专利名称：用于倍增频率的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于倍增频率的方法和设备，尤其适用于需要对来自移动通讯设备或蜂窝信息设备的频率有效倍增的微波技术领域以及高频技术领域。
背景技术：
由移动通讯设备或蜂窝信息设备的产生并发射的频率利用晶体检测器的非线性电阻性能进行倍增。然而，在这种情况下，因为必须控制、匹配许多元件，所以运行变得复杂。
相反，单片微波集成电路得到采用，其中将用作高速、高频电路的指定微波电路制作在一个基片上。因为单片微波集成电路的大规模生产可以良好地调整，所以适于商业应用。然而，人们希望这种单片集成电路能够实现高频、低成本、微型化和重量减轻，以及低电能消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的倍增频率的方法以及可用于所述方法的设备。
为实现上述目的，本发明涉及一种用于倍增频率的方法，包含如下步骤制备具有其固有共振频率的铁磁体薄膜，导入输入频率等于所述铁磁体薄膜的共振频率的电磁波，从而在铁磁体薄膜内产生铁磁共振，使导入的所述电磁波的输入频率倍增。
为发现一种新的频率倍增方法，本发明人进行了认真的研究。结果，本发明人发现了一种新的频率倍增方法，该方法利用铁磁体薄膜的铁磁共振，如上所述。
图1是本发明的频率倍增方法原理的示意图。在铁磁体薄膜的铁磁共振中，磁矩M受沿垂直于铁磁薄膜主平面的方向产生的反磁场影响，因此，在平行于所述主平面的方向上为大振幅，而在垂直于所述主平面的方向上为小振幅。在这种情况下，磁矩M沿Z方向振荡两次，而沿X方向振荡一次，如图1所示。因此，如果产生共振频率f的铁磁共振，那么磁矩M沿X方向振荡f次，而沿Z方向振荡2f次。
如果将具有与共振频率f几乎相同的输入频率的电磁波导入铁磁体薄膜，那么如上所述产生铁磁共振，且磁矩M在Z方向上以频率2f振荡，从而发射频率为2f的电磁波。结果，所导入的电磁波的输入频率被增加两倍。这样，利用铁磁体薄膜的铁磁共振，可以很容易地倍增给定电磁波的频率。
在本发明中使用的铁磁体薄膜的共振频率可以根据所述薄膜的铁磁材料和厚度等进行适当的调节。因此，电磁波的输入频率可以在较宽范围内得到倍增。
而且，因为铁磁体薄膜的尺寸设定为nm级，所以可以使所用的倍增设备微型化。而且，因为产生铁磁共振没有外部磁场，所以不必消耗过量的电能来产生所述外部磁场，因此可以实现低电能消耗。
此外，如下面所述，所述铁磁体薄膜可以由成本低廉的单晶Co薄膜制成，如上所述且不用额外的外部磁体。因此，本发明的倍增方法和倍增设备可以实现低成本。
附图简要说明为了更好地理解本发明，参照附图，其中图1是本发明的频率倍增方法原理的示意图，图2是示出用于本发明的频率倍增方法的倍增设备的透视图。
具体实施例方式
现在将参照附图详细描述本发明。图2是示出用于本发明的频率倍增方法的倍增设备的透视图。在图1中示出的频率倍增设备10包括空腔谐振器1和铁磁体薄膜2，该薄膜具有共振频率f，位于空腔谐振器1内部底壁表面1B上。在与铁磁体薄膜2相对的空腔谐振器1的壁表面1A处形成孔口3，且在空腔谐振器1的侧壁表面1C处形成缝隙4。
具有待倍增的给定输入频率的电磁波E从孔口3导入空腔谐振器1中。在这种情况下，需要所述电磁波的输入频率等于铁磁体薄膜2的共振频率。如上所述，因为通过选择薄膜的铁磁体材料、尺寸等，共振频率f可以在较宽的范围内变化，所以倍增设备10可以处理具有较宽范围的输入频率的电磁波E。
在导入空腔谐振器1内之后，电磁波E在铁磁体薄膜2中产生铁磁共振。在这种情况下，如上所述，参照图1，磁矩在Z方向上振荡两次，而在X方向上振荡一次。因此，产生并发射一种频率达到电磁波E的输入频率二倍的、频率为2f的电磁波，然后，从位于Z方向上的缝隙4发出。
在图2中，X方向和Z方向是为方便起见而设定的，因此它们可以适当地设置在铁磁体薄膜2的主表面上。然而，为了便于发出，必须使指定的缝隙位于新设定的Z方向上。
在图2中，虽然在空腔谐振器1中仅设有一个铁磁体薄膜2，对电磁波E的输入频率进行倍增，但可以设置多个铁磁体薄膜，以便多次倍增输入频率，从而产生具有更高频率的电磁波。
在所述的多次倍增中，在同一平面上依次设置多个具有各自共振频率f、2f、4f.....2nf(n自然数)的铁磁体薄膜。然后，输入频率等于第一共振频率f的电磁波(第一电磁波)导入频率为f的第一铁磁体薄膜，从而产生并发射具有第二共振频率2f的电磁波(第二电磁波)，第二共振频率2f是第一共振频率f的两倍。
然后，将第二电磁波导入具有第二共振频率2f的第二铁磁体薄膜，产生并发射具有第三共振频率4f的电磁波(第三电磁波)。所以，通过重复这种操作多次，最后，可以产生并发射具有频率2nf的电磁波。这样，如果依次布置多个具有各自2nf倍频率的铁磁体薄膜，且将具有频率f的给定电磁波按从具有第一频率f的第一铁磁体薄膜到具有最终频率2nf的最终铁磁体薄膜的顺序依次导入这些铁磁体薄膜中，那么导入的电磁波被多次倍增，从而易于提供具有更高频率的电磁波。
