JPH11298203A - 静磁波デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイズの小さい静磁波フィルタを用いてもイ
ンピーダンスマッチングが容易であり、出力電力の大き
い増幅器を使用する必要のない静磁波デバイスを得る。 【解決手段】 入力端子３０に信号が入力され、第１の
方向性結合器２８で得られた高レベル信号と低レベル信
号とが、２つの静磁波フィルタ１２，１４に入力され
る。第１の静磁波フィルタ１２では、主信号が振幅制限
され、ノイズは振幅制限されないまま出力される。第２
の静磁波フィルタ１４では、全ての信号が振幅制限され
ずに出力される。第２の静磁波フィルタ１４の出力信号
は、１８０度移相器３４で位相反転され、第２の方向性
結合器３２で第１の静磁波フィルタ１２の出力信号と合
成される。第１の静磁波フィルタ１２の入力側および第
２の静磁波フィルタ１４の出力側には、インピーダンス
マッチング用回路としてのキャパシタ３８，４０が接続
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は静磁波デバイスに
関し、特にたとえば、信号のＳ／Ｎを改善するためのＳ
／Ｎエンハンサとして用いられる静磁波デバイスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の静磁波デバイスの一例を
示す回路図である。静磁波デバイス１は、入力端子２を
含む。さらに、入力端子２は、方向性結合器３を介し
て、第１の静磁波フィルタ４ａおよび第２の静磁波フィ
ルタ４ｂの入力用トランスデューサに接続される。これ
らの静磁波フィルタ４ａ，４ｂは、それぞれ、ＧＧＧ
（ガドリニウム，ガリウム，ガーネット）基板上にＹＩ
Ｇ（イットリウム，鉄，ガーネット）薄膜を形成し、Ｙ
ＩＧ薄膜上に単線状の入力用トランスデューサと出力用
トランスデューサとを平行に配置したものである。そし
て、これらのトランスデューサが伸びる方向と平行な方
向に、直流磁界が印加される。これらの静磁波フィルタ
４ａ，４ｂは、周波数選択的に非線形な振幅制限特性を
有する。周波数選択的に非線形な振幅制限特性とは、あ
る周波数ｆ₁ の信号が飽和レベルを超えて振幅制限を受
けている場合でも、その周波数ｆ₁ と異なる周波数ｆ₂
の信号は振幅制限を受けない特性をいう。つまり、周波
数選択的に非線形な振幅制限特性とは、信号が飽和レベ
ルを超えた場合に起きる飽和動作による振幅制限が、そ
れぞれの周波数において独立して起こる特性をいう。

【０００３】第２の静磁波フィルタ４ｂの出力用トラン
スデューサは、１８０度移相器５に接続され、さらに１
８０度移相器５は方向性結合器６の入力端に接続され
る。また、第１の静磁波フィルタ４ａの出力用トランス
デューサは、方向性結合器６の別の入力端に接続され
る。さらに、方向性結合器６は、出力端子７に接続され
る。

【０００４】この静磁波デバイス１では、レベルの高い
主信号と、主信号と周波数の異なるレベルの低いノイズ
とを含む信号が入力されると、方向性結合器３によっ
て、入力信号とほぼ同じレベルの高レベル信号と、３０
ｄＢ程度減衰した低レベル信号とが出力される。そし
て、第１の静磁波フィルタ４ａには高レベル信号が入力
され、第２の静磁波フィルタ４ｂには低レベル信号が入
力される。第１の静磁波フィルタ４ａでは、高レベル信
号中の主信号はレベルが高いために振幅制限を受ける
が、高レベル信号中のノイズは主信号とは周波数が異な
りかつレベルが低いために振幅制限を受けない。それに
対して、第２の静磁波フィルタ４ｂでは、低レベル信号
中の主信号もノイズも、ともにレベルが低いので、振幅
制限を受けない。なお、静磁波フィルタ４ａ，４ｂで
は、挿入損失によって、高レベル信号および低レベル信
号は、それぞれレベルが少し減衰する。

