JP2002280808A

JP2002280808A - 非可逆回路素子部材及びこれを用いた送信受信装置

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Publication number: JP2002280808A
Application number: JP2001078438A
Authority: JP
Inventors: Hideto Horiguchi; 秀人堀口; Kazuhiro Hagiwara; 和弘萩原; Tadaaki Horai; 忠昭蓬莱
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP4534372B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】部品点数の削減、実装面積の削減、消費電力
の削減、組み立ての容易化及び最適な入力インピーダン
スの算出の容易化を図ることが可能な非可逆回路素子を
提供する。【解決手段】フェリ磁性体４０、中心導体組立体４８
と、入力用コンデンサＣ１、出力用コンデンサＣ２及び
ロード用コンデンサＣ３と、Ｃ３に並列接続される終端
抵抗Ｒ１と、直流磁界を印加する永久磁石５４とからな
るアイソレータの入力側に出力検出用リアクタンス素子
８８を接続した非可逆回路素子部材において、アイソレ
ータ部の入力インピーダンスＺｉｎが、所望の動作帯域
の中心周波数にて、出力端子に接続される外部回路系の
インピーダンスＺｏ及び出力検出用リアクタンス素子８
８のインピーダンスＺｃ（＝ｊＸｃ）に対して以下の式
で設定される。Ｚｉｎ＝Ａ・Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ
＋ｊ・Ｂ・ＺｏここでＡは０．８５〜１．１５、Ｂは−
０．１５〜０．１５の範囲内である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話など少な
くとも１つのアンテナを送信系と受信系とで共用するよ
うにした送信受信装置及びこれに用いる非可逆回路素子
部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯電話、自動車電話等に採用
される移動通信機器の送信受信装置は、１つのアンテナ
を送信系と受信系とで共用するように構成されている。
この送信受信装置の送信系では、アンプ（増幅器）の出
力電力を一定に保持する必要がある。また、アンテナ等
からの反射電力によりアンプが損傷したり、或いは隣接
チャンネルの信号がアンテナから進入してＩＭ（相互変
調）が発生したりすることがないようにする必要があ
る。そのため、アンプからの出力電力を方向性結合器
（カプラ）で検出し、この検出信号をＡＰＣ回路へ入力
してこの動作でもって前記アンプの出力電力を制御する
ようにしている。また、上記方向性結合器の後段側にア
イソレータを設け、これによってアンテナからの反射電
力を吸収し、反射波によるアンプの損傷やＩＭの発生を
防止することが行われている。

【０００３】上記したアイソレータは、一般的に非可逆
回路素子と称され、この構成は、例えばガーネット等の
磁性体を中心として３本の中心導体で折り込み、各中心
導体に整合用のコンデンサや抵抗等を接続し、上記ガー
ネットに磁界を付与する永久磁石を重ねて全体を金属製
ケースで覆うようになっている。このような非可逆回路
素子としては、例えば特開平１０−２００３０８号公報
に開示されているように、外部実装用端子基板に電力を
検出する結合電極を形成したもの、特開平１０−２００
３１０号公報に開示されているように、整合用容量が形
成された誘電体基板に電力を検出する結合電極を形成し
たもの、特開平１０−３２７００３号公報に開示される
ように、何れか１つのポートにインピーダンス変換回路
を付加して入力インピーダンスを２〜１２．５Ωにした
もの、或いは特開平７−１０６８０９号公報に開示され
ているように、３本の中心導体の内で抵抗を接続した中
心導体の幅を、他の入力用及び出力用中心導体の幅とは
異なるようにしたもの等が知られている。

【０００４】ところで、上記したような従来の非可逆回
路素子は、一般的に部品点数がかなり多いのみならず、
回路基板上での実装面積が増大し、携帯電話等で望まれ
ている小型化、低価格化の要請に応えられない。そこ
で、上記要請に応えるために特開平９−２７０６０８号
公報等に開示されているように、非可逆回路素子の入力
端子から分岐してコンデンサを接続し、このコンデンサ
をＡＰＣ回路の伝送ラインに直列接続することによって
出力検出用コンデンサとなし、この出力をアンプの制御
端子へフィードバックすることによってアンプの出力を
モニターすることが提案されている。また、ここでは、
更なる素子の小型化を目的として前記コンデンサを誘電
体等からなる薄板シート上に電極パターンとして印刷形
成し、これらを積層一体成形して構成すること等も行わ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の非可逆回路素子にあっては、各部品間の
設計パラメータを設定するためには、トライアンドエラ
ー方式で各部品のインピーダンスやリアクタンスを設計
するのが一般的であり、これらを最適化するのが非常に
困難であった。特に、上記設計パラメータが不十分な場
合には、例えば送信時の反射波電力もかなり多くなり、
消費電力も増大してしまう、といった問題があった。

