CN1170338C - 不可逆电路装置和安装有这种不可逆电路装置的通信设备 - Google Patents

Abstract

一种小型不可逆电路装置，其中不用增加成本就可在一个预定的频带上获得大量的衰减。在这个不可逆电路装置中，三个中央导体以互相交叉的方式设置在一个施加有直流磁场的铁氧体部件上。一个连接到第一中央导体的端口的匹配电容器被设计为具有低的自谐振频率，此自谐振频率等于或低于通带中心频率的四倍。采用这种结构，由于匹配电容器起到一个陷波器的作用，诸如二次谐波和三次谐波之类的主要寄生分量可以有效地衰减，而所用元件的数量并没有增加。

Description

不可逆电路装置和安装有这种 不可逆电路装置的通信设备

技术领域

本发明涉及一种不可逆(单向)电路装置，诸如用于高频段(如微波频段)的隔离器(单向器)或循环器。此外，本发明还涉及一种安装有这种不可逆电路装置的通信设备。

背景技术

在常规的不可逆电路装置诸如集总常数隔离器和循环器中，信号发送方向的衰减非常小，而在相反方向的衰减却特别大。因此，具有这些特性的常规不可逆电路装置被广泛地用于通信设备中，这样可使振荡器和放大器稳定地工作并同时维持它们的功能。

图19显示出一个常规隔离器的分解透视图，图20A和20B都显示出该隔离器的内部结构。图21显示出该隔离器的等效电路图。

如图19以及图20A和图20B所示，在集总常数隔离器中，一个磁性组件5包含一个铁氧体部件54和中央导体51、52和53、一个永磁体3以及一个树脂框7，该磁性组件设置在由上磁轭2和下磁轭8所组成的闭合磁路中。在树脂框7中，中央导体51的端口P1连接到输入/输出端子71和一个匹配电容器C1上。中央导体52的端口P2连接到输入/输出端子72和一个匹配电容器C2上。中央导体53的端口P3连接到一个匹配电容器C3上和一个终接电阻器R上。每个电容器C1、C2和C3的一端以及终接电阻器R的一端都连接到接地端子73上。

在如图21所示的等效电路中，铁氧体部件有一个圆盘形的形状，并且一个直流磁场由符号H表示。中央导体51、52和53用等效电感器L来表示。在这样一个电路结构中，正向(前向)的特性与一个带通滤波器的特性等效。在远离通带的频带中，即使在正向，信号的衰减也是很微小的。

通常，在常规通信设备中，设备电路中所用的放大器经常会引起一些失真。这是产生诸如基频的二次和三次谐波之类的寄生分量的一个因素，由此会产生不必要的辐射。由于从通信设备发射的这种不必要的辐射引起功率放大器故障和干扰问题，因此就得预先确定用于将不必要的辐射抑制在特定水平之下的标准和条件。为了防止这种不必要的辐射，使用具有良好线性的放大器是有效的。然而，因为这样的放大器太贵，例如，经常用一个滤波器来减弱不必要的频率分量。还有，这种滤波器太贵并且增加了设备的尺寸。此外，滤波器还会产生损耗。

因此，可考虑利用包含在隔离器或循环器中的带通滤波器的特性来抑制寄生分量。然而，使用具有如图19到21中各图所示的基本结构的常规不可逆电路装置，不可能在不必要的频带中获得充分的衰减特性。

为了解决上述问题，以在诸如基频的二次和三次谐波之类的寄生频带中获得大量的衰减，日本未审专利申请10-93308中公开了一种不可逆电路装置。图22、图23A和23B以及图24都用于显示一个隔离器，该隔离器作为不可逆电路装置的一个例子。图22显示出该隔离器的分解透视图，图23A和23B都显示出该隔离器的内部结构。图24显示出该隔离器的等效电路。

与图19到21中各图所示的隔离器不同，该隔离器包括一个用于带通滤波器的电感器Lf。电感器Lf连接在中央导体51的端口P1、匹配电容器C1和输入/输出端子71之间。作为电感器Lf，采用了一个螺线管线圈，该线圈适合于电路结构的小型化。一个用在1GHz频带的隔离器采用具有大约24nH电感的线圈。更具体地讲，所用线圈是由一个绕九圈的铜线构成，该铜线具有0.1mm的宽度φ，线圈外径φ为0.8mm。

一个电容器Cf串联到具有上述结构的隔离器的输入/输出端子71上。采用这种结构，如图24中的等效电路所示，电容器Cf和电感器Lf组成了一个带通滤波器。结果是，远离通带的频率的信号分量可被衰减。

图25的曲线显示出如图19到21中所示的隔离器(第一个常规例子)和图22到24所示的隔离器(第二个常规例子)的频率特性。该曲线显示出用于1GHz频带的隔离器的频率特性。当第一种常规隔离器与第二种常规隔离器做比较时，就发现二次谐波(2GHz)的衰减从20.2dB增加到了33.3dB，并且三次谐波(3GHz)的衰减从28.2dB增加到了46.4dB。

由此，当螺线管线圈设置在不可逆电路装置中构成一个滤波器来衰减不必要的频率分量时，整个电路的结构就会做得比包括设置在装置外部的一个分离的滤波器的(电路)结构要小。

近来，随着移动通信设备对更小型化要求的增加，已经对装有滤波器用电感器的更小型不可逆电路装置提出了需求。因此，同样有必要减小用于滤波器的电感器的尺寸。然而，当由螺线管构成的电感器小型化时，电感器的电感就会变小，从而减少了基频的二次和三次谐波的衰减。此外，为了在不引起电感减小的同时使螺线管电感器小型化，可考虑在一个磁性部件内部构成一个螺线管。然而，这种结构需要一个磁生部件，并且这种结构很难制造，由此增加了成本。

