JP3125693B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents
非可逆回路素子Info
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Description
どの移動体通信機器に用いられる非可逆回路素子に関
し、特に、マイクロ波等の高周波帯においてサーキュレ
ータやアイソレータとして用いられる非可逆回路素子に
関する。
波機器の小型化及び汎用化が進行しており、使用される
非可逆回路素子においても、小型化及び低コスト化が強
く求められている。
的に絶縁された状態で、かつ交差するように配置された
複数の中心電極と、該複数の中心電極の上部及び下部に
マイクロ波用磁性体を配置し、さらに永久磁石により直
流磁界が複数の中心電極部分に印加されるように構成さ
れている素子、いわゆる集中定数型非可逆回路素子が知
られている。このような集中定数型非可逆回路素子は、
例えば、サーキュレータやアイソレータとして用いられ
ている。
す分解斜視図である。このサーキュレータでは、小型化
を図るために、フェリ磁性体1において複数の中心導体
が互いに電気的に絶縁された状態で交差するように配置
されている。すなわち、図2に分解斜視図で示すよう
に、フェリ磁性体1は、複数のフェリ磁性体層1a〜1
eを積層した構造を有する。フェリ磁性体層1b,1
c,1dの上面には、それぞれ、中心導体2a,2b,
2c,2d,2e,2fが形成されている。すなわち、
各フェリ磁性体層1b〜1dの上面には、一対の中心導
体が配置されている。
dと、中心導体2e,2fとは、積層された状態におい
て互いに交差するように配置されており、かつフェリ磁
性体層1c,1dを隔てて互いに電気的に絶縁されてい
る。
ース電極3a,3bが形成されている。図1に示されて
いるフェリ磁性体1においては、側面に外部電極4a,
4b,4cなどが形成されており、これらの外部電極4
a〜4cなどは、上述したアース電極3a,3bを共通
接続したり、あるいは中心導体2a,2b〜2e,2f
の何れかの端部に電気的に接続されるように構成されて
いる。
は、誘電体5が固着される。誘電体5は、誘電性セラミ
ックスよりなり、その内部には、整合回路を構成するた
めのコンデンサが構成されている。すなわち、図3に分
解して示すように、誘電体5は、誘電体層5a,5bを
積層した構造を有する。誘電体層5aの上面には、容量
電極6a,6b,6cが形成されている。誘電体層5b
の上面には、アース電極7が形成されている。従って、
容量電極6a〜6cと、アース電極7とアース電極3b
とが誘電体層5a,5bを介して重なり合っている部分
において、それぞれコンデンサが構成されている。
部電極8a,8b,8cなどが形成されている。これら
の外部電極8a〜8cは、上記コンデンサの一方の容量
電極またはアース電極に電気的に接続されている。
中央に円筒状の凹部9aを有する端子板9に収納されて
いる。端子板9には、入出力端子を構成する導体パター
ン10a〜10cと、アース電位に接続される導電パタ
ーン10d,10e,10fが形成されている。
極4a〜4c並びに誘電体5の側面に形成された外部電
極8a〜8cなどが、端子板9の凹部9a内に収納さ
れ、かつ上述した導電パターン10a〜10fに適宜接
続されている。
り、フェリ磁性体1内の中心導体交差部分に磁界を印加
するために設けられている。さらに、12,13は金属
からなるヨークを示す。ヨーク12,13で端子板9と
磁石11とが挟持されている。また、ヨーク12,13
は、磁石11と共に磁界を印加するための磁気回路を構
成している。
複数の中心導体2a,2b〜2e,2fが互いに電気的
に絶縁された状態で交差されている部分が、フェリ磁性
体1を用いて一体的に構成されているので、製造が容易
であり、かつ非可逆回路素子の小型化を果たし得るとさ
れている。
5をそれぞれ個別に焼成し接合しているため、側面の外
部電極4a〜4cと外部電極8a〜8c間を半田等によ
り電気的に接続しなければならなかった。従って、接続
