CN1185754C - 不可逆电路器件和包含该器件的通信设备 - Google Patents
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Abstract
不可逆电路器件包括一带有输入端子、输入端子与接地端子的树脂模制外壳，所述外壳包括由中央导体与铁氧体构件组成的磁性组件、永磁铁和隔片。树脂模制外壳包括一接至中央导体输入口的串联电容器、一接在输入端子与接地端子之间或接在输入口与接地端子之间的并联电容器、一接至中央导体输出口的并联电容器、一接至中央导体端接口的并联电容器，以及一端接电阻器。接至端接口的并联电容器可用串联电容器取代，此时可在该串联电容器与接地端子之间设置一附加并联电容器。树脂模制外壳顶部用上轭架覆盖。在不可逆电路器件中，可设置任意输入阻抗，且不可逆电路器件在整体上具有低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及诸如隔离器、循环器等应用于微波段的不可逆电路器件和包含该器件的通信设备。
背景技术
不可逆电路器件主要应用于微波段，它配置有带输入与输出端子和接地端子的树脂外壳、与输入与输出端子及接地端子电气导通的中央导体、接近中央导体的铁氧体芯、对铁氧体芯加静态磁场的永磁铁，以及位于中央导体端接侧的端接电阻器。
在上述类型的不可逆电路器件中，中央导体具有输入口、输出口和端接侧口。曾经对这些端口的应用提出过一些技术规范，这些规范可参照图8A～8C和9A～9C予以描述。图8A示出一种对所有的端口连接并联电容器的不可逆电路器件，图8B示出一种对所有的端口连接并联电容器并且插入串联线圈与串联电容器的不可逆电路器件，而图8C则示出一种对所有的端口连接并联电容器且插入串联电容器的不可逆电路器件。
图9A示出的不可逆电路器件中，对所有的端口连接并联电容器，只在输入口中插入串联线圈与串联电容器。图9B示出的不可逆电路器件中，对所有的端口连接并联电容器，只在输入口中插入串联线圈，并在该串联线圈的输入端连接并联电容器。图9C示出的不可逆电路器件中，对所有的端口连接并联电容器，只在端接侧插入串联线圈与串联电容器。
上述的常规不可逆电路器件有以下诸问题。
根据图8A的不可逆电路器件，可用简单的匹配电路做成低损耗的小型不可逆电路器件，但其特征阻抗是固定的。
根据图8B的不可逆电路器件，形成的不可逆电路器件可在所有端口中具有宽广的特性范围，如插入损耗、隔离特性与反射耗等，但是元件数量的增多增大了器件的尺寸与成本，每端口的损耗也增大了。
根据图8C的不可逆电路器件，形成的不可逆电路器件可以在各个端口中任意设置特征阻抗，但是元件数量的增多增大了各端口的损耗。当将该电路做成具有低电阻造成的预定输入阻抗并将输出阻抗置成50欧姆时，输出口中串联电容器的外尺寸就增大了。具体而言，如在输入阻抗为12欧姆、输出阻抗为50欧姆时，诸电容器的电容如下：输入口串联电容器为7pF，输入口并联电容器为3pF，输出口串联电容器为50pF，输出口并联电容器为12pF。
因此，必须将外尺寸大的电容器用作输出口电容器，所以难以把该电容器做在不可逆电路器件里。而且，当使用层迭电容器来减小尺寸时，则产生了插入损耗增大的新问题，因为在高于约1GHz的微波段中，Q值降低了。例如在1GHz波段中，50pF层迭电容器的Q值约为10，因而插入损耗约为0.05dB。
在用不可逆电路器件将一电路接至天线的情况中，这是不可逆电路器件的主要用途，由于闪电会使大量静电贮存在输出口的串联电容器与并联电容器里，因而贮存的电荷可能超过承受量而使电容器(或甚至电路的诸元件)发热损坏。为避免出现这一问题，可在输出端子与接地端子之间连接电阻器、RF扼流圈或电涌吸收器，然而这样会增大损耗与成本，难以减小尺寸。
此外，在制作不可逆电路器件的过程中，一般可检测到中央导体、输入与输出和接地端子的高频特性。由于测量时间长，所以在检查前的预处理中，用直流导电法检测中央导体和输入输出端子之间的连接状态。然而，当在中央导体与输入输出端子之间插入串联电容器时，无法用直流导电法检测断路状态，因而所有必须检测的不可逆电路均涉及到高频特性，这样就增加了生产的步骤数和成本。