【０００５】第２の静磁波フィルタ４ｂの出力信号は、
１８０度移相器５で反転される。そして、方向性結合器
６によって、第１の静磁波フィルタ４ａの出力信号と１
８０度移相器５の出力信号とが合成される。このとき、
第１の静磁波フィルタ４ａの出力信号が減衰されて、そ
の中のノイズが１８０度移相器５の出力信号中のノイズ
とほぼ同レベルとなるように減衰される。第１の静磁波
フィルタ４ａの出力信号と１８０度移相器５の出力信号
とは、互いに逆位相であるため、これらの信号を合成す
ることにより、これらの信号中のノイズは相殺される。

【０００６】また、第１の静磁波フィルタ４ａの出力信
号中の主信号は、方向性結合器６によって減衰される
が、第１の静磁波フィルタ４ａにおいて振幅制限を受け
ているため、減衰されることによって１８０度移相器５
の出力信号中の主信号よりレベルが低くなる。そのた
め、第１の静磁波フィルタ４ａの出力信号と１８０度移
相器５の出力信号とを合成することにより、第１の静磁
波フィルタ４ａで受けた振幅制限に対応する信号が、方
向性結合器６から出力される。したがって、出力端子７
からの出力信号にはノイズがほとんど含まれておらず、
入力信号のＳ／Ｎを改善することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静磁波
デバイスでは、電気信号を静磁波に変換するときの効率
を高めたり、静磁波を電気信号に変換するときの効率を
高めるために、第１および第２の静磁波フィルタのイン
ピーダンスマッチングをとる必要がある。このようなイ
ンピーダンスマッチングをとるために、従来では、静磁
波フィルタのトランスデューサの長さを長くする必要が
あり、その分、静磁波フィルタのサイズが大きくなると
いう問題があった。ところが、ＹＩＧ薄膜ウェーハは非
常に高価であり、静磁波フィルタが大きくなると、部材
コストが高くなってしまう。

【０００８】また、静磁波フィルタのサイズを小さくし
た場合、インピーダンスのミスマッチが生じるため、電
気信号から静磁波への変換効率が悪くなり、挿入損失が
増大する。そのため、静磁波デバイスには低いレベルの
静磁波しか発生せず、発生した静磁波に対する飽和レベ
ルが高くなる。Ｓ／Ｎエンハンサとして用いられる静磁
波デバイスでは、主信号が第１の静磁波フィルタでつね
に振幅制限を受けるようにする必要があるため、飽和レ
ベルを超えるレベルの静磁波が発生するようにしなけれ
ばならない。そのため、電気信号から静磁波への変換効
率が低くなると、振幅制限を受けるようなレベルの静磁
波を発生させるために、入力端子に入力する信号のレベ
ルを高くする必要があり、出力電力の大きい増幅器を静
磁波デバイスの入力側に接続する必要がある。そのた
め、非常にコストが高くなる。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、サ
イズの小さい静磁波フィルタを用いてもインピーダンス
マッチングが容易であり、出力電力の大きい増幅器を使
用する必要がない静磁波デバイスを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、主信号とノ
イズとを含む信号中の主信号の振幅を制限するための第
１の静磁波フィルタと、信号を通過させるための第２の
静磁波フィルタと、第１の静磁波フィルタおよび第２の
静磁波フィルタの出力信号中のノイズが相殺されるよう
に第１の静磁波フィルタおよび第２の静磁波フィルタの
出力信号を合成するための合成手段とを含み、第１の静
磁波フィルタの入力端および第２の静磁波フィルタの出
力端の少なくとも一方にインピーダンスマッチング用回
路を構成した、静磁波デバイスである。この静磁波デバ
イスにおいて、インピーダンスマッチング用回路は、第
１の静磁波フィルタまたは第２の静磁波フィルタのいず
れかに並列に接続されるキャパシタ、または第１の静磁
波フィルタおよび第２の静磁波フィルタの両方に並列に
接続されるキャパシタによって形成することができる。

