JP2006287519A - 磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子 - Google Patents

磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子 Download PDF

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Abstract

【課題】電極相互の機械的な固着強度に優れ、組み立て歩留まりが高く、小型化及び低背化を充分に達成することができるとともに、付加回路を容易に設置することができる磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子を提供する
【解決手段】誘電体基板15は、貫通孔150にフェライト基板14が嵌め込まれている。終端器20は、誘電体基板15の一面151に備えられている。中心導体13は、フェライト基板14の一面141に備えられ、少なくとも一端133が一面141で終端器20に接続されている。磁気回転子は、保持具3等と組み合わされて非可逆回路素子を構成するために用いられる。保持具3は、押圧部37と、収納部31とを有する。磁気回転子10は、収納部31の内部において押圧部37により、高さ方向hの少なくとも一方から押し圧力が加えられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、主として、アイソレータに用いられる磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子に関する。
アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、例えば、携帯電話や無線機等の移動体通信機器、及び、その基地局で使用される通信装置等に組み込まれるものであって、種々のタイプのものが知られている。そのうちの1つとして、磁気回転子及び永久磁石を、ヨーク部材を兼ねる保持具の内部に収納し、これを支持基板の上に載置し、さらに支持基板において、保持具と、支持基板の外周との間に生じるスペース上に、抵抗器などの終端器を配置した構造のものが知られている。
このタイプの非可逆回路素子においては、磁気回転子に備えられている中心導体は、その一端が、外部に導出され、抵抗器などの外部終端器にはんだ接合されていた。はんだ接合は、通常、リフローマウント工程により実行される。即ち、中心導体の一端は、クリームはんだにより終端器の端子電極に仮留めされるとともに、リフロー時にクリームはんだが一時溶融し、その後再び固着することにより、中心電極と外部終端器とがはんだ接合される。
しかし、中心導体の一端と、終端器の端子電極との相互間は機械的な固着構造が備えられていないため、リフロー時にはんだが溶融すると、中心導体の一端が、終端器の電極から外れる事故が生じることがあった。特に、中心導体は、バネ性を有するため、上述したリフロー時の電極外れ事故が生じやすい。
一方、中心導体の一端と、終端器の端子電極との相互間に機械的な固着構造を備えようとすると、部品点数の増加や、製造コストの上昇を招く。
しかも、一般に、この種の非可逆回路素子は、これが組み込まれる移動体通信機器の小型化に追従すべく、小型化に対する市場要請が強い。終端器を支持基板の上に配置した従来構造によると、保持具と、支持基板の外周との間にスペースロスが生じ、小型化に限界を生じる。
また、非可逆回路素子は、他の付加回路を何らかの方法で増設させる必要が生じた場合に、終端器のレイアウト等を容易に展開しうる構造を備えることが好ましいところ、終端器を支持基板の上に配置する構造では、レイアウトの変更が困難である。
上述したタイプのほかにも、従来より種々のタイプの非可逆回路素子が提案されている。具体的な代表例としては、非特許文献1を挙げることができる。しかし、非特許文献1に開示されている内容で、上述した問題点を解決することができない。
SDP社ホームページ内、製品紹介コンテンツ、インターネット <URL:http://www.sdp.ca/en/products/microwave/surface_mount.cfm>
本発明の課題は、電極相互の機械的な固着強度に優れており、例えば、リフロー時の電極の外れを回避することができる磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子を提供することである。
