JP3204435B2 - 分布定数型マイクロ波非相反素子 - Google Patents
分布定数型マイクロ波非相反素子Info
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- JP3204435B2 JP3204435B2 JP18737594A JP18737594A JP3204435B2 JP 3204435 B2 JP3204435 B2 JP 3204435B2 JP 18737594 A JP18737594 A JP 18737594A JP 18737594 A JP18737594 A JP 18737594A JP 3204435 B2 JP3204435 B2 JP 3204435B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フェリ磁性体を用いた
分布定数型マイクロ波非相反素子（以下、単にマイクロ
波相反素子と言う。）であるサーキュレータ・アイソレ
ータの小型化・薄型化に関する。
分布定数型マイクロ波非相反素子（以下、単にマイクロ
波相反素子と言う。）であるサーキュレータ・アイソレ
ータの小型化・薄型化に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、ＩＣ、トランジスター等の半導体素
子、積層チップコンデンサー、積層チップインダクタ、
チップ抵抗等の電子部品の小型化にともない、これらを
表面実装したマイクロ波装置の小型化・薄型化が急速に
進行している。このような動きの中で、マイクロ波装置
を構成する上ではきわめて重要な素子であるマイクロ波
非相反素子、すなわちサーキュレータ・アイソレータの
小型化・薄型化の進展が遅れている。これは、サーキュ
レータ・アイソレータがフェリ磁性体を永久磁石により
磁化した状態で利用するという基本的な構造に強く依存
しているためと考えられる。次に、従来技術の問題点を
実施例に基づき詳述する。図１１に、従来技術の３端子
対サーキュレータの一つの実施例の概略構造断面図を示
す。マイクロ波の入出力端子11、12、13を有する３分岐
の平板状中心導体４の上下に円板状のフェリ磁性体２
ａ、２ｂの主面が接するように配され、かつ円板状の永
久磁石１”の主面が対向するようにそれらの上に置かれ
る。４ａは中心導体の接合部である。７ａ、７ｂは上部
及び下部地導体である。３ａ、３ｂは上部及び下部ヨー
クである。永久磁石１”は図の矢印のように円板状の主
面に垂直に磁化されている。これにより、円板状のフェ
リ磁性体も主面に垂直に直流磁界が印加される。このよ
うに、円板状の永久磁石を円板状フェリ磁性体の上下方
向に配する従来技術の構造は、簡単ではあるが、小型化
・薄型化に限界があることは図から明かである。ここ
で、図１１の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略
断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概
略断面図である。これに対して、図９に示すように、あ
る一定の距離離れた二つの円環状永久磁石１ａ、１ｂを
フェリ磁性体２ａ、２ｂの側面方向に配する構造（特開
昭６１―１２５２０２）が提案されている。３分岐を有
する中心導体４の上下にフェリ磁性体２ａ、２ｂが配さ
れる点は、図１１と同じであるが、２個の円環状永久磁
石１’ａ、１’ｂがフェリ磁性体２ａ、２ｂの側面方向
に配されている点が異なる。二つのの永久磁石から生じ
た磁束は上部ヨーク３ａ、下部ヨーク３ｂを通り、フェ
リ磁性体に入るようになっている。５’ａ、５’ｂは誘
電体、７ａ、７ｂは上下の地導体である。ここで、図９
の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略断面図であ
る。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概略断面図で
ある。しかし、この構造の欠点は、円環状永久磁石１’
ａ、１’ｂより発生した磁束が効率よく、フェリ磁性体
２ａ、２ｂの中心部に導かれないことである。図１０
は、円環状磁石とフェリ磁性体の位置関係と磁束の流れ
が明確になるように他の部品を省略した断面図である。
すなわち、図に示すように、二つの円環状永久磁石があ
る一定の間隔離れていることにより、フェリ磁性体の端
部の磁束は湾曲し水平成分がかなり多くなる。従って、
非相反効果に有効な垂直成分の磁束をフェリ磁性体の端
部では余り期待できない。また、この端部で費やされる
磁束は全体の磁束に対して多く、フェリ磁性体の中心部
の垂直方向の磁束がかなり小さくなるという欠点を有し
ている。これは、中心部を磁化しようとすると、まず端
部を飽和しその後に中心部を磁化するという磁気回路で
