JP2001257507A - 非可逆回路素子および移動体通信端末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型で電気的特性の優れた非可逆回路素子を
提供する。 【解決手段】 互いに絶縁されている３組のストリップ
ラインと、３組のストリップライン１２が一方の主面上
に配置されたフェライト１１と、フェライト１１の他方
の主面上に配置され、ストリップライン１２と直接的ま
たは間接的に接続された配置板１３と、フェライト１１
に対して磁場を印加する磁石１８と、前記フェライト１
１を挟んで対向するように配置された、磁石１８から発
生した磁束をフェライト１１へ導くためのヨーク板１７
とを備え、ヨーク板１７の、フェライト１１の一方の主
面と対向する部分と、フェライト１１の他方の主面と対
向する部分とは、電気的に絶縁していることを特徴とす
る非可逆回路素子１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁性体を用いて信号
の伝送に方向性を与える非可逆回路素子に関し、特にア
イソレータやサーキュレータ、およびそれらを用いた移
動体通信端末に関する。

【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５を用いて簡単に説明する。

【０００４】従来のアイソレータ１の分解斜視図を図５
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、これらを内包し磁気回路を構成するヨークケース４
ａおよび４ｂとを備える。なお、ヨークケース４ａおよ
び４ｂは、嵌合して一体となるが、図５では、分解した
ときの状態を示している。

【０００５】フェライト板２の周囲には、互いに電気的
に絶縁され、略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、入出力端子および並列に配置されたコ
ンデンサに接続される。ストリップライン５ｃは一方の
端が、終端抵抗および並列に配置されたコンデンサに接
続される。また、ストリップライン５ａ、５ｂおよび５
ｃ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に接続される。

【０００６】接地円板６はその他の素子中の接地電極や
ヨークケース４ｂとともに、外部接続用の接地端子へと
接続される。また、ヨークケース４ａおよび４ｂは嵌合
と、必要に応じてはんだ付け等により電気的に接続され
る。

【０００７】なお、図５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を接続すれば、サーキュ
レータを構成できる。

【０００８】ところで、従来のアイソレータまたはサー
キュレータにおいては、図５に示すように、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。

【０００９】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６に示す。

【００１０】図６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５と同様にストリップラインが形成され、整合
用コンデンサ、抵抗、外部接続端子等が配置されるが、
図６では図示を省略する（図７においても同様に省略す
る）。

【００１１】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の不均一磁界の問題
を解決するために、図７に示すようなアイソレータ１ｂ
が提案されている（特願平１１−２９６３８７号）。こ
のアイソレータ１ｂでは、ヨーク板８にフェライト板２
に到達する磁束を略均一化するための磁束経路調整手段
である切り欠き部を設けている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のアイソレータに
おいては、図５に示したように、上下ヨークケースは嵌
合して一体となるため、上ヨークケースも下ヨークケー
スとともに接地電極として働いていた。

【００１３】ストリップラインを伝送されるマイクロ波
は磁石によって磁化されたフェライト板の影響を受けて
別のストリップラインへと結合し伝搬していく。そのた
め、マイクロ波を低損失で伝搬させるには、ストリップ
ラインから発生する電界はフェライト板側に集中させる
ことが望ましい。

【００１４】しかしながら、従来構成においては反対側
の上ケース側にも接地電極が存在するため、電界がフェ
ライト板以外の部分にも分散してしまい、結果としてア
イソレータとしての通過損失を劣化させるという問題が
あった。

【００１５】また、薄型化を目的としたフェライト板の
外周部周辺に磁石を並列配置する方法においては、フェ
ライト板の不均一磁界の問題を解決するためヨーク板に
図７のような切り欠き部等を設ける場合、整合用コンデ
ンサを実装する関係で下ヨーク板には十分なサイズの磁
束経路調整手段を設けることができず、その特性改善効
果には限界があった。

