CN105934850A - 不可逆电路元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的不可逆电路元件中，能在整个宽频带内获得良好的隔离特性。该不可逆电路元件包括：利用永磁体施加直流磁场的磁性体(10)；以及以彼此绝缘的状态交叉配置在磁性体(10)上的多个中心电极。多个中心电极中，第一中心电极(21)的一端与第一输入输出端口(P1)相连，第二中心电极(22)的一端与第二输入输出端口(P2)相连。端口(P1、P2)之间串联连接有电阻元件(R)，并且移相电路(由电感元件(L5)和电容元件(C5)构成的并联谐振电路)与电阻元件(R)串联连接。

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中使用的隔离器、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只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。利用此特性，例如将隔离器使用于移动电话等移动通信设备的发送电路部中。
专利文献1记载了这种不可逆电路元件，如图11所示，利用形成于铁氧体10的两根中心电极21、22(电感元件L1、L2)和电容器C1、C2构成两组LC并联谐振电路，中心电极21、22各自的一端之间串联连接有电阻元件R。
在专利文献1所记载的不可逆电路元件中，若向输入端子IN输入高频信号(正方向)，则端口P1、P2变为同相位，没有电流流过电阻元件R，因此插入损耗变小。另一方面，若向输出端子OUT输入高频电流(反方向)，则在端口P1、P2中产生电位的相位差，电阻元件R中流过电流，导致高频电流大幅衰减(得到隔离特性)。
然而，由于端口P1、P2的电位的相位差变大的高频信号的频率受到限制，因此难以在整个宽频带内获得理想的隔离特性。
此外，专利文献2记载了通过使LC串联谐振电路与电阻元件相连来使隔离特性宽频带化。专利文献2所记载的技术在宽频带内利用LC串联谐振电路的谐振特性使电阻元件匹配，从而实现隔离特性的宽频带化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001－237613号公报
专利文献2：日本专利第4155342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在整个宽频带内获得良好的隔离特性的不可逆电路元件。
解决技术问题的技术方案
本发明的实施方式1的不可逆电路元件的特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的多个中心电极，
所述多个中心电极中，第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
本发明的实施方式2的不可逆电路元件的特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的第一中心电极、第二中心电极以及第三中心电极，
第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，另一端接地连接，
第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，另一端接地连接，
第三中心电极的一端与第三输入输出端口相连，另一端接地连接，
第一中心电极、第二中心电极以及第三中心电极分别并联连接有电容元件从而形成第一LC并联谐振电路、第二LC并联谐振电路、以及第三LC并联谐振电路，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
本发明的实施方式3的不可逆电路元件的特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的第一中心电极以及第二中心电极，
第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，另一端接地连接，
第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，另一端接地连接，
第一中心电极以及第二中心电极分别并联连接有电容元件从而形成第一LC并联谐振电路以及第二LC并联谐振电路，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
