CN105009357B - 不可逆电路元件及模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不可逆电路元件，其能够在多个频带下工作，并能实现低输入阻抗。该不可逆电路元件具备高通型的第1和第2隔离器(1、2)，该第1和第2隔离器(1、2)中，在利用永磁体来施加直流磁场的铁氧体(32)上以相互绝缘的状态交叉地配置有第1和第2中心电极(35、36)。第1中心电极(35)的一端作为输出端(P1)，另一端作为输入端(P2)，第2中心电极(36)的一端作为输出端(P1)，另一端作为接地端(P3)。第1隔离器(1)的通频带高于第2隔离器(2)的通频带。隔离器(1、2)各自的输出部电连接而构成一个输出端子(OUT)，在输出端子(OUT)与第2隔离器(2)的输出端(P1)之间插入有低通滤波器(LPF)。

Description

不可逆电路元件及模块

技术领域

本发明涉及不可逆电路元件，尤其涉及在微波频带使用的隔离器、循环器等不可逆电路元件、以及具备该不可逆电路元件的模块。

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确定的特定方向传输信号而不向反方向传输信号的特性。利用该特性，例如隔离器用于移动电话等移动通信设备的发送电路部。

近年来，一台移动电话能够在多个频带下实现通信。对此，专利文献1中提出了经由双工器将2个发送系统的输出部与天线相连接的双模数字系统用功率放大模块。

然而，在上述模块中，为了应对多个频带，除了需要设置双工器之外，还要在双工器和天线之间设置用于阻抗匹配的调谐器，从而导致元器件数目和成本增加。另外，还存在天线侧的负载变动(阻抗变动)会直接影响发送电路的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特表2002-517930号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种能够在多个频带下工作、能够减少发送电路的元器件数目和成本、能够抑制天线侧的负载变动的不可逆电路元件及模块。

解决技术问题所采用的技术手段

本发明的第一方式的不可逆电路元件具备高通型的第1和第2隔离器，

在该第1和第2隔离器中，在利用永磁体施加直流磁场的铁氧体上以相互绝缘的状态交叉配置有第1和第2中心电极，所述第1中心电极的一端作为输出端，所述第1中心电极的另一端作为输入端，所述第2中心电极的一端作为输出端，所述第2中心电极的另一端作为接地端，在输入端与输出端之间，彼此并联连接的电阻元件和电容元件串联连接，

第1隔离器的通频带高于第2隔离器的通频带，

第1和第2隔离器各自的输出部电连接而成为一个输出端子，

所述输出端子与第2隔离器的输出端之间插入有低通滤波器。

本发明的第2方式的模块的特征在于，所述不可逆电路元件的输出端子与天线侧相连接。

所述不可逆电路元件中的第1和第2隔离器利用铁氧体的作用而使输入端和输出端之间为同电位，当从输入端输入高频信号时，第2中心电极和电阻元件中几乎没有电流流过，第1中心电极中流过电流并输出到输出端。另一方面，当从输出端输入高频信号时，高频信号在不可逆作用下不会通过第1中心电极，而是流过电阻元件，并以热量的形式被消耗。即，电流衰减(隔离)。

另外，上述不可逆电路元件中，第1和第2隔离器各自的输出部电连接而成为一个输出端子，从而作为一个不可逆电路元件发挥作用。而且，由于上述输出端子与第2隔离器的输出端之间插入有低通滤波器，因此，通频带较低的第2隔离器的高次谐波频带发生衰减，从而防止其与通频带较高的第1隔离器产生干扰。另外，低通滤波器的插入位置是位于上述输出端子与第2隔离器的输出端之间的一处位置，从而能够抑制插入损耗增大和元器件数目增多。

即，上述不可逆电路元件在发送电路中代替了以往的双工器，且无需在天线侧设置阻抗匹配用的调谐器。另外，上述不可逆电路元件能够利用其隔离作用抑制天线侧的负载变动(阻抗变动)。