本発明のもう1つ課題は、組み立て歩留まりが高く、製造コストが安価である磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子を提供することである。
本発明の更にもう1つ課題は、小型化及び低背化を充分に達成することができる磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子を提供することである。
本発明の更にもう1つ課題は、付加回路を容易に設置することができる磁気回転子、及び、これを用いた非可逆回路素子を提供することである。
上述した課題を達成するため、本発明に係る磁気回転子は、誘電体基板と、フェライト基板と、終端器と、中心導体とを含む。誘電体基板は、面内に貫通孔を有し、貫通孔の内部にフェライト基板が嵌め込まれている。終端器は、薄膜状であって、誘電体基板の一面に備えられている。中心導体は、フェライト基板の一面に備えられ、少なくとも一端が誘電体基板の一面で終端器に接続されている。
上述したように、本発明に係る磁気回転子は、フェライト基板と、中心導体とを含み、中心導体はフェライト基板の一面に備えられているから、通常の構成にしたがって、永久磁石及びヨーク部材と組み合わせ、アイソレータとして用いることができる。
本発明に係る磁気回転子は誘電体基板を含み、誘電体基板は、面内に貫通孔を有しており、貫通孔の内部には、フェライト基板が嵌め込まれているから、磁気回転子における、誘電体基板及びフェライト基板を単層化し、低背化を図ることができる。
磁気回転子は終端器を含み、終端器は、誘電体基板の一面に配置されている。この構成によると、従来、磁気回転子の外部に備えられていた終端器を、磁気回転子の内部に配置することができるから、非可逆回路素子の小型化を図ることができる。一方、非可逆回路素子の寸法を、従来と同程度に維持した場合には、磁気回転子の特性の向上を図ることができる。しかも、終端器は薄膜状であるから、非可逆回路素子の低背化に支障はない。
また、終端器は誘電体基板の一面に備えられており、中心導体は、少なくとも一端が誘電体基板の一面で終端器に接続されているから、中心導体と組み合わされるフェライト基板と、終端器と組み合わされる誘電体基板とを、別々の構成部材として取り扱うことができる。従って、非可逆回路素子における終端器のレイアウトの変更を容易に展開することができる。
さらに、終端器が誘電体基板の一面に備えられている構造によると、誘電体基板の材質(例えば熱伝導率など)を設定変更することにより、容易に高電力付加回路を設置することができる等、付加回路のバリエーション変化を容易に展開することができる。
別の態様として、終端器は、薄膜状であって、フェライト基板の一面に備えられていてもよい。この場合は、中心導体は、フェライト基板の一面に備えられ、少なくとも一端がフェライト基板の一面で終端器に接続される。つまり、中心導体と組み合わされるフェライト基板を、終端器を搭載する基板として用いるのである。この構成によっても、終端器は、磁気回転子の内部に配置されているため、非可逆回路素子の小型化を図ることができる。一方、非可逆回路素子の寸法を維持した場合には、磁気回転子の特性の向上を図ることができる。
上述した本発明に係る磁気回転子は、保持具等と組み合わされて非可逆回路素子を構成するために用いられる。保持具は、押圧部と、収納部とを有する。磁気回転子は、通常の構成に従って、永久磁石とともに、収納部に配置されるとともに、収納部の内部において押圧部により、高さ方向の少なくとも一方から押し圧力が加えられる。保持具は、一般には、ヨークとして兼用される。
上述したように、非可逆回路素子において、磁気回転子は、収納部に配置され、収納部の内部において押圧部により、高さ方向の少なくとも一方から押し圧力が加えられる構造によると、例えば、誘電体基板の一面に備えられている終端器と、フェライト基板の一面に備えられている中心導体の一端とを、押圧部の押し圧力により機械的に固着し続けることができるから、例えば、リフローマウント工程における電極外れ事故は生じない。従って、中心導体と、終端器との機械的な固着強度が高く、組み立て歩留まりが高い非可逆回路素子を提供することできる。
また、中心導体の一端と、終端器との機械的な固着構造は、保持具を構成する収納部と押圧部との組み合わせにより得られる押し圧力を利用するものであるから、部品点数が少なく、組み立て工数が少なくて済み、且、組み立てコストの安価な非可逆回路素子を提供することができる。
