JP3598965B2 - Non-reciprocal circuit device and communication device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯などで使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子およびこれを備えた通信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
主に、マイクロ波帯で使用される非可逆回路素子として、入出力端子およびアース端子を有する樹脂ケース内に、入出力端子およびアース端子に電気的に導通する中心導体、該中心導体に近接するフェライトコア、該フェライトコアに静磁界を印加する永久磁石、および中心導体の終端側ポートに終端抵抗としての抵抗器を配し、金属ケース内に組み込まれたものが従来用いられている。
【0003】
また、このような非可逆回路素子は、その用途に応じて、中心導体の入力側ポート、出力側ポートおよび終端側ポートについて、幾つかの仕様が考案されている。
【0004】
この各仕様の非可逆回路素子について、図5および図6を参照して説明する。
図5の(A)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されている非可逆回路素子の等価回路図、図5の(B)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されているとともに、直列コイルおよびコンデンサが挿入されている非可逆回路素子の等価回路図、図5の(C)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されているとともに、直列コンデンサが挿入されている非可逆回路素子の等価回路図である。
【0005】
また、図6の(A)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されており、且つ入力側ポートにのみ、直列コイルおよびコンデンサが挿入されている非可逆回路素子図、図6の(B)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されており、且つ入力側ポートにのみ、直列コイルが挿入され、該コイルの入力端側に並列コンデンサが接続されている非可逆回路素子図、図6の(C)は、ポートの全てに並列コンデンサが接続されており、且つ終端側にのみ、直列コイルおよびコンデンサが挿入されている非可逆回路素子図である。
【0006】
また、複数の入出力ポート形状を変えることによりインダクタンスを変え、入力インピーダンスをそれぞれ異ならせた非可逆回路素子が、▲1▼実開昭59−91007に開示されている。
【0007】
また、全てのポートに並列コンデンサが接続されているとともに、直列コイルが挿入されている非可逆回路素子が、▲2▼特開昭48−3461に開示されている。
【0008】
また、全てのポートに並列コンデンサが接続されているとともに、入力側ポートにのみ直列コイルが挿入されている非可逆回路素子が、▲3▼特開平11−298205に開示されている。
【0009】
また、全てのポートに並列コンデンサが接続されるとともに、入力側ポートおよび出力側ポートに直列コイル、および可変コンデンサが挿入され、終端側ポートに、直列可変コンデンサのみが挿入されている非可逆回路素子が、▲4▼特開昭50−17949に開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の非可逆回路素子には、次に述べる解決すべき課題があった。
【0011】
図5の(A)に示した非可逆回路素子では、簡素な整合回路で低損失、小型に非可逆回路素子が構成されるが、特性インピーダンスは固定されてしまう。
【0012】
図5の(B)に示した非可逆回路素子では、全てのポートにおいて、挿入損失、アイソレーション特性、および反射損失等の特性が広帯域となる非可逆回路素子が構成されるが、構成要素が増加することにより、コストが大きく増加し、また各ポートでの損失が増加するとともに、小型化することが難しくなる。
【0013】
図5の(C)に示した非可逆回路素子では、全てのポートにおいて、特性インピーダンスを任意に設定できる非可逆回路素子が構成されるが、構成要素が増加することにより、各ポートでの損失が増加する。
【0014】
また、所定の低抵抗の入力インピーダンスで、出力インピーダンスを50Ωとして回路を構成しようとすると、出力側ポートの直列コンデンサの外形寸法が大きくなってしまい、非可逆回路素子に内蔵すると小型化が難しくなる。例えば、入力インピーダンス12Ω、出力インピーダンス50Ωとすると、各コンデンサの容量値は、入力ポート側直列コンデンサ:7pF,入力ポート側並列コンデンサ:3pF,出力ポート側直列コンデンサ:50pF,出力ポート側並列コンデンサ:12pFとなり、出力ポート側の直列コンデンサに外形の大きなものが必要となってしまい、非可逆回路素子に内蔵することが難しくなる。
【0015】
また、小型化するために積層コンデンサを用いると、1GHz以上のマイクロ波帯ではQ値が低くなってしまい、挿入損失が増加する。例えば、1GHzでの積層コンデンサ(50pF)のQ値は約10であり、挿入損失が約0.05dB劣化する。
【0016】
また、非可逆回路素子の主な用途であるアンテナへの接続部に使用する場合に、出力端子にアンテナを接続した状態で、誘導雷のサージ電圧などにより、出力側ポートの直列コンデンサおよび並列コンデンサに大量の静電気が蓄積し、耐電圧をこえてコンデンサが焼損、破壊をおこす可能性がある。これを防ぐ方法としては、出力端子とアース端子との間に、抵抗器、RFチョークコイルやサージ吸収器を接続すればよいが、損失が増加するとともに、コストアップし、また小型化が難しくなる。