【００１６】本発明は、前記第１の課題を解決するた
め、ストリップラインから発生する電界をフェライト板
側に集中させることにより、電気的特性の優れた非可逆
回路素子を提供することを目的とする。

【００１７】また、前記第２の課題を解決するため、磁
束経路調整用にヨーク板の形状を自由に設定しても整合
用コンデンサの実装面積が確保できる非可逆回路素子を
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、所定の角度
で交差するように重ね合わされた、互いに絶縁されてい
る３組のストリップラインと、前記３組のストリップラ
インが一方の主面上に配置されたフェライト板と、前記
フェライト板の他方の主面上に配置され、前記３組のス
トリップラインと直接的または間接的に接続された接地
電極と、前記フェライト板に対して磁場を印加する磁石
と、前記フェライト板を挟んで対向するように配置され
た、前記磁石から発生した磁束を前記フェライト板へ導
くためのヨーク板とを備え、前記ヨーク板の、前記フェ
ライト板の一方の主面と対向する部分と、前記フェライ
ト板の他方の主面と対向する部分とは、電気的に絶縁し
ていることを特徴とする非可逆回路素子である。

【００１９】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、前記ヨーク板の、前記フェライト板の一方の主面と
対向する部分または前記フェライト板の他方の主面と対
向する部分は、前記接地電極と電気的に接続されている
ことを特徴とする上記本発明である。

【００２０】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、前記ヨーク板の、前記接地電極と電気的に接続され
ている部分は、前記接地電極の一部として形成されてい
ることを特徴とする上記本発明である。

【００２１】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、所定の角度で交差するように重ね合わされた、互い
に絶縁されている３組のストリップラインと、前記３組
のストリップラインが一方の主面上に配置されたフェラ
イト板と、前記フェライト板の他方の主面上に配置さ
れ、前記３組のストリップラインと直接的または間接的
に接続された接地電極と、前記フェライト板の側面の周
囲に配置された、同極側が同一方向に向けられている複
数の磁石と、前記フェライト板を挟んで対向するように
配置された、前記磁石から発生した磁束を前記フェライ
ト板へ導くためのヨーク板と、前記ヨーク板に設けられ
た、前記磁束の経路を調整するための磁束経路調整手段
と、前記３組のストリップラインのそれぞれと接続する
整合用コンデンサと、非磁性体からなる、前記整合用コ
ンデンサを配置するための配置板とを備え、前記配置板
は、前記ヨーク板の、前記フェライト板の一方の主面と
対向する部分または前記フェライト板の他方の主面と対
向する部分に設けられたことを特徴とする非可逆回路素
子である。

【００２２】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、前記磁束経路調整手段は、前記ヨーク板の端部およ
び／または面内に設けられた切り欠きまたは貫通穴、も
しくは、前記ヨーク板の表面に設けられた凹凸形状のい
ずれかとして実現されていること特徴とする上記本発明
である。

【００２３】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、前記磁石は希土類磁石であることを特徴とする上記
本発明である。

【００２４】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、第１ないし第６のいずれかの本発明の非可逆回路素
子を用いたことを特徴とするアイソレータである。

【００２５】また、第８の本発明（請求項８に対応）
は、第１ないし第６のいずれかの本発明の非可逆回路素
子を用いたことを特徴とするサーキュレータである。

【００２６】また、第９の本発明（請求項９に対応）
は、第１ないし第８のいずれかの本発明を用いたことを
特徴とする移動体通信端末である。

【００２７】以上のような本発明は、前記第１の目的を
達成するため、互いに絶縁され所定の角度で交差するよ
うに重ね合わされた３組のストリップラインと、前記ス
トリップラインに近接配置されるフェライト板と、前記
フェライト板を介して前記ストリップラインと対向配置
される接地電極と、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、整合用コンデンサとを備え、前記２枚のヨーク板
のうち、前記フェライト板に近接する方のヨーク板が接
地電極と電気的に接続、もしくは接地電極の一部を兼ね
ており、前記ヨーク板の他方と電気的に接続されていな
いことを特徴とする。