【０００６】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、部品点数の削減、実装面積の削減、消費電力
の削減、組み立ての容易化及び最適な入力インピーダン
スの算出の容易化を図ることが可能な非可逆回路素子及
びこれを用いた送信受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】請求項１に規定する発明
は、フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的絶縁状態で
交差するようにして設けた中心導体組立体と、前記各中
心導体の端部に接続される入力用コンデンサ、出力用コ
ンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロード用コンデ
ンサに並列接続される終端抵抗と、前記中心導体組立体
に直流磁界を印加する永久磁石とからなるアイソレータ
を形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用
リアクタンス素子を接続することにより入力端子、出力
端子及び出力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子
部材において、上記アイソレータ部の入力インピーダン
スＺｉｎが、所望の動作帯域の中心周波数にて、前記出
力端子に接続される外部回路系のインピーダンスＺｏ及
び前記出力検出用リアクタンス素子のインピーダンスＺ
ｃ（＝ｊＸｃ）に対して以下の式で設定される範囲内に
あることを特徴とする非可逆回路素子部材である。Ｚｉｎ＝Ａ・Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ＋ｊ・Ｂ・ＺｏここでＡは０．８５〜１．１５、Ｂは−０．１５〜０．
１５の範囲内であり、ｊは虚数を示す記号である。これ
により、アイソレータ部の入力インピーダンスと出力検
出用リアクタンス素子のインピーダンスを容易に最適化
することが可能となる。

【０００８】請求項２に規定する発明は、フェリ磁性体
に中心導体を互いに電気的絶縁状態で交差するようにし
て設けた中心導体組立体と、前記各中心導体の端部に接
続される入力用コンデンサ、出力用コンデンサ及びロー
ド用コンデンサと、該ロード用コンデンサに並列接続さ
れる終端抵抗と、前記中心導体組立体に直流磁界を印加
する永久磁石とからなるアイソレータを形成し、前記入
力用コンデンサの入力側に出力検出用リアクタンス素子
を接続することにより入力端子、出力端子及び出力検出
用端子を形成してなる非可逆回路素子部材において、上
記アイソレータ部の入力インピーダンスＺｉｎが、所望
の動作帯域の中心周波数にて、前記出力検出用リアクタ
ンス素子のインピーダンスＺｃ（＝ｊＸｃ）に対して以
下の式で設定される範囲内にあることを特徴とする非可
逆回路素子部材である。Ｚｉｎ＝Ｚａ−ｊ・２５００／Ｘｃ＋ｊ・ＺｂここでＺａは４２．５Ω〜５７．５Ω、Ｚｂは−７．５
Ω〜７．５Ωの範囲内であり、ｊは虚数を示す記号であ
る。

【０００９】この場合、例えば請求項３に規定するよう
に、前記出力検出用リアクタンス素子が容量Ｃの出力検
出用コンデンサの時には、入力インピーダンスＺｉｎは
以下の式で設定されることを特徴とする請求項２記載の
非可逆回路素子部材である。Ｚｉｎ＝Ｚａ＋ｊ・５０００・π・ｆ・Ｃ＋ｊ・Ｚｂここでｆは動作帯域の中心周波数である。

【００１０】また、例えば請求項４に規定するように、
前記中心周波数ｆが略１．９５ＧＨｚで、前記容量Ｃが
略０．３ｐＦの時には、前記入力インピーダンスＺｉｎ
は、スミスチャートにおいて抵抗成分が４２．５Ωと５
７．５Ωのそれぞれの曲線と、リアクタンス成分が１．
７Ωと１６．７Ωのそれぞれの曲線とにより囲まれた範
囲内に設定される。

【００１１】また、請求項５に規定するように本発明
は、フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的絶縁状態で
交差するようにして設けた中心導体組立体と、前記各中
心導体の端部に接続される入力用コンデンサ、出力用コ
ンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロード用コンデ
ンサに並列接続される終端抵抗と、前記中心導体組立体
に直流磁界を印加する永久磁石とからなるアイソレータ
を形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用
リアクタンス素子を接続することにより入力端子、出力
端子及び出力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子
部材において、前記出力検出用リアクタンス素子がコン
デンサであり、アイソレータ部の入力インピーダンスを
外部回路系のインピーダンスに対し、スミスチャート上
で虚数成分が正の方向に位置するようにずらしたことを
特徴とする非可逆回路素子部材である。

【００１２】この場合、請求項６に規定するように、前
記出力検出用リアクタンス素子がインダクタであり、ア
イソレータ部の入力インピーダンスを外部回路系のイン
ピーダンスに対し、スミスチャート上で虚数成分が負の
方向に位置するようにずらしたことを特徴とする非可逆
回路素子部材となる。

