方、第１静磁波フィルタ２に加えられる
信号は、方向性結合器６を通過後、第１静磁波フィルタ
２の飽和電力閾値より大きいとすると、第１静磁波フィ
ルタ２では過渡応答時間Ｔsの間だけ線形であるが、そ
の後飽和する。出力レベル調整用の減衰器３を通過後、
方向性結合器７で３０ｄＢの減衰を受けて信号波形１１
の信号が出力端子８に達する。

【０００９】従って、出力端子８では、各々位相が１８
０°異なる２つの信号が合成され信号波形１３のような
合成出力信号となる。すなわち、信号波形１３の合成出
力信号では時間Ｔsの間だけ信号自体の振幅が大幅に減
衰され、伝送信号の欠落が生じ、例えば、従来ＢＳ放送
（衛星放送）の赤色などの変調周波数の高いクロマ成分
のノイズが改善しないばかりか、場合によってはノイズ
が増加していた。

【００１０】なお、図８において、出力側の信号波形
は、入力側に比べて振幅を拡大して表示してある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、入力
信号が急峻に周波数変移する過渡的動作に対して、磁性
ガーネット膜を用いた静磁波フィルタが線形動作から非
線形動作へ移るのに過渡応答時間Ｔsが生じるために、
当該フィルタで静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを構成すると、
変調周波数の高いＴＶ信号やφＭ，ＦＭ又はＲＦパルス
を利用した高速デジタル通信用の信号に対して当該静磁
波Ｓ／ＮエンハンサはＴsの間だけ信号自身を大きく減
衰させＳ／Ｎの劣化を生じさせる。そのため静磁波Ｓ／
ＮエンハンサのＢＳ／ＣＳ放送（放送衛星や通信衛星に
よる放送）や高速データ通信への応用が困難であった。

【００１２】本発明は、上記の点に鑑み、磁性ガーネッ
ト膜を用いた静磁波素子の過渡応答時間Ｔsを短縮さ
せ、周波数変移の急峻なＢＳ／ＣＳ放送や高速デジタル
データ通信等への応用を可能にした静磁波Ｓ／Ｎエンハ
ンサを提供することを目的とする。

【００１３】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施例において明らかにする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、静磁波を伝搬する磁性ガーネット膜を用
いた静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいて、当該磁性ガーネ
ット膜の９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピー
クの半値幅ΔＨ（FMR line width）を ９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏe に設定している。

【００１５】

【作用】本発明の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサは、静磁波を
伝搬する磁性ガーネット膜の９.５５ＧＨｚにおける強
磁性共鳴の吸収ピークの半値幅（FMR line width）ΔＨ
を９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏeに設定したので、前記磁性
ガーネット膜を用いた静磁波フィルタ等の静磁波素子の
過渡応答時間Ｔsを短縮させ、ＢＳ／ＣＳ放送の画質等
を改善可能であり、これと同時に、φＭ，ＦＭ又はＲＦ
パルスを利用した高速デジタルデータ通信への応用を可
能にするものである。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ
の実施例を図面に従って説明する。

【００１７】図１は本発明の実施例であって、出力相殺
型Ｓ／Ｎエンハンサを構成した場合を示している。この
場合、第１及び第２静磁波フィルタ２Ａ，４は、例えば
相互に平行に誘電体基板上に配設された入力側電極と出
力側電極とを有し、ＧＧＧ基板上に形成された磁性ガー
ネット膜を入力側及び出力側電極の両方を含む基板領域
上に設けたものである。入力側電極は電磁波−静磁波変
換用のトランスジューサ、出力側電極は静磁波−電磁波
変換用のトランスジューサとして機能する。そして、飽
和電力閾値より大きな信号に対してのみ周波数選択的に
非線形動作する第１静磁波フィルタ２Ａの磁性ガーネッ
ト膜について、９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸
収ピークの半値幅（FMR line width）ΔＨを９ Ｏe≧Δ
Ｈ≧０.７ Ｏeに設定している。なお、その他の構成部
分は図８の従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサと同様であ
る。

【００１８】図２は周波数１.２ＧＨｚで測定した静磁
波フィルタの飽和電力閾値で規格化した相対入力電力
（ｄＢ）と飽和線形動作時間（ｎsec）との関係を示
す。ここで、飽和電力閾値は、磁性ガーネット膜におけ
る電磁波から静磁波への変換に飽和があることに起因す
るもので、入力電力レベルが一定閾値を越えると出力電
力レベルが増加できなくなるときの当該一定閾値を言
う。また、飽和線形動作時間は、線形動作から非線形動
作に移るための過渡応答時間に相当する。図２に示すよ
うに、飽和線形動作時間は入力電力の増加に伴い短くな
っているが、ΔＨによっても大きく相違し、ΔＨが０.
７ Ｏｅより小さなΔＨ＝０.５ Ｏeの磁性ガーネット膜
に比べてΔＨが０.７ Ｏｅ以上の１.２ Ｏe又は２.５
Ｏeの場合は大幅に短縮されている。

