JP3580529B2

JP3580529B2 - 同軸型サーキュレータ及び共用器

Info

Publication number: JP3580529B2
Application number: JP21284199A
Authority: JP
Inventors: 憲一工藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: US6563394B1; JP2001044711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同軸型サーキュレータ及び共用器に関し、更に詳しくはＹ字ストリップ導体の交点に静磁界を加えたフェライトを配置して構成される同軸型サーキュレータ及び該サーキュレータを利用した共用器に関する。
【０００２】
従来、多重無線装置の分波装置に使用される共用器は導波管コンポーネントで構成されていたが、近年装置が小型化・コストダウンされるのに伴い、共用器を同軸コンポーネントで構成する要求が高まっている。
【０００３】
ところで、共用器のように多数の送信周波数が通過する箇所では、送信周波数の任意の２波又は３波等により高調波歪（２ｆ_２−ｆ_１，ｆ_１＋ｆ_２−ｆ_３等）が発生することが分かっており、この高調波歪が受信周波数帯域に入ると本来の受信信号を劣化させてしまう。通常、送信側で発生した高調波歪は共用器に使用されているサーキュレータのアイソレーション機能により受信側へ漏れ込むレベルが落とされるため問題は無いが、共用器内部で発生した高調波歪についてはそのままのレベルで受信側へ伝送されるので問題となることが多い。そこで、共用器（サーキュレータ）内部では高調波歪を発生させないことが望まれる。
【０００４】
【従来の技術】
図１６〜図１９は従来技術を説明する図（１）〜（４）で、図１６は従来の同軸型サーキュレータの組立図を示している。図において、金属製よりなる筐体ブロック１１の３つの側面開口部に同軸コネクタ３１_１〜３１_３を取り付け、これらの中心導体間にＹ字状（中央に円形ジャンクション部を有する）の内部導体１３をはんだ付け固定する。この内部導体１３の上側にテフロンサポート１５ａ及びこれにより位置決めされるフェライト１７ａと、銅円板１９ａと、アルミ製のリング２１ａ及びこれにより位置決めされるマグネット２３ａとを順に搭載し、その上からヨーク２５ａを筐体ブロック１１にネジ止めする。内部導体１３の下側の構成も同様である。図１７（Ａ）に内部導体１３の平面図、また図１７（Ｂ）に組立後の同軸型サーキュレータの断面図｛図１７（Ａ）のａ−ａ断面図｝を示す。この様な同軸サーキュレータが自ら高調波歪を生じないためには、フェライト１７ａ，１７ｂに接する銅円板１９ａ，１９ｂが確実にアースされている必要がある。
【０００５】
図１８に図１７（Ｂ）の右上の部分拡大図を示す。従来は、リング２１ａを幾分厚めに構成しておき、ネジ３５を筐体ブロック１１のネジ穴３３に締めつけると、ヨーク２５ａがリング２１ａを下方に付勢して銅円板１９ａを筐体ブロック１１の内側段付き部分に押しつけ、こうして銅円板１９ａのアースを得ていた。銅円板１９ｂについても同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、銅円板１９の内側部品（フェライト１７，テフロンサポート１５等）に寸法誤差があると、銅円板１９と筐体ブロック１１の段付き部分との接触が部分的に不完全となり、その不完全接触部分で高調波歪が発生する不都合があった。図１９（Ａ）に高調波歪（２波歪，３波歪）が発生している場合の出力特性を示す。なお、この高調波歪は、筐体ブロック１１の段付き部分と銅円板１９との間に銅箔等を挟むことにより筐体アースとの接触状態を改善することで、出力特性を改善できることが確かめられている。図１９（Ｂ）に改善された出力特性を示す。
【０００７】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、簡単な構成により高調波歪の発生が十分に抑制された同軸型サーキュレータ及び共用器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）の同軸型サーキュレータは、Ｙ字ストリップ導体の交点に静磁界を加えたフェライトを配置して構成される同軸型サーキュレータにおいて、誘電体基板４１の表面中央にＹ字状の内導体パターン１３及びその周囲の表裏面にスルーホールで互いに短絡されたアースパターン１４ａ，１４ｂを夫々設け、該基板をその上下に装荷したフェライト１７ａ，１７ｂと共に上下筐体ブロック１１ａ，１１ｂで挟み込み、前記アースパターン１４ａ，１４ｂを筐体ブロック１１ａ，１１ｂの各アース面に接触させたものである。
【０００９】
