JP2002198707A

JP2002198707A - 非可逆回路素子および通信装置

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Publication number: JP2002198707A
Application number: JP2001046951A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Makino; 敏弘牧野; Seigo Hino; 聖吾日野; Yasushi Asai; 裕史浅井; Takekazu Okada; 剛和岡田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: GB2369253B; JP3548824B2; GB0114396D0; CN1328411A; US20020033742A1; GB2369253A; US6559732B2; CN1148091C

Abstract

(57)【要約】【課題】全体に小型・低背化および軽量化を図るとと
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】絶縁被覆した銅線を、四角形板状のフェ
ライトに互いに交差させて巻回したフェライト組立体１
を、実装用基板５の実装面に対して垂直に配置し、その
フェライト組立体１を挟む両側の位置に、フェライトの
主面に垂直な方向に静磁界を印加する磁石３ａ，３ｂを
配置する。

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、フェライト
組立体として構成している。このフェライト組立体を整
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】

【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、構成部品の小型・低背化および軽
量化の要求がますます強くなってきている。非可逆回路
素子も、その例外ではない。従来の非可逆回路素子にお
いては、その構成部品が実装面に対して積み重なるよう
に配置する構造であったため、素子全体を小型・低背化
するために、各構成部品の厚み寸法を縮小化するという
設計手法が採られていた。

【０００５】例えば、フェライトの厚みが０．３ｍｍ、
永久磁石の厚みが０．５ｍｍ、ヨークの厚みが０．２ｍ
ｍ、実装用基板の厚みが０．２ｍｍ、中心導体の厚みが
０．０５ｍｍであり、２本の中心導体がフェライトの上
部および下部で交差している場合、その総厚みは単純に
計算して、 0.3 + 0.5 + 0.2*2 + 0.2 + 0.05*4 = 1.6 であり、１．６ｍｍとなる。ところが、最近の市場の要
求では非可逆回路素子の厚みは１．５ｍｍ以下であり、
この要求を満たすために、例えば上記フェライトまたは
永久磁石の厚みを薄くすると、必要な静磁界強度が得ら
れず、電気的特性の劣化が避けられない。

【０００６】この発明の目的は、全体に小型・低背化お
よび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。

【０００７】

【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、電気的絶縁状態で互いに交差させて配置した複数
の中心導体と、フェライトとを組み合わせてなるフェラ
イト組立体と、フェライトに静磁界を印加する少なくと
も１つの磁石とを備え、フェライトおよび磁石の主面が
実装用基板の実装面に対してそれぞれ垂直となるように
フェライトと磁石を配置する。これにより、非可逆回路
素子の各構成部品の厚み方向を実装用基板の面に平行な
方向を向け、各構成部品を無理に薄型化することなく、
非可逆回路素子全体を小型・低背化する。

【０００８】また、この発明の非可逆回路素子は、前記
フェライト組立体を挟む一方に磁石、他方に磁石または
磁性体を配置するとともに、前記磁石または磁性体の外
側面に接する板状部と、該板状部同士をつなぐ橋絡用の
板状部とでヨークを構成する。この構造により、小型の
磁石を用いてもフェライトに対して所定の静磁界を印加
できるようにして、電気的特性の劣化を防止しつつ全体
に小型化する。

【０００９】また、この発明の非可逆回路素子は、前記
橋絡用の板状部を略一平面を成すようにして、ヨークの
重量を削減して、全体の軽量化および低コスト化を図る
とともに、磁石による静磁界がヨーク部分で曲がらない
ようにし、静磁界がフェライトに対して垂直となるよう
に、且つ磁界分布が均一となるように印加させる。

【００１０】また、この発明は、前記ヨークの前記フェ
ライトの近傍に孔を形成する。例えば前記実装基板に平
行な板状部、前記実装基板に垂直な板状部、または前記
実装基板に平行な板状部から前記実装基板に垂直な板状
部にかけて連続するように形成する。この構造により、
磁石による静磁界がヨーク部分で曲がらないようにし、
静磁界がフェライトに対して垂直となるように、且つ磁
界分布が均一となるように印加させる。

【００１１】また、この発明は、前記孔の開口形状を略
四角形にして、小さな開口面積で孔による静磁界の曲が
りの抑制効果を高める。

【００１２】また、この発明は、前記フェライトの主面
に垂直な方向の前記孔の平面投影形状における広がり
が、前記フェライト組立体を挟む前記磁石と磁石との間
隙、または前記磁石と磁性体との間隙範囲を含み、且
つ、前記主面に平行な方向の前記孔の平面投影形状にお
ける広がりが、前記主面に平行な方向の前記フェライト
の幅を含む範囲となるように、前記孔を設ける。この構
造により、孔の開口を必要以上に大きくすることなく、
孔による静磁界の曲がりを抑制する効果を高める。ま
た、この発明は、前記ヨークをケースに兼用するととも
に、前記孔を非磁性体フィルムで覆う。またはヨーク内
の空間を樹脂で充填する。これにより、ケースの防塵性
・防湿性を高める。また、リフロー半田による実装時
に、金属線の半田付け部分が溶けて、金属線が浮いてし
まうことによるオープンや他部へのショートを防止す
る。

【００１３】また、この発明の非可逆回路素子は、前記
ヨークの実装基板に平行な板状部または実装基板に、フ
ェライト組立体または磁石が係合する窪みまたは孔を形
成する。これにより、非可逆回路素子内部へのフェライ
ト組立体または磁石を容易に固定できるようにし、固定
用の特別な部材を不要とする。

