JP2884838B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＵＨＦ帯の高周波部品
として採用される非可逆回路素子、例えばアイソレー
タ，サーキュレータに関し、特に上記高周波帯域におけ
る伝送損失を低減でき、かつ中心導体のインダクタンス
を確保しながらフェライトを小径化して部品を小型化，
軽量化できるようにした構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＵＨＦ帯に使用されるアイソレ
ータ，サーキュレータは、信号の伝送方向にはほとんど
減衰がなく、かつ逆方向には減衰が大きくなるような機
能を有しており、例えば携帯電話，自動車電話等の移動
通信機器に採用されている。この移動通信機器に採用さ
れるアイソレータ，サーキュレータは、その用途からし
て小型，軽量であることが要求されており、このため現
在では分布定数型に比べて小型化，軽量化が可能な集中
定数型が広く用いられている。このような集中定数型の
サーキュレータとして、従来、図１２及び図１３に示す
ようなマイクロストリップラインタイプ，及びストリッ
プラインタイプがある。このマイクロストリップライン
タイプは、図１２(a) 及び(b) に示すように、１枚のフ
ェライト５０の下面にアース板５１を当接するととも
に、上記フェライト５０の上面に、３本の中心導体５２
を絶縁シート５３を介在させて電気的絶縁状態に、かつ
120度ごとに交差させて配置し、この交差部分に直流磁
界を印加するよう構成されている。また上記各中心導体
５２の一端部は上記アース板５１に接続されており、他
端部は整合回路素子５４を介して入出力ポート５５に接
続されている。また、上記ストリップラインタイプは、
図１３(a) 及び(b) に示すように、３本の中心導体５１
の交差部分に一対のフェライト５６，５６を当接させる
とともに、該各フェライト５６外面にアース板５７を当
接させた構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＵＨＦ
帯で使用される移動通信機器，例えば携帯電話では、さ
らに小型化すべく開発が進んでおり、これに伴ってアイ
ソレータ，サーキュレータにおいても小型化，軽量化の
要請が強くなってきている。このような要請に応えるた
めには、例えば上記フェライトの直径をできるだけ小さ
くすることが有効である。しかしながら、上記従来の各
構造のものでは、フェライトを小径化すると中心導体の
持つインダクタンスを必要値だけ確保することが困難と
なり、その結果電気的特性を悪化させるという問題があ
る。これは集中定数型の場合、フェライトを小径化して
も周波数の影響は受けないが、必要な電気特性を得るた
めには整合回路部の条件から上記中心導体のインダクタ
ンス値を大きく設定しなければならない。このインダク
タンス値は中心導体の長さで決まり、この長さはフェラ
イトの直径値で決定される。従ってフェライト径を小さ
くするほど中心導体の有効長さが短くなり、それだけイ
ンダクタンス値が小さくなる。ここで、インダクタンス
値を大きくするには中心導体の電極幅を狭くすることが
考えられるが、このようにすると中心導体のＱが低下
し、アイソレータ，サーキュレータの挿入損失が増加す
るという問題が生じることから、現状ではフェライトの
小径化は困難となっている。

【０００４】本発明は上記従来の状況に鑑みてなされた
もので、電気的特性を悪化することなくフェライトを小
径化して部品の小型化，軽量化ができ、上述の要請に応
えられる非可逆回路素子を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気的絶縁状
態に、かつ所定角度間隔をあけて交差するように配置さ
れた複数の中心導体の上記交差部分にフェライトを当接
させるとともに直流磁界を印加するように構成された非
可逆回路素子において、上記中心導体を、上記直流磁界
方向の断面形状が偏平状（幅ｗ／厚さｔ〉１０）をな
し、かつ１枚の上記フェライトの第１主面，第２主面に
当接するように配置された帯板状の本体部と、該本体部
の一端部同士を上記フェライトの側部にて電気的に接続
する接続部とを１巻き以上巻き付けたものとしたことを
特徴としている。