在上述不可逆电路元件中，若向反方向输入高频信号，则会在第一输入输出端口与第二输入输出端口上产生电位的相位差，电流流过电阻元件，导致高频信号大幅衰减。由于移相电路与电阻元件串联连接，因此该相位差在整个宽频带内变大，隔离特性在整个宽频带内得到改善。
发明效果
根据本发明，能在整个宽频带内获得良好的隔离特性。
附图说明
图1是实施例1的不可逆电路元件的等效电路图。
图2是上述不可逆电路元件的分解立体图。
图3是表示图2所示的铁氧体·磁体组装体的分解立体图。
图4是表示上述不可逆电路元件的相位特性的曲线图。
图5是表示上述不可逆电路元件的隔离特性的曲线图。
图6是表示上述不可逆电路元件的插入损耗特性的曲线图。
图7是实施例2的不可逆电路元件的等效电路图。
图8是实施例3的不可逆电路元件的等效电路图。
图9是实施例4的不可逆电路元件的等效电路图。
图10是实施例5的不可逆电路元件的等效电路图。
图11是现有的不可逆电路元件的等效电路图。
图12是表示图11所示的不可逆电路元件的相位特性的曲线图。
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。此外，各图中，对相同的构件、部分付上相同的标号，并省略重复说明。
(实施例1，参照图1～图6)
实施例1的不可逆电路元件由图1所示的等效电路构成。即，包括：一对永磁体31(参照图2、图3)；利用永磁体31施加直流磁场的磁性体10(下面称为铁氧体)；以及以彼此绝缘的状态交叉配置在铁氧体10上的第一中心电极21和第二中心电极22。而且，第一中心电极21的一端与第一输入输出端口P1相连，另一端接地连接。第二中心电极22的一端与第二输入输出端口P2相连，另一端接地连接。
第一中心电极21及第二中心电极22分别并联连接电容元件C1、C2从而形成第一LC并联谐振电路以及第二LC并联谐振电路。第一输入输出端口P1与第二输入输出端口P2之间串联连接有电阻元件R，并且移相电路(由电感元件L5和电容元件C5构成的LC并联谐振电路)与电阻元件R串联连接。并且，在第一输入输出端口P1与输入端子IN之间连接有输入阻抗匹配用的电容元件Cs1。在第二输入输出端口P2与输出端子OUT之间连接有输出阻抗匹配用的电容元件Cs2。
在由以上电路结构构成的双端口型隔离器1中，若从输入端子IN向端口P1输入高频信号(正方向)，则端口P1、P2变为同相位，没有电流流过电阻元件R，因此高频信号在插入损耗较小的状态下传输到输出端子OUT。由于高频信号也不流过由电感元件L5和电容元件C5构成的LC并联谐振电路，因此插入损耗不会增大。
另一方面，若从输出端子OUT向端口P2输入高频信号(反方向)，则端口P1、P2上产生高频信号的相位差，电阻元件R中流过电流，使得高频电流大幅衰减(隔离)。然而，高频电流并没有全部被电阻元件R消耗，一部分会传输到端口P1。在进行该反方向传输时，若将流过中心电极21、22的路径设为传输路径(1)，将流过电阻元件R的路径设为传输路径(2)，则传输路径(1)和传输路径(2)中各自流过的高频信号的相位差越接近180度，彼此的电流抵消程度越大，隔离特性越好。
实施例1的反方向的相位差特性如图4所示。为了进行比较，图12示出图11所示的现有例的反方向的相位差特性。在频率分别为5150MHz、5512.5MHz以及5875MHz的情况下，图4所示的实施例1与图12所示的现有例相比，相位差更大。各频率下的相位差如下表1A、1B所示。顺带一提，正方向的各频率下的相位差如下表1C、1D所示。
在实施例1中，具体的隔离特性如图5的曲线A所示。与此不同的是，图11所示的现有例的隔离特性如图5的曲线B所示。将两者比较可知，在实施例1中，隔离特性在15dB以下的频带比现有例宽，在整个宽频带内，隔离特性得到改善。各频率下的隔离特性的衰减量如下表1E所示。
[表1]
表1A
表1B
表1C
表1D
表1E
在实施例1中，具体的插入损耗特性如图6的曲线A所示。与此不同的是，图11所示的现有例的插入损耗特性如图6的曲线B所示。将两者比较可知，实施例1中，5150MHz附近的插入损耗得到改善。这是由于，由电感元件L5和电容元件C5构成的LC并联谐振电路的谐振频率设定在5150MHz附近，因此在该频率下，连接有电阻元件R的传输路径(2)一侧的阻抗变得无限大，几乎没有高频信号流过电阻元件R。
另外，在上述专利文献2所述的不可逆电路元件中，通过使LC串联谐振电路与电阻元件相连，来使隔离特性宽频带化。这里，通过在整个宽频带内利用LC串联谐振电路的阻抗特性使电阻元件匹配，从而实现了隔离特性的宽频带化。与此不同的是，本实施例1的不可逆电路元件中，通过将由元件L5、C5构成的LC并联谐振电路与电阻元件R串联连接，从而增大传输路径(1)、(2)中高频信号的相位差，隔离特性得到改善。