另外，在第1隔离器和/或第2隔离器中，也可以在输出端或输入端与电阻元件之间连接至少一个滤波器的输入输出端子，且该滤波器的接地端子与输入端或输出端相连接。因此，本发明的第3方式的模块的特征在于，具备设有所述滤波器的不可逆电路元件，所述滤波器使发送频带信号通过，使接收频带信号衰减，在设有所述滤波器的第1和/或第2隔离器的输入端具有使发送信号和接收信号分岔的分岔电路元件。

通过具备使发送频带信号通过、使接收频带信号衰减的滤波器，在顺方向上使发送频带信号通过，在逆方向上利用内部电阻吸收发送频带信号使其衰减，而接收频带信号通过。从而，能够抑制被天线反射的发送波绕回接收侧，由此来构成收发模块。

发明效果

根据本发明，能够在多个频带下工作，能够减少发送电路的元器件数目和成本，能够抑制天线侧的负载变动。

附图说明

图1是表示实施例1的不可逆电路元件的等效电路图。

图2是表示所述不可逆电路元件的外观的立体图。

图3是表示构成所述不可逆电路元件的各个隔离器的铁氧体和磁体元件的分解立体图。

图4是表示所述隔离器的隔离特性的曲线图。

图5是表示所述隔离器的通过特性的曲线图。

图6是表示从第1隔离器到第2隔离器的隔离特性的曲线图。

图7是表示从第2隔离器到第1隔离器的隔离特性的曲线图。

图8是表示实施例2的不可逆电路元件的等效电路图。

图9是表示实施例3的不可逆电路元件的等效电路图。

图10是表示实施例4的不可逆电路元件的等效电路图。

图11是表示实施例5的不可逆电路元件的等效电路图。

图12是表示实施例6的不可逆电路元件的等效电路图。

图13是表示图12所示的隔离器的隔离特性的曲线图。

图14是表示图12所示的隔离器的通过特性的曲线图。

图15是表示从图12所示的第1隔离器到第2隔离器的隔离特性的曲线图。

图16是表示从图12所示的第2隔离器到第1隔离器的隔离特性的曲线图。

图17是表示实施例7的不可逆电路元件的等效电路图。

图18是表示实施例8的不可逆电路元件的等效电路图。

图19是表示实施例9的不可逆电路元件的等效电路图。

图20是表示实施例9的不可逆电路元件中的各隔离器的插入损耗特性的曲线图。

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和模块的实施例进行说明。各图中，对相同的部件、部分标注相同标号，并省略重复说明。

(实施例1，参照图1～图7)

实施例1的不可逆电路元件如图1的等效电路所示，由双端口型的第1隔离器1和双端口型的第2隔离器2形成为一体的模块而构成(参照图2)。第1和第2隔离器1、2分别是集中常数型隔离器，在微波磁性体(以下称之为铁氧体32)中，构成电感器L1H、L1L的第1中心电极35和构成电感器L2H、L2L的第2中心电极36在相互绝缘的状态下交叉配置。

隔离器1、2均为高通型，第1隔离器1的通频带设定得比第2隔离器2的通频带要高。第1和第2隔离器1、2各自的输出部电连接从而构成一个输出端子OUT，各自的输入部成为输入端子IN1、IN2。输出端子OUT与第2隔离器2的输出部(输出部是指输出端P1。但在本实施例中，输出端P1插入了电容器CS1L)之间插入了低通滤波器LPF(由电感器L4L与电容器C4L构成的L型谐振电路)。

下面，参照图1，对第1和第2隔离器1、2的电路结构进行说明。在各电路元器件的符号的末尾，若是第1隔离器1则标注有“H”，若是第2隔离器则标注有“L”，在以下的说明是针对第1隔离器1进行的，但第2隔离器2也具有同样的结构。

隔离器1中，在铁氧体32的表面，第1和第2中心电极35、36(电感器L1H、L2H)在相互绝缘的状态下交叉配置，在交叉部分利用永磁体41(参照图2、图3)施加直流磁场(N-S)，使第1和第2中心电极35、36磁耦合，第1中心电极35的一端成为输出端P1，第1中心电极35的另一端成为输入端P2，第2中心电极36的一端成为输出端P1，第2中心电极36的另一端成为接地端P3。输出端P1经由匹配用电容器CS1H与输出端子OUT相连接，输入端P2经由匹配用电容器CS2H与输入端子IN1相连接。