【0017】
また、非可逆回路素子においては、その製造工程に、中心導体と入出力端子、およびアース端子との高周波特性の確認検査を実施するが、測定時間が長時間となるために、前記確認検査を行う前工程で中心導体と入出力端子との直流導通による接続状態検査を行う。しかし、中心導体と入出力端子との間に直列コンデンサが挿入されていると、直流によるオープン検出ができないため、全ての非可逆回路素子を高周波特性検査することとなり、工数が増加しコストアップとなる。また、高周波特性検査を行う際に、入出力端子およびアース端子に中心導体を押しつけて検査を行うが、この押しつけにより筐体が歪み、中心導体と各端子との箇所において、本来オープン不良である部分が不安定ながらも接続されてしまい、後工程へ流出し、遅れ発生の不良となる場合がある。本来、前記オープン不良は、直流印加による検査で検出できるのであるが、前述したように、図5(C)に示した非可逆回路素子では、各ポートに直列コンデンサが挿入されていることにより、前記遅れ発生の不良の検出による不具合品の流出防止が困難となる。
【0018】
図6の(A)に示した非可逆回路素子では、入力側ポートの反射損失特性が広帯域になり、目的帯域外の信号を減衰させる非可逆回路素子が構成されるが、コイルを使用しているため、Q値を劣化させないために磁路が必要となる。よって、該磁路を確保するための空間がコイル周囲に必要となり、必然的に非可逆回路素子自体が大きくなってしまう。
【0019】
図6の(B)に示した非可逆回路素子では、目的帯域外(特に高周波数側)の不要信号を減衰させる非可逆回路素子が構成されるが、図6の(A)に示した非可逆回路素子と同様にコイルを備えていることにより、小型化が難しくなる。
【0020】
図6の(C)に示した非可逆回路素子では、低損失でありながら、アイソレーション特性が広帯域である非可逆回路素子が構成されるが、図6の(A)に示した非可逆回路素子と同様にコイルを備えていることにより、小型化が難しくなる。
【0021】
▲1▼の非可逆回路素子では、各ポート毎に特性インピーダンスを任意に設定できるが、全てのポートにリアクタンスが構成されているため、損失が増加するとともに、小型化が難しくなる。
【0022】
▲2▼の非可逆回路素子では、全てのポートにおいて任意の特性インピーダンスが設定できるが、構成要素が増加することにより、各ポートでの損失が増加するとともに、小型化することが難しくなる。また、コイルを使用した場合には、特性インピーダンスが広範囲に設定できるが、素子自体が大きくなってしまい、さらに小型化することが難しくなる。
【0023】
▲3▼の非可逆回路素子では、目的帯域外の信号を減衰させることができるが、コイルを備えているため、素子自体が大きくなってしまい、小型化することが難しくなる。
【0024】
▲4▼の非可逆回路素子では、広帯域で入出力の整合ができ、インピーダンス整合が容易であるが、コイルを備えており、素子数も多いことにより、損失も増大してしまい、且つ小型化することが難しくなる。
【0025】
この発明の目的は、任意の入力インピーダンスを設定でき、全体として低損失で、小型の非可逆回路素子およびこれを備えた通信装置を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
この発明は、フェライトに複数の中心導体を交差させて配置してなる磁性組立体および該磁性組立体に静磁界を印加する永久磁石を金属ケース内に配し、前記中心導体の出力側ポートおよび終端側ポートとアース端子との間にそれぞれ並列コンデンサを接続し、前記中心導体の入力側ポートと入力端子との間に直列コンデンサを挿入し、入力ポートとアース端子との間に並列コンデンサを接続して構成する。
【0027】
また、この発明は、並列コンデンサおよび直列コンデンサの各々を、単板コンデンサで構成する。
【0028】
また、この発明は、入力側ポートの中心導体に接続する並列コンデンサおよび直列コンデンサで、中心導体を挟むとともに、並列コンデンサおよび直列コンデンサを上下に重ねて配置する。
【0029】
また、この発明は、入力側ポートの入力インピーダンスの値を3〜45Ωにして、入力側ポートに低いインピーダンスで前段回路と信号の受け渡しができるように構成する。
【0030】
また、この発明は、前記非可逆回路素子を備えて通信装置を構成する。
【0031】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態に係るアイソレータの構成を、図1〜図3を参照して説明する。
図1の(A)は、アイソレータの分解斜視図、図1の(B)は、アイソレータの入力側ポートを通る面での断面図、図1の(C)は、アイソレータの終端側ポートを通る面での断面図であり、図2は、アイソレータの等価回路であり、図3は、アイソレータの構成の違いによる挿入損失の周波数特性を表す図である。
【0032】
図1の(A)において、1は、入力端子9、出力端子10および下部ヨーク12に形成されているアース端子11を備えた樹脂成型体である。樹脂成型体1の内部には、中心導体4と中心導体4に近接するフェライト3からなる磁性組立体5、磁性組立体5に静磁界を印加する永久磁石6、磁性組立体5と永久磁石6との間を離間させるスペーサ7、整合素子としてのコンデンサC0,C1,C2,C3、および終端抵抗となる抵抗器Rを配しており、この樹脂成型体1の上部に上部ヨーク2を被せて、アイソレータを構成している。
【0033】
該アイソレータの等価回路は、図2に示すとおりである。この図2と図1とを参照して、中心導体4の入力側ポート40a、コンデンサC0,C1、入力端子9、およびアース端子11の関係を説明する。
【0034】
