JP3567567B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域等で用いられる無線機器、例えば携帯電話のごとき移動無線機器等に使用される例えばサーキュレータ、アイソレータ等の集積形の非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集中定数型サーキュレータは、図１４の分解斜視図に示すごとき基本構造を有し平面形状が円形の組立式の磁気回転子を備えていた。同図において、１４０はガラス・エポキシ樹脂等からなる円形の非磁性体基板であり、この非磁性体基板１４０の上下面には中心導体１４１及び１４２が形成されている。中心導体１４１及び１４２は、非磁性体基板１４０を貫通するヴィアホール１４３で互いに接続されている。中心導体１４１及び１４２を形成したこの非磁性体基板１４０を両側から挟むように、円形の磁性体部材１４４及び１４５が組立式で取り付けられており、中心導体１４１及び１４２に印加される高周波電力によってこれら磁性体部材１４４及び１４５内に回転高周波磁束が生じるように構成されている。このように、中心導体を形成した非磁性体基板１４０の両側に磁性体部材１４４及び１４５を積み重ねて接着した構成となっている。
【０００３】
サーキュレータ全体としては、図１５の分解斜視図に示すように、中心導体１４１（１４２）を形成したこの非磁性体基板１４０の両側に、磁性体部材１４４及び１４５、接地導体電極１４６及び１４７、励磁用永久磁石１４８及び１４９、並びに上下に分割されており励磁用永久磁石１４８及び１４９からの磁束用磁路を構成する分割式の金属製ハウジング１５０及び１５１をこの順序でそれぞれ積み重ねて組立て固定することによって形成される。
【０００４】
図示されていない入出力端子を介して中心導体１４１及び１４２に高周波電力を与えると、磁性体部材１４４及び１４５内に中心導体１４１及び１４２の回りを回転する高周波磁束が発生する。この高周波磁束と直交する直流磁界を永久磁石１４８及び１４９から印加すると、磁性体部材１４４及び１４５は、図１６に示すように、高周波磁束の回転方向に応じて異なる透磁率μ＋ 及びμ− を示すこととなる。サーキュレータは、高周波信号の伝播速度がこのような透磁率の違いによって回転方向によって異なり、その結果、磁気回転子内の打ち消し効果で特定の端子への信号の伝播を止め得ることを利用しているのである。非伝播端子は、透磁率μ＋ 及びμ− の性質から、駆動端子に対する角度関係で設定される。例えば、ある回転方向に沿って端子Ａ、Ｂ、Ｃがこの順序で配置されているとすると、駆動端子Ａに対する非伝播端子が端子Ｂである場合に、駆動端子Ｂに対する非伝播端子は端子Ｃとなる。
【０００５】
しかしながら従来のこの種のサーキュレータは、周波数帯域を広く取れないという大きな問題点を有しており、これを解決するため、本出願人は、所定のパターンの中心導体と絶縁性磁性体とを一体的に焼成することによって高周波磁束を閉磁路構造とした磁気回転子を提供することにより、非可逆回路素子を広帯域化する手法を提案している（特開平６−３４３００５号及び特開平６−３３８７０７号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、非可逆回路素子の周波数帯域は、中心導体の形成する高周波磁束が磁性体内にいかに広く均一に分布するかによって決まる。このため、従来の集中定数型非可逆回路素子においても、その中心導体が作る高周波磁束がなるべく磁性体の広い部分に分布するように中心導体の形状に工夫がなされている。例えば、１端子当りの導体を２本とする構造、又は導体にスリットを設ける構造を用いている。
【０００７】
しかしながら、このような構造によっても、次の理由から周波数帯域を充分に広げることが難しい。即ち、１端子当りの導体を２本とする構造や導体にスリットを設ける構造を採用した場合、２本の導体間の間隔又はスリット間隔を狭くすると、中心導体の作る高周波磁束が磁性体中に広く分布しない。これとは逆に、あまりこの間隔を広くすると、やはり、高周波磁束が磁性体中に広く一様に分布しない。これは、一方の導体の作る高周波磁束が他方の導体との間を抜けて戻ってしまうため、高周波磁束が互いに弱めあってしまい、磁性体内に広く分布することができないためである。
【０００８】
前述した、一体焼成によって高周波磁束を閉磁路構造とする手法（特開平６−３４３００５号及び特開平６−３３８７０７号）によっても、この問題は依然解決できなかった。
【０００９】
従って本発明の目的は、周波数帯域の広帯域化を図ることのできる非可逆回路素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁性磁性体と、この絶縁性磁性体内に各端子毎に設けられた中心導体とを備えた磁気回転子を含む非可逆回路素子であって、各端子毎の中心導体の少なくとも一部に、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ部分が設けられており、絶縁性磁性体内の上述のストリップ部分に囲まれる領域内に非磁性の部分を設けた非可逆回路素子が提供される。
【００１１】
中心導体の形成する高周波磁束は、絶縁性磁性体内の非磁性の部分を通過することを妨げられるので、磁性体内全体に一様に分布することとなり、その結果、周波数帯域が大幅に広帯域化する。周波数帯域が広がれば、非可逆回路素子の動作周波数の調整を簡素化又は調整不要とすることができるのみならず、材料等の温度特性に基づく動作周波数変化を吸収することができる。その結果、製造歩留を大幅に改善することができ、製造コストの大幅な低減化を図ることができる。
【００１２】
非磁性の部分が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す材料からなることが好ましい。
【００１３】
この非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す導体であり、この導体と中心導体とが電気的に絶縁されていることは、本発明の１つの実施態様である。
【００１４】
この非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す誘電体であることも、本発明の１つの実施態様である。
【００１５】
非磁性の部分が空隙であることも好ましい。
【００１６】
各端子毎の中心導体が、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ導体であるか、又は伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体であることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、さらに、前述した磁気回転子と、磁気回転子の側面に設けられており中心導体の一端に電気的に接続された複数の端子電極と、端子電極に結合された回路素子と、磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石とを備えた非可逆回路素子が提供される。
【００１８】
以下、図面を用いて本発明の原理を説明する。図１は、本発明の非可逆回路素子の基本構成を示す模式図であり、（Ａ）は従来技術によるもの、（Ｂ）は本発明のものをそれぞれ示している。
【００１９】
同図（Ａ）に示すように、従来技術によると、絶縁性磁性体１０内に設けられた中心導体１１ａ及び１１ｂの間隔が広いため、中心導体１１ａ及び１１ｂの作る高周波磁束１２の一部１２ａがこれら中心導体１１ａ及び１１ｂの間を通り抜けてしまう。このため、高周波磁束が互いに弱めあってしまい磁性体内に広く分布することができない。
【００２０】
これに対して、同図（Ｂ）に示すように本発明によれば、絶縁性磁性体１３内に設けられた中心導体１４ａ及び１４ｂの間に非磁性の部分１５が設けられているため、高周波磁束１６はこの非磁性の部分１５に邪魔されてこれら中心導体１４ａ及び１４ｂの間を通り抜けることがほとんどなくなり、その大部分が中心導体１４ａ及び１４ｂの外側を通ることとなる。その結果、高周波磁束１６は絶縁性磁性体１３内に広く均一に分布することとなり、非可逆回路素子の周波数帯域を広げることができるのである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図であり、図３は本実施形態の非磁性の導体部分を説明する平面図、図４は本実施形態の磁気回転子の製造工程の一部を説明する図である。
【００２２】
これらの図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子は３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００２３】
図２において、２０ａ〜２０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体２０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体２２ａ及び２２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体２３ａ及び２３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、非磁性の導体２４、２５及び２６がそれぞれ設けられている。なお、図２の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００２４】
非磁性の導体２４、２５及び２６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図３からも明らかのように、これら非磁性の導体２４、２５及び２６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されている。
【００２５】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００２６】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００２７】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００２８】
次いで、図４（Ａ）に示すように、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂからなる中心導体と非磁性の導体２４、２５及び２６とを同時に形成する。導体２４、２５及び２６の形状及び形成位置は前述した通りである。導体材料としては、本実施形態では、非磁性のパラジウムペーストを使用している。このようにして導体パターンを印刷形成した中間のグリーンシート２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄ並びに上下のグリーンシート２０ａ及び２０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図４（Ａ）には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００２９】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体４０が得られる。この状態が、図４（Ｂ）に示されている。
