JP2004193904A - Two-port isolator and its manufacturing method and communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2ポート型アイソレータ、特に、マイクロ波帯で使用される2ポート型アイソレータ、2ポート型アイソレータの製造方法および通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アイソレータは、信号を伝送方向のみに通過させ、逆方向への伝送を阻止する機能を有しており、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。
【0003】
例えばこの種のアイソレータとして、特許文献1に記載の2ポート型アイソレータが知られている。この2ポート型アイソレータは、ケースの内部にフェライトや並列整合用コンデンサを配置した後、抵抗が実装された中心電極基板や永久磁石などを組み付けることによって製作される。
【0004】
中心電極基板の上下面には第1および第2中心電極が形成されており、第1中心電極と第2中心電極は互いに電気的絶縁状態で交差している。第1および第2中心電極には、それぞれ並列整合用コンデンサが電気的に並列に接続されている。さらに、第1中心電極の一端と第2中心電極の一端の間には抵抗が電気的に接続され、第1中心電極の他端と第2中心電極の他端はそれぞれ接地されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−185912号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、中心電極基板に形成される第1および第2中心電極は、その電極幅や電極厚み、第1中心電極と第2中心電極の相対的位置関係、あるいは、第1中心電極と第2中心電極の交差角度がばらついてしまう。このため、2ポート型アイソレータの挿入損失、反射損失およびアイソレーションの中心周波数がばらつき、最悪の場合、所望の特性が得られず不良品となってしまうという問題がある。
【0007】
ここで、挿入損失と反射損失のばらつきは、以下のようにすれば解消できる。まず、アイソレータを組み立てる前に中心電極基板の第1および第2中心電極の寸法を測定しておく。次に、この測定データに基づいて前記中心電極基板との組み合わせに適した静電容量の並列整合用コンデンサを選択する。こうして、中心電極基板毎に適切な静電容量を有した並列整合用コンデンサを組み合わせることにより、挿入損失と反射損失のばらつきが抑えられ、所望の特性を得ることができる。
【0008】
しかし、アイソレーションの中心周波数のばらつきは、特許文献1の2ポート型アイソレータでは解消できなかった。なぜなら、アイソレーションの中心周波数は、主に、第1中心電極と第2中心電極の相対的位置関係や交差角度によって決定されるため、並列整合用コンデンサの静電容量変更による調整が不可能だからである。このため、アイソレータを組み立てる前に、所望のアイソレーションの中心周波数を有する中心電極基板のみを選別し、不良となった中心電極基板を廃棄することにより、所望の特性の2ポート型アイソレータを得ていた。
【0009】
そこで、本発明の目的は、アイソレーションの中心周波数を調整することができる2ポート型アイソレータ、2ポート型アイソレータの製造方法および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および作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る2ポート型アイソレータは、
(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)前記フェライトに近接して配置され、一端が第1入出力ポートに電気的に接続され、他端がアースに電気的に接続されている第1中心電極と、
(d)前記第1中心電極と電気的絶縁状態で交差して前記フェライトに近接して配置され、一端が第2入出力ポートに電気的に接続され、他端がアースに電気的に接続されている第2中心電極と、
(e)第1中心電極の前記一端と第2中心電極の前記一端との間に電気的に接続された抵抗と、
(f)前記第1入出力ポートとアースの間に電気的に接続された第1並列コンデンサと、
(g)前記第2入出力ポートとアースの間に電気的に接続された第2並列コンデンサと、
(h)第1中心電極の前記一端と前記抵抗との間を電気的に接続している第1抵抗接続用電極と、
(i)第2中心電極の前記一端と前記抵抗との間を電気的に接続している第2抵抗接続用電極とを備え、
(j)前記第1抵抗接続用電極および前記第2抵抗接続用電極の少なくともいずれか一方の電極がトリミング部を有していること、
を特徴とする。
【0011】
第1および第2中心電極はそれぞれ中心電極基板の表裏面に設けられるとともに、第1および第2抵抗接続用電極のトリミング部は中心電極基板の同じ面に設けられている。あるいは、第1および第2中心電極はフェライトの表面もしくは内部に配置されている。
【0012】
以上の構成により、第1抵抗接続用電極や第2抵抗接続用電極のトリミング部をトリミングして電極幅を狭くすることにより、アイソレーションの中心周波数は低周波側に移動する。トリミング部の電極幅は抵抗の幅よりも大きいことが望ましい。なぜなら、電極幅の方向において抵抗と重ならない部分が確保され、所定の長さにわたって平行にトリミングでき、トリミング作業がし易くなるからである。
【0013】
また、入出力インピーダンスが高くて整合がとれないために挿入損失が大きくなっている場合には、第1入出力ポートと第1入出力端子の間に第1直列コンデンサを電気的に接続するとともに、第2入出力ポートと第2入出力端子の間に第2直列コンデンサを電気的に接続するとよい。これにより、整合がとれ、挿入損失が改善される。
【0014】
また、本発明に係る2ポート型アイソレータは、永久磁石、フェライト、第1および第2抵抗接続用電極、第1および第2中心電極並びに抵抗を囲むケースに、トリミング作業用穴を設けたことを特徴とする。以上の構成により、2ポート型アイソレータを組み立てた後でも、トリミング作業用穴を通して、第1抵抗接続用電極や第2抵抗接続用電極のトリミング部をトリミングできる。
【0015】
また、抵抗と第1および第2並列コンデンサと第1および第2抵抗接続用電極とが、複数の誘電体層と電極層を積み重ねて構成した積層基板に設けられていることを特徴とする。これにより、抵抗、第1並列コンデンサ、第2並列コンデンサ、第1抵抗接続用電極および第2抵抗接続用電極相互間のはんだによる接続箇所が減り、接続信頼性が向上するとともに、アイソレータの小型低背化が図れる。