図1に示すように、中心導体4の入力側ポート40aを間に挟んで、上部にコンデンサC0を、下部にコンデンサC1を配し、コンデンサC0の上面と入力端子9とを電気的に導通するように、接続板8を配している。また、コンデンサC1の底面は、下部ヨーク12を介してアース端子11に接続している。
【0035】
また、中心導体4の終端側ポート40bは、コンデンサC2および抵抗器Rを並列に接続して、下部ヨーク12に形成されているアース端子11に電気的に接続している。
【0036】
また、中心導体4の出力側ポート40cは、出力端子10およびコンデンサC3を介して、下部ヨーク12に形成されているアース端子11に電気的に接続している。
【0037】
このような構成により、直列コンデンサの挿入で、等抵抗値を維持して入力インピーダンス値を整合する部分と、並列コンデンサの接続で、等コンダクタンス値を維持して入力インピーダンス値を整合する部分とを併せ持つために、入力インピーダンスを任意に決定できる。
【0038】
また、コンデンサにより、整合素子を構成するようにしたので、素子自体の外形が大きく、低損失の実現が困難なコイルを用いる場合よりも、素子を小さくでき、挿入損失を約0.1dB低減できるため、小型で低損失のアイソレータが構成できる。
【0039】
また、入力側ポートにのみ直列コンデンサを挿入しているために、小型化できるとともに、アイソレータ全体での構成素子数が減ることにより、例えば、入力側ポート、出力側ポート共に直列コンデンサを挿入した場合より、挿入損失が約0.03dB低減できる等の、低損失特性を得られる。このような素子の構成の違いによる損失特性を図3に示す。
【0040】
また、入力側ポートにのみ直列コンデンサを挿入していることにより、出力端子に接続されたアンテナ等の外部素子から、雷サージ等の流入があっても、出力端子に直列コンデンサが挿入されていないため、コンデンサへの大量の静電気蓄積がおきず、破損等の不具合が防止できる。
【0041】
また、入力側ポートにのみ直列コンデンサを挿入していることにより、出力端子は、直接中心導体を介して、アース端子に接続されているために、直流印加の導通テストにより、接続状態が確認できる。また、この導通テストを行えることにより、各端子に強い外力を加えることなく検査ができ、前記外力による筐体の変形が防止でき、また、接続部の不安定なアイソレータの流出を防止することができる。
【0042】
また、コンデンサは、その素子自体がコイルよりも安く、実装も容易であるため、安価にアイソレータが構成できる。また、入力側ポート40aにコンデンサが直列に挿入されているため、アイソレータに流入する直流成分を排除することができ、アイソレータに接続する前段回路に直流成分排除用のコンデンサを追加する必要がなくなり、低損失で安価な回路素子が構成できる。
【0043】
また、通常、前記直流成分排除のコンデンサには、積層コンデンサが用いられるが、低インピーダンス回路(3〜45Ω)においては、コンデンサのもつ等価直列抵抗成分が損失に大きく影響する。このため、積層コンデンサと比較して電極幅が広いく等価直列抵抗成分の小さい単板コンデンサを用いることにより、低損失で安価な回路素子が構成できる。
【0044】
また、単板コンデンサは、単体のコンデンサの数十倍〜数百倍の親基板コンデンサから、所望の容量を得るために、切り出しでコンデンサを形成することにより、所望の容量のコンデンサが形成できる。よって、コンデンサC0,C1,C2,C3を単板コンデンサで作成することにより、所望の特性を有するアイソレータを安価で、迅速に、且つ高精度に製造することができる。
【0045】
また、入力側ポートにのみ、単板コンデンサを用いて、低抵抗の入力インピーダンス回路を構成し、出力側ポートには直列コンデンサを挿入しないことにより、外形寸法の大きい単板コンデンサを用いることなく、小型のアイソレータを構成できる。例えば、入力インピーダンスを12Ω、出力インピーダンスを50Ωとした場合、各コンデンサの容量値は、C0=7pF,C1=3pF,C3=10pFとなり、十分アイソレータに内蔵できかつ小型に構成できる。
【0046】
また、コンデンサC0(入力側ポート40aの直列コンデンサ)とコンデンサC1(入力側ポート40aの並列コンデンサ)とで中心電極4の入力側ポート40aを挟み、上下に重ねる構造により、平面積が少なくできる。しかも、コンデンサC0,C1が単板コンデンサで形成されているため、コンデンサC0,C1を重ねても厚み方向にも大きく成らず、結果として、アイソレータを小型化することができる。
【0047】
また、入力インピーダンスを3〜45Ωと通常の50Ωよりも低くすることにより、低インピーダンスの負荷抵抗を要求される回路素子(電力増幅器等)に接続する場合、インピーダンス変換回路の構成を簡単にできる。すなわち、本発明に関する通信装置では、例えば3V等の低電圧電源によって駆動されており、低いインピーダンスでの信号の受け渡しが必須条件となるため、負荷インピーダンスが3〜5Ω程度である回路素子(電力増幅器の能動素子)から信号を受け、使用帯域内で電気特性を満足しつつ、アイソレータの通常の入力インピーダンスである50Ωに変換しようとすると、損失が増大してしまい、前記低インピーダンスの負荷抵抗を要求される回路素子の整合回路も複雑となる。このため、アイソレータの入力インピーダンスを、予め、3〜50Ωの中間の所定の値(例えば12Ω)にして、電力信号の受け渡しを行うことにより、低損失の回路構成が可能となる。
【0048】
次に、第2の実施形態に係る通信装置について、図4を参照して説明する。 図4においてANTは送受信アンテナ、DPXはデュプレクサ、BPFa,BPFbはそれぞれ帯域通過フィルタ、AMPa,AMPbはそれぞれ増幅回路、MIXa,MIXbはそれぞれミキサ、OSCはオシレータ、SYNは周波数シンセサイザ、ISOはアイソレータである。
