CN1186850C - 不可逆电路元件和通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种不可逆电路元件和通信装置，可不通过平衡-不平衡变换器和混和电路等而连接平衡输出电路。其中心电极组装体(13)在圆极状微波铁氧体(20)的上表面以电绝缘状态将中心电极(21～23)配置成相互间的交叉角为大致120度。中心电极(22，23)在各自的一端有连接部(28，29)，另一端连到接地电极(25)。中心电极(21)两端具有连接部(26，27)。该连接部为馈电端，连接中心电极(21)的输入端口(1)为平衡型输入端口，连接中心电极(22)的输出端口(2)为不平衡型输出端口，连接中心电极(23)的端口(3)为终端端。

Description

不可逆电路元件和通信装置

技术领域

本发明涉及例如用于微波频段的隔离器和循环器等的不可逆电路元件和通信装置。

背景技术

历来，在平衡输出电路的输出端，尤其在推挽放大器(具有以180度相位差工作的一对放大器的组件)的输出端，插入平衡—不平衡变换器、混合电路和功率组合器。然后，利用这些平衡—不平衡变换器等，将平衡信号变成单端信号。

通常，在微波频段以下(HF频段、VHF频段、UHF频段以下采用平衡—不平衡变换器。微波频段以上(UHF频段以上)则采用混合电路和功率组合器。平衡—不平衡变换器多数采用宽带铁氧体芯，这时，可使用的频率上限高达UHF频段。混合电路和功率组合器通常用分布常数电路构成，因而如果在UHF频段以上，其尺寸在实用上不成为大问题。

在通信设备，尤其在包含调幅部分为QPSK等的发送电路和可靠性要求高的发送电路，变换成单端信号的发送信号通过隔离器后，经天线切换装置(或天线共用装置)等送到天线。如果不经过隔离器，则来自天线和天线装置等的反射会回到平衡输出电路(尤其是放大器)，使从平衡输出电路看的负载阻抗发生变化。而且，负载阻抗变化，则发送信号波形失真大，或者放大器工作不稳定，产生振荡，情况欠佳。

然而，以往那样，将平衡—不平衡变换器(或混合电路，功率组合器)和隔离器加以组合，则放大电路部分体积大且成本高，不能适应最近移动通信设备小型化和低成本的要求。而且，发送信号通过平衡—不平衡变换器和隔离器这两部分，因而插入损耗大。又，发送电路部分处理的功率大，因而组成部件数量多，连接处增加，则容易产生杂散辐射，通信设备内部相互干扰的可能性高，存在问题。平衡—不平衡变换器和隔离器各自的工作带宽又使发送电路部分的工作带宽变窄，因而也存在可工作频带变成窄带的问题。

此外，通信设备为了防止来自功率放大器的2次谐波，3次谐波等的发射，经常除隔离器外，还设置低通滤波器和带通滤波器，将高次谐波抑制到基波比为-60dB左右。然而，这种电路结构中，体积、价格、插入损耗增大。因此，期望隔离器有效抑制高次谐波。当然也希望不设置滤波器而抑制高次谐波。

隔离器中，确实具有衰减比工作频率(基波)高的频率的信号的高次谐波抑制效果。尤其如3次谐波那样偏离基波远的信号，能使其充分衰减，例如3-～40dB以上等，然而，该器件往往本来就不是滤波器，2次谐波那样比较靠近基波的频率信号衰减15～25dB左右，与3次谐波相比，衰减量不能说是充分的。

常规(不平衡，即单端)输出的放大器中，与3次谐波信号(基波比为-40dB左右)相比，2次谐波信号较强(基波比为-30dB左右)，因而与隔离器组合也不能使2次谐波充分衰减(基波比约-50dB)，常常需要添加滤波器，使基波比为-60dB以下。

平衡型(推挽)放大器，以2次谐波的发生少为特性(例如基波比约-40dB至-50dB)。因此，3次谐波(基波约-40dB)的抑制反而成为课题。另一方面，如上所述，隔离器抑制3次谐波的能力大。因此，利用平衡型放大器与隔离器组合，有希望将2次、3次谐波抑制到基波比为-60dB以下，而且具有余量，又不增加滤波器，然而，以往的隔离器需要在与平衡型放大器之间插入平衡—不平衡变换器。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种不可逆电路元件和通信装置。能不通过平衡—不平衡变换器和混合电路等而连接平衡输出电路。