あり、その分、永久磁石の発生する磁束はかなりの大き
なもの、すなわち、体積の大きな永久磁石が必要であ
る。これは、小型化・薄型化という限界設計を追求する
上では大いに改善を要する点である。
子、積層チップコンデンサー、積層チップインダクタ、
チップ抵抗等の電子部品の小型化にともない、これらを
表面実装したマイクロ波装置の小型化・薄型化が急速に
進行している。このような動きの中で、マイクロ波装置
を構成する上ではきわめて重要な素子であるマイクロ波
非相反素子、すなわちサーキュレータ・アイソレータの
小型化・薄型化の進展が遅れている。これは、サーキュ
レータ・アイソレータがフェリ磁性体を永久磁石により
磁化した状態で利用するという基本的な構造に強く依存
しているためと考えられる。次に、従来技術の問題点を
実施例に基づき詳述する。図１１に、従来技術の３端子
対サーキュレータの一つの実施例の概略構造断面図を示
す。マイクロ波の入出力端子11、12、13を有する３分岐
の平板状中心導体４の上下に円板状のフェリ磁性体２
ａ、２ｂの主面が接するように配され、かつ円板状の永
久磁石１”の主面が対向するようにそれらの上に置かれ
る。４ａは中心導体の接合部である。７ａ、７ｂは上部
及び下部地導体である。３ａ、３ｂは上部及び下部ヨー
クである。永久磁石１”は図の矢印のように円板状の主
面に垂直に磁化されている。これにより、円板状のフェ
リ磁性体も主面に垂直に直流磁界が印加される。このよ
うに、円板状の永久磁石を円板状フェリ磁性体の上下方
向に配する従来技術の構造は、簡単ではあるが、小型化
・薄型化に限界があることは図から明かである。ここ
で、図１１の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略
断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概
略断面図である。これに対して、図９に示すように、あ
る一定の距離離れた二つの円環状永久磁石１ａ、１ｂを
フェリ磁性体２ａ、２ｂの側面方向に配する構造（特開
昭６１―１２５２０２）が提案されている。３分岐を有
する中心導体４の上下にフェリ磁性体２ａ、２ｂが配さ
れる点は、図１１と同じであるが、２個の円環状永久磁
石１’ａ、１’ｂがフェリ磁性体２ａ、２ｂの側面方向
に配されている点が異なる。二つのの永久磁石から生じ
た磁束は上部ヨーク３ａ、下部ヨーク３ｂを通り、フェ
リ磁性体に入るようになっている。５’ａ、５’ｂは誘
電体、７ａ、７ｂは上下の地導体である。ここで、図９
の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略断面図であ
る。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概略断面図で
ある。しかし、この構造の欠点は、円環状永久磁石１’
ａ、１’ｂより発生した磁束が効率よく、フェリ磁性体
２ａ、２ｂの中心部に導かれないことである。図１０
は、円環状磁石とフェリ磁性体の位置関係と磁束の流れ
が明確になるように他の部品を省略した断面図である。
すなわち、図に示すように、二つの円環状永久磁石があ
る一定の間隔離れていることにより、フェリ磁性体の端
部の磁束は湾曲し水平成分がかなり多くなる。従って、
非相反効果に有効な垂直成分の磁束をフェリ磁性体の端
部では余り期待できない。また、この端部で費やされる
磁束は全体の磁束に対して多く、フェリ磁性体の中心部
の垂直方向の磁束がかなり小さくなるという欠点を有し
ている。これは、中心部を磁化しようとすると、まず端
部を飽和しその後に中心部を磁化するという磁気回路で
あり、その分、永久磁石の発生する磁束はかなりの大き
なもの、すなわち、体積の大きな永久磁石が必要であ
る。これは、小型化・薄型化という限界設計を追求する
上では大いに改善を要する点である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
技術の問題点に鑑みなされたものであり、従来技術に比
較して、小型化・薄型化することが可能なマイクロ波非
相反素子であるサーキュレータ・アイソレータを提供す
ることである。
技術の問題点に鑑みなされたものであり、従来技術に比
較して、小型化・薄型化することが可能なマイクロ波非
相反素子であるサーキュレータ・アイソレータを提供す
ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の分布定数型マイ
クロ波非相反素子は、中央部に設けた接合部と該接合部
から放射状に分岐された端子部とを有する中心導体と、
該中心導体の接合部に対面して配されるフェリ磁性体
と、該フェリ磁性体の外側に配される中空部を有する永
久磁石と、前記フェリ磁性体に前記永久磁石からの直流
磁界を印加するための軟磁性体からなるヨークとを有し