在检测高频特性时，将中央导体压到输入输出端子和接地端子上。压力会弯曲外壳，使中央导体与各端子之间起初必须断开的各个部分不稳定地相连，不可逆电路器件要求进一步处理。起初，通过应用直流导电法的连接状态检测法检测断开状态。但如上所述，根据图8C的不可逆电路器件，由于在各端口插入了串联电容器，因此难以防止有缺陷产品的分布。
图9A的不可逆电路器件可衰减目标波段以外的信号，因为输入口具有范围宽广的反射损耗特性。然而，由于使用了线圈，为防止劣化Q值，分别要求有一条磁路。
图9B的不可逆电路器件可衰减目标波段以外(特别在高频一侧)不需要的信号，但由于该器件具有线圈，所以变大了。
根据图9C的不可逆电路器件，可以做成隔离特性范围宽广(不计低损耗)的不可逆电路器件，但由于该器件具有线圈，所以变大了。
发明内容
本发明提供一种小型的不可逆电路器件，且可设定任意的输入阻抗，与端接电阻器的任意值相匹配，整个器件具有低的损耗。本发明还提供一种配备该不可逆电路器件的通信设备。
为此，根据本发明的一个方面，提供的不可逆电路器件包括：铁氧体构件、具有输入输出口与端接口的中央导体(输入输出口与端接口在铁氧体构件上交叉)、向铁氧体构件与中央导体施加静态磁场的永磁铁、用于输入输出信号的输入端子与输出端子，以及起接地作用的接地端子。该不可逆电路器件还包括接在输出口与接地端子之间的并联电容器、接在端接口与接地端子之间的并联电容器、接在输入口与输入端子之间的串联电容器，以及接在输入端子与接地端子之间的并联电容器。
根据本发明的另一个方面，提供的不可逆电路器件包括：铁氧体构件、具有输入输出口与端接口的中央导体(输入输出口与端接口在铁氧体构件上交叉)、向铁氧体构件与中央导体施加静态磁场的永磁铁、用于输入输出信号的输入端子与输出端子、起接地作用的接地端子，以及接至端接口的端接电阻器。该不可逆电路器件还包括接在输出口与接地端子之间的并联电容器、接在输入口与输入端子之间的串联电容器、接至输入端子与接地端子之间的并联电容器，以及接在端接口与端接电阻器之间的串联电容器。
较佳地，该不可逆电路器件还包括接在端接电阻器与接地端子之间的并联电容器。
根据本发明的再一个方面，提供的不可逆电路器件包括：铁氧体构件、具有输入输出口与端接口的中央导体(输入输出口与端接口在铁氧体构件上交叉)、向铁氧体构件与中央导体施加静态磁场的永磁铁、用于输入输出信号的输入端子与输出端子，以及起接地作用的接地端子。该不可逆电路器件还包括接在输出口与接地端子之间的并联电容器、接在端接口与接地端子之间的并联电容器、接在输入口与输入端子之间的串联电容器，以及接在输入口与接地端子之间的并联电容器。
较佳地，将输入口接至限定在并联电容器与串联电容器(二者接至输入口)间的一连接点。
并联电容器与串联电容器可以是单片电容器。
输入口的输入阻抗范围可以是3～45欧姆。
端接电阻器的电阻范围可以是3～360欧姆。
根据本发明的又一个方面，提供一种包含上述不可逆电路器件之一的通信设备。
根据本发明，通过应用一种将并联电容器接在接地端子与中央导体每个端口之间并将串联电容器插入输入口的结构，可以廉价地形成一种能任意选择输入阻抗的低损耗小型不可逆电路器件。
根据本发明，通过应用将串联电容器插入输入口的结构，可防止电路因通过输出端子从外界流入静电而发生断裂，并且可用输出端子的直流导电法检测连接状态。
根据本发明，将串联电容器插入中央导体的输入口，从而排除流入不可逆电路器件的直流分量，无需用附加电路排除该直流分量，所以能构成廉价的低损耗不可逆电路器件。
根据本发明，通过应用一种将串联电容器插入端接口的结构，可以构成一种能设置任意端接电阻器值的不可逆电路器件。
根据本发明，通过应用一种对接至输入口的并联电容器与串联电容器设置位于二者之间的输入口的结构，可以构成一种小型不可逆电路器件。
根据本发明，利用单片电容器构成每个电容器，可以形成低损耗的小型不可逆电路器件。
根据本发明，通过应用一种将输入阻抗置成3～45欧姆的结构，形成的不可逆电路器件即使在将低阻抗负载所需的电路元件接至该器件时也具有低损耗。
根据本发明，通过应用一种端接电阻器的电阻为3～360欧姆的结构，可以形成含少量寄生分量的端接电阻器，并可构成廉价的低损耗不可逆电路器件。
根据本发明，通过应用一种包括上述不可逆电路器件之一的结构，可以廉价地获得一种通信性能优良的小型通信设备。
通过以下参照附图对诸实施例的详细描述，本发明的其它特征与优点将更清楚了。附图中用相同的标号表示同样的元部件。
