CN100492758C - 双端口隔离器及通信装置 - Google Patents

Abstract

双方端口隔离器中，围绕铁氧体(31)卷绕第一中心电极(35)和第二中心电极(36)，由永久磁铁给铁氧体加以直流磁场，并将铁氧体(31)固定在包含有匹配电路元件的电路板(20)上。铁氧体(31)为矩形平行六面体的形状，具有互相平行的第一和第二主表面(31a、31b)。第一和第二主表面(31a、31b)的长边长度为短边长度的1.5-5倍。第二中心电极(36)围绕铁氧体(31)卷绕1-4匝。

Description

双端口隔离器及通信装置

技术领域

本发明涉及双端口隔离器(isolator)及通信装置，具体地说，涉及一种微波带中所用双端口隔离器及通信装置。

背景技术

一般地说，隔离器只允许沿传输方向发送信号，而阻止沿相反方向的传输，并被用于车载电话和便携式电话等移动通信装置的传输电路部分。

近年来，日本待审专利申请公开JP-2002-26615(专利文献1)中揭示了一种双端口隔离器，其中，在叠层基板上直立地垂直设置一个组件，该组件系由多个以绝缘包覆导线围绕实际为正方形之铁氧体制成的绕组中心电极所形成。所述叠层基板包含匹配电路所用的电路器件(电容器、电阻器和电感)，以及在板上确定的各接线端电极。

日本待审专利申请公开JP-2004-15430(专利文献2)中揭示了一种双端口隔离器，它包括中心电极组件，该组件具有由电极薄膜所确定的铁氧体中心电极，所述双端口隔离器安装在叠层基板上。所述叠层基板包含匹配电路用的各种电路器件，以及在板上确定的各接线端电极。

然而，专利文献1记载的隔离器中，其上安装有多个中心电极的铁氧体实际上呈正方体形状，并且被直立地垂直设置在所述叠层基板上，这就使得难于给出具有较小外形轮廓设计的隔离器。在专利文献2记载的隔离器中，将铁氧体和永久磁铁竖直地叠置于所述叠层基板上，由于永久磁铁要有一定的厚度，从而再一次导致难于给出具有较小外形轮廓设计的隔离器。

虽然存在低插入损耗隔离器的需求，但专利文献1和2中记载的呈正方体形或圆形的铁氧体造成难于在较宽的频带内减小插入损耗。

发明内容

为克服上述各种问题，本发明的优选实施例提供一种双端口隔离器和一种通信装置，它们在较宽的频带内减小插入损耗，并实现小型化外形设计。

为了实现上述目的，本发明一种优选实施例的双端口隔离器，包括：永久磁铁；铁氧体，由该永久磁铁对它提供直流磁场；设置于铁氧体上的第一中心电极，所述第一中心电极的一端与第一输入/输出端口电连接，并且它的另一端与第二输入/输出端口电连接；设置于所述铁氧体上第二中心电极，它以电气绝缘的方式与第一中心电极交叉，所述第二中心电极的一端与第二输入/输出端口电连接，而它的另一端与作为接地端口的第三端口电连接；电连接在第一输入/输出端口与第二输入/输出端口之间的第一电容器；电连接在第一输入/输出端口与第二输入/输出端口之间的终端电阻器；电连接在第二输入/输出端口与第三端口之间的第二电容器；以及包含第一和第二电容器以及终端电阻器的电路板。其中，所述铁氧体实际上呈矩形平行六面体形状，它有实际上为互相平行之第一主表面和第二主表面。所述第一主表面和第二主表面的长边尺寸约为短边尺寸的1.5-5倍，并且所述第一主表面和第二主表面实际上垂直布置在所述电路板上。所述永久磁铁被置于该电路板上，以便把磁场加给与所述主表面垂直的铁氧体的第一和第二主表面。所述第二中心电极围绕铁氧体卷绕1-4匝。

将中心电极的匝数确定为假设按每次中心电极穿过第一或第二主表面约为0.5匝来计数。

所述铁氧体最好为具有彼此平行之第一主表面和第二主表面的矩形平行六面体形状，所述第一主表面和第二主表面的长边-短边尺寸比约为1.5：1至5：1。第二中心电极围绕铁氧体卷绕1-4匝。于是，正如下面的实验结果所表明的，对整个宽带得到0.5dB或更小的插入损耗。这就是说，通过在铁氧体周围卷绕第一和第二中心电极，两个中心电极的交叉点数目增多，而且第一和第二中心电极的耦合系数也增大，同时导致插入损耗减小，传输频带较宽。

此外，将铁氧体构造成使所述第一和第二主表面实质上垂直地布置在电路板上，并将永久磁铁设置在电路板上，以便把磁场加给铁氧体的第一和第二主表面，而且，实际上垂直于所述主表面。换句话说，使铁氧体和永久磁铁直立地垂直设置在电路板上。于是，即使为了得到较大的磁场而使永久磁铁的厚度增大，所述双端口隔离器高度也不会增大，而与厚度无关，从而，可以实现小型化的外形设计。