发明内容

相应地，本发明的一个目的是提供一种小型的不可逆电路装置，其中在预定的频带上可获得大量的衰减而不会增加成本。本发明的另一个目的是提供一种利用该不可逆电路装置的通信设备。

根据本发明的第一个方面，提供了一种不可逆电路装置，它包括：一个施加有由永磁体产生的直流磁场的磁性部件，所说磁性部件包括多个相互交叉设置的中央导体，每个中央导体的一端接地；和多个匹配电容器，它们连接到每个中央导体的非接地端；其中，至少一个匹配电容器具有等于或小于该不可逆电路装置的通带中心频率的四倍的自谐振频率。

通常，在一个不可逆电路装置中，为了获得与通带中心频率的匹配，由具有电感分量的中央导体和匹配电容器形成并联谐振电路。采用这种结构，靠近通带中心频率的衰减可以几乎全部消除。然而，在这种结构中，不可能获得一个滤波功能来使频率高于通带中心频率的寄生分量衰减。因此，在本发明中，通过适当设计匹配电容器的构形，匹配电容器的自谐振频率被设定为等于或小于通带中心频率的四倍。主要寄生分量是基频(通带中心频率)的二次和三次谐波。具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率的匹配电容器起到一个陷波器的作用，用于使这种寄生分量衰减。采用这种结构，不用增加所用元件的数量就能使寄生分量衰减。

该不可逆电路装置中所用的每个电容器可以是单片电容器或者多层电容器，单片电容器是通过将电极设置在一个介质基片的两个主表面上形成的，多层电容器是通过将电极设置在一个介质基片的两个主表面上以及内部来形成的。此外，每个匹配电容器可以是通过将一个曲折线型电极设置在一个基片上形成的片形电容器。采用这种结构，电容器自身所具有的电感分量可以增加，并且电容器能够做成具有低自谐振频率的小型电容器。

此外，在该不可逆电路装置中，两个或多个匹配电容器可具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率。

至少一个匹配电容器可具有大致为通带中心频率的两倍的自谐振频率。

至少一个匹配电容器可具有大致为通带中心频率的三倍的自谐振频率。

当两个或多个匹配电容器具有大致同样的等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率时，靠近谐振频率的寄生分量可以更显著地衰减。另外，当两个或多个匹配电容器的自谐振频率各不相同，同时两者的频率等于或小于通带中心频率的四倍时，在一个较宽频带上存在的寄生分量可以衰减。引起通信设备的不必要辐射的主要因素是上述诸如基频的二次和三次谐波这样的寄生分量。因此，通过使用具有两倍于基频的自谐振频率的匹配电容器和具有三倍于基频的自谐振频率的匹配电容器，基频的二次和三次谐波的寄生分量可以有效地衰减。在这种情况下，“大致两倍”的频率是指通带中心频率的大约1.5到2.5倍。“大致三倍”的频率是指通带中心频率的大约2.5到3.5倍。

在根据本发明的不可逆电路装置中，两个或多个匹配电容器可具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率，并且至少一个匹配电容器可具有大致是通带中心频率的两倍的自谐振频率。

此外，至少一个匹配电容器可具有大致是通带中心频率的两倍的自谐振频率，并且至少另一个匹配电容器可具有大致是通带中心频率的三倍的自谐振频率。

另外，该不可逆电路装置还可以包括一个串联谐振电路，它是通过将一个电感器串联到匹配电容器形成的，匹配电容器具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率，串联谐振电路具有大致是通带中心频率两倍或三倍的谐振频率。

如在此所示的，当电感器串联到匹配电容器时，由电感器和匹配电容器组成的串联谐振电路的谐振频率就变得低于匹配电容器的自谐振频率即通带中心频率的四倍。结果是，通过减小匹配电容器的尺寸可以形成一个陷波器。没有连接电感器的匹配电容器的自谐振频率可以等于或大于通带中心频率的四倍，或者可以等于或小于通带中心频率的四倍。

另外，该不可逆电路装置可包括至少两个串联谐振电路，它们是通过将电感器连接到至少两个匹配电容器形成的，所述匹配电容器具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率，该串联谐振电路具有大致是通带中心频率两倍或三倍的谐振频率。

当电感器连接到两个或多个匹配电容器上来形成串联谐振电路时，这种结构可提供较小的陷波器，这些陷波器能够更多地使一个特定频率的寄生分量衰减和使一个较宽频带上的寄生分量衰减。在这种情况下，“大致两倍”的频率是指通带中心频率的大约1.5到2.5倍。“大致三倍”的频率是指通带中心频率的大约2.5到3.5倍。

上面说明的电感器是以各种方式形成的。例如，电感器可通过使中央导体延之一伸来形成，或者可由设置在一个匹配电容器下面的一个薄片来形成。此外，电感器既可以整体地形成在包含匹配电容器的树脂框中，也可以通过切掉形成一个闭合磁路的一个磁轭的一部分来形成。在片状电感器和片状电容器的上下表面上，可以设置电极。因此，通过叠置这些片状元件，元件之间的空间可得到节省，元件之间的连接也可变得更容易。此外，当通过延伸中央导体、通过使电感器整体地形成在树脂框中或者通过切割磁轭的一部分来形成电感器时，所用元件的数量就可减少。结果是，制造工艺可简化并且成本可降低。

此外，通过将电感器连接到至少一个匹配电容器，可形成具有大致两倍于通带中心频率的谐振频率的一个串联谐振电路，并且至少另一个匹配电容器可具有大致是通带中心频率的三倍的自谐振频率。