【0049】
MIXaは、入力されたIF信号と、SYNから出力された信号とを混合し、BPFaはMIXaからの混合出力信号のうち送信周波数帯域のみを通過させ、AMPaはこれを電力増幅し、アイソレータISOおよびDPXを介しANTより送信する。アイソレータISOは、DPX等からのAMPaへの反射信号を阻止して、AMPaでの歪みの発生を防止する。AMPbはDPXから取り出した受信信号を増幅する。BPFbはAMPbから出力される受信信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。MIXbは、SYNから出力された周波数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号IFを出力する。
【0050】
図4に示したアイソレータISOとして、第1の実施形態で示したアイソレータを用いる。
【0051】
このように、低挿入損失で小型化を図った非可逆回路素子を用いることによって、全体に電力効率が高く、小型の通信装置を得る。
【0052】
【発明の効果】
この発明によれば、中心電極の全ポートとアース電極との間に並列コンデンサを接続し、且つ入力側ポートに直列コンデンサを挿入することにより、入力インピーダンスを任意に選択可能な低損失で小型の非可逆回路素子が安価に構成できる。
【0053】
た、この発明によれば、入力側ポートにのみ直列コンデンサを挿入することにより、出力端子外部からの静電気の流入による回路素子の破損を防止することができ、且つ、出力端子の直流による接続状態検査が可能であるため、工数が削減でき、検査工程に起因する不具合を削減できる。
【0054】
また、この発明によれば、各コンデンサを単板コンデンサにすることにより、迅速に、小型で高精度且つ低損失の非可逆回路素子が安価に構成できる。
【0055】
また、この発明によれば、中心導体の入力側ポートに直列コンデンサが挿入されていることにより、非可逆回路素子に流入する直流成分が排除され、非可逆回路素子の入力側に接続される回路および素子には、直流成分排除用の追加回路が必要なく、安価で小型且つ追加回路による損失の増加がない回路が構成できる。
【0056】
また、この発明によれば、中心導体の入力側ポートの直列コンデンサと並列コンデンサとを中心導体を挟んで、上下に重ねる構造にすることにより、小型の非可逆回路素子が構成できる。
【0057】
また、この発明によれば、入力インピーダンスを3〜45Ωと設定することにより、低インピーダンスの負荷抵抗が要求される回路素子と非可逆回路素子とを接続しても、低損失の回路が構成できる。
【0058】
また、この発明によれば、前記非可逆回路素子を備えることにより、小型で優れた通信性能を有する通信装置が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るアイソレータの分解斜視図および断面図
【図2】第1の実施形態に係るアイソレータの等価回路図
【図3】回路構成の違いによる挿入損失の周波数特性を示した図
【図4】第2の実施形態に係る通信装置のブロック図
【図5】従来の非可逆回路素子の等価回路図
【図6】従来の非可逆回路素子の等価回路図
【符号の説明】
1−樹脂成型体
2−上部ヨーク
3−フェライト
4−中心導体
40a−入力側ポート
40b−終端側ポート
40c−出力側ポート
5−磁性組立体
6−永久磁石
7−スペーサ
8−接続板
9−入力端子
10−出力端子
11−アース端子
12−下部ヨーク
C−コンデンサ
R−抵抗器
L−コイル
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-reciprocal circuit device such as an isolator and a circulator used in a microwave band and the like, and a communication device including the same.
[0002]
[Prior art]
Mainly, as a non-reciprocal circuit element used in the microwave band, in a resin case having an input / output terminal and an earth terminal, a center conductor electrically connected to the input / output terminal and the earth terminal, and close to the center conductor. Conventionally, a ferrite core, a permanent magnet for applying a static magnetic field to the ferrite core, and a resistor as a terminating resistor arranged at a terminating port of the center conductor are incorporated in a metal case.
[0003]
Further, in such a non-reciprocal circuit device, several specifications have been devised for an input port, an output port, and a termination port of a center conductor according to the application.