【０００６】ここで本発明における断面偏平状とは、具
体的には、例えば長方形，あるいは楕円形等が考えられ
る。この場合、上記中心導体の厚さｔと幅ｗとのｗ／ｔ
比は１０以上とする。これにより高周波電流の伝送損失
を小さくし、必要なインダクタンスを保持しながら、高
いＱが得られるからである。また、中心導体を上記フェ
ライトの両主面に配置し、一端同士を接続するとは、上
記フェライトに中心導体を巻回するとの意味であり、こ
の場合１回巻きしたもの、あるいは複数巻きにしたもの
が含まれる。この中心導体の具体的な構造としては、例
えば帯状の金属板を略コ字状に折り曲げ形成し、これを
フェライトに装着する構造、あるいは基板上に中心導体
を形成し、この一対の基板をフェライトの両主面に当接
させ、両中心導体の一端部同士を導体片で接続する構
造、さらには上記フェライトに印刷，エッチング，メッ
キにより中心導体を直接被覆する構造等が採用できる。

【０００７】上記中心導体を横断面偏平状としたのは、
例えば250MHZ以上のＵＨＦ帯で用いる場合の、上記導体
を流れる高周波電流の伝送損失を小さくし、かつ素子の
大型化を防止するためである。伝送線路の単位長さの抵
抗値は、導体中電流の流れる部分の断面積に逆比例する
から、例えば、円形断面の線材からなる中心導体を用い
た場合は、伝送損失の増加を防止するために直径を大き
くすることとなる。ところが250MHZ以下のＶＨＦ帯のよ
うな低い周波数では問題はないものの、これより周波数
が高くなるといわゆる表皮効果によって高周波電流が導
体の表面部分に集中するという問題が生じる。従って、
ＵＨＦ帯のような高い周波数で用いる場合直径を大きく
しても上記表皮効果によって電流の流れない部分が増す
だけで伝送損失の軽減効果は低い。しかも、上記円形断
面の線材からなる中心導体をフェライト上で交差させる
と、この交差部分が盛り上がって高くなることから、部
品全体が大型化するとともに、該交差部分のケースとの
間隔が小さくなり電磁界特性が悪化するという問題も生
じる。また上に重なったものと下に敷かれたもの等の位
置の違いが大きく、この点が電気特性の違いにつなが
り、その結果各ポート間の電気特性の対称性が劣化する
という問題がある。

【０００８】

【作用】本発明に係る非可逆回路素子によれば、偏平状
の中心導体をフェライトの第１，第２主面に配設し、該
中心導体の一端部同士を接続したので、従来のフェライ
トの片面にのみ中心導体を配設した構造に比べて中心導
体の有効長さを長くでき、従って中心導体のインダクタ
ンス値を十分に確保しながらフェライトを小径化でき
る。また中心導体の断面形状を偏平状にしたので、例え
ば250MHZ以上の高周波に用いる場合、高周波電流の流れ
ない部分が少なくて済み、従って上記円形断面の中心導
体を用いた場合に比べて伝送損失の軽減効果が大きい。
また偏平状としたので交差部分の高さが低くて済み、円
形断面の中心導体の場合のような素子の大型化，電磁界
特性の悪化を防止でき、その結果、部品全体を小型化，
軽量化でき、上述の要請に応えることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図５は本発明の第１実施例による非可逆
回路素子を説明するための図である。本実施例では、集
中定数型のアイソレータに適用した場合を例にとって説
明する。図において、１は本実施構造が適用されたアイ
ソレータである。このアイソレータ１は、磁性体金属か
らなる下部ケース２の底面２ａ上に永久磁石３を接着
し、該永久磁石３の上部に誘電体基板４を配設するとと
もに、該誘電体基板４の中央部に形成された孔４ａ内に
フェライト組立体５を挿入し、上記下部ケース２に磁性
体金属からなる上部ケース６を装着して磁気回路を構成
するとともに、上記永久磁石３によりフェライト組立体
５にバイアス磁界を印加するように構成されている。

【００１０】上記下部ケース２の左, 右側縁にはアース
片２ｂが一体形成されており、さらに四隅にはそれぞれ
鉤状の側壁部２ｃが立設されている。この側壁部２ｃの
上面には上記誘電体基板４が載置されており、該基板４
と永久磁石３との間には若干の隙間が設けられている。
また上記誘電体基板４の下面全面にはアース電極４ｂが
形成されており、該アース電極４ａは上記側壁部２ｃに
半田付け接続されている。

【００１１】また、上記誘電体基板４の上面の孔４ａの
周縁には３つの整合回路用コンデンサ電極Ｃ１，Ｃ２，
Ｃ３が形成されており、これらはＡｇを厚膜状に印刷し
て形成されたものである。この２つのコンデンサ電極Ｃ
１，Ｃ２には入，出力端子７，７の一端が半田付け接続
されており、他端は上記上部ケース６の開口から外方に
突出されている。さらに上記残りのコンデンサ電極Ｃ３
には厚膜印刷により形成された終端抵抗膜Ｒの一端が接
続されており、該抵抗膜Ｒの他端はスルーホール電極８
を介して上記アース電極４ｂに接続されている。