【００１３】次に、請求項７に規定する発明は、高周波
信号を送信する送信系と、高周波信号を受信する受信系
とを有する送信受信装置において、前記送信系に、請求
項１乃至６のいずれかに規定する非可逆回路素子部材を
用いるようにしたことを特徴とする送信受信装置であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る非可逆回路
素子部材及びこれを用いた送信受信装置の一実施例を添
付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の非可逆回路
素子部材を用いた送信受信装置を示すブロック構成図、
図２は本発明の非可逆回路素子部材を示す分解斜視図、
図３は本発明の非可逆回路素子部材の等価回路を示す
図、図４は図３中の積層素体の焼結前のグリーンシート
の各層を示す展開図、図５は本発明におけるインピーダ
ンス計算で用いた非可逆回路素子部材の等価回路を示す
図、図６は本発明における最適な入力インピーダンスの
範囲をスミスチャート上で示すグラフ、図７は本発明に
おける最適な入力インピーダンスの範囲を示すグラフで
ある。

【００１５】まず、図１を参照して本発明の非可逆回路
素子部材を用いた送信受信装置について説明する。ここ
では送信受信装置として携帯電話を例にとって説明す
る。図１に示すように、この送信受信装置としての携帯
電話２は、外部からの高周波信号を受けると共に、送信
信号を放射するアンテナ４を有しており、このアンテナ
４は、デュプレクサ６を介して受信系８と送信系１０と
に接続されている。このデュプレクサ６は、送信系１０
からの信号を上記アンテナ２へ送り、このアンテナ２か
らの受信信号を受信系８へ送る。

【００１６】上記受信系８は、信号増幅を行うローノイ
ズアンプ１２、不要な周波数成分をカットするフィルタ
１４、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２からのローカル周
波数の信号と受信された高周波信号とを混合して中間周
波数の信号を得る受信側ミキサ１６、不要な周波数成分
を除去するフィルタ１８及び受信信号を再生する受信回
路２０を順次接続して構成されている。

【００１７】一方、上記送信系１０は、送信すべき信号
を発生する送信回路２４、不要な周波数成分を除去する
フィルタ２６、上記電圧制御発振器２２からのローカル
周波数の信号と送信すべき信号とを混合して高周波信号
を得る送信側ミキサ２８、上記高周波信号を増幅するパ
ワーアンプ３０及び上記アンテナ４等の外乱によるイン
ピーダンス変動の影響を小さくして上記パワーアンプ３
０の動作を安定化させることにより不要な輻射や混変調
を防ぐための本発明の特徴とする非可逆回路素子部材３
２を順次接続して構成されており、この非可逆回路素子
部材３２の出力の一部をＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒ
Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路３４を介して上記パワーアンプ
３０へ戻すようになっている。また、電圧制御発振器２
２に接続されるスプリッタ２３は、発振されたローカル
信号を２方向に分岐させて上記受信ミキサ１６と送信ミ
キサ２８とへ供給する。ここで、上記非可逆回路素子部
材３２の各端子は、上記パワーアンプ３０に接続される
端子を入力端子ＩＮ、上記デュプレクサ６に接続される
端子を出力端子ＯＵＴ、上記ＡＰＣ回路３４に接続され
る端子を出力検出用端子（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）ＣＯＵＰ
とする。

【００１８】次に、図２を参照して上記非可逆回路素子
部材３２の構成について説明する。図２に示すように、
この非可逆回路素子部材３２は、ガーネット等の円板状
のフェリ磁性体（フェライト）４０を中心として３本の
ストリップラインからなる中心導体４２、４４、４６を
１２０度間隔で且つ絶縁体を介して折り込んでなる中心
導体組立体４８と、この中心導体組立体４８を中央の貫
通孔５０に収容できるようにした積層素体５２と、上記
中心導体組立体４８に直流磁界を印加するフェライト磁
石などの永久磁石５４と、磁性ヨークを兼ねる金属製の
ケースとなる上ケース５６及び下ケース５８と、上記積
層素体５２と上記下ケース５８との間に介在されて銅板
等の導電板６０を樹脂枠６２内に一体的に組み込むこと
により形成した樹脂ベース６４とから主に構成されてい
る。上記樹脂ベース６４の導電板６０の上面には上記各
中心導体４２、４４、４６の基端部側の一端が共通に半
田付けされ、この導電板６０の下面は下ケース５８の中
央部の金属部分に嵌まるようになっている。そして、上
記樹脂ベース６４の左右端の樹脂枠６２には、入力端子
ＩＮとなる外部電極６６と、出力端子ＯＵＴとなる外部
端子６８と、出力検出用端子ＣＯＵＰとなる外部電極７
０と、他のグランド電極ＧＮＤが面実装可能なように実
装基板面に面して形成されている。尚、導電板６０全体
もグランドとなる。そして、これらの各部材が上下方向
に積層されて周囲が、上ケース５６と下ケース５８とで
パッケージされる。

