JP2023067825A - 非可逆回路素子及びこれを備える通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インサートモールド成型が必要な複合パーツが不要であり、且つ、部品点数の少ない非可逆回路素子を提供する。【解決手段】非可逆回路素子１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０に搭載された磁気回転子Ｍと、磁気回転子Ｍに磁界を印加する永久磁石２０とを備える。誘電体基板１０は、上面１１に形成され磁気回転子Ｍに接続される接続パターン６１～６３と、下面１２に形成され接続パターン６１～６３に接続される端子電極５１～５３と、下面１２に形成されたグランドパターン５０とを有する。接続パターン６１～６３の一部はグランドパターン５０と重なり、これによって整合容量が得られる。このように、誘電体基板自体にキャパシタパターンが設けられていることから、整合用のチップコンデンサを用いる必要がなく、部品点数を削減することができる。【選択図】図４

Description

本開示は非可逆回路素子及びこれを備える通信装置に関し、特に、誘電体基板上に磁気回転子が搭載された構造を有する非可逆回路素子及びこれを備える通信装置に関する。

磁気装置の一種であ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、上部ヨークと下部ヨークによって磁気回転子及び永久磁石を挟み込む構成を有している。磁気回転子の各ポートは、下部ヨークを避けて端子電極に接続される。ここで、特許文献１には、端子電極が形成された絶縁樹脂と下部ヨークが一体化された複合パーツが開示されている。しかしながら、特許文献１に記載された複合パーツは、インサートモールド成型によって作製する必要があることから、製造コストが高く、信頼性も十分ではないという問題があった。

これに対し、特許文献２に記載された非可逆回路素子は、磁気回転子が搭載されたプリント基板を上部ヨークと下部ヨークによって挟み込む構造を有し、プリント基板の下面の一部を下部ヨークから露出させ、この部分に端子電極を形成している。これにより、インサートモールド成型が必要な複合パーツを用いることなく、磁気回転子と端子電極を接続することができる。

特開２００２－０４３８０８号公報 特開２０１５－５０６８９号公報

しかしながら、特許文献２に記載された非可逆回路素子は、プリント基板に整合用のチップコンデンサを複数搭載する必要があることから、部品点数が増加するという問題があった。

したがって、本開示は、信頼性が高く、部品点数の少ない非可逆回路素子及びこれを備える通信装置を提供することを目的の一つとする。

本開示による非可逆回路素子は、上面及び下面を有する誘電体基板と、誘電体基板に搭載された磁気回転子と、磁気回転子に磁界を印加する永久磁石とを備え、誘電体基板は、上面に形成され磁気回転子に接続される接続パターンと、下面に形成され接続パターンに接続される端子電極と、誘電体基板の上面、下面又は内部に形成されたキャパシタパターンとを有する。

また、本開示による通信装置は、上記の非可逆回路素子を備える。

本開示に係る技術によれば、磁気回転子が搭載された誘電体基板の下面に端子電極が形成されていることから、誘電体基板の下面を実装面として用いることができる。これにより、インサートモールド成型が必要な複合パーツが不要となる。また、誘電体基板自体にキャパシタパターンが設けられていることから、例えば、整合用のチップコンデンサを用いる必要がなく、部品点数を削減することができる。

本開示による非可逆回路素子は、誘電体基板、磁気回転子及び永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、誘電体基板の下面は、下部ヨークの一部を収容する凹部を有していても構わない。これによれば、表面実装する際に下部ヨークと実装基板の干渉が生じない。

本開示において、誘電体基板の上面は、磁気回転子の少なくとも一部を収容する溝部を有していても構わないし、溝部は、誘電体基板を貫通する貫通孔であっても構わない。これによれば、低背化を実現することが可能となる。

本開示による非可逆回路素子は、磁気回転子及び永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、下部ヨークは、誘電体基板の上面に固定されていても構わない。これによれば、誘電体基板の下面に凹部などを設ける必要がないことから、誘電体基板の製造コストを削減することが可能となる。

