JP2001358504A - 非可逆回路素子および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体に小型・低背化、軽量化を図るとともに
特性の劣化を抑えた非可逆回路素子およびそれを備えた
通信装置を得る。 【解決手段】 フェライト５４に、中心導体５１，５
２，５３を互いに交差させて磁性組立体５を構成し、フ
ェライト５４に対して直流磁界を印加する永久磁石３を
設ける。この永久磁石の残留磁束密度を０．４２０
〔Ｔ〕以上で、保磁力ｉＨｃを３４４〔ｋＡ／ｍ〕以
上、ｂＨｃを３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯な
どの高周波帯域で使用される、アイソレータやサーキュ
レータなどの非可逆回路素子、およびそれを備えた通信
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、集中定数形サーキュレータは、フ
ェライト板に近接配置される互いに交差した複数の中心
導体と、フェライト板に直流磁界を印加する磁石とをケ
ース内に収納することによって構成している。また、サ
ーキュレータの３つのポートのうち所定のポートを抵抗
終端させることによってアイソレータを構成している。

【０００３】具体的には、上記中心導体は、フェライト
の底面と同形状である連結部で連結されていて、その連
結部にフェライトを置き、上記連結部から延び出た３本
の中心導体を、互いに略１２０°の角度をなしてフェラ
イトを包むように折り曲げることによって、磁性組立体
として構成している。この磁性組立体を整合用コンデン
サおよび終端抵抗と共に樹脂ケース内に収納し、この樹
脂ケースと永久磁石とを、磁性体金属から成る箱状の上
ヨークと下ヨークで囲むことによってアイソレータを構
成している。

【０００４】このような従来のアイソレータにおいて
は、永久磁石の特性として、残留磁束密度が０．３８
〔Ｔ〕程度で、且つ保磁力（ｉＨｃ）が２９０〔ｋＡ／
ｍ〕、保持力（ｂＨｃ）が２７０〔ｋＡ／ｍ〕程度のも
のを使用していた。ここで、ｉＨｃは磁化の強さ４πＩ
＝０になる磁界の強さ、ｂＨｃは磁束密度Ｂ＝０になる
磁界の強さである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近の移動通信機器の
小型・軽量化に伴い、非可逆回路素子の小型・低背化、
軽量化の要求がますます強くなってきている。

【０００６】従来、移動通信機器で用いられるアイソレ
ータは、外形サイズが７ｍｍ×７ｍｍ×２．５ｍｍ程
度、重量が０．４ｇ程度のものが主流であったが、最近
は、外形サイズが５ｍｍ×５ｍｍ×２．０ｍｍ程度、重
量が０．２ｇ程度のものが主流になろうとしている。ま
た、この小型軽量化の要求は当分進むものと考えられ
る。

【０００７】このような背景で、特に低背化、軽量化を
進めていくために、永久磁石の薄肉化とそれに伴う軽量
化を図ることが不可欠である。

【０００８】ところが、永久磁石の薄肉化は、上記の磁
性組立体に印加される磁力の減少に直接的に影響し、非
可逆特性の劣化を招く、という重大な問題が生じる。

【０００９】この発明の目的は、全体に小型・低背化、
軽量化を図るとともに特性の劣化を抑えた非可逆回路素
子およびそれを備えた通信装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の非可逆回路素
子は、電気的絶縁状態で交差配置された複数の中心導体
の該交差部にフェライトを当接させるとともに、該フェ
ライトに直流磁界を印加する永久磁石を設けた非可逆回
路素子において、永久磁石の残留磁束密度を０．４２０
〔Ｔ〕以上で、保磁力ｉＨｃを３４４〔ｋＡ／ｍ〕以
上、且つ保磁力ｂＨｃを３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上とす
る。

【００１１】また、前記永久磁石を、ランタンおよびコ
バルトが添加されたフェライト磁石とする。

【００１２】また前記フェライト磁石に含まれるランタ
ンの添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下とし、
且つ、コバルトの添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ
％以下とする。