【００１９】次に、図３を参照して上記非可逆回路素子
部材３２の等価回路について説明する。図３において、
端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とグランド（アース）間に接続さ
れたＣ１、Ｃ２、Ｃ３は整合容量であり、サーキュレー
タの動作周波数を決定し、これらに並列に中心導体組立
体４８の中心導体４２、４４、４６をそれぞれ接続して
インダクタンスＬ成分を付加している。ここでＣ１は入
力用コンデンサ、Ｃ２は出力用コンデンサ、Ｃ３はロー
ド用コンデンサとなる。また、アイソレータとするため
に上記ロード用コンデンサＣ３に終端抵抗Ｒ１を並列に
接続してグランドに落としているが、この終端抵抗Ｒ１
は図２に示す積層素体５２の上面に印刷抵抗７２を設け
ることによって構成している。尚、印刷抵抗に代えてチ
ップ抵抗等をここに設けてもよい。ここで上記入力端子
ＩＮ、出力端子ＯＵＴ及び出力検出用端子ＣＯＵＰが樹
脂ベース６４の外部電極６６、６８、７０にそれぞれ相
当し、各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の各種電極が容量
素子基板である積層素体５２にそれぞれ印刷形成されて
いる電極８２、８４、８６に相当している。入力端子Ｉ
Ｎ側からは、出力検出用リアクタンス素子８８を介して
出力検出用端子ＣＯＵＰが接続されており、通常これは
入力端子ＩＮからアイソレータ（非可逆回路素子部材）
に入ったアンプの出力信号の一部が出力検出用端子ＣＯ
ＵＰより出力される量、すなわち、カップリング量が所
定の値になるように、後述するようにその容量が定めら
れている。この出力検出用リアクタンス素子８８は例え
ばコンデンサよりなり、このコンデンサ８８は、以下に
説明するように積層素体５２内に電極パターンで形成さ
れる。

【００２０】尚、中心導体組立体４８は誘電体または磁
性体による積層体で構成したものを用いることができ、
これにより組立て工数を削減し、更にコスト低減をはか
ることもできる。また、中心導体組立体４８の全体は磁
性体のグリーンシートを複数枚積層して形成することも
でき、これによれば更に中心導体組立体を薄くすること
ができる。

【００２１】上記積層素体（容量素子基板）５２は、９
００℃程度の低温焼成が可能なセラミック誘電体材料か
らなり、例えば比誘電率が約８で厚さ３０〜１００μｍ
程度のグリーンシートをドクターブレード法で作成し、
このグリーンシート上に銀を主体とする導電ペーストを
印刷することにより所望の電極パターンを形成してい
る。これらの誘電体グリーンシートを積層して熱圧着
し、中央部に貫通穴５０（図２参照）を形成した後、こ
れを焼結することにより一体型の積層素体５２を成形す
ることができる。この積層素体５２と中心導体組立体４
８とはそれぞれ個別に製造し、中心導体組立体４８を上
記積層素体５２の貫通穴５０に嵌合装着させた後、各中
心導体４２、４４、４６の基端部である一端を導電板６
０に半田付けし、他端を積層素体５２の上面の電極８
２、８４、８６にそれぞれ半田付けして電気的に接続す
る。次いで、永久磁石５４を貼り付けた上ケース５６と
樹脂ベース６４を取り付けた下ケース５８とを組み付け
て非可逆回路素子部材（アイソレータ）３２を構成して
いる。

【００２２】次に、図４を参照して上記積層素体（容量
素子基板）５２の構造について説明する。ここで、積層
素体５２は上から図４（Ａ）〜図４（Ｅ）の順に積層さ
れ、図４（Ｆ）は図４（Ｅ）の裏面を示している。図４
（Ａ）に示すグリーンシート層にはそれぞれ整合コンデ
ンサ用の電極がパターン印刷で形成されており、それぞ
れ入力用コンデンサの電極８２、出力用コンデンサの電
極８４及びロード用コンデンサの電極８６（図２参照）
と終端抵抗Ｒ１の接続用のランドパターン９０、９２が
形成される。図４（Ｂ）に示すグリーンシート層にはグ
ランド電極９４、９６が形成される。図４（Ｃ）に示す
グリーンシート層には上記各コンデンサの他方の電極を
形成する入力用コンデンサの電極９８、出力用コンデン
サの電極１００、ロード用コンデンサの電極１０２が形
成され、更にこの面には出力検出用リアクタンス素子８
８である出力検出用のコンデンサＣ４を構成する電極１
０４が同一水平面上の図示する位置に設けられている。