本開示において、キャパシタパターンは、誘電体基板の上面及び下面に形成されていても構わない。これによれば、単層構造を有する誘電体基板を用いることが可能となる。或いは、誘電体基板が多層構造を有し、キャパシタパターンは誘電体基板の内部に形成されていても構わない。これによれば、キャパシタパターンによって得られる整合容量の調整が容易となる。

このように、本開示に係る技術によれば、信頼性が高く、部品点数の少ない非可逆回路素子及びこれを備える通信装置を提供することが可能となる。

図１は、本開示に係る技術の第１の実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、上側から見た状態を示している。 図２は、本開示に係る技術の第１の実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、下側から見た状態を示している。 図３は、非可逆回路素子１から下部ヨーク４０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図４は、非可逆回路素子１から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図５は、誘電体基板１０の略斜視図である。 図６は、磁気回転子Ｍの構造を説明するための略平面図である。 図７は、磁気回転子Ｍから中心導体８１を除去した状態を示す略斜視図である。 図８は、本開示に係る技術の第２の実施形態による非可逆回路素子２の外観を示す略斜視図であり、上側から見た状態を示している。 図９は、本開示に係る技術の第２の実施形態による非可逆回路素子２の外観を示す略斜視図であり、下側から見た状態を示している。 図１０は、非可逆回路素子２から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図１１は、非可逆回路素子２から永久磁石２０、上部ヨーク３０及び磁気回転子Ｍを取り外した状態を示す略斜視図である。 図１２は、誘電体基板１００の略斜視図である。 図１３は、本開示に係る技術の第３の実施形態による非可逆回路素子３の外観を示す略斜視図であり、上側から見た状態を示している。 図１４は、本開示に係る技術の第３の実施形態による非可逆回路素子３の外観を示す略斜視図であり、下側から見た状態を示している。 図１５は、非可逆回路素子３から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図１６は、非可逆回路素子３から永久磁石２０、上部ヨーク３０及び磁気回転子Ｍを取り外した状態を示す略斜視図である。 図１７は、誘電体基板１１０の略斜視図である。 図１８は、非可逆回路素子を用いた通信装置２００の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る技術の実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１及び図２は、本開示に係る技術の第１の実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、図１は上側から見た図、図２は下側から見た図である。

本実施形態による非可逆回路素子１は表面実装型の非可逆回路素子であり、図１及び図２に示すように、誘電体基板１０及び永久磁石２０と、これらを挟み込む上部ヨーク３０及び下部ヨーク４０を備えている。誘電体基板１０の下面１２には、端子電極５１～５６と、グランドパターン５０が設けられている。上部ヨーク３０は、ｘｙ平面を有する天板部３１と、ｙｚ平面を有する折り曲げ部３２，３３を有している。下部ヨーク４０は、ｘｙ平面を有する底板部４１と、ｘｚ平面を有する折り曲げ部４２，４３を有している。下部ヨーク４０の折り曲げ部４２，４３は、上部ヨーク３０の天板部３１と嵌合し、これにより閉磁路が形成される。

図３は、非可逆回路素子１から下部ヨーク４０を取り外した状態を示す略斜視図である。図４は、非可逆回路素子１から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。図５は、誘電体基板１０の略斜視図である。

図３～図５に示すように、誘電体基板１０はｘｙ平面を構成する上面１１及び下面１２を有するとともに、その略中央部には誘電体基板１０をｚ方向に貫通する貫通孔１１ａが設けられている。貫通孔１１ａには、磁気回転子Ｍが収容される。誘電体基板１０の上面１１は平坦であるのに対し、誘電体基板１０の下面１２にはｙ方向に延在する凹部１２ａが設けられており、この部分において誘電体基板１０の厚みが薄くなっている。凹部１２ａには、下部ヨーク４０の底板部４１が収容される。これにより、下部ヨーク４０の底板部４１が誘電体基板１０の下面１２から突出することがない。