在输出端P1与输入端P2之间，与第1中心电极35并联地连接有匹配用电容器C1H，电阻R1H和LC谐振电路(由电感器L3H和电容器C3H构成)同第1中心电极35并联连接。输出端P1与输入端子IN1之间还连接有电容器CJH。电容器CJH是用于调整插入损耗和隔离性的电容器。第2隔离器2中的电容器CJH被省略。

本不可逆电路元件安装于移动电话的发送用电路。即，输出端子OUT经由匹配电路60(由电感器L13和电容器C14构成)与天线ANT相连接。输入端子IN1、IN2经由带通滤波器BPF与发送侧功率放大器PA相连接。

所述隔离器1、2中，利用铁氧体32的作用，端口P1和端口P2之间为同电位，当有高频信号从输入端P2输入时，第2中心电极36和电阻R1H中几乎没有电流流过，第1中心电极35中流过电流并输出到输出端P1。另一方面，当有高频信号从输出端P1输入时，高频信号在不可逆作用下不会通过第1中心电极35，而是流过电阻R1H，以热量的形式被消耗。即，电流衰减(被隔离)。

在信号从输入端P2向输出端P1进行传输动作时，电阻R1H和LC串联谐振电路(电感器L3H和电容器C3H)中也几乎没有高频电流流过，因此，该LC串联谐振电路造成的损耗可以忽略，从而插入损耗不会增大。另一方面，当有高频电流输入到输出端P1时，利用电阻R1H和LC串联谐振电路的阻抗特性在很宽的频带内实现匹配，从而提高隔离特性。

这里，参照图4～图7，对所述隔离器1、2的特性进行说明。

图4中示出了隔离特性，即曲线A示出了从输出端子OUT到输入端子IN1的隔离特性，曲线B示出了从输出端子OUT到输入端子IN2的隔离特性。图5中示出了通过特性，即曲线A示出了从输入端子IN1O到输出端子OUT的通过特性，曲线B示出了从输入端子IN2到输出端子OUT的通过特性。

利用低通滤波器LPF的作用，如图5所示，能够在824～915MHz下实现-0.8dB以下的输入合成，在1710～1980MHz下实现-1.0dB以下的输入合成。另外，如图4所示，在824～915MHz和1710～1980MHz下，隔离特性为-10dB以上的水平。

图6中示出了从第1隔离器1到第2隔离器的隔离特性，图7中示出了从第2隔离器到第1隔离器的隔离特性。由图6和图7可知，隔离器1、2分别具有将斜线所示的各自的通频带分隔开来的双工器的功能，能够实现-20dB以上的信号衰减效果。

如上所述，在实施例1中，隔离器1、2各自的输出部电连接而成为一个输出端子OUT，从而作为一个不可逆电路元件发挥作用。而且，由于输出端子OUT与第2隔离器2的输出端P1之间插入有低通滤波器LPF，因此，通频带较低的第2隔离器2的高次谐波频带发生衰减，从而防止其与通频带较高的第1隔离器1产生干扰。另外，低通滤波器LPF的插入位置是位于输出端子OUT与第2隔离器2的输出端P1之间的一处位置，从而能够抑制插入损耗增大和元器件数目增多。

即，构成为一个模块的隔离器1、2在发送电路中取代了原来的双工器，且无需在天线ANT侧设置阻抗匹配用的调谐器。另外，隔离器1、2利用其隔离作用，能够抑制天线ANT侧的负载变动(阻抗变动)。

接着，参照图2、图3，对上述第1和第2隔离器1、2的具体结构进行说明。如图2所示，隔离器1、2搭载于基板20上，分别由铁氧体32和一对永磁体41所构成的铁氧体-磁体元件30、以及芯片尺寸的各种元件构成。

铁氧体32上卷绕有彼此保持电绝缘状态的第1中心电极35和第2中心电极36。永磁体41经由例如环氧类的粘接剂42粘贴在铁氧体32上，以沿着厚度方向(参照图3的箭头N-S)对其施加直流磁场。