本発明（１）においては、誘電体基板４１上に内導体パターン１３を設ける構成により、周辺のアースパターン１４ａ，１４ｂと共に様々な導波路構造（特性）を精密かつ安定に実現できる。また内導体パターン１３には容易に変更を加えることが可能であり、よって周辺部品の特性バラツキ等によらず、同軸型サーキュレータとしての所要の特性が得られる。また基板４１のアースパターン１４ａ，１４ｂを内導体上下のフェライト１７ａ，１７ｂと共に筐体ブロック１１ａ，１１ｂのアース面で挟み込み、これらを共締めする構成により、内導体１３の周辺の導波路（特にフェライト１７ａ，１７ｂの上下端面）には完全なアース面が得られ、よってサーキュレータ内部で発生する様な高調波歪を十分に抑制できる。
【００１０】
好ましくは本発明（２）においては、上記本発明（１）において、例えば図４に示す如く、誘電体基板４１は多層構造を備え、その中心層に内導体パターン１３を設けたものである。
【００１１】
本発明（２）においては、内導体パターン１３の表裏に同サイズの誘電体層が存在する構成により、内導体パターン１３を中心とする導波路構造の対称性が改善される。
【００１２】
また好ましくは本発明（３）においては、上記本発明（１）において、例えば図５に示す如く、内導体パターン１３の周囲に複数のランド１８を設けたものである。
【００１３】
本発明（３）によれば、このランドを利用して内導体パターン１３の上に大き目の箔（内導体）２０を半田付けすることが可能であり、これにより内導体パターン１３の大きさを実質的に変更し、通過周波数範囲を微調整可能となる。
【００１４】
また好ましくは本発明（４）においては、上記本発明（１）において、例えば図８（Ｂ）に示す如く、内導体パターン１３を同軸コネクタ３１に変換するパターン部分に筐体ブロック１１ａからネジ５３を挿入可能としたものである。
【００１５】
従って、ネジ５３により各端子の入出力インピーダンスの調整が精密に行える。又は、逆に内部導体１３のパターン精度をラフにしておくことが可能であり、その最終的な調整を、内部導体１３に対するパターン削りや箔調整無しに、サーキュレータ完成体の状態で行うことが容易に可能となる。
【００１６】
また好ましくは本発明（５）においては、上記本発明（１）において、例えば図９に示す如く、同軸コネクタ３１と内導体パターン１３との接続部分にローパスフィルタパターンを形成したものである。
【００１７】
本発明（５）においては、誘電体基板４１上に内導体パターン１３を設ける構成により、比較的複雑な形状の各種フィルタパターンを容易に形成できる。またローパスフィルタパターンを形成する構成により外来の不要高周波成分を有効に除去できる。
【００１８】
また本発明（６）の共用器は、例えば図１１に示す如く、請求項１に記載の誘電体基板４１を複数直結した構造の単一の誘電体基板４３を備え、該誘電体基板４３を介して複数の同軸型サーキュレータを直結したものである。
【００１９】
本発明（６）においては、単一の誘電体基板４３を介して複数の同軸型サーキュレータを直結する構成により、従来のコネクタ結合部で発生する様な高調波歪を有効に抑制できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
【００２３】
図１〜図３は第１の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１）〜（３）で、図１はその組立図を示している。この同軸型サーキュレータは、中間の誘電体基板４１及びその上下に装荷されるフェライト１７ａ，１７ｂ等を上下の筐体ブロック１１ａ，１１ｂにより挟み込み、これらを３つのネジ孔３４を使用してネジで共締めする構成となっており、これにより内導体パターン１３の周囲には確実なアース面が得られる。
【００２４】
図２（Ａ）にサーキュレータ組立後の断面図を示す。上部の筐体ブロック１１ａはその上下にザグリ穴を備えており、上側の穴にはマグネット２３ａが直接収容され、また下側の穴にはテフロンサポート１５ａと、これにより位置決めされたフェライト１７ａとが収容される。この状態では、フェライト１７ａの上端面は筐体ブロック１１ａのアース面（ザグリ穴面）に確実に接触しており、よって高調波歪みを発生しない。下部の筐体ブロック１１ｂについても同様である。
【００２５】
図２（Ｂ）〜（Ｄ）に誘電体基板４１の表面、側面及び裏面図を示す。誘電体基板４１の表面にはＹ字状の内導体パターン１３と、その周囲を囲む様に設けられたアースパターン１４ａ（筐体ブロック１１ａの内径と同形状）とを備える。また誘電体基板４１の裏面には表面と同一形状のアースパターン１４ｂを備え、かつ両アースパターン１４ａ，１４ｂの間は内導体パターン１３になるべく近い場所で多数のスルーホール１６により電気的に短絡（結合）されている。
【００２６】
