JP2001211009A - 集中定数型非可逆回路素子 - Google Patents
集中定数型非可逆回路素子Info
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- JP2001211009A JP2001211009A JP2000015370A JP2000015370A JP2001211009A JP 2001211009 A JP2001211009 A JP 2001211009A JP 2000015370 A JP2000015370 A JP 2000015370A JP 2000015370 A JP2000015370 A JP 2000015370A JP 2001211009 A JP2001211009 A JP 2001211009A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄い厚さの永久磁石を用いても挿入損失の増
加を抑制した小型の非可逆回路素子を提供すること。 【解決手段】 永久磁石を用いた集中定数型非可逆回路
素子において、永久磁石に良導体材質によるコーティン
グ膜を設けた非可逆回路素子である。このとき、コーテ
ィング膜の電気伝導度は永久磁石の電気伝導度より大き
く、また、使用される周波数帯の中心周波数をｆ０、コ
ーティング膜の電気伝導度をＫ、透磁率をUとしたと
き、 で表される表皮厚さｔ0より厚いコーティング膜を形成
したものである。
加を抑制した小型の非可逆回路素子を提供すること。 【解決手段】 永久磁石を用いた集中定数型非可逆回路
素子において、永久磁石に良導体材質によるコーティン
グ膜を設けた非可逆回路素子である。このとき、コーテ
ィング膜の電気伝導度は永久磁石の電気伝導度より大き
く、また、使用される周波数帯の中心周波数をｆ０、コ
ーティング膜の電気伝導度をＫ、透磁率をUとしたと
き、 で表される表皮厚さｔ0より厚いコーティング膜を形成
したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号に対し
て非可逆伝送特性を有する非可逆回路素子に関し、具体
的には携帯電話などの移動体通信システムの中で使用さ
れ、マイクロ波あるいは準マイクロ波あるいはミリ波で
用いられるサーキュレーターやアイソレーターなどの集
中定数型非可逆回路素子に関するものである。
て非可逆伝送特性を有する非可逆回路素子に関し、具体
的には携帯電話などの移動体通信システムの中で使用さ
れ、マイクロ波あるいは準マイクロ波あるいはミリ波で
用いられるサーキュレーターやアイソレーターなどの集
中定数型非可逆回路素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集中定数型非可逆回路素子（以下、単に
非可逆回路素子あるいはアイソレータと言うことがあ
る。）は、ガーネット等のフェライトに複数の中心導体
を交差させて設け、直流磁界を磁石によってフェライト
に加え、フェライト内に磁気共鳴回転磁界を生じさせ
て、ある中心導体に入力された信号を減衰させること無
く特定方向の中心導体へ伝送する回路素子である。例え
ば、アイソレータは、３つの中心導体を交差させ、うち
一つを無反射終端とすることにより、他の２つの中心導
体間で、特定方向の信号はほとんど減衰させずに通過さ
せるが、逆方向の信号は大きく減衰させるような特性を
持たせた非可逆回路素子である。この様な非可逆回路素
子は、移動体通信機や携帯電話機等に使用され、送信部
及び受信部内での反射波の除去、インピーダンス整合、
増幅器・発振器等の安定動作などのために必要不可欠な
回路素子となっている。以下集中定数型のアイソレータ
を例にとって説明する。
非可逆回路素子あるいはアイソレータと言うことがあ
る。）は、ガーネット等のフェライトに複数の中心導体
を交差させて設け、直流磁界を磁石によってフェライト
に加え、フェライト内に磁気共鳴回転磁界を生じさせ
て、ある中心導体に入力された信号を減衰させること無
く特定方向の中心導体へ伝送する回路素子である。例え
ば、アイソレータは、３つの中心導体を交差させ、うち
一つを無反射終端とすることにより、他の２つの中心導
