JP2002359503A - 非可逆回路素子および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部部品の構成を変えないで、入力インピー
ダンスを所望の値に設定することができ、かつ、挿入損
失の規格を満足している非可逆回路素子および通信装置
を提供する。 【解決手段】 集中定数型アイソレータ１は、概略、上
側ケース８及び下側ケース４と、樹脂ケース３と、中心
電極組立体１３と、永久磁石９と、抵抗素子Ｒと、整合
用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３と樹脂部材７等を備えてい
る。入力端子１４側の整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電
容量だけでなく、出力端子１５側の整合用コンデンサ素
子Ｃ２の静電容量も適当な値に変えることにより、反射
損失特性において、入力側反射損失Ｓ１１が最大となる
周波数Ｆ１と出力側反射損失Ｓ２２が最大となる周波数
Ｆ２との間に、通過帯域の中心周波数が位置するように
設定し、挿入損失Ｓ２１が最小となる周波数Ｆ３を中心
周波数Ｆ０に近づけ、挿入損失の規格を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非可逆回路素子お
よび通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、非可逆回路素子は、永久磁石
と、永久磁石により直流磁界が印加される中心電極組立
体と、永久磁石および中心電極組立体を収容する金属ケ
ースと、中心電極組立体に電気的に接続された整合用コ
ンデンサとを備えている。

【０００３】ところで、従来の非可逆回路素子は、通過
特性および反射損失が重要視され、中心周波数で挿入損
失が最小かつ入出力反射損失が最大となるように設計さ
れていた。一方、入力端子から見た非可逆回路素子のイ
ンピーダンス（以下、入力インピーダンスと称する）に
ついては、通過特性や反射特性と比較して重要視されて
おらず、規格設定も殆ど見られなかった。つまり、従来
の非可逆回路素子は、中心周波数で挿入損失が最小かつ
入出力反射損失が最大となるように、整合用コンデンサ
の静電容量などが設定され、それに付随して入力インピ
ーダンスが自動的に設定されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
に設計された従来の非可逆回路素子を、携帯電話などの
通信装置に組み込もうとすると、次段の電気回路との間
にインピーダンス整合がとれないことがある。従って、
インピーダンス整合がとれるように、整合用コンデンサ
の静電容量を変えるなどして非可逆回路素子の入力イン
ピーダンスを調整する必要がある。しかし、非可逆回路
素子の入力インピーダンスを調整すると、入力側反射損
失が最大となる周波数が中心周波数から大きくずれ、そ
れに伴って挿入損失が最小となる周波数も中心周波数か
ら大きくずれてしまい、規格を満足しなくなることがあ
る。

【０００５】そこで、本発明の目的は、内部部品の構成
を変えないで、入力インピーダンスを所望の値に設定す
ることができ、かつ、挿入損失規格を満足している非可
逆回路素子および通信装置を提供することにある。

【０００６】

【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、反射損失特
性において、入力側反射損失が最大となる周波数を、通
過帯域の中心周波数より低く若しくは高く設定するとと
もに、出力側反射損失が最大となる周波数を前記中心周
波数より高く若しくは低く設定し、前記入力側反射損失
が最大となる周波数と前記出力側反射損失が最大となる
周波数との間に、前記中心周波数が位置するように設定
したことを特徴とする。

【０００７】より具体的には、（ａ）永久磁石と、
（ｂ）フェライトと該フェライトの表面に所定の角度で
交差するように配置された複数の中心電極とを有し、前
記永久磁石により直流磁界が印加される中心電極組立体
と、（ｃ）前記永久磁石および前記中心電極組立体を収
容する金属ケースと、（ｄ）前記中心電極組立体に電気
的に接続された整合用コンデンサとを備え、（ｅ）前記
整合用コンデンサの静電容量を調整したり、前記中心電
極の交差角度を調整することにより、反射損失特性にお
いて、入力側反射損失が最大となる周波数を、通過帯域
の中心周波数より低く若しくは高く設定するとともに、
出力側反射損失が最大となる周波数を前記中心周波数よ
り高く若しくは低く設定し、前記入力側反射損失が最大
となる周波数と前記出力側反射損失が最大となる周波数
との間に、前記中心周波数が位置するように設定したこ
とを特徴とする。

