JP2001168605A - 非可逆回路素子及び通信機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所定の周波数帯域で大きな減衰量が得られるよ
うにした、小型かつ安価な非可逆回路素子及びこれを用
いた通信機装置を提供する。 【解決手段】１つの中心導体のポートＰ１と接地間に、
インダクタＬ１とキャパシタＣ１を直列接続した直列共
振回路を接続し、他の中心導体のポートＰ２，Ｐ３と接
地間にキャパシタＣ２，Ｃ３を接続し、ポートＰ３に終
端抵抗Ｒを接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯等の
高周波帯域で使用される、例えばアイソレータ、サーキ
ュレータ等の非可逆回路素子、及びこれを用いた通信機
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集中定数型のアイソレータやサーキュレ
ータ等の非可逆回路素子は信号の伝送方向に対する減衰
量が極めて小さく、逆方向への減衰量が極めて大きい、
という特性を利用して携帯電話等の通信機装置に用いら
れている。

【０００３】一般に、集中定数型のアイソレータは、図
８の等価回路に示すように、磁性体（フェライト）に３
本の中心導体Ｌを交差させて配置し、各中心導体Ｌのポ
ートＰ１，Ｐ２，Ｐ３と接地間に整合用のキャパシタＣ
０を接続し、１つのポートＰ３に終端抵抗Ｒを接続し、
磁性体及び各中心導体に直流磁界Ｈｅｘを印加して構成
されている。図８では磁性体を破線で表している。

【０００４】ところで、一般の通信機装置において、回
路中に使用されている増幅器は必ずある程度の歪みを発
生させ、これが基本波の２倍波や３倍波等の不要輻射
（スプリアス）の原因となるため、予め基準や規格が設
けられていて、ある一定レベル以下にする必要がある。
この不要輻射を防ぐためには、直線性の良い増幅器を用
いることが有効であるが、それらは高価であり、代わり
にフィルタ等を備えて不要な周波数成分を減衰させる方
法が一般的である。しかし、そのようなフィルタを使用
するにもコストがかかりまたサイズが大型化する上、フ
ィルタによる損失も発生する。

【０００５】一方、通信機装置においては、回路中の増
幅器の安定動作及び保護のために、アイソレータやサー
キュレータが使用されるが、特に集中定数型のアイソレ
ータやサーキュレータは、その順方向特性が帯域通過フ
ィルタの特性を有していて、通過帯域より離れた周波数
帯域では、順方向であっても信号が減衰されるという特
徴を備えている。しかし、図８に示した従来の基本的な
構成を備えただけの非可逆回路素子では、不要な周波数
帯域で充分な減衰特性を得ることはできなかった。

【０００６】そこで、主に基本波の２倍波または３倍波
の不要輻射の周波数帯域で大きな減衰量が得られる非可
逆回路素子が特開平１０−９３３０８号、特開平１０−
７９６０７号等に示されている。これら公報の非可逆回
路素子においては、上記図８に示した構成に加え、入出
力ポートに帯域通過フィルタ用のインダクタを新たに付
加し、さらに外部にキャパシタを接続することにより、
低域通過フィルタを構成している。これにより、不要な
周波数帯域を減衰させ不要輻射の発生を低減でき単体の
フィルタを外部に設ける場合に比べて通信機全体の小型
化が図れるとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１０−９３３０８号、特開平１０−７９６０７号の
非可逆回路素子では、低域通過フィルタを構成するため
には１個のインダクタと１個または２個のキャパシタ
（コンデンサ）が必要となり、部品点数が多くなる、ま
たはその値の調整（設定）が難しく、小型化、低価格化
が困難であるという問題があった。すなわち、個別のコ
ンデンサを付加すれば部品点数が多くなりコストアップ
を招くとともに小型化が困難となる。また実装基板や整
合用キャパシタを利用した場合、個々の値の設定に制約
が生じ、設計が困難になる。また、整合用キャパシタに
フィルタ用のキャパシタを並列に付加したことにより、
整合用キャパシタが大型化する。また、低域通過フィル
タには比較的大きなインダクタンス値のインダクタを必
要とする。

【０００８】そこで、本発明の目的は、所定の周波数帯
域で大きな減衰量が得られるようにした、小型かつ安価
な非可逆回路素子及びこれを用いた通信機装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非可逆回路素子は、直流磁界が印加される
磁性体に複数の中心導体を互いに交差させて配置してな
る非可逆回路素子において、前記中心導体のうち入力ま
たは出力ポートとなる中心導体のポート部と接地間に、
非可逆回路素子の動作周波数よりも高い共振周波数を有
する、インダクタとキャパシタからなる直列共振回路を
接続したことを特徴とする。すなわち、本発明では、入
力または出力ポートの中心導体のポート部に、従来の整
合用キャパシタにインダクタを直列接続して直列共振回
路を形成している。なお、直列共振回路を入力ポートあ
るいは出力ポートのいずれか一方に接続するか、もしく
は両方のポートに接続するかは、目的とする形状（サイ
ズ）や減衰量等に応じて設定される。

