JP3734455B2 - 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、マイクロ波帯などの高周波帯域で使用されるアイソレータ、サーキュレータ等の非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の一般的なアイソレータ（非可逆回路素子）の分解斜視図である。この図に示すアイソレータ６０は、下ヨーク６１と上ヨーク６２との間に磁石部材６３とスペーサ部材６４と磁性組立体６５とコンデンサ基板６６、６７、６８と終端抵抗６９と基板７０とを介在させて構成されている。
この例の磁性組立体６５は、フェライト板等からなる磁性体基板７２とそれの表面側を囲んで配置された中心導体７３、７４、７５と、磁性体基板７２の裏面側でこれらの導体を接続した共通電極とから構成され、各中心導体７３、７４、７５がスリットにより個々に２分割されている。
【０００３】
また、前記基板７０の上には、薄板状のコンデンサ基板６６、６７、６８が配置され、これらコンデンサ基板６６、６７、６８の内側に磁性組立体６５が配置され、磁性組立体６５の中心導体７３、７４、７５の各先端部７３ａ、７４ａ、７５ａがそれらの下に位置するコンデンサ基板６６、６７、６８に半田付けされて接合されている。また、これらの上側には、凸部６４ａ、６４ａを有する板状のスペーサ部材６４が配置され、そのスペーサ部材６４の上に板状の磁石部材６３が配置されて構成されている。
【０００４】
図１３に示す従来例のアイソレータ６０において磁石部材６３は磁性体基板７２に対してバイアス磁界を印加するために設けられている。また、下ヨーク６１と上ヨーク６２は、先の磁石部材６３からのバイアス磁界の磁路を形成するために、それらの側端部を垂直に折り曲げて折曲部を構成し、下ヨーク６１と上ヨーク６２を合わせた場合に全体として箱形になるように形成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アイソレータ全体の素子サイズはｍｍ単位で年々小型化されてきているので、ヨークの側面部と磁性体基板７２とが近接配置される結果、あるいは、ヨーク側面部と磁石部材６３とが近接配置される結果、ヨーク側面部の位置的な影響で磁性体基板７２に印加されるバイアス磁界の均一性が悪化し、アイソレータとしての挿入損失が増加するなど、性能低下を引き起こすという問題があった。
【０００６】
また、図１３に示すアイソレータ６０において、磁性体基板７２に対して均一なバイアス磁界を作用させるためには、従来、磁性体基板７２の大きさを磁石部材６３に対して小さく形成し、磁性体基板７２の全体に均一なバイアス磁界が作用するようにしていた。従って従来の磁性体基板７２はアイソレータ６０の全幅の５０％程度の大きさに設定されているが、アイソレータ６０としての性能を更に向上させるためには、できる限り磁性体基板７２を大きくしたいという課題があった。
【０００７】
本発明は以上の背景に基づいてなされたもので、強磁性体からなるヨークの側壁部分にギャップ部を形成するようにして磁性体基板周辺部に作用するバイアス磁界の乱れを抑制し、非可逆回路素子としての挿入損失の低下を防止し、挿入損失の低下を引き起こすことなく素子全体の小型化をなすことができる非可逆回路素子を提供することを目的の１つとする。
本発明は以上の背景に基づいてなされたもので、強磁性体からなるヨークの側壁部分にギャップ部を形成するようにして磁性体基板周辺部に作用するバイアス磁界の乱れを抑制し、非可逆回路素子としての挿入損失の低下を抑制し、挿入損失の低下を引き起こすことなく全体の小型化をなすことができるとともに、磁性体基板の大きさをできる限り大きくできるようにして性能を向上させた非可逆回路素子を提供することを目的の１つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、上ヨークと下ヨークにより形成され側壁部を有するヨーク本体の内部に、磁性体基板と、該磁性体基板の主面上に個々に絶縁されて配置される複数本の線路導体と、前記磁性体基板の周囲に配置される複数のコンデンサ基板と、前記磁性体基板の主面に対して略垂直な方向に直流バイアス磁界を印加するための磁石部材とが具備され、前記複数の線路導体が前記磁性体基板の主面側において相互に重ねられ、前記磁性体基板の他面側において相互に接続され、前記磁性体基板の主面側において重ねられた前記線路導体の各端部が前記コンデンサ基板に接続されるとともに、前記上ヨークと下ヨークが強磁性体の板材からなり、前記上ヨークと下ヨークの少なくとも一方の端部に前記上ヨークあるいは下