JP2001326503A - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石の厚みを薄くすることなく低背化が
できる非可逆回路素子及び通信装置を提供する。 【解決手段】 集中定数型アイソレータ１は、概略、金
属製下側ケース部１２と、樹脂製端子ケース１３と、中
心電極組立体１４と、金属製上側ケース部１５と、永久
磁石１６と、絶縁性スペーサ１７と、抵抗素子Ｒと、整
合用コンデンサＣ１〜Ｃ３を備えている。抵抗素子Ｒの
厚みは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されてい
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、非可逆回路素子、
特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキ
ュレータ等の非可逆回路素子及び通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯電話等の移動通信機器に採
用される集中定数型アイソレータは、信号を伝送方向に
のみ通過させ、逆方向への伝送を阻止する機能を有して
いる。また、最近の移動通信機器では、その用途からし
て小型化及び低背化に対する要請が強くなっており、こ
れに伴って集中定数型アイソレータにおいても小型化及
び低背化が要請されている。

【０００３】このような集中定数型アイソレータは、永
久磁石と、該永久磁石により直流磁界が印加されるフェ
ライトと、前記フェライトに配置された複数の中心電極
と、抵抗素子と、前記フェライトと前記中心電極と前記
抵抗素子を収容する樹脂ケースと、前記永久磁石と前記
フェライトと前記中心電極を収容する金属ケース等を備
えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にアイ
ソレータは、その性能を最大限に発揮させるため、フェ
ライトや抵抗素子の全面に永久磁石が覆うように配設さ
れていることが多い。従来のアイソレータの場合は、樹
脂ケースに配置された抵抗素子の上面が、フェライトや
整合用コンデンサ上の絶縁性スペーサ上面よりも高かっ
たので、永久磁石と抵抗素子の合計の厚みがアイソレー
タ全体の高さを決める要因となっていた。

【０００５】ただし、実際には、抵抗素子と永久磁石の
合計の厚みにあわせて、絶縁性スペーサの厚みを本来必
要な寸法より余分に厚くし、絶縁性スペーサの上面が抵
抗素子と同じ高さになるようにしている。永久磁石をア
イソレータ内で安定して水平に配置するためである。こ
こで、永久磁石の厚みを薄くすることも考えられるが、
フェライトに印加する直流磁界の大きさが足りなくなる
という問題が生じ、薄型化することは難しい。

【０００６】そこで、本発明の目的は、永久磁石の厚み
を薄くすることなく低背化ができる非可逆回路素子及び
通信装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】前記目的を達成
するため、本発明に係る非可逆回路素子は、（ａ）永久
磁石と、（ｂ）前記永久磁石により直流磁界が印加され
るフェライトと、（ｃ）前記フェライトに配置された複
数の中心電極と、（ｄ）基板の一方の主面上の両端部に
引出電極を設けるとともに、該引出電極間に抵抗体を設
け、厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である抵抗素
子と、（ｅ）前記フェライトと前記中心電極と前記抵抗
素子を収容する樹脂ケースと、（ｆ）前記永久磁石と前
記フェライトと前記中心電極を収容する金属ケースと、
を備えたことを特徴とする。

【０００８】以上の構成により、永久磁石の厚みを薄く
することなく、非可逆回路素子の低背化がなされる。

【０００９】また、前記抵抗素子の引出電極を、基板の
側面に延在させたり、あるいは、基板の側面を介し他方
の主面に延在させたりすることで、抵抗素子の引出電極
と樹脂ケースに設けられた端子との接合部分が大きくな
り、はんだ付け等による接合強度が増し、信頼性が向上
する。

【００１０】また、本発明に係る通信装置は、前述の特
徴を有する非可逆回路素子を備えることにより、薄型化
され、高い信頼性が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る非可逆回路素
子及び通信装置の実施の形態について添付の図面を参照
して詳細に説明する。

【００１２】［第１実施形態、図１〜図５］本発明に係
る非可逆回路素子の一実施形態の構成を示す分解斜視図
を図１に示す。図２は、図１に示した非可逆回路素子１
の組立完成後の外観斜視図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図をそれぞれ示
す。該非可逆回路素子１は、集中定数型アイソレータで
ある。

【００１３】図１に示すように、集中定数型アイソレー
タ１は、概略、金属製下側ケース部１２と、樹脂製端子
ケース１３と、中心電極組立体１４と、金属製上側ケー
ス部１５と、永久磁石１６と、絶縁性スペーサ１７と、
抵抗素子Ｒと、整合用コンデンサＣ1〜Ｃ３を備えてい
る。