【００３０】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、この焼成体４０の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極４１を形成する。また、焼成体４０の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極４２及びグランド電極４３を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極４２及びグランド電極４３となるように構成することにより、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００３１】
非可逆回路素子全体としては、図４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ４４が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石４５及び４６がそれぞれ取り付けられている。永久磁石４５及び４６並びに図４には示されていないハウジングの組み付け構造等については後述する。
【００３２】
図５は本実施形態のハウジング自体の構造、並びに本実施形態の磁気回転子に励磁用永久磁石及びハウジングを組み付けた非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図及び斜視図である。
【００３３】
ハウジングを組み付ける場合には、同図（Ａ）に示すように、まず共振用キャパシタ５１（４４）をその１つおきの側面にそれぞれ取り付けた磁気回転子５０の上下面に励磁用永久磁石５２及び５３をそれぞれ積み重ねる。そして、側面から絶縁物支持体５４及び５５を押し当てることにより、この磁気回転子５０並びに励磁用永久磁石５２及び５３を支持する。その際、絶縁物支持体５４及び５５に設けられた入出力端子５６と磁気回転子５０に取り付けられた共振用キャパシタ５１（又は取り出し端子）との間に、クリームはんだを付着させた接続リード等を挟んで機械的に押し止める。この接続リードは、例えば、弾性を有するＵ字形の薄い銅製ストリップで構成される。また、絶縁物支持体５４及び５５は、セラミック、ガラスエポキシ樹脂又はその他の高温に耐える樹脂で成型される。
【００３４】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、このように絶縁物支持体５４及び５５によって支持された磁気回転子及び励磁用永久磁石の組立体５７を金属ハウジング５８内に密着的に挿入し、かしめ用突起５８ａを折り曲げて固定する。これにより金属ハウジング５８と励磁用永久磁石５２及び５３とが密着固定されることとなる。金属ハウジング５８は、磁気ヨークとして動作可能な金属、好ましくは鋼板で構成されており、その表面には、ニッケルやクロム等のめっき処理が施されている。このハウジング５８は、対向する２面が開口しその他の面が連続している角筒形状を有している。このようにして組み立てたものを、リフロー炉に通してはんだを溶融させ、接続リード及び入出力端子５６間、接続リード及び共振用キャパシタ５１（又は取り出し端子）間の接続を行う。図５のＣ）は、このようにして完成させた非可逆回路素子５９を示している。
【００３５】
本実施形態においては、非磁性の導体（２４、２５及び２６）が六角形に成形されている。しかしながら、図６及び図７にも示すように、これらを矩形の非磁性導体２４′、２５′及び２６′又は円形の非磁性導体２４″、２５″及び２６″としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された形状であってもよい。ただし、これら非磁性導体（２４′、２５′及び２６′又は２４″、２５″及び２６″）は、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されることが必須である。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、非磁性の導体の形状も六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、非磁性の導体２４、２５及び２６がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、非磁性の導体をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、非磁性の導体は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００３７】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００３８】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．１が１ｍｍ、サンプルＮｏ．２が１．４ｍｍであり、非磁性の導体はストリップ導体の内縁と約２００μｍの間隙で離隔する六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．２から非磁性の導体をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．３及びサンプルＮｏ．４を用意した。
【００３９】
表１は、これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００４０】
【表１】
【００４１】
図８は本発明の他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００４２】
即ち、図８において、８０ａ〜８０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体８０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート８０ｂ、８０ｃ、及び８０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット８１ａ、８２ａ及び８３ａをそれぞれ有するストリップ導体８１、８２及び８３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体８１、８２及び８３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体８１のスリット８１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体８２ａのスリット８２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体８３のスリット８３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、非磁性の導体８４、８５及び８６がそれぞれ設けられている。なお、図８の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００４３】
非磁性の導体８４、８５及び８６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図３に示したものと同様に、これら非磁性の導体８４、８５及び８６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体のスリット８１ａ、８２ａ及び８３ａ内に位置する領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されている。
【００４４】
図８の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図２の実施形態の場合と全く同様である。
【００４５】
図９は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図、図１０は本実施形態における誘電体部分を説明する平面図である。
【００４６】
同図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子も３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００４７】
図９において、９０ａ〜９０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体９０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート９０ｂ、９０ｃ、及び９０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体９２ａ及び９２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体９３ａ及び９３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、誘電体９４、９５及び９６がそれぞれ設けられている。なお、図９の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００４８】
誘電体９４、９５及び９６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０からも明らかのように、これら誘電体９４、９５及び９６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００４９】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００５０】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００５１】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００５２】
次いで、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂからなる中心導体を形成する。本実施形態では、導体材料として、非磁性のパラジウムペーストを使用している。次いで、誘電体ペーストを印刷することにより、誘電体９４、９５及び９６を形成する。誘電体９４、９５及び９６の形状及び形成位置は前述した通りである。このようにして導体パターン及び誘電体パターンを形成した中間のグリーンシート９０ｂ、９０ｃ、及び９０ｄ並びに上下のグリーンシート９０ａ及び９０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図９には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００５３】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体（４０、図４（Ｂ）参照）が得られる。