[0004]
The non-reciprocal circuit device of each specification will be described with reference to FIGS.
FIG. 5A is an equivalent circuit diagram of a non-reciprocal circuit device in which a parallel capacitor is connected to all of the ports, and FIG. 5B is a diagram in which a parallel capacitor is connected to all of the ports and a series capacitor is connected. FIG. 5C is an equivalent circuit diagram of a non-reciprocal circuit device in which a coil and a capacitor are inserted, and FIG. 5C shows a non-reciprocal circuit device in which a parallel capacitor is connected to all of the ports and a series capacitor is inserted. It is an equivalent circuit diagram.
[0005]
FIG. 6A is a non-reciprocal circuit device diagram in which a parallel capacitor is connected to all of the ports and a series coil and a capacitor are inserted only in the input-side port, and FIG. Is a non-reciprocal circuit device diagram in which a parallel capacitor is connected to all of the ports, and a series coil is inserted only into the input side port, and a parallel capacitor is connected to the input end of the coil, FIG. (C) is a non-reciprocal circuit device diagram in which a parallel capacitor is connected to all of the ports, and a series coil and a capacitor are inserted only on the terminal side.
[0006]
A non-reciprocal circuit device in which the inductance is changed by changing the shape of a plurality of input / output ports and the input impedances are respectively different is disclosed in (1) Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 59-91007.
[0007]
A non-reciprocal circuit device in which a parallel capacitor is connected to all ports and a series coil is inserted is disclosed in (2) JP-A-48-3461.
[0008]
Further, a non-reciprocal circuit device in which parallel capacitors are connected to all ports and a series coil is inserted only in the input port is disclosed in (3) Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-298205.
[0009]
A non-reciprocal circuit device in which parallel capacitors are connected to all ports, a series coil and a variable capacitor are inserted in the input and output ports, and only a series variable capacitor is inserted in the termination port. (4) is disclosed in JP-A-50-17949.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional non-reciprocal circuit device has the following problems to be solved.
[0011]
In the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 5A, the non-reciprocal circuit device is configured to have low loss and small size with a simple matching circuit, but the characteristic impedance is fixed.
[0012]
In the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 5B, a non-reciprocal circuit device having a wide range of characteristics such as insertion loss, isolation characteristics, and reflection loss is formed in all ports. The increase greatly increases the cost, increases the loss at each port, and makes it difficult to reduce the size.
[0013]
In the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 5C, a non-reciprocal circuit device capable of arbitrarily setting the characteristic impedance is formed in all ports. However, the loss at each port is increased by increasing the number of components. Increase.
[0014]
In addition, if a circuit is to be constructed with a predetermined low-resistance input impedance and an output impedance of 50Ω, the external dimensions of the series capacitor on the output side port become large, and it is difficult to reduce the size when incorporated in a non-reciprocal circuit device. . For example, assuming that the input impedance is 12Ω and the output impedance is 50Ω, the capacitance values of the respective capacitors are: input port side series capacitor: 7 pF, input port side parallel capacitor: 3 pF, output port side series capacitor: 50 pF, output port side parallel capacitor: 12 pF. Therefore, a large external capacitor is required for the series capacitor on the output port side, which makes it difficult to incorporate the series capacitor in the nonreciprocal circuit device.
[0015]
In addition, when a multilayer capacitor is used for miniaturization, the Q value becomes low in a microwave band of 1 GHz or more, and the insertion loss increases. For example, the Q value of the multilayer capacitor (50 pF) at 1 GHz is about 10, and the insertion loss deteriorates by about 0.05 dB.
[0016]
In addition, when using the nonreciprocal circuit element for the connection to the antenna, which is the main application, when the antenna is connected to the output terminal, the series capacitor and the parallel capacitor of the output port due to surge voltage of induced lightning etc. A large amount of static electricity may accumulate, causing the capacitor to burn out and break down beyond the withstand voltage. As a method for preventing this, a resistor, an RF choke coil, or a surge absorber may be connected between the output terminal and the ground terminal. However, the loss increases, the cost increases, and miniaturization becomes difficult. .
[0017]
Further, in the non-reciprocal circuit device, in the manufacturing process, a confirmation test of the high-frequency characteristics of the center conductor, the input / output terminal, and the ground terminal is performed, but since the measurement time is long, the confirmation test is performed. In a pre-process to be performed, a connection state inspection by DC conduction between the center conductor and the input / output terminal is performed. However, if a series capacitor is inserted between the center conductor and the input / output terminals, DC open detection cannot be performed, so that all nonreciprocal circuit elements must be inspected for high-frequency characteristics, increasing man-hours and increasing costs. Become. In addition, when performing a high-frequency characteristic test, the center conductor is pressed against the input / output terminal and the ground terminal, and the test is performed. However, the housing is distorted due to the pressing, and the opening between the center conductor and each terminal is originally an open defect. In some cases, the parts are connected even though they are unstable, and flow out to the subsequent process, which may cause a delay to occur. Originally, the open failure can be detected by inspection by applying a direct current. However, as described above, in the nonreciprocal circuit device shown in FIG. 5C, since a series capacitor is inserted in each port, It becomes difficult to prevent the outflow of defective products by detecting the delay occurrence failure.