【００１４】中心電極組立体１４は、円板状のマイクロ
波フェライト２０の上面（一方の磁極面）に、中心電極
２１〜２３を電気的絶縁状態で略１２０度毎に互いに交
差させて配置している。ここで、フェライト２０の上面
の中心部では中心電極２１〜２３と３枚の絶縁性シート
が積層され、フェライト２０の上面の周囲部では中心電
極２１〜２３がそれぞれ１枚のみ配置されることにな
る。

【００１５】これら中心電極２１〜２３は、各々の一端
側のポート部Ｐ１〜Ｐ３を水平に導出するとともに、他
端側の中心電極２１〜２３共通のシールド部をフェライ
ト２０の下面（他方の磁極面）に当接させている。共通
シールド部は、フェライト２０の下面を略覆っており、
樹脂製端子ケース１３の窓部１３ａを通して、金属製下
側ケース部１２の底壁１２ｂにはんだ付け等の方法によ
り接続され、接地される。本第１実施形態の場合、フェ
ライト２０の厚みＴ７は０．４５ｍｍ、中心電極２１〜
２３の厚みＴ５はそれぞれ０．０５ｍｍ、中心電極２１
〜２３と３枚の絶縁性シートの合計厚みは０．２ｍｍで
ある。したがって、中心電極組立体１４の厚みは０．７
ｍｍである。

【００１６】樹脂製端子ケース１３には、入出力端子５
１，５２、アース端子５３及び中継端子５４（図３参
照）がインサートモールドされている。入出力端子５１
は一端が樹脂製端子ケース１３の外側壁に露出し、他端
が樹脂製端子ケース１３の内側面に露出して入出力引出
電極部５１ａを形成している。入出力端子５２は一端が
樹脂製端子ケース１３の外側壁に露出し、他端が樹脂製
端子ケース１３の内側面に露出して入出力引出電極部
（図示せず）を形成している。同様に、二つのアース端
子５３はそれぞれ、一端が樹脂製端子ケース１３の対向
する外側壁に露出し、他端が樹脂製端子ケース１３の内
側面に露出してアース引出電極部５３ａを形成してい
る。本第１実施形態の場合、樹脂製端子ケース１３の整
合用コンデンサＣ１〜Ｃ３搭載部分の厚み（端子５３を
含む）Ｔ１０は０．２ｍｍである。

【００１７】整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３（集中定数型
アイソレータ１の動作周波数により、比誘電率ε_ｒが９
〜２００のものが使用される）は、ホット側コンデンサ
電極がポート部Ｐ１〜Ｐ３にそれぞれはんだ付けされ、
コールド側コンデンサ電極が樹脂製端子ケース１３の内
側面に露出しているアース端子５３のアース引出電極部
５３ａにそれぞれはんだ付けされている。本第１実施形
態の場合、整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３のそれぞれの厚
みＴ９は０．２ｍｍである。

【００１８】抵抗素子Ｒは、図３に示すように、絶縁性
基板４の一方の主面の両端部に厚膜印刷等で引出電極３
を形成し、その間にサーメット系やカーボン系やルテニ
ウム系等の厚膜あるいは金属薄膜の抵抗体２を配設して
いる。絶縁性基板４の材料は例えば、アルミナ等の誘電
体セラミックスが用いられる。また、抵抗体２の表面に
はガラス等の被膜が形成されていてもよい。抵抗素子Ｒ
の厚みＴ８は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定さ
れている。本第１実施形態の場合、抵抗素子Ｒの厚みＴ
８は０．５ｍｍである。抵抗素子Ｒは、両端部の引出電
極３を、樹脂製端子ケース１３の内側面に露出したアー
ス引出電極部５３ａと中継端子５４とに電気的に接続す
るために、抵抗体２及び引出電極３を下方向に向けて配
設している。

【００１９】抵抗素子Ｒの引出電極３の一端は中継端子
５４を介して整合用コンデンサＣ３のホット側コンデン
サ電極に接続され、他端はアース端子５３に接続され
る。つまり、整合用コンデンサＣ３と抵抗素子Ｒとは、
中心電極２３のポート部Ｐ３とアースとの間に電気的に
並列に接続される。