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
(a)接続される電極相互の機械的な固着強度に優れており、例えば、リフロー時の電極の外れを回避することができる非可逆回路素子を提供することができる。
(b)組み立て歩留まりが高く、製造コストが安価である非可逆回路素子を提供することができる。
(c)小型化及び低背化を充分に達成する非可逆回路素子を提供することができる。
(d)付加回路を容易に設置することができる非可逆回路素子を提供することができる。
図1は本発明の一実施形態に係る磁気回転子の組み立て構造を示す斜視図、図2は図1に示した磁気回転子の一部を組み立てた状態を示す斜視図、図3は図2に示した磁気回転子の一部について底面側の構造を示す斜視図である。
図1乃至図3を参照すると、本発明の一実施形態に係る磁気回転子は、誘電体基板11と、フェライト基板12と、中心導体13と、フェライト基板14と、誘電体基板15とを含み、それぞれが上述した順序で積み重ねられる。
フェライト基板12は、イットリウム/鉄/ガーネット(YIG)等の軟磁性材料が好適であって、直径が数十mm、厚さ1mm程度の円板状に形成される。
誘電体基板11は、セラミックや有機系の誘電体材料によって構成され、フェライト基板12と同程度の厚み寸法を有するリング状に形成され、面内に一面111から他面112に貫通する貫通孔110を有する。貫通孔110の内部には、フェライト基板12が嵌め込まれている。
誘電体基板11に対するフェライト基板12の嵌め込み構造において、誘電体基板11の一面111と、フェライト基板12の一面121とは、好ましくは略同一面を構成する。同様に、誘電体基板11の他面112と、フェライト基板12の他面122もまた、好ましくは略同一面を構成する。誘電体基板11及びフェライト基板12は省略することもできるが、これらがあれば、特性が向上する。
フェライト基板14は、イットリウム/鉄/ガーネット(YIG)等の軟磁性材料で構成され、直径が数十mm、厚さ1mm程度の円板状に形成される。
誘電体基板15は、セラミックや有機系誘電体材料によって、フェライト基板14と同程度の厚み寸法を有するリング状体に形成され、面内に一面151から他面152に貫通する貫通孔150を有する。貫通孔150の内部には、フェライト基板14が嵌め込まれている。
誘電体基板15に対するフェライト基板14の嵌め込み構造において、フェライト基板14の一面141と、誘電体基板15の一面151とは、好ましくは略同一面を構成する。同様に、フェライト基板14の他面142と、誘電体基板15の他面152ともまた、好ましくは略同一面を構成する。
さらに、本発明の一実施形態に係る磁気回転子は、終端器20を含む。図1乃至図3に示す終端器20は、第1及び第2の抵抗器21、22と、第1及び第2の電極23、24と、容量電極25とを含む。
第1及び第2の電極23、24、及び、容量電極25は、それぞれ厚さ10〜15ミクロン程度の薄膜状であって、誘電体基板15の少なくとも一面151に備えられている。第1及び第2の電極23、24は、一面151において取出し電極として用いられるとともに、誘電体基板15の他面152に延設されている。第1及び第2の電極23、24は、それぞれ他面152において、後述される磁極板19に接続する接地電極23、24として用いられる。
第1及び第2の抵抗器21、22は、例えば、ルテニウムなどの抵抗材料を用いた薄膜として形成され、第1及び第2の電極23、24と、容量電極25との間に備えられる。実施例では、2つの抵抗器21、22が示されているが、一個だけであってもよいし、2個以上であってもよい。反射電力の大きさに応じて、それを分散させる必要があれば、個数を増すことになる。
中心導体13は、好ましくは、厚さが100〜200ミクロン程度の銅板を加工した導体板あって、基板部130と、基板部130の外周に突設された第1〜第3の端子131〜133を有する。図1乃至図3では、分布定数型のものを示してあるが、集中定数型のものであってもよい。中心導体13の基板部130の大きさは、フェライト基板15の板面の大きさに合わせて選定される。