箇所が増加するため、信頼性が十分でないという問題が
あった。また、フェリ磁性体1と誘電体5を別個に焼成
しているため、複数の焼成工程を実施しなければなら
ず、かつ組み立てにも煩雑な作業が強いられ、従って製
造コストを十分に低下させることが困難であった。
時焼成すれば、上記のような問題を解決し得ると考えら
れる。すなわち、フェリ磁性体を構成するためのグリー
ンシートと、誘電体5を構成するためのグリーンシート
を積層し、一体焼成すれば、上記のような問題を解決し
得ると考えられる。
とでは、焼成条件が異なるため、一方の焼成条件に合わ
せて焼成を行った場合には、他方の焼結が十分に進行し
ない恐れがある。また、両者の焼成条件の中間条件で焼
成を行った場合には、フェリ磁性体1及び誘電体5の何
れもが十分な特性を発揮しないことがある。
焼成が可能な場合であっても、原料調合工程においては
同一のラインを使用することができないため、やはり製
造コストを低減させることが困難であった。
として、中心導体が配置される部分と、整合回路を構成
するためのコンデンサが構成される部分とを同一のフェ
リ磁性体内に形成する方法が提案されている。これを、
図4及び図5を参照して説明する。
説明するための分解斜視図である。ここでは、フェリ磁
性体15において、複数の中心導体と整合回路とが配置
されている。このフェリ磁性体15内の電極構造を図5
に分解斜視図で示す。
ている。フェリ磁性体層15b〜15dの上面には、図
2に示したフェリ磁性体1の場合と同様に、複数の中心
導体16a,16b〜16e,16fが形成されてい
る。さらに、この構造では、中心導体16a,16bの
一方端が、フェリ磁性体層15bの上面において容量電
極17aに電気的に接続されている。同様に、中心導体
16c,16dの一端がフェリ磁性体層15cの上面に
形成された容量電極17bに接続されており、中心導体
16e,16fの一体がフェリ磁性体15dの上面に形
成された容量電極17cに電気的に接続されている。
は、アース電極18a,18bが形成されている。従っ
て、フェリ磁性体層15a〜15eを積層し、一体焼成
してなるフェリ磁性体15においては、内部に複数の中
心導体16a〜16fが配置されているだけでなく、整
合回路を構成するための容量電極17a〜17cも配置
されている。なお、容量電極17a〜17cは、それぞ
れ、アース電極18a,18bと重なり合うことにより
コンデンサを構成している。
9の凹部9aに挿入され、上部に永久磁石11が配置さ
れ、かつ金属よりなるヨーク12,13が挟持されて非
可逆回路素子部品として構成されている。
路素子では、フェリ磁性体15を用いて複数の中心導体
が配置されている部分と整合回路とが構成されている。
従って、組み立て工程の簡略化を果たすことができ、さ
らに原料調合工程において複数のラインを使用する必要
がないため、製造コストを低減することができる。ま
た、中心導体と整合回路とを半田等により接合する必要
もないため、信頼性も高められる。
コンデンサが上記フェリ磁性体15を用いて構成されて
いるので、フェリ磁性体の磁性体損により、整合回路に
おける損失が増加し、非可逆回路素子の挿入損失が増大
するという欠点があった。
を解消し、挿入損失などの非可逆回路素子の特性を劣化
させることなく、小型化及び製造工程の簡略化を果たす
ことができる信頼性に優れた非可逆回路素子を提供する
ことにある。
ば、第1のフェリ磁性体と、第1のフェリ磁性体に形成
されており、互いに電気的に絶縁された状態でかつ交差
するように配置された複数の中心導体と、第1のフェリ
磁性体に固着された第2のフェリ磁性体と、前記第2の
フェリ磁性体に形成されており、かつ複数の前記中心導
体に電気的に接続された整合回路とを備え、第1,第2
のフェリ磁性体の飽和磁化が異なっていることを特徴と
する、非可逆回路素子が提供される。この非可逆回路素
子では、第1のフェリ磁性体と第2のフェリ磁性体とが
一体化されており、第1のフェリ磁性体において複数の
中心導体が配置されており、第2のフェリ磁性体におい
て整合回路が設けられている。すなわち、複数の中心導
