CN103081219B - 非可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

获得能够不使插入损失恶化，而可调整隔离频率的非可逆电路元件。具有以相互绝缘状态交叉配置于通过永磁铁而被施加直流磁场的铁素体（32）上的第1中心电极（35）以及第2中心电极（36），第1中心电极（35）的一端与端口（P1）连接，另一端与端口（P2）连接，第2中心电极（36）的一端与端口（P2）连接，另一端与端口（P3）连接。在端口（P1）、（P2）之间，终端电阻（R）和可变电容电容器（C11）与第1中心电极（35）并联连接。通过变更电容器（C11）的电容值，可调整隔离频率。

Description

非可逆电路元件

技术领域

本发明涉及非可逆电路元件，尤其涉及在微波带使用的隔离器、循环器等非可逆电路元件。

背景技术

以往，隔离器、循环器等非可逆电路元件具有仅向预定的特定方向传发送号，不向反向传发送号的特性。由于该特性，隔离器不被使用于例如汽车电话、移动电话等移动通信设备的发送电路部。

作为这种非可逆电路元件，如专利文献1中记载的那样，记载了为了在任意的频带获得充分的隔离特性，对多个匹配用电容器分别串联连接第1可变匹配机构，使该第1可变匹配机构的电抗变化的非可逆电路元件。

然而，使用该非可逆电路元件，在高频电流从顺向输入时，由于该高频电流通过上述第1可变匹配机构，因此无论如何都具有插入损失变大这一问题。

专利文献1：日本特开2008-85981号公报。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够不使插入损失恶化，而可调整隔离频率的非可逆电路元件。

本发明的第1方式的非可逆电路元件的特征在于，具备：

永磁铁；

铁素体，其通过上述永磁铁被施加直流磁场；

多个中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体；

终端电阻，其在输入输出端口间与上述中心电极之一并联连接；以及

电容可变的电容单元，其在输入输出端口间、与上述终端电阻连接。

在第1方式的非可逆电路元件中，若从反向输入高频电流，该高频电流通过与终端电阻并联连接的中心电极和电容可变的电容单元所形成的并联谐振电路而衰减（隔离）。通过变更电容单元的电容值，可调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻的阻抗，可调整衰减量。另一方面，若从正向输入高频信号，则大的电流流入未连接终端电阻的中心电极，由于高频电流几乎不流入终端电阻、上述电容单元，所以电容单元即使被追加，也能够忽略由此引起的损失，插入损失不会增大。

本发明的第2方式的非可逆电路元件具备：

永磁铁；

铁素体，其通过上述永磁铁被施加直流磁场；以及

第1中心电极以及第2中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体；

上述第1中心电极的一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接，

上述第2中心电极的一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有终端电阻，

在上述输入端口与上述输出端口之间与上述终端电阻并联连接有电容可变的电容单元，

在上述输出端口与上述接地端口之间电连接有匹配电容。

在第2方式的非可逆电路元件中，若从输出端口输入高频电流，则该高频电流通过由第1中心电极和电容可变的电容单元所形成的并联谐振电路而被衰减（隔离）。通过变更电容单元的电容值，可调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻的阻抗，可调整衰减量。另一方面，在高频电流进行从输入端口流向输出端口的动作时，由于大的高频电流流入第2中心电极，高频电流几乎不流入终端电阻、上述电容单元，所以即使追加电容单元，也能够忽略由此引起的损失，插入损失不会增大。

本发明的第3方式的非可逆电路元件的特征在于，具备：永磁铁、

铁素体，其通过上述永磁铁而被施加直流磁场；

第1中心电极以及第2中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体，

上述第1中心电极一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接，

上述第2中心电极一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有第1匹配电容，

在上述输出端口与上述接地端口之间电连接有第2匹配电容，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有终端电阻，

在上述输入端口与上述输出端口之间与上述终端电阻并联连接有电容可变的电容单元。

在第3方式的非可逆电路元件中，若高频电流从输出端口被输入，则该高频电流通过由第1中心电极、第1匹配电容以及电容可变的电容单元所形成的并联谐振电路而被衰减（隔离）。通过变更电容单元的电容值，可调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻的阻抗，可调整衰减量。另一方面，在进行高频电流从输入端口流向输出端口的动作时，大的高频电流流入第2中心电极，高频电流几乎不流入终端电阻、上述电容单元，因此即使追加电容单元，也能够忽略由此引起的损失，插入损失不会增大。