体間で、特定方向の信号はほとんど減衰させずに通過さ
せるが、逆方向の信号は大きく減衰させるような特性を
持たせた非可逆回路素子である。この様な非可逆回路素
子は、移動体通信機や携帯電話機等に使用され、送信部
及び受信部内での反射波の除去、インピーダンス整合、
増幅器・発振器等の安定動作などのために必要不可欠な
回路素子となっている。以下集中定数型のアイソレータ
を例にとって説明する。
【０００３】図１にアイソレータの一例を分解斜視図で
示す。この例によれば下ケース２１の上にアース板３０
を配置し、その上に容量素子４０が配置される。この容
量素子４０の上面には容量素子を構成する電極パターン
４３、４４、４５がそれぞれ形成されており中央に貫通
穴４１を有している。この容量素子用電極パターンの一
つ４５は、ダミー抵抗４６に接続され、更にダミー抵抗
４６はアース電極４７に接続されている。このアース電
極４７はスルーホール４９でアース板３０に接続され
る。この容量素子４０の貫通穴４１内にはマイクロ波磁
性体５５が配置される。このマイクロ波磁性体５５はガ
ーネット等のフェライト円板５０を包むように１２０度
の間隔で放射状に折り込まれた中心導体５６、５７、５
８を有しており、各中心導体間は絶縁されている。中心
導体５７、５８の端部は容量素子４０の電極パターンに
半田付けされて入出力端子を構成する。そして、その上
部に永久磁石６０が接着された上ケース６１を設け、上
ケース６１と下ケース２１をはめ合わせてアイソレータ
として組み立てられている。
示す。この例によれば下ケース２１の上にアース板３０
を配置し、その上に容量素子４０が配置される。この容
量素子４０の上面には容量素子を構成する電極パターン
４３、４４、４５がそれぞれ形成されており中央に貫通
穴４１を有している。この容量素子用電極パターンの一
つ４５は、ダミー抵抗４６に接続され、更にダミー抵抗
４６はアース電極４７に接続されている。このアース電
極４７はスルーホール４９でアース板３０に接続され
る。この容量素子４０の貫通穴４１内にはマイクロ波磁
性体５５が配置される。このマイクロ波磁性体５５はガ
ーネット等のフェライト円板５０を包むように１２０度
の間隔で放射状に折り込まれた中心導体５６、５７、５
８を有しており、各中心導体間は絶縁されている。中心
導体５７、５８の端部は容量素子４０の電極パターンに
半田付けされて入出力端子を構成する。そして、その上
部に永久磁石６０が接着された上ケース６１を設け、上
ケース６１と下ケース２１をはめ合わせてアイソレータ
として組み立てられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】最近の移動体通信の分
野では、機器の携帯を容易ならしめるために小型化が急
速に進められており、使用されるアイソレータにおいて
も小型化、薄型化が強く求められている。従って、アイ
ソレータを構成する個々の部品においても小型化が検討
されており、永久磁石の小型化についても例外ではな
い。しかし、永久磁石の小型化を進めようとすると、永
久磁石の持つ起磁力が減少し、必要な直流磁界が前記マ
イクロ波磁性体に供給できなくなってしまう。この起磁
力減少を補うためには、ネオジウム−鉄−ボロン磁石や
サマリウム−コバルト磁石といった強力な磁力を持った
希土類磁石などの永久磁石を用いればよい。ところが、
これらの永久磁石は導電性であるため、前記マイクロ波
磁性体から漏れ出てくる磁界により内部に誘導電流を生
じ、結果的に非可逆回路素子の挿入損失を大きくしてし
まうという問題がある。
野では、機器の携帯を容易ならしめるために小型化が急
速に進められており、使用されるアイソレータにおいて
も小型化、薄型化が強く求められている。従って、アイ
ソレータを構成する個々の部品においても小型化が検討
されており、永久磁石の小型化についても例外ではな
い。しかし、永久磁石の小型化を進めようとすると、永
久磁石の持つ起磁力が減少し、必要な直流磁界が前記マ
イクロ波磁性体に供給できなくなってしまう。この起磁
力減少を補うためには、ネオジウム−鉄−ボロン磁石や
サマリウム−コバルト磁石といった強力な磁力を持った