另外，通过将电感器连接到至少一个匹配电容器，可形成具有大致三倍于通带中心频率的谐振频率的一个串联谐振电路，并且至少另一个匹配电容器可具有大致是通带中心频率的两倍的自谐振频率。

此外，通过将电感器连接到至少一个匹配电容器，可形成具有大致两倍于通带中心频率的谐振频率的一个串联谐振电路，并且通过将电感器连接到至少另一个具有大致三倍于通带中心频率的自谐振频率的匹配电容器，可形成另一个串联谐振电路。

此外，每个串联谐振电路在通带中心频率上的等效电容可被用作相对于通带中心频率的一个匹配电容。当为了去除寄生分量而将串联谐振电路的谐振频率设定为高于通带中心频率时，串联谐振电路呈现出对通带中心频率的电容性阻抗。通过适当地设定串联谐振电路的电感器和电容器，就可提供相对于通带中心频率的等效匹配电容。采用这种结构，当串联谐振电路设置为一个陷波器时，就没有必要设置另一个匹配电容器了。结果是，所使用元件的数量可以减少，从而有助于设备的小型化和成本的降低。

根据本发明的第二个方面，提供了一种安装有本发明的不可逆电路装置的通信设备。在该通信设备中，不可逆电路装置可被用做一个循环器，用于分流发射的信号和接收的信号。采用这种结构，通信设备可小型化并具有良好的寄生特性。

附图说明

图1显示出根据本发明的第一实施例的一个隔离器的等效电路图；

图2是曲线图，它显示出用于1GHz频带的该隔离器和一个常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图3是曲线图，它显示出用于2GHz频带的该隔离器和一个常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图4是曲线图，它显示出用于1GHz频带的根据本发明第二实施例的隔离器和一个常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图5A和5B显示出用于第二实施例中的隔离器的匹配电容器的一个例子；

图6A和6B显示出用于第二实施例中的隔离器的匹配电容器的另一个例子；

图7A显示出根据本发明的第三实施例的隔离器的顶视图，其中上磁轭被去除，图7B显示出它的侧视剖面图；

图8显示出第三实施例的隔离器的等效电路图；

图9是曲线图，它显示出根据本发明的第三实施例的隔离器和常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图10是曲线图，它显示出用于1GHz频带的根据本发明第四实施例的隔离器和常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图11显示出本发明的第五实施例的隔离器的等效电路图；

图12是曲线图，它显示出用于1GHz频带的根据本发明第五实施例的一种改进型隔离器和常规隔离器中各自获得的频率衰减特性；

图13显示出根据本发明的第六实施例的隔离器的分解透视图；

图14A显示出第六实施例的隔离器的顶视图，图14B显示出其侧视剖面图，其中上磁轭被去除；

图15显示出第六实施例的隔离器的等效电路图；

图16A显示出根据第七实施例的隔离器的顶视图，图16B显示出其侧视剖面图，其中上磁轭被去除；

图17A显示出根据第八实施例的隔离器的顶视图，图17B显示出其侧视剖面图，其中上磁轭被去除；图17C显示出下磁轭的顶视图；

图18是显示根据本发明的第九实施例的通信设备的结构的方框图；

图19显示出常规隔离器的分解透视图；

图20A显示出常规隔离器的顶视图；图20B显示出其侧视剖面图，其中上磁轭被去除；

图21显示出常规隔离器的等效电路图；

图22是另一常规隔离器的分解透视图；

图23A显示出其它常规隔离器的顶视图，图23B显示出其侧视剖面图，其中上磁轭被去除；

图24显示出其它常规隔离器的等效电路图；

图25是曲线图，它显示出两个常规隔离器中各自获得的频率衰减特性。

具体实施方式

图1显示出根据本发明第一实施例的隔离器的等效电路图。该隔离器与图19和图20A及20B中所示的常规隔离器具有同样的元件设置结构。因此，根据第一实施例的隔离器的结构将参照这些图来描述。在这个隔离器中，一个盘状的永磁体3设置在由磁性金属做成的盒状的上磁轭2的内表面上。然后，上磁轭2与大致是U形的、类似地用磁性金属做成的下磁轭8组成了一个闭合磁路。一个树脂框7设置在作为壳体的下磁轭8内的底表面8a上。在树脂框7内设置有一个磁性组件5、电容器C1、C2和C3、一个终接电阻器R以及一个电感器L1。

磁性组件5是按如下方式形成的：三个中央导体51、52和53有一个公共接地部分，该部分与盘状的铁氧体部件54的底部具有相同的构形。公共接地部分与铁氧体部件54的下表面对接。在铁氧体部件54的上表面上，从接地部分延伸出的三个中央导体51、52和53按相互呈120度的角度弯折，它们之间插入一个绝缘片(未示出)，并且设置在中央导体51、52和53顶部的端口P1、P2和P3向外突出。一个直流磁场通过永磁体3作用到磁性组件5上，使得一定的磁通(量)在铁氧体部件54的厚度方向上穿过。

用电绝缘材料做成的树脂框7是通过将底壁7b与矩形框架形状的侧壁7a结合成一体而形成的。一个圆形插入通孔7c形成在底壁7b的中央。矩形凹口7d、7e和7f形成在右侧部分、左侧部分和前侧部分中。