【0016】
また、本発明に係る通信装置は、上述の2ポート型アイソレータを備えることにより、アイソレーション特性が向上するとともに、製造コストの低減が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る2ポート型アイソレータ、2ポート型アイソレータの製造方法および通信装置の実施形態について添付の図面を参照して説明する。
【0018】
[第1実施形態、図1〜図5]
図1は、2ポートの集中定数型アイソレータ1の分解斜視図である。該2ポート型アイソレータ1は、概略、永久磁石9と、フェライト20と、並列整合用コンデンサ21,22と、抵抗23と、アース導体として機能する(コンデンサとして機能させない)チップコンデンサ24と、中心電極基板30と、樹脂製端子ケース3と、金属製上側ケース4と、金属製下側ケース8とからなる。
【0019】
金属製下側ケース8は、左右の側壁8bと底部8aを有している。この金属製下側ケース8は、インサートモールド法によって、樹脂製端子ケース3と一体成形されている。金属製下側ケース8の底部8aの対向する一対の辺からは、それぞれ二本のアース端子16が延在している。また、金属製上側ケース4は、平面視矩形状であり、上部4aと左右の側壁4bを有している。
【0020】
金属製上側ケース4および金属製下側ケース8は、磁気回路を形成するため、鉄等の透磁率の高い材料を主成分とする薄板を金型による打ち抜き、曲げ加工をした後、その表面に銅めっきを施し、さらに銀めっきを施して得る。
【0021】
樹脂製端子ケース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開口部3cが形成されている。開口部3cに隣接する位置には、抵抗23を収容するための凹部3dが形成されている。開口部3cには、金属製下側ケース8の底部8aが露出している。樹脂製端子ケース3には、入力端子14および出力端子15がインサートモールドされている。入力端子14および出力端子15は、それぞれ一端が樹脂製端子ケース3の外側面に露出し、他端が樹脂製端子ケース3の底部3aに露出して入力引出電極14a、出力引出電極15aとされる。
【0022】
永久磁石9は略直方体形状を有する。この永久磁石9は、あらかじめ着磁されているものをアイソレータ1に組み込んでもよいし、着磁されていない状態でアイソレータ1に組み込み、その後に着磁してもよい。また、フェライト20は略直方体形状を有する。
【0023】
中心電極基板30は、表面に第1中心電極31が形成され、裏面に第2中心電極32と入力ポート電極P1と出力ポート電極P2とアース電極33,34が形成されている。図2には、裏面側から見た中心電極基板30が示されている。中心電極基板30は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂と、紙、ガラスクロス等の基材からなる。また、中心電極31,32やポート電極P1,P2は、印刷法や導電性材料(例えば、銅)によるめっき後エッチングする方法等によりパターン形成されている。
【0024】
表面に形成された第1中心電極31の一方の端部31aは、スルーホール41を介して裏面に形成された入力ポート電極P1に電気的に接続されている。第1中心電極31の他方の端部31bは、スルーホール41を介して裏面に形成されたアース電極33に電気的に接続されている。一方、裏面に形成された第2中心電極32の一方の端部32aは出力ポート電極P2に電気的に接続され、他方の端部32bはアース電極34に電気的に接続されている。第1中心電極31と第2中心電極32は略90度で交差している。
【0025】
さらに、第1中心電極31の端部31aと抵抗23との間を電気的に接続するため、入力ポート電極P1から矩形状の第1抵抗接続用電極35が延在している。同様に、第2中心電極32の端部32aと抵抗23との間を電気的に接続するため、出力ポート電極P2から矩形状の第2抵抗接続用電極36が延在している。これら第1および第2抵抗接続用電極35,36はそれぞれトリミング部T(図2において斜線で表示した領域)を有している。抵抗接続用電極35,36の電極幅Wは長さ方向に一定であり、抵抗接続部において抵抗23の幅Dよりも大きく設定されている。これにより、電極幅Wの方向において抵抗23と重ならない部分(トリミング部T)が確保される。従って、抵抗23を中心電極基板30にはんだ付けした後でもトリミング部Tをトリミングすることができ、トリミング作業がし易くなる。
【0026】
抵抗23は、基板の両端部に厚膜印刷等で端子電極を形成し、その間に抵抗体を配設している。抵抗23は、通常、トリミング部Tをトリミングする前に中心電極基板30の抵抗接続用電極35,36にはんだ付け実装されるが、トリミング後に中心電極基板30にはんだ付け実装してもよい。
【0027】
トリミング作業方法の一例を以下に説明する。例えば試験装置で抵抗23をはんだ付け実装した中心電極基板30のアイソレーション特性を測定する。この測定結果からトリミング量を決定する。次に、レーザやサンドブラスタやリュータなどを用いて、トリミング部Tを所定の長さにわたって抵抗接続用電極35,36の長さ方向に平行に削る。これにより、アイソレーションの中心周波数を所望の値(具体的には、挿入損失の中心周波数に合致する値)に合わせることができる。この結果、中心電極31,32の電極幅ばらつき、中心電極31,32の相対的位置ずれ、あるいは、中心電極31,32の交差角度ばらつきによるアイソレーションの中心周波数のばらつきを低減することができる。
【0028】
並列整合用コンデンサ21,22には、上下面にコンデンサ電極を配設している単板コンデンサが使用されている。チップコンデンサ24は、コンデンサとしての機能を利用するものではなく、単にその外部電極24a,24bを、中心電極31,32と金属製下側ケース8を電気的に接続する接続導体として利用するものである。
【0029】
以上の構成部品は、以下のようにして組み立てられる。並列整合用コンデンサ21,22やチップコンデンサ24やフェライト20を樹脂製端子ケース3の開口部3cに収容する。このとき、チップコンデンサ24の外部電極24a,24bと並列整合用コンデンサ21,22の下面側(コールド側)コンデンサ電極は、樹脂製端子ケース3の開口部3cに露出している金属製下側ケース8の底部8aにそれぞれ接地される。
【0030】
次に、抵抗23をはんだ付けした中心電極基板30を樹脂製端子ケース3内に収容する。このとき、中心電極基板30の平面視において、第1中心電極31と第2中心電極32とが交差している位置にフェライト20が配置される。抵抗23は凹部3dに収容される。入力ポート電極P1は、並列整合用コンデンサ21の上面側コンデンサ電極と入力引出電極14aとに接続される。出力ポート電極P2は、並列整合用コンデンサ22の上面側コンデンサ電極と出力引出電極15aとに接続される。アース電極33,34は、それぞれチップコンデンサ24の外部電極24a,24bに接続される。
