CN103299479A - 不可逆电路元件及无线通信终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现进一步宽频带化的不可逆电路元件及无线通信终端设备。不可逆电路元件（循环器）具有：磁芯（11）；对磁芯（11）施加直流磁场的永磁体；在磁芯（11）上以相互绝缘的状态且以规定的角度相互交叉配置的多个中心导体（X1）、（X2）、（X3）；以及与中心导体（X1）、（X2）、（X3）中的至少一个中心导体在磁芯（11）上相邻配置的辅助导体（Y1）、（Y2）、（Y3）。辅助导体（Y1）、（Y2）、（Y3）至少通过磁芯（11）与相邻的中心导体（X1）、（X2）、（X3）发生磁场耦合。

Description

不可逆电路元件及无线通信终端设备

技术领域

本发明涉及不可逆电路元件，特别涉及在微波段使用的隔离器、循环器等不可逆电路元件及无线通信终端设备。

背景技术

现有的隔离器、循环器等不可逆电路元件具有只向预先确定的特定方向传输信号，而反方向不传输信号的特性。利用此特性，例如循环器被用于移动电话等移动通信终端设备的发送接收电路部。

此种循环器中，在磁芯（铁氧体）的主面上配置有多个中心导体，通过从永磁体向该铁氧体施加直流磁场，使该铁氧体与多个中心导体发生耦合。专利文献1中记载了一种循环器，该循环器通过对中心导体增加谐振电路，实现通带的宽频带化。然而，近年来，无线通信系统中导入了LTE等各种系统，为了使发送接收电路部进一步简化，而寻求能在更宽频带下动作的不可逆电路元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第00/59065号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种能够实现进一步宽频带化的不可逆电路元件及无线通信终端设备。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的实施方式1的不可逆电路元件的特征在于，具有：

磁芯；

永磁体，该永磁体对所述磁芯施加直流磁场；

多个中心导体，该多个中心导体以相互绝缘的状态且以规定的角度相互交叉地配置在所述磁芯上；以及

辅助导体，该辅助导体与所述多个中心导体中的至少一个的中心导体相邻配置在所述磁芯上，

所述辅助导体至少通过所述磁芯而与相邻的所述中心导体发生磁场耦合。

本发明的实施方式2的无线通信终端设备的特征在于，包括：天线元件、与该天线元件相连接的所述不可逆电路元件。

在不可逆电路元件中，输入到一个中心导体的高频信号传输到在磁芯上与其耦合的其他中心导体并输出。此时的动作是作为单一谐振电路的动作。所述不可逆电路元件中，与至少一个中心导体相邻配置在所述磁芯上的辅助导体会与中心导体发生磁场耦合从而在使用频率附近发生谐振，从而产生多重谐振，实现宽频带化。此时，辅助导体与中心导体在磁芯上发生磁场耦合，能够提高有助于高频信号的不可逆传输的磁能量。因此，提高了中心导体彼此的不可逆的有效耦合度，实现动作信号的宽频带化。

发明效果

根据本发明，通过对中心导体同时设置辅助导体，能够达到进一步的宽频带化。

附图说明

图1是作为本发明的基本的循环器的电路图。

图2是表示图1所示的循环器的特性的曲线图。

图3是一实施例的循环器的电路图。

图4是图3所示的循环器的等效电路图。

图5是表示图3所示的循环器的特性的曲线图。

图6是示意性地表示图3所示的循环器的剖视图。

图7表示的是构成图3所示循环器的层叠体的各层分解后的俯视图。

图8表示的是通信终端设备的发送接收电路部的第1例，（A）是现有发送接收电路部的框图，（B）是包含本发明所涉及的循环器的发送接收电路部的框图。

图9表示的是通信终端设备的发送接收电路部的第2例，（A）是现有发送接收电路部的框图，（B）是包含本发明所涉及的循环器的发送接收电路部的框图，（C）是包含本发明所涉及的循环器的另一个发送接收电路部的框图。