磁性组件5插入到圆形插入通孔7c中。设置在磁性组件5下表面上的中央导体51、52和53的接地部分通过焊接方式连接到下磁轭8的底表面8a。输入/输出端子71和72以及接地端子73是插接模压(insert-molded)在树脂框7中的。输入/输出端子71和72设置在树脂框7的左侧和右侧表面的后部，而接地端子73设置在前部。每个接地端子73的一端暴露于底壁7b的凹口7d、7e和7f内，而端子73的其余端在左右侧前部暴露于侧壁7a的外表面。输入/输出端子71的一端在右侧凹口7d后部暴露于底壁7b的上表面，而端子71的另一端在右后部暴露于侧壁7a的外表面。输入/输出端子72的一端在左侧凹口7e的后部暴露于底壁7b的上表面，而端子72的另一端在左后部暴露于侧壁7a的外表面。

在凹口7d中设置有片状匹配电容器C1，在凹口7e中设置有片状匹配电容器C2。匹配电容器C1和C2的下表面电极连接到暴露于凹口7d和7e中的接地端子73上。片状匹配电容器C3和片状终接电阻器R与凹口7f对准。匹配电容器C3的下表面电极和终接电阻器R的一端侧电极连接到接地端子73。中央导体51的端口P1连接到匹配电容器C1的上表面电极和输入/输出端子71。中央导体52的端口P2连接到匹配电容器C2的上表面电极和输入/输出端子72。中央导体53的端口P3连接到匹配电容器C3的上表面电极和终接电阻器R的另一端侧电极。端口P1、P2和P3是以台阶形式设置的，使端口P1、P2和P3与匹配电容器C1、C2和C3的上表面齐平。

在这种情况下，匹配电容器C1和中央导体51的等效电感L组成了一个并联谐振电路。匹配电容器C1的电容是这样设定的：并联谐振电路的谐振频率等于隔离器的通带中心频率。此外，匹配电容器C1被设计成：匹配电容器C1的自谐振频率大约是通带中心频率的三倍。例如，在1GHz频带中，使用了一个大约10PF的匹配电容器。当具有这样的电容的电容器通过利用使用矩形电极的单片(single-plate)电容器构成时，电容器的自谐振频率通常等于4GHz或更高。因此，为了使电容器的自谐振频率低一些，电极就被做成条状或是弯曲的，以增加电感分量Lc。

在如图1所示的等效电路中，如上所述，匹配电容器C1本身有一个相对较大的电感分量LC1。通过这种设置，在输入/输出端子71和地(接地端子73)之间，就形成了一个串联谐振电路，它由匹配电容器C1的电容和匹配电容器C1所具有的电感分量LC1组成。在这种情况下，串联谐振电路充当一个陷波器。如上所述，串联谐振电路的谐振频率，即，匹配电容器C1的自谐振频率，被设定成约为通带中心频率的三倍。结果是，在通过信号路径的信号中，具有三倍于通带中心频率的频率分量的信号通过串联谐振电路流入接地端子，因此被显著地衰减。图中所示的电感L是由铁氧体部件54和中央导体51、52和53形成的等效电感。此外，相对于不可逆电路装置的通带中心频率，匹配电容器C1起到电容性阻抗的作用，并与电感L一起形成了一个匹配电路。

当根据第一实施例的隔离器用在1GHz的频带时，匹配电容器C1是这样一个单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.6mm，长度为3.0mm，自谐振频率为3.0GHz。每个匹配电容器C2和C3是这样的单片电容器：它们具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。该单片电容器在1GHz具有大约10PF的电容，并相对于隔离器中的1GHz信号起到一个匹配电容的作用。

图2的曲线图显示出当上述第一实施例的隔离器用于1GHz频带时在(信号)传播方向所获得的衰减特性。在这个图中，一条实线表示第一实施例的隔离器的特性。一条虚线表示如图19到21所示常规隔离器用于1GHz频带时的特性。在这种情况中，所有的匹配电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器：它们具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。当基频是1GHz时，在常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是20.2dB，三次谐波的衰减大约是28.2dB。作为比较，在第一实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是22.2dB，三次谐波的衰减大约是57.5dB。结果是，在第一实施例的隔离器中衰减更大。

如上所述，通过将每个匹配电容器的自谐振频率设定为大约是通带中心频率的三倍，基频的三次谐波可以显著地衰减，而且此外，二次谐波也可以衰减。与低于自谐振频率的频带中的情况比较，在超过自谐振频率的频带中衰减特性趋于变差。因此，当考虑信号中的寄生(分量)分布时，自谐振频率最好设定为通带中心频率的大致三倍。即，自谐振频率最好设定为中心频率的2.5到3.5倍。

图3显示出当第一实施例的隔离器用于2GHz频带时在传播方向上所获得的衰减特性。在图中，一条实线表示第一实施例的隔离器的特性。一条虚线表示当图19到21所示常规隔离器用于2GHz频带时所获得的特性。

当第一实施例的隔离器用于2GHz频带时，匹配电容器C1是这样一个单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为30，厚度为0.2mm，宽度为0.6mm，长度为2.6mm，自谐振频率为6.1GHz。作为每个匹配电容器C2和C3，提供了这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为30，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.8mm，自谐振频率为8.4GHz。每个电容器在2GHz时具有大约5PF的电容，并且对于隔离器中的2GHz信号起到一个匹配电容的作用。此外，在常规隔离器中，所有的匹配电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器，它们具有的相对电容率(介电常数)为30，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.8mm，自谐振频率为8.4GHz。

在图3中，当基频是2GHz时，在没有由串联谐振电路组成的陷波器的常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是15.6dB，三次谐波的衰减大约是26.1dB。作为比较，在第一实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是17.4dB，三次谐波的衰减大约是43.6dB。结果是，在第一实施例的隔离器中，衰减可以更大。

在上述的第一实施例中，只有匹配电容器C1有大约是通带中心频率的三倍的自谐振频率。然而，同样可以将多个匹配电容器的自谐振频率设定为通带中心频率的三倍，以便增大特定寄生分量的衰减，并且可以使较宽频带上的寄生分量衰减。