按照本发明各优选实施例的隔离器，进一步还可以将匹配电容器电连接于第一中心电极和第一电容器的节点与第一输入/输出端口之间，和/或第一和第二中心电极的节点与第二输入/输出端口之间。即使为了改善宽带下的电气特性，而增大各中心电极的电感，也能实现对与隔离器相连的装置的阻抗匹配。

另外，可在第二中心电极和第二电容器的节点与第三端口之间电连接匹配电感。任何高频波，如二次谐波或三次谐波都可以受到抑制。作为一种可供选择的方式，可将由电感和电容器确定的串联电路电连接在第一输入/输出端口与地之间，或第二输入/输出端口与地之间。在这种情况下，也可以使任何高频，如二次谐波或三次谐波受到抑制。

在本发明优选实施例的双端口隔离器中，最好使铁氧体的厚度为铁氧体高度的大约15％-30％。铁氧体的厚度是高度的大约15％或更大，能够确保电路板上的布置稳定。厚度为高度的30％或更大，会导致电气特性的窄带化，以及插入损耗变差。

可将第二中心电极卷绕在铁氧体的第一和第二主表面上和与二主表面的长边侧相邻的两侧表面上。这可以使流过第二中心电极的电流所产生的磁通量实际上是与接地表面平行地产生的，并防止流过铁氧体的高频磁通量受到接地表面的阻碍。在本发明优选实施例的双端口隔离器中，由于第二中心电极中流着的高频电流比例大于第一中心电极中流着的高频电流比例，这样的结构在第一和第二中心电极之间提供高的耦合系数，从而导致电气特性的宽带化。另外，随着插入损耗的减小，第二中心电极具有大电感、高Q值。此外，隔离器具有较宽的工作带宽。

在与铁氧体的第一和第二主表面的短边相邻的端部表面上所限定的第一中心电极的连接电极的面积，最好为所述端部表面面积的大约25％或更小。这样的设置导致通过铁氧体的高频磁通量的阻碍小，从而可防止电气特性的窄带化，而不会减小第一和第二中心电极之间的耦合系数。依同样的理由，在与铁氧体的第一和第二主表面的长边相邻的一个侧表面上所限定的连接电极的面积最好为铁氧体主表面面积的大约25％或更小。

更为优选的是，与铁氧体的第一和第二主表面的短边相邻的两个端部表面都不包含第一和第二中心电极以及各连接电极，这可以有效地减小插入损耗并改善隔离器的工作带宽。也就是说，铁氧体中所产生的高频磁通量不会受到约束，因为在这样的端部表面上没有导体存在。各中心电极，特别是第二中心电极具有大电感，这导致高的Q值和低插入损耗。由于高频磁通量的通过不受阻碍，所以不会使第一和第二中心电极之间的耦合系数减小，还可改善工作带宽。

最好将第一和第二中心电极的各连接电极设置于与铁氧体的第一和第二主表面的长边相邻的一侧表面上。使各连接电极在一侧表面上形成在一起，从而在制作过程中或组装过程中能提供更高的工作效率，并使与电路板的连接得到改善。

可将第二中心电极的卷绕轴布置在实际上垂直于铁氧体的第一和第二主表面短边的平面内。由于所产生的高频磁场的方向对于电路板表面为水平的，所以，第一和第二中心电极之间的耦合系数较大，并能获得宽带电气特性。另外，可以沿着实际上与永久磁铁所加给的磁场垂直的方向布置第二中心电极的卷绕轴。在这种情况下，所产生的高频磁场的方向对于电路板表面也为水平的，导致高的电气特性。

此外，在本发明各优选实施例双端口隔离器中，第一和第二中心电极可以是确定在铁氧体上的薄膜型电极、金属线圈电极，或金属平板电极。作为另一种可供选择的方式，可以通过在铁氧体上印制、转印，或者通过光刻厚膜、薄膜或线圈而形成所述第一和第二中心电极。所述厚膜。薄膜或线圈最好包括银、铜、金、镍、铂或钯当中的至少一种。