【0031】
さらに、その上から金属製上側ケース4を装着する。金属製上側ケース4の上部4aの下側には永久磁石9が配置されている。これにより、永久磁石9は、中心電極基板30の下方に配置されているフェライト20に直流磁界を印加する。金属製下側ケース8と金属製上側ケース4は、電気的に接続して金属ケースをなし、永久磁石9やフェライト20とともに磁気回路を構成しており、ヨークとしても機能している。
【0032】
並列整合用コンデンサ21,22、チップコンデンサ24、引出電極14a,15a、金属製上側ケース4および金属製下側ケース8相互間の電気的接続には、はんだリフロー等の方法が用いられる。こうして、2ポート型アイソレータ1が得られる。
【0033】
図3はアイソレータ1の動作原理を説明するための回路図、図4はアイソレータ1の等価回路図である。図3において、矢印は中心電極31,32の下の高周波磁界の向きである。
【0034】
順方向の信号の透過を考えると、図3の(A)に示すように、入力端子14から第1中心電極31に入力された高周波信号は、フェライト20内で90度回転する。回転した高周波信号は、第2中心電極32を伝播して出力端子15から出力される。アース端子16の電位を0とすると、高周波磁界の方向から、入力端子14の電位は+V、出力端子15の電位は+Vとなる。従って、抵抗23の両端に電位差がないため、抵抗23には高周波信号が流れず、入力端子14から入った高周波信号はそのまま出力端子15から出力される。
【0035】
一方、逆方向の信号の入射を考えると、図3の(B)に示すように、出力端子15から第2中心電極32に入力された高周波信号は、フェライト20内で90度回転する。回転した高周波信号は、第1中心電極31を伝播して入力端子14から出力されるはずであるが、このとき、高周波磁界の向きが図3の(A)と逆向きとなる。高周波磁界の向きが図3の(A)と逆向きなので、アース端子16の電位を0とすると、入力端子14の電位は−Vとなる。高周波磁界の方向から、入力端子14の電位は−V、出力端子15の電位は+Vとなり、抵抗23の両端に電位差+2Vが生じる。このため、高周波信号は抵抗23を伝播し、抵抗23によって熱に変換され(電力消費され)、理想的には入力端子14からは高周波信号は出力されない。なお、抵抗23は、リアクタンス成分が少ないため、アイソレーション特性は広帯域となる。
【0036】
ところが、実際には、中心電極31,32の電極幅がばらついていたり、中心電極31,32の相対的位置がずれていたり、中心電極31,32の交差角度がばらついていたりするため、第1中心電極31のインダクタンスL1と第2中心電極32のインダクタンスL2とは、通常、L1≠L2の関係にある。
【0037】
さらに、図4に示す等価回路のように、入力端子14と並列整合用コンデンサ21の間には、入力端子14や入力ポート電極P1や並列整合用コンデンサ21のコンデンサ電極自身に発生する残留インダクタンスLs1が存在している。入力端子14と第1中心電極31の間には、入力端子14や入力ポート電極P1自身に発生する残留インダクタンスLs2が存在している。第1中心電極31とアース端子16の間には、アース電極33やチップコンデンサ24の外部電極24aや金属製下側ケース8自身に発生する残留インダクタンスLs3が存在している。
【0038】
そして、出力端子15と並列整合用コンデンサ22の間には、出力端子15や出力ポート電極P2や並列整合用コンデンサ22のコンデンサ電極自身に発生する残留インダクタンスLs4が存在している。出力端子15と第2中心電極32の間には、出力端子15や出力ポート電極P2自身に発生する残留インダクタンスLs5が存在している。第2中心電極32とアース端子16の間には、アース電極34やチップコンデンサ24の外部電極24bや金属製下側ケース8自身に発生する残留インダクタンスLs6が存在している。
【0039】
そして、これら入力端子14側の残留インダクタンスの和(Ls1+Ls2+Ls3)と出力端子15側の残留インダクタンスの和(Ls4+Ls5+Ls6)も、通常、(Ls1+Ls2+Ls3)≠(Ls4+Ls5+Ls6)の関係にある。
【0040】
このため、図3で説明した理想的な動作からずれてしまい、所望の周波数で抵抗23の両端に電位差+2Vが発生しない。そこで、抵抗23の両端に電位差+2Vが発生するように、第1および第2抵抗接続用電極35,36のトリミング部Tをそれぞれ所定の長さにわたって削り、電極幅を細くさせる。これにより、第1および第2抵抗接続用電極35,36のインダクタンスL3,L4はそれぞれ適した数値に調整され、入力端子14側のインダクタンスの総和(L1+L3+Ls1+Ls2+Ls3)と出力端子15側のインダクタンスの総和(L2+L4+Ls4+Ls5+Ls6)とが略等しくなる。この結果、アイソレーションの中心周波数を所望の値に合わせることができ、中心電極31,32の電極幅ばらつきや相対的位置ずれや交差角度ばらつきによるアイソレーションの中心周波数のばらつきを抑えることができる。
【0041】
具体的に数値を用いて説明する。図5は、抵抗接続用電極35,36の電極幅Wと、アイソレータ1の挿入損失、アイソレーションおよび入出力反射損失のそれぞれの中心周波数との関係を評価した結果を示すグラフである。このとき、抵抗23には幅Dが0.3mm、長さが0.6mm、外部電極24a,24bの幅が0.12mmのチップ部品を用いた。抵抗23の抵抗値Rは、中心電極31(32)と並列整合用コンデンサ21(22)との並列共振インピーダンスに対応させて、挿入損失が最もよくなる値91Ωに設定した。抵抗接続用電極35と36の間の距離は0.2mmに設定した。また、トリミング部Tにおけるトリミング(削り)の長さは、抵抗接続用電極35,36とも0.35mmとした。
【0042】
そして、アイソレータ1を2520MHzで動作させたい場合、予め抵抗接続用電極35,36の電極幅Wを従来より太い0.6mmに設計してアイソレーションの中心周波数が必ず2520MHz以上になるようにしておく。従来であれば抵抗接続用電極35,36の電極幅Wは約0.3mmに設計していた。これにより、抵抗接続用電極35,36はそれぞれトリミング部Tを有することになる。次に、このトリミング部Tを削って抵抗接続用電極35,36の電極幅Wを狭くしていくことで、アイソレーションの中心周波数を低くし、所望の中心周波数の2520MHzにすることができる。
【0043】
[第2実施形態、図6および図7]
