JP2012195662A

JP2012195662A - 非可逆回路素子およびその周波数調整方法

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Publication number: JP2012195662A
Application number: JP2011056469A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Sato; 敏郎佐藤; Makoto Sonehara; 誠曽根原
Original assignee: Shinshu University NUC
Current assignee: Shinshu University NUC
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】中心周波数を簡便かつ迅速に変更・調整することができる非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】導体３_１，３_２，３_３に配置された磁性体２と、磁性体２に直流磁界を印加する永久磁石６とを備えるアイソレータ１は、永久磁石６に、再着磁用のコイル７が配置されている。コイル７には、再着磁用の電流を供給する電源部８が接続され、電源部８には、電源部８を制御して直流磁界が所定の磁界強度となるように永久磁石６を再着磁する着磁制御部９が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定方向にのみ高周波信号を伝送し、逆方向には伝送しない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の周波数調整方法に関するものである。

携帯電話、携帯型無線機などの他に、近年では、携帯型ゲーム機、パソコン、家電製品などの電子機器にも無線通信機能を有するものが多くある。このような無線通信機器に使用される部品として、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子がある。非可逆回路素子は、伝送方向の挿入損失が小さく逆方向の挿入損失が大きい機能を有し、主として、インピーダンス不整合の場合にアンテナで生じる反射波などの不要な電磁波から送信アンプ等の送信回路を保護する目的で使用されている。非可逆回路素子の使用により、反射波による送信回路の破損が防止されると共に、送信回路の安定動作が保障され、ひいては通信の高品質化および低消費電力化が可能になっている。

近年の通信サービスの多様化に伴い、例えばマルチバンド対応の携帯電話のように、一つの無線通信機器で複数の周波数帯域を利用可能なものがある。この場合、無線通信機器内に各周波数帯域に対応した複数の無線回路が必要になるため、複数の非可逆回路素子が必要になる。特に携帯型の無線通信機器では、機器の小型化のために非可逆回路素子の占有率の低下が望まれているが、素子自体の小型化には限界がある。複数の非可逆回路素子を用いずに、一つの非可逆回路素子の中心周波数を変更して使用することができれば、素子の占有率を低下できるが、そのような非可逆回路素子は開発されていない。

例えば、特許文献１には、直流磁界が印加される磁性体の周囲に、周波数調整用の穴や導体を設け、この孔径や、導体の径および長さを変えることで、高周波の通過帯域の中心周波数を設定可能な非可逆回路素子が記載されている。しかしながら、この非可逆回路素子では、素子を組み立てる際に孔の径や導体の長さ等を変更する必要があり、使用中に周波数を変更設定することは想定されていない。

また、非可逆回路素子は、磁性体及び永久磁石を有して、磁性体のジャイロ磁気現象を利用することで非可逆的な伝送特性を実現しているが、磁性体と永久磁石との温度特性が異なる場合、温度変化により通過帯域の中心周波数が変化してしまう。特に、非可逆回路素子を小型化したときに、中心周波数の温度変動係数が大きくなる場合がある。

また、非可逆可変素子に限らず全ての電子部品に言えることであるが、製造ばらつきにより素子には個体差が生じる。この個体差により、中心周波数に許容範囲以上のばらつきが生じる場合がある。

特開２００２−１２４８０４号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、中心周波数を簡便かつ迅速に変更・調整することができる非可逆回路素子およびその周波数調整方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された非可逆回路素子は、導体または導波路に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石とを備える非可逆回路素子であって、該永久磁石を再着磁するためのコイルを備えることを特徴とする。

請求項２に記載された非可逆回路素子は、請求項１に記載のものであり、前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする。

請求項３に記載された非可逆回路素子は、請求項２に記載のものであり、前記着磁制御部は、中心周波数を設定するために入力される周波数設定信号に基づいて、該中心周波数に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項４に記載された非可逆回路素子は、請求項２または３に記載のものであり、前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項５に記載された非可逆回路素子は、請求項２から４のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項６に記載された非可逆回路素子は、請求項２から５のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項７に記載された非可逆回路素子は、請求項１から６のいずれかに記載のものであり、前記導体が一対の前記磁性体で挟み込まれ、又は前記磁性体の内部に配置されていることを特徴とする。