てなる分布定数型マイクロ波非相反素子において、前記
フェリ磁性体を前記永久磁石の中空部内に収容し、前記
フェリ磁性体の前記中心導体の接合部に対向する面と、
前記永久磁石の一面とを同一平面内に配するとともに、
前記中心導体の接合部には径方向に突出した部分を有し
ており、前記フェリ磁性体と中心導体の接合部を上面か
ら見たとき、前記フェリ磁性体の大きさは前記接合部の
突出した部分より小さく、前記中心導体は前記永久磁石
の前記一面上にわたって配置されていることを特徴とし
ている。また、前記フェリ磁性体と前記永久磁石の中空
部との間に誘電体を配すること、さらに、前記誘電体の
他に永久磁石の外側に第２の誘電体を配するようにして
も良い。このとき誘電体の比誘電率は１６以下であるこ
とが望ましい。また、前記フェリ磁性体を前記永久磁石
の中空部内に配し、前記中心導体の接合部を前記フェリ
磁性体近傍に配し、これらを軟磁性体からなるヨークに
収容して垂直方向の磁束が前記フェリ磁性体に導かれる
ように磁気回路を構成するとき、前記永久磁石の径方向
外側の周囲にはヨークを設けず、ヨーク自体としては閉
磁路を形成しないようにすることは望ましいことであ
る。
クロ波非相反素子は、中央部に設けた接合部と該接合部
から放射状に分岐された端子部とを有する中心導体と、
該中心導体の接合部に対面して配されるフェリ磁性体
と、該フェリ磁性体の外側に配される中空部を有する永
久磁石と、前記フェリ磁性体に前記永久磁石からの直流
磁界を印加するための軟磁性体からなるヨークとを有し
てなる分布定数型マイクロ波非相反素子において、前記
フェリ磁性体を前記永久磁石の中空部内に収容し、前記
フェリ磁性体の前記中心導体の接合部に対向する面と、
前記永久磁石の一面とを同一平面内に配するとともに、
前記中心導体の接合部には径方向に突出した部分を有し
ており、前記フェリ磁性体と中心導体の接合部を上面か
ら見たとき、前記フェリ磁性体の大きさは前記接合部の
突出した部分より小さく、前記中心導体は前記永久磁石
の前記一面上にわたって配置されていることを特徴とし
ている。また、前記フェリ磁性体と前記永久磁石の中空
部との間に誘電体を配すること、さらに、前記誘電体の
他に永久磁石の外側に第２の誘電体を配するようにして
も良い。このとき誘電体の比誘電率は１６以下であるこ
とが望ましい。また、前記フェリ磁性体を前記永久磁石
の中空部内に配し、前記中心導体の接合部を前記フェリ
磁性体近傍に配し、これらを軟磁性体からなるヨークに
収容して垂直方向の磁束が前記フェリ磁性体に導かれる
ように磁気回路を構成するとき、前記永久磁石の径方向
外側の周囲にはヨークを設けず、ヨーク自体としては閉
磁路を形成しないようにすることは望ましいことであ
る。
【０００５】
【作用】上記構成によれば、永久磁石より発生する磁束
を効率よく、中心導体の接合部近傍に置かれたフェリ磁
性体に導くことができ、永久磁石の寸法を小型・薄型に
設計することか可能となり、結果として小型化・薄型化
されたマイクロ波非相反素子であるサーキュレータ・ア
イソレータを実現することができる。
を効率よく、中心導体の接合部近傍に置かれたフェリ磁
性体に導くことができ、永久磁石の寸法を小型・薄型に
設計することか可能となり、結果として小型化・薄型化
されたマイクロ波非相反素子であるサーキュレータ・ア
イソレータを実現することができる。
【０００６】
【実施例】本発明の主眼は、フェリ磁性体の大きさを中
心導体の接合部内に限定し、これを磁化する永久磁石の
配置方法としてフェリ磁性体の側面方向とし、永久磁石
とフェリ磁性体を同一平面内に並列に配することであ
る。よく知られているように、フェリ磁性体の大きさは
主にマイクロ波非相反素子の動作周波数を決め、マイク
ロ波非相反効果そのものに寄与するフェリ磁性体の部分
は、中心導体の中心近傍に限定される。これは、純粋な
円偏波が誘起される部分が中心近傍であるからである。
従って、周辺部分のフェリ磁性体は非相反効果には直接
影響を与えることが少ないので、この部分を同程度の比
誘電率を有する誘電体で置き換えることができる。これ
により、動作周波数を大きく変化させることなく、同じ
ような特性を有するマイクロ波非相反素子を作製でき
る。フェライト磁石などの永久磁石は、マイクロ波の高
周波領域では比透磁率μ＝１の誘電体と見なすことがで
きる。本発明はこの点に着目し、、フェライト磁石をフ
ェリ磁性体を磁化する手段としてだけでなく、前記誘電
体としても利用したことである。フェリ磁性体の中心部
分と周辺部分の区別は、中心導体の接合部の大きさが目
安となる。ここでいう中心導体の接合部とは中心導体の
端子部を除く部分で、分岐部を構成する部分もしくはこ
れに接続された部分である。実際には、この中心導体の
接合部の外側のフェリ磁性体は、非相反効果には寄与し
ないので誘電体に置き換えられる。従って、本発明の範