这里，参照图2和图3对双端口型隔离器1的主要部分的结构进行说明。该集中常数型的双端口型隔离器1包括在铁氧体10的表面和背面分别通过粘结剂32粘贴有永磁体31的铁氧体·磁体组装体9。并且，组装体9搭载在多层基板6上以使得铁氧体10的主面成为垂直方向。组装体9的正上方配置有磁轭8。
铁氧体10的表面和背面卷绕有一匝第一中心电极21，一端电极21a为端口P1，另一端电极21b为接地端口。第二中心电极22在铁氧体10的表面和背面上以规定角度并保持绝缘状态与第一中心电极21交叉而卷绕有四匝。另外，该卷绕数可以是任意的。第二中心电极22的一端电极22a为端口P2，另一端与上述电极21b共用(接地端口)。另外，图3中，为简化图示，省略了铁氧体10背面侧的电极。
上述电路元件(电容元件C1、C2、C5、Cs1、Cs2、电感元件L5)内置在多层基板6中。通过将上述电路元件的至少某一个内置在多层基板6中，从而能实现隔离器1的小型化。
另外，从输出端子OUT输入并在传输路径(1)中流过的高频信号(反方向)与在传输路径(2)中流过的高频信号的相位差越接近180度，得到的效果越理想。因此，即使不是上述LC并联谐振电路，只要设置具有如下功能的移相电路即可：即，在规定频带中使流过传输路径(1)的高频信号(反方向)与流过传输路径(2)的高频信号的相位差接近180度。作为这种移相电路的示例，例如能使用带状线型的传输线路。
(实施例2，参照图7)
实施例2的不可逆电路元件(双端口型隔离器2)如图7所示，对电阻元件R并联连接电抗元件X，其它结构与上述实施例1的隔离器1相同。本实施例2的作用效果与上述实施例1基本相同，通过设置电感元件X，从而能调整隔离特性的中心频率。通过使中心电极21、22的交叉角度最优化，从而使隔离特性的中心频率调整为所期望的频率。然而，由于中心电极21、22的制造上的偏差等，有时会与所期望的频率产生偏离，需要进行调整。
作为电抗元件X，若使用电容元件，则隔离特性的中心频率会降低，若使用电感元件，则会上升。这种电容元件、电感元件可以采用贴片类型安装在多层基板上，或者也可以作为内部电极形成并内置在多层基板中。
在量产不可逆电路元件的情况下，通过对中心电极21、22的每个制造批次选定具有最佳元件值的贴片类型的电容元件、电感元件，从而能获得稳定的隔离特性。此外，在内置于多层基板的情况下，通过利用激光或刳刨机等对内部电极图案进行切削，从而能调整电容值、电感值。
(实施例3，参照图8)
实施例3的不可逆电路元件(双端口型隔离器3)如图8所示，在第一端口P1与输出端子OUT之间进一步串联连接电容元件Cj，其它结构与上述实施例1的隔离器1相同。本实施例3的作用效果与上述实施例1基本相同。尤其是电容元件Cj用于端口P1、P2之间的阻抗匹配，能通过改变电容元件Cj的电容值来对隔离特性和插入损耗特性的衰减量进行微调。因此，能通过设置电容元件Cj来容易地获得所期望的特性。
(实施例4，参照图9)
实施例4的不可逆电路元件(三端口型循环器4)如图9所示，将第一中心电极21的另一端以及第二中心电极22的另一端作为第三输入输出端口P3，并使该端口P3经由阻抗匹配用的电容元件Cs3与输入输出端子T3相连。此外，将第一中心电极21的一端(输入输出端口P1)的输入输出部设为端子T1，将第二中心电极22的一端(输入输出端口P2)的输入输出部设为端子T2。其它结构与上述实施例1的隔离器1基本相同。
在该三端口型循环器4中，输入到端子T1的高频信号被传输到端子T2。输入到端子T2的高频信号基于元件L2、C2的谐振频率而主要传输到端子T3，从端子T2传输到端子T1的信号成分在电阻元件R上产生衰减。另外，如实施例1中记载的那样，利用元件L5、C5进行调整，以使得LC并联谐振电路传输路径1与传输路径2的相位差成为180度，从而隔离特性变得良好。输入到端子T3的高频信号基于元件L1、C1的谐振频率而传输到端子T1，并且不会传输到端子T2。
(实施例5，参照图10)
实施例5的不可逆电路元件(三端口型循环器5)如图10所示，除了第一中心电极21和第二中心电极22以外，还在铁氧体10上以绝缘状态与中心电极21、22交叉配置有第三中心电极23。第三中心电极23的一端相当于第三输入输出端口P3，该端口P3经由阻抗匹配用的电容元件Cs3连接到端子T3。第三中心电极23的另一端接地连接。并且，第三中心电极23与电容元件C3并联连接从而形成第三并联谐振电路。此外，将第一中心电极21的一端(输入输出端口P1)的输入输出部设为端子T1，将第二中心电极22的一端(输入输出端口P2)的输入输出部设为端子T2。其它结构与上述实施例1的隔离器1基本相同。
