CN101326677B

CN101326677B - 非可逆电路元件

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Publication number: CN101326677B
Application number: CN2006800466024A
Authority: CN
Inventors: 岸本靖
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JPWO2007069768A1; US20090167454A1; JP5082858B2; CN101326677A; KR20080079320A; WO2007069768A1; KR101307285B1; US7737801B2

Abstract

一种非可逆电路元件，具备：配置在第一输入输出端口和第二输入输出端口之间的第一电感元件、配置在第二输入输出端口和地之间的第二电感元件、与上述第一电感元件构成第一并联谐振电路的第一电容元件、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件、串联连接在上述第二电感元件和地之间的第三电感元件、和上述第二电感元件及上述第三电感元件构成第二并联谐振电路的第二电容元件。

Description

非可逆电路元件

技术领域

本发明涉及对高频率信号具有非可逆传送特性的非可逆电路元件，特别涉及在移动电话等的移动体通信系统当中使用、一般被称为隔离器(isolator)的非可逆电路元件。

背景技术

在利用数百MHz到十几GHz的频带的移动电话基站或移动电话的终端机等的移动体通信机器中，使用隔离器等的非可逆电路元件。配置在移动体通信机器等的电路放大器和天线之间的隔离器，为了进行发送时对功率放大器不需要的信号的防止逆流、和功率放大器的负载侧的阻抗的稳定化，被要求在插入损耗特性、反射损耗特性以及隔离特性方面效果优异。

作为该非可逆电路元件，至今已知有图18所示的隔离器。该隔离器，在铁氧体磁体的微波铁氧体30的一个主面上，具有在电绝缘状态下以120°交叉角配置的三个中心导体21、22、23。各中心导体21、22、23的一端与地连接，另一端则连接有匹配电容器C1～C3。在各中心导体21、22、23的任意一个端口(例如P3)上连接有终端电阻Rt。在铁氧体30的轴方向上，外加有来自永久磁铁(未图示)的直流磁场Hdc。该隔离器具有下述功能：将从端口P1输入的高频率信号传送到端口P2，并通过终端电阻Rt吸收从端口2进入的反射波，从而阻止向端口P1传送，并由此防止伴随着天线的阻抗变动的不要的反射波逆向进入功率放大器等中。

最近，由不同于现有的3端子对隔离器的等效电路构成、在插入损耗特性以及反射特性方面效果优异的隔离器受到关注。例如记载在日本特开2004-88743号中的隔离器，具有两个中心导体，被称为2端子对隔离器。图19表示其基本构成的等效电路。该2端子对隔离器具有：在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间电连接的第一中心导体L1(第一电感元件)；在和上述第一中心导体L1电绝缘状态下交叉配置、并在第二输入输出端口P2和地电势之间电连接的第二中心导体L2(第二电感元件)；在上述第一输入输出端口P1和上述第二输入输出端口P2之间电连接、并和上述第一中心导体L1构成第一并联谐振电路的第一电容元件C1；电阻元件R；以及在上述第二输入输出端口P2和地电势之间电连接、并与上述第二中心导体L2构成第二并联谐振电路的第二电容元件C2。

在第一并联谐振电路中设定隔离特性(逆向衰减特性)最大的频率，在第二并联谐振电路中设定插入损耗特性最小的频率。在从第一输入输出端口P1向第二输入输出端口P2传送高频率信号时，第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间的第一并联谐振电路虽不谐振，但由于第二并联谐振电路谐振，故传送损耗较少，插入损耗特性方面效果优异。另外，通过连接在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间的电阻元件R，来吸收从第二输入输出端口P2向第一输入输出端口P1逆向流动的电流。

图20是表示2端子对隔离器的构造的具体例子。该2端子对隔离器1包括：由软铁等强磁性铁构成，构成磁回路的金属壳体(上侧壳体4、下侧壳体8)；；永久磁铁9；由微波铁氧体20以及中心导体21、22构成的中心导体组装体30；搭载有中心导体组装体30的层叠基板50。

收容永久磁铁9的上侧磁轭4是具有上面部4a及四个侧面部4b的大致箱形状。另外下侧磁轭8由底面部8a和左右的侧面部8b构成。上侧及下侧的磁轭4、8的各面上被适当镀有Ag、Cu等的导电性金属。

中心导体组装体30，由圆板状的微波铁氧体20、和在其上面隔着绝缘层(未图示)垂直配置的第一及第二中心导体21、22构成，第一及第二中心导体21、22在交叉部电磁耦合。第一及第二中心导体21、22分别由两根线路构成，其两端相互隔离，并向微波铁氧体20的下面延伸。

图21对层叠基板50进行分解表示。层叠基板50包括：具有和中心导体21的端部连接的连接电极51～54，并将电容器电极55、56以及电阻27设置在背面的电介质层41；在背面设有电容器电极57的电介质层42；在背面设有接地电极58的电介质层43；设置有输入外部电极14、输出外部电极14以及地外部电极16的电介质层45等。

中心导体连接电极51与上述等效电路中的第一输入输出端口P1相当，中心导体连接电极53、54相当于第二输入输出端口P2。第一中心导体21的一端部，经由第一输入输出端口P1(中心导体连接电极51)与输入外部电极14电连接。第一中心导体21的另一端部，经由第二输入输出端口P2(中心导体连接电极54)与输出外部电极14电连接。第二中心导体22的一端部，经由第二输入输出端口P2(中心导体连接电极53)与输出外部电极14电连接。第二中心导体22的另一端部，与地外部电极16电连接。第一电容元件C1被电连接于第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间，与第一中心导体L1一起形成第一并联谐振电路。第二电容元件C2被电连接于第二输入输出端口P2和地之间，与第二中心导体L2一起形成第二并联谐振电路。