体が配置される部分及び整合回路を構成する部分が、何
れもフェリ磁性体を用いて構成されているので、原料調
合工程において同一のラインを使用することができる。
加えて、第1,第2のフェリ磁性体の飽和磁化が異なっ
ているので、例えば、請求項2に記載のように第2のフ
ェリ磁性体の飽和磁化が第1のフェリ磁性体の飽和磁化
より小さい場合、請求項3に記載のように、第2のフェ
リ磁性体の飽和磁化が第1のフェリ磁性体の飽和磁化よ
り大きい場合の何れにおいても、磁性体損を低減するこ
とができる。
体には、直流磁界を印加するための磁気回路がさらに備
えられ、その場合には、直流磁界を印加するための磁気
回路も中心導体が配置された部分と一体化されるため、
組み立て工程のより一層の簡略化を果たし得る。
具体的には、上記整合回路は、第2のフェリ磁性体の磁
性体層を挟んで形成された複数対の容量電極とアース電
極を有する。この場合、各対の容量電極により各コンデ
ンサが構成され、各コンデンサは、それぞれ、複数の中
心導体の何れかに電気的に接続される。
性体は同時焼成により一体化されている。従って、第
1,第2のフェリ磁性体を固着する工程を省略すること
ができ、中心導体と整合回路との電気的接続の信頼性を
高め得る。
子の具体的な構造例を説明する。図6は、本発明の一実
施例に係る非可逆回路素子の分解斜視図であり、図6に
示す構成は、フェリ磁性体25を除いては、図4に示し
た従来の非可逆回路素子と同様である。
中心導体及び整合回路を、図7を参照して説明する。図
7は、フェリ磁性体25の分解斜視図である。フェリ磁
性体25は、フェリ磁性体層25a〜25gを積層し、
一体焼成した構造を有する。フェリ磁性体層25a〜2
5dが第1のフェリ磁性体25Aを、フェリ磁性体層2
5e〜25gが第2のフェリ磁性体25Bを構成してい
る。
a,26bが形成されている。また、磁性体層25c,
25dの上面にも、それぞれ、中心導体26c,26
d,26e,26fが形成されている。中心導体26
a,26bは互いに平行であり、同様に中心導体26
c,26dも互いに平行に形成されており、中心導体2
6e,26fも互いに平行に形成されている。すなわ
ち、本実施例では、ある方向に延びる中心導体が、上記
のように一対の中心導体で形成されている。
c,26dと、中心導体26e,26fとは、中心付近
において互いに交差するように配置されている。また、
中心導体26a,26b、中心導体26c,26d及び
中心導体26e,26fは、それぞれ、フェリ磁性体層
25c,25dを隔てて配置されており、それによって
電気的に絶縁されている。
上面には、それぞれ、アース電極27a,27b,27
cが形成されている。フェリ磁性体層25fの上面に
は、3個の容量電極28a,28b,28cが形成され
ている。容量電極28a〜28cは、フェリ磁性体層2
5f,25gを介してアース電極27b,27cと対向
されており、それによって3個のコンデンサが構成され
ている。
電極27a〜27c及び容量電極28a〜28cは、磁
性体グリーンシートの上面にこれらの電極を構成するた
めの導電ペーストを塗布し、積層し、一体焼成すること
により構成されている。すなわち、フェリ磁性体25
は、一体焼成型の焼結体により構成されている。
5の側面には、外部電極29a〜29fが形成されてい
る。外部電極29a,29c,29eはアース電極27
a,27b,27cに接続されている。また、外部電極
29aは、中心導体26a,26bの一端に接続されて
いる。外部電極29cは、中心導体26c,26dの一
端に接続されている。さらに、外部電極29eは、中心
導体26e,26fの一端すなわちアース電位に接続さ
れる端部に電気的に接続されている。
e,26fの他端に接続されている。また、外部電極2
9d,29fは、それぞれ、中心導体26a,26b及
び中心導体26c,26dの上記一端とは反対側の端部
に接続されている。
は、それぞれ、容量電極28c,28b,28aに電気
的に接続されている。従って、フェリ磁性体25では、
外部電極29b,29d,29fが入出力端に接続され
る部分を構成し、外部電極29a,29c,29eがア