囲はフェリ磁性体がこの中心導体の接合部より小さいと
いうことが一つの特徴である。以下、図面を参照しつつ
本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の実施
例としてのトリプレート型の３端子対サーキュレータの
概略組立断面図である。図中、１ａ、１ｂは円環状永久
磁石であり、本実施例ではＳｒフェライト磁石を用い
た。２ａ、２ｂは円板状のフェリ磁性体であり、本実施
例ではＣａ―Ｖガーネットを用いた。３は鉄製のヨーク
であり、円環状永久磁石１ａ、１ｂとフェリ磁性体２
ａ、２ｂを覆っている。４は３分岐を有する中心導体で
あり、その端部には入出力端子11、12、13が形成されて
いる。また、中央部には接合部４ａがある。フェリ磁性
体２ａ、２ｂの寸法は常にこの接合部４ａより小さい。
６ａ、６ｂは誘電体であり、本実施例ではアルミナを用
いた。７ａ、７ｂは地導体である。ここで、図１の下図
は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略断面図である。上
図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概略断面図である。
本実施例では、円環状永久磁石の中空部に円板状のフェ
リ磁性体を内接充填する構造とした。図２は、図１の下
図を拡大して磁束の流れが矢印で分かるように示したも
のである。図に示すように、このような構造を用いるこ
とにより、永久磁石による磁束が、中心部分に配された
フェリ磁性体に垂直方向成分として有効に導かれること
が分かる。事実、２ＧＨｚ帯のサーキュレータを試作し
た結果、図９の従来例に比較して、永久磁石の体積を１
／２以下にすることができた。しかし、本実施例では、
円環状永久磁石とフェリ磁性体を直接内接させたため、
フェリ磁性体の端部に磁束が集中すること、かつ円環状
永久磁石の磁化の不均一性がそのままフェリ磁性体の磁
化の不均一性となって現れるため、対称性のよいマイク
ロ波非相反素子を安定して作製することが比較的困難で
あった。図３は本発明の他の実施例としてのトリプレー
ト型の３端子対サーキュレータの概略構造断面図であ
る。図中、１ａ、１ｂは円環状永久磁石（Ｓｒフェライ
ト）、２ａ、２ｂは円板状のフェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガ
ーネット）である。３は鉄製のヨークであり、円環状永
久磁石１ａ、１ｂとフェリ磁性体２ａ、２ｂを覆ってい
る。４は３分岐を有する中心導体であり、その端部には
入出力端子11、12、13が形成されている。また、中央部
には接合部４ａがある。フェリ磁性体２ａ、２ｂの寸法
は常にこの接合部４ａより小さい。５ａ、５ｂは円環状
の誘電体であり、本実施例ではアルミナを用いた。６
ａ、６ｂは永久磁石の外側の誘電体であり、前実施例と
同じくアルミナを用いた。７ａ、７ｂは地導体である。
ここで、図３の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概
略断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の
概略断面図である。本実施例では、円環状永久磁石の中
空部に円環状誘電体を内接させ、前記円環状誘電体の中
空部に円板状のフェリ磁性体を内接充填する構造とし
た。図４は、図３の下図を拡大して磁束の流れが矢印で
分かるように示したものである。図に示すように、この
ような構造を用いることにより、永久磁石による磁束
が、鉄製のヨークを通って、中心部分に配されたフェリ
磁性体に垂直方向成分として有効に導かれることが分か
る。これにより、前の実施例で問題となった永久磁石の
磁化の不均一性が是正され、対称性のよいサーキュレー
タを実現できた。しかし、本実施例では、ヨーク３とし
て、永久磁石の外側でも磁気回路が閉じるような構造と
したため、フェリ磁性体の外側に漏れる磁束（図４にお
ける３'）が無視できず、限界設計を念頭に置いた場
合、本実施例の磁気回路は必ずしも最善のものではな
い。図５は、これを改善するためのもので、本発明の他
の実施例としてのトリプレート型３端子対サーキュレー
タの概略構造断面図である。図中、１ａ、１ｂは円環状
永久磁石（Ｓｒフェライト）、２ａ、２ｂは円板状のフ
ェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガーネット）、４は３分岐を有す
る中心導体、５ａ、５ｂは円環状誘電体材料（アルミ
ナ）、６ａ、６ｂは永久磁石の外側の誘電体（アルミ
ナ）である。また、フェリ磁性体２ａ、２ｂの寸法は常
に中心導体の接合部４ａより小さい。以上の構成は図３
の実施例と同じである。３ａ、３ｂは分割された上下の
鉄製のヨークである。これが図３と異なる点である。こ