【００５４】
次いで、図２の実施形態の場合と同様に、この焼成体（４０）の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極を形成する。また、焼成体の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極（４２）及びグランド電極（４３）を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極（４２）及びグランド電極（４３）となるように構成することにより、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００５５】
非可逆回路素子全体としては、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２、図４（Ｃ）及び（Ｄ）参照）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ（４４）が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石（４５）及び（４６）がそれぞれ取り付けられている。永久磁石（４５）及び（４６）並びにハウジングの組み付け構造等は図２の実施形態と全く同様である。
【００５６】
本実施形態においては、誘電体９４、９５及び９６が六角形に成形されている。しかしながら、これらを矩形又は円形の誘電体としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された形状であってもよい。さらに、これら誘電体を中心導体の内縁と間隙を隔てるように形成してもよい。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、誘電体の形状もストリップ導体に囲まれる全領域を覆うように六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００５７】
さらに、本実施形態においては、誘電体がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、誘電体をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、誘電体は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００５８】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００５９】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．５が１ｍｍ、サンプルＮｏ．６が１．４ｍｍであり、誘電体はストリップ導体の内縁と一杯に形成された六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．５及びサンプルＮｏ．６から誘電体をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．７及びサンプルＮｏ．８を用意した。
【００６０】
表２は、これらサンプルＮｏ．５〜Ｎｏ．８について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００６１】
【表２】
【００６２】
図１１は本発明のまたさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図９の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００６３】
即ち、図１１において、１１０ａ〜１１０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１１０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット１１１ａ、１１２ａ及び１１３ａをそれぞれ有するストリップ導体１１１、１１２及び１１３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１１１、１１２及び１１３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１１１のスリット１１１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１１２ａのスリット１１２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体１１３のスリット１１３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、誘電体１１４、１１５及び１１６がそれぞれ設けられている。なお、図１１の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００６４】
誘電体１１４、１１５及び１１６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０に示したものと同様に、これら誘電体１１４、１１５及び１１６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１１１ａ、１１２ａ及び１１３ａからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００６５】
図１１の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図９の実施形態の場合と全く同様である。
【００６６】
図１２は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【００６７】
同図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子も３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００６８】
図１２において、１２０ａ〜１２０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１２０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１２２ａ及び１２２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体１２３ａ及び１２３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、空隙１２４、１２５及び１２６がそれぞれ設けられている。なお、図１２の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００６９】
空隙１２４、１２５及び１２６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図９の実施形態における図１０に示した誘電体と同様に、これら空隙１２４、１２５及び１２６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００７０】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００７１】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００７２】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００７３】
次いで、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂからなる中心導体を形成する。本実施形態では、導体材料として、非磁性のパラジウムペーストを使用している。次いで、カーボンペーストを印刷することにより、焼成後に空隙１２４、１２５及び１２６となるカーボンペースト層を形成する。カーボンペーストパターン（空隙１２４、１２５及び１２６）の形状及び形成位置は前述した通りである。このようにして導体パターン及びカーボンペーストパターンを形成した中間のグリーンシート１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄ並びに上下のグリーンシート１２０ａ及び１２０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図１２には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００７４】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。この焼成によってカーボンペースト層が消失し、その後にそのカーボンペーストパターンと同じ形状の空隙１２４、１２５及び１２６が形成される。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体（４０、図４（Ｂ）参照）が得られる。
【００７５】
次いで、図２の実施形態の場合と同様に、この焼成体（４０）の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極を形成する。また、焼成体の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極（４２）及びグランド電極（４３）を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極（４２）及びグランド電極（４３）となるように構成することにより、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００７６】
非可逆回路素子全体としては、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２、図４（Ｃ）及び（Ｄ）参照）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ（４４）が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石（４５）及び（４６）がそれぞれ取り付けられている。永久磁石（４５）及び（４６）並びにハウジングの組み付け構造等は図２の実施形態と全く同様である。
【００７７】