【００１１】信号中に含まれる主信号を振幅制限した信
号と、信号をそのまま通過させた信号とが合成される。
このとき、ノイズが相殺されるように合成することによ
って、主信号の振幅制限された部分に対応する信号が得
られる。この場合、ノイズは相殺されているため、信号
のＳ／Ｎが向上する。静磁波フィルタのサイズを小さく
しても、第１の静磁波フィルタまたは第２の静磁波フィ
ルタの少なくとも一方にインピーダンスマッチング用回
路を形成することにより、電気信号と静磁波との間の変
換効率を高めることができる。そして、静磁波フィルタ
に並列にキャパシタを接続することにより、簡単にイン
ピーダンスマッチング用回路を形成することができる。

【００１２】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の静磁波デバイ
スの一例を示す回路図である。静磁波デバイス１０は、
第１の静磁波フィルタ１２および第２の静磁波フィルタ
１４を含む。第１の静磁波フィルタ１２および第２の静
磁波フィルタ１４は、静磁波素子１６を含む。静磁波素
子１６は、図２に示すように、たとえばＧＧＧ（ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット）基板１８を含み、ＧＧ
Ｇ基板１８上にＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネッ
ト）薄膜２０が形成されている。ＹＩＧ薄膜２０上に
は、互いに平行な単線状の入力用トランスデューサ２２
と出力用トランスデューサ２４とが形成される。さら
に、入力用トランスデューサ２２および出力用トランス
デューサ２４の外側において、ＹＩＧ薄膜２０上には、
静磁波吸収材２６が形成される。そして、ＹＩＧ薄膜２
０には、入力用トランスデューサ２２および出力用トラ
ンスデューサ２４が伸びる方向と平行な方向に、直流磁
界が印加される。これらの静磁波フィルタ１２，１４
は、周波数選択的に非線形な振幅制限特性を有する。

【００１４】第１の静磁波フィルタ１２の入力用トラン
スデューサ２２には、第１の方向性結合器２８の一方の
出力端が接続される。また、第２の静磁波フィルタ１４
の入力用トランスデューサ２２には、第１の方向性結合
器２８の他方の出力端が接続される。第１の方向性結合
器２８の一方の出力端からは、入力端子３０に入力され
た信号が、ほぼそのままの形で高レベル信号として出力
される。また、第１の方向性結合器２８の他方の出力端
からは、入力端子３０に入力された信号が、たとえば２
０ｄＢ程度減衰された形で低レベル信号として出力され
る。

【００１５】なお、図１に示す静磁波デバイス１０で
は、第１の静磁波フィルタ１２および第２の静磁波フィ
ルタ１４の入力用トランスデューサ２２および出力用ト
ランスデューサ２４は、入力信号と出力信号が同じ向き
に出力されるように設定される。つまり、これらの静磁
波フィルタ１２，１４において、入力用トランスデュー
サ２２および出力用トランスデューサ２４の同じ側の端
部が入力用および出力用として用いられ、反対の端部が
接地される。このようにすれば、２つの静磁波フィルタ
１２，１４の入力用トランスデューサ２２と出力用トラ
ンスデューサ２４との間の距離が同じであるため、それ
ぞれの静磁波フィルタ１２，１４の入出力間の信号の遅
延状態は同じとなる。そのため、第１の静磁波フィルタ
１２の出力用トランスデューサ２４および第２の静磁波
フィルタ１４の出力用トランスデューサ２４から出力さ
れる信号は同位相となる。

【００１６】第１の静磁波フィルタ１２の出力用トラン
スデューサ２４は、第２の方向性結合器３２の一方の入
力端に接続される。また、第２の静磁波フィルタ１４の
出力用トランスデューサ２４は、１８０度移相器３４に
接続され、この１８０度移相器３４は第２の方向性結合
器３２の他方の入力端に接続される。この１８０度移相
器３２では、入力された信号の位相が反転されて出力さ
れる。そして、第２の方向性結合器３２では、第１の静
磁波フィルタ１２の出力信号が減衰されて、１８０度移
相器３４の出力信号と合成され、出力端子３６から出力
される。