【００１３】また、前記永久磁石の厚みを１ｍｍ以下と
する。

【００１４】また、前記永久磁石の残留磁束密度Ｂｒの
温度係数と前記フェライトの飽和磁化の温度係数を略等
しくする。

【００１５】また、前記永久磁石の残留磁束密度Ｂｒの
温度係数と前記フェライトの飽和磁化の温度係数をそれ
ぞれ−０．１２〜−０．３５％／℃の範囲内で定める。

【００１６】さらに、この発明の通信装置は、上記のい
ずれかの構成を有する非可逆回路素子を備えたものとす
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態に係るアイソ
レータの構成を図１〜図４を参照して説明する。図１は
アイソレータの分解斜視図である。ここで２は磁性体金
属からなる箱状の上ヨーク、３は上ヨーク２の内面に配
置する矩形板形状の永久磁石である。また５は磁性組立
体であり、このフェライト５４の底面と略同形状である
中心導体の連結部にフェライト５４を置き、連結部から
延び出た３本の中心導体５１，５２，５３を、絶縁シー
ト（不図示）を介在させて互いに略１２０°の角度をな
してフェライト５４を包むように折り曲げて配置し、中
心導体５１，５２，５３の先端側のポート部Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３を外方へ突出させた構造としている。４は、こ
の磁性組立体５と永久磁石３との間を所定間隔に保つた
めのスペーサである。７は樹脂ケースであり、この樹脂
ケース７には、ケース内の上面に一部が露出するアース
電極、底面から側面にかけて露出する入出力端子７２お
よびアース端子７３などをインサートモールド成形して
いる。Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３はそれぞれ整合用コンデンサで
あり、ポート部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と樹脂ケース７内のア
ース電極との間に接続する。また終端抵抗Ｒは、ポート
部Ｐ３に導通する電極とアース電極との間に接続する。
８は磁性体金属からなる下ヨークであり、上ヨーク２に
組み合わせることによって、閉磁路を構成する。これに
より、永久磁石３による磁界をフェライト５４に対して
その厚み方向に印加する。

【００１８】図２は上記アイソレータの等価回路図であ
る。図２において、Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３は中心導体５１，
５２，５３とフェライト５４とにより形成される等価的
なインダクタである。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３のキ
ャパシタンスは、上記インダクタＬ１、Ｌ２，Ｌ３のイ
ンダクタンスと整合して、所定の周波数を中心として所
定帯域幅にわたって低挿入損失特性を得るようにしてい
る。７１は入力端子、７２は出力端子であり、入力端子
７１から入力された信号は出力端子７２から出力され
る。出力端子７２に入力された信号は入力端子７１側へ
は殆ど出力されず、抵抗Ｒで終端される。

【００１９】図１に示した永久磁石３の特性として、残
留磁束密度が０．４２０〔Ｔ〕以上で、且つ順方向保磁
力（ｉＨｃ）が３４４〔ｋＡ／ｍ〕以上、逆方向保磁力
（ｂＨｃ）が３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上である磁石を用い
る。従来用いられていた永久磁石の残留磁束密度は０．
３８〔Ｔ〕程度であったので、従来と同等の磁界を磁性
組立体に印加する場合に、上記残留磁束密度特性を有す
る永久磁石を使用することにより、磁石の厚みを従来よ
り１０％以上薄くすることができる。従来、最も小型の
アイソレータで用いられていた永久磁石の厚みが１ｍｍ
であるので、これを０．９ｍｍより充分に薄くすること
ができる。

【００２０】次に、磁石の残留磁束密度、保磁力、およ
び寸法を変化させたときに得られる、非可逆回路素子の
特性およびその寸法について、実験した結果を示す。

【００２１】 〔表１〕 ────────────────────────────────── 磁束密度 保磁力 保磁力 挿入損失 磁石厚さ 製品高さ Br[T] iHc[kA/m] bHc[kA/m] [dB] [mm] [mm] ────────────────────────────────── (1) 0.38 290 270 0.33 0.90 1.90 (2) 0.40 310 290 0.33 0.85 1.86 (3) 0.42 344 320 0.32 0.80 1.81 (4) 0.46 365 340 0.32 0.75 1.77 ────────────────────────────────── ここで(3) ，(4) が本発明の実施例であり、(1) ，(2)
は永久磁石の残留磁束密度および保磁力を本発明の範囲
外とした例である。なお、磁石の寸法は縦横を一定と
し、厚さのみを変化させている。

【００２２】このように、永久磁石の残留磁束密度を
０．４２０〔Ｔ〕以上で、且つ順方向保磁力（ｉＨｃ）
が３４４〔ｋＡ／ｍ〕以上、逆方向保磁力（ｂＨｃ）が
３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上である磁石を用いることによ
り、永久磁石の厚みを薄くしても低挿入損失特性が得ら
れる。これにより全体の薄型化が可能となる。

【００２３】因みに、永久磁石以外の磁気回路部分、特
にフェライト、の厚みを薄くしても全体の低背化のため
に有効であるが、フェライトの薄肉化にともなってフェ
ライト部分の磁気損失が増え、非可逆回路素子としての
電気的特性の劣化につながる。本発明によれば、フェラ
イトを薄肉化せずに、素子の高さを０．数ｍｍオーダー
で低背化できるので、非可逆回路素子全体の小型化に極
めて有効となる。