发明内容

为解决前述技术问题，本发明所涉及的不可逆电路元件，包括

a.永久磁铁，

b.由所述永久磁铁施加直流磁场的铁氧体，以及

c.配置在所述铁氧体上的多个中心电极；

d.分别连接所述多个中心电极的多个端口中，至少一个端口是平衡型端口。具体而言，利用使中心电极的2个端部为馈电端，形成平衡型端口。这里，中心电极的电长度最好是1/2波长。

以上结构组成的不可逆电子元件不通过平衡—不平衡变换器和混合电路等就可连接到平衡输出电路的输出端。

为了使不可逆电子元件与连接该不可逆电子元件的平衡输出电路阻抗匹配，例如在平衡型端口的中心电极的两端分别串联匹配电容，或者用匹配电容连接在平衡型端口中心电极的两端之间，或者用匹配电容分别电连接在平衡端口中心电极各端与地之间。或者，通过匹配电容将平衡端口中心电极的两端分别电连接平衡输入输出端，或用匹配电容电连接在平衡输入输出端之间，或用匹配电容电连接在各平衡输入输出端与地之间。

又，使平衡型端口中心电极的电极宽度不同于其余中心电极的电极宽度，从而可在非可逆电路元件与平衡输出电路之间得到最佳阻抗匹配。尤其在平衡输出电路阻抗低时，使平衡型端口中心电极的电极宽度比其余中心电极的电极宽度大，从而中心电极端中的导体损耗减小，可得到插入损耗低的不可逆电路元件。

此外，本发明的通信装置包含具有上述特征的不可逆电路元件和以大致180度相位差驱动的一对放大器，并且一对放大器的输出端连接不可逆电路元件的平衡型端口。利用以上结构，可得到小型且具有优良频率特性的通信装置。

附图说明

图1为示出本发明不可逆电路元件一实施形态的分解立体图。

图2为图1所示不可逆电路元件的内部平面图。

图3为示出图1所示不可逆电路元件内部连接状态的概略结构图。

图4为图1所示不可逆电路元件的外观立体图。

图5为示出将图1所示不可逆电路元件连接到平衡输出电路的通信装置中发送电路部分的电路图。

图6为示出图1所示不可逆电路元件变换例的内部平面图。

图7为示出本发明不可逆电路元件另一实施形态的概略结构图。

图8为示出平衡输出电路连接图7所示不可逆电路元件的通信装置中发送电路部分的电路图。

图9为示出本发明不可逆电路元件和通信装置又一实施形态的电路图。

图10为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图11为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图12为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图13为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图14为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图15为示出本发明不可逆路电路元件又一实施形态的等效电路图。

图16为示出平衡输出电路连接图1所示为不可逆电路元件的另一通信装置中发送电路部分的电路图。

图17为示出平衡输出电路连接图1所示为不可逆电路元件的另一通信装置中发送电路部分的电路图。

附图中，1、1a、41、51、61、71、81、91、101、111为几种常数型隔离器，9为永久磁铁，14、15为平衡输入端，20为铁氧体，21～23、21a为中心电极，26～29为连接部，40、40a、40b、40c、40d为便携电话机，31为推挽放大器，32、33为放大器，C1～C8为匹配电容。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明不可逆电路元件和通信装置的实施形态。各实施形态中，不可逆电路元件以集总常数型隔离器为例进行说明，同一组件和同一部分标注相同的标号，省略重复说明。

(第1实施形态图1～图6)

如图1所示，隔离器1大致具有金属制下侧盒4、树脂制端盒3、中心电极组装体13、金属制上侧盒8、永久磁铁9、绝缘性构件7、电阻R和匹配电容C1～C4。

中心电极组装体13，在圆极状微波铁氧体的上表面将中心电极21～23以电绝缘状态配置成相互间的交叉角约为120度。中心电极22、23在各自的一端具有连接部28、29，另一端连接地电极25。中心电极22、23共用的地电极25设置成大致覆盖铁氧体20的下表面。中心电极21在两端具有连接部26、27。中心电极组装体13、其铁氧体20背面上设置的接地电极25穿通树脂制端盒3的窗部3C，利用焊接等方法连接金属制下侧盒4的底壁4b，从而接地。