希土類磁石などの永久磁石を用いればよい。ところが、
これらの永久磁石は導電性であるため、前記マイクロ波
磁性体から漏れ出てくる磁界により内部に誘導電流を生
じ、結果的に非可逆回路素子の挿入損失を大きくしてし
まうという問題がある。
【０００５】そこで本発明の目的は、永久磁石を小型化
するもので損失要因の大きい永久磁石を用いた場合であ
っても、起磁力減少を補うと共に挿入損失の増加を抑制
せしめた非可逆回路素子を提供することにある。
するもので損失要因の大きい永久磁石を用いた場合であ
っても、起磁力減少を補うと共に挿入損失の増加を抑制
せしめた非可逆回路素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による集中定数型
非可逆回路素子は、フェライト及びこのフェライトと絶
縁状態を保って配置された中心導体とを有するマイクロ
波磁性体と、マイクロ波磁性体と電気的に接続された容
量素子と、マイクロ波磁性体に直流磁界を印加する永久
磁石と、これらを磁性ヨークを兼ねる金属製ケース内に
配置してなる非可逆回路素子であって、前記永久磁石に
は良導体材質によるコーティング膜を施したものであ
る。
非可逆回路素子は、フェライト及びこのフェライトと絶
縁状態を保って配置された中心導体とを有するマイクロ
波磁性体と、マイクロ波磁性体と電気的に接続された容
量素子と、マイクロ波磁性体に直流磁界を印加する永久
磁石と、これらを磁性ヨークを兼ねる金属製ケース内に
配置してなる非可逆回路素子であって、前記永久磁石に
は良導体材質によるコーティング膜を施したものであ
る。
【０００７】また、前記コーティング膜による効果が十
分発揮されるためには、コーティング膜の電気伝導度が
前記永久磁石の電気伝導度より大きいことが望ましく、
金属中もっとも電気伝導度の大きい銀、銅もしくはそれ
らを主体とする合金を材質とするコーティング膜が最も
有効である。例えば、永久磁石は薄型化が可能なネオジ
ウム−鉄−ボロン磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）やサマリウム
−コバルト磁石（Ｓｍ−Ｃｏ）といった磁気特性の高い
希土類磁石を用いるとき、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の電気伝
導度が約６×１０５Ｓ／ｍ、Ｓｍ−Ｃｏ磁石が約１×１
０６であるのに対し、銀のコーテイング膜は約６×１０
７Ｓ／ｍ、金のそれは約４×１０７Ｓ／ｍであり、およ
そ１桁から２桁（１０〜１００倍）程度大きな電気伝導
度特性を持つコーテイング膜を形成すると挿入損失を抑
制することができる。
分発揮されるためには、コーティング膜の電気伝導度が
前記永久磁石の電気伝導度より大きいことが望ましく、
金属中もっとも電気伝導度の大きい銀、銅もしくはそれ
らを主体とする合金を材質とするコーティング膜が最も
有効である。例えば、永久磁石は薄型化が可能なネオジ
ウム−鉄−ボロン磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）やサマリウム
−コバルト磁石（Ｓｍ−Ｃｏ）といった磁気特性の高い
希土類磁石を用いるとき、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の電気伝
導度が約６×１０５Ｓ／ｍ、Ｓｍ−Ｃｏ磁石が約１×１
０６であるのに対し、銀のコーテイング膜は約６×１０
７Ｓ／ｍ、金のそれは約４×１０７Ｓ／ｍであり、およ
そ１桁から２桁（１０〜１００倍）程度大きな電気伝導
度特性を持つコーテイング膜を形成すると挿入損失を抑
制することができる。
【０００８】また、さらにコーティング膜は薄すぎても
効果を発揮することができない。その膜厚ｔは、使用さ
れる周波数帯の中心周波数をｆ０、前記コーティング膜
の電気伝導度をＫ、透磁率をUとしたとき、 で表される厚さｔ0より大きく厚いことが望ましい。例
えば、使用周波数ｆ0が１ＧＨｚで銀のコーティング膜
ｔを施すとき、効果を得ることができる最小の膜厚ｔ0
は２μｍである。従って、このとき銀のコーティング膜
の膜厚ｔは２μｍ以上が必要である。尚、本発明で用い