[0018]
In the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 6A, the return loss characteristic of the input side port has a wide band, and a non-reciprocal circuit device for attenuating a signal outside the target band is configured. Therefore, a magnetic path is required to prevent the Q value from deteriorating. Therefore, a space for securing the magnetic path is required around the coil, and the non-reciprocal circuit element itself inevitably becomes large.
[0019]
In the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 6B, a non-reciprocal circuit device for attenuating an unnecessary signal outside the target band (especially on the high frequency side) is formed, but the non-reciprocal circuit device shown in FIG. The provision of the coil as in the case of the reversible circuit element makes it difficult to reduce the size.
[0020]
The non-reciprocal circuit device shown in FIG. 6 (C) constitutes a non-reciprocal circuit device having a low loss and a wide isolation characteristic, but the non-reciprocal circuit device shown in FIG. 6 (A). The provision of the coil in the same manner as the element makes it difficult to reduce the size.
[0021]
In the nonreciprocal circuit element of (1), the characteristic impedance can be arbitrarily set for each port, but since all ports have reactance, loss increases and miniaturization becomes difficult.
[0022]
In the nonreciprocal circuit element of (2), any characteristic impedance can be set in all ports. However, the increase in the number of components increases the loss at each port and makes it difficult to reduce the size. When a coil is used, the characteristic impedance can be set in a wide range, but the element itself becomes large and it is difficult to further reduce the size.
[0023]
In the nonreciprocal circuit device of (3), a signal outside the target band can be attenuated. However, since the device is provided with a coil, the device itself becomes large and it is difficult to reduce the size.
[0024]
In the non-reciprocal circuit element of (4), input / output matching can be performed in a wide band, and impedance matching is easy. However, since a coil is provided and the number of elements is large, the loss increases and the size is reduced. It becomes difficult to do.
[0025]
An object of the present invention is to provide a small non-reciprocal circuit device which can set an arbitrary input impedance and has low loss as a whole, and a communication device having the same.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a magnetic assembly in which a plurality of center conductors are arranged to cross a ferrite and a permanent magnet for applying a static magnetic field to the magnetic assembly are arranged in a metal case, and an output port of the center conductor and A parallel capacitor is connected between the terminal port and the ground terminal, a series capacitor is inserted between the input port of the center conductor and the input terminal, and a parallel capacitor is connected between the input port and the ground terminal. And configure.
[0027]
Further, in the present invention, each of the parallel capacitor and the series capacitor is constituted by a single-plate capacitor.
[0028]
Further, according to the present invention, a parallel capacitor and a series capacitor connected to the center conductor of the input port sandwich the center conductor, and the parallel capacitor and the series capacitor are arranged one above the other.
[0029]
Further, the present invention is configured such that the value of the input impedance of the input-side port is set to 3 to 45Ω so that the input-side port can transfer signals to and from the preceding circuit with low impedance.
[0030]
According to the present invention, a communication device includes the non-reciprocal circuit device.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The configuration of the isolator according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
1 (A) is an exploded perspective view of the isolator, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view taken along a plane passing through an input port of the isolator, and FIG. 1 (C) passes through a terminal port of the isolator. 2 is an equivalent circuit of the isolator, and FIG. 3 is a diagram illustrating frequency characteristics of insertion loss due to a difference in the configuration of the isolator.
[0032]
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a resin molded body including an input terminal 9, an output terminal 10, and a ground terminal 11 formed on a lower yoke 12. A magnetic assembly 5 including a center conductor 4 and a ferrite 3 adjacent to the center conductor 4, a permanent magnet 6 for applying a static magnetic field to the magnetic assembly 5, a magnetic assembly 5 and a permanent magnet 6 , Capacitors C0, C1, C2, and C3 as matching elements, and a resistor R serving as a terminating resistor are provided. The upper yoke 2 is placed over the resin molded body 1. And an isolator.
[0033]
The equivalent circuit of the isolator is as shown in FIG. With reference to FIGS. 2 and 1, the relationship among the input port 40a of the center conductor 4, the capacitors C0 and C1, the input terminal 9, and the ground terminal 11 will be described.
[0034]
As shown in FIG. 1, a capacitor C0 is arranged on the upper side and a capacitor C1 is arranged on the lower side with the input side port 40a of the center conductor 4 interposed therebetween, and the upper surface of the capacitor C0 and the input terminal 9 are electrically connected. Thus, the connection plate 8 is arranged. The bottom surface of the capacitor C1 is connected to the ground terminal 11 via the lower yoke 12.
[0035]
The terminal 40b of the center conductor 4 is electrically connected to the ground terminal 11 formed on the lower yoke 12 by connecting the capacitor C2 and the resistor R in parallel.
[0036]
The output port 40c of the center conductor 4 is electrically connected to the ground terminal 11 formed on the lower yoke 12 via the output terminal 10 and the capacitor C3.