請求項８に記載された非可逆回路素子の周波数調整方法は、導体または導波路に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石とを備える非可逆回路素子の周波数設定方法であって、該永久磁石を再着磁するためのコイルに再着磁用の電流を供給し、該直流磁界が周波数に対応する所定の磁界強度になるように該永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項９に記載された非可逆回路素子の周波数調整方法は、請求項８に記載のものであり、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。

請求項１０に記載された非可逆回路素子の周波数調整方法は、請求項８または９に記載のものであり、前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。

請求項１１に記載された非可逆回路素子の周波数調整方法は、請求項８から１０のいずれかに記載のものであり、前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。

本発明の非可逆回路素子およびその周波数調整方法によれば、永久磁石に再着磁用のコイルを配置することにより、このコイルに再着磁用の電流を供給し、永久磁石の磁界強度を、中心周波数に対応する所定の磁界強度に設定することができるので、非可逆回路素子の周波数を調整することができる。永久磁石の再着磁は、電気的に短時間で行うことができるので、無線通信機器に搭載した状態であっても、周波数の調整を簡便かつ迅速に行うことができる。さらに、永久磁石の再着磁は短時間に行うことができるので、電力の消費量が少なく、省エネルギーである。また、個々の非可逆回路素子の特性にばらつきがあった場合、このばらつきを調整することができる。

非可逆回路素子が、コイルに再着磁用の電流を供給する電源部、および電源部を制御する着磁制御部を備える場合、再着磁用の電流をコイルに供給して周波数を調整することができる。電源部や着磁制御部は、非可逆回路素子に一体的に配置されていてもよく、無線通信機器の電気回路内に配置されていてもよい。一体的に配置されている場合、別個に電源部等を無線通信機器に備える必要がなく、非可逆回路素子単体で周波数の調整を行うことができるので便利である。

着磁制御部が、所定周期毎に、所定の磁界強度に永久磁石を再着磁することにより、永久磁石の直流磁界が所定時間毎にリフレッシュされるので、永久磁石の直流磁界が経時変化で弱くならず一定の強度になるため、中心周波数が時間経過とともにずれることが防止され、安定した性能を維持できる。

着磁制御部が、周波数設定信号に基づいて永久磁石を再着磁する場合、中心周波数を制御することができるので、例えばマルチバンド対応の携帯電話のように複数の周波数帯域で送信を行う無線機器であっても、複数の非可逆回路素子を用いることなく、一つの非可逆回路素子で対応することができる。

着磁制御部が、温度に基づいて永久磁石を再着磁する場合、温度変動による周波数のずれを調整することができる。

着磁制御部が、永久磁石の磁界強度が許容範囲にないときに永久磁石を再着磁する場合、経時変化などによる周波数のずれを調整することができる。

導体を一対の磁性体で挟み込み、又は磁性体の内部に配置する場合、周波数の調整可能な範囲を広くすることができる。

本発明を適用する非可逆回路素子を模式的に示す概要構成図である。本発明を適用する非可逆回路素子の等価回路図である。本発明を適用する非可逆回路素子の原理を説明する磁化曲線である。本発明を適用する非可逆回路素子（アイソレータ）における中心周波数設定方法を説明するためのフローチャートである。本発明を適用するアイソレータにおける温度変化に対応する中心周波数の設定方法を説明するためのフローチャートである。本発明を適用するアイソレータにおける磁界強度低下に対応する中心周波数の設定方法を説明するためのフローチャートである。本発明を適用する他の非可逆回路素子の一部を模式的に示す概要構成図である。

以下、本発明の実施形態例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１に本発明を適用する非可逆回路素子の一例である集中定数型のアイソレータ１を示す。アイソレータ１は、磁性体２、複数の導体３（導体３_１，３_２，３_３）、複数の整合用コンデンサ４（整合用コンデンサ４_１，４_２，４_３）、終端抵抗５、永久磁石６、コイル７、電源部８、着磁制御部９、磁界強度センサ２１、および温度センサ２２を備えている。同図では、磁性体２、導体３、および永久磁石６を分解斜視図で示している。