为了使移动电话多功能化和轻量化，着重要求其构成部件的小型化。对于非可逆电路元件而言，随着被小型化要求到2.5mm×2.5mm×1.0mm程度，微波铁氧体20也被小型化要求到例如1.0mm×1.0mm×0.15mm程度的外形尺寸。然而微波铁氧体20的小型化将导致由中心导体构成的电感器的电感下降。

如果将微波铁氧体20如上述那样小型化，则在图18所示的3端子非可逆电路元件中将无法得到实用的特性。图19所示的日本特开2004-88743号中记载的2端子对隔离器，虽然具有比3端子非可逆电路元件更为优异的电特性，但通过频带的插入损耗超过了1dB，不满足实用需要。

为获得电特性优异的非可逆电路元件，需要考虑到寄生电感、浮动电容等的制造上的各种离散偏差的因素。虽然理想地设计出上述2端子对隔离器，但在其实施中，在构成上寄生电感或浮动电容等与第一及第二并联谐振电路连接，电感有时无法与规定的设计值吻合。为此，因与待连接的其它电路的阻抗不匹配，而产生插入损耗特性及隔离特性的恶化，需要重复试制来预见出最适合的设计值，结果会导致产品开发的长时间化。

由于第一及第二中心导体21、22相互结合，电感也一起变化。因此，即便考虑到不要的电抗成分而改变构成它们的线路的宽度、间隔等，也很难独立调整第一及第二输入输出端口P1、P2的输入阻抗，很难获得与外部电路的最佳的匹配条件。特别第一输入输出端口P1的输入阻抗的偏差，会导致插入损耗的增加，故不为优选。

发明内容

因此，本发明的第一目的在于提供一种即便将微波铁氧体小型化仍具有优异的插入损耗特性、隔离特性等电特性的非可逆电路元件。

本发明的第二目的在于提供一种在高次谐波衰减量上优异的非可逆电路元件。

本发明的第三目的在于提供一种容易对输入阻抗进行调整的非可逆电路元件。

鉴于上述目的及锐意研究的结果，本发明人们发现：如果将与第二电容元件Cf构成并联谐振电路的第三电容元件Lg与第二电容元件L2串连连接，则可在连接点PC和地之间得到很大的电压，而且可以抑制第一输入输出端口P1及第二输入输出端口P2的输入阻抗的变动，降低插入损耗特性，从而得出本发明。

即本发明的第一非可逆电路元件，具备：配置在第一输入输出端口和第二输入输出端口之间的第一电感元件、配置在第二输入输出端口和地之间的第二电感元件、与上述第一电感元件构成第一并联谐振电路的第一电容元件、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件、串联连接在上述第二电感元件和地之间的第三电感元件、和上述第二电感元件及上述第三电感元件构成第二并联谐振电路的第二电容元件。

优选为，形成上述第一电感元件的第一线路和形成上述第二电感元件的第二线路以交叉的方式配置，形成上述第三电感元件的第三线路以和上述第一线路及上述第二线路不交叉的方式配置。

优选为，具备阻抗调整单元，其在上述第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间由第四电感元件和/或第三电容元件构成。优选为上述阻抗调整单元是以低通滤波器来使高次谐波衰减的。

优选为，上述第一电感元件具有小于上述第二电感元件和上述第三电感元件的电感总和的电感。

本发明的第二非可逆电路元件，包括：配置在第一输入输出端口和第二输入输出端口之间的第一电感元件、配置在第二输入输出端口和地之间的第二电感元件、与上述第一电感元件构成第一并联谐振电路的第一电容元件、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件、串联连接在上述第二电感元件和地之间的第三电感元件、和上述第二电感元件及上述第三电感元件构成第二并联谐振电路的第二电容元件，其中，上述第一电感元件和上述第二电感元件，由配置在铁氧体磁体的主面或内部以电绝缘状态交叉的第一线路及第二线路构成，上述第一电容元件和/或上述第二电容元件的至少一部分，由形成在层叠基板的表面和/或内部的电极图案构成，上述第三电感元件，由空心线圈或芯片电感器构成，并被安装在上述层叠基板上。

对于绝缘覆盖上述第一线路和上述第二线路的铜线或铁氧体磁体，优选为使用印刷形成的导线或带状的铜板。

优选为，通过上述层叠基板的电极图案形成上述第一电容元件和/或第二电容元件的至少一部分。另外也可以以芯片电容器安装于上述层叠基板上。

优选为，上述电阻元件是被安装在上述层叠基板上的芯片电阻，或是形成在上述层叠基板内的印刷电阻。

优选为，具备阻抗调整单元，其在上述第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间，以第四电感元件和/或第三电容元件构成，上述第四电感元件和/或第三电容元件，由形成在上述层叠基板内的电极图案、或搭载于上述层叠基板上的元件构成。

中心导体的上述第一线路和上述第二线路中心导体间的交叉角度优选为80～110°。

在本发明的非可逆电路元件中，通过调整第一电感元件和第一电容元件，决定隔离最大的谐振频率(以下称为“峰值频率”)，并通过调整第二及第三电感元件以及第二电容元件，决定插入损耗最小的峰值频率。这样非可逆电路元件的电特性，可以根据通信机器所采用的通信系统的频率，通过调整第一～第三电感元件、和第一及第二电容元件来决定。

