JP2001119211A - 非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型で電気的特性に優れた非可逆回路素子を
提供することを目的とする。 【解決手段】 フェライト板１１と、フェライト板１１
の側面の周囲に配置された複数個の磁石１２と、フェラ
イト板１１を挟むように配置された２枚のヨーク板１３
およびヨーク板１４とを備える。ヨーク板１３は、フェ
ライト板１１に到達する磁束を略均一化するための磁束
経路調節手段として機能する貫通孔１５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非可逆回路素子に
関し、特にたとえば、アイソレータやサーキュレータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】主にマイクロ波帯において使用される自
動車電話や携帯電話などの移動体通信機器の端末機に用
いられる非可逆回路素子としては、小型化が容易なた
め、集中定数型のアイソレータが早くから使用されてき
た。アイソレータは移動体通信機器の送信段においてパ
ワーアンプとアンテナの間に配置され、パワーアンプへ
の不要信号の逆流を防いだり、パワーアンプの負荷側の
インピーダンスを安定させたりすることなどを目的とし
て用いられているが、昨今の移動体通信機器の急激な小
型化によりさらなる小型化の要請が強くなっている。

【０００３】現在、携帯電話等の端末機に広く利用され
ている集中定数型のアイソレータの一般的な構成につい
て、図９を用いて簡単に説明する。従来のアイソレータ
１の分解斜視図を図９に示す。従来のアイソレータ１
は、円板状のフェライト板２と、フェライト板２に対向
して配置された磁石３と、これらを内包するヨークケー
ス４ａおよび４ｂとを備える。ヨークケース４ａおよび
４ｂは、嵌合して一体となるが、図９では、分解したと
きの状態を示している。そして、フェライト板２の周囲
には、電気的に絶縁され１２０度の角度で交差し重ね合
わされた３組のストリップライン５ａ、５ｂおよび５ｃ
が配置されている。ストリップライン５ａおよび５ｂは
それぞれ、一方の端が、並列に配置された入出力端子お
よびコンデンサに接続されている。ストリップライン５
ｃは、一方の端が、並列に配置された抵抗およびコンデ
ンサに接続されている。また、ストリップライン５ａ、
５ｂおよび５ｃの他端は、それぞれフェライト板２の下
面において接地円板６に接続され接地されている。アイ
ソレータ１では、ヨークケース４ａおよび４ｂが磁気回
路の一部を形成している。

【０００４】なお、図９ではアイソレータの構成を説明
したが、ストリップライン５ｃを抵抗で終端しないで３
つめの入出力端子を設けてこれに接続すれば、サーキュ
レータを構成することができる。

【０００５】図９に示すように、従来のアイソレータま
たはサーキュレータにおいては、フェライト板２を磁化
するための磁石３が、フェライト板２に対向して配置さ
れており、素子を薄型化するためには磁石３の厚みを薄
くしなければならなかった。ところが、反磁界の影響の
ため、所望の磁界強度を得るためには磁石の厚みを単純
に薄くすることができず、素子としての特性を損なうこ
となく薄型化することには限界があった。

【０００６】そこで素子の薄型化を目的として、フェラ
イト板の外周部周辺に磁石を並列配置する方法が提案さ
れてきた。このような従来のアイソレータ１ａの断面図
を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示すように、ア
イソレータ１ａは、フェライト板２と、フェライト板２
の外周方向に並列配置された複数の磁石３と、磁石３の
同極同士を橋架けするとともにフェライト板２を挟むよ
うに配置された２枚のヨーク板７とを備える。なお、フ
ェライト板２の周囲には、図９と同様にストリップライ
ンが形成されているが、図１０（ａ）では図示を省略す
る（図１０（ｂ）においても同様に省略する）。

【０００７】さらに、磁石３をフェライト板２に並列配
置した場合に生じるフェライト板２の不均一磁化の問題
を解決するために、図１０（ｂ）に示すようなアイソレ
ータ１ｂが提案されている（特開平１０−３０３６０６
号公報）。このアイソレータ１ｂでは、ヨーク板７とフ
ェライト板２との空隙に第２の磁石８が配置されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２の
磁石８を配置する方法ではフェライト板２の均一磁化に
限界があり、非可逆回路素子の電気的特性を充分に引き
出せていないという問題があった。特に、従来の非可逆
回路素子では、フェライト板２の外縁部に磁束が集中し
やすいという問題があった。