前記第1実施形態のアイソレータ1において、並列整合用コンデンサ21,22だけでは入出力インピーダンスが高くて整合がとれない場合が生じる。この場合には、図6および図7に示すように、第1実施形態のアイソレータ1にさらに二つの直列整合用コンデンサ25,26を接続する。
【0044】
直列整合用コンデンサ25,26には、上下面にコンデンサ電極を配設している単板コンデンサが使用されている。直列整合用コンデンサ25は入力ポート電極P1と入力引出電極14aとの間に直列に接続されている。直列整合用コンデンサ26は出力ポート電極P2と出力引出電極15aとの間に直列に接続されている。
【0045】
以上の構成からなる2ポート型アイソレータ1Aは、並列整合用コンデンサ21,22と直列整合用コンデンサ25,26の静電容量を変えることによって簡単にインピーダンス整合をとることができ、挿入損失を改善することができる。
【0046】
[第3実施形態、図8]
第3実施形態は、組み立て完了後でも、抵抗接続用電極のトリミング部をトリミングすることができる2ポート型アイソレータについて説明する。
【0047】
図8は、組み立て完了後の2ポート型アイソレータ1Bを底面側から見た図である。このアイソレータ1Bは、前記第1実施形態の2ポート型アイソレータ1の金属製下側ケース8の底部8aに、トリミング作業用穴45,46を設けたものと同様のものである。抵抗接続用電極35,36のトリミング部Tは、トリミング作業用穴45,46を通して露出している。
【0048】
従って、組み立て完了後のアイソレータ1Bのアイソレーション特性を測定し、仮にアイソレーションが規格から外れていた場合には、トリミング作業用穴45,46を通してトリミング部Tを削り、所望のアイソレーションの中心周波数に合わせることができる。この結果、不良数を低減でき、製造コストを抑えることができる。
【0049】
[第4実施形態、図9〜図11]
図9は、本発明に係る2ポート型アイソレータの別の実施形態を示す分解斜視図である。該2ポート型アイソレータ51は、概略、永久磁石59と、フェライト60と、積層基板70と、金属製ケース54とからなる。金属製ケース54は平面視矩形状であり、四つの側壁54bと上部54aを有している。
【0050】
フェライト60は略直方体形状であり、内部に第1中心電極61と第2中心電極62が互いに電気的絶縁状態で略90度交差して配設されている。第1中心電極61の一端は入力側ホット電極63に電気的に接続され、他端はグランド側コールド電極(図示せず)に電気的に接続されている。第2中心電極62の一端は出力側ホット電極64に電気的に接続され、他端はグランド側コールド電極(図示せず)に電気的に接続されている。
【0051】
積層基板70は、複数の誘電体層とコンデンサ電極層を積み重ねて構成した多層基板である。図示しないが、この積層基板70の内部には、前記第1実施形態および第2実施形態で説明した並列整合用コンデンサや直列整合用コンデンサが内蔵されている。積層基板70の上面には、フェライト実装用ランド71,72,73,74が設けられている。これらフェライト実装用ランド71〜74はそれぞれフェライト60の入出力側ホット電極63,64やグランド側コールド電極に接続する。ここに、フェライト実装用ランド71,72はそれぞれ入力ポート電極P1および出力ポート電極P2に相当する。
【0052】
積層基板70の対向する二つの端面には、入力端子84,出力端子85および四つのアース端子86が半円筒状壁面に設けられている。これらの端子84〜86は、図10に示すように積層基板70の下面に延在している。そして、積層基板70の下面において、対向する二組のアース端子86はそれぞれ電極87,88で電気的に接続されている。ただし、アース端子86は必ずしも電極87,88で電気的に接続する必要はなく、四つのアース端子86を独立させておいてもよい。一方、入力端子84と出力端子85からは、それぞれ矩形状の抵抗接続用電極75,76がそれぞれ対向するように延在している。抵抗接続用電極75,76はそれぞれトリミング部T(図10において斜線で表示した領域)を有している。入力端子84および出力端子85はそれぞれ、積層基板70の内部に設けたビアホールや電極を介してフェライト実装用ランド71,72に電気的に接続している。アース端子86も同様に、積層基板70の内部に設けたビアホールや電極を介してフェライト実装用ランド73,74に電気的に接続している。
【0053】
さらに、印刷抵抗80が二つの抵抗接続用電極75,76に跨るように、スクリーン印刷法などの方法で形成される。
【0054】
以上の構成部品は、以下のようにして組み立てられる。積層基板70の上面に永久磁石59とフェライト60が搭載され実装される。さらに、その上から金属製ケース54が装着される。こうして、2ポート型アイソレータ51が得られる。
【0055】
このアイソレータ51は、並列整合用コンデンサや直列整合用コンデンサや抵抗に個々のチップ部品を使用せず、積層基板70に内蔵したり、薄膜化して積層基板70の表面に形成したりしている。従って、はんだ付け接続箇所が減り、接続信頼性が向上するとともに、アイソレータ51を小型低背化することが可能となる。
【0056】
また、このアイソレータ51は、底面に抵抗接続用電極75,76のトリミング部Tが露出しているので、組み立て完了後でもトリミング部Tを削り、所望のアイソレーションの中心周波数に合わせることができる。なお、積層基板70はアイソレータの仕様に合わせて種々変形することができ、例えば図11に示す積層基板70Aのように、アース端子86を入出力端子84,85を設けた端面とは異なる端面に設けてもよい。
【0057】
[第5実施形態、図12]
本第5実施形態では、携帯電話を例にして、通信装置の実施の形態を説明する。
【0058】
図12は、携帯電話120のRF部分の電気回路ブロック図である。図12において、122はアンテナ素子、123はデュプレクサ、131はアイソレータ、132は送信側電力増幅器、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は受信側低ノイズ増幅器、136は受信側段間用帯域通過フィルタ、137は受信側ミキサ、138は電圧制御発振器(VCO)、139はローカル用帯域通過フィルタである。
【0059】
ここに、アイソレータ131として、前記第1〜第4実施形態のアイソレータ1,1A,1B,51を使用することができる。これらのアイソレータ1,1A,1B,51を実装することにより、アイソレーション特性が向上するとともに製造コストの安価な携帯電話を実現することができる。
【0060】
[他の実施形態]