【００２３】次に、図４（Ｄ）に示すグリーンシート層
にはグランド電極１０６、１０８と、上記コンデンサＣ
４の他方の電極１１０を形成している。ここで、出力検
出用コンデンサＣ４を構成する電極１０４、１１０の上
下の投影面上には他の電極を配置しないことにより出力
端子ＯＵＴからアイソレータに入った信号がカップリン
グ端子側に漏洩しないようになり方向性等の特性が向上
する。図４（Ｅ）に示すグリーンシート層には上層の入
出力電極や出力検出用コンデンサの電極及び各グランド
電極を裏面に形成した各電極に接続する複数のスルーホ
ール１１２が各々形成されており、図４（Ｆ）に示すこ
の裏面にはグランド（アース）電極１１４や入出力の外
部電極と接続することになる電極１１６、１１８及び出
力検出用端子ＣＯＵＰの電極１２０等が形成されてい
る。これらのグリーンシート層を順次下から積層し、熱
圧着した後に焼成して一体焼結体となした。

【００２４】以上説明したように構成された非可逆回路
素子部材３２において、本発明では、上記アイソレータ
部の入力インピーダンスＺｉｎが、所望の動作帯域の中
心周波数にて、前記出力端子ＯＵＴに接続される外部回
路系のインピーダンスＺｏ及び前記出力検出用リアクタ
ンス素子８８（Ｃ４）のインピーダンスＺｃ（＝ｊＸ
ｃ）に対して以下の式１で設定される範囲内にあるよう
に設定することを特徴としている。Ｚｉｎ＝Ａ・Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ＋ｊ・Ｂ・Ｚｏ … （１）ここでＡは０．８５〜１．１５、Ｂは−０．１５〜０．
１５の範囲内であり、ｊは虚数を示す記号である。尚、
図３に上記アイソレータ部１２２が一点鎖線で囲まれて
おり、このアイソレータ部１２２には各コンデンサＣ１
〜Ｃ３、終端抵抗Ｒ１が含まれており、出力検出用リア
クタンス素子８８（Ｃ４）は含まれていない。

【００２５】ここで上記インピーダンス計算を行った時
の等価回路について説明する。図５はインピーダンス計
算で用いた非可逆回路素子部材の等価回路を示す図であ
る。この等価回路は基本的には図３に示す本発明の非可
逆回路素子部材の等価回路の出力端子ＯＵＴ及び出力検
出用端子ＣＯＵＰにインピーダンスＺｏの外部回路系１
２４を接続している。また、ここでは出力検出用リアク
タンス素子８８（Ｃ４）のインピーダンスをＺｃ（＝ｊ
Ｘｃ）としている。さて、従来の［アイソレータ］＋
［カプラ］の回路構成では、ある特定の動作周波数で全
体の反射を”０”（インピーダンスマッチング）にする
ためには、一般に［アイソレータ］＋［カプラ］の各々
を、外部回路系１２４のインピーダンスＺｏに整合する
ように設計していた。しかし、図５に示すようなカプラ
機能内蔵型のアイソレータでは、アイソレータ部１２２
をインピーダンスＺｏに整合させると、この非可逆回路
素子部材３２の全体の入力インピーダンスはインピーダ
ンスＺｏに整合しないため、入力端子ＩＮで反射が生じ
て挿入損失が増加する。そこで本発明では、アイソレー
タ部１２２の入力インピーダンスを以下に説明する特定
範囲内に設定することによってこのような問題を解消し
たものである。

【００２６】即ち、ここで、出力検出用リアクタンス素
子８８（Ｃ４）のインピーダンスＺｃ（＝ｊ・Ｘｃ）が
与えられたとき、カプラ機能内蔵アイソレータ（非可逆
回路素子部材３２）の入力インピーダンスがインピーダ
ンスＺｏに整合するためのアイソレータ部１２２の入力
インピーダンスＺｉｎの満たすべき条件を、図５の等価
回路に基づいて求めると次の式２の結果を得た。Ｚｉｎ＝Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ … （２）特に、出力検出用リアクタンス素子８８（Ｃ４）がコン
デンサである場合は（容量結合型）、このコンデンサの
容量Ｃ、角周波数ωとして式３のようになる。Ｚｉｎ＝Ｚｏ＋ｊ・Ｚｏ^２・ω・Ｃ … （３）

【００２７】この条件式の導出過程を以下に述べる。一般的なリアクタンス素子について条件式の導出に
ついて、まず、パラメータを以下の通りにおく。Ｚｉｎ’：カプラ機能内蔵アイソレータ（非可逆回路素
子部材３２）の入力インピーダンスＺｉｎ＝Ｒｉｎ＋ｊ・Ｘｉｎ：アイソレータ部１２２
の入力インピーダンスＺｏ：外部回路系１２４のインピーダンスＺｃ＝ｊ・Ｘｃ：出力検出用リアクタンス素子８８
（Ｃ４）のインピーダンス