【０００９】本発明は、前記従来の課題を解決するた
め、薄型で電気的特性に優れた非可逆回路素子を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の非可逆回路素子は、フェライト板と、同極
側を同一方向に向けて前記フェライト板の側面の周囲に
配置された複数個の磁石と、前記磁石から発生した磁束
を前記フェライト板へ導くため前記フェライト板を挟む
ように配置された２枚のヨーク板とを備え、前記２枚の
ヨーク板の少なくとも一方が、前記フェライト板に到達
する磁束を略均一化するための磁束経路調節手段を備え
ることを特徴とする。上記本発明の非可逆回路素子によ
れば、フェライト板を磁化するための磁石がフェライト
板の側面の周囲に配置されているため、薄型の非可逆回
路素子が得られる。また、上記本発明の非可逆回路素子
によれば、ヨーク板に形成された磁束経路調節手段によ
ってフェライト板に到達する磁束が略均一化されるた
め、電気的特性に優れた非可逆回路素子が得られる。

【００１１】上記非可逆回路素子では、前記磁束経路調
節手段が、前記ヨーク板に形成された貫通孔、前記ヨー
ク板に形成された切り欠き部および前記ヨーク板に形成
された凹凸形状から選ばれる少なくとも一つであること
が好ましい。上記構成によって、フェライト板に到達す
る磁束を容易に略均一化することができる。

【００１２】上記非可逆回路素子では、前記貫通孔が、
前記ヨーク板のうち前記フェライト板の外縁部に対応す
る位置に形成されていることが好ましい。上記構成によ
って、フェライト板に到達する磁束がフェライト板の外
縁部に集中することを防止して、磁束を略均一化でき
る。

【００１３】上記非可逆回路素子では、前記凹凸形状
が、前記ヨーク板のうち前記フェライト板の中央部対応
する位置に形成された凸部であることが好ましい。上記
構成によって、ヨーク板の凸部を介して磁束がフェライ
ト板に到達しやすくなるため、磁束がフェライト板の外
縁部に集中することを防止できる。

【００１４】上記非可逆回路素子では、前記フェライト
板と前記ヨーク板との間に配置された磁性体をさらに備
えることが好ましい。上記構成によって、フェライト板
に到達する磁束を特に均一化することができる。さら
に、上記構成において、前記磁性体を磁石とすることに
よって、薄型の非可逆回路素子が得られる。

【００１５】上記非可逆回路素子では、前記フェライト
板の側面の周囲に配置された前記複数の磁石が希土類磁
石であることが好ましい。上記構成によって、小型で薄
型の非可逆回路素子が得られる。

【００１６】上記非可逆回路素子では、前記フェライト
板の側面の周囲に配置された前記複数の磁石が、前記フ
ェライト板に対して略対称に配置されていることが好ま
しい。上記構成によって、電気的特性が特に優れた非可
逆回路素子が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて具体的に説明する。

【００１８】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
非可逆回路素子の一例を説明する。

【００１９】実施形態１の非可逆回路素子１０の分解斜
視図を図１に示す。なお、非可逆回路素子１０では、磁
石とヨーク板とは密接しているが、理解を容易にするた
め、図１では分離して図示している（以下の図において
も同様である）。また、非可逆回路素子１０は、フェラ
イト板の周囲にストリップラインや接地円板を備えるが
（図２参照）、図１では理解を容易にするため図示を省
略している（図３以降の図においても同様に省略す
る）。

【００２０】図１を参照して、非可逆回路素子１０は、
フェライト板１１と、フェライト板１１の側面の周囲に
配置された複数個の磁石１２と、フェライト板１１を挟
むように配置された２枚のヨーク板１３（上ヨーク板）
およびヨーク板１４（下ヨーク板）とを備える。そし
て、ヨーク板１３には、複数の貫通孔１５が形成されて
いる。

【００２１】図１では図示していないが、図２に示すよ
うに、フェライト板１１の周囲には、電気的に絶縁され
１２０度の角度で交差し重ね合わされた３組のストリッ
プライン２１ａ、２１ｂおよび２１ｃが配置されてい
る。ストリップライン２１ａは、一方の端が、並列に配
置された入出力端子２２ａおよびコンデンサ２３ａに接
続されている。ストリップライン２１ｂは、一方の端
が、並列に配置された入出力端子２２ｂおよびコンデン
サ２３ｂに接続されている。ストリップライン２１ｃ
は、一方の端が、並列に配置された抵抗２４およびコン
デンサ２３ｃに接続されている。また、ストリップライ
ン２１ａ、２１ｂおよび２１ｃの他端は、それぞれフェ
ライト板１１の下面において、接地円板２５に接続され
接地されている。

【００２２】なお、図２では、非可逆回路素子１０がア
イソレータである場合を説明したが、ストリップライン
２１ｃを抵抗で終端しないで３つめの入出力端子を設け
てこれに接続すれば、サーキュレータが得られる。

