JP2001189606A - 非可逆回路素子及び通信機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁性体を小さくした場合にも中心導体のインダ
クタンス成分を大きくすることができ、よって、小型で
広帯域に亘って良好な特性を得ることができる非可逆回
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。 【解決手段】磁性組立体５は、直方体角板状の磁性体５
５に２本の中心導体５１，５２を互いに９０度の角度で
交差するように巻き付けて構成されている。中心導体５
１，５２は、銅や銀の金属材料からなる金属線にポリエ
ステル、ポリイアミド等の絶縁性樹脂を被覆したものを
用いている。

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】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通信機装置等に用いられて
いる。従来、２本の中心導体をフェリ磁性体（フェライ
ト）に電気的絶縁状態で互いに略９０度の角度で交差さ
せて配置し、各中心導体の一端をそれぞれ入出力端子に
接続し、他端を接地し、入出力端子と接地間にコンデン
サ、入出力端子間に抵抗を接続し、磁性体に静磁界を印
加するようにした２ポート型の非可逆回路素子が知られ
ている。このような構成とすることにより、３ポート型
の非可逆回路素子よりも、小型化できるとともに非可逆
特性の広帯域化を図ることができるとされている。

【０００３】従来、このような非可逆回路素子において
は、磁性体の表面あるいは内部に印刷等により中心導体
（電極膜）を形成する、または誘電体基板の表面あるい
は内部に印刷等により中心導体を形成したものを磁性体
上に配置、あるいは金属箔（導体板）の中心導体を磁性
体上に配置している（特開平１１−２０５０１６号公報
参照）。すなわち、従来の２ポート型の非可逆回路素子
では、中心導体は磁性体を巻回することなく、それぞれ
磁性体の一方主面上または主面に平行な一面にのみ配置
されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の移動
体通信機器における更なる小型化の要請に伴って、これ
に用いられる非可逆回路素子も更なる小型化が求められ
ている。通信機装置等の入出力の特性インピーダンスは
略５０Ωで設計するのが一般的であり、非可逆回路素子
の入出力部での特性インピーダンスも一般的に略５０Ω
に設定される。非可逆回路素子の入出力部での特性イン
ピーダンスは中心導体が持つインダクタンス成分とこれ
に並列に接続されるコンデンサの容量により決定され
る。

【０００５】しかしながら、上記従来の構成では、非可
逆回路素子を小型化する、すなわち磁性体を小型化した
場合、中心導体の長さも必然的に短くなり、そのインダ
クタンス成分が小さくなるので、所要の特性インピダン
スを得るためには、コンデンサの容量値を大きくするつ
まり大きな寸法のコンデンサが必要となり、結果的に小
型化することが困難であった。また、インダクタンス成
分が小さくなると、帯域幅も狭くなり、所要の帯域で所
望の挿入損失、所望のアイソレーション特性が得られな
い。

【０００６】すなわち、上記従来の非可逆回路素子で
は、小型化すると中心導体のインダクタンス成分が小さ
くなるので、インピーダンス整合が取れず所望の周波数
帯域で挿入損失が大きくなる等、所望の特性を得ること
ができない、逆に所望の特性を得ようとすると大きなサ
イズのコンデンサを使用しなければならず、小型化でき
ないという問題があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、磁性体を小さく
した場合にも中心導体のインダクタンス成分を大きくす
ることができ、よって、小型で広帯域に亘って良好な特
性を得ることができる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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る非可逆回路素子は、直流磁界が印加さ
れる磁性体に、複数の中心導体を絶縁状態で配置してな
る非可逆回路素子において、前記各中心導体が絶縁被覆
された金属線であり、この金属線を前記磁性体に１回以
上巻き付けて配置したことを特徴とする。