【００１７】さらに、第１の静磁波フィルタ１２の入力
用トランスデューサ２２には、インピーダンスマッチン
グ用回路として、第１のキャパシタ３８が接続される。
第１のキャパシタ３８は、第１の静磁波フィルタ１２の
入力用トランスデューサ２２と並列に接続される。つま
り、第１のキャパシタ３８の一端が、第１の静磁波フィ
ルタ１２の入力用トランスデューサ２２の入力側に接続
され、他端が接地される。同様に、第２の静磁波フィル
タ１４の出力用トランスデューサ２４には、インピーダ
ンスマッチング用回路として、第２のキャパシタ４０が
接続される。第２のキャパシタ４０は、第２の静磁波フ
ィルタ１４の出力用トランスデューサ２４と並列に接続
される。つまり、第２のキャパシタ４０の一端が、第２
の静磁波フィルタ１４の出力用トランスデューサ２４の
出力側に接続され、他端が接地される。

【００１８】この静磁波デバイス１０では、入力端子３
０にレベルの高い主信号と、主信号と周波数の異なるレ
ベルの低いノイズとを含む信号が入力されると、第１の
方向性結合器２８の一方の出力端から、入力信号とほぼ
同じ形の高レベル信号が出力される。この高レベル信号
が第１の静磁波フィルタ１２の入力用トランスデューサ
２２に入力されると、ＹＩＧ薄膜２０に静磁波が発生
し、出力用トランスデューサ２４に向かって伝搬する。
このとき、第１のキャパシタ３８によって、第１の静磁
波フィルタ１２とのインピーダンスマッチングがとられ
ているため、高レベル信号は高い効率で静磁波に変換さ
れる。なお、入力用トランスデューサ２２の外側に向か
っても静磁波が伝搬するが、この静磁波は静磁波吸収材
２６によって吸収され、ＹＩＧ薄膜２０の端面における
静磁波の反射などによる影響を除くことができる。

【００１９】第１の静磁波フィルタ１２のＹＩＧ薄膜２
０を伝搬した静磁波は、出力用トランスデューサ２４で
電気信号に変換される。このとき、主信号の振幅は大き
いため、第１の静磁波フィルタ１２における静磁波の伝
搬過程において、主信号は振幅制限を受ける。しかしな
がら、ノイズの振幅は小さいため、振幅制限を受けずに
出力用トランスデューサ２４から出力される。なお、第
１の静磁波フィルタ１２の出力側には、インピーダンス
マッチング用回路が形成されていないため、静磁波は低
い効率で電気信号に変換される。

【００２０】第２の静磁波フィルタ１４の入力用トラン
スデューサ２２には、入力端子３０に入力された信号が
約２０ｄＢ程度減衰されて得られる低レベル信号が入力
される。第２の静磁波フィルタ１４では、入力された低
レベル信号によってＹＩＧ薄膜２０に静磁波が発生し、
出力用トランスデューサ２４に向かって伝搬する。この
とき、第２の静磁波フィルタ１４の入力側には、インピ
ーダンスマッチング用回路が形成されていないため、低
レベル信号が低い効率で静磁波に変換される。第２の静
磁波フィルタ１４の出力用トランスデューサ２４では、
静磁波が電気信号に変換される。このとき、第２の静磁
波フィルタ１４の出力側にインピーダンスマッチング用
の第２のキャパシタ４０が接続されているため、静磁波
が高い効率で電気信号に変換される。このように、第２
の静磁波フィルタ１４に入力される低レベル信号は入力
用トランスデューサ２２における変換時にさらに減衰さ
れるため、主信号もノイズも振幅制限を受けず、ほぼそ
のままの形で出力用トランスデューサ２４から出力され
る。第２の静磁波フィルタ１４の出力信号は、１８０度
移相器３４によって反転され、第２の方向性結合器３２
に入力される。