磁性体２は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium-Iron-Garnet）フェライト単結晶である。磁性体２は、一例として円板形状の薄板に形成されている。この磁性体２の一平面（図の上側面）上には、板状または箔状の３本の導体３_１，３_２，３_３が、互いに電気的絶縁状態で重ねられて、１２０度の角度で交差して配置されている。磁性体２を例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成してもよいし、導体３を磁性体２の上に膜状に形成してもよい。磁性体２は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性を有していてもよい。一軸磁気異方性を有する場合が最も好ましく、この場合、後述する永久磁石６の磁界方向が磁化容易軸になっていて、永久磁石６の磁界方向に直行する面方向が磁化困難軸になっていることが好ましい。

導体３_１，３_２，３_３の一端部は、グランド電極（基準電位）に接続されている。導体３_１，３_２，３_３の他端部は、対応する整合用コンデンサ４_１，４_２，４_３を介してグランド電極に接続されている。また、導体３_１の他端部はポートＰ_１に接続され、導体３_２の他端部はポートＰ_２に接続されている。導体３_３の他端部は、例えば５０Ωなどの所定抵抗値の終端抵抗５を介してグランド電極に接続されている。磁性体２の他平面（図の下側面）側には、板状のグランド電極（図示せず）が配置されている。

なお、終端抵抗５を配置せずに、導体３_３の他端部をポートＰ_３に接続した場合、アイソレータ１はサーキュレータとなる。

永久磁石６は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。永久磁石６は、磁性体２に直流磁界を印加するものであり、一例として磁性体２と同径の円板形状に形成されて、円板の面に直交する方向（円板の軸方向）に磁化されている。永久磁石６は、磁性体２と永久磁石６とで導体３_１，３_２，３_３を挟み込むように、磁性体２の上面側に所定間隔で近接または密着して配置されている。なお、永久磁石６を、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成してもよい。

コイル７は、永久磁石６を再着磁するためのものであり、コイル７の軸が永久磁石６の磁界方向と一致するように、永久磁石６に配置されている。この場合、コイル７は、円板形状の永久磁石６の側面に、永久磁石６と同軸で巻回されている。なお、永久磁石６を、基板上に膜状に形成した場合、コイル７を基板上の永久磁石６の周囲にパターンで形成してもよい。コイル７は、永久磁石６に直接、または永久磁石６の近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石６に再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石６から離れた位置に配置してもよい。コイル７は、永久磁石６に着磁することができれば、形状および配置を問わない。

電源部８は、コイルに再着磁用の電流を供給するものであり、コイル７に正方向に直流電流を供給する直流電流源１１、コイル７に逆方向に直流電流を供給する直流電流源１２、及び、コイル７に接続する直流電流源１１，１２を切換えるための切換スイッチ１３を備えている。電源部８は、コイル７等の近くに一体的に配置されていてもよいし、無線通信機器の電気回路に配置してコイル７に電気ケーブルで接続されていてもよい。

直流電流源１１、１２は、電気的な制御で出力する直流電流値を各々調整可能な可変直流定電流源であり、着磁制御部９に制御される。直流電流源１１、１２は、公知の直流電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。

切換スイッチ１３は、切換え動作を電気的に制御可能なリレーまたは半導体スイッチであり、着磁制御部９に制御される。切換スイッチ１３は、中間ポイント付きの双方向の切換スイッチであり、中心電極１３ａ、および切換電極１３ｂ、１３ｃを有している。この切換スイッチ１３は、中心電極１３ａを、切換電極１３ｂに接続、切換電極１３ｃに接続、または開放のいずれかの切換制御が可能になっている。切換スイッチ１３の中心電極１３ａには、コイル７の一端が接続されている。切換スイッチ１３の切換電極１３ｂには、直流電流源１１の正極が接続されている。また、切換スイッチ１３の切換電極１３ｃには、直流電流源１２の負極が接続されている。直流電流源１１の負極、および直流電流源１２の正極は、コイル７の他端に接続されている。

着磁制御部９は、電源部８を制御して、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界が所定の磁界強度となるように、永久磁石６を再着磁するものである。着磁制御部９は、一例として、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、および入出力インタフェース回路（いずれも図示せず）などを備え、ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって動作する。なお、着磁制御部９は、論理回路を組み合わせて構成したものであってもよい。着磁制御部９には、前述した直流電流源１１，１２および切換スイッチ１３の他に、磁界強度センサ２１および温度センサ２２が接続されている。さらに、着磁制御部９には、例えばアイソレータ１を搭載する無線通信機器（例えばマルチバンド対応の携帯電話）の制御回路（図示せず）から周波数設定信号が入力される。着磁制御部９は、コイル７等と一体的に配置されていてもよく、別体で無線通信機器の電気回路内に配置されていてもよい。また、着磁制御部９は、無線通信機器の制御回路と兼用されていてもよい。兼用されている場合には、内部的に発生する周波数設定信号を使用する。