图10是通信终端设备的发送接收电路部的第3例中，包含本发明所涉及的循环器的发送接收电路部的框图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明所涉及的不可逆电路元件及无线通信终端设备的实施例进行说明。另外，在各图中，对相同的构件和部分标注相同的标号，并且省略重复的说明。

（循环器的基本方式，参照图1及图2）

首先，参照图1对本发明所涉及的循环器的基本方式进行说明。此循环器1在磁芯（铁氧体）11的表面上，第1中心导体X1、第2中心导体X2、第3中心导体X3以互相绝缘的状态且以120°的角度相互交叉配置。各中心导体X1、X2、X3的一端通过电容元件Cs1、Cs2、Cs3而作为输入输出端口P1、P2、P3，与该电容元件Cs1、Cs2、Cs3并联的电容元件Cp1、Cp2、Cp3接地。此外，各中心导体X1、X2、X3的另一端接地。

在由上述结构所形成的循环器1中，利用未图示的永磁体所产生的直流磁场，从输入输出端口P1输入的高频信号A将传输到与第1中心导体X1成120°交叉的第2中心导体X2，并作为信号A′由输入输出端口P2输出。从输入输出端口P2输入的高频信号B将传输到与第2中心导体X2成120°交叉的第3中心导体X3，并作为信号B′由输入输出端口P3输出。从输入输出端口P3输入的高频信号C将传输到与第3中心导体X3成120°交叉的第1中心导体X1，并作为信号C′由输入输出端口P1输出。

所述循环器1的特性如图2所示，正方向的插入损耗特性由曲线a表示，正方向的反射特性由曲线b表示，绝缘特性由曲线c表示。在此循环器1中，若以－20dB作为基准，则区域X是能够使用的频带。

（一实施例，参照图3～图7）

作为一实施例的循环器10，如图3及图4所示，配置有与第1、第2及第3中心导体X1、X2、X3平行相邻而延伸的第1、第2及第3辅助导体Y1、Y2、Y3。这些辅助导体Y1、Y2、Y3的一端接地，另一端则通过电容元件Cc1、Cc2、Cc3接地。各中心导体X1、X2、X3本身形成了电感元件，利用永磁体15（参照图6）所产生的直流磁场，中心导体X1和X2、中心导体X2和X3、中心导体X3和X1分别通过各自的电感元件而相互发生耦合。

各辅助导体Y1、Y2、Y3则由本身所形成的电感元件和电容元件Cc1、Cc2、Cc3各自构成为LC谐振器，在磁芯11上与相邻的中心导体X1、X2、X3通过磁场发生耦合。

在由上述结构所形成的循环器10中，高频信号的传输路径如所述循环器1中所述那样，表现出单一谐振的特性。通过使与中心导体X1、X2、X3相邻设置且与中心导体X1、X2、X3发生磁场耦合的辅助导体Y1、Y2、Y3在使用频率附近产生谐振，从而发生多重谐振，实现宽频带化。此时，辅助导体Y1、Y2、Y3与中心导体X1、X2、X3在磁芯11上发生磁场耦合，从而能够提高有助于高频信号的不可逆传输的磁能量。因此，提高了中心导体X1、X2、X3彼此间的不可逆的有效耦合度，使动作信号宽频带化。

所述循环器10的特性如图5所示，正方向的插入损耗特性由曲线a表示，正方向的反射特性由曲线b表示，绝缘特性由曲线c表示。在此循环器10中，若以-20dB为基准，则区域X是能够使用的频带，与图2中所示曲线图相比，很明显实现了宽频带化。顺带提及，设置于辅助导体Y1、Y2、Y3的电容元件Cc1、Cc2、Cc3的电容分别为8.1pF。设置于各中心导体X1、X2、X3的电容元件Cp1、Cp2、Cp3的电容分别为1.1pF，电容元件Cs1、Cs2、Cs3的电容分别为3.6pF。此外，中心导体X1、X2、X3分别在磁芯11上各卷绕1.5匝。