【００１４】また、この発明の非可逆回路素子は、フェ
ライトを四角形以上の多角形板状にして、フェライト組
立体の固定を容易とし、且つ非可逆回路素子全体を小型
・低背化する。

【００１５】また、この発明の非可逆回路素子は、前記
中心導体を、表面に絶縁被覆を施した金属線とし、その
金属線をフェライトに巻回して、フェライト組立体を構
成する。これにより、小型のフェライトを用いた場合で
も、中心導体のインダクタンスを十分な値に確保する。

【００１６】また、この発明の非可逆回路素子は、上記
金属線の径を０．１ｍｍ以下として、挿入損失特性を劣
化させることなく、小型化を図る。

【００１７】また、この発明の非可逆回路素子は、前記
中心導体を金属箔とし、その金属箔をフェライトに巻回
して、フェライト組立体を構成する。これにより、フェ
ライト組立体を薄型化し、全体に小型の非可逆回路素子
を構成する。

【００１８】また、この発明の非可逆回路素子は、上記
中心導体の数を２つとし、それぞれの一端を接地し、他
端を入出力端子に、または入出力端子に接続される部品
の電極に、接続する。この構造により、例えば３つの中
心導体を設けて、３つ目の中心導体に接続する整合イン
ピーダンスのように、周波数に依存するインピーダンス
回路を設けず、広帯域特性を得る。

【００１９】また上記ヨークの厚みを０．２ｍｍ以下と
して耐振動強度と耐落下衝撃強度を劣化させることなく
全体の小型・低背化を図る。

【００２０】さらに、この発明の通信装置は、上記のい
ずれかの非可逆回路素子を用い、例えば送信信号を増幅
する回路の出力部などに設けて通信装置を構成する。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の第１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１は絶
縁被覆した銅線からなる第１の中心導体１１および第２
の中心導体１２をフェライト１０に対してそれぞれ巻回
してなるフェライト組立体である。第１の中心導体１１
の一端Ｅ１は接地し、他端Ｐ１は後述するコンデンサＣ
１１およびＣ２１に導通させる。また第２の中心導体１
２の一端Ｅ２は接地し、他端Ｐ２はコンデンサＣ１２お
よびＣ２２にそれぞれ接続する。

【００２２】３ａ，３ｂはそれぞれフェライト１０に対
して静磁界を印加する永久磁石、６はケースを兼ねる磁
気回路を構成するヨークである。５は実装用の基板であ
り、その上面に、接地電極５０、入力端子電極５１およ
び出力端子電極５２を形成している。これらの電極の一
部は基板５の端面を経由して下面の一部にまで延ばして
いて、このアイソレータを電子機器の回路基板上に表面
実装する際の端子電極として用いる。Ｃ１１，Ｃ１２，
Ｃ２１，Ｃ２２はそれぞれチップ状コンデンサ、Ｒはチ
ップ状抵抗である。Ｃ２１，Ｃ２２は入力端子電極５１
および出力端子電極５２の上にそれぞれ搭載し、Ｃ１
１，Ｃ１２は接地電極５０の上にそれぞれ搭載する。ま
たＲはＣ１１とＣ１２のそれぞれの上面電極にまたがる
ように搭載する。

【００２３】図２は、図１に示した非可逆回路素子の各
構成部品の組立途中の状態における斜視図である。この
例では、基板５の上にコンデンサおよび抵抗を搭載し、
フェライト組立体１を接着剤、例えばエポキシ系樹脂、
熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂などにより取り付け、
さらに磁石３ａ，３ｂを搭載した状態を示している。た
だし、図１に示したコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２
１，Ｃ２２および抵抗Ｒは図２に示した状態では隠れて
見えない。この図２に示した状態から、基板５の上部
に、ケースを兼ねるヨーク６を被せて、ヨークを基板上
の接地電極５０に半田付けすることによってアイソレー
タを構成する。

【００２４】図３は、２つの磁石とフェライトとを通る
面での縦断面図である。但し、中心導体、コンデンサ、
および抵抗などは省略している。図中の破線の矢印は磁
界の向きを表している。このように、基板５に平行な向
き、すなわちフェライト１０の主面に垂直な向きに磁界
が通り、磁石３ａ，３ｂおよびヨーク６による磁気回路
のギャップの中にフェライト１０を配置した構造となっ
ている。このような構造であるため、磁石３ａ，３ｂ、
フェライト１０および中心導体が基板５に平行な向き、
すなわち実装面に対して平行な向きに並ぶため、全体に
低背化が図れる。

【００２５】図４は、上記アイソレータの回路図であ
る。中心導体１１，１２のそれぞれの端部は接地してい
て、中心導体１１の他方端と入力端子との間に、および
中心導体１２の他方端と出力端子との間にコンデンサＣ
２１，Ｃ２２をそれぞれ直列に接続している。また、中
心導体１１の他方端と接地との間、および中心導体１２
の他方端と接地との間にコンデンサＣ１１，Ｃ１２をそ
れぞれ並列に接続している。さらに、中心導体１１，１
２の他方端同士の間に抵抗Ｒを接続している。

【００２６】今、順方向の信号の透過を考えると、抵抗
Ｒの両端は同位相同振幅となって、抵抗Ｒには電流が流
れず、入力端子からの入力信号がそのまま出力端子から
出力される。

【００２７】逆方向の信号の入射を考えると、フェライ
ト１０を通過する高周波磁界の向きが上記順方向の場合
とは逆向きとなって、抵抗Ｒの両端に逆相の信号が発生
し、抵抗Ｒで電力が消費される。そのため、理想的には
入力端子からは信号が出力されない。実際には、中心導
体１１，１２の交差角度とファラディ回転による偏波面
の回転角度に応じて、信号の順方向透過時と逆方向入射
時とで、上記抵抗両端の位相差が変化する。そのため、
挿入損失が小さく、且つ高い非可逆（アイソレーショ
ン）特性が得られるように、フェライト１０に印加され
る静磁界の強度と中心導体１１，１２の交差角度を定め
る。