磁界強度センサ２１は、例えば、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁気センサなどである。磁界強度センサ２１は、例えば永久磁石６の上面中央部などの永久磁石６に近接する位置に配置されて、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界の磁界強度を検出して、着磁制御部９に出力する。温度センサ２２は、例えば、熱電対、白金測温抵抗体などであり、永久磁石６に直接または近接させて配置されて、永久磁石６の温度を検出して、着磁制御部９に出力する。

次に、アイソレータ１の動作原理について説明する。

図２にアイソレータ１の等価回路を示す。導体３_１，３_２，３_３は、各々、磁性体２の透磁率μの影響を受けたインダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を有する。インダクタンスＬ_１の導体３_１と、静電容量Ｃ_１の整合用コンデンサ４_１とが並列接続されて、ＬＣ並列共振回路になっている。同様に、インダクタンスＬ_２，Ｌ_３の導体３_２，３_３と、対応する静電容量Ｃ_２，Ｃ_３の整合用コンデンサ４_２,４_３とが各々ＬＣ並列共振回路になっている。一例として、これらインダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、同じ値になるように導体３_１，３_２，３_３の幅等の寸法が規定されている。また、一例として、静電容量Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３は同じ値に設定されている。これらのＬＣ並列共振回路の共振周波数がアイソレータ１の中心周波数となる。

ここで、インダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、磁性体２の透磁率μが変化すると、透磁率μの大きさに比例して変化する。磁性体２の透磁率μは、磁性体２に印加される直流磁界Ｈが変化すると、直流磁界Ｈの大きさに反比例して変化する。したがって、インダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、磁性体２に印加される直流磁界Ｈの大きさに反比例して変化する。したがって、直流磁界Ｈの大きさを変化させると、インダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３が変化して、ＬＣ並列共振周波数、すなわちアイソレータ１の中心周波数が変化する。

磁性体２に印加する直流磁界Ｈの大きさは、永久磁石６の残留磁束密度の大きさに比例する。つまり、いわゆる強い永久磁石６の場合に直流磁界Ｈが大きく、弱い永久磁石６の場合に直流磁界Ｈが小さくなる。

図３に、永久磁石６の磁化曲線（ＢＨカーブ）を示す。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石６に正方向の大きな磁場Ｈ_０を掛けると、永久磁石６が磁気飽和して、磁化曲線のａ点になる。この状態から磁場Ｈを弱くして０にすると、磁化曲線はｂ点を通り、さらに逆方向に磁場Ｈを強くしていくと磁化曲線はｃ点を通って、磁場Ｈｒのときに逆方向に磁気飽和してｄ点になる。この状態から、磁場Ｈを正方向に強くしていくと、磁化曲線はｅ点（逆方向の残留磁束密度Ｂｒ）→ｆ点→ａ点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。永久磁石６を製造するときには、残留磁束密度Ｂが０の磁化前の磁石母材に、磁界Ｈ_０以上の磁場を掛けて磁化させている。

発明者は、永久磁石６に逆方向の磁場Ｈｒを掛け、続いて磁場Ｈ_１を掛けてから磁場を０に戻すと、同図に示すように磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｓ_１点→ｓ_２点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ_１に着磁されることに気がついた。また同様のことを磁場Ｈ_２で行うと、磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｔ_１点→ｔ_２点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ_２に着磁される。つまり、永久磁石６に逆方向の磁場Ｈｒを掛けて一度リセットしてから、磁場Ｈ_０、Ｈ_１、Ｈ_２等の所定の強度の磁場を掛けることで、永久磁石６の残留磁束密度をＢ_０、Ｂ_１、Ｂ_２のように所望の大きさに自在に設定することが可能であることが解った。この原理を利用することで、永久磁石６の直流磁界Ｈの強さを適宜変更・調整し、磁性体２の透磁率μの値を調整して、これからインダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を所望の値に設定することで、アイソレータ１の中心周波数を変更設定することを可能とした。しかも、永久磁石６の再着磁は短時間に電気的な制御で行うことができるので、中心周波数の変更や設定を、短時間で迅速、簡便に行うことが可能である。