所述循环器10是作为包含磁芯11的层叠体构成的，图6中示意性地表示了其结构。层叠体是通过层叠由磁性体所形成的片材而构成的，其中，所述片材在表面或背面上形成有构成中心导体、辅助导体的各种导体，在其中心部内置有磁芯11。在层叠体的上表面配置了永磁体15，且由包围在周围的磁轭17（参照图6（B））形成闭合磁路。顺便提及，图6（A）表示未设置磁轭17的层叠体，图6（B）表示设置有磁轭17的层叠体。另外，形成在多个层上的各种导体通过通孔导体进行电连接。辅助导体优选为形成在中心导体的各匝间的层上。在辅助导体形成在中心导体的各匝间的层上的情况下，在辅助导体与中心导体重叠的部分能利用上下各匝的层，从而能相互不接触地简单地进行布线。

这里，参照图7对循环器10的层叠构造的一个例进行说明。图7中示出了依次从下方层叠的片材21a～21k，在最下层的片材21a的背面上形成了各种导体。各片材21a～21k上所图示的小圆为通孔导体，最下层的片材21a上所记载的通孔导体用于与上层的导体连接，除此以外的片材21b～21k上所记载的通孔导体则是用于与下层的导体连接。另外，为了避免烦杂，只对主要的通孔导体标记了符号。

在各片材上作为导体膜所形成的导体C1a～C1h形成第1中心导体X1，导体C2a～C2h形成第2中心导体X2，导体C3a～C3h形成第3中心导体X3。导体R1a～R1f形成第1辅助导体Y1，导体R2a、R2b形成第2辅助导体Y2，导体R3a～R3e形成第3辅助导体Y3。

具体而言，最下层的片材21a的背面上形成了输入输出端口P1、P2、P3和接地导体25。输入输出端口P1通过形成在片材21b上导体D1a、形成在片材21c上的通孔导体B1a、形成在片材21d～21g上的导体D1b～D1e而与形成在片材21h上的导体C1a的一端相连接。该导体C1a的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B1b而与形成在片材21j上的导体C1b的一端相连接。该导体C1b的另一端通过形成在片材21i～21e上的通孔导体B1c～B1g而与形成在片材21d上的导体C1c的一端相连接。该导体C1c的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B1h而与形成在片材21b上的导体C1d的一端相连接。该导体C1d的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B1i及形成在片材21d～21g上的导体D1f～D1i，与形成在片材21h上的导体C1e的一端相连接。该导体C1e的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B1j而与形成在片材21j上的导体C1f的一端相连接。该导体C1f的另一端通过形成在片材21i～21e上的B1k～B1o而与形成在片材21d上的导体C1g的一端相连接，且该导体C1g的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B1p而与形成在片材21b上的导体C1h的一端相连接。该导体C1h的另一端通过形成在片材21a上的通孔导体B1q而与接地导体25相连接。

输入输出端口P2通过形成在片材21b上的导体D2a、形成在片材21c上的通孔导体B2a、形成在片材21d～21g上的导体D2b～D2e而与形成在片材21h上的导体C2a的一端相连接。该导体C2a的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B2b而与形成在片材21j上的导体C2b的一端相连接。该导体C2b的另一端通过形成在片材21i～21e上的通孔导体B2c～B2g而与形成在片材21d上的导体C2c的一端相连接。该导体C2c的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B2h而与形成在片材21b上的导体C2d的一端相连接。该导体C2d的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B2i及形成在片材21d～21g上的D2f～D2i，与形成在片材21h上的导体C2e的一端相连接。该导体C2e的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B2j而与形成在片材21j上的导体C2f的一端相连接。该导体C2f的另一端通过形成在片材21i～21e上的B2k～B2o而与形成在片材21d上的导体C2g的一端相连接，且该导体C2g的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B2p而与形成在片材21b上的导体C2h的一端相连接。该导体C2h的另一端通过形成在片材21a上的通孔导体B2q而与接地导体25相连接。