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部からなる側壁部の一部が形成され、前記上ヨークと下ヨークを一体化して前記折曲部により側壁部の一部を構成することで矩形箱状のヨーク本体が構成され、前記上ヨークの折曲部と前記下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に前記上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部が形成される一方、前記ヨーク本体の内部に収容された磁性体基板が略長方形状とされ、その長辺側の両端部がヨーク本体側壁部に近接され、その短辺側端部の外側に個々にコンデンサ基板が配置されるとともに、前記ギャップ部が前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成されたことを特徴とする。
【０００９】
上ヨークと下ヨークの間にこれらの上下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を設けた場合、非可逆回路素子を小型化しても磁石部材と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉、並びに、磁性体基板と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉が生じ難くなり、磁石部材から磁性体基板に作用させるバイアス磁界の乱れを少なくすることができ、結果的に挿入損失を抑制できる。また、バイアス磁界の乱れを抑制できるのでヨーク本体の側壁部分と磁石部材あるいは磁性体基板との距離を従来構造よりも更に接近させることができ、非可逆回路素子としての小型化に寄与する。
また、上ヨークあるいは下ヨークに設けた上ヨークと下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部によりヨーク本体の側壁部の一部を構成し、上ヨークの折曲部と下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を形成することで、折曲部の存在によりギャップ部の距離を調整できるので、薄い磁石部材であっても磁性体基板に印加できるバイアス強度を保ちつつ、バイアス磁界を均一にできる。
【００１２】
本発明は前記ギャップ部を前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成したので、磁性体基板の隣接領域にギャップ部を設けることで磁性体基板とヨークの側壁部分とを接近させて小型構造とした場合であってもバイアス磁界の乱れを生じ難くすることが可能となる。
ギャップ部を設けた部分については、強磁性体の板材からなるヨークの側壁部分が存在しないので、ヨーク全体としての形状を保持するために磁気的に影響を持たない樹脂成形部を配置することが好ましい。これにより、バイアス磁界に影響を及ぼすことなくヨークとしての形状を保持することが可能となる。
本発明は前記課題を解決するために、前記ヨーク本体において前記折曲部の長さが前記ヨークの内部に収納された磁石部材の厚さ以下にされてなることを特徴とする。
ギャップ部の厚さは大きい方が好ましいが、中でも、前記折曲部の長さが磁石部材の厚さよりも小さければ良好な特性が得られ易い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
図１〜図３は非可逆回路素子の一例であるアイソレータの第１の形態を示すもので、この形態のアイソレータ１は、上ヨーク２と下ヨーク３とからケース状に構成されたヨーク本体９内に、永久磁石などからなる磁石部材４と強磁性体からなる磁性体基板５と線路導体６、７、８とこれら線路導体６、７、８を接続した共通電極１０と磁性体基板５の周囲に配置されたコンデンサ基板１１、１２と終端抵抗（抵抗素子）１３とを備えて構成されている。
【００１４】
前記上ヨーク２と下ヨーク３からなるヨーク本体９は例えば４ｍｍ×４ｍｍ程度の箱形に形成されている。また、側面視略コ字型の上ヨーク２は側面視略コ字型の下ヨーク３に嵌め込み自在の大きさとされており、上ヨーク２と下ヨーク３の互いの開口部分を嵌め合わせることで両者を一体として箱状のヨーク本体９を構成することができるように構成されている。