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、樹脂製端子ケース3と金属製下側ケース8はインサートモールドで形成したとして説明したが、これに限定されるものではなく、樹脂製端子ケース3と金属製下側ケース8を別々に形成し、組み合わせたものであってもよい。また、前記第1〜第4実施形態では、入力端子を14,84、出力端子を15,85として説明したが、これに限定されるものではなく、入力端子を15,85、出力端子を14,84にしてもよい。
【0061】
さらに、前記実施形態では、中心電極31,32を中心電極基板30の表裏面に形成したアイソレータや、中心電極61,62をフェライト60の内部に形成したアイソレータについて説明したが必ずしもこれに限るものではない。例えば、フェライト上に印刷法や導電性材料によるめっき後エッチングする方法などにより中心電極をパターン形成したアイソレータであってもよい。
【0062】
あるいは、2本の中心電極と該中心電極の共通のアース電極とからなる金属材を用いたアイソレータであってもよい。この金属材のアース電極は、フェライトの下面を覆うように配置される。一方、2本の中心電極は、フェライトを包むように折り曲げ加工され、絶縁性シートを介在させて、フェライトの上面で相互が略90度で交差するように配置される。中心電極はそれぞれの一端側にポート部P1,P2を有し、はんだで並列整合用コンデンサの上面側コンデンサ電極に電気的に接続する。
【0063】
あるいは、線状の2本の中心電極を、相互が略90度で交差するようにフェライトに巻き回したアイソレータであってもよい。
【0064】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、第1抵抗接続用電極や第2抵抗接続用電極のトリミング部をトリミングして電極幅を狭くすることにより、アイソレーションの中心周波数を所望の値に合わせることができる。この結果、第1および第2中心電極の電極幅ばらつきや相対的位置ずれや交差角度ばらつきによるアイソレーションの中心周波数のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2ポート型アイソレータの第1実施形態を示す分解斜視図。
【図2】図1に示した中心電極基板を裏面側から見た平面図。
【図3】図1に示した2ポート型アイソレータの動作原理を説明するための回路図。
【図4】図1に示した2ポート型アイソレータの等価回路図。
【図5】抵抗接続用電極の電極幅Wと、アイソレータの挿入損失、アイソレーションおよび入出力反射損失のそれぞれの中心周波数との関係を評価した結果を示すグラフ。
【図6】本発明に係る2ポート型アイソレータの第2実施形態を示す分解斜視図。
【図7】図6に示した2ポート型アイソレータの等価回路図。
【図8】本発明に係る2ポート型アイソレータの第3実施形態を示す底面図。
【図9】本発明に係る2ポート型アイソレータの第4実施形態を示す分解斜視図。
【図10】図9に示した積層基板を裏面側から見た平面図。
【図11】図9に示した積層基板の変形例を裏面側から見た平面図。
【図12】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,51…2ポート型アイソレータ
4,8,54…金属製ケース
9,59…永久磁石
14,15,84,85…入出力端子
20,60…フェライト
21,22…並列整合用コンデンサ
23,80…抵抗
25,26…直列整合用コンデンサ
30…中心電極基板
31,32,61,62…中心電極
35,36,75,76…抵抗接続用電極
45,46…トリミング作業用穴
70…積層基板
120…携帯電話
P1…入力ポート電極
P2…出力ポート電極
T…トリミング部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-port isolator, and more particularly to a method of manufacturing a two-port isolator used in a microwave band and a two-port isolator and a communication device.
[0002]
[Prior art]
Generally, an isolator has a function of passing a signal only in a transmission direction and preventing transmission in a reverse direction, and is used in a transmission circuit unit of a mobile communication device such as a car phone or a mobile phone.
[0003]
For example, as this type of isolator, a two-port isolator described in
[0004]
First and second center electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the center electrode substrate, and the first center electrode and the second center electrode cross each other in an electrically insulated state. A parallel matching capacitor is electrically connected in parallel to the first and second center electrodes, respectively. Further, a resistor is electrically connected between one end of the first center electrode and one end of the second center electrode, and the other end of the first center electrode and the other end of the second center electrode are respectively grounded.