输入输出端口P3通过形成在片材21b上的导体D3a、形成在片材21c上的通孔导体B3a、形成在片材21d～21g上的导体D3b～D3e而与形成在片材21h上的导体C3a的一端相连接。该导体C3a的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B3b而与形成在片材21j上的导体C3b的一端相连接。该导体C3b的另一端通过形成在片材21i～21e上的通孔导体B3c～B3g而与形成在片材21d上的导体C3c的一端相连接。该导体C3c的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B3h而与形成在片材21b上的导体C3d的一端相连接。该导体C3d的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B3i及形成在片材21d～21g上的导体D3f～D3i，与形成在片材21h上的导体C3e的一端相连接。该导体C3e的另一端通过形成在片材21i上的通孔导体B3j而与形成在片材21j上的导体C3f的一端相连接。该导体C3f的另一端通过形成在片材21i～21e上的B3j～B3n而与形成在片材21d上的导体C3g的一端相连接，且该导体C3g的另一端通过形成在片材21c上的通孔导体B3o而与形成在片材21b上的导体C3h的一端相连接。该导体C3h的另一端通过形成在片材21a上的通孔导体B3p而与接地导体25相连接。

在最上层的片材21k上形成有电极E1a、E1b、E2a、E2b、E3a、E3b，用于安装电容元件Cc1、Cc2、Cc3。电极E1a通过形成在片材21k～21a上的通孔导体M1a～M1k而与接地导体25相连接。电极E1b通过形成在片材21k、21j上的通孔导体N1a、N1b而与形成在片材21i上的导体R1a的一端相连接。该导体R1a的另一端与形成在片材21j上的导体R1b的一端相连接。该导体R1b的另一端与形成在片材21i上的导体R1c的一端相连接。该导体R1c的另一端通过形成在片材21h～21d上的通孔导体N1c～N1g而与形成在片材21c上的导体R1d的一端相连接。该导体R1d的另一端与形成在片材21d上的导体R1e的一端相连接。该导体R1e的另一端与形成在片材21c上的导体R1f的一端相连接。该导体R1f的另一端通过形成在片材21b、21a上的通孔导体N1h、N1i而与接地导体25相连接。

电极E2a通过形成在片材21k～21a上的通孔导体M2a～M2k而与接地导体25相连接。电极E2b通过形成在片材21k、21j上的通孔导体N2a、N2b而与形成在片材21i上的导体R2a的一端相连接。该导体R2a的另一端通过形成在片材21h～21d上的通孔导体N2c～N2g而与形成在片材21c上的导体R2b的一端相连接。该导体R2b的另一端通过形成在片材21b、21a上的通孔导体N2h、N2i而与接地导体25相连接。

电极E3a通过形成在片材21k～21a上的通孔导体M3a～M3k而与接地导体25相连接。电极E3b通过形成在片材21k、21j上的通孔导体N3a、N3b而与形成在片材21i上的导体R3a的一端相连接。该导体R3a的另一端与形成在片材21h上的导体R3b的一端相连接。该导体R3b的另一端与形成在片材21i上的导体R3c的一端相连接。该导体R3c的另一端通过形成在片材21h～21d上的通孔导体N3c～N3g而与形成在片材21c上的导体R3d的一端相连接。该导体R3d的另一端与形成在片材21b上的导体R3e的一端相连接。该导体R3e的另一端与形成在片材21c上的导体R3f的一端相连接。该导体R3f的另一端通过形成在片材21b、21a上的通孔导体N3h、N3i而与接地导体25相连接。

（发送接收电路部的应用例，参照图8～图10）

接着，对将所述循环器10装载在无线通信终端设备（移动电话）上的例子进行说明。图8表示的是发送接收电路部的第1例，系统1使用的是低频带（例如：800～900MHz频带），系统2使用的是高频带（例如：1800～1900MHz频带）。

现有的结构如图8（A）所示，接受侧端子RX1及发送侧端子TX1通过双工器D1，接受侧端子RX2及发送侧端子TX2通过双工器D2，分别连接到与天线元件Ant相连接的共用器D3。双工器D1、D2发送接收信号的频率较为接近，因此需要高Q特性。与此相对，图8(B)中所表示的发送接收电路部中，接受侧端子RX1、RX2通过共用器D4，发送侧端子TX1、TX2通过共用器D5，分别连接到与天线元件Ant相连接的所述循环器10。通过利用能够在宽频带中使用的循环器10，就无需使用高价的双工器D1、D2。