根据本发明，不使插入损失特性恶化，而可调整隔离频率。

附图说明

图1是表示第1实施例的非可逆电路元件的等效电路图。

图2是表示第2实施例的非可逆电路元件的等效电路图。

图3是表示第3实施例的非可逆电路元件的等效电路图。

图4是表示第4实施例的非可逆电路元件的等效电路图。

图5是表示第2实施例的非可逆电路元件的构成例1的立体图。

图6是表示第2实施例的非可逆电路元件的构成例2的立体图。

图7是表示铁素体/磁铁元件的分解立体图。

图8是表示带有中心电极的铁素体的立体图。

图9是表示第2实施例的非可逆电路元件的输入匹配特性的史密斯图。

图10是表示第2实施例的非可逆电路元件的插入损失的图。

图11是表示第2实施例的非可逆电路元件的隔离特性的图。

图12是表示第2实施例的非可逆电路元件的输出匹配特性的史密斯图。

图13是表示第4实施例的非可逆电路元件的输入匹配特性的史密斯图。

图14是表示第4实施例的非可逆电路元件的插入损失的图。

图15是表示第4实施例的非可逆电路元件的隔离特性的图。

图16是表示第4实施例的非可逆电路元件的输出匹配特性的史密斯图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的非可逆电路元件的实施例进行说明。其中，在各图中对于相同的构件、部分赋予共同的附图标记，并省略重复的说明。

（第1实施例，参照图1）

如图1所示，第1实施例的非可逆电路元件（两端口型隔离器），具备通过未图示的永磁铁施加直流磁场的铁素体32、以相互绝缘状态交叉配置于该铁素体32的第1中心电极35（L1）以及第2中心电极36（L2）。第1中心电极35的一端与输入端口P1连接，另一端与输出端口P2连接。第2中心电极36的一端与输出端口P2连接，另一端与接地端口P3连接。终端电阻R与第1中心电极35并联连接在输入端口P1与输出端口P2之间，在输入端口P1与输出端口P2之间连接有可变电容电容器C11，在输出端口P2与接地端口P3之间连接有匹配电容器C2。

在该非可逆电路元件中，若从输出端口P2输入高频电流，则该高频电流通过由第1中心电极35和可变电容电容器C11形成的并联谐振电路而衰减（隔离）。通过变更可变电容电容器C11的电容值，可调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻R的阻抗，可调整衰减量。另一方面，在进行高频电流从输入端口P1流向输出端口P2的动作时，大的高频电流流入第2中心电极36，由于几乎没有高频电流流入终端电阻R、可变电容电容器C11，所以即使追加可变电容电容器C11，也能够忽略由此引起的损失，插入损失不会增大。

此外，可变电容电容器C11可以是电容值能够阶段地变更、或者电容值能够无阶段地变更的电容器中的任意之一。

（第2实施例，参照图2）

如图2所示，第2实施例的非可逆电路元件（两端口型隔离器）将终端电阻R以及第1匹配电容器C1与第1中心电极35并联连接，阻抗匹配用的电容器CS1、CA与输入端口P1侧连接，阻抗匹配用的电容器CS2与输出端口P2侧连接，另外，与第1中心电极35、终端电阻R并联连接有调整用电容器C12和切换该电容器C12的接通、断开的开关元件S11。其他构成与上述第1实施例相同。此外，参照以下的图9～图12对本第2实施例的特性进行说明。

在该非可逆电路元件中，若从输出端口P2输入高频电流，该高频电流通过由第1中心电极35与第1匹配电容器C1以及调整用电容器C12形成的并联谐振电路而衰减（隔离）。通过利用开关元件S11来变更电容器C12的接通、断开状态，可调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻R的阻抗，可调整衰减量。另一方面，在进行高频电流从输入端口P1流向输出端口P2的动作时，大的高频电流流入第2中心电极36，高频电流几乎不流入终端电阻R、第1匹配电容器C1或者调整用电容器C12，因此即使追加电容器C12、开关元件S11，也能够忽略由此带来的损失，插入损失不会增大。

（第3实施例，参照图3）

如图3所示，第3实施例的非可逆电路元件（两端口型隔离器）将上述第2实施例所示的开关元件S11构成为半导体开关S12。半导体开关S12为由二极管D15、电阻R15以及电容器C15构成的SPST开关的公知构件。对于其他构成与第2实施例相同，其作用效果也如第2实施例中说明的那样。此外，作为开关元件，也可以使用SPDT开关、MEMS开关等。

（第4实施例，参照图4）

如图4所示，第4实施例的非可逆电路元件（两端口型隔离器）构成为，与调整用电容器C12并联地追加一个调整用电容器C13，并连接选择性地切换两个调整用电容器C12、13的接通或断开的开关元件S13。开关元件S13分别独立地切换电容器C12、13的接通、断开，并且还能够选择中立位置。也可以使用SPDT开关、MEMS开关作为开关元件。在本第4实施例中，能够将调整用的电容值切换为3阶。其他构成与上述第2实施例相同，其作用效果也基本上与第2实施例相同。此外，参照以下的图13～图16对本第4实施例的特性进行说明。