本发明另一优选实施例的通信装置包含上述双端口隔离器。使宽带范围内的插入损耗得到改善，并能实现所述装置的小型化外型设计。

附图说明

图1是表示本发明一种优选实施例的双端口隔离器的透视图；

图2是表示所述双端口隔离器的平面视图；

图3是表示所述双端口隔离器的分解透视图；

图4是表示所述双端口隔离器主要部分的分解透视图；

图5是表示所述双端口隔离器第一示例电路的等效电路图；

图6是表示所述双端口隔离器第二示例电路的等效电路图；

图7是表示所述双端口隔离器第三示例电路的等效电路图；

图8是表示使用第三示例电路的高频波形图线；

图9A和9B是表示所述双端口隔离器第四示例电路的等效电路图；

图10是表示使用第四示例电路的高频波形图线；

图11是表示铁氧体形状的透视图；

图12是表示中心电极卷绕形式举例的透视图；

图13是表示按图12中所示卷绕形式下的隔离度曲线；

图14是表示沿铁氧体长边方向的直流磁场曲线；

图15是表示因第二中心电极匝数增多所引起的插入损耗曲线；

图16A-16C是表示中心电极卷绕形式其它示例的透视图；

图17是表示铁氧体中通过的高频磁通量的说明性示意图；

图18是表示每个表面上各中心电极示例形式(第一示例)的说明性示意图；

图19是表示每个表面上各中心电极示例形式(第二示例)的说明性示意图；

图20是表示每个表面上各中心电极示例形式(第三示例)的说明性示意图；

图21是表示每个表面上各中心电极示例形式(第四示例)的说明性示意图；

图22是表示每个表面上各中心电极示例形式(第五示例)的说明性示意图；

图23是表示每个表面上各中心电极示例形式(第六示例)的说明性示意图；

图24是表示在铁氧体端部表面被导体覆盖情况下的插入损耗曲线；

图25是表示在第二中心电极卷绕1匝时与铁氧体形状比相关的插入损耗曲线；

图26是表示在第二中心电极卷绕2匝时与铁氧体形状比相关的插入损耗曲线；

图27是表示在第二中心电极卷绕3匝时与铁氧体形状比相关的插入损耗曲线；

图28是表示在第二中心电极卷绕4匝时与铁氧体形状比相关的插入损耗曲线；

图29是表示在第二中心电极卷绕5匝时与铁氧体形状比相关的插入损耗曲线；

图30是表示本发明一种优选实施例通信装置的方框图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明各优选实施例的双端口隔离器和通信装置。

图1、2和3分别为一种优选实施例双端口隔离器的外形图、平面视图和分解透视图。双端口隔离器1首选为集群常数隔离器(lumped-constant isolator)，它实际上包括金属轭铁10、电路板20、包含铁氧体31的中心电极组件30，以及给铁氧体31提供直流磁场的永久磁铁41。图1表示将所述隔离器1安装在基板50上的状态。

轭铁10由铁磁性材料，比如软铁制成，并被镀以银。使轭铁10呈框架状，以便围住所述电路板20上的中心电极组件30和永久磁铁41。

如图4所示，所述中心电极组件30被构成为使彼此电气绝缘的第一中心电极35和第二中心电极36被确定在微波铁氧体31的主表面31a和31b上。最好使铁氧体31实际上呈矩形平行六面体形状，它包括实际上为互相平行之第一主表面31a和第二主表面31b。所述第一主表面31a和第二主表面31b的短边对长边长度之比(下称“形状比”)约为1：1.5-1：5，并且所述第一主表面31a和第二主表面31b实际上垂直布置在所述电路板20上。与主表面31a和31b的长边一侧相邻的表面被称为侧表面31c和31d，而与短边一侧相邻的表面被称为侧表面31e和31f。

将永久磁铁41设置于电路板20上，以便实际上垂直于铁氧体31的主表面31a和31b加给磁场。

如图4所示，确定第一中心电极35，以便在铁氧体31的第一主表面31a上分出两部分，并使之关于两个长边以相对比较小的角度从左下方向右上方倾斜。第一中心电极35通过确定在侧表面35c上的连接电极35a围绕第二主表面31b弯折，并将其确定而被分成第二主表面31b上的两部分，并使之关于两个长边以相对比较小的角度向左下方倾斜。

首先，将第二中心电极36的第0.5圈36a布置成关于两个长边以相对比较大的角度在第一主表面31a上从右下方向左上方倾斜，并与第一中心电极35交叉。第二中心电极36通过确定在侧表面35c上的连接电极36b围绕第二主表面31b弯折。将第二中心电极36的第一圈36c确定成为使之关于两个长边以相对比较大的角度在第二主表面31b上向左倾斜，并与第一中心电极35交叉。所述第一圈36c的下端通过确定在侧表面35d上的连接电极36d围绕第一主表面31a弯折。将第二中心电极36的第1.5圈36e布置成实际上与第一主表面31a上的第0.5圈36a平行，从而与第一中心电极35交叉，并通过侧表面35c上所确定的连接电极36f围绕第二主表面31b弯折。将第二中心电极36的第2圈36g布置成实际上与第二主表面31b上的第一匝36c平行，从而与第一中心电极35交叉，并与侧表面31d上所确定的连接电极36h相连。

第二中心电极36的第2圈36g还与第二主表面31b上的第一中心电极35的另一端相连。

也就是说，使第二中心电极36围绕铁氧体31成螺旋形卷绕大约两圈。假设中心电极36每穿过第一或第二主表面31a或31b一次记为0.5圈，而确定圈数。像所需要的那样，确定第一和第二中心电极35和36的交角，以调节输入阻抗和插入损耗。