【００１２】そして、上記フェライト組立体５は、円板
状のフェライト９の上面（第１主面）９ａ，及び下面
（第２主面）９ｂに該フェライト９を挟んで対向する３
本の中心導体１０を装着して構成されている。この各中
心導体１０は、帯状の金属板を略コ字状に折り曲げ形成
されたもので、電力を励振する本体部１０ａと該本体部
１０ａの一端部同士を接続する接続部１０ｂとで構成さ
れている。上記各本体部１０ａはフェライト９の両面９
ａ，９ｂの直径方向に延び、かつ絶縁シート１１を介し
て互いに120 度の角度をなして交差状に配置されてお
り、上記接続部１０ｂはフェライト９の側面に当接して
いる。さらに、上記各本体部１０ａの他端部１０ｃはフ
ェライト９から外方に突出しており、該フェライト９の
下面９ｂ側の各他端部１０ｃは上記誘電体基板４のアー
ス電極４ｂに半田付け接続されており、上面９ａ側の各
他端部１０ｃは上記各コンデンサ電極Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３
に半田付け接続されている。ここで、図５(a) に示すよ
うに、上記永久磁石３による直流磁界の方向、つまり各
中心導体１０の長手方向と直交する方向の断面形状は長
方形となっており、これの厚さｔと幅ｗとのｗ／ｔ比は
10以上に設定されている。

【００１３】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例の集中定数型アイソレータ１は、例えば25
0 〜900MHZのＵＨＦ帯で使用される自動車電話，携帯電
話の送信回路部に採用され、送信出力の逆流を防止する
機能を有している。そして、本実施例によれば、中心導
体１０の断面形状を長方形とし、これのｗ／ｔ比を10以
上としたので、必要なインダクタンス値を確保しなが
ら、高いＱ値を得ることができ、かつ上記ＵＨＦ帯の高
周波に使用した場合の伝送損失を低減できる。また、本
実施例では、中心導体１０を、本体部１０ａをフェライ
ト９の両面９ａ，９ｂに位置させ、かつ該本体部１０ａ
の一端同士を接続部１０ｂで一体に接続したコ字状とし
たので、フェライト９に当接する本体部１０ａの有効長
さを長くすることができ、それだけ中心導体のインダク
タンス値を劣化させることなくフェライトを小径化でき
る。その結果、アイソレータ１全体を小型化，軽量化で
き、さらにフェライト材料の使用量も削減でき、その分
だけコストを低減できる。ちなみに、本実施例構造のフ
ェライト組立体５と、従来構造のストリップラインタイ
プ（図１３参照）とを採用し、両者の900MHZ帯における
Ｉ．Ｌ．インサーションロス（挿入損失）値が同等とな
るフェライトの大きさを比較したところ、従来構造では
フェライトの直径が4.0mm φ, 厚さが0.6mm 必要であっ
た。これに対して本実施例構造の場合は、フェライトの
直径が2.5mm φ, 厚さが0.3mm となり、直径は略1/2 ,
全体の厚さは略1/4 にできた。なお、円断面形状の線材
を巻き付けたものでは同等のＩ．Ｌ．値が得られなかっ
た。

【００１４】ここで、上記中心導体のｗ／ｔ比の最適値
を見出した試験について説明する。この試験では、図４
に示すように、長さｌ8.5mm,厚さｔ0.035mm の導体板を
採用し、この長さｌ, 厚さｔを固定した状態で上記導体
板の幅ｗだけを変えてｗ／ｔ比を変化させた場合の、イ
ンダクタンス値及びＱ値を測定した。なお、周波数は38
0MHZで行った。図中、実線はＱ値，破線はＬ値を示す。
同図からも明らかなように、導体板の幅ｗを広くしてい
くと、つまりｗ／ｔ比が大きくなるほどインダクタンス
値は減少する。一方Ｑ値はｗ／ｔ比が大きくなるほど増
加している。このことから、必要なインダクタンス値を
確保しながら、高いＱ値を得るにはｗ／ｔ比＝10以上が
望ましい。