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-185912 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, generally, the first and second center electrodes formed on the center electrode substrate have their electrode width and electrode thickness, the relative positional relationship between the first center electrode and the second center electrode, or the first center electrode and the second center electrode. The intersection angle between the two center electrodes varies. For this reason, there is a problem that the insertion loss, the reflection loss, and the center frequency of the isolation of the two-port isolator fluctuate, and in the worst case, the desired characteristics cannot be obtained, resulting in a defective product.
[0007]
Here, the variation between the insertion loss and the reflection loss can be eliminated as follows. First, before assembling the isolator, the dimensions of the first and second center electrodes of the center electrode substrate are measured. Next, based on the measured data, a parallel matching capacitor having a capacitance suitable for combination with the center electrode substrate is selected. Thus, by combining a parallel matching capacitor having an appropriate capacitance for each center electrode substrate, variations in insertion loss and reflection loss can be suppressed, and desired characteristics can be obtained.
[0008]
However, the variation in the center frequency of the isolation cannot be eliminated by the two-port isolator of
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a two-port isolator and a communication device, which can adjust the center frequency of the isolation.
[0010]
Means and action for solving the problem
In order to achieve the above object, a two-port isolator according to the present invention includes:
(A) a permanent magnet;
(B) a ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet;
(C) a first center electrode disposed close to the ferrite, one end of which is electrically connected to the first input / output port, and the other end of which is electrically connected to ground;
(D) the first center electrode intersects with the ferrite in an electrically insulated state, is disposed near the ferrite, one end is electrically connected to the second input / output port, and the other end is electrically connected to ground. A second central electrode,
(E) a resistor electrically connected between the one end of the first center electrode and the one end of the second center electrode;
(F) a first parallel capacitor electrically connected between the first input / output port and ground;
(G) a second parallel capacitor electrically connected between the second input / output port and ground;
(H) a first resistor connection electrode electrically connecting the one end of the first center electrode and the resistor;
(I) a second resistance connection electrode that electrically connects the one end of the second center electrode and the resistance;
(J) at least one of the first resistance connection electrode and the second resistance connection electrode has a trimming portion;
It is characterized by.