【００２８】この等価回路により、下記の式４が求ま
る。Ｚｉｎ’＝１／｛１／Ｚｉｎ＋１／（Ｚｃ＋Ｚｏ）｝ … （４）インピーダンスマッチング条件より、下記の式５が定ま
る。Ｚｉｎ’＝Ｚｏ … （５）上記式４、５より次の式６が求まる。Ｚｏ＝１／｛１／Ｚｉｎ＋１／（Ｚｃ＋Ｚｏ）｝ … （６）ここで、Ｚｉｎ＝Ｒｉｎ＋ｊ・Ｘｉｎ及びＺｃ＝ｊ・Ｚ
ｃを代入して、式７を得る。Ｚｏ＝１／｛１／（Ｒｉｎ＋ｊ・Ｘｉｎ）＋１（Ｚｏ＋ｊ・Ｘｃ）｝…（７）これを整理すると、式８を得る。 −Ｘｉｎ・Ｘｃ／Ｚｏ−Ｚｏ＋ｊ（Ｒｉｎ・Ｘｃ／Ｚｏ−Ｘｃ）＝０…（８）

【００２９】ここで、Ｚｏ、Ｒｉｎ、Ｘｉｎ、Ｘｃは全
て実数であるため、下記の式９、１０を得る。 −Ｘｉｎ・Ｘｃ／Ｚｏ−Ｚｏ＝０ … （９）且つ（Ｒｉｎ／Ｚｏ−１）・Ｘｃ＝０ … （１０）上記式９よりＸｉｎ＝−Ｚｏ^２／Ｘｃを得る。また、
上記式１０よりＲｉｎ＝ＺｏまたはＸｃ＝０であるが、
Ｘｃ＝０はこれを式９へ代入するとＺｏ＝０となるので
不適である。よって、アイソレータ部１２２の入力イン
ピーダンスＺｉｎの最適値は、Ｒｉｎ＝Ｚｏ且つＸｉｎ
＝−Ｚｏ^２／Ｘｃより、式１１を得る。Ｚｉｎ＝Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ … （１１）

【００３０】容量結合型の条件式の導出について。図５において、出力検出用のリアクタンス素子８８（Ｃ
４）が特にコンデンサである場合のインピーダンスの条
件を導く。このコンデンサの容量をＣとし、角周波数を
ωとする。このコンデンサのインピーダンスは、式１２
のようになる。Ｚｃ＝１／（ｊ・ω・Ｃ）＝−ｊ／（ω・Ｃ） … （１２）これより、Ｚｃ＝ｊ・Ｘｃとおくとき、式１２と比較し
て、下記の式１３となる。Ｘｃ＝−１／（ω・Ｃ） … （１３）この式１３の関係を先の式１１へ代入すると式１４を得
る。Ｚｉｎ＝Ｚｏ＋ｊ・Ｚｏ^２・ω・Ｃ … （１４）ここで式１１において実用上許容されるアイソレータの
特性ばらつきを考慮して、インピーダンスの範囲を規定
する。実用上許容されるインピーダンスの実数成分と虚
数成分の許容範囲はそれぞれＺｏの±１５％であるの
で、以下の式１５を得る。これにより、請求項１に記載
した範囲が定まる。Ｚｉｎ＝Ａ・Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ＋ｊ・Ｂ・Ｚｏ … （１５）ここで０．８５≦Ａ≦１．１５、及び−０．１５≦Ｂ≦
０．１５である。

【００３１】また、携帯電話などでは一般に外部回路系
１２４は５０Ωであることが多いため、Ｚｏ＝５０を式
（１５）へ代入し、Ａ・Ｚｏ＝Ｚａ、Ｂ・Ｚｏ＝Ｚｂと
改めて置くと、以下の式１６を得る。これにより、請求
項２に記載した範囲が定まる。Ｚｉｎ＝Ｚａ−ｊ・２５００／Ｘｃ＋ｊ・Ｚｂ … （１６）ここで、４２．５≦Ｚａ≦５７．５、及び−７．５≦Ｚ
ｂ≦７．５である。更に、ここで出力検出用リアクタン
ス素子８８が、特にコンデンサである場合（容量結合
型）は、下記式１７の関係となる。Ｘｃ＝−１／（ω・Ｃ）＝−１／（２・π・ｆ・Ｃ） … （１７）この式１７の関係を式１６へ代入すると、式１８を得
る。これにより請求項３に記載した範囲が定まる。Ｚｉｎ＝Ｚａ＋ｊ・５０００・π・ｆ・Ｃ＋ｊ・Ｚｂ尚、４２．５≦Ｚａ≦５７．５、及び−７．５≦Ｚｂ≦
７．５である。また、上記ｆは動作帯域の中心周波数で
ある。

【００３２】ここで、上記式１８において、一般的な携
帯電話で多く使用される中心周波数ｆを１．９５ＧＨ
ｚ、出力検出用リアクタンス素子８８の容量Ｃを０．３
ｐＦとすると、この時の入力インピーダンスＺｉｎの範
囲は図６に示すスミスチャートの斜線部分の範囲、すな
わち抵抗成分（実数）が４２．５Ωと５７．５Ωのそれ
ぞれの曲線と、リアクタンス成分（虚数）が１．７Ωと
１６．７Ωのそれぞれの曲線とにより囲まれた範囲内と
なる。