本実施形態においては、空隙１２４、１２５及び１２６が六角形に成形されている。しかしながら、これらを矩形又は円形の空隙としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された空隙形状であってもよい。さらに、これら空隙を中心導体の内縁と間隙を隔てて形成してもよい。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、空隙の形状もストリップ導体に囲まれる全領域を占めるように六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００７８】
さらに、本実施形態においては、空隙がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、空隙をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、空隙は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００７９】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００８０】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．９が１ｍｍ、サンプルＮｏ．１０が１．４ｍｍであり、空隙はストリップ導体の内縁と一杯に形成された六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．９及びサンプルＮｏ．１０から空隙をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．１１及びサンプルＮｏ．１２を用意した。
【００８１】
表３は、これらサンプルＮｏ．９〜Ｎｏ．１２について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００８２】
【表３】
【００８３】
図１３は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１２の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００８４】
即ち、図１３において、１３０ａ〜１３０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１３０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１３０ｂ、１３０ｃ、及び１３０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａをそれぞれ有するストリップ導体１３１、１３２及び１３３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１３１、１３２及び１３３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１３１のスリット１３１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１３２ａのスリット１３２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体１３３のスリット１３３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、空隙１３４、１３５及び１３６がそれぞれ設けられている。なお、図１３の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００８５】
空隙１３４、１３５及び１３６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０に示したものと同様に、これら空隙１３４、１３５及び１３６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００８６】
図１３の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図９の実施形態の場合と全く同様である。
【００８７】
また、以上述べた実施形態は３端子型非可逆回路素子に関するものであるが、本発明はそれ以上の数の端子を有する非可逆回路素子についても適用可能である。
【００８８】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明では、絶縁性磁性体と、この絶縁性磁性体内に各端子毎に設けられた中心導体とを備えた磁気回転子を含む非可逆回路素子であって、各端子毎の中心導体の少なくとも一部に、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ部分が設けられており、絶縁性磁性体内の上述のストリップ部分に囲まれる領域内に非磁性の部分が設けられている。その結果、中心導体の形成する高周波磁束が絶縁性磁性体内に設けられた非磁性の部分を通過することができなくなる。このため、高周波磁束が磁性体内全体に一様に分布することとなり、周波数帯域が大幅に広帯域化する。周波数帯域が広がれば、非可逆回路素子の動作周波数の調整を簡素化又は調整不要とすることができるのみならず、材料等の温度特性に基づく動作周波数変化を吸収することができる。その結果、製造歩留を大幅に改善することができ、製造コストの大幅な低減化を図ることができる。整理番号を９８Ｐ９３４３９に変更します。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非可逆回路素子及び従来の非可逆回路素子の基本構造を比較説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図２の実施形態における非磁性の導体部分を説明する平面図である。
【図４】図２の実施形態の磁気回転子の製造工程の一部を説明する図である。
【図５】ハウジング自体の構造並びに磁気回転子に励磁用永久磁石及びハウジングを組み付けた非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図６】図２の実施形態における非磁性の導体部分の変更態様を説明する平面図である。
【図７】図２の実施形態における非磁性の導体の部分の他の変更態様を説明する平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１０】図９の実施形態における誘電体の部分の構成を示す図である。
【図１１】本発明のまたさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１４】従来の集中定数型非可逆回路素子における磁気回転子の分解斜視図である。
【図１５】従来の集中定数型非可逆回路素子の組立ての様子を示す分解斜視図である。
【図１６】回転高周波磁界に対する磁性体の透磁率を示す特性図である。
【符号の説明】
１０、１３、２０、８０ 絶縁性磁性体
１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂ 中心導体
１２、１２ａ、１６ 高周波磁束
１５ 非磁性の部分
２０ａ〜２０ｅ、８０ａ〜８０ｅ、９０ａ〜９０ｅ、１１０ａ〜１１０ｅ、１２０ａ〜１２０ｅ、１３０ａ〜１３０ｅ、 磁性体グリーンシート
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、８１、８２、８３、９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ、１１１、１１２、１１３、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、１３１、１３２、１３３ ストリップ導体
２４、２５、２６、２４′、２５′、２６′、２４″、２５″、２６、８４、８５、８６″ 非磁性の導体
４０ 焼成体
４１、４３ グランド電極
４２ 端子電極
４４ 共振用キャパシタ
４５、４６ 永久磁石
８１ａ、８２ａ、８３ａ、１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ スリット
９４、９５、９６、１１４、１１５、１１６ 誘電体
１２４、１２５、１２６、１３４、１３５、１３６ 空隙
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域等で用いられる無線機器、例えば携帯電話のごとき移動無線機器等に使用される例えばサーキュレータ、アイソレータ等の集積形の非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集中定数型サーキュレータは、図１４の分解斜視図に示すごとき基本構造を有し平面形状が円形の組立式の磁気回転子を備えていた。同図において、１４０はガラス・エポキシ樹脂等からなる円形の非磁性体基板であり、この非磁性体基板１４０の上下面には中心導体１４１及び１４２が形成されている。中心導体１４１及び１４２は、非磁性体基板１４０を貫通するヴィアホール１４３で互いに接続されている。中心導体１４１及び１４２を形成したこの非磁性体基板１４０を両側から挟むように、円形の磁性体部材１４４及び１４５が組立式で取り付けられており、中心導体１４１及び１４２に印加される高周波電力によってこれら磁性体部材１４４及び１４５内に回転高周波磁束が生じるように構成されている。このように、中心導体を形成した非磁性体基板１４０の両側に磁性体部材１４４及び１４５を積み重ねて接着した構成となっている。
【０００３】
サーキュレータ全体としては、図１５の分解斜視図に示すように、中心導体１４１（１４２）を形成したこの非磁性体基板１４０の両側に、磁性体部材１４４及び１４５、接地導体電極１４６及び１４７、励磁用永久磁石１４８及び１４９、並びに上下に分割されており励磁用永久磁石１４８及び１４９からの磁束用磁路を構成する分割式の金属製ハウジング１５０及び１５１をこの順序でそれぞれ積み重ねて組立て固定することによって形成される。
【０００４】
図示されていない入出力端子を介して中心導体１４１及び１４２に高周波電力を与えると、磁性体部材１４４及び１４５内に中心導体１４１及び１４２の回りを回転する高周波磁束が発生する。この高周波磁束と直交する直流磁界を永久磁石１４８及び１４９から印加すると、磁性体部材１４４及び１４５は、図１６に示すように、高周波磁束の回転方向に応じて異なる透磁率μ＋ 及びμ− を示すこととなる。サーキュレータは、高周波信号の伝播速度がこのような透磁率の違いによって回転方向によって異なり、その結果、磁気回転子内の打ち消し効果で特定の端子への信号の伝播を止め得ることを利用しているのである。非伝播端子は、透磁率μ＋ 及びμ− の性質から、駆動端子に対する角度関係で設定される。例えば、ある回転方向に沿って端子Ａ、Ｂ、Ｃがこの順序で配置されているとすると、駆動端子Ａに対する非伝播端子が端子Ｂである場合に、駆動端子Ｂに対する非伝播端子は端子Ｃとなる。
【０００５】