永久磁石６の残留磁束密度の大きさを設定するためには、磁場Ｈの大きさを制御する必要があるので、磁化曲線のｆ点からａ点までの傾きがなだらか（傾きが小）であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急（傾きが大）であると、僅かに磁場Ｈを変化させただけで残留磁束密度Ｂが大きく変わってしまうので、磁場Ｈを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場Ｈを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであるので、磁場Ｈの制御が容易であり、好ましい。

次に、アイソレータ１の使用方法について説明する。

先ず、アイソレータ１の使用前の準備について説明する。

使用する前に予め、設定する必要のある各中心周波数に対応させて、永久磁石６の残留磁束密度を設定するために直流電流源１１に出力させる電流値（以下、設定電流値という）、永久磁石６をリセットするために直流電流源１２に出力させる電流値（以下、リセット電流値という）、及び、正常に中心周波数が設定されたときの磁界強度の許容範囲を、着磁制御部９に記憶させておく。さらに、アイソレータ１の中心周波数に温度変動がある場合又は必要性に応じて、中心周波数を再設定する温度閾値、並びに各温度において最適な上記の直流電流源１１，１２の電流値及び磁界強度の許容範囲を、各中心周波数及び各温度閾値に対応させて、着磁制御部９に記憶させておく。なお、永久磁石６をリセットするための電流値は、各条件で共通であれば１つだけ記憶させておいてもよい。

これら予め設定する電流値等は、永久磁石６の残留磁束密度を異ならせたアイソレータ１の特性の取得を実験的に繰り返すことで、最適な値を選択して決定する。例えば、直流電流源１１，１２の流す電流値をパラメータとして変化させ、必要であれば周囲温度をパラメータとして変化させて、アイソレータ１のポートＰ_１からＰ_２への伝送損失やポートＰ_２からＰ_１への減衰度などの通過帯域特性をネットワークアナライザで取得して、得られた特性の中から最適な電流値等に決定する。このように得られた電流値等を、製造した複数のアイソレータ１に共通して適用してもよいし、個々のアイソレータ１ごとに特性を取得して、アイソレータ１ごとに最適な値を適用してもよい。個々のアイソレータ１ごとに最適な電流値等を求める場合には、個々の製造ばらつきを無くすことができる。以上で、使用前の準備が終了する。

次に、アイソレータ１の中心周波数設定方法について、図１、図４を参照して説明する。

図１に示すアイソレータ１は、無線通信機器（図示せず）の送信部に実装され、例えば、ポートＰ_１は送信アンプ出力に接続されると共に、ポートＰ_２はアンテナに接続されて使用される。無線通信機器が複数の周波数帯域を切り替えて送信を行う場合、無線通信機器を統括的に制御する制御回路（図示せず）は、アイソレータ１に、中心周波数を示すための周波数設定信号を出力する。

図４のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、周波数設定信号が入力されたときに（ステップＳ１１）、直流電流源１２を制御して、周波数設定信号で示された中心周波数（設定周波数）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して、中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１２）。これにより、コイル７が永久磁石６の磁界方向とは逆方向の磁場Ｈｒ（図３参照）を発生し、この磁場Ｈｒが永久磁石６に所定時間が掛かり、永久磁石６が逆方向に磁気飽和後、残留磁束密度Ｂｒになって残留磁束密度がリセットされる。

続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、その中心周波数に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１３）。これにより、コイル７が永久磁石６を再着磁する磁界方向と同方向の例えば磁場Ｈ_１（図３参照）を発生し、この磁場Ｈ_１が永久磁石６に所定時間掛かり、永久磁石６が設定周波数に対応する例えば残留磁束密度Ｂ_１（図３参照）に着磁する。

ステップＳ１２，Ｓ１３でコイル７に電流を流す所定時間は、永久磁石６の磁化させるために必要な時間であるが、通常短時間でよい。したがって、電力の消費がほとんどなく省エネルギーである。

続いて、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を読み込んで（ステップＳ１４）、着磁制御部９に予め記憶されている磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ１５）。許容範囲内であれば周波数設定動作を終了し、許容範囲内でなければステップＳ１２に戻り、再度、永久磁石６を着磁する。許容範囲内でない場合、許容範囲内に入るように、設定電流値を増減させてステップＳ１３を行わせてもよい。