优选在上述层叠基板内，形成将上述第二电感元件接地的背面侧接地电极。另外优选为设置主面侧接地电极，并将和上述主面侧接地电极相向的电极图案、和与上述背面侧接地电极相向的电极图案，通过通孔进行连接，而形成上述第二电容元件。根据该构成，可以避免设置在层叠基板内的电极图案与主面侧的安装部件之间的电磁干涉。

优选为，在与上述主面侧接地电极相向的电极图案、和与上述背面侧接地电极相向的电极图案之间，形成电极图案，该电极图案形成上述第一电容元件。

为了降低寄生电感，优选为上述第一线路的一端以及上述第二线路的一端，经由通孔连接于与上述主面侧接地电极相向而构成第二电容元件的电极图案。优选为将以小于所述背面侧接地电极的面积形成的接地电极，配置在背面侧接地电极的相邻层上，对电容值进行调整。

优选为，在上述层叠基板的背面形成端子电极(输入端子、输出端子以及接地端子)，且上述端子电极沿着层叠基板的外周端形成。优选为距离上述外周端空有规定的间隔来形成上述端子电极。而且优选为在上述层叠基板的背面内侧设置有连接加强用端子电极，并经由通孔连接上述连接加强用端子电极和上述背面侧接地电极。

根据本发明，得到如下所述非可逆电路元件，即虽为小型但具有优异的插入损耗特性、隔离特性等电特性、且高次谐波衰减量优异、可容易调整输入阻抗。

附图说明

图1是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的等效电路的图。

图2是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的等效电路的图。

图3是表示本发明的另一实施例所涉及的非可逆电路元件的等效电路的图。

图4(a)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的一例进行表示的等效电路的图。

图4(b)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的另一例进行表示的等效电路的图。

图4(c)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图4(d)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图4(e)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图5(a)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图5(b)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图5(c)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图5(d)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图6(a)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图6(b)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图6(c)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图6(d)表示的是对本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中用到的阻抗调整单元的又一例进行表示的等效电路的图。

图7是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的立体图。

图8是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的分解立体图。

图9是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件中使用的层叠基板的分解立体图。

图10是表示本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的分解俯视图。

图11是表示本发明的另一实施例所涉及的非可逆电路元件中使用的层叠基板的分解立体图。

图12是表示实施例1所涉及的非可逆电路元件的频带外衰减特性的频率特性的曲线图。

图13是表示实施例1和比较例1的非可逆电路元件的插入损耗特性的频率特性的曲线。

图14是表示实施例1和比较例1的非可逆电路元件的隔离特性的频率特性的曲线。

图15是表示本发明的另一实施例所涉及的非可逆电路元件的分解俯视图。

图16是表示本发明的再一实施例所涉及的非可逆电路元件的分解俯视图。

图17是表示实施例1、3、4的非可逆电路元件的频带外衰减特性的频率特性的曲线。

图18是表示以往的非可逆电路元件的等效电路的图。

图19是表示以往的非可逆电路元件(2端子对隔离器)的等效电路的图。

图20是表示以往的非可逆电路元件的分解立体图。

图21是表示以往的非可逆电路元件中使用的层叠基板的分解立体图。

图22是表示以往的非可逆电路元件的分解立体图。

具体实施方式

以下，将对本发明的非可逆电路元件进行说明。

『1』非可逆电路元件

(1)基本动作

图1表示的是本发明的实施例所涉及的非可逆电路元件的基本构造的等效电路。非可逆电路元件包括：配置在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间的第一电感元件L1、配置在第二输入输出端口P2和地之间的第二电感元件L2、与上述第一电感元件L1构成第一并联谐振电路的第一电容元件Ci、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件R、串联连接在上述第二电感元件L2和地之间的第三电感元件Lg、和上述第二电感元件L2及上述第三电感元件Lg构成第二并联谐振电路的第二电容元件Cf。

图2的等效电路，是示意性表示构成上述第一电感元件L1以及第二电感元件L2的中心导体部30，上述第一电感元件L1、第二电感元件L2由在铁氧体磁体的微波铁氧体20上配置的第一线路21和第二线路22形成。通常微波铁氧体20形成为圆板状或矩形的薄板状。

本发明的特征部分在于，具有与上述第二电感元件L2串联连接、并和第二电容元件Cf构成并联谐振电路的第三电感元件Lg。形成上述第一电感元件L1的第一线路21、和形成上述第二电感元件L2的第二线路22交叉配置在微波铁氧体20上。第三电感元件Lg由未与第一线路21结合的第三线路23构成。

从第一输入输出端口P1进入的微波经过第一线路21(第一电感元件)在第二线路22(第二电感元件)和第三线路23(第三电感元件Lg)流过电流，激发微波铁氧体的薄板20。微波铁氧体的薄板20被永久磁铁磁化，根据微波带的铁氧体的强磁性共振效果(resonance effect)产生高频率磁场成分。产生于微波铁氧体中的磁通，由于沿第一线路21的方向发生，故在第一线路21上不会激励电压，但由于流过第二线路22的电流和磁通交叉，故在第二线路22的两端激励电压。因此在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间传播有微波。

在从第二输入输出端口P2输入微波时，在第一线路21和第二线路22上流过电流。产生于微波铁氧体中的磁通，由于沿第二线路22的方向发生，故在第二线路22上不会激励电压，但由于流过第一线路21的电流和磁通交叉，故在第一线路21的两端激励电压。在第一输入输出端口P1侧发生电压降，微波几乎不从第二输入输出端口向第一输入输出端口传送，而且在第一线路21上并联连接有电阻元件R，因此，一旦有微波输入到第二输入输出端口，则被上述电阻元件R消耗。

