專利名稱：用于倍增頻率的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于倍增頻率的方法和設(shè)備，尤其適用于需要對來自移動通訊設(shè)備或蜂窩信息設(shè)備的頻率有效倍增的微波技術(shù)領(lǐng)域以及高頻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由移動通訊設(shè)備或蜂窩信息設(shè)備的產(chǎn)生并發(fā)射的頻率利用晶體檢測器的非線性電阻性能進行倍增。然而，在這種情況下，因為必須控制、匹配許多元件，所以運行變得復(fù)雜。
相反，單片微波集成電路得到采用，其中將用作高速、高頻電路的指定微波電路制作在一個基片上。因為單片微波集成電路的大規(guī)模生產(chǎn)可以良好地調(diào)整，所以適于商業(yè)應(yīng)用。然而，人們希望這種單片集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)高頻、低成本、微型化和重量減輕，以及低電能消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的倍增頻率的方法以及可用于所述方法的設(shè)備。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種用于倍增頻率的方法，包含如下步驟制備具有其固有共振頻率的鐵磁體薄膜，導(dǎo)入輸入頻率等于所述鐵磁體薄膜的共振頻率的電磁波，從而在鐵磁體薄膜內(nèi)產(chǎn)生鐵磁共振，使導(dǎo)入的所述電磁波的輸入頻率倍增。
為發(fā)現(xiàn)一種新的頻率倍增方法，本發(fā)明人進行了認真的研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種新的頻率倍增方法，該方法利用鐵磁體薄膜的鐵磁共振，如上所述。


圖1是本發(fā)明的頻率倍增方法原理的示意圖。在鐵磁體薄膜的鐵磁共振中，磁矩M受沿垂直于鐵磁薄膜主平面的方向產(chǎn)生的反磁場影響，因此，在平行于所述主平面的方向上為大振幅，而在垂直于所述主平面的方向上為小振幅。在這種情況下，磁矩M沿Z方向振蕩兩次，而沿X方向振蕩一次，如圖1所示。因此，如果產(chǎn)生共振頻率f的鐵磁共振，那么磁矩M沿X方向振蕩f次，而沿Z方向振蕩2f次。
如果將具有與共振頻率f幾乎相同的輸入頻率的電磁波導(dǎo)入鐵磁體薄膜，那么如上所述產(chǎn)生鐵磁共振，且磁矩M在Z方向上以頻率2f振蕩，從而發(fā)射頻率為2f的電磁波。結(jié)果，所導(dǎo)入的電磁波的輸入頻率被增加兩倍。這樣，利用鐵磁體薄膜的鐵磁共振，可以很容易地倍增給定電磁波的頻率。
在本發(fā)明中使用的鐵磁體薄膜的共振頻率可以根據(jù)所述薄膜的鐵磁材料和厚度等進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。因此，電磁波的輸入頻率可以在較寬范圍內(nèi)得到倍增。
而且，因為鐵磁體薄膜的尺寸設(shè)定為nm級，所以可以使所用的倍增設(shè)備微型化。而且，因為產(chǎn)生鐵磁共振沒有外部磁場，所以不必消耗過量的電能來產(chǎn)生所述外部磁場，因此可以實現(xiàn)低電能消耗。
此外，如下面所述，所述鐵磁體薄膜可以由成本低廉的單晶Co薄膜制成，如上所述且不用額外的外部磁體。因此，本發(fā)明的倍增方法和倍增設(shè)備可以實現(xiàn)低成本。
附圖簡要說明為了更好地理解本發(fā)明，參照附圖，其中圖1是本發(fā)明的頻率倍增方法原理的示意圖，圖2是示出用于本發(fā)明的頻率倍增方法的倍增設(shè)備的透視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明。圖2是示出用于本發(fā)明的頻率倍增方法的倍增設(shè)備的透視圖。在圖1中示出的頻率倍增設(shè)備10包括空腔諧振器1和鐵磁體薄膜2，該薄膜具有共振頻率f，位于空腔諧振器1內(nèi)部底壁表面1B上。在與鐵磁體薄膜2相對的空腔諧振器1的壁表面1A處形成孔口3，且在空腔諧振器1的側(cè)壁表面1C處形成縫隙4。