附图说明
图1A是本发明第一实施例的隔离器的拓展透视图，图1B与1C是图1A所示隔离器的截面图；
图2是第一实施例的隔离器的等效电路图；
图3是一曲线图，表示诸电路结构造成的插入损耗频率特性的差异；
图4A与4B分别是本发明第二与第三实施例的隔离器的等效电路图；
图5A是本发明第四实施例的隔离器的拓展透视图，图5B与5C是图5A所示隔离器的截面图；
图6是第四实施例的隔离器的等效电路图；
图7是本发明第五实施例的通信设备的框图；
图8A、8B与8C是常规不可逆电路器件的等效电路图；和
图9A、9B与9C是常规不可逆电路器件的等效电路图。
具体实施方式
下面参照图1A～3描述本发明第一实施例的隔离器的结构。
图1A是该隔离器的拓展透视图，图1B是该隔离器在通过其输入口的平面上的截面图，图1C是该隔离器在通过其输出口的平面上的截面图。图2是该隔离器的等效电路图。图3示出隔离器结构造成的插入损耗频率特性的差异。
参照图1A，形成隔离器，从而在具有输入端子9、输出端子10和形成在下轭架12上的接地端子11的树脂模制外壳1中，设置了由中央导体4与铁氧体构件3构成的磁性组件5、向磁性组件5施加静态磁场的永磁铁6、将磁性组件5与永磁铁6分开的隔片7、作为匹配器件的电容器(C0、C1、C2与C3)，以及端接电阻器R，树脂模制外壳1的顶部用上轭架2覆盖。
图2示出该隔离器的等效电路。参照图1A～2，描述中央导体4的输入口40a、电容器C0与C1、输入端子9和接地端子11之间的关系。
在中央导体4的输入口40a下方，依次设置了电容器C0、作为导体的连接板8和电容器C1。连接板8的底面部分地紧贴输入端子9的顶面。电容器C1的底面经下轭架12紧贴接地端子11。
中央导体4的端接口40b电气连接至形成在下轭架12上的接地端子11，使电容器C2与端接电阻器R并联。
中央导体4的输出口40C经输出端子10和电容器C3电气连接至形成在下轭架12上的接地端子11。
在上述结构中，隔离器的一部分与输入阻抗相匹配，并通过插入串联电容器保持等电阻，其另一部分与输入阻抗相匹配，并通过连接并联电容器保持等电导，因而可任意设置输入阻抗。
由于匹配器件用电容器形成，所以与应用线圈的情况相比较，可减小器件的尺寸，并且将插入损耗减小约0.1dB。
只在输入口插入串联电容器就能减小器件的尺寸与损耗，如与在输出口插入串联电容器的情况相比，插入损耗可减小约0.03dB。图3示出上述器件之差异造成的插入损耗频率特性差。
由于串联电容器不插在输出口10中，如果雷涌等从接至输出端子10的天线等外部设备流入，就不会出现贮存大量的静电，故能防止断路等故障。
此外，由于串联电容器不插在输出口里，而且输出端子10经中央导体4直接接至接地端子11，所以可用应用加直流电的导电测试法确认连接状态。通过应用导电测试法，检测时无需对各端子施加大的外力，可以防止外力使外壳变形，防止有不稳定连接部分的隔离器出厂。
由于电容器比线圈更便宜且容易安装，因而能廉价地形成隔离器。将串联电容器插入输入口40a里，可拒绝直流分量流入隔离器，因此不必要用电容器对接至隔离器的前置级电路排除直流分量，由此可构成廉价的低损耗电路器件。
通常把层迭电容器用作排除直流分量的电容器。在低阻抗(3～45欧姆)电路中，该电容器的等效串联电阻分量对损耗有很大的影响。因此，与应用层迭电容器的情况相比，通过使用等效串联电阻分量小的单片电容器，可以构成廉价的低损耗器件。
通过简单地切割单块母片，可形成单片电容器。这样，把单片电容器用作电容器C0、C1、C2与C3，就能迅速地以高精度廉价地生产该器件。
通过应用将中央导体4的输入口40a设置在电容器C0(输入口40a中的串联电容器)与电容器C1(输入口40a的并联电容器)之间的垂直堆迭结构，可以减小平面面积。再者，由于电容器C0与C1是用单片电容器形成的，堆迭电容器C0与C1不会在厚度方向增大，因而可减小隔离器的厚度。
通过将输入阻抗设置为3～45欧姆(比普通电阻50欧姆低)，当把该器件接至要求低阻抗负载的电路器件(如功率放大器)时，能容易地形成一种阻抗转换电路。换言之，有利的是，本发明的通信设备可以用低压电源(3伏)驱动，能以低阻抗交换信号。相反地，当从负载阻抗为3～5欧姆的电路器件(如功放的有源器件)接收信号，并且在满足工作波段的电气特性的同时将该阻抗转换成隔离器普通输入阻抗50欧姆时，损耗就增大了，从而使要求低阻抗负载的电路器件的匹配电路变复杂了。因此，通过应用将隔离器的输入阻抗设置到在3～50欧姆内的某预定值(如12欧姆)以交换功率信号的结构，可以构成一种低损耗电路。