【０００８】以上の構成により、非可逆回路素子の入力
インピーダンス整合をとる際には、反射損失特性におい
て、通過帯域の中心周波数を間にして、入力側反射損失
が最大となる周波数と出力側反射損失が最大となる周波
数とが位置するように、整合用コンデンサの静電容量や
中心電極の交差角度を適切に調整する。これにより、挿
入損失が最小となる周波数が中心周波数に近づき、挿入
損失の規格を満足するようになる。

【０００９】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、非可逆
回路素子と次段の電気回路素子との間のインピーダンス
整合が良くなり、消費電力が少なくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る非可逆回路
素子および通信装置の実施の形態について添付の図面を
参照して説明する。

【００１１】本発明に係る非可逆回路素子の一実施形態
の分解斜視図を図１に示す。該非可逆回路素子１は、集
中定数型アイソレータである。図１に示すように、集中
定数型アイソレータ１は、概略、上側ケース８及び下側
ケース４と、樹脂ケース３と、中心電極組立体１３と、
永久磁石９と、抵抗素子Ｒと、整合用コンデンサ素子Ｃ
１〜Ｃ３と樹脂部材７等を備えている。

【００１２】下側ケース４は、左右の側壁４ａと底壁４
ｂとを有している。この下側ケース４は、インサートモ
ールド法によって、樹脂ケース３と一体成形されてい
る。下側ケース４の底壁４ｂの対向する一対の辺から
は、それぞれ２本のアース端子１６が延在している（奥
側の２本のアース端子は図示せず）。また、上側ケース
８は、平面視矩形状であり、上壁８ａと左右の側壁８ｂ
を有している。下側ケース４及び上側ケース８は、例え
ばＦｅ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、下地にＣｕをめっきして、その上
からＡｇをめっきしてなるものである。

【００１３】中心電極組立体１３は、矩形状のマイクロ
波フェライト２０の上面に三つの中心電極２１〜２３を
絶縁シート（図示せず）を介在させて略１２０度ごとに
交差するように配置している。これら中心電極２１〜２
３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の共通のア
ース電極２５をフェライト２０の下面に当接させてい
る。共通のアース電極２５は、フェライト２０の下面を
略覆っており、後述する樹脂ケース３の窓部３ｃを通し
て、下側ケース４の底壁４ｂにはんだ付け等の方法によ
り接続され、接地される。中心電極２１〜２３とアース
電極２５は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｂｅ等の導電性
材料からなり、金属薄板を打ち抜き加工や、エッチング
加工することによって一体に形成される。

【００１４】整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３は、誘電
体セラミック基板の上面に位置するホット側電極２７が
ポート部Ｐ１〜Ｐ３に電気的に接続され、下面に位置す
るコールド側（アース側）電極２８が樹脂ケース３の窓
部３ｄに露出している下側ケース４の底壁４ｂにそれぞ
れはんだ付けされている。

【００１５】抵抗素子Ｒは、一方の端子電極が樹脂ケー
ス３の窓部３ｄに露出している下側ケース４の底壁４ｂ
にはんだ付けされ、他方の端子電極がポート部Ｐ３には
んだ付けされる。つまり、図３に示すように、整合用コ
ンデンサ素子Ｃ３と抵抗素子Ｒとは、中心電極２３のポ
ート部Ｐ３とアース端子１６との間に電気的に並列に接
続される。

【００１６】図１に示すように、樹脂ケース３は、底部
３ａと二つの側部３ｂを有している。この底部３ａの中
央部には矩形状の窓部３ｃが形成されており、窓部３ｃ
の周縁にはそれぞれ整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３や
抵抗素子Ｒがそれぞれ収納される窓部３ｄが形成されて
いる。窓部３ｃ，３ｄには下側ケース４の底壁４ｂが露
出している。樹脂ケース３には、入力端子１４（図３参
照）及び出力端子１５がインサートモールドされてい
る。入力端子１４及び出力端子１５は、それぞれ一端が
樹脂ケース３の外側面に露出し、他端が樹脂ケース３の
底部３ａに露出して入力引出電極及び出力引出電極とさ
れている。アース端子１６はそれぞれ、樹脂ケース３の
対向する外側面から外方向へ導出している。

【００１７】以上の構成部品は、下側ケース４と一体成
形している樹脂ケース３内に、中心電極組立体１３や整
合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３や抵抗素子Ｒ等を収容
し、さらに、その上に樹脂部材７及び永久磁石９を積み
重ねた後、上側ケース８を装着している。永久磁石９は
中心電極組立体１３に直流磁界を印加する。下側ケース
４と上側ケース８は、はんだ付け等にて接合して金属ケ
ースをなし、磁気回路を構成しており、ヨークとしても
機能している。こうして、図２に示す集中定数型アイソ
レータ１が得られる。また、図３は、集中定数型アイソ
レータ１の電気等価回路図である。