如图2所示，树脂制端盒3模压镶嵌平衡输入端(二差动输入端)14和15、不平衡输入端16以及3个接地端17。这些端14～17的一端从树脂制端盒3中对置的侧壁3a分别往外导出，另一端露出在树脂制端盒3的底部3b，从而分别形成平衡输入引出电极部14a和15a、不平衡输出引出电极部16a以及接地引出电极部17a。平衡输入引出电极部14a、15a和不平引出电极部16a分别焊接到中心电极21、22的连接部26、27、28。

匹配电容C1～C4的高电位侧的电容电极分别焊接到中心电极21～23的连接部26～29，低电位侧电容电极则分别焊接到露出树脂制端盒3上的接地引出电极部17a。电阻R的一端过中心电极23的连接部29连接匹配电容C4的高电位侧电容电极，另一端连接露出树脂制端盒3的底部3b的接地引出电极部17a。即，匹配电容C4和电阻R并联在中心电极23的连接部29与地之间。图3示出隔离器1的内部电连接状态。

上述结构组成的各组件例如组装如下。如图1所示，从树脂制端盒3的下方安装金属制下侧盒4。接着，在该树脂制端盒3内收装中心电极组装体13，匹配电容C1～C4和电阻R等，并且装上金属制上侧盒8。在金属制上侧盒8与中心电极组装体13之间配置永久磁铁9和绝缘性构件7。永久磁铁9对中心电极组装体13施加直流磁场H。下侧盒4与上侧盒8结合后，形成金属盒，从而构成磁路，也起轭铁的作用。

这样，就回到图4所示的隔离器1。图5是便携电话机40组装该隔离器1时的电路图。图5中30为为示出平衡输出电路，31为具有按180度相位差工作的一对放大器32和33的推挽放大器，34为天线开关，35为开线元件。

隔离器1的中心电极21的2个端部(具体为连接部26和27)作为馈电端，连接该中心电极21的输入端口1是平衡型输入端口。连接该隔离器1的中心电极21的平衡型输入端口1电连接到推挽放大器31的平衡输出端。连接隔离器1的中心电极22的输出端口2是不平衡型输出端口。该不平衡型输出端口2电连接天线开关34。连接隔离器1的中心电极23的端口3则为终端端口。

该隔离器1可不通过平衡—不平衡变换器和混合电路等而连接推挽放大器31(平衡输出电路)的输出端。因此，能使发送电路部分体积小且成本低。又能省平衡—不平衡变换器省和混合电路等因而能得到插入损耗和杂散辐射小且工作频带宽的便携电话机40。

如果调整使位于平衡型输入端口1的中心电极21两端的各连接部26、27与地之间电连接的匹配电容C1、C3的静电容值，能使发送电路部分的工作中心频率符合目的频率。而且，不是中心电极21两端之间用电容电连接的结构，因而不产生导线等带来的杂散寄生电感分量。

中心电极21～23的电长度最好设定为1/2波长。平衡型端中1的口心电极21的电长度设定为1/2波长时，中心电极21两端的连接部26与27之间的阻抗无限大，从而插入平衡型传输线路之间的电抗无限大。也就是说，中心电极21不需要连接匹配电容。平衡型性传输线路之间插入的电抗为接近无限大的状态。则利用匹配电容变换阻抗的程度小即可，从而隔离器的工作频带也为宽频带。

利用使平衡端口1的中心电极21a的电极宽度不同于其他中心电极22，23的电极宽度，与推挽放大器31之间得到最佳阻抗匹配。尤其在推挽放大器31的阻抗低时，如图6所示的隔离器1a那样使平衡型输入端口1的中心电极21a的电极宽度大于其他中心电极21a中的导体损耗减小，能得到插入损耗小的隔离器1a。

推挽放大器31的性质使2次谐波的发生少(例如基波比为-40至-50dB左右)。因此，3次谐波(基波比约-40dB)的抑制反而成为课题。反之，隔离器1抑制3次谐波的能力大。因此，利用推挽放大器31与隔离器1组合，能抑制2次、3次谐波至基准比为-60dB以下，而且具有余量，又不增加滤波器或平衡-不平衡变换器。

表1示出推挽放大器31与隔离器1组合时测定2次、3次谐波抑制程度和插入损耗的结果。为了比较，一起示出不平衡放大器与已有型隔离器组合时和不平衡放大器与已有型隔离器及低通滤波器组合时各自的测定结果。这样，由于防止杂散谐波发射，同时使成本，尺寸和重量部减小，而且插入损耗也减小，实现低耗电型通信设备。在移动通信设备中实现小型、重量轻、价格低且电池工作时间长。