第1及び第2の端子131、132は、入出力端子であって、基板部130から突出するとともに、それぞれが誘電体基板15の外縁付近で折り曲げられている。第1及び第2の端子131、132に至る途中には、容量電極部134、135が備えられている。容量電極134、135は誘電体基板15の一面151にあり、誘電体基板15の他面152に備えられた接地電極23、24との間で、整合容量を生じさせる。
第3の端子133は、基板部130から突出し、誘電体基板15の一面151で終端器20の容量電極25に接続されている。容量電極25も他面152に備えられた接地電極23、24との間で、整合容量を生じさせる。
上述した磁気回転子は、保持具等と組み合わされて非可逆回路素子を構成する。図4は本発明の一実施形態に係る非可逆回路素子の斜視図、図5は図4に示した非可逆回路素子の分解構造を示す斜視図、図6は図4及び図5に示した非可逆回路素子の一部組み立て構造を示す斜視図である。
また、図7は図4の7−7線に沿った断面図、図8は図4の8−8線に沿った断面図である。さらに、図9は、図4乃至図8に示した非可逆回路素子を用いたアイソレータの電気回路図である。図4乃至図9において、図1及び図3に図示した構成部分と同一の構成部分には、同一の参照符号を付す。
図4乃至図8を参照すると、本発明の一実施形態に係る非可逆回路素子は、磁気回転子組立体1と、保持具3と、支持体4とを含む。
磁気回転子組立体1は、永久磁石16と、シールド部材17と、磁極板18と、磁気回転子10と、磁極板19とを有しており、それぞれが上述した順序で積み重ねられている。
次に、磁気回転子組立体1の各構成部材について説明する。まず、シールド部材17は、厚さ0.1〜0.2mm程度の銅板を打ち抜いた導体板で構成されている。図4乃至図8に示すシールド部材17は、基板部170の直径が数十mmの円板形状であって、永久磁石16の下面と略同様の大きさの寸法に設定されており、且、外周縁に沿って複数の凸片171が備えられている。シールド部材17は、接地電極の強化、及び、安定化のために用いられる。
永久磁石16は、シールド部材17の基板部170の面内に載置されるとともに、凸片171により保持されている。なお、永久磁石16が、導電性のある磁性材料、例えば金属磁石でなる場合には、磁気回転子組立体1においてシールド部材17を省略することもできる。
磁極板18は、厚さ0.1〜0.3mm程度の鉄板を打ち抜いた導体板で構成されており、直径数十mmの円板状に形成されている。磁極板18は、直流磁界の均一化、及び、安定化のために用いられる。
磁気回転子10は、図1及び図3を参照して説明した磁気回転子であって、誘電体基板11と、フェライト基板12と、中心導体13と、フェライト基板14と、誘電体基板15とを含み、それぞれが上述した順序で積み重ねられている。
磁極板19は、厚さ0.3〜1.0mm程度の鉄板を打ち抜いた導体板で構成されており、後述する支持体4に嵌合可能な外形形状に形成されている。磁極板19もまた、磁極板18と同様に、直流磁界の均一化、及び、安定化のために用いられる。
保持具3は、収納部31と、押圧部37とを有する。収納部31は、好ましくは鉄等の磁性金属材料が好適であって、高さ寸法が数mm程度の有底の略円筒形状に構成され、ヨークとして兼用されている。より詳細に説明すると、収納部31は、底部内面32と、底部外面33と、第1〜第3の側壁部34〜36とを含み、底部内面32と、第1〜第3の側壁部34〜36とにより区画された内部空間300を有する。
第1の側壁部34は、幅方向の両端に、第1の凹溝341を有する。第1の凹溝341は、第1の側壁部34の高さ方向に沿って条状に延びており、且、高さ方向の先端部に凸形状の抜け止めを有している。同様に、第2の側壁部35は第2の凹溝351を有し、第3の側壁部36は第3の凹溝361を有する。
また、収納部31は、第1〜第3の結合突片321〜323を含む。図5及び図6を参照すると、第1の結合突片321は、第1、第3の側壁部34、36の相互間に形成されている第1の間隔d1において、底部内面32の内周縁320から径方向に突出して備えられている。また、第2の結合突片322は、第1、第2の側壁部34、35の相互間に形成されている第2の間隔d2において、内周縁320から径方向に突出して備えられている。同様に、第3の結合突片323は、第2、第3の側壁部35、36の相互間に形成されている第3の間隔d3において、底部内面32の内周縁320から径方向に突出して備えられている。