下面参照图4A与4B分别描述本发明第二与第三实施例的隔离器。
图4A的隔离器是通过修改第一实施例的隔离器而得到的，它用插在端接口与端接电阻器之间的串联电容器代替接在端接口与接地端子之间的并联电容器。
图4B的隔离器是通过修改第一实施例的隔离器而得到的，在端接口与并联电容器之间插入一串联电容器。
这些结构能在宽广的范围内(类似于上述的输入口中)任意设置特性阻抗。具体而言，当中央导体的交叉角在25～140度的普通范围内而能得到预定特性时，端接电阻器的电阻为100～360欧姆。在隔离器的普通交叉角为120度时，端接电阻器的电阻为约30～100欧姆。因此，按照常规匹配器件的结构，将中央导体的交叉角设定到上述的125～140度的范围，会造成端接口与端接电阻器之间的阻抗失配。即使在这种情况下，通过应用图4A或4B的电路，也能拓宽可选用电阻器的范围，且可选用寄生分量少、具有所需电阻值的端接电阻器。
此外，通过应用一种将端接电阻器的阻值设置为3～360欧姆的结构，可便于选用寄生分量少的端接电阻器，且能实现端接口与端接电阻器的阻抗匹配，故便于构成低损耗隔离器。
下面参照图5A～6描述本发明的第四实施例的隔离器。
图5A是该隔离器的拓展透视图，图5B是隔离器在通过其输入口的平面上的截面图，图5C是隔离器在通过其端接口的平面上的截面图。图6示出该隔离器的等效电路。与图1A～2中隔离器相同的元件用同样的标号表示且不再描述。
第四实施例与第一实施例的差异如下。具体而言，第一实施例的并联电容器C1接在输入端子9与接地端子11之间，而第四实施例的并联电容器C1接在输入口40a与接地端子11之间。在第四实施例中，如图5A所示，电容器C0与C1分别置于中央导体4的输入口40a的上下方，使输入口40a位于电容器C0与C1之间。设置的连接板8使电容器C1的顶面与输入端子9保持电气导电。电容器C1的底面经下轭架12接至接地端子11。
应用第四实施例的电路结构可实现与第一实施例同样的效果。
下面参照图7描述本发明第五实施例的通信设备的结构。
如图7所示，该通信设备包括收发天线ANT、双工器DPX、带通滤波器BPFa与BPFb、放大电路AMPa与AMPb、混频器MIXa与MIXb、振荡器OSC、频率合成器SYN和隔离器ISO。
混频器MIXa将输入的IF信号与合成器SYN输出的信号混频，带通滤波器BPFa只让混频器MIXa输出的发射频段的混频信号通过，放大电路AMPa对发射频段作功率放大，放大的信号经隔离器ISO和双工器DPX从天线ANT发射。隔离器ISO将双工器DPX等的信号阻止反射给放大电路AMPb而防止噪声出现在放大电路AMPa中。放大电路AMPb放大接收到的取自双工器DPX的信号，带通滤波器BPFb只让放大电路AMPb输出的放大信号的接收频段通过，混频器MIXb将合成输出的频率信号与接收频率段信号混频，并输出中频信号IF。
在第一、第二或第三实施例中描述的隔离器均可用作图7的隔离器ISO。
如上所述，应用低插入损耗的小型不可逆电路器件，可以获得整体高功率效率的小型通信设备。
虽然这里描述了本发明的诸实施例，但是本发明并不限于这些内容，而是延伸到相关领域的普通技术人员所能作出的所有修改、变更和其它应用。
Claims (20)
1.一种不可逆电路器件，其特征在于包括：
铁氧体构件；
具有输入口、输出口与端接口的中央导体，其中所述输入口、所述输出口与所述端接口在交叉方向上形成在所述铁氧体构件上；
向所述铁氧体构件和所述中央导体施加静态磁场的永磁铁；
用于输入输出信号的输入端子与输出端子；和
起所述不可逆电路器件接地作用的接地端子；
其中所述不可逆电路器件还包括：
接在所述输出口与所述接地端子之间的并联电容器；
接在所述端接口与所述接地端子之间的并联电容器；
接在所述输入口与所述输入端子之间的串联电容器；和
接在所述输入端子与所述接地端子之间的并联电容器。
2.一种不可逆电路器件，其特征在于包括：
铁氧体构件；