在该三端口型循环器5中，输入到端子T1的高频信号被传输到端子T2。输入到端子T2的高频信号基于元件L2、C2的谐振频率以及元件L3、C3的谐振频率而传输到端子T3，泄漏到端子T1的信号成分在电阻元件R上产生衰减。另外，如实施例1中记载的那样，利用元件L5、C5进行调整，以使得LC并联谐振电路传输路径1与传输路径2的相位差成为180度，从而端子T1与端子T2之间的隔离特性变得良好。输入到端子T3的高频信号基于元件L1、C1的谐振频率以及元件L3、C3的谐振频率而传输到端子T1，并且由于铁氧体的不可逆性而不会传输到端子T2。
另外，本实施例中，也可以将设置在输入输出端口P1与P2之间的电阻R及元件L5、C5构成的电路设置在输入输出端口P2与P3之间或输入输出端口P3与P1之间。由此，能在各端口间恰当地调整元件L5、C5的元件值，能使各自的端口之间的隔离特性变得良好。
(其它实施例)
另外，本发明所涉及的不可逆电路元件不限于上述实施例，在其要点范围内能进行各种变更。
例如，若使永磁体31的N极和S极反转，则端口P1、P2的输入输出关系互换。此外，铁氧体·磁体组装体9的结构、尤其是第一及第二中心电极21、22的形状等可以是任意的。
工业上的实用性
如上所述，本发明适用于不可逆电路元件，尤其在能在整个宽频带内获得良好的隔离特性方面较为优异。标号说明
1、2、3 双端口型隔离器
4、5 三端口型循环器
6 多层基板
10 铁氧体
21、22、23 中心电极
31 永磁体
P1、P2、P3 端口
C1、C2、C3、C5、Cj 电容元件
L5 电感元件
R 电阻元件
X 电抗元件

Claims (8)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的多个中心电极，
所述多个中心电极中，第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
2.如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，
第一中心电极的另一端以及第二中心电极的另一端与第三输入输出端口相连。
3.一种不可逆电路元件，其特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的第一中心电极、第二中心电极以及第三中心电极，
第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，另一端接地连接，
第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，另一端接地连接，
第三中心电极的一端与第三输入输出端口相连，另一端接地连接，
第一中心电极、第二中心电极以及第三中心电极分别并联连接有电容元件从而形成第一LC并联谐振电路、第二LC并联谐振电路、以及第三LC并联谐振电路，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
4.一种不可逆电路元件，其特征在于，包括：
利用永磁体施加直流磁场的磁性体；以及
以彼此绝缘的状态交叉配置在所述磁性体上的第一中心电极以及第二中心电极，
第一中心电极的一端与第一输入输出端口相连，另一端接地连接，
第二中心电极的一端与第二输入输出端口相连，另一端接地连接，
第一中心电极以及第二中心电极分别并联连接有电容元件从而形成第一LC并联谐振电路以及第二LC并联谐振电路，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有电阻元件，并且移相电路与所述电阻元件串联连接。
5.如权利要求1至4的任一项所述不可逆电路元件，其特征在于，
所述移相电路是由电感元件和电容元件构成的LC并联谐振电路。
6.如权利要求1至5的任一项所述不可逆电路元件，其特征在于，
所述电阻元件并联连接有电抗元件。
7.如权利要求1至6的任一项所述不可逆电路元件，其特征在于，
第一输入输出端口与第二输入输出端口之间串联连接有另一个电容元件。
8.如权利要求1至7的任一项所述不可逆电路元件，其特征在于，
还包括搭载有所述磁性体的多层基板，
所述多层基板中内置有所述电容元件、所述电阻元件以及所述电抗元件中的至少任一个。
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