                          表  1

(第2实施形态  图7和图8)

图7示出第2实施形态的隔离器41的内部电连接状况。匹配电容C2、C4的高电位侧电容电极分别焊接到中心电极22、23的连接部28、29，低电位侧电容电极分别焊接到接地引出电极部17a。匹配电容C5下表面的电容电极焊接到中心电极21的一个连接部26，上表面电容电极通过导线42电连接中心电极21的另一连接部27。

电阻R的一端通过中心电极23的连接部29连接匹配电容C4的高电位侧电容电极，另一端连接接地引出部17a。

图8是便携电话机41a的发送电路部分组装该隔离器41时的电路图。图8中，45是具有分布常数线路(带状线)46、47和电阻48的功率分配器。隔离器41的中心电极21的2个端部(具体为连接部26和27)作为馈电端，连接该中心电极21的输入端口1是平衡输入端口。连接该隔离器41的中心电极21的平衡型输入端口1电连接到推挽放大器31的平衡输出端。推挽放大器31中的一个放大器33串联移相器33。

此隔离器41可不通过平衡—不平衡变换器或混合电路等而连接推挽放大器31(平衡输出电路)的输出端。因此，能使发送电路部分体积小且成本低。又能省省去平衡—不平衡变换器或混合电路等，因而能得到插入损耗和杂散辐射小且可工作频带宽的便携电话机40a。

如果调整电连接在平衡型输入端口的中心电极21两端之间匹配电容C5的静电容值，则能使发送电路部分的工作中心频率符合目的频率。

(第3实施形态 图9)

图9是便携电话机40b的发送电路部分装入第3实施形态的隔离器51时的电路图。图9中，53是具有分布常数线路(带状线)54～57的混合电路，58是终端电阻。隔离器51的中心电极21的两个端部(具体为连接部26和27)作为馈电端，连接该中心电极21的输入端口1是平衡型输入端口。该隔离器51在中心电极21不预先连接匹配电容，适合于小型化。

(第4～第9实施形态 图10～图15)

图10是第4实施形态的隔离器61的等效电路图。此隔离器61将中心电极21的两个端部作为馈电端，连接该中心电极21的端口1为平衡型输入端口。中心电极21的两个端部之间电连接匹配电容C5，而且中心电极21的各端部分别电串联匹配电容C6和7。利用适当调整这些匹配电容C5～C7的静电容值，能使发送电路部分的工作中心频率符合目的频率。而且，能使输出阻抗大幅度偏离50Ω的平衡输出电路取得阻抗匹配。

图11是第5实施形态的隔离器71的等效电路图。此隔离器71在将两个端部作为馈电端的中心电极的各端部与地之间分别连接匹配电容C1、C3，同时在中心电极21的各端部分分别串联匹配电容C6、C7。利用适当调整这些匹配电容C1、C3、C6和C7的静电容值，能使发送电路部分的工作中心频率符合目的频率。而且，能使输出阻抗大幅度偏离50Ω的平衡输出电路取得阻抗匹配。

图12是第6实施形态的隔离器81的等效电路图。此隔离器81在将两个端部作为馈电端的中心电极21的各端部与平衡输入端14、15之间分别电连接匹配电容C6、C7。适当调整这些匹配电容C6、C7的静电容值，能使输出阻抗低(例如10Ω以下)的平衡输出电路取得阻抗匹配。

图13是第7实施形态的隔离器91的等效电路图。此隔离器61在加两个端面作为馈电端的中心电极21的各端部与平衡输入端14、15之间电连接匹配电容C6、C7同时在平衡输入端14与15之间电连接匹配电容C5，适当调整这些匹配电容C5～C7的静电容值，能使发送电路部分的工作中心频率符合目的频率。而且，能使输出阻抗幅度偏离50Ω的平衡输出电路取得阻抗匹配。

图14是第8实施形态的隔离器101的等效电路图。此隔离器101在图10所示的第4实施形态的隔离器61上，还将匹配电容C8连接在平衡输入端14与15之间，图15是第9实施形成的隔离器111的等效电路图。此隔离器111在图11所示的第5实施形态的隔离器71上，还将匹配电容C8电连接在平衡输入端14与15之间。

(其它实施形态)