こで、図５の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略
断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概
略断面図である。図６は、図５の下図を拡大して磁束の
流れが矢印で分かるように示したものである。７はアル
ミニウム製の筐体で、上下の地導体も兼ねている。本実
施例の特徴は、永久磁石の外側では閉じた磁気回路を構
成していないことである。永久磁石より発生する磁束
は、上下のヨーク３ａ、３ｂを経由して垂直方向成分と
して有効に中心部分のフェリ磁性体２ａ、２ｂに導かれ
る。本実施例は、外側の磁気回路以外は図４と同じ構造
である。図４では永久磁石の外側のヨーク３’で消費す
る磁束がかなり大きいのに比較して、図６の本実施例で
はそれがほとんどない。事実、この構造を用いて、２Ｇ
Ｈｚ帯のサーキュレータを試作した結果、図９の従来例
に比較して、永久磁石の体積を１／３以下にすることが
できた。図７は本発明のもう一つの実施例としてのドロ
ップイン型３端子対サーキュレータの概略構造断面図で
ある。図中、１は円環状永久磁石（Ｓｒフェライト）、
２は円板状のフェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガーネット）であ
る。４は３分岐を有する中心導体であり、その端部には
入出力端子11、12、13が形成されている。５は円環状の
誘電体（アルミナ）である。３ａ、３ｂは上下のヨーク
であり、この場合、３ｂは表面に銀メッキされた鉄製の
円板を用い、地導体としても作用する。３ａは絶縁性の
ヨーク材料でり、ＮｉＺｎ系のフェライト材料を用い
た。この場合も、図５と同じように、永久磁石の外側で
閉じた磁気回路を構成しない。永久磁石より発生する磁
束は、上下のヨーク３ａ、３ｂを経由して中心部分のフ
ェリ磁性体２に垂直方向成分として有効に導かれる。図
８は、図７の下図を拡大して磁束の流れが矢印で分かる
ように示したものである。本実施例では、ドロップイン
型の構造を用いているので、さらに寸法が小さくなっ
た。特に、厚みは従来品である図１１の１／３以下にす
ることができた。また、図７の実施例では上部ヨーク３
ａとして絶縁性のヨーク材料を用いたが、これを用いず
に、銀メッキした板状の強磁性金属材料で中心導体を作
製すれば、中心導体自体が上部ヨークを兼ねることがで
きる。この場合はさらに厚みが薄くなる。以上の実施例
では、誘電体として比誘電率ε〜９のアルミナを用いた
が、フェリ磁性体であるガーネットの比誘電率ε〜１５
を考慮すると、これと余り異なる比誘電率の誘電体を用
いることは、不要な共振モードを誘発し好ましくない。
特に、これより大きな比誘電率を有する誘電材料を用い
た場合、不要モード発生の確率が高くなるので、本誘電
体としては比誘電率ε＜１６が望ましい。さらに、誘電
体とは、キュリー点が室温以下のフェライト材料でも効
果は同じある。本明細書では、簡単のため誘電体を記述
したが、本発明に係わる永久磁石材料やフェリ磁性体に
比較して、その磁化が著しく小さい絶縁性の磁性体が含
まれることは本分野の専門家であれば容易に理解できる
ことである。
心導体の接合部内に限定し、これを磁化する永久磁石の
配置方法としてフェリ磁性体の側面方向とし、永久磁石
とフェリ磁性体を同一平面内に並列に配することであ
る。よく知られているように、フェリ磁性体の大きさは
主にマイクロ波非相反素子の動作周波数を決め、マイク
ロ波非相反効果そのものに寄与するフェリ磁性体の部分
は、中心導体の中心近傍に限定される。これは、純粋な
円偏波が誘起される部分が中心近傍であるからである。
従って、周辺部分のフェリ磁性体は非相反効果には直接
影響を与えることが少ないので、この部分を同程度の比
誘電率を有する誘電体で置き換えることができる。これ
により、動作周波数を大きく変化させることなく、同じ
ような特性を有するマイクロ波非相反素子を作製でき
る。フェライト磁石などの永久磁石は、マイクロ波の高
周波領域では比透磁率μ＝１の誘電体と見なすことがで
きる。本発明はこの点に着目し、、フェライト磁石をフ
ェリ磁性体を磁化する手段としてだけでなく、前記誘電
体としても利用したことである。フェリ磁性体の中心部
分と周辺部分の区別は、中心導体の接合部の大きさが目
安となる。ここでいう中心導体の接合部とは中心導体の
端子部を除く部分で、分岐部を構成する部分もしくはこ
れに接続された部分である。実際には、この中心導体の
接合部の外側のフェリ磁性体は、非相反効果には寄与し
ないので誘電体に置き換えられる。従って、本発明の範
囲はフェリ磁性体がこの中心導体の接合部より小さいと
いうことが一つの特徴である。以下、図面を参照しつつ
本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の実施