【００３３】また、上記入力インピーダンスＺｉｎの範
囲を、通常の実数と虚数の座標で示すと図７に示す斜線
の範囲、すなわち実数は−４２．５〜５７．５の範囲内
で、且つ虚数は１．７〜１６．７の範囲となる。以上説
明したように、入力インピーダンスＺｉｎを定めること
により、いわゆるカプラ機能内蔵型の非可逆回路素子部
材（アイソレータ）において入力インピーダンスと出力
検出用リアクタンス素子のインピーダンスとを容易に最
適化することができ、しかも動作時の反射波も略確実に
なくすことが可能となる。

【００３４】このようにしてアイソレータ部の入力イン
ピーダンスと出力検出用リアクタンス素子のインピーダ
ンスとを最適化することにより、スミスチャート上に現
れるアイソレータ部の入力インピーダンスの位置は虚数
成分が正負（上下位置）のどちらかにずれて設定される
ことになる。これにより非可逆回路素子部材全体のイン
ピーダンスマッチングが達成される。尚、出力検出用リ
アクタンス素子がコンデンサの場合には、スミスチャー
ト上では虚数成分が正の方向（上側）にずれて現れ、他
方出力検出用リアクタンス素子がインダクタの場合に
は、スミスチャート上では虚数成分が負の方向（下側）
にずれて現れることになる。

【００３５】次に、実際に入力インピーダンスＺｉｎが
図７中の点Ｐ１（５１．３，９．１）に相当する本発明
の非可逆回路素子部材を製作し、この評価を行ったの
で、その評価結果を従来素子と比較して説明する。表１
にこの時の評価結果を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】この結果から明らかなように、挿入損失
（ＩＮ→ＯＵＴ）は、０．７ｄＢ（デシベル）から０．
６０ｄＢへ、また、反射損失（ＩＮ）は、１６．４ｄＢ
から１８．３ｄＢへ、共に大きく減少しており、大幅に
特性が向上していることが確認できた。

【００３８】ここで、上記入力インピーダンスＺｉｎを
調整するには、図２における永久磁石５４の磁束強度を
変えたり、或いは図２に示す中心導体組立体４８の３本
の中心導体４２、４４、４６の内の入力側の中心導体４
２を、図９に示すようにその中心部の溝１３０の幅Ｓを
変えたり、ラインの幅Ｗを変えたりすることにより調整
すればよい。本願の一例として、溝１３０の幅Ｓは０．
２〜０．４ｍｍ程度に、ラインの幅Ｗは０．１５〜０．
３ｍｍ程度にそれぞれ設定される。尚、本実施例におい
ては、送信受信装置として携帯電話を例にとって説明し
たが、これに限定されないのは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非可逆回
路素子部材及びこれを用いた送信受信装置によれば、次
のように優れた作用効果を発揮することができる。アイ
ソレータ部の入力インピーダンスと出力検出用リアクタ
ンス素子のインピーダンスを容易に最適化することがで
きる。また、アイソレータ部の入力インピーダンスを、
出力検出用リアクタンス素子のインピーダンスに適合し
た範囲に限定することにより、入力側反射損失を減少さ
せて挿入損失を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非可逆回路素子部材を用いた送信受信
装置を示すブロック構成図である。