图4的曲线图显示出根据本发明第二实施例的隔离器的衰减特性。在这个隔离器中，匹配电容器C1的谐振频率被设定为通带中心频率的2.3倍，而匹配电容器C2的谐振频率被设定为通带中心频率的三倍。这个实施例的隔离器用于1GHz频带。匹配电容器C1是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.3mm，长度为4.0mm，自谐振频率为2.3GHz。匹配电容器C2是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.6mm，长度为3.0mm，自谐振频率为3.0GHz。匹配电容器C3是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。这个单片电容器在1GHz时具有大约10PF的电容，并且对于隔离器中的1GHz信号起到一个匹配电容的作用。

在图4中，一条实线表示第二实施例的隔离器的特性。一条虚线表示如图19到21所示的常规隔离器用于1GHz频带时的特性，并且所有的匹配电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器：它们各自具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。

在这个图中，当基频是1GHz时，在没有陷波器的常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是20.2dB，三次谐波的衰减大约是28.2dB。作为比较，在第二实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是29.3dB，三次谐波的衰减大约是45.0dB。结果是，在第二实施例的隔离器中，衰减可以更大。

如上所示，因为两个匹配电容器之一的自谐振频率大约是通带中心频率的两倍，而另一匹配电容器的自谐振频率大约是中心频率的三倍，所以中心频率的二次和三次谐波可以显著地衰减。由于二次和三次谐波是引起不必要辐射的主要寄生分量，因此最好是两个匹配电容器之一的自谐振频率是通带中心频率的两倍，而另一匹配电容器的自谐振频率大约是中心频率的三倍。换句话说，最好是，其中一个匹配电容器的自谐振频率设定为通带中心频率的1.5到2.5倍，另一个匹配电容器的自谐振频率设定为通带中心频率的2.5到3.5倍。

在上述的实施例中，匹配电容器是单片电容器，其中矩形电极形成在单片介质部件的上下表面。此外，通过以可以减小电容器的面积的方式设计所设电极的构形，也可能降低匹配电容器的自谐振频率。

图5A显示出上述隔离器中使用的电容器的分解结构图，图5B显示出其剖面图。电容器的上表面电极被分为两个部分80a和80b。电极80a通过侧表面电极80c连接到下表面电极80d。上表面电极80b通过侧表面电极80e(它与侧表面电极80c对置)连接到内部电极80f。如在此所示的，通过叠置电容器，电容器的平面面积可做得更小。作为侧表面电极的替换，也可使用通孔来连接电极。

图6A和6B显示出上述隔离器中使用的电容器的上表面电极。在图6A所示的电容器中，上表面电极是通过制造一圈曲折线形成的。在图6B所示的电容器中，上电极是通过制造四圈曲折线形成的。电极设置在电容器的整个下表面上。通过形成这种曲折电极线，电容器的电感分量可以增大。由此，电容器的纵向长度可以减小，从而带来不可逆电路装置的小型化。然而，除了在整个下表面设置电极外，电极也可以部分地设置在下表面上或做成曲折线形状。

图7A显示出根据第三实施例的隔离器的顶视图，其中上磁轭被去除。图7B显示出该隔离器的侧视剖面图。图8显示出该隔离器的等效电路图。在该隔离器中，中央电极(导体)51的端口P1延伸形成一个电感器L1，通过该电感器，输入/输出端子71连接到电容器C1上。采用这种结构，在输入/输出端子71和地之间就形成了一个串联谐振电路，它由电感器L1、电容器C1和该电容器的电感分量L_C1组成。

当上述隔离器用于1GHz频带时，匹配电容器C1是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.7mm，长度为2.4mm，自谐振频率为3.6GHz。电感器L1是0.2mm宽和0.2mm长，电感为0.1nH。由包括电感分量L_C1的电容器C1和电感器L1所组成的串联谐振电路的谐振频率是2.9GHz。此外，在1GHz的频带中，串联谐振电路的等效电容是大约10PF。结果是，串联谐振电路对于1GHz的信号起到一个匹配电容的作用。作为每个匹配电容器C2和C3，使用了这样的单片电容器：它们具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。这种单片电容器在1GHz时具有大约10PF的电容，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到一个匹配电容的作用。

图9的曲线图显示出当用于1GHz频带时上述隔离器在信号传播方向上获得的衰减特性。在该图中，一条实线表示根据第三实施例的隔离器的特性。一条虚线表示如图19到21所示的常规隔离器用于1GHz频带时的特性。在这种情况中，所有电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器：它们各自具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。当基频是1GHz时，在没有陷波器的常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是20.2dB，三次谐波的衰减大约是28.2dB。作为比较，在第三实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是22.5dB，三次谐波的衰减大约是51.9dB。结果是，在第三实施例的隔离器中，衰减可以更大。如在此所示的，通过将电感器连接到匹配电容器上，电容器可做得紧凑，从而有助于隔离器的小型化。

在图7A和7B到图9中所示的隔离器中，充当陷波器的串联谐振电路只设置在端口P1和接地端子之间。然而，也可以在端口P2和接地端子之间设置另一个陷波器。

图10的曲线图显示出根据本发明第四实施例的隔离器的衰减特性。在这个隔离器中，充当陷波器的串联谐振电路设置在端口P1。此外，端口P2连接到一个匹配电容器，该匹配电容器充当另一个陷波器并具有大约是通带中心频率三倍的自谐振频率。当第四实施例的隔离器用于1GHz的频带时，作为匹配电容器C1，提供了这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.5mm，长度为2.7mm，自谐振频率为3.4GHz。电感器L1是0.2mm宽和0.9mm长，电感为0.5nH。由电容器C1(包括电感分量)和电感器L1所组成的串联谐振电路的谐振频率是2.0GHz。串联谐振电路的等效电容在1GHz时大约是10PF，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到一个匹配电容的作用。