【０００９】また、一端が入力端子に接続され、他端が
接地された第１中心導体と、第１中心導体に対して絶縁
状態で交差するとともに、一端が出力端子に接続され、
他端が接地された第２中心導体と、第１、第２の中心導
体が配置された磁性体と、該磁性体の主面に対して略垂
直に静磁界を印加する永久磁石と、前記入力端子と接地
間に接続されたコンデンサと、前記出力端子と接地間に
接続されたコンデンサと、前記入力端子と前記出力端子
間に接続された抵抗とを備えた非可逆回路素子におい
て、前記第１、第２の中心導体が絶縁被覆された金属線
であり、この金属線を前記磁性体に一回以上巻き付けて
配置したことを特徴とする。金属線の材料としては、低
価格の銅または銀を用いる。ここで、中心導体（金属
線）が磁性体の両主面に亘って一回配置された状態を巻
き付け回数一回とする。

【００１０】この構成によれば、磁性体に中心導体を巻
き付けて配置しているので、小さな磁性体を用いても中
心導体を長くすることができ、そのインダクタンス成分
を大きくとることができる。さらに、巻き付け回数を変
えることにより、必要とするインダクタンス値を容易に
得ることができる。これにより、所要の特性インピーダ
ンスを得るためのコンデンサを小さくすることができ、
非可逆回路素子を小型化することができる。また、イン
ダクタンス成分が大きくなるため、動作周波数帯での非
可逆特性の帯域幅が広くなるので、広帯域に亘って挿入
損失を小さくすることができ、良好なアイソレーション
特性を得ることができる。また、絶縁被覆された金属線
を用いているので、各中心導体を電気的絶縁状態にする
ための絶縁シート等の絶縁体を別途配設する必要がな
く、製造コストを低減することができる。

【００１１】また、２つの中心導体で構成される２ポー
ト型の非可逆回路素子の場合、第１と第２の中心導体の
交差角度は、所望のアイソレーション特性を得るため
に、８０度〜１００度の範囲内に設定される。

【００１２】また、平面視多角形の磁性体を用いること
により、中心導体を各辺に直角に巻き付けることができ
るので、中心導体を精度よく確実に位置決めすることが
でき、交差角度を厳密に設定することができる。これに
より、バラツキの小さな安定で良好な特性を得ることが
できる。この場合、磁性体を直方体とすれば、大きな磁
性体基板から無駄なく簡単に切り出すことができ、磁性
体のコストを低減できる。

【００１３】また、直方体角板状の永久磁石を用いるこ
とにより、磁性体と同様に永久磁石のコストを低減する
ことができ、かつ磁性体に効率よく磁力を印加すること
ができる。磁性体が直方体の場合、特に有効となる。

【００１４】また、入力端子、出力端子及び接地導体が
形成された端子基板上に、各部材をシールドするととも
に磁気回路を構成するヨークを配置し、このヨークを端
子基板の接地導体に接続して接地することにより、シー
ルド効果が高められる。

【００１５】上記のような構成を採用することにより、
例えば直方体角板状の磁性体を用いた場合、その長辺の
寸法を１．０ｍｍ以下とすることことができる。また、
特性を劣化させることなく、平面視３．５ｍｍ角以下の
非可逆回路素子を実現することができる。

【００１６】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、小型で特性が良好な通信機装置を得ることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態に係る非可
逆回路素子の構成を図１〜図３を参照して説明する。図
１は非可逆回路素子の分解斜視図、図２は上ヨーク及び
永久磁石を取り外した状態での斜視図、図３は磁性組立
体の拡大斜視図である。

【００１８】本実施形態の非可逆回路素子は、軟鉄等の
磁性体金属からなる箱状の上ヨーク２の内面に直方体角
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７と
によって磁気閉回路を形成し、このヨーク内に磁性組立
体５、チップ状のコンデンサＣ１，Ｃ２、チップ状の抵
抗Ｒを配設し、下ヨーク７の下面に端子基板８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
るように構成されている。