【００１０】上記の構成によれば、インダクタとキャパ
シタからなる直列共振回路は非可逆回路素子の動作周波
数よりも高域側に極を有するトラップとなっており、動
作周波数よりも高域側の周波数帯域で大きな減衰量を得
ることができ、基本波（動作中心周波数）の２倍波や３
倍波の不要輻射を大きく減衰させることができる。

【００１１】すなわち、直列共振回路に整合回路と帯域
阻止フィルタの機能を併用させることにより、不要輻射
防止用の別のフィルタ、フィルタの構成部品、ＬＣ直列
共振回路等を外付けする必要がなく、これらの場合に比
べ部品点数を減らすことができ、非可逆回路素子及び通
信機全体の小型化及び低価格化を図ることができる。

【００１２】また、この構成では、特開平１０−９３３
０８号等の低域通過フィルタを構成したものに比べ、キ
ャパシタやインダクタの値を小さくできるので、より小
型化することが可能となる。

【００１３】また、一般的に非可逆回路素子は３倍波よ
りも２倍波の減衰量が小さいので直列共振回路の共振周
波数は、２倍波近傍に設定するのが最も不要輻射防止効
果が大きく、この共振周波数は基本波と３倍波の間に設
定するのが望ましい。

【００１４】また、直列共振回路を構成するインダクタ
を中心導体と一体に形成することにより、部品点数を増
やすことなく、直列共振回路を形成することができ、さ
らにコストを低減することができる。

【００１５】また、本発明に係る通信機装置は上記の特
徴を有する非可逆回路素子を備えて構成される。これに
より、小型かつ安価で特性が良好な通信機装置を得るこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態に係るアイ
ソレータの構成を図１〜図３を参照して説明する。図１
はアイソレータの分解斜視図、図２は上ヨークを取り外
した状態での平面図、図３は等価回路図である。

【００１７】図１及び図２に示すように、このアイソレ
ータは、磁性体金属からなる箱状の上ヨーク２の内面に
円板状の永久磁石３を配置するとともに、この上ヨーク
２と、同じく磁性体金属からなる略コ字状の下ヨーク８
とによって磁気閉回路を形成し、下ヨーク８内の底面８
ａ上に樹脂ケース７を配設し、樹脂ケース７内に磁性組
立体５、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、終端抵抗
Ｒを配設し、磁性組立体５に永久磁石３により直流磁界
を印加するように構成している。

【００１８】磁性組立体５は、円板状の磁性体５５の下
面に、３本の中心導体５１，５２，５３に共通のアース
部を当接させて、磁性体５５の上面に３本の中心導体５
１〜５３を絶縁シート（不図示）を介在させて互いに１
２０°の角度をなすように折り曲げて配置し、中心導体
５１〜５３の先端側のポート部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を外方
へ突出させた構造としている。中心導体５１〜５３は、
銅等の金属導体板を打ち抜き加工して形成されたもので
あり、共通のアース端となる円形状のアース部を有し、
このアース部から所定の角度間隔（１２０°間隔）で外
方に突出して設けられている。

【００１９】そして、このアイソレータでは、中心導体
５１の先端部を幅狭くミアンダ状に加工して、中心導体
５１のポート部Ｐ１に所定のインダクタンス値を有する
インダクタＬ１を一体に形成している。

【００２０】樹脂ケース７は、電気的絶縁部材からな
り、矩形枠状の側壁７ａに底壁７ｂを一体形成したもの
であり、入出力端子７１，７２、アース端子７３を、そ
れらの一部が樹脂内に埋設されるように設けている。底
壁７ｂの略中央部には挿通孔７ｃを形成していて、この
挿通孔７ｃ内に磁性組立体５を挿入配置する。この磁性
組立体５の下面の各中心導体５１〜５３のアース部は下
ヨーク８の底面８ａにはんだ付け等により接続する。入
出力端子７１，７２及びアース端子７３の一端は底壁７
ｂの上面に露出するように、またそれぞれの他端は底壁
７ｂの下面及び側壁の外面に露出するように設けてい
る。