再び図4乃至図8を参照して説明する。押圧部37は、収納部31の蓋であるとともに、収納部31と組み合わされることによりヨークとして用いられる。押圧部37は、鉄などの磁性材料が好適であって、円板状に構成されており、外周縁上に第1〜第3の結合溝371〜373が備えられている(図5参照)。
収納部31と、押圧部37との組み合わせについて、押圧部37は、内部空間300の開放端において、第1〜第3の結合溝371〜373が、第1〜第3の凹溝341〜343のそれぞれに凹凸結合されている。押圧部37は、嵌め込む前の全体形状が凹状になっており、第1〜第3の結合溝371〜373が、第1〜第3の凹溝341〜343に結合されたときに生じる反力を利用して、収納部31に固定される。
支持体4は、所謂プリント基板であって、基板部41と、保持具挿入用孔44と、第1〜第3のグランド電極451〜453とを含んで構成される。
基板部41は、好ましくは絶縁樹脂材料により構成されている。図示では、略正方形形状の平板状体であって、厚さ1.0〜2.0mm程度に構成される。
支持体4は、少なくとも一面411に開口する挿入用孔44を有している。図示する挿入用孔44は、一面411から他面412に貫通している。更に挿入用孔44は、基板部の他面412側の内周縁440に第1〜第3の凹段部441〜443を有する。
第1〜第3のグランド電極451〜453は、基板部41の一面411及び他面412において、第1〜第3の側壁部34〜36の周辺に備えられている。
磁気回転子組立体1は、収納部31の内部において押圧部37により、矢印hで示す高さ方向の少なくとも一方から、押し圧力Pが加えられている。以下、詳細に説明すると、まず、保持具3と、支持体4との組み合わせについて、収納部31が、支持体4の他面412の側から、挿入用孔44に案内されることにより、第1〜第3の結合突片321〜323が、第1〜第3の凹段部441〜443に凹凸嵌合される。一方、内部空間300に配置されている磁気回転子組立体1は、第1〜第3の間隔d1〜d3から、例えば、フェライト基板14の一部が基体部41上に突出しており、支持体4が、保持具3と、磁気回転子とにより挟持されている。
上述した保持具3と、磁気回転子組立体1と、支持体4との結合構造において、収納部31に備えられている押圧部37には、撓みが戻ろうとする反力が生じているから、収納部31に収納されている磁気回転子組立体1には、底部内面32の方向に押し圧力Pが印加される。
図1乃至図7を参照して説明した磁気回転子10、及び、これを用いた非可逆回路素子によると、以下の効果を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る非可逆回路素子において、磁気回転子10は、フェライト基板14と、中心導体13とを含み、中心導体13は一面141に備えられているから、これらを永久磁石16と組み合わせ、アイソレータとして用いることができる。
磁気回転子10は、誘電体基板11、15を含み、誘電体基板11、15は、それぞれ面内に貫通孔110、150を有する。貫通孔110、150の内部には、それぞれフェライト基板14、15が嵌め込まれているから、磁気回転子10における、誘電体基板11、15と、フェライト基板14、15の積層スペースを共有することができる。従って、磁気回転子10は、低背化を図ることができる。
磁気回転子10は終端器20を含み、終端器20は、フェライト基板15の一面151に配置されている。この構成によると、従来の非可逆回路素子において、磁気回転子10の外部に備えられていた終端器20を、磁気回転子の内部に配置することができるから、非可逆回路素子の小型化を図ることができる。一方、非可逆回路素子の寸法を維持した場合には、磁気回転子の特性の向上を図ることができる。しかも、終端器20は薄膜状であるから、非可逆回路素子の低背化に支障はない。
また、終端器20はフェライト基板15の一面151に備えられており、中心導体13は、第3の端子133がフェライト基板15の一面151で終端器20に接続されているから、中心導体13と組み合わされるフェライト基板14と、終端器20と組み合わされる誘電体基板15とを、別々の構成部材として取り扱うとともに、フェライト基板14の他面142、及び、フェライト基板15の他面152を利用して、端子や、モニター回路等を付加することができる。従って、非可逆回路素子における付加回路のバリエーション、及び、終端器20のレイアウトの変更を容易に展開することができる。