【００２３】フェライト板１１には、さまざまなものを
用いることができるが、たとえば、ＹＩＧ（イットリウ
ム・鉄・ガーネット）系の磁性体などを用いることがで
きる。具体的には、ＹＩＧの一部をＡｌ、Ｇｄ、Ｖまた
はＣａなどで置換したものを用いることができる。フェ
ライト板１１の形状には特に限定がないが、たとえば、
図１に示すような円板状のものをもちいることができ
る。

【００２４】複数の磁石１２は、フェライト板１１を磁
化するためのものであり、フェライト板１１の側面の周
囲（フェライト板１１の一主面に対向しない位置）に同
一極が同一方向を向くように並列に配置されている。

【００２５】複数の磁石１２には、たとえば、フェライ
ト磁石や希土類磁石を用いることができる。磁石１２に
用いるフェライト磁石としては、たとえば、バリウムフ
ェライト磁石やストロンチウムフェライト磁石が挙げら
れる。また、磁石１２に用いる希土類磁石としては、た
とえば、サマリウムコバルト磁石やネオジウム鉄系磁石
が挙げられる。この中でも、素子全体の形状を小さくす
ることができるため、磁石１２に希土類磁石を用いるこ
とが好ましい。また、複数の磁石１２は、フェライト板
１１の中心軸に対して略対称に配置されることが好まし
い。複数の磁石１２を略対称に配置することによって、
フェライト板１１をより均一に磁化することができる。

【００２６】ヨーク板１３および１４は、磁石１２から
発生した磁束をフェライト板１１に導くためのものであ
る。ヨーク板１３は、複数の磁石１２の同極を橋架けす
るように磁石１２に接している。ヨーク板１４は、複数
の磁石１２の他の同極を橋架けするように磁石１２に接
している。ヨーク板１３には、たとえば、鉄、ケイ素鋼
板などの軟磁性体を用いることができる。

【００２７】非可逆回路素子１０の平面図を図３に示
す。図３に示すように、ヨーク板１３には、フェライト
板１１の外縁部に対応する位置のうち磁石１２に近接し
た位置に貫通孔１５が形成されている。したがって、非
可逆回路素子１０では、ヨーク板１３および１４を介し
てフェライト板１１に到達する磁束がフェライト板１１
の磁石１２側の外縁部に集中することを防止できる。す
なわち、非可逆回路素子１０では、ヨーク板１３が、フ
ェライト板１１に到達する磁束を略均一化するための磁
束経路調節手段として機能する貫通孔１５を備える。

【００２８】なお、本発明の非可逆回路素子では、磁束
経路調節手段として貫通孔１５以外のものを用いてもよ
い。具体的には、磁束経路調節手段として、ヨーク板に
形成された貫通孔、ヨーク板に形成された切り欠き部お
よびヨーク板に形成された凹凸形状から選ばれる少なく
とも一つを用いることができる。すなわち、磁束経路調
節手段として、ヨーク板に形成された貫通孔、ヨーク板
に形成された切り欠き部またはヨーク板に形成された凹
凸形状のいずれか一つを用いてもよいし、これらを任意
に組み合わせてもよい。

【００２９】磁束経路調節手段がヨーク板に形成された
凹凸形状である場合の非可逆回路素子１０ａについて、
一例の模式断面図を図４（ａ）に、平面図を図４（ｂ）
に示す。図４を参照して、非可逆回路素子１０ａは、ヨ
ーク板１３ａに凸部４１を備える。凸部４１は、フェラ
イト板１１の中央部（外縁部を除く部分）にフェライト
板１１に向かって形成されており、ヨーク板１３ａは凸
部４１の部分でフェライト板１１に近接している。この
ため、ヨーク板１３ａを介してフェライト板１１に導か
れる磁束は、凸部４１を通じてフェライト板１１に導か
れやすくなり、フェライト板１１に到達する磁束が略均
一化される。

【００３０】また、磁束経路調節手段がヨーク板に形成
された切り欠き部を含む場合の非可逆回路素子につい
て、一例の非可逆回路素子１０ｂの平面図を図５（ａ）
に、他の一例の非可逆回路素子１０ｃの平面図を図５
（ｂ）に示す。非可逆回路素子１０ｂのヨーク板１３ｂ
は、磁束経路調節手段として、磁石１２側からフェライ
ト板１１側に向かって形成された切り欠き部５１を備え
る。また、非可逆回路素子１０ｃのヨーク板１３ｃは、
磁束経路調節手段として、切り欠き部５１および貫通孔
１５を備える。

