リチウム及びガーネットフェライトのマイクロ波ミリ波デバイスへの応用

マイクロ波デバイスでは、これまでイットリウムを用いたガーネット系のフェライトがよく使用されてきた。しかし、イットリウムが価格が高く、産業応用上不利であり、さらに、動作周波数に関係する飽和磁化は、約0.18mT程度である。一方、リチウムフェライトは、作成コストも安く、作成プロセスも比較的簡単で、かつ飽和磁化は約0.5mT程度の可能性があるために、特に、ミリ波帯において低価格な可変特性を実現することができる。同時に、飽和磁化が大きいということは、磁化を飽和させるバイアス磁界も比較的小さくてすむという利点がある。そこで、今回マイクロ波帯を中心として、リチウムフェライトをデバイスへ応用して、可変デバイスとしての可能性を確認することを大きな目的とした。リチウムフェライトのマイクロ波デバイスの応用として平面型のパッチアンテナへの応用を検討した。その結果、5dBi以上のアンテナ利得と、比帯域10%程度のチューナブルな共振特性をえることができ、リチウムフェライトのアンテナへの応用が可能であることを確かめた。その他、フェライトの加工時に発生するクラックを取り除くために、電気炉でフェライトを焼きなますことで、ゲインを若干上昇できることを確かめた。次に、パッチアンテナだけでなく、円筒形及び立方体形の誘電体共振アンテナにリチウムフェライトの使用を試みた。ここでフェライトは絶縁体であるので、通常の誘電体と入れ替える形でデバイスを作成した。その結果、円筒形共振アンテナにおいては、外部磁界を円筒の軸方向に選ぶことで円辺偏波の作成を確認し、5dBi程度の十分な利得を確認した。さらに軸比についても見当し、数%程度の帯域で円偏波の発生を確認した。次に立方体の共振アンテナにおいては、E面に平行に磁界を印加した場合は、共振周波数は磁界とともに増加し、E面に垂直に磁化した場合は、共振周波数は磁界とともに、減少することを確認した。この現象を応用し、小さな永久磁石をフェライトにくっつけた場合における円偏波の発生を確認した。今後、この構造を発展させれば、偏波のアナログ的制御が可能なスマートアンテナを実現でき、今後の通信工学の発展に大きく寄与することが見込まれる。

マイクロ波デバイスでは、これまでイットリウムを用いたガーネット系のフェライトがよく使用されてきた。しかし、イットリウムが価格が高く、産業応用上不利であり、さらに、動作周波数に関係する飽和磁化は、約0.18mT程度である。一方、リチウムフェライトは、作成コストも安く、作成プロセスも比較的簡単で、かつ飽和磁化は約0.5mT程度の可能性があるために、特に、ミリ波帯において低価格な可変特性を実現することができる。同時に、飽和磁化が大きいということは、磁化を飽和させるバイアス磁界も比較的小さくてすむという利点がある。そこで、今回マイクロ波帯を中心として、リチウムフェライトをデバイスへ応用して、可変デバイスとしての可能性を確認することを大きな目的とした。リチウムフェライトのマイクロ波デバイスの応用として平面型のパッチアンテナへの応用を検討した。その結果、5dBi以上のアンテナ利得と、比帯域10%程度のチューナブルな共振特性をえることができ、リチウムフェライトのアンテナへの応用が可能であることを確かめた。その他、フェライトの加工時に発生するクラックを取り除くために、電気炉でフェライトを焼きなますことで、ゲインを若干上昇できることを確かめた。次に、パッチアンテナだけでなく、円筒形及び立方体形の誘電体共振アンテナにリチウムフェライトの使用を試みた。ここでフェライトは絶縁体であるので、通常の誘電体と入れ替える形でデバイスを作成した。その結果、円筒形共振アンテナにおいては、外部磁界を円筒の軸方向に選ぶことで円辺偏波の作成を確認し、5dBi程度の十分な利得を確認した。さらに軸比についても見当し、数%程度の帯域で円偏波の発生を確認した。次に立方体の共振アンテナにおいては、E面に平行に磁界を印加した場合は、共振周波数は磁界とともに増加し、E面に垂直に磁化した場合は、共振周波数は磁界とともに、減少することを確認した。この現象を応用し、小さな永久磁石をフェライトにくっつけた場合における円偏波の発生を確認した。今後、この構造を発展させれば、偏波のアナログ的制御が可能なスマートアンテナを実現でき、今後の通信工学の発展に大きく寄与することが見込まれる。