[0037]
With this configuration, the part that matches the input impedance value while maintaining the equal resistance value by inserting a series capacitor, and the part that matches the input impedance value while maintaining the equal conductance value by connecting a parallel capacitor are connected. In addition, the input impedance can be determined arbitrarily.
[0038]
Further, since the matching element is constituted by the capacitor, the element can be made smaller and the insertion loss can be reduced by about 0.1 dB as compared with a case where a coil having a large outer shape and a low loss is difficult to be realized. Therefore, a compact and low-loss isolator can be configured.
[0039]
In addition, since a series capacitor is inserted only in the input port, the size can be reduced, and the number of components in the entire isolator is reduced.For example, when a series capacitor is inserted in both the input port and the output port. As a result, low loss characteristics, such as a reduction in insertion loss of about 0.03 dB, can be obtained. FIG. 3 shows the loss characteristics due to the difference in the configuration of such elements.
[0040]
In addition, since a series capacitor is inserted only into the input port, even when a lightning surge or the like flows in from an external element such as an antenna connected to the output terminal, no series capacitor is inserted into the output terminal. Therefore, a large amount of static electricity does not accumulate in the capacitor, and problems such as breakage can be prevented.
[0041]
In addition, since a series capacitor is inserted only in the input port, the output terminal is directly connected to the ground terminal via the center conductor, so that the connection state can be confirmed by a DC application continuity test. . Further, by performing the continuity test, inspection can be performed without applying a strong external force to each terminal, deformation of the housing due to the external force can be prevented, and unstable outflow of the isolator at the connection portion can be prevented. it can.
[0042]
Also, since the capacitor itself is cheaper than the coil itself and is easy to mount, an isolator can be formed at low cost. Further, since a capacitor is inserted in series at the input side port 40a, it is possible to eliminate a DC component flowing into the isolator, and it is not necessary to add a capacitor for eliminating a DC component to a pre-stage circuit connected to the isolator. A low-loss and inexpensive circuit element can be configured.
[0043]
Usually, a multilayer capacitor is used as the capacitor for eliminating the DC component. However, in a low impedance circuit (3 to 45Ω), the equivalent series resistance component of the capacitor greatly affects the loss. Therefore, by using a single-plate capacitor having a wider electrode width and a smaller equivalent series resistance component than a multilayer capacitor, a low-loss and inexpensive circuit element can be configured.
[0044]
In addition, a single-plate capacitor can be formed by cutting out a capacitor from a motherboard capacitor several tens to several hundred times as large as a single capacitor in order to obtain a desired capacitance, whereby a capacitor having a desired capacitance can be formed. Therefore, by forming the capacitors C0, C1, C2, and C3 with single-plate capacitors, an isolator having desired characteristics can be manufactured at low cost, quickly, and with high accuracy.
[0045]
In addition, only a single-plate capacitor is used for the input side port to form a low-resistance input impedance circuit, and a series capacitor is not inserted into the output-side port. A small isolator can be configured. For example, when the input impedance is 12Ω and the output impedance is 50Ω, the capacitance values of the respective capacitors are C0 = 7 pF, C1 = 3 pF, and C3 = 10 pF.
[0046]
In addition, the planar area can be reduced by a structure in which the input side port 40a of the center electrode 4 is sandwiched between the capacitor C0 (series capacitor of the input side port 40a) and the capacitor C1 (parallel capacitor of the input side port 40a) and vertically stacked. Moreover, since the capacitors C0 and C1 are formed of single-plate capacitors, they do not increase in the thickness direction even when the capacitors C0 and C1 are stacked, and as a result, the isolator can be downsized.
[0047]
In addition, by setting the input impedance to 3 to 45Ω, which is lower than the normal 50Ω, the configuration of the impedance conversion circuit can be simplified when connecting to a circuit element (power amplifier or the like) requiring a low impedance load resistance. That is, the communication device according to the present invention is driven by a low-voltage power supply such as 3 V, and the transmission and reception of a signal with low impedance is an essential condition. Therefore, a circuit element (power amplifier) having a load impedance of about 3 to 5 Ω If an attempt is made to receive the signal from the active element and convert it to 50Ω, which is the normal input impedance of the isolator, while satisfying the electrical characteristics within the used band, the loss increases, and the low impedance load resistance is required. The matching circuit of the circuit element to be performed is also complicated. Therefore, by setting the input impedance of the isolator to an intermediate predetermined value (for example, 12 Ω) of 3 to 50Ω in advance and transmitting and receiving the power signal, a low-loss circuit configuration can be realized.
[0048]
Next, a communication device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4, ANT is a transmitting / receiving antenna, DPX is a duplexer, BPFa and BPFb are band pass filters, AMPa and AMPb are amplifier circuits, MIXa and MIXb are mixers, OSC is an oscillator, SYN is a frequency synthesizer, and ISO is an isolator. .