【００２１】挿通孔７ｃの周縁にはそれぞれチップ状の
整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、チップ状の終端抵
抗Ｒを配置している。各中心導体５１，５２ポート部Ｐ
１，Ｐ２は入出力端子７１，７２に接続している。各コ
ンデンサＣ１〜Ｃ３の下面電極及び終端抵抗Ｒの一端側
の電極はそれぞれアース端子７３，７３に接続してい
る。コンデンサＣ１の上面電極は中心導体５１のポート
部Ｐ１に形成されたインダクタＬ１の先端部に接続して
いる。コンデンサＣ２，Ｃ３の上面電極はそれぞれ中心
導体５２，５３のポート部Ｐ２，Ｐ３に接続し、終端抵
抗Ｒの他端側はポート部Ｐ３に接続している。

【００２２】すなわち、このアイソレータは、図３の等
価回路に示すように、中心導体５１のポートＰ１と接地
（アース）間に、インダクタＬ１とキャパシタＣ１を直
列接続した直列共振回路を接続し、ポートＰ２，Ｐ３と
接地間にキャパシタＣ２，Ｃ３を接続し、ポートＰ３に
終端抵抗Ｒを接続した構成となっている。なお、図３に
おいて、磁性体を破線で表し、直流磁界をＨｅｘとして
表し、中心導体５１〜５３を等価的なインダクタＬとし
て表し、他の各符号は、図１及び図２に示したものと対
応した符号で表している。

【００２３】インダクタＬ１とキャパシタＣ１とからな
る直列共振回路はトラップとして機能し、基本波の２倍
波や３倍波の不要輻射を抑止するためのものであり、そ
の共振周波数がアイソレータの動作周波数よりも高くな
るようにインダクタＬ１及びキャパシタＣ１の値を設定
する。一般的に３倍波よりも２倍波の方が減衰量が小さ
いので、２倍波での減衰量を大きく取るために、この共
振周波数は、通過帯域幅やアイソレーション特性等の他
の特性を考慮して、基本波と３倍波の間となるように設
定される。

【００２４】次に、本実施形態での効果を説明する。図
４は本実施形態（図３の構成）と従来（図８の基本構
成）のアイソレータの伝搬方向の減衰特性を示す図であ
り、実線は実施形態での特性、破線は従来例での特性で
ある。外形寸法は、ほぼ幅７．０ｍｍ×奥行き７．０ｍ
ｍ×高さ２．０ｍｍであり、基本波（動作中心周波数）
を９００ＭＨｚとし、例えばインダクタＬ１を約１．１
ｎＨ、キャパシタＣ１を約６．７ｐＦに設定している。
つまり直列共振回路の共振周波数を約１．９ＧＨｚとな
る。キャパシタＣ２，Ｃ３及び従来例の各キャパシタＣ
０は９．０ｐＦに設定している。

【００２５】図４に示すように、実施形態例では直列共
振回路の共振周波数に減衰極が形成されるとともに、基
本波よりも高域側での減衰量が従来例のものよりも大き
くなっている。より具体的には、従来例の場合に、２倍
波の減衰量が約１９ｄＢ、３倍波の減衰量が約２８ｄＢ
であるのに対して、実施形態によれば、２倍波の減衰量
は約３０ｄＢ、３倍波の減衰量は約３９ｄＢとなり、そ
れぞれ約１１ｄＢの改善となっている。

【００２６】次に、第２実施形態に係る非可逆回路素子
の構成を図５に示す。上記第１実施形態ではアイソレー
タの入出力ポートのいずれか一方にインダクタとキャパ
シタからなる直列共振回路を接続したが、入出力ポート
の両方に同様の直列共振回路を接続してもよい。図５に
示すアイソレータでは、入力ポートＰ１と接地間にイン
ダクタＬ１とキャパシタＣ１からなる直列共振回路を接
続し、出力ポートＰ２と接地間にインダクタＬ２とキャ
パシタＣ２からなる直列共振回路を接続している。いず
れの共振周波数もアイソレータの動作周波数よりも高く
設定している。

【００２７】次に、本実施形態での効果を説明する。図
６は本実施形態（図６の構成）と従来（図８の基本構
成）のアイソレータの伝搬方向の減衰特性を示す図であ
る。インダクタＬ１，Ｌ２を約１．１ｎＨ、キャパシタ
Ｃ１，Ｃ２を約６．７ｐＦに設定したものである。他の
設定は第１実施形態と同様である。

【００２８】図６に示すように、本実施形態のアイソレ
ータでは、基本波よりも高域側での減衰量が第１実施形
態のものよりもさらに大きくなっている。より具体的に
は、２倍波の減衰量は約３３ｄＢ、３倍波の減衰量は約
５０ｄＢとなり、従来の構成のものよりもそれぞれ約１
４ｄＢ、２２ｄＢの改善となっている。このように入出
力ポートの両方に直列共振回路を接続することにより、
動作周波数の高域側の周波数帯域の減衰量をさらに大き
くすることができる。