【００１９】図３は前記ΔＨと飽和電力閾値で規格化し
た相対入力電力＝１０ｄＢにおける飽和線形動作時間
（ｎsec）との関係を示す。この図に示すように、入力
電力一定（飽和電力閾値で規格化した相対入力電力＝１
０ｄＢ）の場合、ΔＨの増加に伴い飽和線形動作時間は
短縮されていることが判る。従って、飽和線形動作時間
も、ΔＨが０.７ Ｏｅより小さなΔＨ＝０.５ Ｏeの磁
性ガーネット膜に比べてΔＨが０.７ Ｏｅ以上の１.２
Ｏe又は２.５ Ｏeのときは大幅（数分の１）に短縮され
る。

【００２０】そこで、図１の実施例において、入力端子
１への入力信号レベルが高い場合に第１静磁波フィルタ
２Ａが飽和動作するようにレベル調整し、第１静磁波フ
ィルタ２Ａの入力側及び出力側電極の両方を含む領域に
設けられていて静磁波が伝搬する磁性ガーネット膜のΔ
Ｈ（９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピークの
半値幅）が０.７ Ｏe以上の例えばΔＨ＝１.２ Ｏe又は
２.５ Ｏeであるようにすると、前述した図２及び図３
に示したように、飽和電力閾値を越える信号電力が第１
静磁波フィルタ２Ａに入力された場合、飽和レベルに達
するまでの時間（線形動作から本来の非線形動作に移る
までの時間）は明らかにΔＨが０.７Ｏｅより小さなΔ
Ｈ＝０.５ Ｏeの磁性ガーネット膜に比べて短縮され
る。

【００２１】また、図４には、ΔＨを変化させた場合の
低Ｃ／Ｎ（キャリア／ノイズ）のＢＳ信号を図１の実施
例の構成を持つ静磁波Ｓ／Ｎエンハンサに通した場合の
ＢＳ映像成分、特に変調周波数が高くＳ／Ｎ改善度が他
の色に比べて小さい赤色カラー信号のノイズ改善効果を
示す。但し、０ｄＢは静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを通さな
い場合に相当する。この図から、前記ΔＨが０.７ Ｏｅ
より小さなΔＨ＝０.５ Ｏeの磁性ガーネット膜では改
善効果はマイナスであるが、０.７ Ｏｅ以上では約０.
５乃至数ｄＢの改善効果が得られている。

【００２２】これらの結果からＢＳ映像成分のノイズ改
善効果を期待できるのは、ΔＨ≧０.７ Ｏeであること
が判る。ところが、ΔＨを大きくすると、ΔＨと飽和電
力閾値（ｄＢｍ）との関係を示す図５から判るように静
磁波フィルタの飽和電力閾値が上昇し、従って、静磁波
Ｓ／Ｎエンハンサの最適ノイズフロアレベルも上昇する
ので、入力信号の増幅が必要になる。ところが、準マイ
クロ波やマイクロ波を低ノイズのまま増幅するのに技術
的にもコストでも現在は限界があるので、ΔＨを無限に
大きくすることはできない。そこで、準マイクロ波やマ
イクロ波用としては、最適ノイズフロアレベルＰnの上
限値を−１０ｄＢｍとすると、飽和電力閾値も同程度の
上限値となり、図５からΔＨの上限値は約９ Ｏeとな
る。

【００２３】以上説明したように、図１の実施例におい
て、第１静磁波フィルタ２Ａに用いる磁性ガーネット膜
として、９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピー
クの半値幅（FMR line width）ΔＨを９ Ｏe≧ΔＨ≧
０.７ Ｏeに設定したので、入力端子１にＲＦパルス信
号１４を供給した場合、第１静磁波フィルタ２Ａ、振幅
調整用減衰器３及び３０ｄＢ方向性結合器７の経路を通
った信号の信号波形１１は従来よりも短縮された過渡応
答時間Ｔs’（Ｔs’＜Ｔs）となり、３０ｄＢ方向性結
合器６、第２静磁波フィルタ４及び位相調整機能付き１
８０°位相反転器５の経路を通った信号との出力端子８
における合成出力は信号波形１３のようになり、信号自
身が減衰する時間が短縮されることになる。この結果、
周波数変移が急峻なＢＳ／ＣＳ放送の画質等を改善可能
であり、さらに、φＭ，ＦＭ又はＲＦパルスを利用した
高速デジタルデータ通信への応用も可能となる。

【００２４】なお、過渡応答時間経過後の動作は、図１
の実施例も図８の従来例も同様であり、最適ノイズフロ
アＰnよりも大きな信号（希望波）は、第１静磁波フィ
ルタ２Ａが非線形動作、第２静磁波フィルタ４が線形動
作となり、出力端子８側での合成出力は相殺されずに僅
かな減衰を受けるのみであるが、Ｐnよりも小さな信号
（ノイズ）は第１及び第２静磁波フィルタ２Ａ，４共に
線形動作となって、出力端子８側での合成出力は相殺さ
れ、大きく低減される。