誘電体基板１０の上面１１には、接続パターン６１～６３が設けられている。接続パターン６１～６３は、それぞれ磁気回転子ＭのポートＰ１～Ｐ３に接続される。また、接続パターン６１～６３のうち、下面１２のグランドパターン５０と重なる部分は、キャパシタの容量電極を兼用する。つまり、誘電体基板１０の上面１１に形成された接続パターン６１～６３と、誘電体基板１０の下面１２に形成されたグランドパターン５０は、キャパシタパターンを構成する。接続パターン６１は、誘電体基板１０の側面１３に設けられた接続パターン７１を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５１に接続される。接続パターン６２は、誘電体基板１０の側面１４に設けられた接続パターン７２を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５２に接続される。接続パターン６３は、誘電体基板１０の側面１３に設けられた接続パターン７３を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５３に接続される。側面１３，１４はｙｚ平面を構成する。端子電極５４～５６は、グランドパターン５０及び下部ヨーク４０の底板部４１を介して、磁気回転子Ｍに含まれるグランド導体８０に接続される。

図６は、磁気回転子Ｍの構造を説明するための略平面図である。

図６に示すように、磁気回転子Ｍは、中心導体８１～８３とフェライトコア９０を備えている。中心導体８１～８３はそれぞれ絶縁フィルムで覆われているが、図面の見やすさを考慮して、これら絶縁フィルムは図示されていない。また、図７には中心導体８１を除去した状態が示されている。中心導体８１～８３は、互いに略１２０°の角度で交差する複数の金属導体によって構成される。図６及び図７に示す例では、中心導体８１が４本の金属導体からなり、中心導体８２，８３がそれぞれ２本の金属導体からなる。中心導体８３の導体幅は、特性調整のため中心部において拡大されている。中心導体８１，８２の導体幅は一定である。中心導体８１～８３の一端はそれぞれポートＰ１～Ｐ３に接続され、他端はフェライトコア９０の裏面側に位置するグランド導体８０に共通に接続される。これにより、フェライトコア９０は、中心導体８１～８３とグランド導体８０に挟まれることになる。

かかる構成により、中心導体８１は接続パターン６１，７１を介して端子電極５１に接続され、中心導体８２は接続パターン６２，７２を介して端子電極５２に接続され、中心導体８３は接続パターン６３，７３を介して端子電極５３に接続される。さらに、グランド導体８０は、下部ヨーク４０の底板部４１及びグランドパターン５０を介して、端子電極５４～５６に接続される。

ここで、上面１１に設けられた接続パターン６１～６３の一部は、下面１２に設けられたグランドパターン５０とｚ方向に重なりを有している。接続パターン６１～６３とグランドパターン５０の重なりによって得られる容量成分は、整合容量として利用される。これにより、誘電体基板１０に整合用のチップコンデンサを搭載する必要がなくなることから、部品点数を削減することができる。整合容量のキャパシタンスは、接続パターン６１～６３の形状や面積によって調整可能である。また、誘電体基板１０と下部ヨーク４０は別部材であることから、インサートモールド成型が必要な複合パーツを用いる必要がない。

しかも、本実施形態においては、誘電体基板１０に貫通孔１１ａが設けられ、貫通孔１１ａに磁気回転子Ｍが収容されていることから、非可逆回路素子１を低背化することが可能となる。但し、誘電体基板１０に貫通孔１１ａを設けることは必須でなく、例えば、誘電体基板１０を貫通しない溝部を上面１１に設け、この溝部に磁気回転子Ｍの一部又は全部を収容しても構わない。

＜第２の実施形態＞
図８及び図９は、本開示に係る技術の第２の実施形態による非可逆回路素子２の外観を示す略斜視図であり、図８は上側から見た図、図９は下側から見た図である。

図８及び図９に示すように、第２の実施形態による非可逆回路素子２は、誘電体基板１００が用いられ、下部ヨーク４０の底板部４１が誘電体基板１００の上面１０１側に固定されている点において、第１の実施形態による非可逆回路素子１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による非可逆回路素子１と同様であることから、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態において使用する誘電体基板１００には、第１の実施形態のように貫通孔や凹部が設けられておらず、単純な板状構造を有している。