【００１８】次に、この集中定数型アイソレータ１の作
用効果を、図４に示す携帯電話１２０のＲＦ部分に組み
込む場合を例にして説明する。

【００１９】図４は携帯電話１２０のＲＦ部分の電気回
路ブロック図である。図４において、１２２はアンテナ
素子、１２３はデュプレクサ、１３１は送信用アイソレ
ータ、１３２は送信側増幅器、１３３は送信側段間用帯
域通過フィルタ、１３４は送信側ミキサ、１３５は受信
側増幅器、１３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、１
３７は受信側ミキサ、１３８は電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ），１３９はローカル用帯域通過フィルタである。

【００２０】ここに、送信側アイソレータ１３１とし
て、前記集中定数型アイソレータ１を使用する。図５の
（Ａ）は、従来の非可逆回路素子の電気特性グラフ（上
段）およびスミスチャート（下段）を示すものである。
つまり、通過特性および反射特性を重要視して、中心周
波数Ｆ０で挿入損失Ｓ２１が最小、入力側反射損失Ｓ１
１が最大、かつ、出力側反射損失Ｓ２２が最大となるよ
うに、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の静電容量が設
定されたものである。そして、この従来のアイソレータ
では、送信側増幅器１３２との間にインピーダンス整合
がとれないことがある。

【００２１】この場合、インピーダンス整合がとれるよ
うに、図３に示す等価回路中の入力端子１４側の整合用
コンデンサ素子Ｃ１の静電容量のみを適当な値に変える
（小さくする）ことにより、アイソレータの入力インピ
ーダンスの値を所望の値（大きな値）に設定することが
考えられる。しかしながら、このような設定では、図５
の（Ｂ）に示すように、入力側反射損失Ｓ１１が最大と
なる周波数Ｆ１が、中心周波数Ｆ０から高周波側へｄ１
ずれ、それに伴って、挿入損失Ｓ２１が最小となる周波
数Ｆ３も、中心周波数Ｆ０から高周波側へｄ２ずれるこ
とがある。この結果、挿入損失Ｓ２１が規格から外れて
しまうという問題が生じる。

【００２２】そこで、本発明に係るアイソレータ１で
は、整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電容量だけでなく、
出力端子１５側の整合用コンデンサ素子Ｃ２の静電容量
も適当な値に変えることにより、アイソレータ１の入力
インピーダンスの値を所望の値に設定する。つまり、図
５の（Ｃ）に示すように、整合用コンデンサ素子Ｃ２の
静電容量を大きくして、出力側反射損失Ｓ２２が最大と
なる周波数Ｆ２を通過帯域の中心周波数Ｆ０よりｄ３低
くさせる。さらに、整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電容
量を小さくして、入力側反射損失Ｓ１１が最大となる周
波数Ｆ１を中心周波数Ｆ０よりｄ４（＜ｄ１）高くさせ
る。これにより、挿入損失Ｓ２１が最小となる周波数Ｆ
３は、中心周波数Ｆ０から若干すなわちｄ５（＜ｄ２）
ずれるだけですむ。つまり、反射損失特性において、入
力側反射損失Ｓ１１が最大となる周波数Ｆ１と出力側反
射損失Ｓ２２が最大となる周波数Ｆ２との間に、中心周
波数Ｆ０が位置するように設定することで、挿入損失Ｓ
２１が最小となる周波数Ｆ３を中心周波数Ｆ０に近づ
け、挿入損失の規格を満足させることができる。

【００２３】こうして、送信側増幅器１３２のインピー
ダンスと整合がとれるように入力インピーダンスの値を
設定したアイソレータ１を、携帯電話１２０に組み込む
ことにより、送信側増幅器１３２とのインピーダンス整
合を向上させ、消費電力の少ない携帯電話１２０を得る
ことができる。