如图3所示，第1中心电极35在铁氧体32上卷绕一匝，其一端电极35a成为输出端P1，另一端电极35b成为输入端P2。第2中心电极36在铁氧体32上以与第1中心电极35相交规定角度的状态卷绕4匝(匝数可以是任意的)，其一端电极35a(与第1中心电极35共用)成为输出端P1，另一电极36a成为接地端P3。图3中，为了避免复杂，省略了铁氧体32背面侧的电极的图示。

电路基板20是由树脂基材和导体箔层叠而成的树脂基板，在其上表面形成有未图示的端子电极，这些端子电极经由过孔导体(未图示)与形成在电路基板20下表面的外部连接用端子IN1、IN2、OUT、GND(参照图1)相连接，从而形成图1所示的等效电路。

(实施例2，参照图8)

实施例2的不可逆电路元件如图8所示，具有与上述实施例1基本相同的电路结构，在输出端子OUT与第2隔离器2的输出部之间插入了两级的低通滤波器LPF1、LPF2。低通滤波器LPF1、LPF2分别是由电感器L4L和电容器C4L构成的L型谐振电路。其作用效果与上述低通滤波器LPF基本相同。

(实施例3，参照图9)

实施例3的不可逆电路元件如图9所示，具有与上述实施例1基本相同的电路结构，在输出端子OUT与第2隔离器2的输出部之间插入的低通滤波器LPF利用由电感器L4L和电容器C4L、C5L所形成的π型谐振电路来构成。π型低通滤波器LPF的作用效果也与L型的上述低通滤波器LPF相同。

(实施例4，参照图10)

实施例4的不可逆电路元件如图10所示，具有与上述实施例1基本相同的电路结构，在输出端子OUT与第2隔离器2的输出部之间插入了带状线SLL。带状线SLL起到低通滤波器的功能，其作用效果与上述低通滤波器LPF相同。

(实施例5，参照图11)

实施例5的不可逆电路元件如图11所示，具有与上述实施例1基本相同的电路结构，但从图1所示的等效电路中省略了LC串联谐振电路(电感器L3H、L3L、电容器C3H、C3L)。在输出端子OUT与第2隔离器2的输出部之间插入有L型的上述低通滤波器LPF，其作用效果与上述实施例1相同。

(实施例6，参照图12～图16)

实施例6的不可逆电路元件如图12所示，在第1隔离器1中设有滤波器(带通滤波器)F1来代替上述实施例1等中所示的电容器C3H和电感器L3H。滤波器F1具有输入输出端子51、52、接地端子53，输入输出端子51与电阻R1H相连接，输入输出端子52与输出端P1相连接，接地端子53与输入端P2相连接。此外，输入端子IN1经由收发分岔电路元件(双工器DPX、未图示的循环器或表面弹性波元件等)与接收部和发送部相连接。本实施例6中的其它结构与上述实施例1相同。

在采用上述结构的第1隔离器1中，当有高频电流从输入端子IN1输入到端口P2(顺方向)时，第2中心电极36和电阻R1H中几乎没有电流流过，第1中心电极35中有电流流过，插入损耗较小，能够在宽频带下工作。在该顺方向动作的情况下，由于电阻R1H和滤波器F1中都几乎没有高频电流流过，因此它们的损耗可以忽略，从而插入损耗不会增大。

另一方面，当有高频电流从输出端子OUT输入到端口P1时(逆方向)，该电流被电阻R1H吸收而衰减。作为滤波器F1，通过使用在不可逆电路元件的通频带下能够使端口P1和端口P2实现匹配的宽频带特性的滤波器，能够使逆方向特性实现宽频带化。作为滤波器F1，通过使用具有使发送频带信号通过、使接收频带信号衰减的特性的滤波器，在顺方向上使发送频带信号通过，在逆方向上利用内部电阻R1H吸收发送频带信号使其衰减，而使接收频带信号通过。

本实施例6中，将这样的第1隔离器1插入到天线ANT与双工器DPX等收发分岔电路元件之间，接收部对应较高的频带，发送部对应较低的频带。这里，能够抑制在天线ANT处被反射的发送波绕回到接收部。由此，能够用与以往的双工器同等的大小或更小的尺寸来构成抑制了天线ANT负载变动的宽频带发送电路，有利于发送电路的小型化和低成本化。