【００３１】また、ヨーク板１３ｄが磁束経路調節手段
として貫通孔１５と凸部４１とを備える場合の非可逆回
路素子１０ｄについて、一例の分解斜視図を図６に示
す。

【００３２】アイソレータである上記非可逆回路素子１
０、１０ａおよび１０ｄについて、アイソレータの代表
的電気的特性である挿入損失の値を測定した結果を表１
に示す。表１中、サンプル１、２および３は、それぞれ
非可逆回路素子１０、１０ａおよび１０ｄの測定値を示
している。また、表１には、比較例として、第２の磁石
８を用いた従来のアイソレータ１ｂ（図１０参照）につ
いての測定結果も示す。なお、表１のサンプルでは、フ
ェライト板１１として、ＹＩＧ系のフェライト板を用い
ている（以下のサンプルにおいて同様である）。また、
表１のサンプルでは、磁石１２として、ストロンチウム
フェライト磁石を用いている。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示すように、本発明の非可逆回路素
子によれば、従来のアイソレータよりも挿入損失が小さ
く、優れた電気的特性が得られることがわかる。特に、
本発明の非可逆回路素子は、第２の磁石８のように部品
数を増やすことなく優れた電気的特性が得られる。これ
は、第２の磁石８を用いても、フェライト板を磁化する
のに使われる磁束の大半はフェライト板に並列配置され
た磁石から発生する磁束によるものであるため、本発明
の構成のように並列配置された磁石からの磁束の流れを
ヨーク板部分で制御する方がフェライト板をより均一に
磁化できるためである。また、表１に示すように、磁束
経路調節手段として貫通孔および凹凸形状とを備えるこ
とによって特に挿入損失を小さくできることがわかっ
た。

【００３５】また、非可逆回路素子１０ａについて、磁
石１２の材質を変化させた場合における、同等の挿入損
失を得るための磁石１２の大きさと、このときの素子の
外径寸法とを調べた結果を表２に示す。各サンプルにお
ける磁石１２の材質は、サンプル２ではストロンチウム
フェライト磁石、サンプル４ではサマリウムコバルト磁
石、サンプル５ではネオジウム鉄系磁石である。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２から明らかなように、ストロンチウム
フェライト磁石のようなフェライト磁石を用いるより
も、サマリウムコバルト磁石やネオジウム鉄系磁石のよ
うな希土類磁石を用いる方が、小さい磁石で同様の挿入
損失を得ることができ、結果として素子を小型化できる
ことがわかった。

【００３８】以上説明したように、実施形態１の非可逆
回路素子によれば、薄型で電気的特性に優れた非可逆回
路素子が得られる。

【００３９】なお、上記実施形態１では、フェライト板
１１に対してストリップライン２１側に配置されたヨー
ク板１３にのみ磁束経路調節手段が形成されている場合
を示したが、本発明の非可逆回路素子は、ヨーク板１３
および１４から選ばれる少なくとも一つのヨーク板が磁
束経路調節手段を備えるものであればよい（以下の実施
形態においても同様である）。一例として、ヨーク板１
３ａおよび１４ｂの両方に凸部４１が形成されている非
可逆回路素子１０ｅの模式断面図を図７に示す。

【００４０】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
非可逆回路素子について、他の一例を説明する。

【００４１】実施形態２の非可逆回路素子８０は、実施
形態１の非可逆回路素子１０および１０ａ〜１０ｅと比
較して、磁性体８１を備える点のみが異なるため、重複
する説明を省略する。

【００４２】非可逆回路素子８０について、模式断面図
を図８に示す。図８を参照して、非可逆回路素子８０
は、フェライト板１１と、フェライト板１１の側面の周
囲に配置された複数個の磁石１２と、フェライト板１１
を挟むように配置された２枚のヨーク板１３および１４
とを備え、さらに、フェライト板１１とヨーク板１３と
の間に磁性体８１を備える。なお、フェライト板１１の
周囲には、図２に示すようにストリップラインや接地円
板が配置されているが図示は省略している。

【００４３】磁性体８１は、フェライト板１１の磁化状
態をさらに均一化するためにフェライト板１１とヨーク
板１３との間に配置される。磁性体８１には、さまざま
な磁性材料からなるものを用いることができるが、たと
えば、フェライト板１１と同じ材質からなる磁性体や、
磁石をもちいることができる。磁性体８１の形状につい
ては特に限定がないが、たとえば、フェライト板１１よ
りも若干径が大きい円板状のものを用いることができ
る。