作为电容器C2，提供了这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.6mm，长度为3.0mm，自谐振频率为3.0GHz。此外，作为电容器C3，提供了这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。这些单片电容器的每一个在1GHz时都具有大约10PF的电容，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到匹配电容的作用。

在该图中，一条实线表示根据第四实施例的隔离器的特性。一条虚线表示如图19到21所示的常规隔离器用于1GHz频带时的特性。所有电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器：它们各自具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。当基频是1GHz时，在没有由上述谐振电路形成的陷波器的常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是20.2dB，三次谐波的衰减大约是28.2dB。作为比较，在第四实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是48.6dB，三次谐波的衰减大约是47.2dB。结果是，在第四实施例的隔离器中，衰减可以更大。

如上所示，当由电感器和匹配电容器组成的串联谐振电路设置在一个端口和地之间时，串联谐振电路的谐振频率设定为通带中心频率的大约两倍，而在另一端口的匹配电容器的自谐振频率设定为中心频率的大约三倍，中心频率的二次和三次谐波可以显著地衰减。二次和三次谐波是造成不必要辐射的主要寄生分量。因此，最好是如上所述，串联谐振电路的自谐振频率为中心频率的两倍，匹配电容器的自谐振频率是中心频率的三倍。换句话说，最好是，串联谐振电路的谐振频率设定为中心频率的1.5到2.5倍，匹配电容器的自谐振频率设定为中心频率的2.5到3.5倍。

下面，参照图11和12，说明根据第五实施例的隔离器。在这个隔离器中，由电感器和电容器组成的串联谐振电路形成在每个端口P1和P2上。

图11显示出第五实施例的隔离器的等效电路。在端口P1(输入/输出端子71)和地之间，形成了由电感器L1和电容器C1(包括电感分量LC1)组成的一个串联谐振电路。相似地，在端口P2(输入/输出端子72)和地之间，形成了由电感器L2和电容器C2(包括电感分量LC2)组成的一个串联谐振电路。

电容器C1是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.5mm，长度为2.7mm，自谐振频率为3.4GHz。电感器L1是0.2mm宽和0.9mm长，电感为0.5nH。一个由电感器L1和电容器C1所组成的串联谐振电路的谐振频率是2.0GHz。串联谐振电路的等效电容在1GHz时大约是10PF，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到匹配电容的作用。电容器C2是这样的单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为0.7mm，长度为2.4mm，自谐振频率为3.6GHz。电感器L1是0.2mm宽和0.2mm长，电感为0.1nH。由电感器L2和电容器C2组成的串联谐振电路的谐振频率是3.0GHz。串联谐振电路的等效电容在1GHz时大约是10PF，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到匹配电容的作用。此外，电容器C3是这样单片电容器：它具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。该匹配电容器在1GHz时具有大约10PF的等效电容，并且对于这个隔离器中的1GHz信号起到匹配电容的作用。

图12显示出第五实施例的隔离器的衰减特性。在这个曲线图中，一条实线表示第五实施例的隔离器的特性。一条虚线表示如图19到21所示的常规隔离器用于1GHz频带时的特性。在这种情况下，所有电容器C1、C2和C3都是这样的单片电容器：它们各自具有的相对电容率(介电常数)为100，厚度为0.2mm，宽度为1.0mm，长度为1.9mm，自谐振频率为4.4GHz。当基频是1GHz时，在没有由上述谐振电路形成的陷波器的常规隔离器中，二次谐波的衰减大约是20.2dB，三次谐波的衰减大约是28.2dB。作为比较，在第五实施例的隔离器中，二次谐波的衰减大约是48.8dB，三次谐波的衰减大约是47.2dB。结果是，在第五实施例的隔离器中，衰减可以更大。

如上所述，当由电感器和匹配电容器组成的串联谐振电路并联设置在两个端口(输入/输出端子)和地之间，并且其中一个谐振电路的谐振频率设定为通带中心频率的大约两倍，而另一个串联谐振电路的谐振频率设定为通带中心频率的大约三倍时，中心频率的二次和三次谐波可以显著地衰减。二次和三次谐波是造成不必要辐射的主要寄生分量。因此，最好是如上所述，串联谐振电路之一的自谐振频率设定为中心频率的两倍，另一串联谐振电路的自谐振频率设定为中心频率的三倍。换句话说，最好是，串联谐振电路的谐振频率为中心频率的1.5到2.5倍，匹配电容器的自谐振频率为中心频率的2.5到3.5倍。

在上述实施例中，尽管电感器L1是通过延伸中央导体的端口来形成，但是电感器L1也可包含或形成在匹配电容器的下面。一个具有这种结构的隔离器将显示在图13到图17A-17C中。

图13到15显示出根据本发明第六实施例的一个隔离器，其中一个片状电感器设置在电容器C1下面。图13显示出该隔离器的分解透视图。图14A显示出该隔离器的顶视图，其中上磁轭2被去除，图14B显示出该隔离器的侧视剖面图。图15显示出该隔离器的等效电路图。与第一实施例(参见图19和20)的隔离器不同，在第六实施例的隔离器所用的一个树脂框7中，用于容纳电容器C1的凹口7d形成为一个通孔7d’，一个片状电感器L1设置在电容器C1的下面。片状电感器L1是通过将电极设置到一个介质基片上来形成的。电感器L1的上表面电极连接到电容器C1的下表面电极上，电感器L1的下表面电极连接到下磁轭8上。