这里，参照图13～图16，对实施例6中的隔离器1、2的特性进行说明。

图13中示出了隔离器1和隔离器2的隔离特性，即曲线A示出了从输出端子OUT到输入端子IN1的隔离特性，曲线B示出了从输出端子OUT到输入端子IN2的隔离特性。图14中示出了隔离器1和隔离器2的通过特性，即曲线A示出了从输入端子IN1O到输出端子OUT的通过特性，曲线B示出了从输入端子IN2到输出端子OUT的通过特性。

利用低通滤波器LPF的作用，如图14所示，能够在824～915MHz下实现-0.8dB以下的输入合成，在1710～1980MHz下实现-1.0dB以下的输入合成。另外，如图13所示，在824～915MHz下，隔离特性为-10dB以上的水平。而且，由于在第1隔离器1中设有滤波器F1，因此，在1920～1980MHz下实现-6dB的隔离性，且在接收频带2110～2170MHz下将损耗抑制到-1dB。

图15中示出了从第1隔离器1到第2隔离器的隔离特性，图16中示出了从第2隔离器2到第1隔离器1的隔离特性。由图15和图16可知，隔离器1、2分别具有将斜线所示的各自的通频带分隔开来的双工器的功能，能够实现-15～-20dB以上的信号衰减效果。

在上述实施例6中，也可以是滤波器F1的输入输出端子51与电阻R1H相连接，输入输出端子52与输入端P2相连接，接地端子53与输出端P1相连接。

(实施例7，参照图17)

实施例7的不可逆电路元件如图17所示，不仅第1隔离器1中设有滤波器(带通滤波器)F1，第2隔离器2中也设有滤波器(带通滤波器)F1，且输入端子IN2经由收发分岔电路元件(双工器DPX、未图示的循环器或表面弹性波元件等)而与接收部和发送部相连接。

本实施例7中的第2隔离器2的作用与上述实施例6中的第1隔离器1的作用相同。

(实施例8，参照图18)

实施例8的不可逆电路元件如图18所示，第1和第2隔离器1、2不仅分别连接有滤波器F1和电阻R1H，还分别并联地连接有由滤波器F2和电阻R1H构成的电路。通过选择分别具有所期望特性的滤波器F1、F2，能够获得不可逆电路元件所必需的特性。尤其是在发送使用的规定频带有多个且在频率轴上相互接近从而导致无法用一个滤波器来覆盖整个通频带的情况下是有用的。另外，在发送使用的规定频带有多个且在频率轴上相互分离但只要使这多个发送频带选择性地从输入端子向输出端子通过的情况下是有用的。

(实施例9，参照图19和图20)

实施例9的不可逆电路元件如图19所示，包括分别设有滤波器F1、F2的第1隔离器1、第2隔离器2和第3隔离器3。第1隔离器1的通频带比第2隔离器2的频带要高，且第2隔离器2的频带比第3隔离器3的频带要高。而且，各隔离器1、2、3各自的输出部电连接，从而构成一个输出端子OUT。图19中，在各电路元器件的标号的末尾，若是第1隔离器1则标注“H”，若是第2隔离器2则标注“M”，若是第3隔离器3则标注“L”。

输入端子OUT与第2隔离器2的输出部之间插入有低通滤波器LPF1(也可以是低通滤波器)，在输出端子OUT与第3隔离器3的输出部之间连接有低通滤波器LPF2。本实施例9中的各隔离器1、2、3的插入损耗特性如图20所示，构成为能够在三个频带之间切换来进行收发。

(其它实施例)

本发明所涉及的不可逆电路元件及模块并不限于上述实施例，在其要旨范围内可以作种种变更。

例如，铁氧体-磁体元件30的结构和第1及第2中心电极35、36的形状可以进行各种变更。而且，电容元件或电阻元件也可以不是安装在电路基板上的芯片元器件，而是内置在作为层叠体的电路基板中的元器件。

本发明所涉及的模块也可以至少包含2个隔离器，并根据需要设置与输出侧相连接的匹配电路(60)、与输入侧相连接的低通滤波器(BPF)、双工器(DPX)或功率放大器(PA)。

