CN104081579B - 不可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够实现低输入阻抗并极力抑制发送侧电路的部件件数、成本的增加、并且能够不使插入损耗恶化地调整隔离频率的不可逆电路元件。该不可逆电路元件(隔离器)具备：铁氧体(32)；第一中心电极和第二中心电极(35、36)，以相互绝缘状态交叉地配置于铁氧体(32)；永久磁铁，对第一中心电极和第二中心电极(35、36)的交叉部分施加直流磁场。将第一中心电极(35)的一端设为输入端口(P1)并将另一端设为输出端口(P2)，将第二中心电极36的一端设为输入端口(P1)并将另一端设为接地端口(P3)，相互并联连接的电阻元件(R)和电容元件(C1)被以串联的方式连接在输入端口(P1)和输出端口(P2)之间，在输入端口(P1)和输出端口(P2)之间与电阻元件(R)并联连接有能够切换容量的电容单元(C12)。

Description

不可逆电路元件

技术领域

本发明涉及不可逆电路元件，尤其涉及在微波波段使用的隔离器、循环器等不可逆电路元件。

背景技术

以往，隔离器、循环器等不可逆电路元件具有仅向预先决定的特定方向传输信号而不向反向传输的特性。利用该特性，例如隔离器被用于移动电话等移动体通信设备的发送电路部。

作为这种不可逆电路元件，已知有如专利文献1所记载那样进行了低插入损耗的2端口类型的隔离器。如图14所示，该隔离器100为如下结构：将第一中心电极和第二中心电极135、136(电感器L11、L12)以相互绝缘状态交叉地配置于铁氧体132的表面，从永久磁铁(未图示)对交叉部分施加直流磁场来使第一中心电极和第二中心电极135、136磁耦合，将第一中心电极135的一端设为输入端口P1并将另一端设为输出端口P2，将第二中心电极136的一端设为输出端口P2并将另一端设为接地端口P3，在输入端口P1和输出端口P2之间连接相互并联连接的终端电阻R11和电容器C11，并且与第二中心电极136并联地连接电容器C12。第一中心电极135和电容器C11形成谐振电路，第二中心电极136和电容器C12形成谐振电路。另外，在输入端口P1侧以及输出端口P2侧连接有阻抗调整用的电容器CS11、CS12。另外，具备外部连接用端子IN、OUT、GND。

该隔离器100内装于移动电话的发送用电路。即，输入侧外部连接用端子IN经由匹配电路60、70与发送侧功率放大器PA连接，输出侧外部连接用端子OUT经由双工器等与天线连接。

通常，功率放大器PA的输出阻抗低至5Ω左右，作为隔离器100的输入阻抗高达50Ω左右。要降低作为隔离器100的输入阻抗，能够像专利文献1所记载的那样，通过减小第一中心电极和第二中心电极135、136的交叉角度来实现，并且通过插入电容器CS11也能够实现，但根据隔离器100的小型化的要求，在减小交叉角度(减小输入阻抗)方面产生限制。

因此，使由电容器C14和电感器L13构成的匹配电路60以及由电容器C15和电感器L14构成的匹配电路70夹设在隔离器100和功率放大器PA之间来逐渐地增大阻抗，并与隔离器100的阻抗相匹配。然而，夹设匹配电路60、70导致插入损耗增加，并且发送用电路的部件件数、成本也增加。关于插入损耗，如图14所示，将隔离器100的插入损耗0.5dB加上匹配电路60、70的插入损耗0.7dB，总计变为1.2dB。

另一方面，作为这种不可逆电路元件，如专利文献2所记载的那样，记载有如下的不可逆电路元件，即，为了在任意的频带获得足够的隔离特性，对多个匹配用电容器分别串联连接第一可变匹配机构，并使该第一可变匹配机构的电抗变化。

然而，在该不可逆电路元件中，在从正向输入高频电流时该高频电流通过上述第一可变匹配机构，所以无论如何都会存在插入损耗变大的问题。

专利文献1：日本特开2007－208943号公报

专利文献2：日本特开2008－85981号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现低输入阻抗并能够极力抑制发送侧电路的部件件数、成本的增加、并且能够不使插入损耗恶化地调整隔离频率的不可逆电路元件。