【００２８】上述の動作は入出力インピーダンスとアイ
ソレータのインピーダンスとの整合がとれていることが
前提となる。ところが、フェライト１０を小型化した場
合に、中心導体１１，１２の長さが短くなって、その分
インダクタンス成分が小さくなり、所望の周波数で動作
させる場合にインピーダンス整合がとれない。

【００２９】そこで、フェライト１０に対して中心導体
１１，１２を巻回し、小型のフェライト板を用いても、
中心導体のインダクタンスを増大させ、動作周波数帯域
の広帯域化を図る。ただし、中心導体の巻回によるイン
ダクタンスの増加は急激であるので、並列に接続したコ
ンデンサＣ１１，Ｃ１２だけでは正規化インピーダンス
（５０Ω）より高くなって整合がとれない場合が生じ
る。そこで、入出力端子に直列に所定容量のコンデンサ
Ｃ２１，Ｃ２２を接続する。

【００３０】上記中心導体１１，１２は、表面に電気絶
縁被膜を施した銅線を用いる。絶縁被膜の材料として
は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミ
ド、ポリエステル、またはポリウレタンなどを用いる。
また、この銅線の直径は０．１ｍｍ以下に定める。

【００３１】なお、以上に示した例では、中心導体とし
て銅線を例に挙げたが、銅以外に銀，金、その他の金
属、またはこれらのうち１つを含む合金の金属線を用い
てもよい。

【００３２】一般に素子の小型軽量化のためには、構成
部品を可能な限り小さくすることになるが、中心導体の
場合、その径を細くすると、電気抵抗が増大し、挿入損
失の悪化が懸念される。そこで、中心導体の径と挿入損
失との関係について実験を行なった。中心導体の径を
０．０３ｍｍから次第に太くして、１ＧＨｚ帯における
挿入損失を測定したところ、中心導体の径を太くするこ
とによる挿入損失の改善効果は、０．１ｍｍまでであ
り、それ以上では改善効果がほとんどないことを確認し
た。したがって、中心導体の径を０．１ｍｍ程度または
それ以下とすることによって、挿入損失を大きく悪化さ
せることなくアイソレータを小型・低背化する。

【００３３】上記ヨーク６としては、鉄を主成分する金
属材料で構成するが、単に鉄製のヨークとしたのでは電
気的抵抗率が高いので、その表面に銀などの導電率の高
い金属膜をメッキする。これによりシールド効果を高
め、且つアイソレータの挿入損失を低減する。

【００３４】また、鉄板にＣｕストライク／Ｎｉメッキ
／Ａｇメッキを施すことにより、すなわち、まずＣｕの
ストライクメッキを施し、Ｎｉを下地メッキ、Ａｇを仕
上げメッキとして施す。この時、Ｎｉ層がバリアとなっ
て、半田付けなどによる銀の食われを防止する。またＮ
ｉはＣｕやＡｇより耐食性が高いため、この層によって
ヨーク（ケース）を防錆する。

【００３５】素子の小型化のためには、このヨークの厚
みを薄くすることも有効である。しかし、機械的強度の
悪化が予想される。そこで、ヨークの厚みと耐振動強度
および耐落下衝撃強度の関係について試験を行った。ヨ
ークの厚みを０．０５ｍｍから次第に厚くして、耐振動
強度および耐落下衝撃強度を測定したところ、ヨークの
厚みを厚くすることによる耐振動強度および耐落下衝撃
強度の向上効果は、０．２ｍｍまでであり、それ以上で
は改善効果がほとんどないことを確認した。したがっ
て、ヨークの厚みを０．２ｍｍ程度またはそれ以下とす
ることによって、耐振動強度および耐落下衝撃強度を確
保しつつアイソレータを小型・低背化する。

【００３６】以上に示した実施形態では、構成部品であ
るフェライト組立体１と磁石３ａ，３ｂが実装面に対し
て水平方向に並び、アイソレータの底面にヨークを配置
しないので、実装面に対して垂直方向に重なる構成部品
の数を少なくできる。また、中心導体１１，１２の交差
位置がフェライト１０の側面にあるので、この交差部が
アイソレータの高さ寸法に影響を与えない。よって、ア
イソレータの低背化が可能となる。例えば、フェライト
１０の対角寸法（実装面に対して垂直方向の寸法）が
１．０ｍｍ、ヨーク６の板状部の厚みが０．２ｍｍ、基
板５の厚みが０．２ｍｍの場合、その総厚みは単純に計
算して１．４ｍｍとなり、最近の市場要求である、厚み
＜１．５ｍｍが達成できる。

【００３７】また、中心導体を、絶縁被覆した銅線で構
成したことにより、従来必要であった中心導体間を絶縁
するための絶縁シートが不要となり、絶縁用部品そのも
ののコストと、組み付けに要するコストが低減できる。
また、絶縁部品の配置ずれに起因する絶縁不良がなくな
るので、安定した製造が可能であり、製造ラインでの良
品率が向上する。さらには、中心導体の曲げ加工が容易
であり、コンデンサや抵抗の配置が多少違う設計であっ
ても、中心導体（銅線）を曲げる位置、角度、長さを調
整するだけで、共通の中心導体およびフェライト組立体
が使用でき、部品の共通化によるコスト削減が可能とな
る。