即ち、下ヨーク３は図１に示すように平面視矩形状の強磁性体からなる底板３ａとこの底板３ａの相対向する２辺側に立設された樹脂成形部からなる側壁部（外壁部）３ｂとから構成される側面コ字型に形成されるとともに、上ヨーク２は図１と図４に示すように平面矩形状の強磁性体からなる天板２ａとこの天板２ａの相対向する２辺側に立設された樹脂成形部からなる側壁部（外壁部）２ｂとから構成される側面コ字型に形成されていて、上ヨーク２の側壁部２ｂ、２ｂと下ヨーク３の側壁部３ｂ、３ｂとを互い違いに配置してヨーク２、３が嵌め合わされている。また、上ヨーク２の側壁部２ｂ、２ｂと下ヨーク３の側壁部３ｂ、３ｂがいずれも樹脂製であるために、上ヨーク２と下ヨーク３との間の部分が全てギャップ部３Ｇとされている。
【００１５】
なお、これらのヨーク２、３の形状はこの形態の形状に限定されるものではなく、複数のヨークでケース本体９を構成するものであれば、任意の形状で差し支えない。例えば、ヨーク２、３のどちらか一方の４周縁部のみに側壁部を形成してヨーク２、３の残りの一方を単板形状としても良く、ヨーク２、３のどちらか一方のヨークの３周縁部に側壁部を形成し他方のヨークの１周縁部に側壁部を形成しても良い。更に本発明の実施形態としては、ヨーク２、３の側壁部のうち、ヨーク２、３に近い側の部分を一部分のみ折曲部としてこれを延長するように樹脂成形部の側壁部を構成し、この樹脂成形部の側壁部を介して両ヨークを一体化した構成とする必要がある。
【００１６】
前記の如く嵌め合わされた下ヨーク２と上ヨーク３が囲む空間には、先の磁性体基板５と３本の線路導体６、７、８とこれら線路導体６、７、８を接続した共通電極１０とからなる磁性組立体１５が収納されている。
前記磁性体基板５は、フェライト等の強磁性体からなり、図２に示すように平面視横長の略長方形板状とされている。より詳細には磁性体基板５は、相対向する横長の２つの長辺５ａ、５ａと、これらの長辺５ａ、５ａに直角向きの短辺５ｂ、５ｂと、これらを接続する傾斜辺５ｄとから構成されている。
【００１７】
先の３本の線路導体６、７、８と共通電極１０は図３の展開図に示すように一体化されてなり、３本の線路導体６、７、８と共通電極１０とを主体として電極部１６が構成されている。先の共通電極１０は、平面視先の磁性体基板５とほぼ相似形状の金属板からなる本体部１０Ａから構成されている。この本体部１０Ａは２つの長辺部１０ａ、１０ａと、短辺部１０ｂ、１０ｂと、これらを結ぶ４つの傾斜部１０ｃとから構成される平面視略長方形（矩形状）とされている。
【００１８】
先の共通電極１０の４つのコーナ部の傾斜部１０ｃのうち、一方の長辺部側の２つの傾斜部１０ｃから第１の線路導体６と第２の線路導体７が延出形成されている。まず、先の２つの傾斜部１０ｃの一方から、第１の基部導体６ａと第１の中心導体６ｂと第１の先端部導体６ｃからなる第１の線路導体６が延出形成される一方、先の傾斜部１０ｃの他方から、第２の基部導体７ａと第２の中心導体７ｂと第２の先端部導体７ｃとからなる第２の線路導体７が延出形成されている。前記基部導体６ａ、７ａはいずれも傾斜部１０ｃを延長するように傾斜部１０ｃと同じ幅に形成されている。次に、前記中心導体６ｂ、７ｂはいずれも共通電極１０の短辺部１０ｂに対して平行に形成されている。
前記第１の線路導体６の幅方向中央部にはスリット部１８を形成することで中央部導体６ｂが２本の分割導体６ｂ１、６ｂ２に分割され、基部導体６ａも２本の分割導体６ａ１、６ａ２に分割され、前記第２の線路導体７の幅方向中央部にも同様のスリット部１９が形成されて分割導体７ｂ１、７ｂ２に分割され、基部導体７ａも分割導体７ａ１、７ａ２に分割されている。
【００１９】
前記共通電極１０の他方の長辺部１０ａ側の中央部に第３の線路導体８が延設されている。この第３の線路導体８は共通電極１０から突出形成された第３の基部導体８ａと第３の中心導体８ｂと第３の先端部導体８ｃから構成されている。
前記第３の基部導体８ａは２本の短冊状の分割導体８ａ１、８ａ２からなり、２本の分割導体８ａ１、８ａ２の間にはスリット２０が形成されている。前記第３の中心導体８ｂは、平面視Ｌ字状の分割導体８ｂ１と分割導体８ｂ２とからなり、分割導体８ｂ１と８ｂ２とから菱形の中心導体８ｂが構成されている。
更に、これらの分割導体８ｂ１、８ｂ２の先端側はＬ字型の第３の先端部導体８ｃに一体化されている。この第３の先端部導体８ｃは接続部８ｃ１と接続部８ｃ２とから構成されている。
前記の如く構成された共通電極１０は、その本体部１０Ａを磁性体基板５の裏面側（一面側）に添わせ、第１の線路導体６と第２の線路導体７と第３の線路導体８とを磁性体基板５の表面側（他面側）に折り曲げて磁性体基板５に装着され、磁性体基板５とともに磁性組立体１５が構成されている。
【００２０】
以上のように第１〜第３の線路導体６、７、８を磁性体基板５の主面（表面）側に装着することで、図１Ａに示すように第１の線路導体６と第２の線路導体７は個々に磁性体基板５の対角線に沿って重ねて配置されている。