通过上述结构，正如从图15所示的等效电路中可以看到的，在输入/输出端子71上形成了一个由电感器L1和电容器C1(包括电感分量LC1)组成的串联谐振电路。正如上述实施例中那样，用于该实施例的电容器具有比通常情况低的自谐振频率。例如，电容器的自谐振频率大约为通带中心频率的三倍。以这种方式，通过使用具有较低自谐振频率的电容器和小电感器就可获得一个小型的隔离器。

由电感器L1和电容器C1(包括电感分量LC1)组成的串联谐振电路具有两倍或三倍于通带中心频率的高谐振频率。因此，串联谐振电路是一个适合于通带中心频率的等效电容，并且对于该隔离器中通带中心频率的信号起到一个匹配电容的作用。

在这个实施例中，片状电感器L1是通过将电极设置在一个介质基片的两个主表面来形成的。然而，作为对介质基片的替换，也可使用一个磁性基片。电极不但可以设置在介质基片的两个主表面上而且可设置在其内部。此外，除了直接将电感L1的下表面电极连接到下磁轭8上之外，该下表面电极也可连接到接地端子73上。另外，作为壳体的下磁轭8也可通过插接模压在树脂框7中来与树脂框7整体构成。此外，在下磁轭8上可形成一个接地端子。

图16显示出根据本发明第七实施例的一个隔离器。在这个隔离器中，一个电感器L1通过插接模压在树脂框7的底壁7b中而整体地形成于树脂框7中。在这个实施例中，与图13到15所示的第六实施例不同，不是在树脂框7的底壁7b的右侧部分中形成一个通孔7d’，而是象第一实施例那样，在右侧部分形成一个凹口7d。即，底壁7b的右侧部分未通到下磁轭8，树脂框底壁从而得以保留。此外，电感器L1是插接模压在凹口的底壁中。一个电容器C1设置在凹口7d中，电容器C1的下表面电极连接到电感器L1的上表面电极(高电位端)。电感器L1的下表面电极(低电位端)连接到接地端子73上。如在此所示的，当电感器L1整体构成在树脂框7中来形成由电容器C1和电感器L1组成的串联谐振电路时，与使用一个片状电感器的情形相比，所使用元件的数量就可以减少。

电感器L1的低电位端可以连接到下磁轭8上。在这种情况下，在下磁轭8上可设置一个接地端子。另外，下磁轭8可通过插接模压到树脂框7中来整体构成。

图17A到17C显示出根据本发明第八实施例的一个隔离器。在这个隔离器中，用作壳体的下磁轭8的一部分被切掉而形成一个舌片状的部分，此部分用作电感器L1(8b)。在这个实施例中，与图13到15所示的上述实施例不同，电感器L1是通过切掉下磁轭8的一部分形成的。另外，在底壁7b的右侧部分构成了一个凹口17d。在凹口7d的底壁中，插接模压有一个电极75，用于连接电容器C1和电感器L1的高电位端。

因为下磁轭8连接到接地端子73，电感器L1的低电位端相应地接地。以这种方式，通过电感器L1构成为下磁轭8的一部分，当形成由电容器C1和电感器L1组成的串联谐振电路时，与电感器为一个片状元件的情形相比，所使用元件的数量就可以减少。

在这个实施例中，尽管树脂框7和下磁轭8是单独地形成的，但下磁轭8可插接模压到树脂框7中来整体构成。此外，在这个实施例中，尽管电容器C1的下表面电极是通过插接模压到树脂框7的底壁中的电极75来连接到电感器L1的高电位端的，但电容器C1的下表面电极和电感器L1的高电位端也可通过在树脂框7中设置一个通孔来直接地互相连接。另外，可在下磁轭8上形成一个接地端子。

在如图13到图17A-17C所示的每个实施例中，由串联谐振电路形成的陷波器只设置在输入/输出端子71(端口P1)上。然而，由串联谐振电路形成的另一个陷波器可形成在输入/输出端子72(端口P2)上。在这种情况中，当其中一个串联谐振电路具有两倍于隔离器通带中心频率的谐振频率，并且另一个串联谐振电路具有三倍于中心频率的谐振频率时，基频的二次和三次谐波可以有效地衰减。然而，这不仅是可适用于本发明的情况，只要每个串联谐振电路的谐振频率高于中心频率即可。此外，所有的串联谐振电路可有同样的谐振频率。

类似地，图4所示实施例中使用的两个匹配电容器C1和C2的自谐振频率可以是相同的。另外，在图10所示的实施例中，由电容器C1和电感器L1组成的串联谐振电路的谐振频率可与匹配电容器C2的自谐振频率一样。再者，图12所示实施例中的两个串联谐振电路可以具有同样的谐振频率，这两个串联谐振电路包括由电容器C1和电感器L1组成的串联谐振电路以及由电容器C2和电感器L2组成的串联谐振电路。

此外，在图1到图17A-17C所示的每个实施例中，两个串联谐振电路可以具有同样的谐振频率。在这种情况下，靠近谐振频率的信号分量可以更多地衰减。

上述每个实施例都以举例方式展示隔离器。然而，本发明还可适用于循环器，其中第三中央导体的端口P3形成为第三输入/输出端子，而不是将一个终接电阻器R连接到端口P3上。在这种情况中，就象端口P1或P2的情况中那样，端口P3可被连接到一个自谐振频率等于或小于通带中心频率的四倍的匹配电容器上，或者可以被连接到一个由串联谐振电路所形成的陷波器上。另外，端口P3可象通常那样连接到一个匹配电容器C3和一个输入/输出端子上。