【００２１】第２の方向性結合器３２では、第１の静磁
波フィルタ１２の出力信号が減衰されて、１８０度移相
器３４の出力信号と合成される。このとき、第１の静磁
波フィルタ１２の出力信号に含まれるノイズが、１８０
度位相器３４の出力信号に含まれるノイズとほぼ同レベ
ルとなるように減衰される。したがって、第２の方向性
結合器３２で２つの信号が合成されることにより、これ
らの信号に含まれるノイズが相殺される。しかしなが
ら、第１の静磁波フィルタ１２の出力信号の中の主信号
は振幅制限を受けているため、これが第２の方向性結合
器３２によって減衰されると、１８０度移相器３４の出
力信号に含まれる主信号の振幅より小さい振幅となる。
そのため、第１の静磁波フィルタ１２の出力信号中の主
信号と１８０度移相器３４の出力信号中の主信号との
差、すなわち第１の静磁波フィルタ１２で受けた振幅制
限に相当する信号が、第２の方向性結合器３２から出力
される。したがって、出力端子３６から得られる信号に
は、ノイズがほとんど含まれておらず、信号のＳ／Ｎを
向上させることができる。

【００２２】この静磁波デバイス１０では、第１の静磁
波フィルタ１２の入力用トランスデューサ２２と並列
に、第１のキャパシタ３８が接続されていることによ
り、第１の静磁波フィルタ１２の入力側において、イン
ピーダンスマッチングをとることができる。また、第２
の静磁波フィルタ１４の出力用トランスデューサ２４と
並列に、第２のキャパシタ４０が接続されていることに
より、第２の静磁波フィルタ１４の出力側において、イ
ンピーダンスマッチングをとることができる。そのた
め、第１の静磁波フィルタ１２および第２の静磁波フィ
ルタ１４のサイズが小さくても、インピーダンスのミス
マッチを防ぐことができ、飽和レベルが高くなったり、
挿入損失が増大することを防ぐことができる。この発明
の静磁波デバイス１０では、第１の静磁波フィルタ１２
および第２の静磁波フィルタ１４に用いられる静磁波素
子１６として、１．５×２．０ｍｍ程度の小さいサイズ
のものを使用することができた。

【００２３】第１の静磁波フィルタ１２においては、主
信号がつねに振幅制限を受けるようにする必要があるた
め、電気信号から静磁波への変換効率が低くなると、静
磁波フィルタの飽和レベルより高いレベルの静磁波が発
生するように、出力電力の大きい増幅器を静磁波デバイ
ス１０の入力側に接続する必要がある。しかしながら、
この静磁波デバイス１０では、第１の静磁波フィルタ１
２のサイズを小さくしても、電気信号から静磁波への変
換効率が高いため、出力電力の大きい増幅器などを用い
なくても飽和レベルを超えるレベルの静磁波を発生させ
ることができ、コストの増大を防ぐことができる。さら
に、ＹＩＧ薄膜ウェーハは高価であるが、静磁波フィル
タのサイズを小さくすることができるため、１つのＹＩ
Ｇ薄膜ウェーハから多くの静磁波素子１６を得ることが
でき、静磁波デバイス１０のコストの低減を図ることが
できる。

【００２４】なお、図３に示すように、方向性結合器を
用いずに、２つの抵抗４４，４６からなる減衰器４２、
および２つの抵抗５０，５２からなる減衰器４８を用い
てもよい。つまり、入力端子３０に入力された信号は、
直接第１の静磁波フィルタ１２に入力されるとともに、
減衰器４２を介して第２の静磁波フィルタ１４に入力さ
れる。また、第１の静磁波フィルタ１２から出力された
信号は、減衰器４８を介して１８０度移相器３４の出力
信号と合成される。このような静磁波デバイス１０にお
いても、図１に示す静磁波デバイスと同様の動作によ
り、信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

【００２５】また、図４に示すように、第１の静磁波フ
ィルタ１２において、入力用トランスデューサ２２と出
力用トランスデューサ２４の向きを逆向きにしてもよ
い。さらに、図４に示す静磁波デバイス１０において
は、減衰器４２が１つの抵抗５４で形成され、減衰器４
８が１つの抵抗５６で形成されている。この静磁波デバ
イス１０では、第１の静磁波フィルタ１２の入力用トラ
ンスデューサ２２と出力用トランスデューサ２４とが逆
向きとなっているため、第１の静磁波フィルタ１２の出
力用トランスデューサ２４および第２の静磁波フィルタ
１４の出力用トランスデューサ２４から出力される信号
は互いに逆位相となる。したがって、第２の静磁波フィ
ルタ１４の後段に１８０度移相器を設置する必要がな
く、単に第１の静磁波フィルタ１２の出力信号を減衰し
て第２の静磁波フィルタ１４の出力信号と合成するだけ
で、ノイズを相殺することができる。