なお、図１Ａでは略したが、磁性体基板５と第１の線路導体６と第２の線路導体７と第３の線路導体８との間には各々図１Ｂに簡略的に示すように絶縁シートＺが介在されて各線路導体６、７、８は個々に電気的に絶縁されている。
【００２１】
前記磁性組立体１５は下ヨーク３の底部中央側に配置され、下ヨーク３の底部側の磁性組立体１５の両側部分には平面視細長で先の磁性体基板５の半分程度の厚さの板状のコンデンサ基板１１、１２が収納され、コンデンサ基板１２の一側部側には終端抵抗１３が収納されている。
【００２２】
先の第１の線路導体６の先端部導体６ｃを先のコンデンサ基板１１の一側端部に形成されている電極部１１ａに電気的に接続し、先の第２の線路導体７の先端部導体７ｃを先のコンデンサ基板１１の他側端部に形成されている電極部１１ｂに電気的に接続し、先の第３の中心導体８の先端部導体８ｃをコンデンサ基板１２と終端抵抗１３に電気的に接続して磁性組立体１５にコンデンサ１１、１２と終端抵抗１３とが接続されている。なお、この終端抵抗１３を接続しなければ、本実施形態の構成はサーキュレータとして機能する。
【００２３】
前記先端部導体７ｃの部分が接続されたコンデンサ基板１１の端部側にアイソレータ１としての第１ポートＰ１が形成され、先端部導体６ｃの部分が接続されたコンデンサ基板１１の端部側にアイソレータ１としての第２ポートＰ２が形成され、先端部導体８ｃの部分が接続された終端抵抗１３の端部側がアイソレータ１としての第３ポートＰ３とされている。
【００２４】
また、下ヨーク３と上ヨーク２との間の空間部において磁性組立体１５はその空間部の厚さの半分程を占有する厚さに形成されているので、磁性組立体１５よりも上ヨーク２側の空間部分には、図６にも示すスペーサ部材３０が収納され、該スペーサ部材３０に磁石部材４が設置されている。
先のスペーサ部材３０は、上ヨーク２の内部に収納可能な大きさの基板部３１と、この基板部３１の底部側の４隅の各コーナ部分に形成された脚部３１ａとからなり、基板部３１において脚部（凸部）３１ａ…が形成されていない側の面（上面）に収納凹部３１ｂが形成され、該収納凹部３１ｂの底面側には基板部３１を貫通する矩形型の透孔３１ｃが形成されている。
【００２５】
次に、図１に示す磁性体基板５の横幅（平面視矩形状の磁性体基板５の長さ方向に沿う幅）は、ヨーク２、３からなるヨーク本体９の横幅の６５％以上、１００％以下であることが好ましく、７５％以上、１００％以下であることがより好ましい。ヨーク２、３が４ｍｍ角の大きさとするならば、６５％以上、１００％以下とは２.６ｍｍ以上、４ｍｍ以下、７５％以上、１００％以下とは、３ｍｍ以上、４ｍｍ以下を意味する。
この点において従来構造では磁性体基板に均一なバイアス磁界を印加するために、５０％程度、即ち４ｍｍ角のアイソレータでは２ｍｍ程度とされていたが、本願発明構造を採用して磁性体基板周辺部のバイアス磁界の乱れを無くするならば、上述の範囲の磁性体基板とすることが可能となり、アイソレータ１としての性能向上に寄与する。
【００２６】
これにより、例えば０.８ＧＨｚ帯域用のアイソレータにおいて、磁性体基板の主面上に配置するべき中央導体の導体長として３ｍｍ以上が望ましいと考えられるが、磁性体基板５の横幅を２.６７ｍｍとするならば磁性体基板５の対角線を想定して導体長３ｍｍを確保し易いので、この場合に４ｍｍ角のアイソレータを実現することができる。これに対して４ｍｍ角のアイソレータにおいて５０％程度で２ｍｍ幅の磁性体基板を用いた場合は、中央導体を対角線に配置しても２.８３ｍｍ（８1/2）程度の線路長を確保するのが限界となる。
【００２７】
図１〜図６に示す形態のアイソレータ１は、線路導体６、７、８における中心導体６ｂ、７ｂ、８ｂの折り曲げ部分が磁性体基板５の表面側において正確な角度に折り畳まれている。従って、入力側の線路導体から磁性体基板５に入力された信号を出力側に効果的に伝搬させることができ、低損失でしかも広帯域な通過特性を発揮できる。従って磁性組立体１５の磁気特性として好適なものが確実に得られるようになる。
また、下ヨーク３の側壁を樹脂製の側壁部３ｂとし、上ヨーク２の側壁を樹脂製の側壁部２ｂとして上下のヨーク２，３の周縁部間をギャップ部３Ｇとしているので、アイソレータ１を小型化してヨーク２，３の側壁部と磁石部材４の周縁部が更に接近しても、あるいは、ヨーク２，３の側壁部と磁性体基板５の両端部が更に接近しても、磁性体基板５の主面（上面）の全域にほぼ垂直な向きのバイアス磁界を印加することが可能となる。