[0049]
MIXa mixes the input IF signal and the signal output from the SYN, and BPFa allows only the transmission frequency band of the mixed output signal from MIXa to pass, AMPa amplifies the power, amplifies the isolator ISO and Sent from ANT via DPX. The isolator ISO prevents a reflected signal from the DPX or the like to the AMPa to prevent the occurrence of distortion in the AMPa. AMPb amplifies the received signal extracted from DPX. BPFb allows only the reception frequency band of the reception signal output from AMPb to pass. The MIXb mixes the frequency signal output from the SYN and the received signal to output an intermediate frequency signal IF.
[0050]
The isolator shown in the first embodiment is used as the isolator ISO shown in FIG.
[0051]
As described above, by using the non-reciprocal circuit device which is reduced in size with low insertion loss, a small communication device having high power efficiency as a whole is obtained.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, by connecting a parallel capacitor between all the ports of the center electrode and the ground electrode, and inserting a series capacitor in the input port, a low-loss and small-size that can arbitrarily select an input impedance is provided. Non-reciprocal circuit elements can be configured at low cost.
[0053]
Also, according to the present invention, by inserting a series capacitor only on the input side port, it is possible to prevent damage to the circuit elements due to the inflow of static electricity from the output terminal outside, and, connected by a direct current output terminal Since the state inspection is possible, man-hours can be reduced, and defects caused by the inspection process can be reduced.
[0054]
Further, according to the present invention, since each capacitor is a single-plate capacitor, a small, high-precision, low-loss non-reciprocal circuit device can be constructed quickly and inexpensively.
[0055]
According to the invention, the DC component flowing into the non-reciprocal circuit device is eliminated by inserting the series capacitor in the input port of the center conductor, and the circuit connected to the input side of the non-reciprocal circuit device In addition, an additional circuit for eliminating a DC component is not required for the element, and a circuit that is inexpensive, small, and has no increase in loss due to the additional circuit can be configured.
[0056]
Further, according to the present invention, a small non-reciprocal circuit device can be configured by a structure in which the series capacitor and the parallel capacitor of the input port of the center conductor are vertically stacked with the center conductor interposed therebetween.
[0057]
Further, according to the present invention, by setting the input impedance to 3 to 45Ω, a low-loss circuit can be configured even when a circuit element requiring a low-impedance load resistance and a non-reciprocal circuit element are connected. .
[0058]
Further, according to the present invention, by providing the non-reciprocal circuit device, a small-sized communication device having excellent communication performance can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view and a sectional view of an isolator according to a first embodiment; FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the isolator according to the first embodiment; FIG. FIG. 4 is a block diagram of a communication device according to a second embodiment. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a conventional non-reciprocal circuit device. FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a conventional non-reciprocal circuit device. Description】
1-resin molding 2-upper yoke 3-ferrite 4-center conductor 40a-input port 40b-terminal port 40c-output port 5-magnetic assembly 6-permanent magnet 7-spacer 8-connection plate 9-input Terminal 10-output terminal 11-ground terminal 12-lower yoke C-capacitor R-resistor L-coil

Claims (2)

フェライトに複数の中心導体を交差させて配置してなる磁性組立体と、該磁性組立体に静磁界を印加する永久磁石とからなる非可逆回路素子において、
前記中心導体の出力側ポートおよび終端側ポートとアース端子との間にそれぞれ並列コンデンサを接続し、前記中心導体の入力側ポートにのみ当該入力側ポートと入力端子との間に直列コンデンサを挿入し、前記入力側ポートとアース端子との間に並列コンデンサを接続して入力側ポートの入力インピーダンスを3〜45Ωにするとともに、前記並列コンデンサおよび前記直列コンデンサの各々を、誘電体板の対向面に電極を形成してなる単板コンデンサで構成し、前記入力側ポートを前記フェライトの厚み方向と同方向を厚み方向とする板状にし、該入力側ポートに接続する前記並列コンデンサおよび前記直列コンデンサで、当該入力側ポートを厚み方向に挟むとともに、前記並列コンデンサおよび前記直列コンデンサを前記入力側ポートの厚み方向である上下に重ねて配置したことを特徴とする非可逆回路素子。
In a non-reciprocal circuit device comprising a magnetic assembly in which a plurality of center conductors are arranged crossing a ferrite and a permanent magnet for applying a static magnetic field to the magnetic assembly,
A parallel capacitor is connected between the output port and the termination port of the center conductor and the ground terminal, and a series capacitor is inserted between the input port and the input terminal only on the input port of the center conductor. A parallel capacitor is connected between the input port and the ground terminal to make the input impedance of the input port 3 to 45Ω , and each of the parallel capacitor and the series capacitor is placed on the opposite surface of the dielectric plate. The input port is formed in a plate shape having the same thickness direction as the thickness direction of the ferrite, and the parallel capacitor and the series capacitor are connected to the input port. , Sandwiching the input port in the thickness direction, and connecting the parallel capacitor and the series capacitor to the input port. Nonreciprocal circuit device, characterized in that arranged one above is the thickness direction.
請求項1に記載の非可逆回路素子を備えた通信装置。A communication device comprising the non-reciprocal circuit device according to claim 1 .
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