具有待倍增的給定輸入頻率的電磁波E從孔口3導(dǎo)入空腔諧振器1中。在這種情況下，需要所述電磁波的輸入頻率等于鐵磁體薄膜2的共振頻率。如上所述，因為通過選擇薄膜的鐵磁體材料、尺寸等，共振頻率f可以在較寬的范圍內(nèi)變化，所以倍增設(shè)備10可以處理具有較寬范圍的輸入頻率的電磁波E。
在導(dǎo)入空腔諧振器1內(nèi)之后，電磁波E在鐵磁體薄膜2中產(chǎn)生鐵磁共振。在這種情況下，如上所述，參照圖1，磁矩在Z方向上振蕩兩次，而在X方向上振蕩一次。因此，產(chǎn)生并發(fā)射一種頻率達到電磁波E的輸入頻率二倍的、頻率為2f的電磁波，然后，從位于Z方向上的縫隙4發(fā)出。
在圖2中，X方向和Z方向是為方便起見而設(shè)定的，因此它們可以適當?shù)卦O(shè)置在鐵磁體薄膜2的主表面上。然而，為了便于發(fā)出，必須使指定的縫隙位于新設(shè)定的Z方向上。
在圖2中，雖然在空腔諧振器1中僅設(shè)有一個鐵磁體薄膜2，對電磁波E的輸入頻率進行倍增，但可以設(shè)置多個鐵磁體薄膜，以便多次倍增輸入頻率，從而產(chǎn)生具有更高頻率的電磁波。
在所述的多次倍增中，在同一平面上依次設(shè)置多個具有各自共振頻率f、2f、4f.....2nf(n自然數(shù))的鐵磁體薄膜。然后，輸入頻率等于第一共振頻率f的電磁波(第一電磁波)導(dǎo)入頻率為f的第一鐵磁體薄膜，從而產(chǎn)生并發(fā)射具有第二共振頻率2f的電磁波(第二電磁波)，第二共振頻率2f是第一共振頻率f的兩倍。
然后，將第二電磁波導(dǎo)入具有第二共振頻率2f的第二鐵磁體薄膜，產(chǎn)生并發(fā)射具有第三共振頻率4f的電磁波(第三電磁波)。所以，通過重復(fù)這種操作多次，最后，可以產(chǎn)生并發(fā)射具有頻率2nf的電磁波。這樣，如果依次布置多個具有各自2nf倍頻率的鐵磁體薄膜，且將具有頻率f的給定電磁波按從具有第一頻率f的第一鐵磁體薄膜到具有最終頻率2nf的最終鐵磁體薄膜的順序依次導(dǎo)入這些鐵磁體薄膜中，那么導(dǎo)入的電磁波被多次倍增，從而易于提供具有更高頻率的電磁波。
例如，可以將多個鐵磁體薄膜布置在單個空腔諧振器1的同一底壁表面1B上，如圖2所示。而且，所述的多個鐵磁體薄膜還可以設(shè)置在其相應(yīng)的空腔諧振器中，且這些空腔諧振器依次排布，對應(yīng)于鐵磁體薄膜的共振頻率的大小(amplitudes)。
鐵磁體薄膜由能產(chǎn)生鐵磁共振的材料制成。例如，鐵磁體薄膜可以由公知的鐵磁體材料比如Fe、Ni、Co以及這些元素的合金制成。尤其是，希望鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成。
因為這種單晶Co薄膜具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，因此，具有更強的磁晶各向異性，僅通過將頻率大致等于所述共振頻率的電磁波導(dǎo)入，就可以容易地產(chǎn)生特定的鐵磁共振，而沒有外部磁場。在這種情況下，在本發(fā)明的倍增設(shè)備以及倍增方法中，因為不需要額外的外部磁體，因此不消耗額外的電能，從而可以實現(xiàn)低電能消耗。而且，因為所述倍增設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡化，且所用的單晶Co薄膜并不昂貴，所以本發(fā)明的倍增設(shè)備和倍增方法可以滿足低成本的需求。
如果鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成，那么其厚度最好在0.5-5nm內(nèi)，尤其是在1-2nm內(nèi)。在這種情況下，磁矩可以在主表面形成，因此可以容易地實現(xiàn)特定的鐵磁共振。
鐵磁體薄膜的長度為0.5-30nm，而鐵磁體薄膜的寬度為0.5-30nm。因此，如圖2所示的倍增設(shè)備可以充分微型化。