【００３８】次に、第２の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図５を参照して説明する。図５の（Ａ）はヨー
クの斜視図、（Ｂ）はアイソレータのほぼ中央高さ部分
での横断面図である。（Ｃ），（Ｄ）はこの比較例とし
て、第１の実施形態の場合のヨークの斜視図および中央
高さ部分の横断面図である。

【００３９】図１や図２などで示した例で、ヨーク６
は、５つの平面を成す板状部分で構成したが、この第２
の実施形態では、６１，６２，６３で示す３つの板状部
で構成している。（Ａ），（Ｂ）に示すように、ヨーク
６の２つの板状部６１，６２は磁石３ａ，３ｂの外側面
にそれぞれ接し、板状部６３は板状部６１，６２同士を
つなぐ略一平面をなして橋絡する。

【００４０】図５において、破線の矢印は磁界の分布の
例を示している。比較例である（Ｄ）に示した構造で
は、磁石３ａ，３ｂのそれぞれの外側面に接する板状部
に対し垂直な方向にヨークの板状部が存在するため、磁
界が拡がり、フェライト１０に印加される静磁界の向き
が曲がり、その強度も低下する。このため、磁石をフェ
ライトの寸法以上に充分に大きくしなければならず、素
子の小型化を阻む要因となっていた。これに対し（Ｂ）
に示した構造では、磁石３ａ，３ｂのそれぞれの外側面
に接する板状部に対し垂直な面にヨークの板状部が存在
しないので、磁界が拡がらず、その強度も低下すること
なく、フェライト１０の主面に垂直となるように、且つ
磁界分布が均一となるように静磁界が印加される。これ
は、空気の部分がヨーク（鉄）に比べて磁気抵抗が高い
ためである。その結果、磁石の小型化に伴う磁界分布の
不均一化による非可逆回路素子としての電気的特性の劣
化が防止でき、その分、磁石を小型できる。これによっ
て、素子全体の高さが抑制でき、且つ磁力を効率的に使
えるようになり、従来磁力不足で動作しなかった高周波
での動作も実現できる。またヨークの重量が軽量化され
るため、素子全体が軽量化でき、さらにヨークの材料コ
ストが低減されるため、低コスト化も同時に図れる。

【００４１】次に、第３の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図６を参照して説明する。図６の（Ａ）はアイ
ソレータの構成部品であるヨークと基板の構造を示す斜
視図、（Ｂ）はアイソレータの上面図、（Ｃ）は（Ｂ）
におけるＡ−Ａ部分の縦断面図である。

【００４２】（Ａ）に示すように、ヨーク６の上面の板
状部６３の中央に孔７を形成している。また基板５の中
央にも孔８を形成している。この基板５とヨーク６とで
構成される空間内にフェライト１０を配置する際、
（Ｂ）に示すように、フェライト１０の一方の角部分を
基板５の孔８に係合させ、それに対向する他方の角部分
をヨーク６の孔７部分に係合させる。これにより、フェ
ライト１０を、その主面が基板５に対して垂直となるよ
うに、且つ磁石３ａ，３ｂの主面に対して平行となるよ
うに、磁石３ａ，３ｂの中央位置に固定する。なお、フ
ェライト１０に巻回している中心導体は、図６では省略
している。

【００４３】アイソレータの厚みに対するヨークおよび
基板の厚みの割合は、それぞれ１０％前後と小さいが、
市場の低背化に対する要求は強く、構成部品すべてに対
して低背化へのアプローチが必要である。この実施形態
では、フェライト１０がヨーク６の天井面および実装用
の基板５に嵌め込まれるように配置されるので、最大
で、ヨーク６と基板５の合計の厚み分（約０．４ｍｍ）
だけアイソレータの低背化が可能となる。また、ヨーク
および基板に嵌め込まれるのは、フェライトの角端部で
あるため、電気的特性を劣化することなく低背化が可能
となる。

【００４４】なお、この実施形態では、基板またはヨー
クに、フェライト組立体のフェライトが係合する孔を形
成したが、磁石３ａ，３ｂの角部が係合する孔を基板ま
たはヨークに形成してもよい。また、フェライトまたは
磁石が係合する箇所は、貫通していない窪みであっても
よい。

【００４５】次に、第４の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図７および図８を参照して説明する。図７はア
イソレータの分解斜視図、図８はその等価回路図であ
る。

【００４６】これまでに示した実施形態では、フェライ
ト組立体１として、四角形板状のフェライトに２つの中
心導体を巻回することによって構成したが、このアイソ
レータでは、円板形状のフェライト１０に対して３つの
中心導体１１，１２，１３を互いに交差角１２０°の関
係で巻回している。中心導体１１，１２，１３のそれぞ
れの一端は接地部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３とし、他端はポート
部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３としている。接地部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３は基板５に形成した接地電極５０に接続する。ポート
部Ｐ１はＣ１１の上面電極および基板５に設けた入力端
子電極５１に接続し、ポート部Ｐ２はＣ１２の上面電極
および出力端子電極５２にそれぞれ接続する。ポート部
Ｐ３はコンデンサＣ１３の上面電極および抵抗Ｒの一方
の電極に接続する。

【００４７】コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３のそれ
ぞれの下面電極は基板上の接地電極５０にそれぞれ導通
させる。また抵抗Ｒは、その一方の電極が接地電極５０
に導通し、他方の電極がコンデンサＣ１３の上面電極に
導通するように、基板５の上に搭載する。その他の、磁
石３ａ，３ｂおよびヨーク６などの構成は先に示した実
施形態の場合と同様である。