られる永久磁石は、導電性の永久磁石だけではなく透磁
率の複素数成分が大きい非導電性の永久磁石、例えばボ
ンド磁石などの場合でも有効に作用するものである。
効果を発揮することができない。その膜厚ｔは、使用さ
れる周波数帯の中心周波数をｆ０、前記コーティング膜
の電気伝導度をＫ、透磁率をUとしたとき、 で表される厚さｔ0より大きく厚いことが望ましい。例
えば、使用周波数ｆ0が１ＧＨｚで銀のコーティング膜
ｔを施すとき、効果を得ることができる最小の膜厚ｔ0
は２μｍである。従って、このとき銀のコーティング膜
の膜厚ｔは２μｍ以上が必要である。尚、本発明で用い
られる永久磁石は、導電性の永久磁石だけではなく透磁
率の複素数成分が大きい非導電性の永久磁石、例えばボ
ンド磁石などの場合でも有効に作用するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図1は、本発明によるアイソレータの分解斜視図で
もある。即ち、アイソレータの基本構成は従来のものと
同様であり、上述したように上ケース６１、永久磁石６
０、マイクロ波磁性体５０、容量素子４０、アース板３
０、下ケース２１から構成されている。本発明において
従来と異なる点は、永久磁石６０の外面に例えば金、銀
若しくは銅などの良導体金属を主成分とするコーティン
グ膜が施してあることである。その他の構成については
同様であるのでここでの説明は省略する。また、図１以
外の構造のアイソレータに本発明を用いても良いことは
無論である。
る。図1は、本発明によるアイソレータの分解斜視図で
もある。即ち、アイソレータの基本構成は従来のものと
同様であり、上述したように上ケース６１、永久磁石６
０、マイクロ波磁性体５０、容量素子４０、アース板３
０、下ケース２１から構成されている。本発明において
従来と異なる点は、永久磁石６０の外面に例えば金、銀
若しくは銅などの良導体金属を主成分とするコーティン
グ膜が施してあることである。その他の構成については
同様であるのでここでの説明は省略する。また、図１以
外の構造のアイソレータに本発明を用いても良いことは
無論である。
【００１０】アイソレータにおいては、中心導体中に電
流が流れ、外部にマイクロ波磁界を発生し、マイクロ波
磁性体を磁化することにより動作している。ところがこ
の電流が作り出すマイクロ波磁界や、マイクロ波磁性体
が磁化されて発するマイクロ波磁界は、永久磁石内部に
も入り込もうとする。永久磁石による損失を抑えるため
には、これらのマイクロ波磁界をなるべく至急に永久磁
石内に入り込めないようにすればよいと言える。そこ
で、本発明のように、良好な導電性をもつ材質で永久磁
石をコーティングすることによってマイクロ波磁界はコ
ーティング膜により反射され、永久磁石まで到達するこ
とがなくなる。このとき、コーティング膜が良好な導電
性でなければ、コーティング膜自体で損失が発生してし
まうので好ましくない。よって、より効果的に損失を抑
制するためには、金属中もっとも電気伝導度の大きい
銀、銅もしくはそれらを主体とする合金を材質とするコ
ーティング膜が有効である。
流が流れ、外部にマイクロ波磁界を発生し、マイクロ波
磁性体を磁化することにより動作している。ところがこ
の電流が作り出すマイクロ波磁界や、マイクロ波磁性体
が磁化されて発するマイクロ波磁界は、永久磁石内部に
も入り込もうとする。永久磁石による損失を抑えるため
には、これらのマイクロ波磁界をなるべく至急に永久磁
石内に入り込めないようにすればよいと言える。そこ
で、本発明のように、良好な導電性をもつ材質で永久磁
石をコーティングすることによってマイクロ波磁界はコ
ーティング膜により反射され、永久磁石まで到達するこ
とがなくなる。このとき、コーティング膜が良好な導電
性でなければ、コーティング膜自体で損失が発生してし
まうので好ましくない。よって、より効果的に損失を抑
制するためには、金属中もっとも電気伝導度の大きい
銀、銅もしくはそれらを主体とする合金を材質とするコ
ーティング膜が有効である。
【００１１】また、コーティング膜の厚さが十分でない
と、コーティング膜の面抵抗が十分低くならず、マイク
ロ波磁界をすべて反射することができない。一定以上の