例としてのトリプレート型の３端子対サーキュレータの
概略組立断面図である。図中、１ａ、１ｂは円環状永久
磁石であり、本実施例ではＳｒフェライト磁石を用い
た。２ａ、２ｂは円板状のフェリ磁性体であり、本実施
例ではＣａ―Ｖガーネットを用いた。３は鉄製のヨーク
であり、円環状永久磁石１ａ、１ｂとフェリ磁性体２
ａ、２ｂを覆っている。４は３分岐を有する中心導体で
あり、その端部には入出力端子11、12、13が形成されて
いる。また、中央部には接合部４ａがある。フェリ磁性
体２ａ、２ｂの寸法は常にこの接合部４ａより小さい。
６ａ、６ｂは誘電体であり、本実施例ではアルミナを用
いた。７ａ、７ｂは地導体である。ここで、図１の下図
は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略断面図である。上
図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概略断面図である。
本実施例では、円環状永久磁石の中空部に円板状のフェ
リ磁性体を内接充填する構造とした。図２は、図１の下
図を拡大して磁束の流れが矢印で分かるように示したも
のである。図に示すように、このような構造を用いるこ
とにより、永久磁石による磁束が、中心部分に配された
フェリ磁性体に垂直方向成分として有効に導かれること
が分かる。事実、２ＧＨｚ帯のサーキュレータを試作し
た結果、図９の従来例に比較して、永久磁石の体積を１
／２以下にすることができた。しかし、本実施例では、
円環状永久磁石とフェリ磁性体を直接内接させたため、
フェリ磁性体の端部に磁束が集中すること、かつ円環状
永久磁石の磁化の不均一性がそのままフェリ磁性体の磁
化の不均一性となって現れるため、対称性のよいマイク
ロ波非相反素子を安定して作製することが比較的困難で
あった。図３は本発明の他の実施例としてのトリプレー
ト型の３端子対サーキュレータの概略構造断面図であ
る。図中、１ａ、１ｂは円環状永久磁石（Ｓｒフェライ
ト）、２ａ、２ｂは円板状のフェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガ
ーネット）である。３は鉄製のヨークであり、円環状永
久磁石１ａ、１ｂとフェリ磁性体２ａ、２ｂを覆ってい
る。４は３分岐を有する中心導体であり、その端部には
入出力端子11、12、13が形成されている。また、中央部
には接合部４ａがある。フェリ磁性体２ａ、２ｂの寸法
は常にこの接合部４ａより小さい。５ａ、５ｂは円環状
の誘電体であり、本実施例ではアルミナを用いた。６
ａ、６ｂは永久磁石の外側の誘電体であり、前実施例と
同じくアルミナを用いた。７ａ、７ｂは地導体である。
ここで、図３の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概
略断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の
概略断面図である。本実施例では、円環状永久磁石の中
空部に円環状誘電体を内接させ、前記円環状誘電体の中
空部に円板状のフェリ磁性体を内接充填する構造とし
た。図４は、図３の下図を拡大して磁束の流れが矢印で
分かるように示したものである。図に示すように、この
ような構造を用いることにより、永久磁石による磁束
が、鉄製のヨークを通って、中心部分に配されたフェリ
磁性体に垂直方向成分として有効に導かれることが分か
る。これにより、前の実施例で問題となった永久磁石の
磁化の不均一性が是正され、対称性のよいサーキュレー
タを実現できた。しかし、本実施例では、ヨーク３とし
て、永久磁石の外側でも磁気回路が閉じるような構造と
したため、フェリ磁性体の外側に漏れる磁束（図４にお
ける３'）が無視できず、限界設計を念頭に置いた場
合、本実施例の磁気回路は必ずしも最善のものではな
い。図５は、これを改善するためのもので、本発明の他
の実施例としてのトリプレート型３端子対サーキュレー
タの概略構造断面図である。図中、１ａ、１ｂは円環状
永久磁石（Ｓｒフェライト）、２ａ、２ｂは円板状のフ
ェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガーネット）、４は３分岐を有す
る中心導体、５ａ、５ｂは円環状誘電体材料（アルミ
ナ）、６ａ、６ｂは永久磁石の外側の誘電体（アルミ
ナ）である。また、フェリ磁性体２ａ、２ｂの寸法は常
に中心導体の接合部４ａより小さい。以上の構成は図３
の実施例と同じである。３ａ、３ｂは分割された上下の
鉄製のヨークである。これが図３と異なる点である。こ
こで、図５の下図は上図のＡ―Ａ’で見た完成品の概略
断面図である。上図は下図のＢ―Ｂ’で見た完成品の概
略断面図である。図６は、図５の下図を拡大して磁束の