【００２８】これにより、素子の薄型化が図れると同時
に、フェライトに近接する方のヨーク板のみが接地電極
として働くため、ストリップラインから発生する電界が
フェライト板側に集中し伝搬ロスを低減することができ
る。

【００２９】また、以上のような本発明は、前記第２の
目的を達成するため、互いに絶縁され所定の角度で交差
するように重ね合わされた３組のストリップラインと、
前記ストリップラインに近接配置されるフェライト板
と、前記フェライト板を介して前記ストリップラインと
対向配置される接地電極と、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、整合用コンデンサとを備え、非磁性から
なる配置板が前記ヨーク板上に配置され、前記配置板上
に前記整合用のコンデンサが配置されることを特徴とす
る。

【００３０】これにより、整合用コンデンサを実装する
ための非磁性からなる配置板を設けることで、ヨーク板
に切り欠き部等の磁束経路調整手段を設けても整合用コ
ンデンサを実装する面積に影響を与えない非可逆回路素
子を構成することができる。

【００３１】また、上記第１，第２の目的を達成するた
めの本発明の非可逆回路素子では、前記磁石が希土類磁
石であることが好ましい。

【００３２】希土類磁石を用いることによって、その他
の磁石を用いた場合より、磁石を薄くしても所望の磁界
が得られるため、素子をより薄くすることが可能とな
る。その際、希土類磁石は導電性を有するが、前記磁石
の少なくとも一方の前記ヨーク板との間に絶縁性を有す
る層を設けることにより、第１の本発明の非可逆回路素
子の構成にすることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照して具体的に説明する。

【００３４】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。図に示すように、本発明の実施形態
１の非可逆回路素子１０は、円板状のフェライト１１
と、フェライト１１の両側に配置された磁石１８と、こ
れらを上下から挟合して、磁気回路を構成する上ヨーク
板１７ａおよび下ヨーク板１７ｂとを少なくとも備え
る。

【００３５】また、フェライト板１１には互いに絶縁さ
れ略１２０度で交差して重ね合わされた３組のストリッ
プライン１２が巻き付けられている。（ストリップライ
ン間の絶縁層については図中では省略している。以下の
図でも同じ。）３組のストリップライン１２の一方の端
は図５で説明したのと同様に、フェライト板下面に配置
された接地円板に接続されている。（図１中では接地円
板はフェライト１１の下面のため図示せず。以下の図で
も同じ。） ３組のストリップラインの他端は、非磁性体からなる配
置板１３上に配置される３個のコンデンサ１４にそれぞ
れ接続され、その内の一つは抵抗１５にも接続される。
抵抗に接続されない残り２つのストリップライン端には
外部接続用の入出力端子１６が接続される。配置板１３
には抵抗１５のストリップラインが接続される側の電極
が接地されないようにするための絶縁層１３ａが設けら
れている。

【００３６】また、配置板１３には下面に接地円板を有
するフェライト板１１を落とし込むための孔１３ｂが設
けられており、フェライト下面の接地円板は、配置板１
３とともに直接下ヨーク板１７ａに接続される。下ヨー
ク板１７ａには、外部接続用の接地端子部が設けられて
おり、また上ヨーク板１７ｂと同様に、本発明の磁束経
路調整手段の一例である、磁束経路調整用の切り欠き部
が設けられている。

【００３７】２つの磁石１８はサマリウムコバルト磁石
であり、同極側を同一方向に向けて前記フェライト板１
１の側面の周囲に配置される。磁石１８は下ヨーク１７
ａとは直接接しているが、上ヨーク１７ｂとの間には絶
縁層１９が設けられており、これにより上ヨーク１７ｂ
は下ヨーク１７ａを含め素子中の接地電極から電気的に
絶縁されている。

【００３８】なお、図１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、抵抗１５で終端して
いたストリップライン部分に３つめの入出力端子を設け
て取り出せば、サーキュレータが得られる。