【図２】本発明の非可逆回路素子部材を示す分解斜視図
である。

【図３】本発明の非可逆回路素子部材の等価回路を示す
図である。

【図４】図３中の積層素体の焼結前のグリーンシートの
各層を示す展開図である。

【図５】本発明におけるインピーダンス計算で用いた非
可逆回路素子部材の等価回路を示す図である。

【図６】本発明における最適な入力インピーダンスの範
囲をスミスチャート上で示すグラフである。

【図７】本発明における最適な入力インピーダンスの範
囲を示すグラフである。

【図８】中心導体組立体の中心導体を寸法を示す部分図
である。

【符号の説明】

２携帯電話（送信受信装置）４アンテナ８受信系１０送信系２０受信回路２３スプリッタ２４送信回路３２非可逆回路素子部材４０フェリ磁性体４２，４４，４６中心導体４８中心導体組立体５２積層素体５４永久磁石８８出力検出用リアクタンス素子１２２アイソレータ部１２４外部端子Ｃ１入力用コンデンサＣ２出力用コンデンサＣ３ロード用コンデンサＲ１終端抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蓬莱忠昭鳥取県鳥取市南栄町70番地２号日立金属株式会社鳥取工場内Ｆターム(参考） 5J013 EA01 FA00 5K011 DA02 DA24 KA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的
絶縁状態で交差するようにして設けた中心導体組立体
と、前記各中心導体の端部に接続される入力用コンデン
サ、出力用コンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロ
ード用コンデンサに並列接続される終端抵抗と、前記中
心導体組立体に直流磁界を印加する永久磁石とからなる
アイソレータを形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用リアクタン
ス素子を接続することにより入力端子、出力端子及び出
力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子部材におい
て、上記アイソレータ部の入力インピーダンスＺｉｎが、所
望の動作帯域の中心周波数にて、前記出力端子に接続さ
れる外部回路系のインピーダンスＺｏ及び前記出力検出
用リアクタンス素子のインピーダンスＺｃ（＝ｊＸｃ）
に対して以下の式で設定される範囲内にあることを特徴
とする非可逆回路素子部材。Ｚｉｎ＝Ａ・Ｚｏ−ｊ・Ｚｏ^２／Ｘｃ＋ｊ・Ｂ・ＺｏここでＡは０．８５〜１．１５、Ｂは−０．１５〜０．
１５の範囲内であり、ｊは虚数を示す記号である。
【請求項２】フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的
絶縁状態で交差するようにして設けた中心導体組立体
と、前記各中心導体の端部に接続される入力用コンデン
サ、出力用コンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロ
ード用コンデンサに並列接続される終端抵抗と、前記中
心導体組立体に直流磁界を印加する永久磁石とからなる
アイソレータを形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用リアクタン
ス素子を接続することにより入力端子、出力端子及び出
力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子部材におい
て、上記アイソレータ部の入力インピーダンスＺｉｎが、所
望の動作帯域の中心周波数にて、前記出力検出用リアク
タンス素子のインピーダンスＺｃ（＝ｊＸｃ）に対して
以下の式で設定される範囲内にあることを特徴とする非
可逆回路素子部材。Ｚｉｎ＝Ｚａ−ｊ・２５００／Ｘｃ＋ｊ・ＺｂここでＺａは４２．５Ω〜５７．５Ω、Ｚｂは−７．５
Ω〜７．５Ωの範囲内であり、ｊは虚数を示す記号であ
る。
【請求項３】前記出力検出用リアクタンス素子が容量
Ｃの出力検出用コンデンサの時には、入力インピーダン
スＺｉｎは以下の式で設定されることを特徴とする請求
項２記載の非可逆回路素子部材。Ｚｉｎ＝Ｚａ＋ｊ・５０００・π・ｆ・Ｃ＋ｊ・Ｚｂここでｆは動作帯域の中心周波数である。
【請求項４】前記中心周波数ｆが略１．９５ＧＨｚ
で、前記容量Ｃが略０．３ｐＦの時には、前記入力イン
ピーダンスＺｉｎは、スミスチャートにおいて抵抗成分
が４２．５Ωと５７．５Ωのそれぞれの曲線と、リアク
タンス成分が１．７Ωと１６．７Ωのそれぞれの曲線と
により囲まれた範囲内に設定されることを特徴とする請
求項３記載の非可逆回路素子部材。
【請求項５】フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的
絶縁状態で交差するようにして設けた中心導体組立体
と、前記各中心導体の端部に接続される入力用コンデン
サ、出力用コンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロ
ード用コンデンサに並列接続される終端抵抗と、前記中
心導体組立体に直流磁界を印加する永久磁石とからなる
アイソレータを形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用リアクタン
ス素子を接続することにより入力端子、出力端子及び出
力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子部材におい
て、前記出力検出用リアクタンス素子がコンデンサであり、
アイソレータ部の入力インピーダンスを外部回路系のイ
ンピーダンスに対し、スミスチャート上で虚数成分が正
の方向に位置するようにずらしたことを特徴とする非可
逆回路素子部材。
【請求項６】フェリ磁性体に中心導体を互いに電気的
絶縁状態で交差するように設けた中心導体組立体と、前
記中心導体の端部に接続される入力用コンデンサ、出力
用コンデンサ及びロード用コンデンサと、該ロード用コ
ンデンサに並列接続される終端抵抗と、前記中心導体組
立体に直流磁界を印可する永久磁石とからなるアイソレ
ータを形成し、前記入力用コンデンサの入力側に出力検出用リアクタン
ス素子を接続することにより入力端子、出力端子及び出
力検出用端子を形成してなる非可逆回路素子部材におい
て、前記出力検出用リアクタンス素子がインダクタであり、
アイソレータ部の入力インピーダンスを外部回路系のイ
ンピーダンスに対し、スミスチャート上で虚数成分が負
の方向に位置するようにずらしたことを特徴とする非可
逆回路素子部材。
【請求項７】高周波信号を送信する送信系と、高周波
信号を受信する受信系とを有する送信受信装置におい
て、前記送信系に、請求項１乃至６のいずれかに規定する非
可逆回路素子部材を用いるようにしたことを特徴とする
送信受信装置。