【００４４】実施形態１で説明した非可逆回路素子１０
ａと、実施形態２の非可逆回路素子８０とについて、挿
入損失を測定した結果と、このときの磁石１２および非
可逆回路素子の外径寸法を表３に示す。なお、サンプル
６では磁性体８１としてＹＩＧ系フェライトを用い、サ
ンプル７では磁性体８１としてストロンチウムフェライ
ト磁石を用いた。

【００４５】

【表３】

【００４６】表３から明らかなように、フェライト板１
１とヨーク板１３との間に磁性体８１を配置することに
よって、フェライト板１１の磁化状態がより均一化さ
れ、磁性体がない場合（サンプル２）と比較して、挿入
損失が改善されることがわかった。また、磁性体８１に
よって磁束経路の磁気抵抗が低下するため、並列配置し
た磁石１２を薄型化することができ、結果として非可逆
回路素子を薄型化できることがわかった。特に、サンプ
ル７では、磁性体８１として磁石を用いているため、磁
石から発生する磁束もフェライト板１１に加わることに
なり、素子をさらに薄型化できることがわかった。

【００４７】上記実施形態２の非可逆回路素子によれ
ば、電気的特性に優れ、特に薄型の非可逆回路素子が得
られる。

【００４８】以上、本発明の実施形態について例を挙げ
て説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず
本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用するこ
とができる。

【００４９】たとえば、上記実施形態で説明した磁束経
路調節手段の形状は一例であり、フェライト板１１に到
達する磁束を均一化するための形状であれば、どのよう
な形状であってもよい。

【００５０】また、上記実施形態では、フェライト板１
１に並列に配置される磁石１２として、直方体の磁石を
２個用いる場合を示したが、磁石１２の数や形状はこれ
に限定されず、さまざまな磁石を用いることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非可逆回
路素子によれば、薄型で電気的特性に優れた非可逆回路
素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の非可逆回路素子について一例を示す
分解斜視図である。

【図２】 本発明の非可逆回路素子について一例の一部
拡大図である。

【図３】 本発明の非可逆回路素子について一例を示す
平面図である。

【図４】 本発明の非可逆回路素子について他の一例を
示す（ａ）断面図および（ｂ）平面図である。

【図５】 本発明の非可逆回路素子についてその他の例
を示す平面図である。

【図６】 本発明の非可逆回路素子についてその他の一
例を示す分解斜視図である。

【図７】 本発明の非可逆回路素子についてその他の一
例を示す断面図である。

【図８】 本発明の非可逆回路素子についてその他の一
例を示す断面図である。

【図９】 従来の非可逆回路素子について一例を示す分
解斜視図である。

【図１０】 従来の非可逆回路素子について他の例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、８０
非可逆回路素子 １１ フェライト板 １２ 磁石 １３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１４、１４ｂ
ヨーク板 １５ 貫通孔 ４１ 凸部（凹凸形状） ５１ 切り欠き部 ８１ 磁性体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェライト板と、 同極側を同一方向に向けて前記フェライト板の側面の周
   囲に配置された複数個の磁石と、 前記磁石から発生した磁束を前記フェライト板へ導くた
   め前記フェライト板を挟むように配置された２枚のヨー
   ク板とを備え、 前記２枚のヨーク板の少なくとも一方が、前記フェライ
   ト板に到達する磁束を略均一化するための磁束経路調節
   手段を備えることを特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 前記磁束経路調節手段が、前記ヨーク板
   に形成された貫通孔、前記ヨーク板に形成された切り欠
   き部および前記ヨーク板に形成された凹凸形状から選ば
   れる少なくとも一つである請求項１に記載の非可逆回路
   素子。
3. 【請求項３】 前記貫通孔が、前記ヨーク板のうち前記
   フェライト板の外縁部に対応する位置に形成されている
   請求項２に記載の非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 前記凹凸形状が、前記ヨーク板のうち前
   記フェライト板の中央部対応する位置に形成された凸部
   である請求項２に記載の非可逆回路素子。
5. 【請求項５】 前記フェライト板と前記ヨーク板との間
   に配置された磁性体をさらに備える請求項１ないし４の
   いずれかに記載の非可逆回路素子。
6. 【請求項６】 前記磁性体が磁石である請求項５に記載
   の非可逆回路素子。
7. 【請求項７】 前記フェライト板の側面の周囲に配置さ
   れた前記複数の磁石が希土類磁石である請求項１ないし
   ６のいずれかに記載の非可逆回路素子。
8. 【請求項８】 前記フェライト板の側面の周囲に配置さ
   れた前記複数の磁石が、前記フェライト板に対して略対
   称に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載
   の非可逆回路素子。