本发明的第一方式的不可逆电路元件的特征在于，具备：

微波用磁性体；

第一中心电极和第二中心电极，以相互绝缘状态交叉地配置于上述微波用磁性体；以及

永久磁铁，对上述第一中心电极和第二中心电极的交叉部分施加直流磁场，

将上述第一中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为输出端口，

将上述第二中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为接地端口，

相互并联连接的电阻元件和电容元件被以串联的方式连接在输入端口和输出端口之间，

在输入端口和输出端口之间，与上述电阻元件并联连接有能够切换容量的电容单元。

本发明的第二方式的不可逆电路元件的特征在于，具备：

微波用磁性体；

第一中心电极和第二中心电极，以相互绝缘状态交叉地配置于上述微波用磁性体；以及

永久磁铁，对上述第一中心电极和第二中心电极的交叉部分施加直流磁场，

将上述第一中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为输出端口，

将上述第二中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为接地端口，

相互并联连接的电阻元件和电容元件被以串联的方式连接在输入端口和输出端口之间，

上述电容元件的容量是可变的。

在第一以及第二方式的不可逆电路元件中，将第二中心电极的电感设定得比第一中心电极的电感大，由此若从输入端口输入(正向输入)高频信号，则通过回转器动作，第一中心电极的两端成为相同电位，几乎不向第一中心电极、终端电阻流入电流，被输出至输出端口。另一方面，若从输出端口输入(反向输入)高频信号，则高频信号因不可逆作用而不通过第一中心电极，并流向电阻元件而作为热量被消耗。即电流衰减(隔离)。能够通过使第二中心电极的电感相对较大来降低输入阻抗，能够降低至以往的一半左右。因此，能够省略或减少夹设在与功率放大器之间的匹配电路，伴随此，作为发送侧电路的插入损耗变小，并且部件件数、成本减少。

另外，在第一方式的不可逆电路元件中通过切换电容单元的容量值，在第二方式的不可逆电路元件中通过切换电容元件的容量值，任一种方法均能调整针对反向输入的隔离频率。另外，通过选择电阻元件的阻抗，能够调整衰减量。另一方面，若从正向输入高频信号，则几乎不向电阻元件、电容单元或者电容元件流入高频电流，所以即使追加电容单元、电容元件，也能够忽略由此带来的损耗，插入损耗不增大。

根据本发明，能够实现不可逆电路元件中的低输入阻抗，并能够极力抑制发送侧电路的部件件数、成本的增加，并且能够不使插入损耗恶化地调整隔离频率。

附图说明

图1是包括第一实施例的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

图2是第一实施例的隔离器的分解立体图。

图3是第一实施例的隔离器的立体图。

图4是表示构成第一实施例的隔离器的铁氧体磁铁元件的分解透视图。

图5是表示基于第一实施例的隔离器的阻抗变换量的曲线图。

图6是表示第一实施例的隔离器的输入匹配特性的史密斯图。

图7是表示第一实施例的隔离器的输出匹配特性的史密斯图。

图8是表示第一实施例的隔离器的隔离特性的曲线图。

图9是表示第一实施例的隔离器的插入损耗的曲线图。

图10是包括第二实施例的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

图11是包括第三实施例的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

图12是包括第四实施例的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

图13是包括第五实施例的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

图14是包括以往的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的不可逆电路元件的实施例进行说明。其中，在各图中，对相同的部件、部分标注共用的标记，并省略重复的说明。

(第一实施例，参照图1～图9)

如图1的等效电路所示，在第一实施例的不可逆电路元件(2端口类型的集总参数型隔离器1A)中，将第一中心电极和第二中心电极35、36(电感器L1、L2)以相互绝缘状态交叉地配置于微波用磁性体(以下称为铁氧体32)的表面，从永久磁铁41(参照图2、图3)对交叉部分施加直流磁场来使第一中心电极和第二中心电极35、36磁耦合，将第一中心电极35的一端设为输入端口P1并将另一端设为输出端口P2，将第二中心电极36的一端设为输入端口P1并将另一端设为接地端口P3，在输入端口P1和输出端口P2之间连接有相互并联连接的终端电阻R和电容器C1。并且，在输入端口P1和输出端口P2之间，串联连接的调整用电容器C12和半导体开关S12相对于终端电阻R以及电容器C1并联连接。

半导体开关S12是作为由二极管D15、电阻R15以及电容器C15构成的SPST开关而公知的半导体开关。此外，作为半导体开关S12，也可以使用SPDT开关、MEMS开关等。

由第一中心电极35和电容器C1、C12、终端电阻R形成谐振电路。并且，在输入端口P1侧以及输出端口P2侧连接有阻抗调整用的电容器CS1、CS2。另外，具备外部连接用端子IN、OUT、GND。

该隔离器1A内装于移动电话的发送用电路。即，输入侧外部连接用端子IN经由匹配电路60与发送侧功率放大器PA连接，输出侧外部连接用端子OUT经由双工器等与天线连接。