【００４８】この構造によって、等価的に図８で示され
る回路を構成する。図８において、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は
中心導体のインダクタンスであり、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ
１３は整合用コンデンサ、Ｒは終端抵抗として作用す
る。このようにして、３ポートタイプのサーキュレータ
の１つのポートを抵抗終端させてアイソレータを構成す
る。

【００４９】次に、第５の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図９に示す。図９はアイソレータの縦断面図で
あり、図６の（Ｃ）に示した部分に相当する位置での断
面図である。図６に示した構造とは異なり、フェライト
１０を、四角形板状の角部を面取りして八角形板状とし
ている。そして、その面取りした部分を基板５の上面に
当接させ、それに対向する他方の面取りした部分をヨー
ク６の内面に当接させている。

【００５０】このような構造により、実装面に対して垂
直方向のフェライト１０の高さ寸法が減少し、アイソレ
ータ全体の低背化が可能となる。また、面取りを施すの
は、フェライトの角端部であり、電気的特性を劣化させ
ることなく低背化が可能となり、さらに面取りを施した
分、フェライトが軽量化されるため、アイソレータ全体
の軽量化が可能となる。

【００５１】以上に示した各実施形態では、フェライト
組立体の両側に、フェライトの主面に垂直方向に磁界を
印加する永久磁石を配置したが、一方に永久磁石を配置
し、他方に磁性体材料からなるブロックを配置するよう
にし、そのブロックを整磁鋼として作用させるようにし
てもよい。このような構造でも、両側に永久磁石を配置
した場合と同様に、フェライトの主面に対して垂直方向
に略直線状に磁界を印加させることができる。

【００５２】次に、第６の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図１０〜図１３を参照して説明する。図１０の
（Ａ）はアイソレータの上面図、（Ｂ）は正面断面図、
（Ｃ）は側面断面図である。この図では、フェライト１
０に巻回している中心導体は省略している。このアイソ
レータは図６に示したアイソレータと同様に、ヨーク６
の上面の中央に孔７を設けている。但し、フェライト１
０は、基板５に設けた支持台に取り付けている。孔７は
フェライト７を係合させるために設けているのではな
く、フェライト１０からヨーク部分を遠ざけるために設
けている。

【００５３】このように、フェライト１０の近傍のヨー
ク６に孔７を配置することにより、磁石３ａ，３ｂによ
る静磁界が、ヨーク６の上面方向へ曲がらずに、フェラ
イト１０の主面に垂直となるように、且つ磁界分布が均
一となるように印加されるようにする。このことによ
り、同じ磁石を用いたときのフェライト１０に対する静
磁界の強度を増すことができ、磁力の不足による高周波
での特性劣化を防止でき、その分、小型の磁石を用い
て、全体に小型化を図ることができる。また、フェライ
ト１０に対して均一に静磁界を印加することができるの
で、挿入損失の劣化を抑えることができる。

【００５４】図１１および図１２は、図１０に示した孔
７の寸法を変化させたときの特性の変化について示して
いる。ここで、図１０に示した各部の寸法は次のとおり
である。

【００５５】Ｗａ＝２．５ｍｍＷｍ＝２．０ｍｍＬａ＝３．２ｍｍＨａ＝１．６ｍｍＨｍ＝０．８５ｍｍＨｆ＝０．７ｍｍＨｂ＝０．４ｍｍＴｂ＝０．１５ｍｍＬｍ＝１．０ｍｍＷｆ＝０．７ｍｍＴｆ＝０．３ｍｍＧ＝０．４５ｍｍ図１１は、孔７の短辺方向（フェライト１０の主面に平
行な方向）の寸法Ｗｗを略一定にして、孔７の長辺方向
（フェライト１０の主面に垂直な方向）の寸法Ｌｗを変
化させたときの４つのｓパラメータの変化を示してい
る。

【００５６】図１１中の（０）〜（５）と上記寸法Ｗ
ｗ，Ｌｗとの関係は次のとおりである。

【００５７】なお、上表における（５）のＬｗ／２の寸法のうち
「１．０」は孔７の開口をヨーク６の側面にまで広げた
ときの、その側面部分の寸法を示している。

【００５８】このように、孔７を設けることにより、挿
入損失ｓ２１および、アイソレーションｓ１２が改善さ
れる。また、反射損失ｓ１１，ｓ２２についても、Ｌｗ
の寸法によって変化するが、Ｌｗを最適に定めることに
よって、極めて低い反射特性が得られる。

【００５９】図１２は、孔７の長辺方向（フェライト１
０の主面に垂直な方向）の寸法Ｌｗを略一定にして、孔
７の短辺方向（フェライト１０の主面に平行な方向）の
寸法Ｗｗを変化させたときの４つのｓパラメータの変化
を示している。

【００６０】図１２中の（０）〜（４）と上記寸法Ｗ
ｗ，Ｌｗとの関係は次のとおりである。

【００６１】なお、上表における（４）のＷｗ／２の寸法のうち
「０．９６」は孔７の開口をヨーク６の側面にまで広げ
たときの、その側面部分の寸法を示している。

【００６２】このように、孔７を設けることにより、挿
入損失ｓ２１および、アイソレーションｓ１２が改善さ
れる。また、反射損失ｓ１１，ｓ２２についても、Ｗｗ
の寸法によって変化するが、Ｗｗを最適に定めることに
よって、極めて低い反射特性が得られる。