【００１９】磁性組立体５は、図３に示すように両主面
の形状が長方形または正方形の平面視四角形状の磁性体
５５に２本の中心導体５１，５２を互いに９０度の角度
で交差するように巻き付けて構成されている。中心導体
５１，５２は、銅や銀の金属材料からなる金属線に絶縁
性樹脂を被覆したものを用いている。絶縁性樹脂として
は、ポリエステル、ポリイミド、ポリウレタン、ポリア
ミド、ポリエステルイミド等が用いられる。

【００２０】磁性体５５としては１辺の寸法が０．５ｍ
ｍ〜１．０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのものを
用い、中心導体５１，５２としては、直径０．０５ｍｍ
〜０．１０ｍｍのものを用いている。金属線の材料とし
ては、低価格で導電率のよい銅や銀を用いているが、金
等の他の金属材料を用いてもよい。また、断面形状も円
に限るものではなく、断面四角形の帯状のものを用いる
ようにしてもよい。

【００２１】すなわち、本実施形態では、中心導体５
１，５２として絶縁被覆された金属線を用い、これを磁
性体５５の両主面に少なくとも１回以上配置されるよう
に磁性体５５に巻き付けている。図３はそれぞれ１．５
回巻き付けた状態を図示している。

【００２２】端子基板８には入力端子電極８１、出力端
子電極８２及び接地導体８３が形成されている。入出力
端子電極８１，８２及び接地導体８３は端子基板８の側
面及び下面に跨って形成されており、この非可逆回路素
子は端子基板８の下面を実装面として実装基板（回路基
板）に表面実装される。

【００２３】図２に示すように、端子基板８上に下ヨー
ク７が配置され、下ヨーク７上に上記磁性組立体５、図
における上下面を電極とするチップ状のコンデンサＣ
１，Ｃ２が配置され、コンデンサＣ１，Ｃ２を橋架する
ようにコンデンサＣ１，Ｃ２上にチップ抵抗Ｒが配置さ
れている。下ヨーク７の下面は端子基板８上の接地導体
８３に、コンデンサＣ１，Ｃ２の下面電極は下ヨーク７
に、チップ抵抗Ｒの電極はコンデンサＣ１，Ｃ２の上面
電極に、それぞれはんだ付けされている。中心導体５
１，５２の一方の端部はそれぞれ下ヨーク７にはんだ付
けされ、中心導体５１の他方側はコンデンサＣ１の上面
電極を介して入力端子電極８１にそれぞれはんだ付けさ
れ、中心導体５２の他方側はコンデンサＣ２の上面電極
を介して出力端子電極８２にはんだ付けされている。こ
のとき、中心導体５１，５２の被覆材として、ポリエス
テルイミド等の樹脂材を用いればはんだ付け時の熱で被
覆が蒸発するので、はんだ付け部の絶縁被覆を予め削除
する必要がなく、工数を低減できる。

【００２４】上記の接続により、中心導体５１，５２の
一端が接地され、中心導体５１の他端が入力端子８１に
接続され、中心導体５２の他端が出力端子８２に接続さ
れ、入力端子８１と接地間にコンデンサＣ１が接続さ
れ、出力端子８２と接地間にコンデンサＣ２が接続さ
れ、入力端子８１と出力端子８２間に抵抗Ｒが接続され
た２ポートの非可逆回路素子が構成される。

【００２５】そして、予め永久磁石３が取り付けられた
箱状の上ヨーク２を被せて、上ヨーク２と下ヨーク７と
をはんだ付けすることによって、全体として非可逆回路
素子を構成している。この上ヨーク２と下ヨーク７とで
形成されるヨークは、磁気閉回路を形成するとともに、
内部の各部材を保護する外部ケースとして機能し、また
接地導体８３に接続されており電気的なシールド部材と
して機能している。