【００２０】図１に示すように、絶縁性スペーサ１７
は、中心電極組立体１４の上面に配置されている。この
絶縁性スペーサ１７には、図４に示すように、フェライ
ト２０の上面中央部で重なり合う中心電極２１，２２と
３枚の絶縁性シートを収容するための孔１７ａが設けら
れている。絶縁性スペーサ１７は、その厚みが場所によ
って異なっており、本第１実施形態の場合、フェライト
２０上面の絶縁性スペーサ１７の厚みＴ３は０．１５ｍ
ｍ、コンデンサＣ１〜Ｃ３上部の厚みＴ４は０．２５ｍ
ｍである。

【００２１】金属製下側ケース部１２は磁性体金属から
なり、左右の側壁１２ａと底壁１２ｂとを有している。
この金属製下側ケース部１２上に樹脂製端子ケース１３
を配置するとともに、樹脂製端子ケース１３内に中心電
極組立体１４や整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３等を収容
し、磁性体金属からなる金属製上側ケース部１５を装着
している。金属製上側ケース部１５の下面には永久磁石
１６が貼着され、この永久磁石１６により中心電極組立
体１４に直流磁界を印加するようになっている。金属製
下側ケース部１２と金属製上側ケース部１５は磁気回路
を構成しており、ヨークとしても機能している。金属製
下側ケース部１２、金属製上側ケース部１５は、例えば
鉄やケイ素鋼などの高透磁率からなる板材を打ち抜き、
曲げ加工した後、表面に銅や銀をめっきしてなるもので
ある。本第１実施形態の場合、金属製下側ケース部１２
の厚みＴ１１は０．２ｍｍ、金属製上側ケース部１５の
厚みＴ１は０．２５ｍｍ、永久磁石１６の厚みＴ２は
１．０ｍｍである。

【００２２】こうして、集中定数型アイソレータ１が得
られる。図５は、集中定数型アイソレータ１の電気等価
回路図である。

【００２３】以上の構成からなるアイソレータ１の、各
部品の厚みＴ１〜Ｔ１１とアイソレータ全体の厚みＴ１
２を表１に示す。比較のために、従来のアイソレータの
厚みも併せて記載する。

【００２４】

【表１】

【００２５】ここで、図４において、絶縁性スペーサ１
７の厚み（フェライト上部）Ｔ３は、中心電極２１，２
２のそれぞれの厚みＴ５（＝０．０５ｍｍ）と、３枚分
の絶縁性シートの合計厚み（＝０．０５ｍｍ）とを合計
した厚み０．１５ｍｍ以上必要である。一方、絶縁性ス
ペーサ１７は中心電極２１〜２３と絶縁性シートの積層
により生じる段差を吸収できればよい。従って、アイソ
レータ１の低背化の観点から絶縁性スペーサ１７の厚み
（フェライト上部）Ｔ３は０．１５ｍｍでよい。

【００２６】従って、フェライト２０の部分での永久磁
石１６の下面からアイソレータ１の底面までの厚みは、
以下の（１）式から算出される。

【００２７】 （金属製下側ケース部１２の厚みＴ１１）＋（中心電極２１〜２３共通のシ ールド部の厚み）＋（フェライト２０の厚みＴ７）＋（中心電極２３の厚みＴ５ ）＋（フェライト２０上部の絶縁性スペーサ１７の厚みＴ３） ＝０．２ｍｍ＋０．０５ｍｍ＋０．４５ｍｍ＋０．０５ｍｍ＋０．１５ｍｍ ＝０．９ｍｍ…（１）

【００２８】これに対して、図３において、抵抗素子Ｒ
の下面からアイソレータ１の底面までの厚みは、以下の
（２）式から算出される。

【００２９】 （金属製下側ケース部１２の厚みＴ１１）＋（樹脂製端子ケース１３の整合 用コンデンサＣ３搭載部分の厚みＴ１０） ＝０．２ｍｍ＋０．２ｍｍ ＝０．４ｍｍ…（２）