【００２６】なお、第１の静磁波フィルタ１２の入力用
トランスデューサ２２と出力用トランスデューサ２４と
を同じ向きとし、第２の静磁波フィルタ１４の入力用ト
ランスデューサ２２と出力用トランスデューサ２４とを
逆向きとしてもよい。この場合も、それぞれの静磁波フ
ィルタ１２，１４の出力用トランスデューサ２４から
は、互いに逆位相の信号が出力される。したがって、第
２の静磁波フィルタ１４の出力信号と減衰器４８の出力
信号とを合成することにより、ノイズが相殺される。

【００２７】これらの図３および図４に示す静磁波デバ
イス１０においても、インピーダンスマッチング用回路
として、第１のキャパシタ３８および第２のキャパシタ
４０を用いることにより、第１の静磁波フィルタ１２お
よび第２の静磁波フィルタ１４のサイズを小さくするこ
とができ、それに伴って、静磁波デバイス１０のコスト
ダウンを図ることができる。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、インピーダンスマッ
チング用回路を形成することにより、静磁波フィルタと
のインピーダンスマッチングをとることができ、静磁波
フィルタのサイズを小さくすることができる。このよう
にインピーダンスマッチングをとることにより、電気信
号から静磁波への変換効率および静磁波から電気信号へ
の変換効率が高くなる。そのため、第１の静磁波フィル
タでは確実に主信号の振幅制限をすることができ、静磁
波デバイスの入力側に出力電力の大きい増幅器などを接
続する必要がない。また、第２の静磁波フィルタの挿入
損失も小さくすることができる。さらに、静磁波フィル
タを小型化できるため、高価なＹＩＧ薄膜ウェーハから
多くの静磁波素子を得ることができ、静磁波デバイスの
コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の静磁波デバイスの一例を示す回路図
である。

【図２】図１に示す静磁波デバイスに用いられる静磁波
フィルタの斜視図である。

【図３】この発明の静磁波デバイスの他の例を示す回路
図である。

【図４】この発明の静磁波デバイスのさらに他の例を示
す回路図である。

【図５】従来の静磁波デバイスの一例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０ 静磁波デバイス １２ 第１の静磁波フィルタ １４ 第２の静磁波フィルタ １６ 静磁波素子 １８ ＧＧＧ基板 ２０ ＹＩＧ薄膜 ２２ 入力用トランスデューサ ２４ 出力用トランスデューサ ２８ 第１の方向性結合器 ３２ 第２の方向性結合器 ３４ １８０度移相器 ３８ 第１のキャパシタ ４０ 第２のキャパシタ ４２ 減衰器 ４８ 減衰器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主信号とノイズとを含む信号中の前記主
   信号の振幅を制限するための第１の静磁波フィルタ、 前記信号を通過させるための第２の静磁波フィルタ、お
   よび前記第１の静磁波フィルタおよび前記第２の静磁波
   フィルタの出力信号中の前記ノイズが相殺されるように
   前記第１の静磁波フィルタおよび前記第２の静磁波フィ
   ルタの出力信号を合成するための合成手段を含み、 前記第１の静磁波フィルタの入力端および前記第２の静
   磁波フィルタの出力端の少なくとも一方にインピーダン
   スマッチング用回路を構成した、静磁波デバイス。
2. 【請求項２】 前記インピーダンスマッチング用回路
   は、前記第１の静磁波フィルタまたは前記第２の静磁波
   フィルタのいずれかに並列に接続されるキャパシタ、ま
   たは前記第１の静磁波フィルタおよび前記第２の静磁波
   フィルタの両方に並列に接続されるキャパシタによって
   形成される、請求項１に記載の静磁波デバイス。