【００２４】なお、図６の（Ｂ）に示すように、入力端
子１４側の整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電容量のみを
適当な値に変えることにより、アイソレータの入力イン
ピーダンスを所望の値に設定すると、入力側反射損失Ｓ
１１が最大となる周波数Ｆ１が、中心周波数Ｆ０から低
周波側へずれる場合がある。この場合には、図６の
（Ｃ）に示すように、整合用コンデンサ素子Ｃ２の静電
容量を小さくして、出力側反射損失Ｓ２２が最大となる
周波数Ｆ２を中心周波数Ｆ０よりｄ３高くさせる。さら
に、整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電容量を大きくし
て、入力側反射損失Ｓ１１が最大となる周波数Ｆ１を中
心周波数Ｆ０よりｄ４（＜ｄ１）低くさせる。これによ
り、挿入損失Ｓ２１が最小となる周波数Ｆ３は、中心周
波数Ｆ０から若干すなわちｄ５（＜ｄ２）ずれるだけで
すむ。

【００２５】なお、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の構成に
変更することができる。例えば、前記実施形態ではアイ
ソレータに適用したが、本発明は、勿論サーキュレータ
にも適用できる。

【００２６】また、非可逆回路素子の入力インピーダン
ス整合をとる際には、整合用コンデンサの静電容量を変
えないで（あるいは、静電容量を変えるとともに）、中
心電極組立体の中心電極の交差角を変えてインピーダン
ス整合をとってもよい。この場合も、反射損失特性にお
いて、入力側反射損失Ｓ１１が最大となる周波数Ｆ１と
出力側反射損失Ｓ２２が最大となる周波数Ｆ２との間
に、中心周波数Ｆ０が位置するように設定することがで
きる。

【００２７】

【実施例】さらに、従来のアイソレータとして、中心電
極組立体１３の中心電極２１と２３の交差角を１２０．
５度、中心電極２３と２２の交差角を１１９．５度、中
心電極２１と２２の交差角を１２０．０度に設定し、か
つ、中心周波数Ｆ０で挿入損失Ｓ２１が最小、入力側及
び出力側反射損失Ｓ１１，Ｓ２２が最大となるように、
整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量をそ
れぞれ１３．６５ｐＦ、１５．６５ｐＦ、１６．５０ｐ
Ｆに設定したものを準備した。この従来のアイソレータ
の挿入損失特性および入出力反射損失特性を図７に示
し、スミスチャートを図８に示す。なお、図８におい
て、実線４１は入力インピーダンス特性を示し、実線４
２は出力インピーダンス特性を示している。

【００２８】この従来のアイソレータは、図８に示すよ
うに、８２４ＭＨｚの入力インピーダンスＲ１の実部が
４７．４Ωであるのに対し、８４９ＭＨｚの入力インピ
ーダンスＲ２の実部が４３．３Ωとなる。従って、８２
４ＭＨｚと８４９ＭＨｚの入力インピーダンスＲ１，Ｒ
２の実部の差が約４Ωあり、８４９ＭＨｚの入力インピ
ーダンスＲ２の実部が５０Ωから大きく外れている。

【００２９】ここで、仮に、アイソレータと次段の電気
回路との間のインピーダンス整合をとるために、８２４
ＭＨｚと８４９ＭＨｚの入力インピーダンスの実部をと
もに４８±２Ωの範囲内にする必要があったとする。こ
の場合、入力端子側の整合用コンデンサ素子Ｃ１の静電
容量のみを適当な値に変えることにより、アイソレータ
の入力インピーダンスの値を所望の値に設定しても、挿
入損失Ｓ２１が規格から外れてしまい、使用することが
できなかった。

【００３０】これに対して、本発明に係るアイソレータ
１は、入力端子１４側の整合用コンデンサ素子Ｃ１を１
３．６５ｐＦ→１３．４５ｐＦとし、出力端子１５側の
整合用コンデンサ素子Ｃ２を１５．６５ｐＦ→１５．８
５ｐＦとする（その他の構成および条件は、従来のアイ
ソレータと同様である。）ことで、図９及び図１０に示
す特性を得ることができた。本発明に係るアイソレータ
１は、図１０に示すように、８２４ＭＨｚの入力インピ
ーダンスＲ１の実部が４８．５Ωであるのに対し、８４
９ＭＨｚの入力インピーダンスＲ２の実部が４７．２Ω
となる。従って８２４ＭＨｚと８４９ＭＨｚの入力イン
ピーダンスＲ１，Ｒ２の実部の差が約１．３Ωとなり、
８４９ＭＨｚの入力インピーダンスＲ２の実部が５０Ω
に近づいている。このとき、従来のアイソレータでは０
ＭＨｚであった入出力反射損失Ｓ１１，Ｓ２２が最小と
なる周波数Ｆ１とＦ２の差は、８４３．５−８２８．５
＝１５ＭＨｚとなっている。ここで、本発明に係るアイ
ソレータ１が従来のアイソレータと比較して変更したの
は、整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量だけで
あり、機構設計の変更はない。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、非可逆回路素子の入力インピーダンス整合をとる際
には、反射損失特性において、入力側反射損失が最大と
なる周波数と出力側反射損失が最大となる周波数との間
に、通過帯域の中心周波数が位置するように、整合用コ
ンデンサの静電容量や中心電極の交差角度を適切に調整
する。これにより、挿入損失が最小となる周波数が中心
周波数に近づき、挿入損失の規格を満足するようにな
る。この結果、内部部品の構成を変えないで、入力イン
ピーダンスを所望の値に設定することができ、製造コス
トを抑えることができる。