【００２６】上記のように、本実施形態の非可逆回路素
子では、中心導体５１，５２として絶縁被覆された金属
線を用い、これを磁性体５５に巻き付けており、従来の
ものに比べ、中心導体５１，５２のインダクタンス成分
を大きくしている。中心導体５１，５２の巻き付け回数
は、所望のインダクタンス成分が得られる回数に設定さ
れる。すなわち、中心導体の巻き付け回数を変えること
により、所望のインダクタンス値を容易に得ることがで
きる。

【００２７】したがって、小さなサイズの磁性体５５を
用いても中心導体５１，５２のインダクタンス成分を大
きくすることができるので、容量値の小さなすなわち寸
法の小さなコンデンサＣ１，Ｃ２を用いることができ、
非可逆回路素子全体を小型化することができる。例え
ば、動作周波数８００ＭＨｚで、縦０．７ｍｍ、横０．
７ｍｍ、厚み０．３ｍｍの磁性体に直径０．０５ｍｍの
中心導体を３．５回巻き付けると、そのインダクタンス
値は略１９．８ｎＨとなり、このときのコンデンサの所
要の容量値は２．０ｐＦとなる。ここで、誘電率１１
０、厚み０．１７ｍｍの誘電体材料を用いれば、コンデ
ンサの寸法は０．４５ｍｍ×０．７５ｍｍとなり、上記
構成の非可逆回路素子の外形寸法を３．５ｍｍ角以下と
することができる。

【００２８】また、中心導体５１，５２は絶縁被覆され
ているので、相互を絶縁するための別の絶縁体を必要と
せず、磁性組立体の組立工数を低減することができる。
また、上記のように平面視四角形状の直方体の磁性体５
５を用いれば、中心導体５１，５２を交差角度９０度で
容易にかつ確実に磁性体５５に巻き付けることができ
る。

【００２９】また、直方体の永久磁石３を用いているの
で、磁性体５５に効率よく磁力が印加される。

【００３０】なお、磁性体５５及び永久磁石の形状は第
１実施形態のもの限定されるものではなく、平面視四角
形以外の平面視多角形のもの、あるいは平面視円形のも
のを用いてもよい。平面視多角形の磁性体を用いれば、
中心導体を辺に直角に巻き付けることで、２つの中心導
体を所望の交差角度で精度よく巻き付けることができ
る。また、２つの中心導体の交差角度は９０度に限定さ
れるものではなく、必要に応じて８０度〜１００度の間
に設定する。また、非可逆回路素子の全体構造も第１実
施形態のものに限るものではない。例えば、ヨークを分
割することなく一体のヨークを用いてもよく、端子基板
として箱状のものを用いるようにしてもよく、各部材を
保持するためのスペーサ部材を配置するようにしてもよ
い。また、上記実施形態では、２ポート型の非可逆回路
素子を例にとって説明したが、３ポート型の非可逆回路
素子にも本発明を適用できる。

【００３１】次に、第２実施形態に係る通信機装置の構
成を図４を参照して説明する。上記非可逆回路素子を用
いて、例えば図４（ａ）に示すように、ＶＣＯ等の発振
器の発振出力部に非可逆回路素子を設け、非可逆回路素
子の出力部に接続される送信回路からの反射波が発振器
に入射しないようにする。これにより、発振器の発信安
定性を高める。また、図４（ｂ）に示すように、フィル
タの入力部に非可逆回路素子を設けて、非可逆回路素子
を整合用に用いる。これにより、定インピーダンスフィ
ルタを構成する。このような回路を送受信回路部に設け
て通信機装置を構成する。

【００３２】本発明に係る非可逆回路素子を用いること
により、小型で特性が良好な通信機装置を得ることがで
きる。

【００３３】

【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、小さな磁性体を用いても中心導体
のインダクタンス成分を大きくとることができ、これに
より所要の特性を得るためのコンデンサを小さくするこ
とができるので、非可逆回路素子を小型化することがで
きる。また、インダクタンス成分が大きくなるため、広
帯域に亘って挿入損失を小さくすることができ、良好な
アイソレーション特性を得ることができる。また、絶縁
被覆された金属線を用いているので、２つの中心導体を
電気的絶縁状態にするための絶縁体を別途配設する必要
がなく、コストを低減することができる。