厚さがないと一部は永久磁石まで到達しそこで吸収され
損失となる。一般にマイクロ波が良導体に進入する距離
は、表皮深さと呼ばれ、これをｔ0とする。また、使用
されるマイクロ波の中心周波数をｆ０、コーティング膜
の電気伝導度をＫ、透磁率をUとすれば、表皮深さ（厚
さ）ｔ０は、
と、コーティング膜の面抵抗が十分低くならず、マイク
ロ波磁界をすべて反射することができない。一定以上の
厚さがないと一部は永久磁石まで到達しそこで吸収され
損失となる。一般にマイクロ波が良導体に進入する距離
は、表皮深さと呼ばれ、これをｔ0とする。また、使用
されるマイクロ波の中心周波数をｆ０、コーティング膜
の電気伝導度をＫ、透磁率をUとすれば、表皮深さ（厚
さ）ｔ０は、
【００１２】
【式1】
【００１３】で表される。ここで、導電性コーティング
膜の厚さｔとしては、この表皮深さｔ0より厚くしない
とマイクロ波はコーティング膜の裏面まで達し、一部は
通り抜けてしまうことになる。したがって、コーティン
グ膜の厚さｔはこの表皮深さｔ0より大きく厚いことが
必要である。
膜の厚さｔとしては、この表皮深さｔ0より厚くしない
とマイクロ波はコーティング膜の裏面まで達し、一部は
通り抜けてしまうことになる。したがって、コーティン
グ膜の厚さｔはこの表皮深さｔ0より大きく厚いことが
必要である。
【００１４】
【実施例】（実施例１）本発明によるマイクロ波用非可
逆回路素子の実施例１について説明する。非可逆回路素
子、即ちアイソレータとしては図１に示す構造のものを
用いている。ただし、永久磁石６０についてはネオジウ
ム−鉄−ボロン系の希土類磁石に対し、コーティング膜
として表面に厚み１０μmの銀メッキ（銀９５％以上）
を施してある。この永久磁石の電気伝導度は約６×１０
５Ｓ／ｍであり、対して銀の電気伝導度は約６×１０７
Ｓ／ｍであるのでコーティング膜の方が約１００倍大き
い伝導度を持っている。このアイソレータについて電気
特性を測定したところ、周波数１GHzで挿入損失−０．
４ｄＢが得られた。
逆回路素子の実施例１について説明する。非可逆回路素
子、即ちアイソレータとしては図１に示す構造のものを
用いている。ただし、永久磁石６０についてはネオジウ
ム−鉄−ボロン系の希土類磁石に対し、コーティング膜
として表面に厚み１０μmの銀メッキ（銀９５％以上）
を施してある。この永久磁石の電気伝導度は約６×１０
５Ｓ／ｍであり、対して銀の電気伝導度は約６×１０７
Ｓ／ｍであるのでコーティング膜の方が約１００倍大き
い伝導度を持っている。このアイソレータについて電気
特性を測定したところ、周波数１GHzで挿入損失−０．
４ｄＢが得られた。
【００１５】本発明の効果を確認するため比較例とし
て、同じ構造で、コーティング膜のない永久磁石を用い
たアイソレータを製作し、同様に特性を測定したとこ
ろ、挿入損失は−０．５ｄBとなり、本発明を利用した
構造と比較し０．１ｄB損失が大きくなった。このこと
から、本発明の効果が確認できた。
て、同じ構造で、コーティング膜のない永久磁石を用い
たアイソレータを製作し、同様に特性を測定したとこ
ろ、挿入損失は−０．５ｄBとなり、本発明を利用した
構造と比較し０．１ｄB損失が大きくなった。このこと
から、本発明の効果が確認できた。
【００１６】（実施例２）つぎにコーティング膜の必要
な厚みについて検討するため、銀メッキの厚みを変え効
果を見た。上記実施例と同じ構造及び永久磁石を用い
て、銀メッキ膜厚を２μｍ、５μｍ、２０μｍの場合に
ついて挿入損失を測定したところ、それぞれ−０．４５
ｄＢ、−０．４２ｄＢ、−０．４０ｄＢとなった。前記
式１で定義される厚みｔ０はこの場合２μｍであるが、
ｔ０と同等のの厚みでも効果はあるものの、より厚けれ
ば、より効果が大きいことが判明し、本発明の効果が確
認できた。
な厚みについて検討するため、銀メッキの厚みを変え効
果を見た。上記実施例と同じ構造及び永久磁石を用い
て、銀メッキ膜厚を２μｍ、５μｍ、２０μｍの場合に
ついて挿入損失を測定したところ、それぞれ−０．４５
ｄＢ、−０．４２ｄＢ、−０．４０ｄＢとなった。前記
式１で定義される厚みｔ０はこの場合２μｍであるが、
ｔ０と同等のの厚みでも効果はあるものの、より厚けれ