电路板20是通过叠置并烧结多个介电片所得到的叠层基板，所述各介电片上设置有预先确定的多个电极，并且有如图4所示那样，所述叠层基板内设置匹配电容器C1、C2、Cs1、Cs2、匹配电感L3，以及终端电阻器R。电路板20还包括设在它的上表面上的端电极25a-25f，以及设在它的下表面上的外部连接端电极26、27和28。

下面将参照图4以及参照图5、6、7所示的等效电路，描述这些匹配电路器件与所述第一和第二中心电极35和36之间的连接关系。图5所示的等效电路表示第一示例电路，这是本发明各优选实施例双端口隔离器1的基础。图6所示的等效电路表示第二示例电路，而图7所示的等效电路表示第三示例电路。图4中示出图7所示第三示例电路的结构。

这就是说，设在电路板20的下表面上的外部连接端电极26用作输入端口P1，并且，该外部连接端电极26经匹配电容器Cs1与匹配电容器C1和终端电阻器R的节点21a相连。所述节点21a还经设在电路板20上表面上的端电极25b以及设在铁氧体31的侧表面31d上的连接电极35b，而与第一中心电极35的一端相连。

第一中心电极35的另一端经设在铁氧体31的侧表面31d上的连接电极35c以及设在电路板20上表面上的端电极25c，与所述终端电阻器R相连。第一中心电极35的另一端35d还经设在铁氧体31的侧表面31d上的连接电极36h以及设在电路板20上表面上的端电极25d，而与匹配电容器C1、C2、Cs2的节点21b相连。

另一方面，设在电路板20的下表面上外部连接端电极27用作输出端口P2，并且，该外部连接端电极27经匹配电容器Cs2与所述节点21b相连。

用于连接第二中心电极36一端的电极36i(它被确定在铁氧体31的侧表面31d上)经设在电路板20上表面上的端电极25e与匹配电容器C2和匹配电感L3的节点21c相连。匹配电感L3的另一端与设在电路板20下表面上的外部连接端电极28相连。所述外部连接端电极28用作接地端口P3。该外部连接端电极28还经设在电路板上表面上的端电极25a和25f，而与轭铁10相连。

通过端电极25a和25f使电路板20和轭铁10被焊接成一体。通过焊接设在铁氧体31侧表面31d上的各连接电极，使与电路板20上的端电极25b-25e成为一体，形成中心电极组件30。另外，利用粘合剂或其它适宜的连接材料或元件，使永久磁铁41与轭铁10的侧壁成为一体。

在具有上述结构的双端口隔离器1中，首选所述铁氧体实际上具有矩形平行六面体的形状，它有实际上为互相平行之第一主表面31a和第二主表面31b。所述第一主表面31a和第二主表面31b的短边对长边的长度之比(形状比)具有如同下面所详细描述的适宜值。另外，第二中心电极36围绕铁氧体31卷绕约2匝。于是，正如从下面详细描述的测量值所显然看到的，在整个宽带范围上得到约0.5dB或更小的插入损耗。这意味着，通过在铁氧体31周围卷绕第一和第二中心电极35和36，中心电极35和36的交叉点数目增多，并且中心电极35和36之间的耦合系数增大，从而导致插入损耗小，并且传输频带宽。

将铁氧体31构造成，使所述主表面31a和31b实际上竖直地布置于电路板20上，以便实际上垂直于铁氧体31的主表面31a和31b把磁场加给所述主表面31a和31b。换句话说，使铁氧体31和永久磁铁41直立在电路板20上。因而，即使为了得到大磁场而使永久磁铁41的厚度增大，这种双端口隔离器1的高度也不会增大，即与厚度无关，从而实现小型化的外观设计。

此外，有如第二示例电路(见图6)所示那样，在第一中心电极35和电容器C1的节点21a与输入端口P1之间，以及在中心电极35和36的节点21d与输出端口P2之间，还分别插入匹配电容器Cs1和Cs2。于是，即使中心电极35和36的电感增大，以改善宽带的电气特性，仍可与隔离器相连的装置匹配的阻抗匹配(约50Ω)。通过插入匹配电容器Cs1或Cs2中的任何一个，也可以得到这一优点。

此外，有如第三示例电路(见图7)所示那样，在第二中心电极36和电容器C2的节点21e与接地端口P3之间，插入匹配电感L3，从而抑制各种高频波，比如二次谐波或三次谐波。图8中所示的曲线A表示以串联方式插入匹配电感L3时的高频波形；图8中所示的曲线B表示未插入匹配电感L3时的波形。