以上で、中心周波数の設定動作が終了し、アイソレータ１の中心周波数が設定される。無線通信機器から異なる中心周波数に変更する周波数設定信号が入力されたときには、再度、中心周波数の設定動作を行って、アイソレータ１を異なる中心周波数に設定する。なお、必要であれば、着磁制御部９は、ステップＳ１２を行う前に、温度センサ２２が検出した周囲温度を読み込んで、その温度及び中心周波数に対応したリセット電流値及び設定電流値でステップＳ１２，Ｓ１３を行ってもよい。また、磁界強度を検出する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ１３を行った後、終了してもよい。

着磁制御部９は、この中心周波数の設定動作を、所定周期毎に行うことが好ましい。この所定周期は、永久磁石６の残留磁束密度が経時変化で許容値よりも弱くなる時間間隔よりも短い時間間隔に設定する。

次に、温度変化に対応する中心周波数の設定方法について図１、図５を参照して説明する。

アイソレータ１は送信アンプの近くに配置されることが多く、送信アンプの発熱により、アイソレータ１が高温になり、中心周波数が設定周波数からずれる場合がある。以下、このような中心周波数のずれを元に戻す動作について説明する。

図５のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、温度センサ２２（図１参照）の検出した温度を常時読み込んで（ステップＳ２１）、予め記憶された温度閾値を超えるか否か判別する（ステップＳ２２）。この温度閾値は、中心周波数のずれが許容できなくなる温度に設定されている。温度閾値は、複数設定されていてもよい。また、温度閾値は、温度が上昇する場合と低下する場合とで異なる値であってもよい。温度閾値よりも高温側、および低温側の各々に対応する設定電流値、リセット電流値、および磁界強度の許容範囲が着磁制御部９に予め記憶されている。

ステップＳ２２で、温度閾値を超えたと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して、その検出温度（かつそのときの設定周波数）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。

続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、予め記憶されたその検出温度に対応する設定電流値、つまりその検出温度で中心周波数を設定周波数に正しく設定できる設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２４）。これにより、永久磁石６がその温度に対応する残留磁束密度Ｂに着磁する。

続いて、着磁制御部９は、既に説明したステップＳ１４，Ｓ１５と同様にして、ステップＳ２５、Ｓ２６を行い、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を確認し、磁界強度がその温度での許容範囲内にあるか確認し、必要であれば再設定して、ステップＳ２１に戻る。

以上で、温度変化に対応する中心周波数の設定動作が終了し、温度でずれたアイソレータ１の中心周波数が設定周波数に戻る。温度が検出閾値を超えて上昇した場合、および検出閾値を超えて低下した場合に、中心周波数が再設定される。なお、磁界強度を確認する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ２４を行った後、ステップＳ２１に戻ってもよい。

次に、磁界強度低下に対応する中心周波数の再設定方法について図１、図６を参照して説明する。

永久磁石６の磁界強度は、その材質の種類により変化の度合いは異なるが、着磁してから時間が経過すると低下する。以下、このような磁界強度の低下による中心周波数のずれを元に戻す動作について説明する。

図６のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１（図１参照）の検出した磁界強度を常時読み込んで（ステップＳ３１）、設定周波数（及び温度）に対応する磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ３２）。許容範囲内であればステップＳ３１に戻る。

ステップＳ３２で、許容範囲内でないと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して設定周波数（及び温度）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。

続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して設定周波数（及び温度）に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３４）。これにより、永久磁石６がその設定周波数に対応する残留磁束密度Ｂに着磁してステップＳ３１に戻る。

以上で、磁界強度低下に対応する中心周波数の再設定動作が終了し、アイソレータ１の中心周波数が設定周波数に戻る。

図４の中心周波数設定方法、図５の温度変化に対応する中心周波数の設定方法、図６の磁界強度低下に対応する中心周波数の設定方法は、全て行ってもよいし、必要性に応じていずれか選択して行ってもよい。温度を検出しない場合、温度センサ２２は不要になり、磁界強度を検出しない場合、磁界強度センサ２１は不要になる。