ース電極に接続される接続端を構成している。
ェリ磁性体25を一体焼成により得た後に、導電ペース
トを塗布し、硬化または焼き付けることにより形成され
る。あるいは、焼成に先立ち、磁性体グリーンシートを
積層し、焼成する前にその側面に導電ペーストを塗布
し、一体焼成することにより、磁性体の焼成と共に外部
電極29a〜29fとを焼き付けて完成させてもよい。
体25内に、複数の中心導体26a〜26fとアース電
極27a,27bが形成されているだけでなく、整合回
路を構成するための容量電極28a〜28cやアース電
極27cも配置されている。よって、フェリ磁性体25
を得た後に、中心導体が配置されている部分と整合回路
を構成している部分との煩雑な接合作業を実施する必要
がない。また、接合部分が少なくなるため、信頼性も高
められる。
磁性体により構成されているので、同一のラインを用い
て原料を調合することができ、それによっても整合コス
トを低減することができる。
成される前述した第2のフェリ磁性体25Bの飽和磁化
が、中心導体が配置される部分の磁性体層、すなわち磁
性体層25a〜25dで構成される第1のフェリ磁性体
25Aの飽和磁化よりも低くされている。従って、整合
回路の磁性体損を低減することができる。
は、正の円偏波透磁率の虚部(μ+″)の外部磁界に対
する特性を示し、実線は中心導体を構成している磁性体
のμ+″であり、破線は整合回路を構成している低飽和
磁化のフェリ磁性体のμ+″を示す。フェリ磁性体の磁
性体損は、負の円偏波透磁率の虚部がほとんど0に近い
ため、上記正の円偏波透磁率の虚部μ+″の大きさに比
例する。
のAで示す領域で動作するように構成されている。従っ
て、整合回路を形成している第2のフェリ磁性体の飽和
磁化を、中心導体が配置されている部分の第1のフェリ
磁性体の飽和磁化よりも小さくすることにより、整合回
路における磁性体損を低減し得ることがわかる。
5A,25Bは、例えばイットリウム鉄ガーネットやカ
ルシウム−バナジウムガーネットに代表されるマイクロ
波フェライトで構成されており、Y3 Fe5-Z AlZ O
12や{Ca3-y Yy }[Fe 2 ](Fe1.5+0.5y-ZAl
Z V1.5-0.5y)O12(0≦Z≦1.0,0≦y≦3.
0)で示され、第2のフェリ磁性体25BにおいてAl
量(Z値)を相対的に大きくすることで、飽和磁化を小
さくできる。
磁化が第1のフェリ磁性体の飽和磁化より小さくされて
いたが、逆に、第2のフェリ磁性体の飽和磁化が第1の
フェリ磁性体の飽和磁化よりも大きくするように構成し
てもよく、それによっても磁性体損を低減することがて
きる。すなわち、一般に、非可逆回路素子は、前述した
通り、図9のAで示す領域で動作するが、Bで示す領域
でも動作させ得る。この場合には、上述した実施例の場
合と同様にして、磁性体損を減少させることができる
が、逆に、整合回路を形成しているフェリ磁性体の飽和
磁化を第1のフェリ磁性体の飽和磁化よりも大きくすれ
ば、整合回路の磁性体損を減少させることができる。従
って、整合回路を構成している第2のフェリ磁性体のμ
+″が、図9の一点鎖線で示す通りとなり、Bで示す領
域では磁性体損が小さくなることがわかる。
第2のフェリ磁性体の飽和磁化の何れが大きいように構
成されてもよく、何れの場合においても、整合回路によ
る磁性体損を効果的に低減し得ることがわかる。
は、上記フェリ磁性体25が、端子板9の凹部9a内に
収納され、かつ端子板9に形成された導電パターン10
a〜10fに電気的に接続される。この端子板9につい
ては、図1に示した端子板9と同様であるため、相当の
部分について相当の参照番号を付することにより、その
説明は省略する。
磁石11が固定される。永久磁石11としては、フェラ
イトなどの適宜の永久磁石を用いることができる。ま
た、12,13は金属よりなるヨークを示し、永久磁石
11と共に、中心導体が交差している部分に磁界を印加
するための磁界印加手段を構成している。
25において、さらに、中心導体が交差している部分に
磁界を印加するための磁気回路を構成してもよい。例え