如图9A和9B所表示的第四示例电路中所示那样，可将电感L4和电容器C3所限定的LC串联电路插入在输入节点P1与地之间或输出节点P2与地之间。这样的LC串联电路抑制各种高频波，比如二次谐波或三次谐波。图10中所示的曲线C表示在插入这种LC串联电路和电感L3时的高频波形；图10中所示的曲线D表示未插入这种LC串联电路和电感L3时的波形。

如图11所示，在实际为矩形平行六面体的铁氧体31中，如果用x表示主表面31a和31b的长边长度，用z表示高度，而用y表示厚度，则须满足x>y。通过将铁氧体31构造成使其沿一个方向x延长，则在保持隔离器1小型化外形设计的同时，可使中心电极35和36的线路长度增长。如图13所示，在使中心电极35和36的交叉角保持在所需值，并使第一中心电极35的线路长度增长时(如图12所示那样，当沿着铁氧体31的长边方向x确定第一中心电极35时)，可实现宽带隔离。图13中的曲线E表示第一中心电极35的线路相对较长的情况，而曲线F表示第一中心电极35的线路相对较短的情况。

最好使铁氧体31的厚度y约为高度z的15％-30％。如果铁氧体31的厚度y小于高度z的15％，则侧表面31d的面积小，一旦把铁氧体31的主表面31a和31b垂直地安装到电路板20上，就会造成明显的不稳定。约为15％或者更大的厚度，就能够确保在电路板20上的稳定布置。然而，在超过约30％的情况下，沿铁氧体31长边方向x的两端及中心处直流磁场的均一性就会变差。这会造成电气特性的带宽变窄，并且插入损耗变差。

图14表示沿着长边方向x加在铁氧体31中的直流磁场。曲线G表示z：y约为100：30或更小的情况，而曲线H表示z：y大于约为100：30的情况。

按照本优选实施例的隔离器1，所述第一和第二中心电极35和36至少绕着铁氧体31卷绕1匝。因此，使第一和第二中心电极35和36的交叉点数增多，并使中心电极35和36之间的耦合系数增大，从而实现宽带。

通过增多匝数，可使中心电极35和36的线路长度增长。通过增多第一中心电极35的匝数，实现宽带隔离(参见图13)。通过增多第二中心电极36的匝数，则如图15所示那样，可在整个宽带上减小插入损耗。图15中的曲线I表示第二中心电极36的线路相对较长的情况，而曲线J表示第二中心电极36的线路相对较短的情况。

另外，通过将第一和第二中心电极35和36至少卷绕一圈，可由中心电极35和36覆盖铁氧体31主表面31a和31b的较大面积。因而，可以实现通过铁氧体31中的高频磁通量的均一分布，并可得到宽带插入损耗特性。中心电极35和36的电感L1和L2近似与匝数的平方成正比。电感的Q值由ωL/R给出。由于L与N²成正比(N表示匝数)，所以，中心电极35和36的Q值可因卷绕中心电极35和36而增大。于是，可使隔离度的输入损耗减小。电感L1和L2越大，隔离的带宽越宽。

另一方面，使中心电极35和36在铁氧体31周围卷绕0.5圈的结构，造成难于将铁氧体31的侧表面31d结合到电路板20上。通过使中心电极35和36卷绕1圈以上，就可以解决这一困难。

虽然图4中示出中心电极35和36在铁氧体31周围卷绕1圈以上的优选结构，但也可以采用图16A、16B和16C所示的可供选择的结构。应予说明的是，其它的卷绕结构也是适用的。

在所述双端口隔离器1中，将第二中心电极36卷绕在铁氧体31的第一和第二主表面31a和31b以及侧表面31c和31d上。这意味着它是按照顺序卷绕在第一主表面31a、侧表面31c、第二主表面31b以及侧表面31d上的，或者相反，按照顺序卷绕在第一主表面31a、侧表面31d、第二主表面31b以及侧表面31c上。

在图5、6和7中所示的第一、第二和第四示例电路中，从高频磁通量测量或模拟发现，第二中心电极36中流过的高频电流的比率大于第一中心电极35中的比率。因此，由于第二中心电极36中流过的电流所产生的磁通量实际上是与其上设有比如接地电极和电容器电极等电极的安装表面51是平行的(见图17，意思是用户所准备的基板50(见图1)，或者确定于电路板上的接地端电极25a和25f)，对于沿着实际上与铁氧体31的长边平行的四个表面加宽第二中心电极36是更为有效的，从而防止流过铁氧体31中的高频磁通量流Φ受到接地表面51的阻碍。

这样的结构提供较高的中心电极35和36之间的耦合系数，同时产生宽带电气特性。由于磁通量流不受安装表面51的阻碍，所以，第二中心电极36的电感L2较大，导致Q值大，插入损耗低。另外，这种隔离器具有宽范的工作带宽。