【００１５】なお、上記第１実施例では中心導体１０の
断面形状を長方形とした場合を例にとって説明したが、
本発明の中心導体はこれに限られるものではなく、例え
ば図５(b) ないし図５(d) に示すように、台形状，菱形
状，あるいは楕円状でもよく、要はｗ／ｔ比が10以上と
なるような偏平状であればいずれの形状でも採用でき
る。

【００１６】また、上記第１実施例ではフェライト９の
両面９ａ，９ｂに中心導体１０を１回巻した場合を例に
とって説明したが、本発明の中心導体は複数巻きにして
もよい。例えば、図６に示す構造のものは、帯状の中心
導体１５をフェライト９に２回巻した例であり、これは
フェライト９の上面，下面９ａ，９ｂの直径方向に２本
の本体部１５ａを平行に配設し、各本体部１５ａの一端
部同士を接続部１５ｂ，１５ｂ′で一体に接続して構成
されている。また、図７に示すものは、中心導体１６を
フェライト９に1.5 回巻した例であり、これはフェライ
ト９の上面９ａに２本の本体部１６ａを配設するととも
に、下面９ｂに１本の本体部１６ａを配設し、上，下面
の本体部１６ａの一端部同士を接続部１６ｂで一体に接
続して構成されている。上記各構造によれば、中心導体
を１.5〜２回巻して長くしたので、さらにフェライトを
小径化できる。

【００１７】さらに、上記第１実施例では、帯状の金属
板を折り曲げて中心導体を構成した場合を例にとって説
明したが、本発明の中心導体はこれに限られるものでは
なく、例えばスクリーン印刷，フォトエッチング，無電
解めっき法等によりフェライトの両面に直接形成しても
よく、あるいは中心導体を絶縁基板上に形成し、該一対
の基板をフェライト当接させてもよい。図８，図９(a)
及び図９(b) はそれぞれ中心導体をスクリーン印刷によ
り形成した第２，第３実施例を示し、図１０及び図１１
は絶縁基板に中心導体を形成した第４，第５実施例を示
す。図８に示す第２実施例では、フェライト９の上面９
ａ，下面９ｂに電極を印刷して並行な２本線の本体部２
０ａを形成し、このフェライト９の両面９ａ，９ｂの本
体部２０ａの上面に絶縁部材を印刷して絶縁膜２１を形
成する。この絶縁膜２１の上面に上記本体部２０ａと交
差させて２本目の本体部２０ａを形成し、これの上面に
絶縁膜２１を形成するとともに、該絶縁膜２１の上面に
３本目の本体部２０を形成する。そして上記フェライト
９の周側面９ｃに側面電極を印刷して接続部２０ｂを形
成し、該接続部２０ｂで上記各本体部２０ａの一端部同
士を接続する。これによりフェライト９の両面９ａ，９
ｂに電気的絶縁状態で交差する３本の本体部２０ａが形
成され、かつ各本体部２０ａの一端部同士が接続部２０
ｂで接続された中心導体２０が構成される。上記構造に
よれば、フェライト９に電極を直接印刷して中心導体２
０を形成したので、このようにした場合は組立て作業を
簡略化して生産性を向上でき、部品コストをさらに低減
できる。

【００１８】また、図９(a) に示す第３実施例は、フェ
ライト９の両面９ａ，９ｂに中心導体２２の一部分２２
ａを形成し、これの上面に絶縁膜２３を形成するととも
に、該フェライト９の両面９ａ，９ｂの絶縁膜２３の上
面に中心導体２２の残りの部分２２ｂを形成し、両者２
２ａ，２２ｂの内端部同士を上記絶縁膜２３に形成され
たスルーホール電極２４を介して接続し、さらに上記両
面の一部分２２ａの一端部同士をフェライト９の周側面
９ｃに形成された接続部２２ｃで接続して構成した例で
ある。さらに、図９(b) に示す第３実施例の変形例は、
フェライト９の両面９ａ，９ｂに、平行な２本線の中心
導体２５の一部分２５ａを形成するとともに、残りの部
分２５ｂを絶縁膜２３を介して形成し、両者２５ａ，２
５ｂの内端部同士をスルーホール電極２６で接続した例
である。上記各構造によれば、図８の構造に比べて中心
導体２２，２５及び絶縁膜２３の印刷回数を削減でき、
製造コストを低減できる。