在上述隔离器1A中，将第二中心电极36的电感设定得比第一中心电极35的电感大，由此若从输入端口P1输入高频信号，则通过回转器动作，第一中心电极35的两端成为相同电位，几乎不向第一中心电极35、终端电阻R流入电流，被输出至输出端口P2。另一方面，若从输出端口P2输入高频信号，则高频信号因不可逆作用而不通过第一中心电极35，并流向终端电阻R而作为热量被消耗。即电流衰减(隔离)。能够通过使第二中心电极36的电感相对较大来降低输入阻抗，能够降低至以往的一半左右。因此，能够省略或减少夹设在与功率放大器PA之间的匹配电路。具体而言，能够省略图14所示的匹配电路70。伴随此，作为发送侧电路的插入损耗变小，并且部件件数、成本减少。另外，也无需为了降低输入阻抗而强硬地减小第一中心电极和第二中心电极35、36的交叉角度。

而且，通过利用半导体开关S12切换调整用电容器C12的接通、断开来调整隔离频率。另外，通过选择终端电阻R的阻抗来调整衰减量。另一方面，在从输入端口P1向输出端口P2流入高频电流的动作时，几乎不向终端电阻R、电容器C1、C12流入高频电流，所以即使追加电容器C12、开关元件S11，也能够忽略由此带来的损耗，插入损耗不增大。

以下，具体地对隔离器1A的结构进行说明。如图2～图4所示，对于隔离器1A而言，在电路基板20上安装了利用一对永久磁铁41经由粘合剂层42固定铁氧体32的左右而成的铁氧体磁铁元件30，并且铁氧体磁铁元件30的周围被磁轭45包围，应予说明，利用导体膜在铁氧体32上形成有第一中心电极和第二中心电极35、36(第一电感器L1、第二电感器L2)。构成匹配电路、谐振电路的电容器C1、CS1、CS2、C12、终端电阻R分别作为芯片类型构成，并与半导体开关S12一起安装在电路基板20上。

如图4所示，第一中心电极35卷绕铁氧体32一圈，并设一端电极35a为输入端口P1，设另一端电极35b为输出端口P2。第二中心电极36以与第一中心电极35按规定的角度交叉了的状态卷绕铁氧体32四圈(应予说明，圈数是任意的)，并设一端电极35a(与第一中心电极35共用)为输入端口P1，设另一端电极36a为接地端口P3。此外，为了避免繁琐，在图4中省略铁氧体32的背面侧的电极的图示。

电路基板20是层叠了树脂基材和导体箔的树脂基板，在电路基板20的上表面形成有端子电极21～27，这些端子电极21～27经由通孔导体(未图示)与形成于电路基板20的下表面的外部连接用端子IN、OUT、GND(参照图1)连接。形成于铁氧体32的电极35a(输入端口P1)与端子电极21连接，电极35b(输出端口P2)与端子电极22连接，电极36a(接地端口P3)与端子电极23连接。电容器C1连接在端子电极21、22之间，电容器CS1连接在端子电极21、24之间，电容器CS2连接在端子电极22、25之间。并且，终端电阻R连接在端子电极21、22之间，电容器C12连接在端子电极22、26之间，半导体开关S12连接在端子电极26、27之间，形成图1所示的等效电路。

这里，对上述隔离器1A的端口P1－P2间的阻抗变换量以及第一中心电极和第二中心电极35、36的电感比L2/L1进行叙述。在以下所示的表1以及图5中示出电感比L2/L1和端口P1－P2间的阻抗变换量之间的关系。电感比L2/L1与第一中心电极和第二中心电极35、36的圈数比对应。在图5中，特性曲线A表示阻抗的实部，特性曲线B表示阻抗的虚部。直线C和实部特性曲线A的交点表示图1中的实部的阻抗变换量25Ω(输入25Ω，输出50Ω)。

(表1)

即，随着电感比L2/L1增加，阻抗变换量的实部、虚部均增加，能够通过适当地设定第一中心电极和第二中心电极35、36的圈数来调整阻抗变换量。关于阻抗的虚部，利用电容器CS1、CS2从任意的值调整成0Ω。25～50Ω的阻抗变换特性如图6的史密斯圆图所示。另外，输出阻抗特性如图7的史密斯圆图所示。图8表示反向的隔离特性，图9表示正向的插入损耗特性。这些电气特性与UMTSBand5_Tx824－849MHz频带以及Band8_Tx880－915MHz频带相关。

在图8以及图9中，曲线X表示断开调整用电容器C12而仅电容器C1发挥作用时的特性，曲线Y表示接通电容器C12而与电容器C1一起发挥作用(电容器C1、C12作为均衡电容器发挥作用)时的特性。由图8可知，通过接通调整用电容器C12，隔离频率向低频带转移。即，对于隔离特性而言，虽然在断开电容器C12时处于Band8(880－915MHz)的频段，但若接通电容器C12则转移至Band5(824－849MHz)。另一方面，由图9可知，基于调整用电容器C12的断开、接通的特性曲线X、Y几乎重合，插入损耗不因插入了电容器C12而恶化。