【００６３】図１３は、上記孔７の開口寸法範囲の例に
ついて示している。図１１および図１２に示したよう
に、ここでは、孔７の短辺方向の寸法Ｗｗおよび長辺方
向の寸法Ｌｗを変化させたときのｓパラメータの変化を
求め、磁力が最も足りており（中心周波数までの磁石の
減磁量が最も多く）、且つ挿入損失ｓ２１が最もよい特
性を得るための条件を求めた。その結果は、フェライ
トの主面に垂直な方向の孔の平面投影形状における広が
りが、フェライト組立体を挟む磁石と磁石との間隙、ま
たは磁石と磁性体との間隙範囲を含み、且つ、フェラ
イトの主面に平行な方向の孔の平面投影形状における広
がりが、フェライトの主面に平行な方向のフェライトの
幅を含む範囲以上となるように、孔を設けることであ
る。言い換えると、遠方から孔内部を覗いたとき、フェ
ライトの全体が見えて、且つフェライト組立体を挟む２
つの磁石、または磁石と磁性体の端縁が見えるように孔
を設けることである。

【００６４】図１３の（Ａ）は、孔を上記およびの
２つの条件を満たす最小の寸法にした例、（Ｃ）は、孔
を上記およびの２つの条件を満たす最大の寸法にし
た例、（Ｂ）は、その中間的な寸法にした例をそれぞれ
示している。また、（Ｄ）は、孔を、上記およびの
２つの条件のを満たす最小寸法より小さくした例を示し
ている。この場合、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）では、低挿
入損失特性および高アイソレーション特性が得られる。

【００６５】なお、この実施形態のように、孔７の開口
形状を略四角形にすることにより、フェライトからヨー
クの部分を遠ざける効果が高まり、孔の開口面積が小さ
くて済む。

【００６６】次に、第７の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図１４および図１５を参照して説明する。図１
４および図１５において、（Ａ）はアイソレータの上面
図、（Ｂ）は側面図である。図１４に示す例では、ケー
スを兼ねるヨーク６の、実装基板に平行な板状部（天板
部分）に孔７を形成しているだけでなく、ヨーク６の、
実装基板に垂直な板状部（側板部分）にも孔７を形成し
ている。また、図１５示す例では、ケースを兼ねるヨー
ク６の、実装基板に平行な板状部（天板部分）から、実
装基板に垂直な板状部（側板部分）にかけて連続する孔
７を形成している。

【００６７】このようにして、フェライトの近傍からヨ
ーク部分を遠ざけることにより、フェライトに対する静
磁界の曲がりが抑制され、電気的特性の劣化が抑えられ
る。

【００６８】次に、第８の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図１６〜図１８を参照して説明する。図１６は
２つのアイソレータのそれぞれの上面図である。（Ａ）
の例では、孔７を楕円形状に開口させている。また、
（Ｂ）の例では、円形状に開口させている。

【００６９】図１７および図１８において、（Ａ）はア
イソレータの上面図、（Ｂ）はその側面図をそれぞれ示
している。図１７に示した例では、ヨークの上面と側面
に楕円形状または円形状の孔７を形成している。また、
図１８に示した例では、ヨークの上面から側面にかけて
連続した孔７を形成しているが、側面における孔の端部
を半円形状にしている。

【００７０】このように、孔７の全体または一部を楕円
形状または円形状にすることにより、ケースを兼ねるヨ
ークの剛性を高めることができる。

【００７１】次に、第９の実施形態に係るアイソレータ
の構成を図１９を参照して説明する。以上に示した各実
施形態では、ケースを兼ねるヨークに孔を設けただけの
状態として、アイソレータを図示したが、この孔を非磁
性体のフィルムで覆ってもよい。そのことで、ケースの
防塵性・防湿性を高める。

【００７２】また、ケースを兼ねるヨーク内に、孔から
硬質または軟質の絶縁性樹脂を充填してもよい。このこ
とで、ヨーク、実装基板、支持台、フェライト組立体お
よび磁石を上記樹脂で一体化すれば、ケースの防塵性・
防湿性および耐衝撃性が高まる。

【００７３】図１９は、上記樹脂を充填したときのアイ
ソレータの電気的特性を示している。ここで、アイソレ
ータ各部の寸法は、第６の実施形態で示したものと同じ
であり、孔の大きさは、図１３の（Ａ）に示したとおり
である。

【００７４】このように、ヨーク内を樹脂で充填して
も、低挿入損失特性および高アイソレーション特性が得
られる。

【００７５】次に、第１０の実施形態に係るアイソレー
タの構成を図２０を参照して説明する。以上に示した各
実施形態では、中心導体を、表面を絶縁被覆した金属線
で構成したが、これを平板状金属板、すなわち金属箔で
構成してもよい。図２０は、その場合のフェライト組立
体の例を示している。ここで、１１，１２はリボン状の
銅箔であり、これらを四角形板状のフェライト１０に巻
回している。２つの中心導体１１，１２が重なる部分に
は絶縁シート２を挟み込むことによって、中心導体１
１，１２間を電気的に絶縁している。なお、この絶縁シ
ート２を用いる代わりに、絶縁被覆した金属箔を用いて
もよい。

【００７６】このように中心導体として金属箔を用いる
ことによって、中心導体部分の厚みを薄くすることがで
き、フェライト組立体全体を薄型化できる。その結果、
非可逆回路素子全体の小型化が図れる。

【００７７】次に、第１１の実施形態に係る通信装置の
構成を図２１を参照して説明する。図２１においてＡＮ
Ｔは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦ
ａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，
ＡＭＰｂ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、ＩＳＯはアイソレータである。

【００７８】ＭＩＸａは入力されたＩＦ信号と、ＳＹＮ
から出力された信号とを混合し、ＢＰＦａはＭＩＸａか
らの混合出力信号のうち送信周波数帯域のみを通過さ
せ、ＡＭＰａはこれを電力増幅し、アイソレータＩＳＯ
およびＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤ
ＰＸから取り出した受信信号を増幅する。ＢＰＦｂはＡ
ＭＰｂから出力される受信信号のうち受信周波数帯域の
みを通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹＮから出力された周
波数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号Ｉ
Ｆを出力する。