如图12所示，当把第一中心电极35的连接电极35′限定在铁氧体31的端部表面31e和31f上时，最好使所述连接电极35′的面积约为每个端部表面31e和31f面积的25％或更小。如果设在铁氧体31的端部表面31e和31f上的连接电极35′的面积大于所述端部表面31e和31f面积的25％，则流过铁氧体31的高频磁通量流会受到连接电极35′的阻碍，而且会使中心电极35和36的耦合系数减小。约为25％或更小的面积使通过铁氧体31中的高频磁通量流受到的阻碍较小，从而，防止电气特性窄带化，而不减小中心电极35和36间的耦合系数。

更为优选的是，铁氧体31的端部表面31e和31f不包含所述的中心电极35和36及其连接电极，这有效地减小了插入损耗，从而改善了隔离器的工作带宽。这就是说，由于端部表面31e和31f上没有导体，所以，不会使铁氧体31中产生的高频磁通量受到约束。特别是，第二中心电极36的电感较大，造成高的Q值和低的插入损耗。由于高频磁通量的通过不受阻碍，所以，中心电极35和36的耦合系数不会减小，而使工作带宽得到改善。

以同样的理由，最好使与铁氧体31的第一和第二主表面31a和31b的长边相邻的侧表面31c上所限定的连接电极35a、35b、35f的面积约为铁氧体31的每个主表面31a和31b面积的25％或更小。

在所述双端口隔离器1中，中心电极35和36的各连接电极被限定在铁氧体31的侧表面31c和31d上。当采用比如转印方法或者其它适宜的工艺，以薄膜电极形成所述各连接电极时，将它们一起形成于铁氧体31的侧表面31c和31d上，从而使制作过程或组装过程中的工作效率更高，并使生产成本降低。与带各内置匹配电路器件的电路板20的连接也得到改善。

第二中心电极36的卷绕轴被设置于实际上与铁氧体31的主表面31a和31b垂直的平面内。由于所产生的高频磁通量的方向对于电路板20的表面为水平的，所以，中心电极35和36间的耦合系数较大，并可获得宽带电气特性。

此外，实际上沿着垂直于永久磁铁41所加给的磁场方向设置所述第二中心电极36的卷绕轴。在这样的情况下，所产生的高频磁场的方向对于电路板20的表面也为水平的，所以，产生高的电气特性。

此外，在这种双端口隔离器1中，中心电极35和36可为设于铁氧体31上的薄膜状电极、金属线圈电极，或者金属板电极。作为另一种可供选择的方式，可以通过在铁氧体31上印制、转印而形成所述中心电极35和36，或者通过在铁氧体31上光刻厚膜、薄膜或线圈而形成所述第一和第二中心电极。所述厚膜、薄膜或线圈最好包括银、铜、金、镍、铂或钯当中的至少一种。

特别是，通过用薄膜的方法形成中心电极35和36，可以精确且稳定的尺寸，如所述交角、线宽、线间距，形成所述中心电极35和36，并可实现高的生产效率。结果，可以低的成本，大量生产具有稳定电气特性的产品。

在通过丝网印刷、转印、光刻或任何其它方法形成中心电极35和36的情况下，存在该种方法所许可的最小尺寸。这种最小尺寸目前约为0.2mm的线宽，而且线间距也是约为0.2mm。在以较小的尺寸设计时，可能会使各线断开，或者使线宽或线间距不是常数，从而导致线路部分的电感值或分布电容值改变，以及等效串联电阻值改变。

图18表示在具有约为0.2mm的最小线宽和线间距的铁氧体上形成各中心电极的一个示例。其它电极形式的示例被表示在图19-23中。在图22和23中，分别经通孔S和S′，使在第一主表面31a和第二主表面31b上确定的电极连接。

在图18所示的各电极形式举例中，如果第二中心电极36的匝数为2，则电极的长度约为1匝时的2倍。因此，第二中心电极36的等效串联电阻Rs的值也是1匝时的2倍。另一方面，由于自感的缘故，电感值随着匝数的平方增大，因此而为1匝时的大约4倍。第二中心电极36的Q值以Q＝X/Rs＝ωL/Rs来计算(其中，X表示电感的电抗值，ω表示频率)，因此，也是1匝时的4倍。在正向功率传输过程中，谐振电流在第二中心电极36中流动。Q值是确定插入损耗的因子，并且，高的Q值导致低的插入损耗。

由于这样的第二中心电极36的电感约为1匝时的4倍，所述隔离器提供宽带输出匹配，从而形成输出侧的回程损耗或插入损耗的较宽工作频率带宽。在图18所示的电极形式举例中，通常将电极37a兼用作与第一中心电极35的另一端相连的电极和与第二中心电极36的另一端相连的电极，而所述第一和第二中心电极35和36设置于具有能够被允许之最小尺寸的铁氧体31上。所述铁氧体31的长边长度约为1.4mm，高度约为0.6mm，厚度约为0.2mm，而且所述主表面31a和31b长边对短边的长度之比约为2.333：1。