これに対してヨーク２，３の側壁部が仮に強磁性体からなるものである場合、強磁性体のヨーク側壁部によって磁性体基板５の両端部側のバイアス磁界が乱される結果、磁性体基板５の主面周辺部に対して垂直方向の良好なバイアス磁界印加ができなくなる構成に比較し、先の構成であるならば、磁性体基板５の主面に対して垂直な方向のバイアス磁界を印加し易くなる。
【００２８】
図６は、先のアイソレータ１が適用される携帯電話装置の回路構成の一例を示すもので、この例の回路構成においては、アンテナ４０にデュプレクサ（アンテナ共用器）４１が接続され、このデュプレクサ４１の出力側にローノイズアンプ（増幅器）４２と段間フィルタ４８と混合回路４３を介してＩＦ回路４４が接続され、デュプレクサ４１の入力側にアイソレータ１とパワーアンプ（増幅器）４５と混合回路４６を介してＩＦ回路４７が接続され、混合回路４３、４６に分配トランス４９を介して局部発振器５０が接続されて構成されている。
先の構成のアイソレータ１は図６Ａに示すような携帯電話装置の回路に組み込まれて使用され、アイソレータ１からアンテナ共振器４１側への信号は低損失で通過させるが、その逆方向の信号は損失を大きくして遮断するように作用する。これにより、増幅器４５側のノイズ等の不要な信号を増幅器４２側に逆入力させないという作用を奏する。
【００２９】
図６Ｂは先に示した構成のアイソレータ１の動作原理を示すものである。図６Ｂに示す回路に組み込まれているアイソレータ１は、符号１'で示す第１ポートＰ１側から符号２'で示す第２ポートＰ２方向への信号は伝えるが、符号２'の第２ポートＰ２側から符号３'の第３ポートＰ３側への信号は終端抵抗１３により減衰させて吸収し、終端抵抗１３側の符号３'で示す第３ポートＰ３側から符号１'で示す第１ポートＰ１側への信号は遮断する。
従って図６Ａに示す回路に組み込んだ場合に先に説明した効果を奏することができる。
【００３０】
ところで以上説明した形態においては、磁性組立体１５として図２に示す略矩形状の磁性体基板５と図３に示す電極部１６とを組み合わせたものを適用したが、本発明で用いる磁性組立体として、図１３に示す円盤型の磁性体基板７２とそれを囲んで配置された中心導体７３、７４、７５とその裏面側に配置される共通電極とから構成されたものを用いても良いのは勿論である。本発明で用いる磁性組立体においては、適用される磁性体基板の形状が特に制限されるものではなく、中心導体の形状も特に制限されるものではない。
【００３１】
次に、先の形態ではヨーク２、３の側壁部分を樹脂製として強磁性体からなる部分を板状に形成してヨーク２、３を全体として個々にコ字型に形成したが、本発明の実施の形態では板状の強磁性体の両端部を部分的に折り曲げて強磁性体のみで側壁部分を有するコ字型に形成し、強磁性体の折曲部からなる側壁部分を延長するように樹脂成形部の側壁部を形成してヨークとする。この場合は、ヨーク本体９に関して側壁部分の一部分が強磁性体からなり残りの一部分が成形樹脂からなる構成とすることができる。そして、この構成を採用した場合、樹脂製の側壁部分がギャップ部となるので、ギャップ部の厚さはヨーク本体の側壁部の高さよりも薄いものとなる。
【００３２】
前記の如くヨークの折り曲げ部分により側壁部の一部を構成する場合、磁石部材４を０.６５ｍｍの厚さとすると、ヨーク２，３の折り曲げ部の長さの例として、上ヨーク２の折り曲げ部の長さを０.６５ｍｍ以下として下ヨーク３の折り曲げ部の長さを１.０ｍｍ以下とすることができ、下ヨーク３の折り曲げ部の長さを０.６５ｍｍ以下として上ヨークの折り曲げ部の長さを１.０ｍｍ以下とすることができる。
先の折り曲げ部の長さにおいて、磁石部材４の厚さ程度以下が好ましく、磁石部材４の厚さの半分程度以下がより好ましい。例えば磁石部材４の厚さが０.６５ｍｍの場合、折り曲げ部の長さは０.６５ｍｍ以下、好ましくは０.３ｍｍ以下である。
これらの値の関係において、強磁性体の折り曲げ部からヨークの側壁部を構成した場合に、この側壁部の長さを長くした方がより薄い磁石部材４で所定のバイアス磁界強度が得られ易いが、強磁性体からなるヨークの側壁部が短い方があるいは無い方が磁性体基板５に印加されるバイアス磁界の分布を均一にすることができる。
【００３３】
【実施例】
図１に示すアイソレータの構成において、磁性体基板として図２に示す略矩形状ではなく、図１３に示す円盤状の磁性体基板を用いてアイソレータを組み立てて試験に供した。
第１の中心導体の先端部のポートＰ１と第２の中心導体の先端部のポートＰ２に接続するべきコンデンサ基板の容量を５.０ｐＦ、ポートＰ３に接続するべきコンデンサの容量を５.０ｐＦに設定し、フェライトからなる磁性体基板を直径２.０ｍｍ、厚さ０.３５ｍｍの円盤状のものとして全体４ｍｍ角のアイソレータを作製した。