第一线路和第二线路的交叉角θ可以任意进行设定，但优选在70°～120°、更优选在80°～110°，理想为90°。交叉角度θ被定义为在第一线路和第二线路中，其端部的线路中心线相交的角度。也就是，第一线路中的第一输入输出端口侧的端部和第二线路中的第二输入输出端口侧的端部的夹角。如果改变交叉角度θ，来自永久磁铁的最佳动作磁场即变化，输入阻抗变化。在清除了制造上的各种离散偏差的理想状态下，如果交叉角度θ不足90°，则输入阻抗表现为电容性，若超过90°，则输入阻抗表现为感应性。当输入阻抗表现为电容性时，使用与地连接的电感元件，当表现为感应性时，使用电容元件，可调整阻抗。

如果欲获得优异的插入损耗特性及隔离特性，则优选构成为在第一线路21或第二线路22的两端激励较大的电压。为此，就需要使用较大尺寸的微波铁氧体、或者调整第一线路21或第二线路22的宽度、长度以及厚度、或线路的间隔(以多条线路形成的情况)。

然而，为将非可逆电路元件小型化，需要将微波铁氧体小型化，相应地对应于上述铁氧体磁体的有效磁导率和第一线路21及第二线路22而得到的电感也下降，在第一及第二并联谐振电路中不得不使用很大的电容，无法得到优异的谐振特性。另外，第一线路21和第二线路22结合，若调整一方的线路宽等将给各自的电感带来影响。因此分别独立调整第一输入输出端口P1及第二输入输出端口P2的输入电感较为困难，很难得到与外部电路的最佳匹配条件。

于是本发明中，采用将第三电感元件Lg串联连接于第二电感元件L2上，并且没有将形成上述第三电感元件Lg的第三线路23配置在铁氧体磁体的构成，来减少与第一电感元件L1或第二电感元件L2的电容性或感应性的结合。从而在连接点PC和地之间得到很大的电压，并且可以抑制第一输入输出端口P1及第二输入输出端口P2的输入阻抗的变动，降低插入损耗特性。

即便第二电感元件L2为低电感，通过连接第三电感元件Lg，也可以不使用较大容量的第二电容元件Cf。因此，第二并联谐振电路的品质系数Q较大、谐振特性优异，由此可以避免由小型化导致的插入损耗的恶化。另外，由于以短线路构成配置在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2之间的第一电感元件L1，可以更加避免损耗的增加。随着第一电感元件L1的电感下降隔离特性发生恶化，但与插入损耗的恶化相比影响较小，不会引起实用上的问题。

(2)阻抗调整单元

如图3所示的等效电路图那样，优选具有连接于第一输入端口P1和端口PT之间的阻抗调整单元90。阻抗调整单元90，由第四电感元件和/或第三电容元件构成。因寄生电感或浮动电容等，制造上的各种离散偏差的缘故，连接点PT的输入阻抗多显示为感应性或电容性。该电抗的离散偏差因与外部电路的不匹配，导致插入损耗特性或隔离特性的下降。于是，阻抗调整单元90，例如由连接点PT观察的非可逆电路元件的输入阻抗显示为感应性时，使用输入阻抗显示为电容性的阻抗调整单元90，相反当输入阻抗显示为电容性时，使用输入阻抗显示为感应性的阻抗调整单元90，与所需的阻抗相匹配。

图4～图6所示的阻抗调整单元90，由电感元件或电容元件构成，可根据输入阻抗进行适当选择。通过组合电感元件或电容元件，可以形成高通滤波器电路、低通滤波器电路或陷波滤波器电路。

构成阻抗调整单元90的电感元件或电容元件的构成不受特别地限定，但为方便处理，优选为由较为容易进行常数变更的芯片部件构成。对于多层基板也可以以电极图案来构成。本发明所涉及的非可逆电路元件的阻抗调整单元，可以构成为电感元件或组合电感元件和电容元件。上述电感元件可以使用芯片电感器来形成，也可以由在电介质层上印刷导电性膏而形成的电极图案(线形图案)来形成。

当将作为阻抗调整单元使用的电感元件或电容元件以电极图案形成在层叠基板上时，除通过修整加工进行调整外，调整起来较为困难，针对此种情况，通过使用芯片电容器或芯片电感器，可以细微地设定容量值以及电感值，从而很好地取得阻抗匹配。

非可逆电路元件的通过特性表示为带通滤波器那样的特性，但当频带外的衰减量不够充分时，只要将阻抗调整单元90以低通滤波器或陷波滤波器构成即可。也可以去除来自功率放大器的二次高谐波、三次高谐波之类的不要频率成分(高次谐波信号)。

(3)功率放大器

在连接有非可逆电路元件的功率放大器中，开路短线或短路短线等高次谐波控制电路连接于高次谐波功率用晶体管的输出端(漏电极)。该高次谐波控制电路，在基波频率下为开路，而对于具有基波的偶数倍频率的高次谐波成分(例如2倍波)为短路。根据这样的构成，将在放大器内部产生的高次谐波成分，以来自高次谐波控制电路的连接点的反射波抵消，从而高效地进行动作。

另外，如果观察非可逆电路元件的输入阻抗特性，2倍波实际上有时会发生短路。在这样的阻抗条件下，有时会使功率放大器不稳定动作，引起振荡等。因此，利用阻抗调整单元90作为相位电路，通过使相位移动使功率放大器和非可逆电路元件非共轭匹配，来抑制功率放大器的振荡。例如，在阻抗调整单元90的电感元件串联连接于第一输入输出端口P1和端口PT之间的线路的情况下，通过调整该线路长及形状，可以将对于二次高次谐波的输入阻抗调整到所需范围内的值。