【００３０】従って、抵抗素子Ｒの最大の厚みＴ８は、
（１）式−（２）式から、０．９ｍｍ−０．４ｍｍ＝
０．５ｍｍとなる。

【００３１】抵抗素子Ｒの厚みＴ８がこの０．５ｍｍを
越えた場合は、永久磁石１６の下面から、アイソレータ
１の底面までの合計寸法は０．９ｍｍを越えることとな
り、アイソレータ１の厚みが大きくなる。この場合、永
久磁石１６の厚みＴ２を薄くする方法も考えられるが、
フェライト２０に充分な直流磁界を印加させることがで
きなくなることから、永久磁石１６の厚みＴ２を薄くす
ることはできない。従って、集中定数型アイソレータ１
の低背化の観点から、抵抗素子Ｒの厚みＴ８の上限値
は、０．５ｍｍとなる。一方、抵抗素子Ｒには端子５
３，５４にはんだ付けされる際に、熱応力等の応力が作
用する。また、抵抗体２の印刷時の圧力や焼成時の熱ス
トレスや組立時の加圧力に耐えるために、一定以上の厚
みが必要である。そこで、信頼性、加工性、組立容易性
の観点から、抵抗素子Ｒの厚みＴ８の下限値は０．１ｍ
ｍとされる。

【００３２】また、図３に示すように、抵抗素子Ｒと整
合用コンデンサＣ１〜Ｃ３は、樹脂製端子ケース１３の
内側の同一高さ面（言い換えると、端子５１〜５４の露
出面）に配置されている。そして、抵抗素子Ｒの厚みＴ
８（＝０．５ｍｍ）に対して、整合用コンデンサＣ３
（Ｃ１，Ｃ２）の部分の厚みを、 （整合用コンデンサＣ３の厚みＴ９）＋（中心電極２３の厚みＴ５）＋（整 合用コンデンサＣ３上部の絶縁性スペーサ１７の厚みＴ４） ＝０．２ｍｍ＋０．０５ｍｍ＋０．２５ｍｍ ＝０．５ｍｍ に設定し、永久磁石１６をアイソレータ１内で安定して
水平に配置するようにしている。

【００３３】この結果、本第１実施形態のアイソレータ
１の全体の厚みＴ１２は、例えば、以下の（３）式から
算出される。

【００３４】 （金属製下側ケース部１２の厚みＴ１１）＋（樹脂製端子ケース１３の厚み Ｔ１０）＋（抵抗素子Ｒの厚みＴ８）＋（永久磁石１６の厚みＴ２）＋（金属製 上側ケース部１５の厚みＴ１） ＝０．２ｍｍ＋０．２ｍｍ＋０．５ｍｍ＋１．０ｍｍ＋０．２５ｍｍ ＝２．１５ｍｍ…（３）

【００３５】これに対して、従来のアイソレータの全体
の厚みは前記（３）式と同様にして算出すると、２．２
８ｍｍであった。

【００３６】こうして、本第１実施形態の集中定数型ア
イソレータ１は永久磁石１６の厚みを薄くすることな
く、低背化することができる。

【００３７】［第２実施形態、図６］図６に示すよう
に、第２実施形態の集中定数型アイソレータ１ａは、前
記第１実施形態の抵抗素子Ｒの代わりに抵抗素子Ｒａを
用いたものである。抵抗素子Ｒａは、絶縁性基板４の一
方の主面の両端部に絶縁性基板４の側面に延在させた状
態で引出電極７を形成し、その間に抵抗体２を配設して
いる。第２実施形態において、抵抗素子Ｒａは抵抗素子
Ｒと同様、抵抗体２を下方向に向けて配設している。

【００３８】この抵抗素子Ｒａは、引出電極７が絶縁性
基板４の側面に延在しているので、引出電極７と端子５
３，５４との接続面積が大きくなるとともに、はんだフ
ィレットができる。従って、はんだ付け強度が増し、信
頼性が向上する。

【００３９】［第３実施形態、図７］図７に示すよう
に、第３実施形態の集中定数型アイソレータ１ｂは、前
記第１実施形態の抵抗素子Ｒの代わりに抵抗素子Ｒｂを
用いたものである。抵抗素子Ｒｂは、絶縁性基板４の一
方の主面の両端部に絶縁性基板４の一方の主面に対向す
る他方の主面に延在させた状態で引出電極８を形成し、
その間に抵抗体２を配設している。本第３実施形態にお
いて、抵抗素子Ｒｂは抵抗素子Ｒと逆に抵抗体２を上面
に向けて配設している。

【００４０】この抵抗素子Ｒｂは、引出電極８が絶縁性
基板４の側面を介して他方の主面まで延在しているの
で、引出電極８と端子５３，５４との接続面積が大きく
なるとともに、はんだフィレットができる。従って、は
んだ付け強度が増し、信頼性が向上する。