【００３２】また、前述の特徴を有する非可逆回路素子
を携帯電話などの通信装置に組み込むことにより、次段
の電気回路とのインピーダンス整合が良くなり、消費電
力の少ない通信装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非可逆回路素子の一実施形態を示
す分解斜視図。

【図２】図１に示した非可逆回路素子の外観斜視図。

【図３】図１に示した非可逆回路素子の電気等価回路
図。

【図４】本発明に係る通信装置の一実施形態を示すブロ
ック図。

【図５】図１に示した非可逆回路素子の入力インピーダ
ンス整合を説明するためのグラフ。

【図６】図１に示した非可逆回路素子の入力インピーダ
ンス整合を説明するためのグラフ。

【図７】従来の非可逆回路素子の挿入損失特性および入
出力反射損失特性を示すグラフ。

【図８】従来の非可逆回路素子のスミスチャートを示す
グラフ。

【図９】本発明に係る非可逆回路素子の挿入損失特性お
よび入出力反射損失特性を示すグラフ。

【図１０】本発明に係る非可逆回路素子のスミスチャー
トを示すグラフ。

【符号の説明】

１…アイソレータ ４…下側ケース ８…上側ケース ９…永久磁石 １３…中心電極組立体 ２０…マイクロ波フェライト ２１〜２３…中心電極 １２０…携帯電話 Ｃ１〜Ｃ３…整合用コンデンサ素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射損失特性において、入力側反射損失
   が最大となる周波数を、通過帯域の中心周波数より低く
   若しくは高く設定するとともに、出力側反射損失が最大
   となる周波数を前記中心周波数より高く若しくは低く設
   定し、前記入力側反射損失が最大となる周波数と前記出
   力側反射損失が最大となる周波数との間に、前記中心周
   波数が位置するように設定したことを特徴とする非可逆
   回路素子。
2. 【請求項２】 永久磁石と、 フェライトと該フェライトの表面に所定の角度で交差す
   るように配置された複数の中心電極とを有し、前記永久
   磁石により直流磁界が印加される中心電極組立体と、 前記永久磁石および前記中心電極組立体を収容する金属
   ケースと、 前記中心電極組立体に電気的に接続された整合用コンデ
   ンサとを備え、 前記整合用コンデンサの静電容量を調整することによ
   り、反射損失特性において、入力側反射損失が最大とな
   る周波数を、通過帯域の中心周波数より低く若しくは高
   く設定するとともに、出力側反射損失が最大となる周波
   数を前記中心周波数より高く若しくは低く設定し、前記
   入力側反射損失が最大となる周波数と前記出力側反射損
   失が最大となる周波数との間に、前記中心周波数が位置
   するように設定したこと、 を特徴とする非可逆回路素子。
3. 【請求項３】 永久磁石と、 フェライトと該フェライトの表面に所定の角度で交差す
   るように配置された複数の中心電極とを有し、前記永久
   磁石により直流磁界が印加される中心電極組立体と、 前記永久磁石および前記中心電極組立体を収容する金属
   ケースと、 前記中心電極組立体に電気的に接続された整合用コンデ
   ンサとを備え、 前記中心電極の交差角度を調整することにより、反射損
   失特性において、入力側反射損失が最大となる周波数
   を、通過帯域の中心周波数より低く若しくは高く設定す
   るとともに、出力側反射損失が最大となる周波数を前記
   中心周波数より高く若しくは低く設定し、前記入力側反
   射損失が最大となる周波数と前記出力側反射損失が最大
   となる周波数との間に、前記中心周波数が位置するよう
   に設定したこと、 を特徴とする非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   非可逆回路素子を少なくとも一つ備えたことを特徴とす
   る通信装置。