ば、より効果が大きいことが判明し、本発明の効果が確
認できた。
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、集中定数型非可
逆回路素子の永久磁石に導電性あるいは透磁率の複素成
分が大きいといった永久磁石を用いて小型薄型化を計る
とき、当該永久磁石に良導体材質によるコーティング膜
を施すこと、特に永久磁石の電気伝導度より大きく、そ
の表皮厚さより厚いコーティング膜を設けることによっ
て、挿入損失の増大を招くことなくマイクロ波用集中定
数型非可逆回路素子の小型化、薄型化を達成することが
できるものである。
逆回路素子の永久磁石に導電性あるいは透磁率の複素成
分が大きいといった永久磁石を用いて小型薄型化を計る
とき、当該永久磁石に良導体材質によるコーティング膜
を施すこと、特に永久磁石の電気伝導度より大きく、そ
の表皮厚さより厚いコーティング膜を設けることによっ
て、挿入損失の増大を招くことなくマイクロ波用集中定
数型非可逆回路素子の小型化、薄型化を達成することが
できるものである。
【図１】本発明の集中定数型非可逆回路素子の一例を示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
６０：永久磁石 ５０：マイクロ波磁性
体 ４０：容量素子 ３０：アース板 ６１：金属上ケース ２１：金属下ケース
体 ４０：容量素子 ３０：アース板 ６１：金属上ケース ２１：金属下ケース
Claims (3)
- 【請求項１】 永久磁石を用いた集中定数型非可逆回路
素子において、前記永久磁石に良導体材質によるコーテ
ィング膜を設けたことを特徴とする集中定数型非可逆回
路素子。 - 【請求項２】 前記コーティング膜の電気伝導度が前記
永久磁石の電気伝導度より大きいことを特徴とする請求
項１に記載の集中定数型非可逆回路素子。 - 【請求項３】 前記集中定数型非可逆回路素子が使用さ
れる周波数帯の中心周波数をｆ０、前記コーティング膜
の電気伝導度をＫ、透磁率をUとしたとき、 で表される厚さｔ0より前記コーティング膜の厚さｔの
方が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の集
中定数型非可逆回路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015370A JP2001211009A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集中定数型非可逆回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015370A JP2001211009A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集中定数型非可逆回路素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001211009A true JP2001211009A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18542684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000015370A Pending JP2001211009A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集中定数型非可逆回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001211009A (ja) |
-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000015370A patent/JP2001211009A/ja active Pending
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
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