另外，在欲大幅移动相位时，虽然只要加长线路即可，但电特性有时也会恶化。当仅通过阻抗调整单元90无法充分调整相位θ时，也可以通过端口PE和地电势之间的第三电感元件Lg进行调整。与加长阻抗调整单元90的传送线路的情况相同，如果将第三电感元件Lg设为大的电感，则相位顺时针移动。

『2』第一实施方式

图7表示非可逆电路元件1的外观，图8表示其构造。非可逆电路元件1包括：由微波铁氧体20：以及在其上以电绝缘状态交叉配置的第一线路21和第二线路22构成的中心导体组装体30；具有与第一线路21和第二线路22构成谐振电路的第一电容元件Ci、以及第二电容元件Cf的层叠基板60；安装在层叠基板60上的芯片部件(电阻元件R、第三电感元件Lg)；构成磁回路的上侧磁轭4以及下侧磁轭8；对微波铁氧体20外加直流磁场的永久磁铁9。该非可逆电路元件的等效电路的构成与图1及图2所示的相同，因此省略说明。

在中心导体组装体30中，第一线路21和第二线路22隔着绝缘层(未图示)以交叉的方式配置在例如矩形状的微波铁氧体20的表面。在本实施方式中，第一线路21及第二线路22相互垂直(交叉角度θ为90°)，但并非局限于此。

第一线路21由两根导体21a、21b形成，第二线路22由一根导体形成。在本实施方式中，以铜薄板形成第一线路21及第二线路22，并将聚酰亚胺配置在线路之间进行绝缘。线路优选为由铜板形成，例如使用厚度在10～40μm的薄板。另外其表面上优选为施加半光泽的厚度为1～4μm的镀银。通过该构成，可以利用高次谐波的表皮效应来降低损耗。

第一线路21及第二线路22，可以通过：(a)在聚酰亚胺等可挠性的耐热性绝缘层的两面印刷或蚀刻的方法；(b)如记载于日本特开2004-88743号中那样、通过印刷直接形成在微波铁氧体10上的方法；(c)通过LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)法，将分别成为第一线路21及第二线路22的电极图案通过Ag、Cu等的导电膏的印刷形成的印刷电路基板(green sheet)，层叠在成为微波铁氧体10的印刷电路基板上，并通过一体烧结等方法来形成。

在本实施方式中，微波铁氧体20虽然为矩形状，但并非局限于此，也可以为圆板状。只是在矩形状铁氧体20中，可以比圆板状微波铁氧体20更加加长第一线路以及第二线路21、22，从而有利于增大第一及第二线路21、22的电感。

微波铁氧体20，只要是对来自永久磁铁9的直流磁场可起到非可逆电路元件的功能的磁性体材料即可。微波铁氧体20优选具有石榴石构造，由YIG(钇、铁、石榴石)等构成。也可以将YIG的Y的一部分由Cd、Ca、V等置换，也可以将Fe的一部分由Al、Ga等置换。另外，根据使用频率，也可以是Ni系铁氧体。

对中心导体组装体30外加有直接磁场的永久磁铁9，通过粘接剂等固定在大致为箱形状的上壳体4的内壁面上。永久磁铁9，优选使用廉价且与微波铁氧体20的温度特性的亲和性较好的铁氧体磁铁(SrO、nFe₂O₃)。特别是具有以R元素(含有Y的稀土类元素中的至少一种)置换Sr和/或Ba的一部分，并以M元素(由Co、Mn、Ni以及Zn构成的组中选出的至少一种)置换Fe的一部分的磁铁铅矿型结晶构造，以化合物的状态且在预烧后的粉碎工序中添加了R元素和/或M元素的铁氧体磁铁，由于比一般的铁氧体磁体(SrO、nFe₂O₃)具有更高的磁通密度，且能够实现非可逆电路元件的小型化、薄型化，故较为优选。铁氧体磁体，优选具有420mT以上的剩余磁通密度Br、以及300kA/m以上的保持力iHc。另外，也可以使用Sm-Co系磁铁、Sm-Fe-N系磁铁、Nf-Fe-B系磁铁等稀土类磁铁。

图9表示层叠基板60的构造。层叠基板60是将9层电介质层S1～S9层叠一体化而构成。各电介质层S1～S9上印刷有导电膏，形成电极图案。在电介质层S1上，配设有起到部件安装用的连接盘的作用的电极图案60a、60b、61a、61b、62a、62b、63a、63b。在电介质层S2上形成有电极图案GND1。在电介质层S3上形成有电极图案Pa1，在电介质层S4上形成有电极图案Pa2，在电介质层S5上形成有电极图案Pa3，在电介质层S6上形成有电极图案Pa4，在电介质层S7上形成有电极图案Pa5，在电介质层S8上形成有电极图案GND2，在电介质层S9上形成有电极图案GND3。

电介质层S1～S9上的电极图案，通过充填有导电膏的通孔(图中以黑点表示)进行电连接。结果，电极图案Pa1、Pa2、Pa3、Pa4、Pa5构成第一电容元件Ci，电极图案GND1、Pa1、Pa5、GND2、GND3构成第二电容元件Cf。