雖然參照上述示例詳細描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述公開內(nèi)容，可以作出各種變體和改進，而沒有脫離本發(fā)明的范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的倍增方法和倍增設(shè)備，利用特定鐵磁體薄膜的鐵磁共振，可以容易地將電磁波的輸入頻率倍增。
權(quán)利要求
1.一種倍增頻率的方法，包含如下步驟制備具有其固有共振頻率的鐵磁體薄膜，導(dǎo)入輸入頻率等于所述鐵磁體薄膜的共振頻率的電磁波，從而在鐵磁體薄膜內(nèi)產(chǎn)生鐵磁共振，使導(dǎo)入的所述電磁波的所述輸入頻率倍增。
2.如權(quán)利要求1所述的倍增方法，其特征在于導(dǎo)入的所述電磁波的所述輸入頻率通過所述鐵磁體薄膜的鐵磁共振增加兩倍。
3.如權(quán)利要求1所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成。
4.如權(quán)利要求3所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜的厚度為0.5-5nm。
5.一種倍增頻率的方法，包含如下步驟將具有其固有共振頻率的鐵磁體薄膜布置在空腔諧振器內(nèi)，從所述空腔諧振器上形成的孔口將輸入頻率等于所述鐵磁體薄膜共振頻率的電磁波導(dǎo)入所述空腔諧振器，從而在所述鐵磁體薄膜內(nèi)產(chǎn)生鐵磁共振，使所述電磁波的輸入頻率倍增，將具有所述倍增的頻率的所述電磁波從所述空腔諧振器上形成的縫隙發(fā)出。
6.如權(quán)利要求5所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成。
7.如權(quán)利要求6所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜的厚度為0.5-5nm。
8.一種倍增頻率的方法，包含如下步驟依次布置多個具有各自固有共振頻率對應(yīng)于所述共振頻率的大小的鐵磁體薄膜，將一電磁波導(dǎo)入所述鐵磁體薄膜之一，所述電磁波的輸入頻率等于所述鐵磁體薄膜的所述之一的共振頻率，從而通過所述鐵磁體薄膜的所述之一的鐵磁共振倍增所述的輸入頻率，將具有所述倍增頻率的所述電磁波依次導(dǎo)入與所述鐵磁體薄膜的所述之一相鄰的鐵磁體薄膜，從而對所述電磁波的所述輸入頻率進行多次倍增。
9.如權(quán)利要求7所述的倍增方法，其特征在于所述電磁波的所述輸入頻率在每一個所述鐵磁體薄膜處倍增兩倍。
10.如權(quán)利要求8所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成。
11.如權(quán)利要求10所述的倍增方法，其特征在于所述鐵磁體薄膜的厚度為0.5-5nm。
12.一種倍增頻率的設(shè)備，包含空腔諧振器，位于所述空腔諧振器內(nèi)的鐵磁體薄膜，所述空腔諧振器包括導(dǎo)入具有給定輸入頻率的電磁波的孔口和在倍增所述輸入頻率之后將所述電磁波從所述空腔諧振器發(fā)出的縫隙。
13.如權(quán)利要求12所述的倍增設(shè)備，其特征在于所述鐵磁體薄膜由單晶Co薄膜制成。
14.如權(quán)利要求13所述的倍增設(shè)備，其特征在于所述鐵磁體薄膜的厚度為0.5-5nm。
15.如權(quán)利要求12所述的倍增設(shè)備，其特征在于所述電磁波的所述輸入頻率倍增兩倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及倍增頻率的方法和設(shè)備,具有其固有共振頻率的鐵磁體薄膜位于空腔諧振器內(nèi)。然后,將輸入頻率等于鐵磁體薄膜共振頻率的電磁波從空腔諧振器的孔口導(dǎo)入鐵磁體薄膜,在鐵磁體薄膜中產(chǎn)生鐵磁共振,從而倍增電磁波的輸入頻率。
文檔編號H01F10/12GK1367578SQ02102459
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月22日
發(fā)明者渡邊秀樹, 澤村誠, 末岡和久, 武笠幸一, 中根了昌 申請人:北海道大學(xué)