【００３９】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、例えば、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Ｃ
ａ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はないが、例えば、図１に
示すような円板状のものを用いることができる。

【００４０】磁石１８は、本実施の形態では希土類磁石
であるサマリウムコバルト磁石を用いたが、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のような
フェライト磁石や、前記サマリウムコバルト磁石以外の
希土類磁石、例えばネオジウム鉄系磁石などを用いても
よい。ただし、希土類磁石を用いた場合、その他の磁石
を用いた場合より、磁石を薄くしても所望の磁界が得ら
れるため、素子をより薄くすることが可能となるので好
ましい。

【００４１】また、前記希土類磁石としては、保持力ｉ
Ｈｃが１４００ｋＡ／ｍ以上で、かつ前記保持力の温度
係数が−０．３％／℃より小さいものを用いると、磁石
の高温減磁を素子のリフロー温度まで抑制することがで
き、リフロー対応の非可逆回路素子を構成することがで
きより好ましい。前記のような特性の希土類磁石の例と
しては、一部のサマリウムコバルト磁石があげられる。

【００４２】次に比較例の非可逆回路素子４０の分解斜
視図を図４に示す。比較例では図１の実施形態１に対し
て絶縁層１９および配置板１３が無くされている。これ
に伴い、図１中の下ヨーク板１７ａに設けられていた磁
束経路調整用の切り欠き部は、コンデンサ実装面積を確
保するため省いている。

【００４３】また、実施形態１では配置板１３上に設け
られていた絶縁層１３ａが下ヨーク板４７ａ上に設けら
れている。その他の構成については実施形態１と同様で
あるので説明は省略する。

【００４４】さらに、第１の本発明の効果を単独で確認
するための実施形態２と、第５の本発明の効果を単独で
確認するための実施形態３について説明する。実施形態
２の非可逆回路素子２０の分解斜視図を図２に、実施形
態３の非可逆回路素子３０の分解斜視図を図３に示す。

【００４５】実施形態２では、比較例に対して磁石１８
と上ヨーク板１７ｂの間に絶縁層１９が設けられてい
る。実施形態３では、比較例に対して磁性体からなる配
置板１３、と磁束経路調整用の切り欠き部を有する下ヨ
ーク１７ａを用いている。その他の構成については、実
施形態１と同様であるので説明は省略する。

【００４６】アイソレータである上記非可逆回路素子１
０、２０、３０、４０について、アイソレータの代表的
電気特性である挿入損失の値を測定した結果を表１に示
す。

【００４７】

【表１】 表１に示すように、本発明の非可逆回路素子によれば、
比較例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ていることがわかる。また第１およ
び第５の本発明の構成をそれぞれ単独に用いた実施形態
２、実施形態３より、上記二つの本発明の構成を組み合
わせた実施形態１の構成とすることで、より優れた電気
的特性が得られることがわかる。

【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】例えば、図１、図２で示した絶縁層１９は
上ヨーク板と下ヨーク板を電気的に接続しない手段の一
例であり、絶縁層１９は磁石と下ヨークとの間に配置さ
れてもよいし、上、下ヨーク板間の両方に配置してもよ
い。また、希土類磁石の表面に絶縁層をコートしたり、
上下ヨーク板の少なくとも一方の磁石と接する部分に絶
縁被膜を印刷等で形成したりしてもよい。

【００５０】また、本実施の形態で、ヨーク板に設けら
れた切り欠き部は、フェライト板を均一に磁化するため
の磁束経路調整手段の一例であり、この形状に限定され
るものではなく、例えばヨーク板の面内に設けられた貫
通穴としてもよいし、ヨーク板の表面加工によって実現
してもよい。

【００５１】また、第１の実施形態にて説明した非可逆
回路素子は、移動体通信端末にアイソレータやサーキュ
レータとして用いた場合、アイソレータ、サーキュレー
タが薄型化および優れた電気特性を有していることか
ら、該移動体通信端末の薄型化や、電池寿命の延長化と
いった効果をもたらす。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、本
発明によれば、薄型で電気的特性の優れた非可逆回路素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る非可逆回路素子の分
解斜視図