しかしながら従来のこの種のサーキュレータは、周波数帯域を広く取れないという大きな問題点を有しており、これを解決するため、本出願人は、所定のパターンの中心導体と絶縁性磁性体とを一体的に焼成することによって高周波磁束を閉磁路構造とした磁気回転子を提供することにより、非可逆回路素子を広帯域化する手法を提案している（特開平６−３４３００５号及び特開平６−３３８７０７号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、非可逆回路素子の周波数帯域は、中心導体の形成する高周波磁束が磁性体内にいかに広く均一に分布するかによって決まる。このため、従来の集中定数型非可逆回路素子においても、その中心導体が作る高周波磁束がなるべく磁性体の広い部分に分布するように中心導体の形状に工夫がなされている。例えば、１端子当りの導体を２本とする構造、又は導体にスリットを設ける構造を用いている。
【０００７】
しかしながら、このような構造によっても、次の理由から周波数帯域を充分に広げることが難しい。即ち、１端子当りの導体を２本とする構造や導体にスリットを設ける構造を採用した場合、２本の導体間の間隔又はスリット間隔を狭くすると、中心導体の作る高周波磁束が磁性体中に広く分布しない。これとは逆に、あまりこの間隔を広くすると、やはり、高周波磁束が磁性体中に広く一様に分布しない。これは、一方の導体の作る高周波磁束が他方の導体との間を抜けて戻ってしまうため、高周波磁束が互いに弱めあってしまい、磁性体内に広く分布することができないためである。
【０００８】
前述した、一体焼成によって高周波磁束を閉磁路構造とする手法（特開平６−３４３００５号及び特開平６−３３８７０７号）によっても、この問題は依然解決できなかった。
【０００９】
従って本発明の目的は、周波数帯域の広帯域化を図ることのできる非可逆回路素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁性磁性体と、この絶縁性磁性体内に各端子毎に設けられた中心導体とを備えた磁気回転子を含む非可逆回路素子であって、各端子毎の中心導体の少なくとも一部に、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ部分が設けられており、絶縁性磁性体内の上述のストリップ部分に囲まれる領域内に非磁性の部分を設けた非可逆回路素子が提供される。
【００１１】
中心導体の形成する高周波磁束は、絶縁性磁性体内の非磁性の部分を通過することを妨げられるので、磁性体内全体に一様に分布することとなり、その結果、周波数帯域が大幅に広帯域化する。周波数帯域が広がれば、非可逆回路素子の動作周波数の調整を簡素化又は調整不要とすることができるのみならず、材料等の温度特性に基づく動作周波数変化を吸収することができる。その結果、製造歩留を大幅に改善することができ、製造コストの大幅な低減化を図ることができる。
【００１２】
非磁性の部分が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す材料からなることが好ましい。
【００１３】
この非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す導体であり、この導体と中心導体とが電気的に絶縁されていることは、本発明の１つの実施態様である。
【００１４】
この非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す誘電体であることも、本発明の１つの実施態様である。
【００１５】
非磁性の部分が空隙であることも好ましい。
【００１６】
各端子毎の中心導体が、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ導体であるか、又は伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体であることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、さらに、前述した磁気回転子と、磁気回転子の側面に設けられており中心導体の一端に電気的に接続された複数の端子電極と、端子電極に結合された回路素子と、磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石とを備えた非可逆回路素子が提供される。
【００１８】
以下、図面を用いて本発明の原理を説明する。図１は、本発明の非可逆回路素子の基本構成を示す模式図であり、（Ａ）は従来技術によるもの、（Ｂ）は本発明のものをそれぞれ示している。
【００１９】
同図（Ａ）に示すように、従来技術によると、絶縁性磁性体１０内に設けられた中心導体１１ａ及び１１ｂの間隔が広いため、中心導体１１ａ及び１１ｂの作る高周波磁束１２の一部１２ａがこれら中心導体１１ａ及び１１ｂの間を通り抜けてしまう。このため、高周波磁束が互いに弱めあってしまい磁性体内に広く分布することができない。
【００２０】
これに対して、同図（Ｂ）に示すように本発明によれば、絶縁性磁性体１３内に設けられた中心導体１４ａ及び１４ｂの間に非磁性の部分１５が設けられているため、高周波磁束１６はこの非磁性の部分１５に邪魔されてこれら中心導体１４ａ及び１４ｂの間を通り抜けることがほとんどなくなり、その大部分が中心導体１４ａ及び１４ｂの外側を通ることとなる。その結果、高周波磁束１６は絶縁性磁性体１３内に広く均一に分布することとなり、非可逆回路素子の周波数帯域を広げることができるのである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図であり、図３は本実施形態の非磁性の導体部分を説明する平面図、図４は本実施形態の磁気回転子の製造工程の一部を説明する図である。
【００２２】
これらの図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子は３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００２３】
図２において、２０ａ〜２０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体２０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体２２ａ及び２２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体２３ａ及び２３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、非磁性の導体２４、２５及び２６がそれぞれ設けられている。なお、図２の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００２４】
非磁性の導体２４、２５及び２６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図３からも明らかのように、これら非磁性の導体２４、２５及び２６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されている。
【００２５】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００２６】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００２７】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００２８】
次いで、図４（Ａ）に示すように、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂからなる中心導体と非磁性の導体２４、２５及び２６とを同時に形成する。導体２４、２５及び２６の形状及び形成位置は前述した通りである。導体材料としては、本実施形態では、非磁性のパラジウムペーストを使用している。このようにして導体パターンを印刷形成した中間のグリーンシート２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄ並びに上下のグリーンシート２０ａ及び２０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図４（Ａ）には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００２９】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体４０が得られる。この状態が、図４（Ｂ）に示されている。
【００３０】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、この焼成体４０の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極４１を形成する。また、焼成体４０の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極４２及びグランド電極４３を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極４２及びグランド電極４３となるように構成することにより、ストリップ導体２１ａ及び２１ｂ、２２ａ及び２２ｂ、並びに２３ａ及び２３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００３１】
非可逆回路素子全体としては、図４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ４４が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石４５及び４６がそれぞれ取り付けられている。永久磁石４５及び４６並びに図４には示されていないハウジングの組み付け構造等については後述する。
【００３２】
図５は本実施形態のハウジング自体の構造、並びに本実施形態の磁気回転子に励磁用永久磁石及びハウジングを組み付けた非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図及び斜視図である。
【００３３】
ハウジングを組み付ける場合には、同図（Ａ）に示すように、まず共振用キャパシタ５１（４４）をその１つおきの側面にそれぞれ取り付けた磁気回転子５０の上下面に励磁用永久磁石５２及び５３をそれぞれ積み重ねる。そして、側面から絶縁物支持体５４及び５５を押し当てることにより、この磁気回転子５０並びに励磁用永久磁石５２及び５３を支持する。その際、絶縁物支持体５４及び５５に設けられた入出力端子５６と磁気回転子５０に取り付けられた共振用キャパシタ５１（又は取り出し端子）との間に、クリームはんだを付着させた接続リード等を挟んで機械的に押し止める。この接続リードは、例えば、弾性を有するＵ字形の薄い銅製ストリップで構成される。また、絶縁物支持体５４及び５５は、セラミック、ガラスエポキシ樹脂又はその他の高温に耐える樹脂で成型される。
【００３４】