（非可逆电路元件的构成例1，参照图5）

在此，参照图5对上述第2实施例的非可逆电路元件的构成例1进行说明。该非可逆电路元件为，在电路基板20上安装有铁素体/磁铁元件30，该铁素体/磁铁元件30是将利用导体膜形成了第1以及第2中心电极（未图示）的铁素体32的左右两边用一对永磁铁41经由粘合剂层42固定而成。构成匹配电路、谐振电路的各种元件C1、C2、CS1、CS2、CA、C12、S11、R分别构成为芯片型，被安装在电路基板20上。这些元件被电连接而成为：通过形成在层叠为多层的电路基板20的表面、内部的电极、导体来形成图2所示的等效电路。

（非可逆电路元件的构成例2，参照图6）

接下来，参照图6对上述第2实施例的非可逆电路元件的构成例2进行说明。对于该非可逆电路元件，在电路基板20上安装上述铁素体/磁铁元件30，作为芯片型的元件，将终端电阻R以及开关元件S11安装在电路基板20上。对于其他元件C1、C2、CS1、CS2、CA，C12由形成在层叠成多层的电路基板20内的电极等来形成。

另外，在铁素体/磁铁元件30上经由粘合剂层15配置有用于进行磁屏蔽的平板状轭10。

（铁素体/磁铁元件的构成，参照图7以及图8）

铁素体32上以相互电绝缘的状态卷绕有第1中心电极35以及第2中心电极36。永磁铁41例如经由环氧类的粘合剂层42而被粘合，而对铁素体32在厚度方向施加直流磁场。

第1中心电极35通过导体膜而形成。即、如图8所示，第1中心电极35在铁素体32的表面侧，以从右下上升而分成2根的状态，在左上相对于长边以比较小的角度倾斜地形成，并向左上方上升，经由上表面的中继用电极35a绕向背面侧，以在背面侧分成与表面侧以透视状态重合的2根的状态形成，其一端与形成在下表面的连接用电极35b连接。另外，第1中心电极35的另一端与形成在下表面的连接用电极35c连接。这样，第1中心电极35卷绕铁素体32一匝（turn）。另外，在第1中心电极35与以下要说明的第2中心电极36之间形成有绝缘膜，第1中心电极35与以下要说明的第2中心电极36以相互绝缘状态交叉。

第2中心电极36利用导体膜形成。首先，第0.5匝36a在表面侧从右下起向左上相对于长边以比较大的角度倾斜，以与第1中心电极35交叉的状态形成，并经由上表面的中继用电极36b绕向背面侧，第1匝36c在背面侧以与第1中心电极35大致垂直地交叉的状态形成。第1匝36c的下端部经由下表面的中继用电极36d绕向表面侧，第1.5匝36e在表面侧以与第1中心电极35交叉的状态形成，经由上表面的中继用电极36f绕入背面侧。以下同样地，第2匝36g、中继用电极36h、第2.5匝36i、中继用电极36j、第3匝36k、中继用电极36l、第3.5匝36m、中继用电极36n、第4匝36o分别形成在铁素体32的表里面以及上下表面。另外，第2中心电极36的两端分别与形成在铁素体32的下表面的连接用电极35c、36p连接。其中，连接用电极35c被共用为第1中心电极35以及第2中心电极36的各自的端部的连接用电极。

即、第2中心电极36螺旋状地绕铁素体32四匝。在此，对于匝数，将中心电极36分别横断表里面1次的状态计算为0.5匝。另外，中心电极35、36的交叉角根据需要而被设定，可调整输入阻抗、插入损失。这样，通过使第2中心电极36绕铁素体32多次，第2中心电极36的电感变大，插入损失降低，动作频带也被扩大。

（第2实施例的特性，参照图9～图12）

将上述第2实施例（图2参照）的特性表示在图9～图12。图9表示输入匹配特性，图10示出正向的插入损失。在图9以及图10中，示出了将调整用电容器C12接通的情况（电容器C1、C12作用为平衡电容的情况）和断开情况（仅电容器C1作用的情况），表示特性的曲线均几乎重合，未出现插入了电容器C12而产生的影响。