【図２】本発明の実施形態２に係る非可逆回路素子の分
解斜視図

【図３】本発明の実施形態３に係る非可逆回路素子の分
解斜視図

【図４】比較例に係る非可逆回路素子の分解斜視図

【図５】従来の非可逆回路素子について一例を示す分解
斜視図

【図６】従来の非可逆回路素子について他の例を示す断
面図

【図７】従来の非可逆回路素子について他の例を示す分
解斜視図

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ アイソレータ １０、２０、３０、４０ 非可逆回路素子 ２、１１ フェライト ３、１８ 磁石 ４ａ、４ｂ ヨークケース ５ａ、５ｂ、５ｃ、１２ ストリップライン ６ 接地円板 ７、８、１７ａ、１７ｂ、４７ａ ヨーク板 １３ 配置板 １３ａ、１９ 絶縁層 １３ｂ 孔 １４ コンデンサ １５ 抵抗 １６ 入出力端子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の角度で交差するように重ね合わさ
   れた、互いに絶縁されている３組のストリップライン
   と、 前記３組のストリップラインが一方の主面上に配置され
   たフェライト板と、 前記フェライト板の他方の主面上に配置され、前記３組
   のストリップラインと直接的または間接的に接続された
   接地電極と、 前記フェライト板に対して磁場を印加する磁石と、 前記フェライト板を挟んで対向するように配置された、
   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
   めのヨーク板とを備え、 前記ヨーク板の、前記フェライト板の一方の主面と対向
   する部分と、 前記フェライト板の他方の主面と対向する部分とは、電
   気的に絶縁していることを特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 前記ヨーク板の、前記フェライト板の一
   方の主面と対向する部分または前記フェライト板の他方
   の主面と対向する部分は、前記接地電極と電気的に接続
   されている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】 前記ヨーク板の、前記接地電極と電気的
   に接続されている部分は、前記接地電極の一部として形
   成されていることを特徴とする請求項２に記載の非可逆
   回路素子。
4. 【請求項４】 所定の角度で交差するように重ね合わさ
   れた、互いに絶縁されている３組のストリップライン
   と、 前記３組のストリップラインが一方の主面上に配置され
   たフェライト板と、 前記フェライト板の他方の主面上に配置され、前記３組
   のストリップラインと直接的または間接的に接続された
   接地電極と、 前記フェライト板の側面の周囲に配置された、同極側が
   同一方向に向けられている複数の磁石と、 前記フェライト板を挟んで対向するように配置された、
   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
   めのヨーク板と、 前記ヨーク板に設けられた、前記磁束の経路を調整する
   ための磁束経路調整手段と、 前記３組のストリップラインのそれぞれと接続する整合
   用コンデンサと、 非磁性体からなる、前記整合用コンデンサを配置するた
   めの配置板とを備え、 前記配置板は、前記ヨーク板の、前記フェライト板の一
   方の主面と対向する部分または前記フェライト板の他方
   の主面と対向する部分に設けられたことを特徴とする非
   可逆回路素子。
5. 【請求項５】 前記磁束経路調整手段は、前記ヨーク板
   の端部および／または面内に設けられた切り欠きまたは
   貫通穴、もしくは、 前記ヨーク板の表面に設けられた凹凸形状のいずれかと
   して実現されていること特徴とする請求項４に記載の非
   可逆回路素子。
6. 【請求項６】 前記磁石は希土類磁石であることを特徴
   とする請求項１ないし５のいずれかに記載の非可逆回路
   素子。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の非
   可逆回路素子を用いたことを特徴とするアイソレータ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかに記載の非
   可逆回路素子を用いたことを特徴とするサーキュレー
   タ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の本
   発明を用いたことを特徴とする移動体通信端末。