アイソレータを構成する上ヨークと下ヨークはＦｅもしくはＮｉ-Ｆｅ合金からなる４ｍｍ角のものを用い、上ヨークと下ヨークとのギャップ（換言すると成形樹脂製の周壁部の高さ）を１.５ｍｍ、磁石部材の厚さを０.６５ｍｍとした。ヨーク本体側壁部と磁性体基板との距離を種々の値に変更した際のアイソレータとしての挿入損失特性を測定した結果を以下の表１に示す。
【００３４】
「表１」
磁性体基板とヨーク外周壁との距離 １.５ｍｍ ０.９ｍｍ
外周壁の高さ１.５ｍｍの試料の挿入損失 ０.４９ｄＢ ０.６１ｄＢ
外周壁の高さ０.０ｍｍの試料の挿入損失 ０.４６ｄＢ ０.５１ｄＢ
【００３５】
表１において、外周壁の高さ１.５ｍｍの試料とは、平面視正方形状かつ側面視コ字型の上下の各ヨークの外周壁の各高さを１.５ｍｍに設定した従来構成のアイソレータ（１枚の板状体をコ字型に折り曲げてその折り曲げ部分を外周壁とした構成）を示し、ヨーク外周壁の高さ０ｍｍの試料とはヨークを平面視正方形板状としてその外周壁を成形樹脂製とした構成を示し、磁性体基板とヨーク外周壁との距離とは円盤状の磁性体基板の外周部と平面視正方形状のヨークの縁部までの距離を示す。
表１に示す結果から、ヨーク外周壁の高さが０.０ｍｍの試料の方が磁性体基板とヨーク外周壁との距離が１.５ｍｍの場合と０.９ｍｍの場合のいずれの場合も挿入損失が小さくなっている。従って先の構成の場合、従来構造よりも挿入損失が小さく、磁性体基板とヨークとの距離を短くしても挿入損失の小さいアイソレータを提供できることが明らかである。また、磁性体基板とヨークとの距離を短くしても挿入損失の増加割合を小さくできるということは、小型化しても特性の劣化を生じ難いアイソレータを提供できることを意味する。
【００３６】
図７は先のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ12の値を測定した結果を示し、図８はＳ21の値を測定した結果を示し、図９はＳ11の値を測定した結果を示し、図１０はＳ22の値を測定した結果を示す。
Ｓパラメータとは、アイソレータ等の電子部品の評価に使用されるパラメータであり、例えば｜Ｓ21｜の値は挿入損失と称されている。電子部品において２つのポート（出入口）Ｐを有する部品を想定し、この部品のポートＰ１から入射した波が自身のポートに反射してくる度合いがＳ11（リターンロス）、ポートＰ２へ透過していく度合いがＳ21、反対にポートＰ２から入射した波が自身のポートＰ２に反射してくる度合いがＳ22（リターンロス）、ポートＰ２へ透過していく度合いがＳ12（アイソレーション）である。
【００３７】
図７に示すＳ12の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２７.４３ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２５.１２ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は５.４４ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２３.０９ｄＢであった。
図８に示すＳ21の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は０.４６ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は０.４８ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は０.５０ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は０.５２ｄＢであった。
図９に示すＳ11の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２４.８８ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２３.４８ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は２２.３１ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２１.７６ｄＢであった。