【００２４】一方、永久磁石を薄くすると、反磁界が増
え、外部の温度変化に対する耐性が悪化する。すなわち
熱減磁などの現象が生じやすくなる。これに対し、永久
磁石の保磁力を上記の範囲内とすれば、温度に対する耐
性を従来のものと同等とすることができる。

【００２５】上記磁気的特性を有する永久磁石として、
具体的にはフェライト磁石を用い、ランタンおよびコバ
ルトを添加する。フェライト磁石にランタンとコバルト
を添加すると、物性上、残留磁束密度および保磁力が向
上する。ここでランタンおよびコバルトの添加量に対す
る残留磁束密度の特性変化の例を図３に示す。（Ａ）
は、コバルトＣｏの添加量を２ｍｏｌ％で一定とし、ラ
ンタンＬａの添加量を０〜８ｍｏｌ％の範囲で変化させ
た例である。また（Ｂ）は、ランタンＬａの添加量を２
ｍｏｌ％で一定とし、コバルトＣｏの添加量を０〜８ｍ
ｏｌ％の範囲で変化させた例である。

【００２６】（Ａ）に示すように、コバルトの添加量が
２ｍｏｌ％であるとき、ランタンの添加量を０．５ｍｏ
ｌ％〜５ｍｏｌ％の範囲とすることによって、残留磁束
密度Ｂｒは０．４２〔Ｔ〕以上となる。また、（Ｂ）に
示すように、ランタンの添加量が２ｍｏｌ％であると
き、コバルトの添加量を０．５ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％の
範囲とすることによって、残留磁束密度Ｂｒは０．４２
〔Ｔ〕以上となる。

【００２７】図４はランタンおよびコバルトの添加量に
対する保磁力の変化について示している。（Ａ）は、コ
バルトの添加量を２ｍｏｌ％で一定とし、ランタンの添
加量を０〜８ｍｏｌ％まで変化させた時の保磁力ｉＨ
ｃ，ｂＨｃの変化を示している。また（Ｂ）は、ランタ
ンの添加量を２ｍｏｌ％で一定とし、コバルトの添加量
を０〜８ｍｏｌ％まで変化させた時の保磁力ｉＨｃ，ｂ
Ｈｃの変化を示している。

【００２８】（Ａ）に示すように、コバルトの添加量が
２ｍｏｌ％であるとき、ランタンの添加量を０．５ｍｏ
ｌ％以上５ｍｏｌ％以下とすることによって、保磁力ｉ
Ｈｃは３４４〔ｋＡ／ｍ〕以上、保磁力ｂＨｃは３２０
〔ｋＡ／ｍ〕以上となる。また、（Ｂ）に示すように、
ランタンの添加量が２ｍｏｌ％であるとき、コバルトの
添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下とすること
によって、保磁力ｉＨｃは３４４〔ｋＡ／ｍ〕以上、保
磁力ｂＨｃは３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上となる。

【００２９】このように、ランタンおよびコバルトの添
加量の変化に対する残留磁束密度の変化および保磁力の
変化がそれぞれ山形となるのは、ランタンおよびコバル
トの添加量が少な過ぎると残留磁束密度および保磁力の
向上に対して効果が少なく、多過ぎると、焼結密度が小
さくなり、残留磁束密度および保磁力の向上に対する効
果がでなくなるためであるものと考えられる。

【００３０】以上の結果から、ランタンの添加量を０．
５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の所定の添加量とし、且
つコバルトの添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以
下の所定の添加量とすることにより、残留磁束密度が
０．４２〔Ｔ〕以上で、且つ保磁力ｉＨｃが３４４〔ｋ
Ａ／ｍ〕以上、保磁力ｂＨｃが３２０〔ｋＡ／ｍ〕以上
の特性を発現させ得ることが判る。

【００３１】図１に示した磁性組立体５に用いるフェラ
イト５４としては、その飽和磁化の温度係数が永久磁石
の残留磁束密度の温度係数と略等しいものを選択する。
このことにより、温度変化によるアイソレータの特性の
変化（低挿入損失特性の得られる周波数帯域の中心周波
数の偏移）を最小限に抑える。これは、フェライトの飽
和磁化とフェライトに印加される磁力の大きさが、温度
変化により同一方向に同じ割合で変化するため、温度変
化に係わらずにフェライトの動作点が一定となるためで
ある。

【００３２】一般に、フェライトの飽和磁化の温度係数
は、−０．１２〜−０．３５％／℃の範囲にあり、この
範囲内で所定の飽和磁化の温度係数を示すフェライトが
選択できる。したがって、永久磁石の残留磁束密度Ｂｒ
の温度係数を、フェライトの飽和磁化の温度係数と略等
しくなる−０．１２〜−０．３５％／℃の範囲で定め
る。