ば、コイル状導電パターンをフェリ磁性体内に構成し、
該コイル状導電パターンに通電することにより磁界を発
生させるようにして、フェリ磁性体25内に一体的に磁
気回路を構成してもよい。
は、ある高さ位置に形成される中心導体が、一対の中心
導体、例えば中心導体26a,26bにより構成されて
いたが、ある高さ位置においてある方向に延びる中心導
体を単一の導体で構成してもよい。
素子では、複数の中心導体が第1のフェリ磁性体におい
て構成されており、整合回路が第2のフェリ磁性体にお
いて構成されている。従って、焼成条件が全く異なる誘
電体を用いる必要はないため、第1,第2のフェリ磁性
体を別個に焼成する場合であっても、焼成条件を大きく
変更する必要はなく、かつ用意する原料の種類を低減す
ることができ、それによって製造コストを低減すること
が可能となる。
化が異っているため、すなわち請求項2に記載のよう
に、第2のフェリ磁性体の飽和磁化を相対的に小さくす
ることにより、あるいは請求項3に記載のように、第2
のフェリ磁性体の飽和磁化を相対的に大きくすることに
より、整合回路における磁性体損の低減を図ることがで
きる。よって、挿入損失が小さい小型かつ安価な非可逆
回路素子を提供することができる。
フェリ磁性体に直流磁界を印加するための磁気回路を一
体に構成した場合には、中心導体に磁界を印加するため
の手段も一体化し得るため、より一層小型で信頼性に優
れた非可逆回路素子を提供することができる。
として、複数対の容量電極を形成する構造では、磁性体
グリーンシート上に容量電極を形成し、焼成することに
より、第2のフェリ磁性体内に整合回路を構成するため
の各コンデンサをセラミック焼成技術により容易に形成
することができる。
2のフェリ磁性体が同時焼成により一体化されている構
造では、第1のフェリ磁性体と第2のフェリ磁性体とを
固着する作業を要しないため、より一層信頼性に優れた
非可逆回路素子を得ることができる。のみならず、第
1,第2のフェリ磁性体を個別に焼成する必要はないた
め、製造工程の大幅な簡略化並びに原料調合工程におい
て同一のラインを使用することができるので、製造コス
トをより一層低減することが可能となる。
分解斜視図。
の分解斜視図。
の分解斜視図。
性体の内部構造を説明するための分解斜視図。
するための分解斜視図。
めの分解斜視図。
斜視図。
低減される理由を説明するための図であり、外部磁界と
正の円偏波透磁率の虚部μ+″との関係を示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】 第1のフェリ磁性体と、 第1のフェリ磁性体に形成されており、互いに電気的に
絶縁された状態でかつ交差するように配置された複数の
中心導体と、 第1のフェリ磁性体に固着された第2のフェリ磁性体
と、 前記第2のフェリ磁性体に形成されており、かつ複数の
前記中心導体に電気的に接続された整合回路とを備え、 第1,第2のフェリ磁性体の飽和磁化が異なっているこ
とを特徴とする、非可逆回路素子。 - 【請求項2】 第2のフェリ磁性体の飽和磁化が、第1
のフェリ磁性体の飽和磁化よりも小さくされている、請
求項1に記載の非可逆回路素子。 - 【請求項3】 第2のフェリ磁性体の飽和磁化が、第1
のフェリ磁性体の飽和磁化よりも大きくされている、請
求項1に記載の非可逆回路素子。 - 【請求項4】 第1のフェリ磁性体に直流磁界を印加す
るための磁気回路をさらに備えることを特徴とする、請
求項1〜3の何れかに記載の非可逆回路素子。 - 【請求項5】 前記整合回路が、前記第2のフェリ磁性
体の磁性体層を挟んで形成された複数対の容量電極を有
し、各対の容量電極により構成された各コンデンサが、
それぞれ、複数の中心導体の何れかに電気的に接続され
ている、請求項1〜4の何れかに記載の非可逆回路素
子。 - 【請求項6】 前記第1,第2のフェリ磁性体が同時焼
成により一体化されていることを特徴とする、請求項1
〜5の何れかに記載の非可逆回路素子。
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