图11表示反向的隔离（isolation）特性，图12表示输出匹配特性。在图11中，将断开调整用电容器C12时的隔离特性用曲线A表示，将接通调整用电容器C12时的隔离特性用曲线B表示。通过接通电容器C12，隔离频率向低频带转移。即、对于隔离特性而言，在断开电容器C12的情况下为Band8（880-915MHz），若接通电容器C12，则转移到Band5（824-849MHz）。在图12中也示出了接通调整用电容器C12的情况与断开调整用电容器C12的情况。表示特性的曲线几乎重合。

（第4实施例的特性，参照图13～图16）

将上述第4实施例（图4参照）的特性表示在图13～图16。图13表示输入匹配特性，图14表示正向的插入损失。在图13以及图14中，在调整用电容器C12、C13断开的情况（仅有电容器C1作用的情况）、接通调整用电容器C12的情况（电容器C1、C12作为并联电容作用的情况）、接通调整用电容器C13的情况（电容器C1、C13作为并联电容作用的情况），表示特性的曲线均几乎重合，未出现插入电容器C12、C13而产生的影响。

图15表示反向的隔离特性，图16示出输出匹配特性。在图15中，将断开调整用电容器C12、C13时的隔离特性用曲线A表示，将接通调整用电容器C12时的隔离特性用曲线B表示，将接通调整用电容器C13时的隔离特性用曲线C表示。通过接通电容器C12、C13，隔离频率向低频带转移。即、对于隔离特性而言，在断开电容器C12、C13的情况下为Band8（880-915MHz），若接通电容器C12，则转移到Band5（824-849MHz），若接通电容器C13，则转移到Band13（777-792MHz）。在图16中也示出了选择性地接通或断开调整用电容器C12、C13的情况，表示特性的曲线几乎重合。

（其他实施例）

此外，本发明的非可逆电路元件并不限定为上述实施例，在其要旨的范围内能够进行各种变更。

例如，如果使永磁铁41的N极与S极反转，则输入端口P1与输出端口P2被换位。另外，对于铁素体/磁铁元件30的构成、第1以及第2中心电极35、36的形状，能够进行各种变更。

另外，在形成平板状的铁素体的一主面上，还能够构成为将第1以及第2中心电极以规定的角度交叉的状态配置而成的构成（例如，特开平9-232818号公报中有详细记载）的非可逆电路元件。

如以上那样，本发明应用于非可逆电路元件，尤其在不使插入损失恶化，能够调整隔离频率的点上优异。

附图标记说明：

30…铁素体/磁铁元件；32…铁素体；35…第1中心电极；36…第2中心电极；41…永磁铁；P1…输入端口；P2…输出端口；P3…接地端口；C1，C2…匹配用电容器；C11，C12，C13…调整用电容器；S11，S12，S13…开关元件；R…终端电阻。

Claims (8)

1.一种非可逆电路元件，其特征在于，具有：

永磁铁；

铁素体，其通过上述永磁铁而被施加直流磁场；

多个中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体；

终端电阻，其在输入输出端口间与上述中心电极之一并联连接；以及

电容可变的电容单元，其在输入输出端口间、与上述终端电阻连接。

2.一种非可逆电路元件，其特征在于，

具有：

永磁铁；

铁素体，其通过上述永磁铁而被施加直流磁场；以及

第1中心电极以及第2中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体，

上述第1中心电极的一端与输入端口电连接，上述第1中心电极的另一端与输出端口电连接，

上述第2中心电极的一端与输出端口电连接，上述第2中心电极的另一端与接地端口电连接，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有终端电阻，

在上述输入端口与上述输出端口之间与上述终端电阻并联连接有电容可变的电容单元，

在上述输出端口与上述接地端口之间电连接有匹配电容。

3.一种非可逆电路元件，其特征在于，

具备：

永磁铁、

铁素体，其通过上述永磁铁而被施加直流磁场；

第1中心电极以及第2中心电极，它们以相互绝缘状态交叉配置于上述铁素体，

上述第1中心电极的一端与输入端口电连接，上述第1中心电极的另一端与输出端口电连接，

上述第2中心电极的一端与输出端口电连接，上述第2中心电极的另一端与接地端口电连接，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有第1匹配电容，

在上述输出端口与上述接地端口之间电连接有第2匹配电容，

在上述输入端口与上述输出端口之间电连接有终端电阻，

在上述输入端口与上述输出端口之间与上述终端电阻并联连接有电容可变的电容单元。

4.根据权利要求2所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述第2中心电极被多次卷绕在上述铁素体上。

5.根据权利要求3所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述第2中心电极被多次卷绕在上述铁素体上。

6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述电容单元由可变电容电容器构成。

7.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述电容单元至少具有一个电容器和切换该电容器的接通、断开的开关元件。

8.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，

上述电容单元具有并联连接的多个电容器和切换各个电容器的接通、断开的开关元件。