【００３３】次に、上記アイソレータを用いた通信装置
の例を図５を参照して説明する。同図においてＡＮＴは
送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，Ｂ
ＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰ
ｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれ
ミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波数シンセサ
イザである。ＭＩＸａはＳＹＮから出力される周波数信
号を変調信号で変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域の
みを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅して、アイソ
レータＩＳＯおよびＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。
ＡＭＰｂはＤＰＸから出力される受信信号を増幅する。
ＢＰＦｂはＡＭＰｂで増幅された信号のうち受信周波数
帯域のみを通過させ、ＭＩＸｂはＳＹＮより出力される
周波数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号
ＩＦを出力する。このような構成の通信装置において、
上記アイソレータＩＳＯとして、図１〜図４に示した構
造および特性を備えた素子を用いる。

【００３４】上記アイソレータＩＳＯで用いられる永久
磁石の保磁力は高いため、熱減磁が生じにくく、周囲温
度が大きく変化しても、アイソレータの特性劣化を防止
でき、これにより、通信装置の性能を損なうことがな
い。またアイソレータの小型・低背化および軽量化に伴
い、通信装置の設計上の自由度が向上し、特性を劣化さ
せることなく、高性能な小型の通信機器を得ることがで
きる。さらに、上記アイソレータが通信装置に搭載され
ている状態で、周囲の温度変化または自己発熱などによ
る温度ストレスがアイソレータに加わるが、アイソレー
タの温度特性が良好であるため、これらの温度ストレス
に対しても良好な通信性能を発揮することができ、通信
装置の使用可能温度範囲を広げることができる。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、非可逆回路素子の電
気的特性を悪化させることなく、素子の高さを０．数ｍ
ｍオーダーで低背化でき、その非可逆回路素子が搭載さ
れる通信装置の薄型化に貢献できる。

【００３６】また、永久磁石の保磁力が大きいため、熱
減磁が生じ難く、周囲温度が大きく変化しても非可逆回
路素子の特性劣化を防止することができる。これによ
り、その非可逆回路素子が搭載される通信装置の通信性
能を損なうことがない。

【００３７】また、ランタンとコバルトを所定量添加し
たフェライト磁石を用いることにより、その残留磁束密
度および保磁力を向上させることができ、特性を悪化さ
せることなく、非可逆回路素子の小型・低背化および軽
量化に対し、設計上の自由度が増す。

【００３８】また、フェライトの飽和磁化の温度係数が
永久磁石の残留磁束密度の温度係数と略等しいものを選
択することにより、さらに、温度係数をそれぞれ−０．
１２〜−０．３５％／℃の範囲内に定めることにより、
温度変化に対するアイソレータの特性変化が最小限なも
のとなり、広範囲に亘って安定した通信性能が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るアイソレータの分解斜視図

【図２】同アイソレータの等価回路図

【図３】アイソレータに用いる永久磁石のランタンおよ
びコバルトの添加量に対する残留磁束密度の変化の例を
示す図

【図４】同永久磁石のランタンおよびコバルトの添加量
に対する保磁力の変化を示す図

【図５】第２の実施形態に係る通信装置の構成を示すブ
ロック図

【符号の説明】

２−上ヨーク ３−永久磁石 ４−スペーサ ５−磁性組立体 ５１，５２，５３−中心導体 ５４−フェライト 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，Ｃ２，Ｃ３−整合用コンデンサ Ｒ−終端抵抗 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３−ポート部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的絶縁状態で交差配置された複数の
   中心導体の該交差部にフェライトを当接させるととも
   に、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石を設け
   た非可逆回路素子において、永久磁石の残留磁束密度を
   ０．４２０〔Ｔ〕以上で、保磁力ｉＨｃを３４４〔ｋＡ
   ／ｍ〕以上、且つ保磁力ｂＨｃを３２０〔ｋＡ／ｍ〕以
   上とした非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 前記永久磁石を、ランタンおよびコバル
   トが添加されたフェライト磁石とした請求項１に記載の
   非可逆回路素子。
3. 【請求項３】 前記フェライト磁石に含まれるランタン
   の添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下とし、且
   つ、コバルトの添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％
   以下とした請求項２に記載の非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 前記永久磁石の厚みを１ｍｍ以下とした
   請求項１、２または３に記載の非可逆回路素子。
5. 【請求項５】 前記永久磁石の残留磁束密度の温度係数
   と前記フェライトの飽和磁化の温度係数を略等しくした
   請求項１〜４のうちいずれかに記載の非可逆回路素子。
6. 【請求項６】 前記永久磁石の残留磁束密度の温度係数
   と前記フェライトの飽和磁化の温度係数をそれぞれ−
   ０．１２〜−０．３５％／℃の範囲内に定めた請求項５
   に記載の非可逆回路素子。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のうちいずれかに記載の非
   可逆回路素子を備えた通信装置。