図１０に示すＳ22の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２５.９４ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２３.７１ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は２２.７０ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２２.０８ｄＢであった。
【００３８】
図７に示す測定結果から、ヨーク側壁部の高さが０.３ｍｍ〜０.６５ｍｍの範囲ではＳ12の値に変化なし、０.６５ｍｍ以上において悪化する傾向にある。図８と図９と図１０に示す測定結果から、Ｓ21の値、Ｓ11の値、Ｓ22の値ともにヨーク外周壁高さが低くなるとと単調に特性が向上する傾向があり、ヨーク外周壁の高さが０.３ｍｍ以下の範囲ではこれらのＳパラメータの値に全く問題なしとして使用可能なレベルになる。
【００３９】
図１１と図１２は先に示す構造のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示すものである。図１１はヨーク２、３の側壁部を樹脂製としてヨーク２、３を単板状に形成し、ヨーク２、３の間隙を全部ギャップ部としたアイソレータの一例構造の磁界分布測定結果を示し、図１２はヨーク２'の側壁部を２／３程度磁性体の折曲部として側壁部を構成し、側壁部の高さの１／３程度をギャップ部としたアイソレータの一構造例の磁界分布測定結果を示す。
図１１と図１２に示す結果から明らかなように、磁石部材４と磁性体基板５をヨークの側壁部に接近させた場合、磁性体基板５の周辺側において磁界の乱れが生じ易いが、上下のヨークの間を全てギャップ部とした構造の方が磁性体基板周辺部近傍における磁界の乱れが少ないことが明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ヨーク本体の側壁部のうち、磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみギャップ部を形成したので、非可逆回路素子を小型化しても磁石部材と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉、並びに、磁性体基板と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉が生じ難くなり、磁石部材から磁性体基板に作用させるバイアス磁界の乱れを少なくすることができ、結果的に挿入損失を抑制できる。また、バイアス磁界の乱れを抑制できるのでヨーク本体の側壁部分と磁石部材あるいは磁性体基板との距離を従来構造よりも更に接近させることができ、小型化しても特性の劣化の生じ難い非可逆回路素子を提供できる。
更に、非可逆回路素子としての小型化をなし得る上に、バイアス磁界の乱れを少なくできるので、磁性体基板のサイズをこれまで以上に大きくすることが可能となり、非可逆回路素子としての性能向上に寄与する。
また、上ヨークあるいは下ヨークに設けた上ヨークと下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部によりヨーク本体の側壁部を構成し、上ヨークの折曲部と下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を形成することにより、折曲部の存在によりギャップ部の距離を調整できるので、薄い磁石部材であっても磁性体基板に印加できるバイアス強度を保ちつつ、バイアス磁界を均一にできる。
【００４１】
また、ヨーク本体を矩形箱状に形成し、その内部に収容された磁性体基板を略長方形状とし、その長辺側の両端部をヨーク本体側壁部に近接させ、その短辺側端部の外側に個々にコンデンサ基板を配置するとともに、前記ギャップ部を前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成することにより、非可逆回路素子としての小型化をなし得る上に、バイアス磁界の乱れを少なくできるので、磁性体基板のサイズをこれまで以上に大きくすることが可能となり、非可逆回路素子としての性能向上に寄与する。
【００４２】
ヨークのギャップ部を設けた部分については、ヨークの側壁部分が存在しないので、ヨーク全体としての形状を保持するために磁気的に影響を持たない樹脂成形部を配置することができる。これにより、バイアス磁界に影響を及ぼすことなくヨークとしての形状を保持することが可能となる。
【００４３】
本発明において、ギャップ部の厚さを除く部分のヨーク本体の側面高さを前記ヨークの内部に収納された磁石部材の厚さ以下にすることで、良好な特性が得られ易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは第１の形態に係るアイソレータの内部構造を示す平面図、図１Ｂは同アイソレータの部分断面図である。