図１０は、非可逆回路素子２から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。図１１は、非可逆回路素子２から永久磁石２０、上部ヨーク３０及び磁気回転子Ｍを取り外した状態を示す略斜視図である。図１２は、誘電体基板１００の略斜視図である。

図１０～図１２に示すように、誘電体基板１００の上面１０１には、接続パターン６０～６３が設けられている。そして、接続パターン６０と底板部４１が接するよう、誘電体基板１００の上面１０１に下部ヨーク４０が固定される。さらに、下部ヨーク４０の底板部４１上に磁気回転子Ｍが配置される。磁気回転子ＭのポートＰ１～Ｐ３は、それぞれ接続パターン６１～６３に接続される。磁気回転子Ｍのグランド導体８０は、下部ヨーク４０の底板部４１に接続される。下部ヨーク４０の底板部４１には、接続パターン６１及びポートＰ１との干渉を防止するための切り欠き部４１ａが設けられている。

接続パターン６０は、誘電体基板１００を貫通するビア導体、或いは、誘電体基板１００の側面に設けられた接続パターンを介して、誘電体基板１００の下面１０２に設けられたグランドパターン５０に接続される。誘電体基板１００の上面１０１に設けられた接続パターン６１～６３の一部は、下面１０２に設けられたグランドパターン５０とｚ方向に重なりを有している。接続パターン６１～６３とグランドパターン５０の重なりによって得られる容量成分は、整合容量として利用される。

このように、本実施形態による非可逆回路素子２は、誘電体基板１００が単純な板状構造を有していることから、誘電体基板１００の製造コストを削減することが可能となる。しかも、誘電体基板１００が上部ヨーク３０及び下部ヨーク４０からなる磁路の外側に存在することから、フェライトコア９０により強い磁界を印加することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図１３及び図１４は、本開示に係る技術の第３の実施形態による非可逆回路素子３の外観を示す略斜視図であり、図１３は上側から見た図、図１４は下側から見た図である。

図１３及び図１４に示すように、第３の実施形態による非可逆回路素子３は、誘電体基板１１０が用いられている点において、第２の実施形態による非可逆回路素子２と相違している。その他の基本的な構成は、第２の実施形態による非可逆回路素子２と同様であることから、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態において使用する誘電体基板１１０は、多層構造を有するＬＴＣＣ基板であり、その内部に図示しないキャパシタパターンが設けられている。

図１５は、非可逆回路素子３から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。図１６は、非可逆回路素子３から永久磁石２０、上部ヨーク３０及び磁気回転子Ｍを取り外した状態を示す略斜視図である。図１７は、誘電体基板１１０の略斜視図である。

図１５～図１７に示すように、誘電体基板１１０の上面１１１には、接続パターン６０～６３が設けられている。そして、接続パターン６０と底板部４１が接するよう、誘電体基板１１０の上面１１１に下部ヨーク４０が固定される。さらに、下部ヨーク４０の底板部４１上に磁気回転子Ｍが配置される。磁気回転子ＭのポートＰ１～Ｐ３は、それぞれ接続パターン６１～６３に接続される。磁気回転子Ｍのグランド導体８０は、下部ヨーク４０の底板部４１に接続される。下部ヨーク４０の底板部４１には、接続パターン６１及びポートＰ１との干渉を防止するための切り欠き部４１ｂが設けられている。

接続パターン６１～６３は、誘電体基板１１０の下面１１２に設けられた端子電極５１～５３にそれぞれ接続されるとともに、誘電体基板１１０の内部に設けられた図示しないキャパシタパターンに接続される。また、接続パターン６０は、端子電極５４～５６に接続されるとともに、誘電体基板１１０の内部に設けられた図示しないキャパシタパターンに接続される。接続パターン６１～６３に接続されたキャパシタパターンと接続パターン６０に接続されたキャパシタパターンは、ＬＴＣＣ材料を介して互いに重なるようレイアウトされる。これよって得られる容量成分は、整合容量として利用される。