次に、本発明を適用する非可逆回路素子の他の一例である集中定数型のアイソレータ１ａについて図７を参照して説明する。同図では構成を模式的に分解斜視図で示している。なお、既に説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図７に示すアイソレータ１ａは、導体３を一対の磁性体２，２で挟み込み、磁性体２，２の両側を、さらに一対の永久磁石６，６で挟み込んだものである。永久磁石６，６には、各々コイル７，７が巻回されている。コイル７，７には、各々電源部８，８が接続され、電源部８，８には各々着磁制御部９，９（図示せず）が接続されている。なお、導体３を１つの磁性体２の内部に配置し、この磁性体２を２つの永久磁石６，６で挟み込んでもよい。また、導体３を１つの磁性体２の内部に配置し、この磁性体２に１つの永久磁石６を配置してもよい。なお、コイル７，７を直列接続して、一つの電源部８からコイル７，７に着磁用の電流を流す構成としてもよい。

このように、導体３の両面側に磁性体２，２がある場合、インダクタンスの最大値が大きくなるので、永久磁石６の磁界強度の調整によるインダクタンスの可変幅が大きくなり、アイソレータ１の中心周波数の可変幅を大きくすることができる。また、２つの永久磁石６を用いることで、磁性体２，２の透磁率μの可変幅を大きくすることができるので、インダクタンスの可変幅が大きくなり、アイソレータ１の中心周波数の可変幅を大きくすることができる。

なお、導体３と整合用コンデンサ４とを並列共振させた例について説明したが、インピーダンスマッチングやフィルタリングのために導体３と整合用コンデンサ４を直列接続して直列共振させるアイソレータに本発明を適用してもよい。また、３つの導体３を磁性体２に配置した３ポート型のアイソレータ１について説明したが、２つの導体を磁性体に配置した２ポート型のアイソレータに本発明を適用してもよい。また、集中定数型のアイソレータ１について説明したが、分布定数型のアイソレータの永久磁石にコイルを配置して、永久磁石を所定の磁界強度に磁化させてもよい。分布定数型のアイソレータの場合にも、永久磁石の磁界強度を変えることで、中心周波数を変化させることができる。また、同様に、導波管などの導波路に磁性体及び永久磁石を配置した導波管型のアイソレータに本発明を適用してもよい。このように、アイソレータ自体の基本構成は、公知の種々の構成を採用することができる。サーキュレータについても同様に、公知の種々の構成を採用することができる。少なくともアイソレータやサーキュレータの永久磁石を再着磁するためのコイルを備えているものは、全て本発明の範囲に含まれる。

また、電源部８が直流電流源１１，１２を有していて、永久磁石６を再着磁させる電流（設定電流、リセット電流）が直流電流である例について説明したが、設定電流やリセット電流は、瞬間的なパルス電流であってもよいし、sin波、台形波、ノコギリ波のような交流電流であってもよい。交流電流の場合、正の波高値が設定電流値に対応し、負の波高値がリセット電流値に対応して、電源部８は、負（リセット電流）から正（設定電流）の１周期（または整数周期）の交流電流を出力する。

１，１ａはアイソレータ、２は磁性体、３_１，３_２，３_３は導体、４_１，４_２，４_３は整合用コンデンサ、５は終端抵抗、６は永久磁石、７はコイル、８は電源部、９は着磁制御部、１１，１２は直流電流源、１３は切換スイッチ、１３ａは中心電極、１３ｂ，１３ｃは切換電極、２１は磁界強度センサ、２２は温度センサ、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３は静電容量、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３はインダクタンス、Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３はポートである。

Claims

導体または導波路に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石とを備える非可逆回路素子であって、該永久磁石を再着磁するためのコイルを備えることを特徴とする非可逆回路素子。
前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
前記着磁制御部は、中心周波数を設定するために入力される周波数設定信号に基づいて、該中心周波数に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。
前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２または３に記載の非可逆回路素子。
前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所定の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記導体が一対の前記磁性体で挟み込まれ、又は前記磁性体の内部に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の非可逆回路素子。
導体または導波路に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石とを備える非可逆回路素子の周波数設定方法であって、該永久磁石を再着磁するためのコイルに再着磁用の電流を供給し、該直流磁界が周波数に対応する所定の磁界強度になるように該永久磁石を再着磁することを特徴とする非可逆回路素子の周波数調整方法。
所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項８に記載の非可逆回路素子の周波数調整方法。
前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項８または９に記載の非可逆回路素子の周波数調整方法。
前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の非可逆回路素子の周波数調整方法。