在本实施方式中，将第一及第二电容元件Ci、Cf做成电极图案配置于多个层上，并通过通孔并联连接的层叠电容器。在层叠基板60的各层上较大地形成一个电极图案，并将第一电容元件Ci的电极图案和第二电容元件Cf的电极图案在层叠方向上重叠，从而抑制了平面面积的增加，同时得到所需大小的电容。

电介质层S1～S9中使用的陶瓷，优选为可与Ag等导电膏同时烧制的低温烧结陶瓷(LTCC)。从环境的角度出发，优选为不含有铅的低温烧结陶瓷。作为低温烧结陶瓷，优选具有如下组成，即相对于由10～60质量％(Al₂O₃换算)的Al、25～60质量％(SiO₂换算)的Si、7.5～50质量％(S_rO换算)的Sr、以及大于0质量％而小于等于20质量％的(TiO₂换算)的Ti构成的主成分的100质量％，含有下述的副成分，该副成分由从0.1～10质量％(Bi₂O₃换算)的Bi、0.1～5质量％(Na₂O换算)的Na、0.1～5质量％(K₂O换算)的K、以及0.1～5质量％(CoO换算)的Co所组成的组中所选出的至少一种、和从0.01～5质量％(CuO换算)的Cu、0.01～5质量％(MnO₂换算)的Mn、以及0.01～5质量％的Ag所组成的组中所选出的至少一种来构成。当层叠基板50由具有较高Q值的低温烧结陶瓷构成时，可以将Ag、Cu、Au等的高导电率金属用作电极图案，可以构成极低损耗的非可逆电路元件。

将具有上述组成的陶瓷混合物在700～850℃下进行预烧，细碎到平均粒径0.6～2μm，并与乙基纤维素、烯烃系热可塑性橡胶、聚乙烯缩丁醛(PVB)等粘合剂、丁基邻苯二甲酰基甘醇酸丁酯(BPBG)等可塑剂及溶剂进行混合作成浆，并通过刮片法制作电介质印刷电路基板。在各印刷电路基板上形成通孔，印刷导电膏形成电极图案，并且向通孔中也充填相同的导电膏。这样图9所示的各电介质层S1～S9可以通过层叠、并在850℃～1050℃下进行烧制来制作层叠基板60。

在多层基板60的表面电极图案上，优选以镀Ni为基底施以镀Au。镀Au因具有高导电率且焊料可湿性良好，因此可以实现非可逆电路元件的低损耗。镀Ni可以提高Ag、Cu、Ag-Pd等的电极图案和镀Au间的固定强度。含有镀层的电极图案的厚度一般在5～20μm左右，优选达到可获得表皮效应的厚度的2倍以上。

层叠基板60，因小到2.5mm×2.5mm×0.3mm左右或在其之下，故优选为制作通过分割槽连结多个层叠基板60的母层叠基板，并沿分割槽折叠从而分离出一个个层叠基板60。当然也可以不在母层叠基板上设置分离槽，而通过切割机或激光来切断。

为了抑制层叠基板60的平面方向(X-Y方向)的烧制收缩，获得烧制走形很小的层叠基板，优选为使用约束烧制法，即在烧制温度(特别在1000℃以下)下以不进行烧制的收缩限制层上下夹持进行烧制，之后除去收缩限制层从而得到层叠基板60。另外，更优选为向Z方向边加压边进行烧结。作为收缩限制层的材料，可以使用氧化铝粉末或者氧化铝粉末和稳定化氧化锆粉末的混合材料等。收缩限制层可在烧制后，通过超声波清洗、湿式珩磨法、破碎法(blasting method)等除去。

接着将对上侧磁轭4以及下侧磁轭8进行说明。上侧磁轭4呈大致箱型形状，并由于形成磁回路，因此例如以包括软铁等强磁性体的材料形成，并在其表面上镀有Ag或Cu。下侧磁轭8，其材质等与上侧磁轭4相同，在形状方面，端部8a、8b呈几乎I字状，并在大致中央部配置有中心导体组装体30，因此形成有较大面积的安装区域8c。下侧磁轭8以收进的方式与上侧磁轭4的内侧接合，由此形成包围永久磁铁9和中心导体组装体30的磁路。

另外优选为，在上侧磁轭4、下侧磁轭8的表面，通过镀层等形成金属层，该金属层是从Ag、Cu、Au及Al所组成的组中选出的至少一个金属或者含有该金属的合金，且具有电阻率在5.5μΩcm以下，优选为3.0μΩcm以下，更优选为1.8μΩcm以下的高导电性。金属层的厚度为0.5～25μm、优选为0.5～10μm、更优选为1～8μm。通过这样构成，可以抑制与外部间的相互干涉(例如电磁噪音对磁轭内的侵入)，可以降低损耗。

图10是在除去上侧磁轭4、永久磁铁9后状态的非可逆电路元件的主面俯视图。将芯片电阻R焊接于电极图案62a、63a间，并将构成第三电感元件的芯片电感器Lg焊接在电极图案62b、63b之间。在上述下侧磁轭8的安装区域8c上配置有中心导体组装体30，第一线路21的端部80a和电极图案61b相焊接，端部80b和电极图案62a相焊接。第二线路22的端部85a和电极图案61a相焊接，端部85b和电极图案62b相焊接。另外，下侧磁轭8的端部分别和电极图案60a、60b相焊接。在将粘接有永久磁铁40的上侧磁轭4覆盖于层叠基板60上后，将上侧磁轭70的侧壁下端与电极图案60a、60b相焊接。另外，在从永久磁铁9中给出动作所需的动作磁场时，也可以不配置下侧磁轭8，而将中心导体组装体30直接安装在层叠基板60上。从而可以降低下侧磁轭8的厚度量的相应高度。