图9示出了发送接收电路部的第2例，该例具有四个频带的系统。现有的结构如图9(A)所示，接受侧端子RX1及发送侧端子TX1通过双工器D11，接收侧端子RX2及发送侧端子TX2通过双工器D12，接收侧端子RX3及发送侧端子TX3通过双工器D13，接收侧端子RX4及发送侧端子TX4通过双工器D14，分别连接到与天线元件Ant相连接的开关元件S。

与此相对，图9（B）中所示的发送接收电路部中，接收侧端子RX1～RX4与开关元件S1相连接的同时，发送侧端子TX1～TX4与开关元件S2相连接，各开关元件S1、S2通过所述循环器10与天线元件Ant相连接。

此外，图9（C）中所示的发送接收电路部中，接收侧端子RX1～RX4与滤波器F1相连接的同时，发送侧端子TX1～TX4与滤波器F2相连接，各滤波器F1、F2通过所述循环器10与天线元件Ant相连接。

在图9（B）、（C）中所示的发送接收电路部中，通过利用能够在宽频带中使用的循环器10，则无需使用高价的双工器D11～D14，还能够实现电路结构本身的简化。

图10表示的是发送接收电路部的第3例，该例适用于认知无线（软件无线）通信系统中。接收侧端子RX1～RXn通过频率可变的带陷滤波器VF与所述循环器10相连接，发送侧端子TX1～TXn通过隔离器50与循环器10相连接，而循环器10则与天线元件Ant相连接。

由于认知无线通信系统中的使用频率是根据情况发生变化的，若假定是同时发送接收信号的情况，则不能使用开关元件。如果由双工器对发送接收信号进行分离，则需要频率可变型的双工器，其实现较为困难。通过利用所述循环器10，与频率可变的带陷滤波器VF相结合，能够简单地实现发送接收电路部。

(其他实施例)

另外，本发明所涉及的不可逆电路元件及无线通信终端设备不仅限于上述实施例，在其要点范围内能进行各种变更。

特别是，辅助导体不用添加设置在所有的中心导体上，与至少一个中心导体相邻配置即可。此外，中心导体、辅助导体可以采用各种各样的形状，结构。辅助导体也可以两端不通过电容元件而直接接地。此外，虽然作为本发明所涉及的不可逆电路元件，以循环器为中心进行了说明，但也可以构成连接有与三个输入输出端口中的一个端口相匹配的负载的隔离器。

工业上的实用性

如上所述，本发明适用于不可逆电路元件及无线通信终端设备，尤其在能达到进一步宽频带化这点上较优。

标号说明

10  循环器

11  磁芯

15  永磁体

X1、X2、X3  中心导体

Y1、Y2、Y3  辅助导体

Cc1、Cc2、Cc3  电容元件

Ant…天线元件

Claims (5)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，具有

磁芯；

永磁体，该永磁体对所述磁芯施加直流磁场；

多个中心导体，该多个中心导体以相互绝缘的状态且以规定的角度相互交叉地配置在所述磁芯上；以及

辅助导体，该辅助导体与所述多个中心导体中的至少一个中心导体相邻配置在所述磁芯上，

所述辅助导体至少通过所述磁芯而与相邻的所述中心导体发生磁场耦合。

2.如权利要求1中所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述辅助导体与相邻的所述中心导体平行地延伸，且所述辅助导体的两端接地。

3.如权利要求1或者2中所述的不可逆电路元件，其特征在于，

还具有包含所述磁芯的层叠体，

所述中心导体在所述层叠体的内部跨越多个层而卷绕多匝，

所述辅助导体形成于所述中心导体的各匝间的层。

4.如权利要求1至3中任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，

还具有配置于所述辅助导体与所述接地之间的电容元件，

所述辅助导体本身所形成的电感元件与所述电容元件构成LC谐振器。

5.一种无线通信终端设备，其特征在于，

具有天线元件、及与该天线元件相连接的如权利要求1至4中任一项所述的不可逆电路元件。

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