かかる構成では、内導体パターン１３は誘電体基板４１により安定に支持される。またその周囲面ではアースパターン１４ａ，１４ｂ及びスルーホール１６により確実なアース面が形成されており、これはあたかも内導体パターン１３が筐体ブロック１１ａの延長部分で囲まれているのと同様の関係にある。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に筐体ブロック１１ａの表面、側面及び裏面図を示す。図３（Ａ）において、筐体ブロック１１ａの表面側にはマグネット２３ａと略同一サイズのザグリ穴２４ａが設けられており、ここにマグネット２３ａを直接に収容する。これにより、従来のアルミリング２１ａを省略し、部品点数を削減している。図３（Ｂ）において、筐体ブロック１１ａの側面には下側の筐体ブロック１１ｂと共に同軸コネクタ３１の接続開口部を形成するための溝部１８ａが形成されている。図３（Ｃ）において、筐体ブロック１１ａの裏面側には、テフロンサポート１５ａと、これにより内導体パターン１３の中央（円形ジャンクション部）に位置決めされるフェライト１７ａとを収容するためのザグリ穴１６ａが設けられている。図３（Ｂ）に戻り、上下のザグリ穴２４ａ，１６ａの間は連通しておらず、筐体（金属）材料によって仕切られている。この境界面はフェライト１７ａの上面に接する共に、筐体ブロック１１ａと一体となってサーキュレータの導波路部分の完全なアース面を構成している。これにより、従来の銅円板１９ａを省略し、部品点数を削減している。図３（Ｃ）に戻り、ザグリ穴１６ａと溝部１８ａとは連通し、またそれ以外の部分は平面となっており、よって基板４１のアースパターン１４ａとの確実なアース接触が得られる。筐体ブロック１１ｂについても同様である。
【００２８】
この様な上下筐体ブロック１１ａ，１１ｂで上記誘電体基板４１を挟み込み、これらをネジで共締めする構成により、従来の様にアース強化用部品（金属箔等）を必要とすることなく、内導体パターン１３の周囲（導波路）には常に安定なアース面が確実に形成される。そして、外部回路とのインターフェースは内導体パターン１３の円形ジャンクション部分から３方に伸びたパターンの各基板端部でコネクタに変換される。
【００２９】
図４〜図１０は第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（１）〜（７）である。図４は上記図２の誘電体基板４１の変形例を示しており、誘電体基板４１を多層（３層）構造にした場合を示している。図４（Ｃ）はこの例の誘電体基板の側面、図４（Ｂ）は表面、図４（Ｄ）は裏面、そして図４（Ａ）は中間層のパターンを夫々示している。図４（Ｃ）において、この例の誘電体基板４１は２層になっている。図４（Ａ）において、この例の誘電体基板４１の中間層には内導体パターン１３及びアースパターン１４ａを備える。また図４（Ｂ），（Ｄ）において、その表面及び裏面には中間層のアースパターン１４ａと同一形状のアースパターン１４ｃ，１４ｂを夫々備え、これらのアースパターン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間はスルーホール１６によって電気的に短絡（結合）されている。従って、この例の内導体パターン１３は上下筐体ブロック１１ａ，１１ｂで構成される導波路空間部の中心に位置することになり、導波路構造の対称性（バランス）が改善されている。
【００３０】
図５は上記図２の誘電体基板４１の他の変形例を示しており、図５（Ａ）は内導体パターン１３の周囲に複数のランド１８を設けた場合を示している。この種の同軸型サーキュレータではフェライト１７のバラツキや特性変動等により、サーキュレータの特性が高周波側にシフトしてしまう場合も少なくない。図６に一例のリターンロス特性を示す。図６（Ａ）は端子１のリターンロスＳ_１１を示しており、所要周波数帯域がマーカ（△）１〜２の範囲であるところ、この例ではリターンロス最小となる点が幾分高周波側にシフトしている。図６（Ｂ）は端子２のリターンロスＳ_２２を示しており、同じく所要周波数帯域がマーカ（△）１〜２の範囲であるところ、この例ではリターンロス最小となる点が幾分高周波側にシフトしている。
【００３１】
係る場合には、図５（Ｂ）に示す如く、少し大き目の銅箔円板２０を用意し、多数のランド１８を使用して内導体パターン１３上に半田付けをする。銅箔円板２０はランド１８の作用によって内導体パターン１３上に一様な高さで確実に半田付けされるため、フェライト１７ａとの間にも均一な接触が得られる。これにより見かけ上のジャンクション径が大きくなり、フェライト１７における共振周波数が低下し、こうして別段の部品の変更なしに、所要の周波数帯域へ調整することが可能となる。図７に上記調整後の一例のリターンロス特性を示す。図７（Ａ）は端子１のリターンロスＳ_１１を示しており、リターンロス最小となる点が所要周波数帯域（マーカ１〜２）の中間にシフトしている。図７（Ｂ）は端子２のリターンロスＳ_２２を示しており、同じくリターンロス最小となる点が所要周波数帯域（マーカ１〜２）の中間にシフトしている。
【００３２】