このように、本実施形態による非可逆回路素子３は、誘電体基板１１０としてＬＴＣＣ基板を用いていることから、設計変更による整合容量の調整が容易である。

＜第４の実施形態＞
図１８は、上記実施形態による非可逆回路素子を用いた通信装置２００の構成を示すブロック図である。

図１８に示す通信装置２００は、例えば移動体通信システムにおける基地局に備えられるものであって、受信回路部２００Ｒと送信回路部２００Ｔとを含み、これらが送受信用のアンテナＡＮＴに接続されている。受信回路部２００Ｒは、受信用増幅回路２０１と、受信された信号を処理する受信回路２０２とを含んでいる。送信回路部２００Ｔは、音声信号、映像信号などを生成する送信回路２０３と、電力増幅回路２０４とを含んでいる。

このような構成を有する通信装置２００において、アンテナＡＮＴから受信回路部２００Ｒに到る経路や、送信回路部２００ＴからアンテナＡＮＴに至る経路に、非可逆回路素子２１１，２１２が挿入される。非可逆回路素子２１１，２１２は、上記実施形態による非可逆回路素子１、２又は３を用いることができる。図１８に示す例では、非可逆回路素子２１１がサーキュレータとして機能し、非可逆回路素子２１２が終端抵抗器Ｒ０を有するアイソレータとして機能する。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示に係る技術は、上記の実施形態に限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示に係る技術の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１～３ 非可逆回路素子
１０，１００，１１０ 誘電体基板
１１，１０１，１１１ 誘電体基板の上面
１１ａ 貫通孔
１２，１０２，１１２ 誘電体基板の下面
１２ａ 凹部
１３，１４ 誘電体基板の側面
２０ 永久磁石
３０ 上部ヨーク
３１ 天板部
３２，３３ 折り曲げ部
４０ 下部ヨーク
４１ 底板部
４１ａ，４１ｂ 切り欠き部
４２，４３ 折り曲げ部
５０ グランドパターン
５１～５６ 端子電極
６０～６３，７１～７３ 接続パターン
８０ グランド導体
８１～８３ 中心導体
９０ フェライトコア
２００ 通信装置
２００Ｒ 受信回路部
２００Ｔ 送信回路部
２０１ 受信用増幅回路
２０２ 受信回路
２０３ 送信回路
２０４ 電力増幅回路
２１１，２１２ 非可逆回路素子
ＡＮＴ アンテナ
Ｍ 磁気回転子
Ｐ１～Ｐ３ ポート
Ｒ０ 終端抵抗器

Claims (8)

1. 上面及び下面を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板に搭載された磁気回転子と、
   前記磁気回転子に磁界を印加する永久磁石と、を備え、
   前記誘電体基板は、前記上面に形成され、前記磁気回転子に接続される接続パターンと、前記下面に形成され、前記接続パターンに接続される端子電極と、前記誘電体基板の前記上面、前記下面又は内部に形成されたキャパシタパターンとを有する非可逆回路素子。
2. 前記誘電体基板、前記磁気回転子及び前記永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、
   前記誘電体基板の前記下面は、前記下部ヨークの一部を収容する凹部を有している請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 前記誘電体基板の前記上面は、前記磁気回転子の少なくとも一部を収容する溝部を有している請求項１に記載の非可逆回路素子。
4. 前記溝部は、前記誘電体基板を貫通する貫通孔である請求項３に記載の非可逆回路素子。
5. 前記磁気回転子及び前記永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、
   前記下部ヨークは、前記誘電体基板の前記上面に固定されている請求項１に記載の非可逆回路素子。
6. 前記キャパシタパターンは、前記誘電体基板の前記上面及び下面に形成されている請求項１に記載の非可逆回路素子。
7. 前記誘電体基板は多層構造を有し、
   前記キャパシタパターンは、前記誘電体基板の内部に形成されている請求項１に記載の非可逆回路素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の非可逆回路素子を備えた通信装置。

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