【００２９】図６の設定では入力ポート及び出力ポート
のいずれも同じ値のインダクタ及びキャパシタを用いた
が、直列共振回路の共振周波数が異なるように、それぞ
れ異なる値のものを用いるようにしてもよい。この場
合、動作周波数の高域側に２つの減衰極が形成され、よ
り多様な減衰特性を得ることができる。

【００３０】なお、上記各実施形態の構成において、ポ
ートＰ３に終端抵抗Ｒを接続することなくサーキュレー
タとした場合にも本発明を適用することができる。

【００３１】また、上記実施形態では、直列共振回路を
構成するインダクタＬ１を中心導体５１〜５３と同一部
材で一体に形成したが、これに限るものではなく、チッ
プインダクタやソレノイドコイル等のインダクタ素子を
用いてもよく、また誘電体基板上あるいは内部に電極パ
ターンを形成してインダクタを形成してもよい。特に、
構成部材を安定に保持する等のためのスペーサ部材を用
いた構造の場合には、スペーサ部材にインダクタを形成
すれば部品点数を増やすことなく、直列共振回路を形成
することができる。

【００３２】また、非可逆回路素子の構造も第１実施形
態のものに限るものではなく、中心導体を誘電体や磁性
体の内部または表面に電極膜で形成した構造のものであ
ってもよい。この場合にも積層基板にインダクタを形成
すれば部品点数を増やす必要がない。

【００３３】次に、本発明の第３実施形態に係る通信機
装置の構成を図７に示す。この通信機装置は、送信用フ
ィルタＴＸ及び受信用フィルタＲＸからなるデュプレク
サＤＰＸのアンテナ端にアンテナＡＮＴが接続され、送
信用フィルタＴＸの入力端とと送信回路との間にアイソ
レータＩＳＯが接続され、受信用フィルタＲＸの出力端
に受信回路が接続されて構成されている。送信回路から
の送信信号はアイソレータＩＳＯを経由し、送信用フィ
ルタＴＸを通してアンテナＡＮＴから発信される。ま
た、アンテナＡＮＴで受信された受信信号は受信用フィ
ルタＲＸを通して受信回路に入力される。

【００３４】ここに、アイソレータＩＳＯとして、上記
実施形態のアイソレータを使用することができる。本発
明に係る非可逆回路素子を用いることにより、小型かつ
安価で特性が良好な通信機装置を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る非可
逆回路素子によれば、入力ポートまたは出力ポートに接
続されたインダクタとキャパシタからなる直列共振回路
により動作周波数よりも高域側の周波数帯域で大きな減
衰量を得ることができ、基本波の２倍波や３倍波の不要
輻射を大きく減衰させることができる。この直列共振回
路はインダクタを付加するだけで構成しており、別のフ
ィルタや部品を外付けすることなくフィルタ機能を内蔵
することができ、非可逆回路素子の小型化、低価格化を
図ることができる。

【００３６】また、本発明に係る非可逆回路素子を実装
することにより、小型かつ安価で特性が良好な通信機装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るアイソレータの分解斜視図
である。

【図２】同アイソレータの上ヨークを取り除いた状態で
の平面図である。

【図３】第１実施形態に係るアイソレータの等価回路図
である。

【図４】第１実施形態及び従来のアイソレータの減衰量
の周波数特性を示す図である。

【図５】第２実施形態に係るアイソレータの等価回路図
である。

【図６】第２実施形態及び従来のアイソレータの減衰量
の周波数特性を示す図である。

【図７】第３実施形態に係る通信機装置のブロック図で
ある。

【図８】従来のアイソレータの等価回路図である。

【符号の説明】

２ 上ヨーク ３ 永久磁石 ５ 磁性組立体 ５１〜５３ 中心導体 ５５ 磁性体 ７ 樹脂ケース ７１、７２ 入出力端子 ７３ アース端子 ８ 下ヨーク Ｃ１〜Ｃ３ キャパシタ（コンデンサ） Ｌ１、Ｌ２ インダクタ Ｒ 終端抵抗 Ｐ１〜Ｐ３ ポート部（ポート）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流磁界が印加される磁性体に複数の中
   心導体を互いに交差させて配置してなる非可逆回路素子
   において、 前記中心導体のうち入力または出力ポートとなる中心導
   体のポート部と接地間に、非可逆回路素子の動作周波数
   よりも高い共振周波数を有する、インダクタとキャパシ
   タからなる直列共振回路を接続したことを特徴とする非
   可逆回路素子。
2. 【請求項２】 前記直列共振回路の共振周波数を非可逆
   回路素子の動作周波数の３倍波よりも低く設定したこと
   を特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 【請求項３】 前記直列共振回路を構成するインダクタ
   を中心導体と同一部材で一体に形成したことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載の非可逆回
   路素子を備えたことを特徴とする通信機装置。