更に、図８に示す如く、誘電体基板４１上の内導体パターン１３に対しては様々な加工を行うことが比較的容易に可能である。図８（Ａ）において、例えば銅箔５１を半田付けし、又は内導体パターン１３に切り欠き５２を設ける事で、入出力インピーダンスを容易に調整出来る。好ましくは、図８（Ｂ）に示す如く、内導体パターン１３の内の同軸コネクタ３１との変換に使用されるパターン部分に筐体ブロック１１ａからネジ５３を挿入し、挿入長の変化に応じて入出力インピーダンスを調整可能とする。
【００３３】
また、図９（Ａ）に示す如く、誘電体基板４１上の内導体パターン１３に対してはローパスフィルタ（ＬＰＦ）等の複雑なパターンを形成することが容易である。図９（Ｂ）に一例のローパスフィルタパターンをその寸法と共に示す。この例におけるプリント板材料は厚さ０．４ｍｍのテフロンガラス基板、フィルタの通過帯域は３．６ＧＨｚ〜４．２ＧＨｚ、カットオフ周波数は５ＧＨｚ、段数は５段である。
【００３４】
図１０は一例のローパスフィルタの通過特性を示す。横軸は周波数、縦軸は通過特性Ｓ_２１である。マーカ（△）１〜１の範囲がサーキュレータの所要帯域であるとすると、ローパスフィルタを設けない場合の初期通過特性は所要帯域よりもかなり高域まで延びている。このため、もしマーカ（△）５の付近にハイパワーの信号（例えばレーダ等）が存在すると、受信盤のローノイズアンプ（ＬＮＡ）の能力（帯域）が十分な場合には、この不要波によってＬＮＡが飽和してしまう。そこで、サーキュレータにローパスフィルタを設けることにより不要波の通過を十分に制限できる。
【００３５】
図１１は第１の実施の形態による共用器を説明する図で、該図はその組立図を示している。なお組立後の構成を図示しないが、上記の説明から容易に理解できる。この共用器は基本的には上記第１の実施の形態による同軸型サーキュレータを複数直結した構造により実現される。但し、従来の様に各サーキュレータを単に同軸コネクタで直結するのではなく、上記第１の実施の形態における誘電体基板４１（図２，図４，図５等）を複数直結した構造の単一の誘電体基板４３を備え、該誘電体基板４３を介して複数の同軸型サーキュレータを直結し、全体として単一の共用器を実現している。即ち、共通の誘電体基板４３上では内導体パターン１３_１の端子２側と内導体パターン１３_２の端子１側とが図示の如く直結されており、その周囲では各内導体パターン１３_１，１３_２を基準として上記第１の実施の形態におけると同様の各部品が組み立てられる。この時、２つのサーキュレータの直結部分には隙間はなく、共通の誘電体基板４３上に完全な導波路結合部が形成され、これにより従来のコネクタ結合部で発生していた様な高調波歪を有効に抑制できる。
【００３６】
また、内導体パターンを３個以上直結することが可能であり、こうして任意段数の共用器を高性能で構成できる。この場合でも同軸サーキュレータ単体の各部品をそのまま利用出来るため、経済的である。また段毎に独立して必要な調整も行える。また従来の様なコネクタ結合部での高調波歪を気にせずに任意段数の同軸型共用器を提供可能となる。
【００３７】
また、この共用器に上記ローパスフィルタの構成を適用すれば、外来高周波の不要波成分を除去可能となるため、受信系の前段にあるローノイズアンプが不要な高周波成分によって飽和してしまうことを有効に防ぐことが可能となる。
【００３８】
なお、上記複数の同軸型サーキュレータを直結する際には共通の誘電体基板４３以外は同軸サーキュレータ単体の各部品をそのまま利用出来ると述べたが、これに限らない。筐体１１ａ，１１ｂ等については夫々２段用，３段用等のものを一体化して成形しても良い。こうすれば、機械的強度も、また電気的な接地性能も共に改善される。
【００３９】
図１２，図１３は第２の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１），（２）で、サーキュレータの導波路空間内に確実なアース面の得られる他の構成例を示している。図１２はその組立図である。中央の筐体ブロック１１の３つの側面開口部に同軸コネクタ３１_１〜３１_３を取り付け、これらの中心導体間にＹ字状の内部導体１３をはんだ付け固定する。更にこの内部導体１３の上下にテフロンサポート１５ａ，１５ｂ及びフェライト１７ａ，１７ｂを夫々収容する。上部筐体ブロック１１ａの底面は平面になっており、これを筐体ブロック１１の上面に被せる。また下部筐体ブロック１１ｂの上面も図示の如く平面になっており、これを筐体ブロック１１の下面に押し当てる。そして、これらの各筐体ブロック１１ａ，１１，１１ｂをネジで共締めすることにより、サーキュレータの導波路空間内には確実なアース面が得られる。図１３に組立後の断面図を示す。
【００４０】