【００１９】図１０に示す第４実施例は、枠状に形成さ
れた金属片からなる３本の中心導体３０を第１導体部３
０ａと第２導体部３０ｂとに分割形成し、絶縁基板３１
の一主面上に上記第１導体部３０ａを配置するととも
に、これの上面に絶縁シート３２を介在させて第２導体
部３０ｂを配置し、該第１，第２導体部３０ａ，３０ｂ
の先端部同士を上記絶縁シート３２を貫通させて接続す
る。さらに上記一対の絶縁基板３１の中心導体３０をフ
ェライト９の両面９ａ，９ｂに当接させるとともに、両
絶縁基板３１の各第１導体部３０ａの外端部同士をフェ
ライト９の側方に配置された接続ピン３３で接続して構
成されている。

【００２０】また、図１１に示す第５実施例は、絶縁基
板３５の一主面に中心導体３６の一部３６ａを形成する
とともに、他主面に中心導体３６の残りの部分３６ｂを
形成し、両者３６ａ，３６ｂを絶縁基板３５に形成され
たスルーホール電極３７により接続し、上記一対の絶縁
基板３５をフェライト９の両面９ａ，９ｂに当接させる
とともに、両絶縁基板３５の各中心導体３６の外端部３
６ｃ同士をフェライト９の側方に配置された接続ピン３
８で接続して構成されている。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明に係る非可逆回路素
子によれば、中心導体を断面形状が偏平状をなし、かつ
フェライトの第１，第２主面の両面に配置された帯板状
とし、該各中心導体の一端部同士を電気的に接続したの
で、ＵＨＦ帯における電磁界特性を悪化させることな
く、伝送損失を軽減できるとともに、フェライトを小径
化して部品全体を小型化，軽量化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるアイソレータを説明
するためのフェライト組立体を示す斜視図である。

【図２】上記第１実施例のフェライト組立体の側面図で
ある。

【図３】上記第１実施例のアイソレータの分解斜視図で
ある。

【図４】上記第１実施例の中心導体のｗ／ｔ比を見出す
ための試験結果を示す特性図である。

【図５】上記第１実施例の中心導体の各種の断面形状を
示す図である。

【図６】上記第１実施例の他の例による中心導体を２回
巻きした状態の斜視図である。

【図７】上記第１実施例の他の例による中心導体を1.5
回巻きした状態の斜視図である。

【図８】本発明の第２実施例による中心導体を印刷形成
したフェライト組立体を示す斜視図である。

【図９】本発明の第３実施例による中心導体を印刷形成
したフェライト組立体を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第４実施例による中心導体を絶縁基
板に形成してフェライト組立体を構成した分解斜視図で
ある。

【図１１】本発明の第５実施例による中心導体を絶縁基
板に形成してフェライト組立体を構成した分解斜視図で
ある。

【図１２】従来のマイクロストリップラインタンプによ
る中心導体の構造を示す図である。

【図１３】従来のストリップラインタンプによる中心導
体の構造を示す図である。

【符号の説明】

１ アイソレータ（非可逆回路素子） ９ フェライト ９ａ 上面（第１主面） ９ｂ 下面（第２主面） １０，１５，１６，２０，２２，２５，３０，３６ 中
心導体

フロントページの続き (72)発明者 川浪 崇 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 傳 章則 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−26912（ＪＰ，Ａ) Ｙ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｔ．Ｏｋａｄ ａ，Ｔ．Ｋａｗａｎａｍｉ，Ｌ．Ｏｋａ ｍｕｒａ，ａｎｄ Ｔ．Ｎｉｓｈｉｋａ ｗａ，”Ａ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｉｓ ｏｌａｔｏｒ ｆｏｒ 800ＭＨｚ Ｂ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉ ｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥ ＩＣＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，Ｖ ｏｌ．Ｅ 74，Ｎｏ．５，ｐｐ1226− 1232，Ｍａｙ，1991 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01P 1/383 H01P 1/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的絶縁状態に、かつ所定角度間隔を
   あけて交差するように配置された複数の中心導体の上記
   交差部分にフェライトを当接させるとともに直流磁界を
   印加するように構成された非可逆回路素子において、上
   記中心導体を、上記直流磁界方向の断面形状が偏平状
   （幅ｗ／厚さｔ〉１０）をなし、かつ１枚の上記フェラ
   イトの第１主面，第２主面に当接するように配置された
   帯板状の本体部と、該本体部の一端部同士を上記フェラ
   イトの側部にて電気的に接続する接続部とを１巻き以上
   巻き付けたものとしたことを特徴とする非可逆回路素
   子。