例如，可以将多个铁磁体薄膜布置在单个空腔谐振器1的同一底壁表面1B上，如图2所示。而且，所述的多个铁磁体薄膜还可以设置在其相应的空腔谐振器中，且这些空腔谐振器依次排布，对应于铁磁体薄膜的共振频率的大小(amplitudes)。
铁磁体薄膜由能产生铁磁共振的材料制成。例如，铁磁体薄膜可以由公知的铁磁体材料比如Fe、Ni、Co以及这些元素的合金制成。尤其是，希望铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成。
因为这种单晶Co薄膜具有面心立方晶体结构，因此，具有更强的磁晶各向异性，仅通过将频率大致等于所述共振频率的电磁波导入，就可以容易地产生特定的铁磁共振，而没有外部磁场。在这种情况下，在本发明的倍增设备以及倍增方法中，因为不需要额外的外部磁体，因此不消耗额外的电能，从而可以实现低电能消耗。而且，因为所述倍增设备的结构简化，且所用的单晶Co薄膜并不昂贵，所以本发明的倍增设备和倍增方法可以满足低成本的需求。
如果铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成，那么其厚度最好在0.5-5nm内，尤其是在1-2nm内。在这种情况下，磁矩可以在主表面形成，因此可以容易地实现特定的铁磁共振。
铁磁体薄膜的长度为0.5-30nm，而铁磁体薄膜的宽度为0.5-30nm。因此，如图2所示的倍增设备可以充分微型化。
虽然参照上述示例详细描述了本发明，但本发明不限于上述公开内容，可以作出各种变体和改进，而没有脱离本发明的范围。
如上所述，根据本发明的倍增方法和倍增设备，利用特定铁磁体薄膜的铁磁共振，可以容易地将电磁波的输入频率倍增。
权利要求
1.一种倍增频率的方法，包含如下步骤制备具有其固有共振频率的铁磁体薄膜，导入输入频率等于所述铁磁体薄膜的共振频率的电磁波，从而在铁磁体薄膜内产生铁磁共振，使导入的所述电磁波的所述输入频率倍增。
2.如权利要求1所述的倍增方法，其特征在于导入的所述电磁波的所述输入频率通过所述铁磁体薄膜的铁磁共振增加两倍。
3.如权利要求1所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成。
4.如权利要求3所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜的厚度为0.5-5nm。
5.一种倍增频率的方法，包含如下步骤将具有其固有共振频率的铁磁体薄膜布置在空腔谐振器内，从所述空腔谐振器上形成的孔口将输入频率等于所述铁磁体薄膜共振频率的电磁波导入所述空腔谐振器，从而在所述铁磁体薄膜内产生铁磁共振，使所述电磁波的输入频率倍增，将具有所述倍增的频率的所述电磁波从所述空腔谐振器上形成的缝隙发出。
6.如权利要求5所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成。
7.如权利要求6所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜的厚度为0.5-5nm。
8.一种倍增频率的方法，包含如下步骤依次布置多个具有各自固有共振频率对应于所述共振频率的大小的铁磁体薄膜，将一电磁波导入所述铁磁体薄膜之一，所述电磁波的输入频率等于所述铁磁体薄膜的所述之一的共振频率，从而通过所述铁磁体薄膜的所述之一的铁磁共振倍增所述的输入频率，将具有所述倍增频率的所述电磁波依次导入与所述铁磁体薄膜的所述之一相邻的铁磁体薄膜，从而对所述电磁波的所述输入频率进行多次倍增。
9.如权利要求7所述的倍增方法，其特征在于所述电磁波的所述输入频率在每一个所述铁磁体薄膜处倍增两倍。
10.如权利要求8所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成。
11.如权利要求10所述的倍增方法，其特征在于所述铁磁体薄膜的厚度为0.5-5nm。
12.一种倍增频率的设备，包含空腔谐振器，位于所述空腔谐振器内的铁磁体薄膜，所述空腔谐振器包括导入具有给定输入频率的电磁波的孔口和在倍增所述输入频率之后将所述电磁波从所述空腔谐振器发出的缝隙。
13.如权利要求12所述的倍增设备，其特征在于所述铁磁体薄膜由单晶Co薄膜制成。
14.如权利要求13所述的倍增设备，其特征在于所述铁磁体薄膜的厚度为0.5-5nm。
15.如权利要求12所述的倍增设备，其特征在于所述电磁波的所述输入频率倍增两倍。
全文摘要
本发明涉及倍增频率的方法和设备,具有其固有共振频率的铁磁体薄膜位于空腔谐振器内。然后,将输入频率等于铁磁体薄膜共振频率的电磁波从空腔谐振器的孔口导入铁磁体薄膜,在铁磁体薄膜中产生铁磁共振,从而倍增电磁波的输入频率。
文档编号H01F10/12GK1367578SQ02102459
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月22日 优先权日2001年1月22日
发明者渡边秀树, 泽村诚, 末冈和久, 武笠幸一, 中根了昌 申请人:北海道大学