本发明的不可逆电路元件和通信装置不受上述实施形态限制，在其要旨的范围内可作各种变换。例如，上述实施形态中，对将一个端口作为终端的集总常数型的隔离器的情况进行说明，但本发明也能用于3端口几种常数型循环器等其他高次谐波组件。

中心电极和匹配电容等也可在介电基片和磁性体基片的表面上用图案印刷等方法形成，还可在叠积介电片和磁性体片而构成的多层基片的内部用图案印刷等方法进行叠层配置。在磁性体基片和叠积磁性体片面构成的磁性体多层基片形成中心电极时，能得到铁氧体与中心电极一体化的结构。

本发明的通信装置也不受上述实施形态限制。例如，图16是便携电话机40C的发送电路部分装入第1实施形态的隔离器1时的电路图。图16中，Vcc是电源端，127是FET(也可以是晶体管)，123和124是阻抗元件(例如电阻器)，125和126是电容，31是具有以180度相位差工作的一对放大器32和33的推挽放大器，34是天线开关，35是天线元件。

隔离器1的中心电极的两个端部(具体为连接部26和27作为馈电端，连接该中心是电极21的输入端口1是平衡型输入端口。连接此隔离器1的中心电极21的平衡型输入端口1电连接到推挽放大器31的平衡输出端。连接隔离器1的中心电极22的输出端口2是不平衡型输出端口。此不平衡型输出端口2电连接天线天并34。连接隔离器1的中心电极23的端口3则为终端端口。

图17是便携电话机40d的发送电路部分装入第1实施形态的隔离器1时的电路图。图17中，131是平衡型混频器，132是平衡型滤波器(例如声表面波滤波器)，131是平衡型放大器，31是具有以180度相位差工作的一对放大器32和33的推挽放大器，134是天线共用器(双工器)，35是天线元件。平衡型混频器131对调制波或已调频信号和载波或本机振荡信号进行混频。

从以上的说明可知，根据本发明，分别连接多个电极的多个端口中至少一个端口是平衡型端口，因而平衡输出电路的输出端连接不可逆电路元件时，可不通过平衡—不平衡变换器和混和电路等而进行连接。利用使平衡型端口中心电极的宽度不同于其余中心电极的宽度，可在不可逆电路元件与平衡电路的阻抗低时，使平衡型端口中心电极的宽度大于其余中心电极的宽度，从而中心电极中的导体损耗减小，能得到插入损耗低的不可逆电路元件。结果，降低制造成本、插入损耗和杂散辐射，能得到小型且具有良好频率特性的通信装置。

利用平衡型放大器与本发明的平衡输入型隔离器组合，能将2次谐波和3次谐波抑制到基波比为-60dB以下，而且具有余量，又不增加滤波器和平衡—不平衡变换器。这样，可防止杂散高次谐波发射，同时使成本、体积和重减小，而且插入损耗也减小，从而成为低耗电型通信设备。在移动通信设备上实现小型、重量轻、价格低且电池工作时间长。

Claims (12)

1、一种不可逆电路元件，具有多个端口，其特征在于，包括永久磁铁，

由所述永久磁铁施加直流磁场的铁氧体，以及

配置在所述铁氧体上的多个中心电极，

分别连接所述多个中心电极的多个端口中，至少一个端口是平衡型端口。

2、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

将所述平衡型端口的中心电极的2个端部作为馈电端。

3、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述平衡型端口的中心电极的两端分别电串联连接匹配电容。

4、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

用匹配电容电连接在所述平衡型端口的中心电极的两端之间。

5、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

分别用匹配电容电连接所述平衡型端口的中心电极的各端与地之间。

6、如权利要求4所述的不可逆电路元件，其特征在于，

分别通过匹配电容将所述平衡型端口的中心电极的两端电连接到平衡输入输出端。

7、如权利要求6所述的不可逆电路元件，其特征在于，

用匹配电容电连接所述平衡输入输出端之间。

8、如权利要求6所述的不可逆电路元件，其特征在于，

分别用匹配电路电连接各所述平衡输入输出端与地之间。

9、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述中心电极的电长度为1/2波长。

10、如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述平衡型端口的中心电极的电极宽度不同于其余中心电极的电极宽度。

11、如权利要求10所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述平衡型端口的中心电极的电极宽度大于其余中心电极的电极宽度。

12、一种通信装置，其特征在于，包括

以180度相位差驱动的一对放大器，以及

将平衡型端口连接到所述一对放大器输出端的如权利要求1所述的不可逆电路元件。

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