さらに、終端器20がフェライト基板15の一面151に備えられている構造によると、誘電体基板15の材質(例えば熱伝導率など)を設定変更することにより、容易に高電力付加回路を設置することができる等、付加回路のバリエーションの変更を容易に展開することができる。
非可逆回路素子において、磁気回転子10は、収納部31に配置され、収納部31の内部において押圧部37により、高さ方向hの少なくとも一方から押し圧力Pが加えられる構造によると、例えば、フェライト基板15に備えられている終端器20と、フェライト基板14に備えられている中心導体13の第3の端子133とを、押圧部37の押し圧力Pにより機械的に固着し続けることができるから、例えば、リフローマウント工程における電極外れ事故は生じない。従って、中心導体13と、終端器20との機械的な固着強度が高く、組み立て歩留まりが高い非可逆回路素子を提供することできる。
また、中心導体13の第3の端子133と、終端器20との機械的な固着構造は、保持具3を構成する収納部31と押圧部37との組み合わせにより得られる押し圧力Pを利用するものであるから、部品点数が少なく、組み立て工数が少なくて済み、且、組み立てコストの安価な非可逆回路素子を提供することができる。
図10は、本発明のもう一つの実施形態に係る磁気回転子の斜視図である。図10において、図1乃至図9に図示した構成部分と同一の構成部分には、同一の参照符号を付す。
図10に示す磁気回転子10は、フェライト基板14と、終端器20と、中心導体13とを含む。終端器20は、薄膜状であって、フェライト基板14の一面141において、外周端面にそって備えられている。中心導体13は、一面141に備えられ、少なくとも一端が一面141で終端器20に接続されている。この構成によれば、フェライト基板14を終端器20のための基板として兼用できるから、部品点数の減少、及び、コストダウンを達成することができる。更に、非可逆回路素子の小型化、または、磁気回転子の特性の向上を図ることができる。
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
本発明の一実施形態に係る磁気回転子の組み立て構造を示す斜視図である。 図1に示した磁気回転子の一部を組み立てた状態を示す斜視図である。 図2に示した磁気回転子の一部について底面側の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る非可逆回路素子の斜視図である。 図4に示した非可逆回路素子の分解構造を示す斜視図である。 図4及び図5に示した非可逆回路素子の一部組み立て構造を示す斜視図である。 図4の7−7線に沿った断面図である。 図4の8−8線に沿った断面図である。 図4乃至図8に示した非可逆回路素子を用いたアイソレータの電気回路図である。 本発明のもう一つの実施形態に係る磁気回転子の斜視図である。
符号の説明
1 磁気回転子組立体
10 磁気回転子
11 誘電体基板
12 フェライト基板
13 中心導体
131〜133 第1〜第3の端子
14 フェライト基板
15 誘電体基板
20 終端器
3 保持具
31 収納部
37 押圧部

Claims (3)

  1. 誘電体基板と、フェライト基板と、終端器と、中心導体とを含む磁気回転子であって、
    前記誘電体基板は、貫通孔を有し、貫通孔の内部にフェライト基板が嵌め込まれており、
    前記終端器は、薄膜状であって、前記誘電体基板の一面に備えられており、
    前記中心導体は、前記フェライト基板の一面に備えられ、少なくとも一端が前記誘電体基板の一面で、前記終端器に接続されている、
    磁気回転子。
  2. フェライト基板と、終端器と、中心導体とを含む磁気回転子であって、
    前記終端器は、薄膜状であって、前記フェライト基板の一面に備えられており、
    前記中心導体は、前記フェライト基板の一面に備えられ、少なくとも一端が前記フェライト基板の一面で、前記終端器に接続されている、
    磁気回転子。
  3. 請求項1又は2に記載された磁気回転子と、保持具とを含む非可逆回路素子であって、
    前記保持具は、収納部と、押圧部とを有し、
    前記磁気回転子は、前記収納部に配置されるとともに、前記収納部の内部において、前記押圧部により、高さ方向の少なくとも一方から押し圧力が加えられている、
    非可逆回路素子。

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