次いで、同図（Ｂ）に示すように、このように絶縁物支持体５４及び５５によって支持された磁気回転子及び励磁用永久磁石の組立体５７を金属ハウジング５８内に密着的に挿入し、かしめ用突起５８ａを折り曲げて固定する。これにより金属ハウジング５８と励磁用永久磁石５２及び５３とが密着固定されることとなる。金属ハウジング５８は、磁気ヨークとして動作可能な金属、好ましくは鋼板で構成されており、その表面には、ニッケルやクロム等のめっき処理が施されている。このハウジング５８は、対向する２面が開口しその他の面が連続している角筒形状を有している。このようにして組み立てたものを、リフロー炉に通してはんだを溶融させ、接続リード及び入出力端子５６間、接続リード及び共振用キャパシタ５１（又は取り出し端子）間の接続を行う。図５のＣ）は、このようにして完成させた非可逆回路素子５９を示している。
【００３５】
本実施形態においては、非磁性の導体（２４、２５及び２６）が六角形に成形されている。しかしながら、図６及び図７にも示すように、これらを矩形の非磁性導体２４′、２５′及び２６′又は円形の非磁性導体２４″、２５″及び２６″としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された形状であってもよい。ただし、これら非磁性導体（２４′、２５′及び２６′又は２４″、２５″及び２６″）は、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されることが必須である。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、非磁性の導体の形状も六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、非磁性の導体２４、２５及び２６がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、非磁性の導体をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、非磁性の導体は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００３７】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００３８】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．１が１ｍｍ、サンプルＮｏ．２が１．４ｍｍであり、非磁性の導体はストリップ導体の内縁と約２００μｍの間隙で離隔する六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．２から非磁性の導体をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．３及びサンプルＮｏ．４を用意した。
【００３９】
表１は、これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００４０】
【表１】
図８は本発明の他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００４２】
即ち、図８において、８０ａ〜８０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体８０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート８０ｂ、８０ｃ、及び８０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット８１ａ、８２ａ及び８３ａをそれぞれ有するストリップ導体８１、８２及び８３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体８１、８２及び８３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体８１のスリット８１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体８２ａのスリット８２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体８３のスリット８３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、非磁性の導体８４、８５及び８６がそれぞれ設けられている。なお、図８の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００４３】
非磁性の導体８４、８５及び８６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図３に示したものと同様に、これら非磁性の導体８４、８５及び８６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体のスリット８１ａ、８２ａ及び８３ａ内に位置する領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体と電気的に接続されないように、その内縁と僅かの間隙（例えば２００μｍの間隙）を隔てて形成されている。
【００４４】
図８の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図２の実施形態の場合と全く同様である。
【００４５】
図９は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図、図１０は本実施形態における誘電体部分を説明する平面図である。
【００４６】
同図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子も３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００４７】
図９において、９０ａ〜９０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体９０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート９０ｂ、９０ｃ、及び９０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体９２ａ及び９２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体９３ａ及び９３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、誘電体９４、９５及び９６がそれぞれ設けられている。なお、図９の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００４８】
誘電体９４、９５及び９６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０からも明らかのように、これら誘電体９４、９５及び９６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００４９】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００５０】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００５１】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００５２】
次いで、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂからなる中心導体を形成する。本実施形態では、導体材料として、非磁性のパラジウムペーストを使用している。次いで、誘電体ペーストを印刷することにより、誘電体９４、９５及び９６を形成する。誘電体９４、９５及び９６の形状及び形成位置は前述した通りである。このようにして導体パターン及び誘電体パターンを形成した中間のグリーンシート９０ｂ、９０ｃ、及び９０ｄ並びに上下のグリーンシート９０ａ及び９０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図９には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００５３】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体（４０、図４（Ｂ）参照）が得られる。
【００５４】
次いで、図２の実施形態の場合と同様に、この焼成体（４０）の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極を形成する。また、焼成体の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極（４２）及びグランド電極（４３）を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極（４２）及びグランド電極（４３）となるように構成することにより、ストリップ導体９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂ、並びに９３ａ及び９３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００５５】
非可逆回路素子全体としては、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２、図４（Ｃ）及び（Ｄ）参照）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ（４４）が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石（４５）及び（４６）がそれぞれ取り付けられている。永久磁石（４５）及び（４６）並びにハウジングの組み付け構造等は図２の実施形態と全く同様である。
【００５６】
本実施形態においては、誘電体９４、９５及び９６が六角形に成形されている。しかしながら、これらを矩形又は円形の誘電体としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された形状であってもよい。さらに、これら誘電体を中心導体の内縁と間隙を隔てるように形成してもよい。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、誘電体の形状もストリップ導体に囲まれる全領域を覆うように六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００５７】