当在端口P3上形成一个陷波器时，该陷波器与在端口P1和P2中的一个上所形成的陷波器可具有同样的谐振频率，或者该陷波器可具有与端口P1和P2上的陷波器不同的第三谐振频率。此外，所有三个串联谐振电路可具有同样的谐振频率。

在这三个端口中，从循环器中每个输入/输出端子发出的信号穿过信号输入端子的端口和信号输出端子的端口。在这种情况中，设置在信号通过的两个端口中的每一个端口上的陷波器使信号的寄生分量衰减。因此，当不同的信号穿过循环器中的每个信号路径时，通过根据基频和穿过这些路径的信号的寄生分量适当地设定三个陷波器的谐振频率，不同信号的寄生分量可以有效地去除。

另外，本发明的不可逆电路装置的整体结构不局限于如图1到图17A-图17C中所示的结构。例如，本发明的不可逆电路装置可具有这样一种结构：中央导体形成在一个多层基片内部。

下面将参照图18描述根据本发明的第九实施例的安装有隔离器的通信设备。在这个图中，参考字符ANT表示发射/接收天线，参考字符DPX表示一个天线共用器，参考字符BPFa、BPFb以及BPFc表示带通滤波器，参考字符AMPa和AMPb表示放大电路，参考字符MIXa和MIXb表示混频器，参考字符OSC表示振荡器，参考字符SYN表示频率合成器。MIXa通过使用一个调制信号来调制从SYN输出的频率信号。BPFa只让发射频率的信号通过并AMPa放大该信号，该信号通过ISO和DPX从ANT发射。从DPX输出的信号中，BPFb只让接收频率的信号通过并且AMPb放大该信号。MIXb将从SYN输出的频率信号和接收信号混合来输出一个中频信号IF。

作为隔离器ISO，使用了图1到图17A-17C中所示的不可逆电路装置和类似装置。该隔离器具有带阻(带除)特性和低通特性。因此，只通过发射频率的信号的带通滤波器BPFa可被省略。以这种方式，可构成一个整体紧凑的通信设备。

如上所述，当匹配电容器的自谐振频率设定为等于或小于通带中心频率的四倍时，就可通过这种结构形成所谓的陷波器。结果，不用增加元件的数量，诸如二次和三次谐波之类的寄生分量就可以衰减。

此外，当两个或多个匹配电容器的自谐振频率设定为等于或小于通带中心频率的四倍时，寄生分量的衰减比率会更高。在一个较宽频带上的寄生分量也可以衰减。另外，当两个或多个匹配电容器中的至少一个具有大致是通带中心频率的两倍的自谐振频率，并且至少另一个匹配电容器具有大致是中心频率的三倍的自谐振频率时，作为处于较高信号电平的寄生分量的二次和三次谐波可以显著地衰减。

此外，在本发明中，不用增加匹配电容器的尺寸，电感分量就可增大。因此，利用匹配电容器的自谐振频率的陷波器可被小型化。

另外，当电感器串联到匹配电容器时，由电感器和匹配电容器组成的串联谐振电路的谐振频率低于匹配电容器的自谐振频率。结果是，匹配电容器和不可逆电路装置两者都可做成小型的。此外，当两个或多个匹配电容器连接到电感器来形成串联谐振电路时，寄生分量的衰减比率可提高，并且在一个较宽频带上的寄生分量可以衰减。另外，当上述串联谐振电路中的至少一个具有通带中心频率的两倍的自谐振频率并且至少另一个串联谐振电路具有中心频率的三倍的自谐振频率时，作为处于较高信号电平的寄生分量的二次和三次谐波可以更显著地衰减。

此外，根据本发明的一个方面，由于串联谐振电路可被用做一个匹配电路的匹配电容，那么就没有必要设置另一个匹配电容了。因此，这种结构有助于制造工艺的简化、装置的小型化以及成本降低。

另外，根据本发明的另一个方面，由于寄生特性可以改善，因此本发明的通信设备可做成小型的，同时抑制了该设备的不必要辐射。

尽管已经描述了优选实施例，但可以理解，在由所附权利要求描绘的本发明构思的范围内，将会有多种变化方式。

Claims (8)

1.一种不可逆电路装置，包括：

一个施加有由永磁体产生的直流磁场的磁性部件，所说磁性部件包括多个相互交叉设置的中央导体，每个中央导体的一端接地；和

多个匹配电容器，它们连接到每个中央导体的非接地端；

其中，至少一个匹配电容器具有等于或小于该不可逆电路装置的通带中心频率的四倍的自谐振频率。

2.根据权利要求1的不可逆电路装置，其中，至少两个匹配电容器具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率。

3.根据权利要求1或2的不可逆电路装置，其中，至少一个匹配电容器具有大致是通带中心频率两倍的自谐振频率。

4.根据权利要求1或2的不可逆电路装置，其中，至少一个匹配电容器具有大致是通带中心频率三倍的自谐振频率。

5.根据权利要求1或2的不可逆电路装置，其中，每个匹配电容器是一个单片电容器，它是通过在一个基片上设置一个曲折线电极形成的。

6.根据权利要求1的不可逆电路装置，还包括一个串联谐振电路，它是由一个电感器和所述匹配电容器串联形成的，所述匹配电容器具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率，该串联谐振电路具有大致是通带中心频率两倍或三倍的谐振频率。

7.根据权利要求6的不可逆电路装置，包括至少两个串联谐振电路，它们是通过将电感器连接到至少两个匹配电容器形成的，所述匹配电容器具有等于或小于通带中心频率的四倍的自谐振频率，该串联谐振电路具有大致是通带中心频率两倍或三倍的谐振频率。

8.一种通信设备，它包括根据权利要求1的不可逆电路装置。

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