【００７９】図２１に示したアイソレータＩＳＯ部分に
は、以上に示した構造のアイソレータを用いる。このよ
うに、低挿入損失で小型・低背化および軽量化を図った
アイソレータを用いることによって、全体に電力効率が
高く、薄型で軽量な携帯電話等の通信装置を得る。

【００８０】次に、第１２の実施形態に係る通信装置の
構成を図２２を参照して説明する。図２２においてＡＮ
Ｔは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦ
ａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，
ＡＭＰｂ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、ＩＳＯはアイソレータである。

【００８１】図２１に示した例と異なり、この例では、
ローカルのＶＣＯ（電圧制御発振器）とミキサとの間に
アイソレータＩＳＯを設けている。なお、ＢＰＦｃはＶ
ＣＯによるローカル信号の所定の周波数成分のみを通過
させて、それをミキサＭＩＸｂに与えるために設けてい
る。その他の構成は第１１の実施形態の場合と同様であ
る。

【００８２】従来は、ＶＣＯとミキサの間にバッファア
ンプを設けていたが、このように、ＶＣＯとミキサの間
にアイソレータＩＳＯを設け、それをバッファ素子とし
て用いる。このアイソレータＩＳＯ部分には、以上に示
した構造のアイソレータを用いる。

【００８３】アイソレータ自体は受動素子であるので、
このように回路を構成すれば、従来のバッファアンプを
設ける場合に比べて低消費電力化できる。そのため、全
体に更に電力効率が高い、小型・軽量の携帯電話等の通
信装置が得られる。

【００８４】

【発明の効果】この発明によれば、非可逆回路素子の各
構成部品の厚み方向が実装用基板の面に平行な方向を向
くことになり、各構成部品を無理に薄型化することな
く、非可逆回路素子全体を小型・低背化できる。

【００８５】また、この発明によれば、小型の磁石を用
いてもフェライトに対して所定の静磁界が印加でき、電
気的特性の劣化を防止しつつ全体に小型化できる。ま
た、この発明によれば、ヨークの橋絡用の板状部が略一
平面を成すため、フェライトに対する静磁界の曲がりが
抑制され、電気的特性の劣化が防止できる。同時にヨー
クの重量が削減され、全体が軽量化および低コスト化さ
れる。

【００８６】また、この発明によれば、ヨークに設ける
孔の開口形状を略四角形にしたことにより、小さな開口
面積で孔による静磁界の曲がりの抑制効果が高められ
る。

【００８７】また、この発明によれば、フェライトの主
面に垂直な方向の孔の平面投影形状における広がりが、
フェライト組立体を挟む磁石と磁石との間隙、または磁
石と磁性体との間隙範囲を含み、且つ、フェライトの主
面に平行な方向の孔の平面投影形状における広がりが、
フェライトの主面に平行な方向のフェライトの幅を含む
範囲となるように、ヨークに孔を設けたことにより、孔
の開口を必要以上に大きくすることなく、孔による静磁
界の曲がりを抑制する効果が高まる。

【００８８】また、孔を用いることによって、この孔よ
りフェライト組立体の中心導体の交差角を調整すること
で、アイソレーション特性を調整できる。このことによ
り、後工程のヨークと基板の半田付けの際に起こる交差
角の変動によるアイソレーション特性の不良を抑えるこ
とができる。

【００８９】また、この発明によれば、ヨークをケース
に兼用するとともに、ヨークに設けた孔を非磁性体フィ
ルムで覆うか、ヨーク内の空間を樹脂で充填することに
より、ケースの防塵性・防湿性および耐衝撃性が高ま
る。

【００９０】また、リフロー半田による実装時の半田溶
融による金属線の浮きによるオープン不良、または金属
線の他部へのショート不良を防止することができる。

【００９１】また、この発明によれば、ヨークの橋絡用
板状部または実装基板にフェライト組立体または磁石が
係合する窪みまたは孔を形成することにより、素子が低
背化でき、非可逆回路素子内部にフェライト組立体また
は磁石を容易に固定できるようになり、固定用の特別な
部材が不要となるため、全体の小型化が図れる。

【００９２】また、この発明によれば、フェライトを四
角形以上の多角形板状にすることによって、中心導体の
巻回または固定が容易となる。

【００９３】また、この発明によれば、中心導体を、表
面に絶縁被覆を施した金属線とし、その金属線をフェラ
イトに巻回して、フェライト組立体を構成することによ
り、小型のフェライトを用いた場合でも、中心導体のイ
ンダクタンスを十分な値に確保でき、その分全体を小型
化できる。

【００９４】また、この発明によれば、金属線の径を
０．１ｍｍ以下とすることにより、挿入損失特性を劣化
させることなく、小型化が図れる。

【００９５】また、この発明によれば、中心導体を金属
箔で構成することにより、フェライト組立体を薄型化で
き、全体に小型の非可逆回路素子が構成できる。

【００９６】また、この発明によれば、中心導体の数を
２つとし、それぞれの一端を接地し、他端を入出力端子
に、または入出力端子に接続される部品の電極に、接続
することにより、広帯域特性が得られる。

【００９７】また、この発明によれば、ヨークの厚みを
０．２ｍｍ以下とすることにより、耐振動強度と耐落下
衝撃強度を劣化させることなく、全体の小型・低背化が
図れる。