さらに、本実施形態においては、誘電体がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、誘電体をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、誘電体は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００５８】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００５９】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．５が１ｍｍ、サンプルＮｏ．６が１．４ｍｍであり、誘電体はストリップ導体の内縁と一杯に形成された六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．５及びサンプルＮｏ．６から誘電体をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．７及びサンプルＮｏ．８を用意した。
【００６０】
表２は、これらサンプルＮｏ．５〜Ｎｏ．８について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００６１】
【表２】
図１１は本発明のまたさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図９の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００６３】
即ち、図１１において、１１０ａ〜１１０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１１０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット１１１ａ、１１２ａ及び１１３ａをそれぞれ有するストリップ導体１１１、１１２及び１１３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１１１、１１２及び１１３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１１１のスリット１１１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１１２ａのスリット１１２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体１１３のスリット１１３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、誘電体１１４、１１５及び１１６がそれぞれ設けられている。なお、図１１の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００６４】
誘電体１１４、１１５及び１１６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０に示したものと同様に、これら誘電体１１４、１１５及び１１６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１１１ａ、１１２ａ及び１１３ａからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００６５】
図１１の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図９の実施形態の場合と全く同様である。
【００６６】
図１２は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【００６７】
同図に示すように、本実施形態の非可逆回路素子も３端子型であり、従ってその磁気回転子は平面形状が正六角形となるように形成されている。しかしながら、均等な回転磁界が発生できる構造であれば、形状はかならずしも正六角形でなくともよく、六角形若しくはその他の多角形又は円形であってもよい。磁気回転子の平面形状を多角形とすれば、その側面に共振用キャパシタ等の回路素子を外付けした場合に、空いているスペースを有効に利用することができ、全体の寸法を小型に保つことが可能となる。
【００６８】
図１２において、１２０ａ〜１２０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１２０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄ上には、互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長する２本１組のストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂがそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂは、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１２２ａ及び１２２ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍、並びにストリップ導体１２３ａ及び１２３ｂ間のそれら導体の伸長方向の中心部近傍には、空隙１２４、１２５及び１２６がそれぞれ設けられている。なお、図１２の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００６９】
空隙１２４、１２５及び１２６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図９の実施形態における図１０に示した誘電体と同様に、これら空隙１２４、１２５及び１２６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００７０】
本実施形態における磁気回転子は、六角柱形状に形成されており、その六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍとなっている。８００ＭＨｚ近辺で動作させる場合、径は３〜６ｍｍ、厚さは０．５〜２ｍｍ程度に選ばれる。各ストリップ導体の幅及びストリップ導体間の間隔は、動作周波数、形状及び磁気回転子の寸法等によって異なるが、好ましくは、幅が０．３〜０．６ｍｍ、間隔が０．８〜１．６ｍｍ程度に選ばれる。
【００７１】
次に本実施形態の非可逆回路素子の製造工程について説明する。
【００７２】
まず、絶縁性磁性体グリーンシートを下記の方法で作成する。酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ）と酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ ）とをモル比で３：５の割合で混合する。混合して得た粉末を１２００℃で仮焼する。得られた仮焼粉をボールミルで粉砕する。これに有機バインダ及び溶剤を添加して磁性体スラリーを作成する。得られたスラリーをドクターブレード法でグリーンシートに成形する。
【００７３】
次いで、このようにして得た絶縁性磁性体グリーンシート上に、厚膜印刷法で、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂからなる中心導体を形成する。本実施形態では、導体材料として、非磁性のパラジウムペーストを使用している。次いで、カーボンペーストを印刷することにより、焼成後に空隙１２４、１２５及び１２６となるカーボンペースト層を形成する。カーボンペーストパターン（空隙１２４、１２５及び１２６）の形状及び形成位置は前述した通りである。このようにして導体パターン及びカーボンペーストパターンを形成した中間のグリーンシート１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄ並びに上下のグリーンシート１２０ａ及び１２０ｅを積層して熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの六角形に切断する。なお、図１２には、六角形に切断した状態で各グリーンシートが示されているが、実際には積層体としてから切断が行われる。
【００７４】
このような六角柱形状の積層体を、磁性体の焼結温度付近で焼成する。上述した材料の場合は、例えば１４８０℃で焼成する。磁性体材料に焼結助剤を添加することにより、焼成温度を下げることもできる。この焼成によってカーボンペースト層が消失し、その後にそのカーボンペーストパターンと同じ形状の空隙１２４、１２５及び１２６が形成される。また、焼成は１回であってもよいし、複数回行ってもよい。この焼結によって各グリーンシートを構成する磁性体が連続状態となり一体となった焼成体（４０、図４（Ｂ）参照）が得られる。
【００７５】
次いで、図２の実施形態の場合と同様に、この焼成体（４０）の上下面に銀ペーストを焼き付けることによってグランド電極を形成する。また、焼成体の側面の一部にも銀ペーストを焼き付けて端子電極（４２）及びグランド電極（４３）を形成する。この場合、六角柱形状の各角部分が交互に、端子電極（４２）及びグランド電極（４３）となるように構成することにより、ストリップ導体１２１ａ及び１２１ｂ、１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂの一方の端とこれら端子電極とを他方の端とこれらグランド電極とをそれぞれ電気的に接続する。以上の工程により、３端子型の磁気回転子が形成される。
【００７６】
非可逆回路素子全体としては、このように構成された磁気回転子の各端子電極（４２、図４（Ｃ）及び（Ｄ）参照）に、所望の周波数で共振するように選ばれた容量値の共振用キャパシタ（４４）が電気的に接続されている。磁気回転子の上下には、この磁気回転子に直流磁界を印加するための励磁用永久磁石（４５）及び（４６）がそれぞれ取り付けられている。永久磁石（４５）及び（４６）並びにハウジングの組み付け構造等は図２の実施形態と全く同様である。
【００７７】
本実施形態においては、空隙１２４、１２５及び１２６が六角形に成形されている。しかしながら、これらを矩形又は円形の空隙としてもよいし、その他の形状としてもよく、また、複数部分に分割された空隙形状であってもよい。さらに、これら空隙を中心導体の内縁と間隙を隔てて形成してもよい。なお、３端子型の磁気回転子の場合、ストリップ導体に囲まれる領域が六角形となるので、空隙の形状もストリップ導体に囲まれる全領域を占めるように六角形とした方が高周波磁束の通り抜けを防止する意味ではより有効となる。
【００７８】
さらに、本実施形態においては、空隙がストリップ導体（中心導体）に囲まれる領域内のみに設けられているが、少なくともこの領域内に設けられていれば、空隙をその外側の領域にも付加的に設けてもよいことは明らかである。また、空隙は、中心導体の存在する全ての層に形成されているが、１層以上の何層に設けても高周波磁束の通り抜けを防止効果が得られる。
【００７９】
また、本実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本のストリップ導体が設けられているが、１端子当り３本以上の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を設けてもよい。さらに、３層構造とすることなく、図１４の従来技術のようにヴィアホールを利用して中心導体を編み込んだ２層構造としてもよいし、４層以上の多層構造としてもよい。