流れが矢印で分かるように示したものである。７はアル
ミニウム製の筐体で、上下の地導体も兼ねている。本実
施例の特徴は、永久磁石の外側では閉じた磁気回路を構
成していないことである。永久磁石より発生する磁束
は、上下のヨーク３ａ、３ｂを経由して垂直方向成分と
して有効に中心部分のフェリ磁性体２ａ、２ｂに導かれ
る。本実施例は、外側の磁気回路以外は図４と同じ構造
である。図４では永久磁石の外側のヨーク３’で消費す
る磁束がかなり大きいのに比較して、図６の本実施例で
はそれがほとんどない。事実、この構造を用いて、２Ｇ
Ｈｚ帯のサーキュレータを試作した結果、図９の従来例
に比較して、永久磁石の体積を１／３以下にすることが
できた。図７は本発明のもう一つの実施例としてのドロ
ップイン型３端子対サーキュレータの概略構造断面図で
ある。図中、１は円環状永久磁石（Ｓｒフェライト）、
２は円板状のフェリ磁性体（Ｃａ―Ｖガーネット）であ
る。４は３分岐を有する中心導体であり、その端部には
入出力端子11、12、13が形成されている。５は円環状の
誘電体（アルミナ）である。３ａ、３ｂは上下のヨーク
であり、この場合、３ｂは表面に銀メッキされた鉄製の
円板を用い、地導体としても作用する。３ａは絶縁性の
ヨーク材料でり、ＮｉＺｎ系のフェライト材料を用い
た。この場合も、図５と同じように、永久磁石の外側で
閉じた磁気回路を構成しない。永久磁石より発生する磁
束は、上下のヨーク３ａ、３ｂを経由して中心部分のフ
ェリ磁性体２に垂直方向成分として有効に導かれる。図
８は、図７の下図を拡大して磁束の流れが矢印で分かる
ように示したものである。本実施例では、ドロップイン
型の構造を用いているので、さらに寸法が小さくなっ
た。特に、厚みは従来品である図１１の１／３以下にす
ることができた。また、図７の実施例では上部ヨーク３
ａとして絶縁性のヨーク材料を用いたが、これを用いず
に、銀メッキした板状の強磁性金属材料で中心導体を作
製すれば、中心導体自体が上部ヨークを兼ねることがで
きる。この場合はさらに厚みが薄くなる。以上の実施例
では、誘電体として比誘電率ε〜９のアルミナを用いた
が、フェリ磁性体であるガーネットの比誘電率ε〜１５
を考慮すると、これと余り異なる比誘電率の誘電体を用
いることは、不要な共振モードを誘発し好ましくない。
特に、これより大きな比誘電率を有する誘電材料を用い
た場合、不要モード発生の確率が高くなるので、本誘電
体としては比誘電率ε＜１６が望ましい。さらに、誘電
体とは、キュリー点が室温以下のフェライト材料でも効
果は同じある。本明細書では、簡単のため誘電体を記述
したが、本発明に係わる永久磁石材料やフェリ磁性体に
比較して、その磁化が著しく小さい絶縁性の磁性体が含
まれることは本分野の専門家であれば容易に理解できる
ことである。
【０００７】
【発明の効果】以上、実施例を用いて詳細に説明したよ
うに、永久磁石をフェリ磁性体の側面方向に配する構造
とし、永久磁石とフェリ磁性体を同一平面内に配し、か
つ中心導体の接合部よりフェリ磁性体の寸法を小さく
し、永久磁石をフェリ磁性体の極近傍に配する本発明の
方法は、永久磁石の磁束をフェリ磁性体の非相反効果に
寄与する部分に寄与する成分として効果的に導くことが
でき、永久磁石の体積を大幅に減少させることが可能と
なった。従って、本発明の技術を用いることにより、小
型化・薄型化されたマイクロ波非相反素子を提供するこ
とができる。
うに、永久磁石をフェリ磁性体の側面方向に配する構造
とし、永久磁石とフェリ磁性体を同一平面内に配し、か
つ中心導体の接合部よりフェリ磁性体の寸法を小さく
し、永久磁石をフェリ磁性体の極近傍に配する本発明の
方法は、永久磁石の磁束をフェリ磁性体の非相反効果に
寄与する部分に寄与する成分として効果的に導くことが
でき、永久磁石の体積を大幅に減少させることが可能と
なった。従って、本発明の技術を用いることにより、小
型化・薄型化されたマイクロ波非相反素子を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例を示す概略構造断面図である。
【図２】本発明の実施例において磁束の流れを示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明の実施例を示す概略構造断面図である。
【図４】本発明の実施例において磁束の流れを示す図で
ある。
ある。
【図５】本発明の実施例を示す概略構造断面図である。
【図６】本発明の実施例において磁束の流れを示す図で
ある。
ある。
【図７】本発明の実施例を示す概略構造断面図である。
【図８】本発明の実施例において磁束の流れを示す図で
ある。
ある。
【図９】従来技術の実施例を示す概略構造断面図であ
る。
る。
【図１０】従来技術の実施例において磁束の流れを示す
図である。
図である。
【図１１】従来技術の実施例を示す概略構造断面図であ