如图6～图9所示，在该第一实施例的隔离器1A中具备25－50Ω的阻抗变换功能，并且其插入损耗是0.5dB这样非常低的损耗。因此，如图1所示，针对输出阻抗为5Ω的功率放大器PA仅夹设一个匹配电路60即可，换句话说，能够省略图14所示的匹配电路70，作为总计的插入损耗为0.83dB。

(第二实施例，参照图10)

如图10的等效电路所示，在第二实施例的不可逆电路元件(2端口类型的集总参数型隔离器1B)中，将电容器C1设为可变容量电容器。该可变容量电容器C1可以是能够分阶段地变更容量值或者能够无阶段地变更容量值中的任意一种。

在该第二实施例中，替换上述第一实施例中的调整用电容器C12以及半导体开关S12而设置可变容量电容器C1，其他的结构与第一实施例相同，其作用效果也与第一实施例基本相同。

(第三实施例，参照图11)

如图11的等效电路所示，在第三实施例的不可逆电路元件(2端口类型的集总参数型隔离器1C)中，将上述第一实施例中的半导体开关S12设为机械式的开关元件S11。在该第三实施例中，其他的结构与第一实施例相同，其作用效果也与第一实施例基本相同。

(第四实施例，参照图12)

如图12的等效电路所示，在第四实施例的不可逆电路元件(2端口类型的集总参数型隔离器1D)中，对调整用电容器C12再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、断开的开关元件S13。开关元件S13独立地切换电容器C12、13的接通、断开，并且也能够选择中立位置。作为开关元件，也可以使用SPDT开关、MEMS开关。在该第四实施例中能够分三个阶段地切换调整用的容量值，但也能够以三个以上的阶段数来进行切换。

该第四实施例中的其他的结构与上述第一实施例相同，其作用效果也基本与第一实施例相同。

(第五实施例，参照图13)

如图13的等效电路所示，在第五实施例的不可逆电路元件(2端口类型的集总参数型隔离器1E)中，利用开关元件S14切换电容器C1、C16的接通、断开。图13中的电容器C1相当于在上述第一实施例中示出的电容器C1，电容器C16具有与并联连接的电容器C1、C12的合成容量相当的容量。

该第五实施例中的其他的结构与上述第一实施例相同，其作用效果也基本与第一实施例相同。此外，由开关元件S14进行切换的电容器也可以是三个以上。

(其他的实施例)

此外，本发明所涉及的不可逆电路元件并不局限于上述实施例，在其主旨的范围内能够进行各种变更。

例如，能够对铁氧体磁铁元件30的结构、第一中心电极和第二中心电极35、36的形状进行各种变更。并且，电容元件、电阻元件也可以不是外置在电路基板上的芯片部件，而是内置于作为层叠体的电路基板。

如上所述，本发明对不可逆电路元件有用，尤其在能够实现低输入阻抗并能够极力抑制发送侧电路的部件件数、成本的增加、并且能够不使插入损耗恶化地调整隔离频率这一点上卓越。

附图标记说明：1A～1E…隔离器；30…铁氧体磁铁元件；32…铁氧体；35…第一中心电极；36…第二中心电极；41…永久磁铁；P1…输入端口；P2…输出端口；P3…接地端口；C1…电容器；C12、C13、C16…调整用电容器；S11、S13、S14…开关元件；S12…半导体开关；R…终端电阻。

Claims (6)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，具备：

微波用磁性体；

第一中心电极和第二中心电极，以相互绝缘状态交叉地配置于所述微波用磁性体；以及

永久磁铁，对所述第一中心电极和第二中心电极的交叉部分施加直流磁场，

将所述第一中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为输出端口，

将所述第二中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为接地端口，

相互并联连接的电阻元件和电容元件被以并联的方式连接在输入端口和输出端口之间，

在输入端口和输出端口之间，与所述电阻元件并联连接有能够切换容量的电容单元。

2.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述电容单元具有至少一个电容器和对该电容器的接通、断开进行切换的开关元件。

3.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述电容单元具有多个并联连接的电容器和对各个电容器的接通、断开进行切换的开关元件。

4.一种不可逆电路元件，其特征在于，具备：

微波用磁性体；

第一中心电极和第二中心电极，以相互绝缘状态交叉地配置于所述微波用磁性体；以及

永久磁铁，对所述第一中心电极和第二中心电极的交叉部分施加直流磁场，

将所述第一中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为输出端口，

将所述第二中心电极的一端设为输入端口并将另一端设为接地端口，

相互并联连接的电阻元件和电容元件被以并联的方式连接在输入端口和输出端口之间，

所述电容元件的容量是可变的。

5.根据权利要求4所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述电容元件是容量可变电容器。

6.根据权利要求4所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述电容元件由利用开关元件对接通、断开进行切换的至少两个元件构成。