【００３４】また、多角形角板状の磁性体を用いること
により、磁性体のコストを低減できるとともに、中心導
体を精度よく確実に位置決めでき、安定で良好な特性を
得ることができる。また、直方体の永久磁石を用いるこ
とにより、永久磁石のコストを低減することができると
ともに、磁性体に効率よく磁力を印加することができ
る。

【００３５】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実施形態に係る非可逆回路素子の分解斜視
図

【図２】第１実施形態に係る非可逆回路素子の上ヨーク
及び永久磁石を取り除いた状態での斜視図

【図３】第１実施形態に係る磁性組立体の斜視図

【図４】第２実施形態に係る通信機装置の主要部の構成
を示すブロック図

【符号の説明】

２ 上ヨーク ３ 永久磁石 ５ 磁性組立体 ５１、５２ 中心導体 ５５ 磁性体 ７ 下ヨーク ８ 端子基板 ８１ 入力端子電極 ８２ 出力端子電極 ８３ 接地導体 Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｒ 抵抗

Claims (11)

【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
   中心導体を絶縁状態で配置してなる非可逆回路素子にお
   いて、 前記各中心導体が絶縁被覆された金属線であり、この金
   属線を前記磁性体に１回以上巻き付けて配置したことを
   特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 一端が入力端子に接続され、他端が接地
   された第１中心導体と、第１中心導体に対して絶縁状態
   で交差するとともに、一端が出力端子に接続され、他端
   が接地された第２中心導体と、第１、第２の中心導体が
   配置された磁性体と、該磁性体の主面に対して略垂直に
   静磁界を印加する永久磁石と、前記入力端子と接地間に
   接続されたコンデンサと、前記出力端子と接地間に接続
   されたコンデンサと、前記入力端子と前記出力端子間に
   接続された抵抗とを備えた非可逆回路素子において、 前記第１、第２の中心導体が絶縁被覆された金属線であ
   り、この金属線を前記磁性体に一回以上巻き付けて配置
   したことを特徴とする非可逆回路素子。
3. 【請求項３】 前記金属線の材料が銅または銀であるこ
   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】 前記第１と第２の中心導体の交差角度を
   ８０度〜１００度の範囲内に設定したことを特徴とする
   請求項２または３に記載の非可逆回路素子。
5. 【請求項５】 前記磁性体が平面視多角形であることを
   特徴とする請求項１、２、３または４に記載の非可逆回
   路素子。
6. 【請求項６】 前記磁性体が平面視四角形であることを
   特徴とする請求項５に記載の非可逆回路素子。
7. 【請求項７】 前記永久磁石が平面視四角形であること
   を特徴とする請求項１、２、３、４、５または６に記載
   の非可逆回路素子。
8. 【請求項８】 前記各中心導体、前記磁性体、前記永久
   磁石、前記各コンデンサ、前記抵抗を収納するヨークを
   備え、前記入力端子、出力端子及び接地導体が形成され
   た端子基板上に前記ヨークを配置し、前記ヨークを端子
   基板の接地導体に接続したことを特徴とする請求項２、
   ３、４、５、６または７に記載の非可逆回路素子。
9. 【請求項９】 前記磁性体の長辺の寸法が１．０ｍｍ以
   下であることを特徴とする請求項６に記載の非可逆回路
   素子。
10. 【請求項１０】 前記非可逆回路素子の外形が平面視四
    角形状であり、長辺の寸法が３．５ｍｍ以下であること
    を特徴とする請求項１，２、３、４、５、６、７、８ま
    たは９に記載の非可逆回路素子。
11. 【請求項１１】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９または１０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。