る。
る。
１ 永久磁石 ２ フェリ磁性体 ３ ヨーク ４ 中心導体 ４ａ 接合部 ５ 内部誘電体 ６ 外部誘電体 ７ 地導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 1/22 - 1/397
Claims (5)
- 【請求項１】 中央部に設けた接合部と該接合部から放
射状に分岐された端子部とを有する中心導体と、該中心
導体の接合部に対面して配されるフェリ磁性体と、該フ
ェリ磁性体の外側に配される中空部を有する永久磁石
と、前記フェリ磁性体に前記永久磁石からの直流磁界を
印加するための軟磁性体からなるヨークと、を有してな
る分布定数型マイクロ波非相反素子において、前記フェ
リ磁性体を前記永久磁石の中空部内に収容し、前記フェ
リ磁性体の前記中心導体の接合部に対向する面と、前記
永久磁石の一面とを同一平面内に配するとともに、前記
中心導体の接合部には径方向に突出した部分を有してお
り、前記フェリ磁性体と中心導体の接合部を上面から見
たとき、前記フェリ磁性体の大きさは前記接合部の突出
した部分より小さく、前記中心導体は前記永久磁石の前
記一面上にわたって配置されていることを特徴とする分
布定数型マイクロ波非相反素子。 - 【請求項２】 前記フェリ磁性体と前記永久磁石との間
に誘電体を配し、前記フェリ磁性体の前記中心導体の接
合部に対向する面と、前記誘電体の一面と、前記永久磁
石の一面とを同一平面内に配するとともに、前記中心導
体の接合部には径方向に突出した部分を有しており、前
記フェリ磁性体と中心導体の接合部を上面から見たと
き、前記フェリ磁性体の大きさは前記接合部の突出した
部分より小さいことを特徴とする請求項１記載の分布定
数型マイクロ波非相反素子。 - 【請求項３】 前記フェリ磁性体と前記永久磁石の中空
部との間に第１の誘電体を配し、前記永久磁石の外側に
第２の誘電体を配し、前記フェリ磁性体の前記中心導体
の接合部に対向する面と、前記第１の誘電体の一面と、
前記永久磁石の一面と、前記第２の誘電体の一面とを同
一平面内に配することを特徴とする請求項１又は２記載
の分布定数型マイクロ波非相反素子。 - 【請求項４】 前記フェリ磁性体を前記永久磁石の中空
部内に配し、前記中心導体の接合部を前記フェリ磁性体
に対面して配し、これらを軟磁性体からなるヨークに収
容して垂直方向の磁束が前記フェリ磁性体に導かれるよ
うに磁気回路を構成するとき、前記永久磁石の径方向外
側の周囲にはヨークを設けず、前記ヨーク自体としては
閉磁路を形成しないようにしたことを特徴とする請求項
１乃至３記載の分布定数型マイクロ波非相反素子。 - 【請求項５】 前記誘電体の比誘電率が１６以下である
ことを特徴とする請求項２又は３記載の分布定数型マイ
クロ波非相反素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18737594A JP3204435B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | 分布定数型マイクロ波非相反素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18737594A JP3204435B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | 分布定数型マイクロ波非相反素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851306A JPH0851306A (ja) | 1996-02-20 |
| JP3204435B2 true JP3204435B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=16204916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18737594A Expired - Lifetime JP3204435B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | 分布定数型マイクロ波非相反素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3204435B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-09 JP JP18737594A patent/JP3204435B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0851306A (ja) | 1996-02-20 |
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