具有输入口、输出口与端接口的中央导体，其中所述输入口、所述输出口与所述端接口在交叉方向上形成在所述铁氧体构件上；
向所述铁氧体构件和所述中央导体施加静态磁场的永磁铁；
用于输入输出信号的输入端子与输出端子；
起所述不可逆电路器件接地作用的接地端子；和
接至所述端接口的端接电阻器；
其中所述不可逆电路器件还包括：
接在所述输出口与所述接地端子之间的并联电容器；
接在所述输入口与所述输入端子之间的串联电容器；
接在所述输入端子与所述接地端子之间的并联电容器；和
接在所述端接口与所述端接电阻器之间的串联电容器。
3.如权利要求2所述的不可逆电路器件，其特征在于还包括接在所述端接电阻器与所述接地端子之间的并联电容器。
4.一种不可逆电路器件，其特征在于包括：
铁氧体构件；
具有输入口、输出口与端接口的中央导体，其中所述输入口、所述输出口与所述端接口在交叉方向上形成在所述铁氧体构件上；
向所述铁氧体构件与所述中央导体施加静态磁场的永磁铁；
用于输入输出信号的输入端子与输出端子；和
起所述不可逆电路器件接地作用的接地端子；
其中所述不可逆电路器件还包括：
接在所述输出口与所述接地端子之间的并联电容器；
接在所述端接口与所述接地端子之间的并联电容器；
接在所述输入口与所述输入端子之间的串联电容器；和
接在所述输入口与所述接地端子之间的并联电容器。
5.如权利要求4所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口位于与其相接的所述并联电容器与所述串联电容器之间。
6.如权利要求1所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述并联电容器和所述串联电容器均是单片电容器。
7.如权利要求2所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述并联电容器和所述串联电容器均是单片电容器。
8.如权利要求3所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述并联电容器和所述串联电容器均是单片电容器。
9.如权利要求4所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述并联电容器和所述串联电容器均是单片电容器。
10.如权利要求5所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述并联电容器和所述串联电容器均是单片电容器。
11.如权利要求1所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口的输入阻抗范围为3～45欧姆。
12.如权利要求2所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口的输入阻抗范围为3～45欧姆。
13.如权利要求3所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口的输入阻抗范围为3～45欧姆。
14.如权利要求4所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口的输入阻抗范围为3～45欧姆。
15.如权利要求5所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述输入口的输入阻抗范围为3～45欧姆。
16.如权利要求2所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述端接电阻器的阻值范围为3～360欧姆。
17.如权利要求3所述的不可逆电路器件，其特征在于，所述端接电阻器的阻值范围为3～360欧姆。
18.一种包括发射电路与接收电路中至少一个电路的通信设备，所述电路包括一如权利要求1所述的不可逆电路器件。
19.一种包括发射电路与接收电路中至少一个电路的通信设备，所述电路包括一如权利要求2所述的不可逆电路器件。
20.一种包括发射电路与接收电路中至少一个电路的通信设备，所述电路包括一如权利要求4所述的不可逆电路器件。
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