【００８０】
本実施形態の非可逆回路素子について、実際にサンプルを作成した。サンプルの寸法として、六角形の径（対辺間の距離）は４ｍｍ、厚さは１ｍｍであり、ストリップ導体間の間隔はサンプルＮｏ．９が１ｍｍ、サンプルＮｏ．１０が１．４ｍｍであり、空隙はストリップ導体の内縁と一杯に形成された六角形である。また、比較用に、サンプルＮｏ．９及びサンプルＮｏ．１０から空隙をそれぞれ除去した形で同様の条件で作成したサンプルＮｏ．１１及びサンプルＮｏ．１２を用意した。
【００８１】
表３は、これらサンプルＮｏ．９〜Ｎｏ．１２について、アイソレーション（逆方向損失）を測定しその比帯域を計算した結果を示す。ただし、アイソレーションは、ヒューレットパッカード社製の８７１９ベクトルネットワークアナライザを使用して測定した。なお、比帯域とは、２０ｄＢのアイソレーション帯域をアイソレーションの中心周波数で除し、パーセントで表わした値である。同表から明らかのように、本実施形態によれば、アイソレーションの比帯域がかなり改善されている。
【００８２】
【表３】
図１３は本発明のさらに他の実施形態である３端子型非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１２の実施形態においては、中心導体として、１端子当り２本の互いに間隙を置いてほぼ平行に伸長するストリップ導体を用いているが、この実施形態では、各端子毎に伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体で中心導体を構成している。
【００８４】
即ち、図１３において、１３０ａ〜１３０ｅは積層され一体的に焼成されることによって最終的に絶縁性磁性体１３０となる磁性体グリーンシートを示している。中間の磁性体グリーンシート１３０ｂ、１３０ｃ、及び１３０ｄ上には、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリット１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａをそれぞれ有するストリップ導体１３１、１３２及び１３３がそれぞれ設けられており、これらが中心導体を構成している。ストリップ導体１３１、１３２及び１３３は、３つの放射方向に互いに１２０°の角度をなしてそれぞれ伸長している。ストリップ導体１３１のスリット１３１ａ内のその伸長方向の中心部近傍、ストリップ導体１３２ａのスリット１３２ａ内のその伸長方向の中心部近傍、及びストリップ導体１３３のスリット１３３ａ内のその伸長方向の中心部近傍には、空隙１３４、１３５及び１３６がそれぞれ設けられている。なお、図１３の例では、ストリップ導体が六角形の２つの辺に平行な放射方向に伸長しているが、ストリップ導体が六角形の２つの辺に垂直な放射方向に伸長してもよいことは、自明である。
【００８５】
空隙１３４、１３５及び１３６は、本実施形態では、六角形に成形されている。図１０に示したものと同様に、これら空隙１３４、１３５及び１３６は、磁気回転子を平面的に見た場合に、ストリップ導体１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａからなる中心導体で囲まれる領域（六角形となる）内に設けられており、中心導体で囲まれる全領域一杯に中心導体と重ならないように形成されている。
【００８６】
図１３の実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果、変更態様は図９の実施形態の場合と全く同様である。
【００８７】
また、以上述べた実施形態は３端子型非可逆回路素子に関するものであるが、本発明はそれ以上の数の端子を有する非可逆回路素子についても適用可能である。
【００８８】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明では、絶縁性磁性体と、この絶縁性磁性体内に各端子毎に設けられた中心導体とを備えた磁気回転子を含む非可逆回路素子であって、各端子毎の中心導体の少なくとも一部に、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ部分が設けられており、絶縁性磁性体内の上述のストリップ部分に囲まれる領域内に非磁性の部分が設けられている。その結果、中心導体の形成する高周波磁束が絶縁性磁性体内に設けられた非磁性の部分を通過することができなくなる。このため、高周波磁束が磁性体内全体に一様に分布することとなり、周波数帯域が大幅に広帯域化する。周波数帯域が広がれば、非可逆回路素子の動作周波数の調整を簡素化又は調整不要とすることができるのみならず、材料等の温度特性に基づく動作周波数変化を吸収することができる。その結果、製造歩留を大幅に改善することができ、製造コストの大幅な低減化を図ることができる。整理番号を９８Ｐ９３４３９に変更します。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非可逆回路素子及び従来の非可逆回路素子の基本構造を比較説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図２の実施形態における非磁性の導体部分を説明する平面図である。
【図４】図２の実施形態の磁気回転子の製造工程の一部を説明する図である。
【図５】ハウジング自体の構造並びに磁気回転子に励磁用永久磁石及びハウジングを組み付けた非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図６】図２の実施形態における非磁性の導体部分の変更態様を説明する平面図である。
【図７】図２の実施形態における非磁性の導体の部分の他の変更態様を説明する平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１０】図９の実施形態における誘電体の部分の構成を示す図である。
【図１１】本発明のまたさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態である３端子非可逆回路素子の磁気回転子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１４】従来の集中定数型非可逆回路素子における磁気回転子の分解斜視図である。
【図１５】従来の集中定数型非可逆回路素子の組立ての様子を示す分解斜視図である。
【図１６】回転高周波磁界に対する磁性体の透磁率を示す特性図である。
【符号の説明】
１０、１３、２０、８０ 絶縁性磁性体
１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂ 中心導体
１２、１２ａ、１６ 高周波磁束
１５ 非磁性の部分
２０ａ〜２０ｅ、８０ａ〜８０ｅ、９０ａ〜９０ｅ、１１０ａ〜１１０ｅ、１２０ａ〜１２０ｅ、１３０ａ〜１３０ｅ、 磁性体グリーンシート
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、８１、８２、８３、９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ、１１１、１１２、１１３、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、１３１、１３２、１３３ ストリップ導体
２４、２５、２６、２４′、２５′、２６′、２４″、２５″、２６、８４、８５、８６″ 非磁性の導体
４０ 焼成体
４１、４３ グランド電極
４２ 端子電極
４４ 共振用キャパシタ
４５、４６ 永久磁石
８１ａ、８２ａ、８３ａ、１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ スリット
９４、９５、９６、１１４、１１５、１１６ 誘電体
１２４、１２５、１２６、１３４、１３５、１３６ 空隙
Claims (8)
- 絶縁性磁性体と、該絶縁性磁性体内に各端子毎に設けられた中心導体とを備えた磁気回転子を含む非可逆回路素子であって、各端子毎の前記中心導体の少なくとも一部に、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ部分が設けられており、前記絶縁性磁性体内の前記ストリップ部分に囲まれる領域内に非磁性の部分を設けたことを特徴とする非可逆回路素子。
- 前記非磁性の部分が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す材料からなることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
- 前記非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す導体であり、該導体と前記中心導体とが電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。
- 前記非磁性を示す材料が少なくとも当該非可逆回路素子の使用温度においては非磁性を示す誘導体であることを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。
- 前記非磁性の部分が空隙であることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
- 各端子毎の前記中心導体が、互いに間隙を置いて伸長する複数のストリップ導体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
- 各端子毎の前記中心導体が、伸長方向に沿って伸びる少なくとも１つのスリットを有するストリップ導体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
- 請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気回転子と、該磁気回転子の側面に設けられており前記中心導体の一端に電気的に接続された複数の端子電極と、該端子電極に結合された回路素子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加するための励起用永久磁石とを備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
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1995
- 1995-11-20 JP JP32349295A patent/JP3567567B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09148806A (ja) | 1997-06-06 |
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