工业上的实用性

如上所述，本发明对于不可逆电路元件和模块来说是有用的，尤其出色的是能够在多个频带下工作、能够减少发送电路的元器件数目和成本、能够抑制天线侧的负载变动这几点。

标号说明

1、2、3 隔离器

30 铁氧体-磁体元件

32 铁氧体

35 第1中心电极

36 第2中心电极

41 永磁体

P1 输出端

P2 输入端

P3 接地端

LPF、LPF1、LPF2 低通滤波器

L4L 电感器

C4L、C5L 电容器

SLL 带状线

C1H、C1L 电容器

R1H、R1L 电阻

IN1、IN2 输入端子

OUT 输出端子

Claims (9)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，

具备高通型的第1和第2隔离器，在该第1和第2隔离器中，在利用永磁体来施加直流磁场的铁氧体上以相互绝缘的状态交叉地配置有第1和第2中心电极，所述第1中心电极的一端作为输出端，所述第1中心电极的另一端作为输入端，所述第2中心电极的一端作为所述输出端，所述第2中心电极的另一端作为接地端，在所述输入端与所述输出端之间，相互串联连接的LC串联谐振电路以及电阻元件与电容元件并联连接，

所述第1隔离器的通频带高于所述第2隔离器的通频带，

所述第1隔离器的所述输入端作为第1输入端子，

所述第2隔离器的所述输入端作为第2输入端子，

所述第1隔离器的所述输出端与所述第2隔离器的所述输出端电连接而成为一个输出端子，

所述输出端子与所述第2隔离器的所述输出端之间插入有低通滤波器。

2.如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

在所述第1隔离器和/或所述第2隔离器中，在所述输出端或所述输入端与所述电阻元件之间连接有至少一个滤波器的输入输出端子，且该滤波器的接地端子与所述输入端或所述输出端相连接。

3.如权利要求1或2所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述低通滤波器是由电感器和电容器构成的L型或π型的低通滤波器。

4.如权利要求1或2所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述低通滤波器采用两级连接的结构。

5.如权利要求1或2所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述低通滤波器由带状线构成。

6.一种具备隔离器的模块，其特征在于，

具备权利要求1至5的任一项所述的不可逆电路元件，且所述不可逆电路元件的所述输出端子连接到天线侧，

所述不可逆电路元件的所述第1输入端子连接到第1发送侧功率放大器一侧，

所述不可逆电路元件的所述第2输入端子连接到第2发送侧功率放大器一侧。

7.一种具备隔离器模块，其特征在于，

具备权利要求2所述的不可逆电路元件，

所述滤波器使发送频带信号通过，使接收频带信号衰减，

设有所述滤波器的所述第1和/或第2隔离器的所述输入端设有使发送信号和接收信号分岔的分岔电路元件。

8.一种不可逆电路元件，其特征在于，

具备高通型的第1～第N隔离器，其中，N为2以上的整数，在该第1～第N隔离器中，在利用永磁体来施加直流磁场的铁氧体上以相互绝缘的状态交叉地配置有第1和第2中心电极，所述第1中心电极的一端作为输出端，所述第1中心电极的另一端作为输入端，所述第2中心电极的一端作为所述输出端，所述第2中心电极的另一端作为接地端，在所述输入端与所述输出端之间，相互串联连接的LC串联谐振电路以及电阻元件与电容元件并联连接，

所述第N-1隔离器的通频带高于所述第N隔离器的通频带，

所述第N-1隔离器的所述输入端作为第1输入端子，

所述第N隔离器的所述输入端作为第2输入端子，

所述第1～第N隔离器的各个所述输出端均电连接而成为一个输出端子，

所述输出端子与所述第1隔离器的输出端之间插入有高通滤波器，所述输出端子与所述第2～第N-1隔离器的输出端之间插入有带通滤波器或低通滤波器，所述输出端子与所述第N隔离器的输出端之间插入有低通滤波器。

9.如权利要求8所述的不可逆电路元件，其特征在于，

在所述第1～第N隔离器的至少一个隔离器中，在所述输出端或所述输入端与所述电阻元件之间连接有至少一个滤波器的输入输出端子，且该滤波器的接地端子与所述输入端或所述输出端相连接。