【００９８】さらに、この発明によれば、全体に薄型で
軽量な携帯電話等の通信装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るアイソレータの分解斜視
図

【図２】同アイソレータの組立途中における斜視図

【図３】同アイソレータの縦断面図

【図４】同アイソレータの等価回路図

【図５】第２の実施形態に係るアイソレータの主要部の
斜視図および横断面図

【図６】第３の実施形態に係るアイソレータの主要部の
分解斜視図、上面図、および縦断面図

【図７】第４の実施形態に係るアイソレータの分解斜視
図

【図８】同アイソレータの等価回路図

【図９】第５の実施形態に係るアイソレータの主要部の
縦断面図

【図１０】第６の実施形態に係るアイソレータの構成を
示す図

【図１１】同アイソレータの孔の寸法を変化させたとき
の電気的特性の変化を示す図

【図１２】同アイソレータの孔の寸法を変化させたとき
の電気的特性の変化を示す図

【図１３】寸法の異なった孔を設けた複数のアイソレー
タの上面図

【図１４】第７の実施形態に係るアイソレータの上面図
および側面図

【図１５】第７の実施形態に係る別のアイソレータの上
面図および側面図

【図１６】第８の実施形態に係るアイソレータの上面図

【図１７】第８の実施形態に係る別のアイソレータの上
面図および側面図

【図１８】第８の実施形態に係る更に別のアイソレータ
の上面図および側面図

【図１９】第９の実施形態に係るアイソレータの電気的
特性を示す図

【図２０】第１０の実施形態に係るアイソレータに用い
るフェライト組立体の斜視図

【図２１】第１１の実施形態に係る通信装置のブロック
図

【図２２】第１２の実施形態に係る通信装置のブロック
図

【符号の説明】

１−フェライト組立体１０−フェライト１１−第１の中心導体１２−第２の中心導体１３−第３の中心導体２−絶縁シート３−磁石５−基板５０−接地電極５１−入力端子電極５２−出力端子電極６−ヨーク（ケース）７，８−孔９−支持台Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３−ポート部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３−接地部Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ１３−コンデンサＲ−抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅井裕史京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者岡田剛和京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁状態で互いに交差させて配置し
た複数の中心導体と、フェライトとを組み合わせて成る
フェライト組立体と、前記フェライトに静磁界を印加す
る少なくとも１つの磁石とを備えた非可逆回路素子にお
いて、フェライトおよび磁石の主面を、実装用基板の実装面に
対してそれぞれ垂直に配置した非可逆回路素子。
【請求項２】前記フェライト組立体を挟む一方に磁
石、他方に磁石または磁性体を配置するとともに、前記
磁石または磁性体の外側面に接する板状部と、該板状部
同士をつなぐ橋絡用の板状部とでヨークを構成した請求
項１に記載の非可逆回路素子。
【請求項３】前記橋絡用の板状部が略一平面を成す請
求項２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】前記ヨークの前記フェライトの近傍に少
なくとも１つの孔を形成した請求項２または３に記載の
非可逆回路素子。
【請求項５】前記孔を前記実装基板に平行な前記ヨー
クの板状部に形成した請求項４に記載の非可逆回路素
子。
【請求項６】前記孔を前記実装基板に垂直な前記ヨー
クの板状部に形成した請求項４または５に記載の非可逆
回路素子。
【請求項７】前記孔を前記実装基板に平行な前記ヨー
クの板状部から前記実装基板に垂直な前記ヨークの板状
部にかけて連続させた請求項４に記載の非可逆回路素
子。
【請求項８】前記孔の開口形状を略四角形にした請求
項４〜６のうちいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項９】前記フェライトの主面に垂直な方向の前
記孔の平面投影形状における広がりが、前記フェライト
組立体を挟む前記磁石と磁石との間隙、または前記磁石
と磁性体との間隙範囲を含み、且つ、前記主面に平行な
方向の前記孔の平面投影形状における広がりが、前記主
面に平行な方向の前記フェライトの幅を含む範囲となる
ように、前記孔を設けた、請求項４〜８のうちいずれか
に記載の非可逆回路素子。
【請求項１０】前記ヨークをケースに兼用するととも
に、前記孔を非磁性体フィルムで覆った請求項４〜９の
うちいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１１】前記ヨークをケースに兼用するととも
に、該ヨーク内の空間を樹脂で充填した請求項４〜１０
のうちいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１２】前記ヨークの前記実装基板に平行な板
状部または前記実装基板に、前記フェライト組立体また
は前記磁石が係合する窪みまたは孔を形成した、請求項
２または３に記載の非可逆回路素子。
【請求項１３】前記フェライトを四角形以上の多角形
板状にした請求項１〜１２のうちいずれかに記載の非可
逆回路素子。
【請求項１４】前記中心導体は、表面を絶縁被覆した
金属線であり、当該中心導体を前記フェライトに巻回し
て前記フェライト組立体を構成した請求項１〜１３のう
ちいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１５】前記金属線の径が０．１ｍｍ以下であ
る請求項１４に記載の非可逆回路素子。
【請求項１６】前記中心導体は金属箔であり、当該中
心導体を前記フェライトに巻回して前記フェライト組立
体を構成した請求項１〜１３のうちいずれかに記載の非
可逆回路素子。
【請求項１７】前記中心導体の数を２とし、それぞれ
の一端を接地し、他端を入出力端子に接続される部品ま
たは入出力端子に接続した請求項１〜１６のうちいずれ
かに記載の非可逆回路素子。
【請求項１８】前記ヨークの厚みが０．２ｍｍ以下で
ある請求項２〜１７のうちいずれかに記載の非可逆回路
素子。
【請求項１９】請求項１〜１８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。