[0011]
The first and second center electrodes are respectively provided on the front and back surfaces of the center electrode substrate, and the trimming portions of the first and second resistance connection electrodes are provided on the same surface of the center electrode substrate. Alternatively, the first and second center electrodes are arranged on or inside the ferrite.
[0012]
With the above configuration, the center frequency of the isolation moves to the lower frequency side by trimming the trimming portion of the first resistance connection electrode or the second resistance connection electrode to reduce the electrode width. It is desirable that the electrode width of the trimming portion is larger than the width of the resistor. This is because a portion that does not overlap with the resistance is secured in the direction of the electrode width, and trimming can be performed in parallel over a predetermined length, so that the trimming operation is easily performed.
[0013]
When the insertion loss is large due to the high input / output impedance and the lack of matching, the first series capacitor is electrically connected between the first input / output port and the first input / output terminal. Preferably, a second series capacitor is electrically connected between the second input / output port and the second input / output terminal. Thereby, matching is achieved and insertion loss is improved.
[0014]
In the two-port isolator according to the present invention, a trimming hole is provided in a case surrounding the permanent magnet, the ferrite, the first and second resistance connection electrodes, the first and second center electrodes, and the resistance. Features. With the above configuration, even after assembling the two-port isolator, the trimming portions of the first resistance connection electrode and the second resistance connection electrode can be trimmed through the trimming holes.
[0015]
Further, the invention is characterized in that the resistor, the first and second parallel capacitors, and the first and second resistor connection electrodes are provided on a laminated substrate formed by stacking a plurality of dielectric layers and electrode layers. As a result, the number of soldered portions between the resistor, the first parallel capacitor, the second parallel capacitor, the first resistor connecting electrode and the second resistor connecting electrode is reduced, connection reliability is improved, and the isolator is reduced in size and size. Can be tall.
[0016]
Further, the communication device according to the present invention includes the above-described two-port isolator, thereby improving isolation characteristics and reducing manufacturing costs.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a two-port isolator and a two-port isolator according to the present invention and a communication device will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
[First Embodiment, FIGS. 1 to 5]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a two-port lumped-
[0019]
The metal
[0020]
In order to form a magnetic circuit, the metal
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
One
[0025]
Further, in order to electrically connect between the
[0026]
The
[0027]
An example of the trimming method will be described below. For example, an isolation characteristic of the
[0028]
As the
[0029]
The above components are assembled as follows. The
[0030]
Next, the
[0031]
Further, a metal
[0032]
The electrical connection between the
[0033]
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the
[0034]
Considering the transmission of signals in the forward direction, as shown in FIG. 3A, the high-frequency signal input from the
[0035]
On the other hand, considering the incidence of the signal in the opposite direction, as shown in FIG. 3B, the high-frequency signal input from the
[0036]
However, in practice, the electrode widths of the
[0037]
Further, as shown in the equivalent circuit of FIG. 4, between the
[0038]
Further, between the
[0039]
The sum (Ls1 + Ls2 + Ls3) of the residual inductance on the
[0040]
For this reason, it deviates from the ideal operation described with reference to FIG. 3, and a potential difference of +2 V does not occur at both ends of the
[0041]
This will be specifically described using numerical values. FIG. 5 is a graph showing the results of evaluating the relationship between the electrode width W of the
[0042]
When it is desired to operate the
[0043]
[Second Embodiment, FIGS. 6 and 7]
In the
[0044]
As the
[0045]
The two-
[0046]
[Third embodiment, FIG. 8]
The third embodiment describes a two-port isolator that can trim the trimming portion of the resistance connection electrode even after the assembly is completed.
[0047]
FIG. 8 is a view of the two-port isolator 1B after the assembly is completed as viewed from the bottom side. The isolator 1B is the same as the two-
[0048]
Therefore, the isolation characteristics of the isolator 1B after the completion of the assembly are measured, and if the isolation is out of the standard, the trimming portion T is cut through the trimming holes 45 and 46 to obtain the desired center frequency of the isolation. Can be adjusted to As a result, the number of defects can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0049]
[Fourth embodiment, FIGS. 9 to 11]
FIG. 9 is an exploded perspective view showing another embodiment of the two-port isolator according to the present invention. The two-
[0050]
The ferrite 60 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a
[0051]
The
[0052]
An
[0053]
Further, the printed
[0054]
The above components are assembled as follows. The
[0055]
The
[0056]
Further, since the trimming portion T of the
[0057]
[Fifth Embodiment, FIG. 12]
In the fifth embodiment, an embodiment of a communication device will be described using a mobile phone as an example.