図１４，図１５は第３の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１），（２）で、サーキュレータの導波路空間内に確実なアース面の得られる更に他の構成例を示している。図１４はその組立図である。下側の筐体ブロック１１ｂのザグリ穴１６ｂ内にテフロンサポート１５ｂを挿入する。このテフロンサポート１５ｂは上部のテフロンサポート１５ａの機能を兼ねるべくその高さ方向に延長されており、よって上部のテフロンサポート１５ａは省略されている。このテフロンサポート１５ｂの中にフェライト１７ｂ，Ｙ字状の内部導体１３、フェライト１７ａを順に挿入する。また筐体ブロック１１ｂの３つの側面半開口部に同軸コネクタ３１_１〜３１_３を取り付け、これらの中心導体間にＹ字状の内部導体１３をはんだ付け固定する。その際には、テフロンサポート１５ｂに設けた縦方向の切り欠き部が内導体１３の位置出しを容易にさせる。そして、筐体ブロック１１ｂの上に対称な形状の筐体ブロック１１ａを被せ、これらをネジで共締めする。これにより、サーキュレータの導波路空間内には確実なアース面が得られる。図１５に組立後の断面図を示す。
【００４１】
なお、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、簡単な構成により高調波歪の発生を十分に抑制でき、高性能、高信頼性の同軸型サーキュレータ及び共用器を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１）である。
【図２】第１の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（２）である。
【図３】第１の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（３）である。
【図４】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（１）である。
【図５】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（２）である。
【図６】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（３）である。
【図７】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（４）である。
【図８】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（５）である。
【図９】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（６）である。
【図１０】第１の実施の形態における様々な変形例を説明する図（７）である。
【図１１】第１の実施の形態による共用器を説明する図である。
【図１２】第２の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１）である。
【図１３】第２の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（２）である。
【図１４】第３の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（１）である。
【図１５】第３の実施の形態による同軸型サーキュレータを説明する図（２）である。
【図１６】従来技術を説明する図（１）である。
【図１７】従来技術を説明する図（２）である。
【図１８】従来技術を説明する図（３）である。
【図１９】従来技術を説明する図（４）である。
【符号の説明】
１１筐体ブロック
１３内部導体（内導体パターン）
１４アースパターン
１５テフロンサポート
１６スルーホール
１７フェライト
１８ランド
１９銅円板
２０箔円板
２１アルミリング
２３マグネット
２５ヨーク
３１同軸コネクタ
４１，４３誘電体基板

Claims

Ｙ字ストリップ導体の交点に静磁界を加えたフェライトを配置して構成される同軸型サーキュレータにおいて、
誘電体基板の表面中央にＹ字状の内導体パターン及びその周囲の表裏面にスルーホールで互いに短絡されたアースパターンを夫々設け、該基板をその上下に装荷したフェライトと共に上下筐体ブロックで挟み込み、前記アースパターンを筐体ブロックの各アース面に接触させたことを特徴とする同軸型サーキュレータ。
誘電体基板は多層構造を備え、その中心層に内導体パターンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の同軸型サーキュレータ。
内導体パターンの周囲に複数のランドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の同軸型サーキュレータ。
内導体パターンを同軸コネクタに変換するパターン部分に筐体ブロックからネジを挿入可能としたことを特徴とする請求項１に記載の同軸型サーキュレータ。
同軸コネクタと内導体パターンとの接続部分にローパスフィルタパターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の同軸型サーキュレータ。
請求項１に記載の誘電体基板を複数直結した構造の単一の誘電体基板を備え、該誘電体基板を介して複数の同軸型サーキュレータを直結したことを特徴とする共用器。