在层叠基板60的背面，夹着接地端子GND并沿层叠基板的外周端配设有输入端子IN(P1)以及输出端子OUT(P2)。各端子IN(P1)、OUT(P2)通过电极图案形成为LGA(Land Grid Array)，并经由通孔和层叠基板60内的电极图案、中心导体、安装部件等连接。

『3』第二实施方式

图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的非可逆电路元件的等效电路的图，图11表示本实施方式中用到的层叠基板60的构造。由于本实施方式中与第一实施方式相同部分较多，故省略对相同部分的说明。因此，如无特殊限制第一实施方式的说明可以应用到本实施方式中。

在本实施方式中，在第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间，配置有阻抗调整单元90。阻抗调整单元90使用图4(a)所示的电容元件Cz(接地电容器)。电容元件Cz由层叠基板60的电极图案62a以及GND1构成。因此，无需增加安装部件数量，可以进行阻抗匹配。

在层叠基板60的电极图案62a、60b之间也可以安装芯片电容器作为电容元件Cz。此时，易于根据芯片电容器的选择来进行对输入阻抗的调整。另外，也可以将芯片电容器的安装和层叠基板内的电容元件进行组合。从而可以通过芯片电容器来调整层叠基板50内部的阻抗调整单元的容量。

输入端子IN(P1)以及输出端子OUT(P2)，以包夹着接地端子GND并沿层叠基板的外周端而且距上述外周端空有规定的间隔的方式，配置在层叠基板60的背面。根据该构成，在从母层叠基板上分割时或在向电路基板安装后应力作用的情况下，避免了端子图案剥离的危险。另外，在上述层叠基板的背面的内侧设置连接加强用端子电极，可提高与电路基板间的连接强度。而且将上述连接加强用端子电极和上述背面侧接地电极经由通孔进行连接，不仅提高了连接加强用端子电极的剥离强度，还使接地稳定。

通过实施例对本发明进行更详细说明，但本发明并不受此局限。

实施例1

在800℃下将陶瓷混合物进行预烧，细碎到平均粒径1.2μm，并混合由聚乙烯缩丁醛(PVB)构成的粘合剂、由丁基邻苯二甲酰基甘醇酸丁酯(BPBG)构成的可塑剂及水进行混合作成浆，并通过刮片法制出厚为30μm的电介质印刷电路基板，上述陶瓷混合物具有如下组成，即相对于由50质量％(Al₂O₃换算)的Al、36质量％(SiO₂换算)的Si、10质量％(SrO换算)的Sr以及4质量％的(TiO₂换算)的Ti构成的主成分的100质量％，含有由2.5质量％(Bi₂O₃换算)的Bi、2.0质量％(Na₂O换算)的Na、0.5质量％(K₂O换算)的K以及0.3质量％(CuO换算)的Cu构成的副成分。在各印刷电路基板上形成通孔，印刷Ag系导电膏(由Ag粉平均粒径：2μm、75质量％的Ag粉和25质量％的乙基纤维素构成)形成电极图案，并且向通孔中也充填相同的导电膏。之后，层叠印刷电路基板、烧制，从而制作出层叠基板60。

使用上述层叠基板60，制作图1、2、7～10所示的频率830～840MHz(CDMA)用的2.5mm×2.0mm×1.2mm的超小型非可逆电路元件。该非可逆电路元件所使用的主要部件为：微波铁氧体20(1.0mm×1.0mm×0.15mm的石榴石)、永久磁铁(2.0mm×1.5mm×0.25mm的矩形状的La-Co铁氧体磁铁)、以及层叠基板60(2.5mm×2.0mm×0.3mm)。第一线路21和第二线路22通过在厚度20μm的耐热性绝缘聚酰亚胺的两面将厚度15μm的铜镀层进行蚀刻而形成，并对各线路21、22的表面施以厚度1～4μm的半光泽镀银。将实施例1的非可逆电路元件的电路常数等示于表1中。

表1

比较例1

作为比较例1是具有图19所示的等效电路，制作出图22的构造的非可逆电路元件。该非可逆电路元件的第一电容元件Ci和第二电容元件Cf，以电极图案(未图示)形成在层叠基板60的内部。在通过注塑成形将液晶帕洛玛(パ口マ一：palomar)等耐热性的树脂(斜线部)和下侧磁轭8一体成形，并在侧面侧设置有输入端子IN(P1)和输出端子OUT(P2)等的壳体中，收容层叠基板60和中心导体组装体30等。此外，由于在以与实施例相同尺寸的情况下特性存在显著不足，故在本对比例中，采用3.2mm×3.2mm×1.6mm的非可逆电路元件。该非可逆电路元件所使用的主要部件为：微波铁氧体10(1.9mm×1.9mm×0.35mm的石榴石)、永久磁铁(2.8mm×2.5mm×0.4mm的矩形状的La-Co铁氧体永久磁铁)。第一线路21和第二线路22由通过蚀刻形成的厚度30μm的铜板形成并施加有厚度1～4μm的半光泽镀银。将比较例1的非可逆电路元件的电路常数等示于表2中。

表2

对于实施例1及比较例1的非可逆电路元件，通过网路分析器对频带外衰减特性、插入损耗以及隔离性进行了测量。

图12、13、14分别是表示频带外衰减特性、插入损耗特性以及隔离特性的图表。图12中，fo是通过频率区域的中心频率，nfo(N为2～4)等表示其n倍的频率。可见：实施例1的非可逆电路元件在频带外衰减特性以及隔离特性方面与比较例1几乎相等，但在插入损耗方面得到提高，具有优异的高频率特性。