为了得到最好的中心电极形状，当第二中心电极36被卷绕1圈时，沿着铁氧体31的主表面31a和31b的长边方向必须至少提供3条线和2个间隔。还必须沿着铁氧体31的主表面31a和31b的短边方向至少提供1条线和2个间隔。在这种情况下，当用具有最小尺寸的铁氧体31得到最好的中心电极形状时，铁氧体两个主表面的长边对短边长度之比约为2：1-3：1。

当第二中心电极36被卷绕2圈时，沿着铁氧体31的主表面31a和31b的长边方向必须至少提供4条线和3个间隔。还必须沿着铁氧体31的主表面31a和31b的短边方向至少提供1条线和2个间隔。在这种情况下，当用具有最小尺寸的铁氧体31得到最好的中心电极形状时，铁氧体两个主表面31a和31b的长边对短边长度之比约为2.333：1.0。

当第二中心电极36被卷绕3圈或更多圈时，可以实现更低损耗和更宽带宽的隔离器，或者实现具有更小尺寸铁氧体而确保必要性能的隔离器。在这种情况下，铁氧体31两个主表面31a和31b的长边对短边长度之比较大。由于中心电极结构复杂化的缘故，因此，要求电极形成技术具有高精度和高稳定性。

假设铁氧体31的侧表面31d被结合到电路板20上，随着铁氧体31高度的减小，有利于促成隔离器的小型化外形设计。另外，要求铁氧体31的长边至少为短边的1.5倍那样长。也就是说，从小型化、低损耗和宽度隔离器的视角看，设定铁氧体31的长边长度约为短边长度的1.5-5倍有很多优点。

在图18所示的电极形式举例中，第一中心电极35通过设在侧表面31d上的连接电极37b，从第一主表面31a延伸到第二主表面31b，而端部表面31e和31f上不设电极。如果以导体覆盖所述端部表面31e和31f，则插入损耗增大。图24示出表示这种变化的数据。这种数据是根据图18所示的电极形成示例，在铁氧体31的左端部表面31e中心部分为导体所遮蔽情况下，通过测量插入损耗变差而得到的。当被遮蔽的覆盖为大约25％或更小时，可以看到插入损耗实际上不会变差。但当被遮蔽的覆盖超过大约25％时，插入损耗会逐渐增大。当远离第二中心电极36的右端部表面31f为导体所遮蔽时，影响要小于图24所示数据的情况。

图25-29示出插入损耗关于铁氧体形状比(短边长度对长边长度之比)的变化的测量结果。铁氧体的厚度约为0.3mm，主表面的短边长度约为1.0mm，通过将约为1.0mm的短边长度乘以所述形状比(如图25-29中用x轴所表示的)，确定所述长边长度，铁氧体的饱和磁化强度约为1000高斯，而中心电极宽度及直流偏置磁场(direct-current bias magnetic field)都被设定为任何最适宜的值，以使插入损耗在各个条件下都是最小化的。图25-29中第一中心电极的匝数都为1；而图25中第二中心电极的匝数都为1，图26中为2，图27中为3，图28中为4，以及图29中为5。

如图25-29所示，当铁氧体的形状比低于大约1：1.5时，插入损耗快速增大。随着匝数的增多，这种趋势变得更为显著。这样的理由在于，当第二中心电极的匝数增多时，会使中心电极的相邻导线间的间隔减小，在较小形状比的铁氧体中，为避免中心电极各线的接触，使线宽减小，等效串联电阻增大，并且第二中心电极的Q值减小，从而增大了损耗。

在中心电极的相邻线间距离相对较小的情况下，或者在其间与绝缘材料相邻的各第二中心电极交叠的情况下，部分中心电极的自谐振频率降低，并可能出现在目标频率下不能获得满意工作的问题。

正如从图25-29所能看到的那样。当铁氧体的形状比约为1:3-1:4时，使插入损耗最小化。如果该形状比大于这一范围，则插入损耗的改善很小，甚至插入损耗会逐渐增大。这样的理由在于，由于一旦第一中心电极被加长到超过最为适宜的值，所说的适宜长度在一个主表面上约为3mm-4mm，以及一旦使第二中心电极被卷绕在整个宽度面积上，也即那种不使第一和第二中心电极耦合的高频磁场的面积增大，都会使插入损耗变差。在这样的问题得以被避免，并在中心电极之间提供最佳耦合的情况下，沿铁氧体长边方向的两端对于中心电极之间的耦合及信号的传输都没有贡献。另一方面，如果铁氧体的形状比约为1：5或更大，则由于这样的形状，该铁氧体很可能会折断。