【００２５】また、図１の実施例において、第２静磁波
フィルタ４は常時線形動作をしているので、応答時間は
１０ｎsec以下であり、第１静磁波フィルタ２Ａと同じ
ΔＨの磁性ガーネット膜である必要性は無いが、第１及
び第２静磁波フィルタ２Ａ，４の特性を揃える意味で同
じ磁性ガーネット膜を用いてもよい。

【００２６】図６は本発明の他の実施例を示す。この図
において、誘電体基板２０の主面（上面）に信号入力側
から信号出力側にマイクロ波が伝搬するマイクロストリ
ップ線路２１が形成され、基板２０の裏面には全面にわ
たり地導体２２が形成されている。また、ＧＧＧ基板２
３の片面に磁性ガーネット膜２４が形成されており、該
磁性ガーネット膜２４がマイクロストリップ線路２１の
信号入力端及び信号出力端を除く大部分を覆うように当
該マイクロストリップ線路２１に対接乃至近接配置され
ている。Ｈdcは、直流バイアス磁界であり、図中矢印
（マイクロストリップ線路２１に平行な向き）のように
加えられている。ここで、前記磁性ガーネット膜２４の
９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピークの半値
幅（FMRline width）ΔＨを９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏeに
設定している。

【００２７】この図６の実施例において、マイクロスト
リップ線路２１を通過する電磁波の一部は静磁波に変換
されて磁性ガーネット膜２４を伝搬し、磁性ガーネット
膜端部の傾斜面でマイクロストリップ線路２１方向に反
射されないように処理されるか、あるいは磁性ガーネッ
ト膜２４の端部に設けられた吸収体（図示せず）で吸収
されるが、磁性ガーネット膜における電磁波から静磁波
への変換に飽和があるため、最適ノイズフロアＰnより
も大きな信号（希望波）は静磁波の励振、吸収が飽和す
るため僅かな減衰を受けるのみであるが、Ｐnよりも小
さな信号（ノイズ）は大きく低減され、結果としてＳ／
Ｎが改善される。このとき、前記磁性ガーネット膜２４
の９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピークの半
値幅（FMRline width）ΔＨが９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏe
であるため、過渡応答時間を短縮でき、周波数変移が急
峻なＢＳ／ＣＳ放送の画質等を改善や、φＭ，ＦＭ又は
ＲＦパルスを利用した高速デジタルデータ通信への応用
が可能である。

【００２８】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の
範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者
には自明であろう。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静磁波を伝搬する磁性ガーネット膜を用いた静磁波Ｓ／
Ｎエンハンサにおいて、当該磁性ガーネット膜の９.５
５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピークの半値幅ΔＨ
を９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏeに設定したので、飽和線形
動作時間が変調周波数の高い信号に対してもＳＮ比を改
善できる程度に短縮され（過渡応答時間が短縮され）、
静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの高速デジタルデータ通信への
応用が可能となる。また、ＢＳ／ＣＳ放送等で受信電波
の弱い地域又は条件下で静磁波Ｓ／Ｎエンハンサを用い
ると衛星放送映像の画質等の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの実施例
を示す構成図である。

【図２】静磁波フィルタの飽和電力閾値で規格化した相
対入力電力（ｄＢ）と飽和線形動作時間（ｎsec）との
関係を示すグラフである。

【図３】ΔＨと飽和電力閾値で規格化した相対入力電力
＝１０ｄＢにおける飽和線形動作時間（ｎsec）との関
係を示すグラフである。

【図４】ΔＨとＢＳ映像の赤色カラー信号のＳ／Ｎ改善
量（ｄＢ）との関係を示すグラフである。

【図５】ΔＨと飽和電力閾値（ｄＢｍ）との関係を示す
グラフである。

【図６】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図７】静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの入出力特性図であ
る。

【図８】従来の静磁波Ｓ／Ｎエンハンサの構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２，２Ａ 第１静磁波フィルタ ３ 振幅調整用減衰器 ４ 第２静磁波フィルタ ５ １８０°位相反転器 ６ ３０ｄＢ方向性結合器 ７ ３０ｄＢ方向性結合器 ８ 出力端子 ９，１０ 終端器 ２０ 誘電体基板 ２１ マイクロストリップ線路 ２４ 磁性ガーネット膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁波を伝搬する磁性ガーネット膜を用
   いた静磁波Ｓ／Ｎエンハンサにおいて、当該磁性ガーネ
   ット膜の９.５５ＧＨｚにおける強磁性共鳴の吸収ピー
   クの半値幅ΔＨが ９ Ｏe≧ΔＨ≧０.７ Ｏe であることを特徴とする静磁波Ｓ／Ｎエンハンサ。