实施例2

除了将图4(a)中所示的电容元件Cz(接地电容器)配置作为阻抗调整单元90，制作出图11所示的本发明的第二实施方式的层叠基板60以外，与实施例1相同地得到非可逆电路元件。将层叠基板60的等效电路示于图3中。电容元件Cz由层叠基板60的电极图案62a以及GND1构成，并配置在第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间。

对于该非可逆电路元件，通过网路分析器对频带外衰减特性、插入损耗以及隔离进行了测量，结果隔离特性虽然与以往相同，但插入损耗特性得到提高，具有优异的高频率特性。

实施例3及4

除由电容元件Cz和电感元件Lz1形成阻抗调整单元90以外，与实施例2相同，制作出实施例3及4的层叠基板60。阻抗调整单元90设置在上述第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间。

实施例3中，作为阻抗调整单元90使用图4(b)的电路。如图15所示的分解俯视图那样，电容元件Cz以2pF芯片电容、电感元件Lz1以10nH的芯片电感安装在层叠基板60上。层叠基板60的输入端子IN(P1)经由通孔和层叠基板上的电极图案66a连接，并经由电感元件Lz1和中心导体等连接。另外，将电极图案66a经电容元件Cz和电极图案60b连接，进而与接地连接，形成低通滤波器。

实施例4中，作为阻抗调整单元90使用图5(b)的电路。如图16所示的分解俯视图那样，电容元件Cz以电极图案形成在2pF的层叠基板上，电感元件Lz1以10nH的芯片电感安装在层叠基板60上。层叠基板60的输入端子IN(P1)经由通孔和层叠基板上的电极图案66a连接，并经由电感元件Lz1和电极图案66b连接。电极图案66b经通孔和层叠基板内的电极图案(未图示)连接，并与电极图案62a相向地形成电容元件Cz。此外，在实施例3及4中，未配置下侧磁轭8而将中心导体组装体30直接安装在层叠基板60上。

对于实施例3及4的非可逆电路元件，通过网路分析器对频带外衰减特性、插入损耗以及隔离进行了测量，结果隔离特性与实施例1相同。就插入损耗特性而言，无论哪种情况下，电感元件Lz1都和信号路径串联连接，因此下降了0.03dB左右，但优于以往的非可逆电路元件。图17中示出频带外衰减特性的频率特性图。可见频带外衰减特性较之实施例1的具有更为优异的高频率特性。

产业上的可利用性

根据本发明，提供一种虽为小型却具有低插入损耗、并在隔离特性方面优异的非可逆电路元件(2端子对隔离器)。还提供一种便于对输入阻抗调整，而且不会使插入损耗特性、反射特性恶化的非可逆电路元件。因此，在移动体通信机器的发送部，如果配置在功率放大器和天线之间，则可以以低损耗进行信号传送，同时不仅避免不要信号对功率放大器的逆流，还使功率放大器的负载侧的阻抗稳定，因此也可以延长移动电话等的电池寿命。

Claims

1.一种非可逆电路元件，具备：

配置在第一输入输出端口和第二输入输出端口之间的第一电感元件、配置在第二输入输出端口和地之间的第二电感元件、与上述第一电感元件构成第一并联谐振电路的第一电容元件、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件、串联连接在上述第二电感元件和地之间的第三电感元件、与上述第二电感元件及上述第三电感元件构成第二并联谐振电路的第二电容元件。

2.根据权利要求1所述的非可逆电路元件，其特征在于，

形成上述第一电感元件的第一线路和形成上述第二电感元件的第二线路以交叉的方式配置，形成上述第三电感元件的第三线路以和上述第一线路及上述第二线路不交叉的方式配置。

3.根据权利要求1或2所述的非可逆电路元件，其特征在于，

具备阻抗调整单元，其在上述第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间由第四电感元件和/或第三电容元件构成。

4.根据权利要求3所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述阻抗调整单元是低通滤波器。

5.根据权利要求1或2所述的非可逆电路元件，其特征在于，上述第一电感元件具有小于上述第二电感元件和上述第三电感元件的电感总和的电感。

6.一种非可逆电路元件，包括：配置在第一输入输出端口和第二输入输出端口之间的第一电感元件、配置在第二输入输出端口和地之间的第二电感元件、与上述第一电感元件构成第一并联谐振电路的第一电容元件、与上述第一并联谐振电路并联连接的电阻元件、串联连接在上述第二电感元件和地之间的第三电感元件、与上述第二电感元件及上述第三电感元件构成第二并联谐振电路的第二电容元件，其中，

上述第一电感元件和上述第二电感元件，由在微波铁氧体的主面或内部以电绝缘状态交叉的第一线路及第二线路构成，上述第一电容元件和/或上述第二电容元件的至少一部分，由形成在层叠基板的表面和/或内部的电极图案构成，上述第三电感元件，由空心线圈或芯片电感器构成，并被安装在上述层叠基板上。

7.根据权利要求6所述的非可逆电路元件，其特征在于，上述电阻元件是被安装在上述层叠基板上的芯片电阻，或是形成在上述层叠基板内的印刷电阻。

8.根据权利要求6或7所述的非可逆电路元件，其特征在于，具备阻抗调整单元，其在上述第一并联谐振电路和第一输入输出端口之间由第四电感元件和/或第三电容元件构成，上述第四电感元件和/或第三电容元件，由形成在上述层叠基板内的电极图案、或搭载于上述层叠基板上的元件构成。