插入损耗最好约为0.5dB或更小。从改善插入损耗和铁氧体的机械强度视角看，铁氧体的形状比最为适宜的是1：5或更小。

下文将参照图30描述本发明通信装置的优选实施例—便携式电话机。

图30是便携式电话机200的射频部分的电路方框图。图30中的参考标号222表示天线部件、参考标号223表示双工器、参考标号231表示发送侧隔离器、参考标号232表示发送侧放大器、参考标号233表示发送侧级间带通滤波器、参考标号234表示发送侧混频器、参考标号235表示接收侧放大器、参考标号236表示接收侧级间带通滤波器、参考标号237表示接收侧混频器、参考标号238表示压控振荡器(VCO)，以及参考标号239表示本地带通滤波器。

所述双端口隔离器1可被用作送侧隔离器231。采用隔离器1，可以实现具有低插入损耗、高电气特性的便携式电话机。

关于其他改型。本发明的双端口隔离器和通信装置并不限于上述这些优选实施例，而可作出多种改型，而不致脱离本发明的范围。

例如，通过反转永久磁铁41的N极和S极，可使所述输入端口P1和输出端口P2交换。虽然上述各优选实施例中，首选将所有匹配电路器件都内置于电路板中，但可将芯片型电感和电容器外附于电路板上。

虽然首选使铁氧体实际呈矩形平行六面体形状，但也可以使用通过滚筒研磨或其它适宜的工艺，研磨各角所制得的铁氧体。

关于工业实用性，有如上面所描述的那样，本发明适用于微波带中所用的双端口隔离器和通信装置，在宽频带范围内降低插入损耗和实现小型化外形设计方面有其特别的优越性。

Claims (16)

1.一种双端口隔离器，它包括：

永久磁铁；

铁氧体，由所述永久磁铁对它提供直流磁场；

设置于所述铁氧体上的第一中心电极，所述第一中心电极的一端与第一输入/输出端口电连接，它的另一端与第二输入/输出端口电连接；

设置于所述铁氧体上第二中心电极，以电气绝缘的方式与第一中心电极交叉，所述第二中心电极的一端与第二输入/输出端口电连接，而它的另一端与作为接地端口的第三端口电连接；

电连接在第一输入/输出端口与第二输入/输出端口之间的第一电容器；

电连接在第一输入/输出端口与第二输入/输出端口之间的终端电阻器；

电连接在第二输入/输出端口与第三端口之间的第二电容器；以及

包含第一和第二电容器以及终端电阻器的电路板；其中，

所述铁氧体呈矩形平行六面体的形状，它有互相平行之第一主表面和第二主表面；所述第一主表面和第二主表面的长边尺寸约为短边尺寸的1.5-5倍；所述第一主表面和第二主表面垂直设置于所述电路板上；

所述永久磁铁被置于所述电路板上，以便把磁场以与所述主表面垂直的方式加给铁氧体的第一和第二主表面；而且

所述第一中心电极围绕铁氧体卷绕至少1匝，所述第二中心电极围绕铁氧体卷绕1-4匝。

2.如权利要求1所述的双端口隔离器，其中，还将匹配电容器电连接于第一中心电极和第一电容器在第一输入/输出端口侧的节点与第一输入/输出端口之间，和/或第一和第二中心电极的节点与第二输入/输出端口之间。

3.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，将匹配电感电连接于第二中心电极和第二电容器在第三端口侧的节点与第三端口之间。

4.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，将由另一电感和另一电容器确定的串联电路电连接在第一输入/输出端口与地之间，以及第二输入/输出端口与地之间之一。

5.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，使铁氧体的厚度为铁氧体高度的15％-30％。

6.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，使所述第二中心电极卷绕在铁氧体的第一和第二主表面上和与二主表面的长边侧相邻的两侧表面上。

7.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，使在与铁氧体的第一和第二主表面的短边相邻的端部表面上所设置的第一中心电极的连接电极的面积为所述端部表面面积的25％或更小。

8.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，使与铁氧体的第一和第二主表面的短边相邻的两个端部表面都不包含第一和第二中心电极以及连接电极。

9.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，使与铁氧体的第一和第二主表面的长边相邻的一个侧表面上所设有的连接电极的面积为铁氧体主表面面积的25％或更小。

10.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，将第一和第二中心电极的连接电极设置在与所述铁氧体的第一和第二主表面的长边相邻的一个侧表面上。

11.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，将第二中心电极的卷绕轴布置在实际上垂直于铁氧体的第一和第二主表面短边的平面内。

12.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，沿与永久磁铁所加给的磁场垂直的方向布置第二中心电极的卷绕轴。

13.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，所述第一和第二中心电极包括设在铁氧体上的薄膜状电极、金属线圈电极或金属板电极。

14.如权利要求1或2所述的双端口隔离器，其中，通过在铁氧体上印制、转印，以及光刻厚膜、薄膜或线圈之一而形成所述第一和第二中心电极。

15.如权利要求14所述的双端口隔离器，其中，所述厚膜、薄膜或线圈当中之一包括银、铜、金、镍、铂及钯当中的至少一种。

16.一种通信装置，其中包含权利要求1-15中任何一种的双端口隔离器。

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