[0058]
FIG. 12 is an electric circuit block diagram of the RF portion of the
[0059]
Here, as the
[0060]
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed to various configurations within the scope of the present invention. For example, although it has been described that the
[0061]
Further, in the above-described embodiment, the isolators in which the
[0062]
Alternatively, an isolator using a metal material composed of two center electrodes and a common ground electrode may be used. The metal ground electrode is disposed so as to cover the lower surface of the ferrite. On the other hand, the two center electrodes are bent so as to enclose the ferrite, and are arranged so that they intersect at approximately 90 degrees on the upper surface of the ferrite with an insulating sheet interposed. The center electrode has port portions P1 and P2 on one end side, respectively, and is electrically connected to the upper-side capacitor electrode of the parallel matching capacitor by soldering.
[0063]
Alternatively, an isolator may be used in which two linear center electrodes are wound around ferrite such that the two center electrodes cross each other at approximately 90 degrees.
[0064]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the center frequency of the isolation can be set to a desired value by trimming the trimming portions of the first resistance connection electrode and the second resistance connection electrode to reduce the electrode width. Can be adjusted. As a result, it is possible to suppress variations in the center frequency of the isolation due to variations in the electrode width of the first and second center electrodes, relative positional deviations, and variations in the intersection angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a two-port isolator according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the center electrode substrate shown in FIG. 1 as viewed from the back surface side.
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the two-port isolator shown in FIG.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the two-port isolator shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a result of evaluating a relationship between an electrode width W of a resistance connection electrode and respective center frequencies of insertion loss, isolation, and input / output reflection loss of an isolator.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a second embodiment of a two-port isolator according to the present invention.
7 is an equivalent circuit diagram of the two-port isolator shown in FIG.
FIG. 8 is a bottom view showing a third embodiment of the two-port isolator according to the present invention.
FIG. 9 is an exploded perspective view showing a fourth embodiment of a two-port isolator according to the present invention.
FIG. 10 is a plan view of the laminated substrate shown in FIG. 9 as viewed from the back surface side.
FIG. 11 is a plan view of a modified example of the laminated substrate shown in FIG. 9 as viewed from the back surface side.
FIG. 12 is a block diagram showing one embodiment of a communication device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B, 51 ... 2-port isolator
4, 8, 54 ... metal case
9,59… Permanent magnet
14, 15, 84, 85 ... input / output terminals
20, 60 ... ferrite
21,22 ... Capacitor for parallel matching
23,80… Resistance
25,26 ... Capacitor for series matching
30 ... Center electrode substrate
31, 32, 61, 62 ... central electrode
35, 36, 75, 76 ... electrodes for resistance connection
45, 46 ... holes for trimming work
70 ... Laminated substrate
120… mobile phone
P1 ... Input port electrode
P2: Output port electrode
T: Trimming part
Claims (9)
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、
前記フェライトに近接して配置され、一端が第1入出力ポートに電気的に接続され、他端がアースに電気的に接続されている第1中心電極と、
前記第1中心電極と電気的絶縁状態で交差して前記フェライトに近接して配置され、一端が第2入出力ポートに電気的に接続され、他端がアースに電気的に接続されている第2中心電極と、
第1中心電極の前記一端と第2中心電極の前記一端との間に電気的に接続された抵抗と、
前記第1入出力ポートとアースの間に電気的に接続された第1並列コンデンサと、
前記第2入出力ポートとアースの間に電気的に接続された第2並列コンデンサと、
第1中心電極の前記一端と前記抵抗との間を電気的に接続している第1抵抗接続用電極と、
第2中心電極の前記一端と前記抵抗との間を電気的に接続している第2抵抗接続用電極とを備え、
前記第1抵抗接続用電極および前記第2抵抗接続用電極の少なくともいずれか一方の電極がトリミング部を有していること、
を特徴とする2ポート型アイソレータ。A permanent magnet,
A ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet;
A first center electrode disposed close to the ferrite, one end of which is electrically connected to the first input / output port, and the other end of which is electrically connected to ground;
The first center electrode intersects with the ferrite in an electrically insulated state, is disposed near the ferrite, one end is electrically connected to the second input / output port, and the other end is electrically connected to ground. Two center electrodes,
A resistor electrically connected between the one end of the first center electrode and the one end of the second center electrode;
A first parallel capacitor electrically connected between the first input / output port and ground;
A second parallel capacitor electrically connected between the second input / output port and ground;
A first resistor connection electrode electrically connecting the one end of the first center electrode and the resistor;
A second resistor connection electrode that electrically connects the one end of the second center electrode and the resistor,
At least one of the first resistance connection electrode and the second resistance connection electrode has a trimming portion,
A two-port isolator characterized by:
前記第1入出力ポートと前記第1入出力端子の間に電気的に接続された第1直列コンデンサと、
前記第2入出力ポートと前記第2入出力端子との間に電気的に接続された第2直列コンデンサと、
を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の2ポート型アイソレータ。A first input / output terminal and a second input / output terminal;
A first series capacitor electrically connected between the first input / output port and the first input / output terminal;
A second series capacitor electrically connected between the second input / output port and the second input / output terminal;
The two-port isolator according to claim 1 or 2, further comprising:
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-
2002
- 2002-12-10 JP JP2002358631A patent/JP2004193904A/en active Pending
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