【００４１】［第４実施形態、図８］第４実施形態は、
本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして説明
する。

【００４２】図８は携帯電話１２０のＲＦ部分の電気回
路ブロック図である。図８において、１２２はアンテナ
素子、１２３はデュプレクサ、１３１は送信側アイソレ
ータ、１３２は送信側増幅器、１３３は送信側段間用バ
ンドパスフィルタ、１３４は送信側ミキサ、１３５は受
信側増幅器、１３６は受信側段間用バンドパスフィル
タ、１３７は受信側ミキサ、１３８は電圧制御発振器
（ＶＣＯ）、１３９はローカル用バンドパスフィルタで
ある。

【００４３】ここに、送信側アイソレータ１３１とし
て、前記第１〜３実施形態の集中定数型アイソレータ１
〜１ｂを使用することができる。この集中定数型アイソ
レータ１〜１ｂを実装することにより、挿入損失が抑え
られ、かつ、高い信頼性を有する薄型の携帯電話を実現
することができる。

【００４４】［他の実施形態］なお、本発明に係る非可
逆回路素子及び通信装置は前記実施形態に限定するもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することがで
きる。

【００４５】例えば、図６及び図７に示した抵抗素子Ｒ
ａ，Ｒｂにおいて、引出電極７や引出電極８は両側に設
ける必要はなく、片側は図３に示した抵抗素子Ｒの引出
電極３を用いてもよい。

【００４６】また、本発明は、３ポートのサーキュレー
タを応用したアイソレータのほかに、中心電極が２本で
構成されるジャイレータに抵抗を接続してなるアイソレ
ータにも適用することができる。さらに、中心電極は、
金属板を打抜き、曲げ加工して形成するものの他に、基
板（誘電体基板や磁性体基板や積層基板等）にパターン
電極を設けることによっても形成することができる。ま
た、３本の中心電極は必ずしも１２０度毎に互いに交差
させて配置する必要がなく、１１０〜１４０度の範囲で
お互いに交差させて配置されていればよい。更に、金属
ケースは前記実施形態のように分割されている必要はな
いし、また、逆に３以上に分割されていてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、抵抗素子の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ
以下にしたので、永久磁石の厚みを薄くすることなく、
非可逆回路素子の低背化ができる。また、抵抗素子の引
出電極を、基板の側面に延在させたり、あるいは、基板
の側面を介し他方の主面に延在させたりすることで、抵
抗素子の引出電極と樹脂ケースに設けられた端子との接
合部分が大きくなり、はんだ付け等による接合強度が増
し、信頼性を向上させることができる。この結果、高い
信頼性を有した薄型の非可逆回路素子や通信装置が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非可逆回路素子の第１実施形態の
構成を示す分解斜視図。

【図２】図１に示した非可逆回路素子の組立完成後の外
観斜視図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図。

【図５】図２に示した非可逆回路素子の電気等価回路
図。

【図６】本発明に係る非可逆回路素子の第２実施形態を
示す断面図。

【図７】本発明に係る非可逆回路素子の第３実施形態を
示す断面図。

【図８】本発明に係る通信装置の一実施形態を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…アイソレータ ３，７，８…引出電極 ４…絶縁性基板 １２…金属製下側ケース部 １３…樹脂製端子ケース １４…中心電極組立体 １５…金属製上側ケース部 １６…永久磁石 ２０…フェライト ２１〜２３…中心電極 １２０…携帯電話 １３１…送信側アイソレータ Ｃ１〜Ｃ３…整合用コンデンサ Ｒ，Ｒａ，Ｒｂ…抵抗素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石と、 前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェライト
   と、 前記フェライトに配置された複数の中心電極と、 基板の一方の主面上の両端部に引出電極を設けるととも
   に、該引出電極間に抵抗体を設け、厚みが０．１ｍｍ以
   上０．５ｍｍ以下である抵抗素子と、 前記フェライトと前記中心電極と前記抵抗素子を収容す
   る樹脂ケースと、 前記永久磁石と前記フェライトと前記中心電極を収容す
   る金属ケースと、 を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 前記抵抗素子の引出電極が基板の側面に
   延在していることを特徴とする請求項１記載の非可逆回
   路素子。
3. 【請求項３】 前記抵抗素子の引出電極が基板の側面を
   介して他方の主面に延在していることを特徴とする請求
   項１記載の非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３記載の非可逆回
   路素子の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴と
   する通信装置。