【図２】 図２は本発明に係るアイソレータに用いられる磁性体基板の一例を示す平面図。
【図３】 図３は本発明に係るアイソレータに用いられる電極部の展開図である。
【図４】 図４は第１の形態のアイソレータに備えられる上ヨークを示す側面図である。
【図５】 図５は同アイソレータに備えられるスペーサ部材の一例を示す斜視図である
【図６】 図６Ａはこの種のアイソレータが備えられる携帯電話の電気回路の一例を示す図、図６Ｂはアイソレータの動作原理を示す図である。
【図７】 図７は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ１２の値を測定した結果を示す図である。
【図８】 図８は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ２１の値を測定した結果を示す図である。
【図９】 図９は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ１１の値を測定した結果を示す図である。
【図１０】 図１０は実施例のイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ２２の値を測定した結果を示す図である。
【図１１】 図１１は第１の形態の構造の一例のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示す図である。
【図１２】 図１２は他の例のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示す図である。
【図１３】 図１３は従来のアイソレータの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１…アイソレータ、２…上ヨーク、２ｂ…側壁部（外壁部）、３…下ヨーク、３ｂ…側壁部（外壁部）、３Ｇ…ギャップ部、４…磁石部材、５…磁性体基板、６、７、８…線路導体、９…ヨーク本体、１１、１２…コンデンサ基板、
１３…終端抵抗。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯などの高周波帯域で使用されるアイソレータ、サーキュレータ等の非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の一般的なアイソレータ（非可逆回路素子）の分解斜視図である。この図に示すアイソレータ６０は、下ヨーク６１と上ヨーク６２との間に磁石部材６３とスペーサ部材６４と磁性組立体６５とコンデンサ基板６６、６７、６８と終端抵抗６９と基板７０とを介在させて構成されている。
この例の磁性組立体６５は、フェライト板等からなる磁性体基板７２とそれの表面側を囲んで配置された中心導体７３、７４、７５と、磁性体基板７２の裏面側でこれらの導体を接続した共通電極とから構成され、各中心導体７３、７４、７５がスリットにより個々に２分割されている。
【０００３】
また、前記基板７０の上には、薄板状のコンデンサ基板６６、６７、６８が配置され、これらコンデンサ基板６６、６７、６８の内側に磁性組立体６５が配置され、磁性組立体６５の中心導体７３、７４、７５の各先端部７３ａ、７４ａ、７５ａがそれらの下に位置するコンデンサ基板６６、６７、６８に半田付けされて接合されている。また、これらの上側には、凸部６４ａ、６４ａを有する板状のスペーサ部材６４が配置され、そのスペーサ部材６４の上に板状の磁石部材６３が配置されて構成されている。
【０００４】
図１３に示す従来例のアイソレータ６０において磁石部材６３は磁性体基板７２に対してバイアス磁界を印加するために設けられている。また、下ヨーク６１と上ヨーク６２は、先の磁石部材６３からのバイアス磁界の磁路を形成するために、それらの側端部を垂直に折り曲げて折曲部を構成し、下ヨーク６１と上ヨーク６２を合わせた場合に全体として箱形になるように形成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アイソレータ全体の素子サイズはｍｍ単位で年々小型化されてきているので、ヨークの側面部と磁性体基板７２とが近接配置される結果、あるいは、ヨーク側面部と磁石部材６３とが近接配置される結果、ヨーク側面部の位置的な影響で磁性体基板７２に印加されるバイアス磁界の均一性が悪化し、アイソレータとしての挿入損失が増加するなど、性能低下を引き起こすという問題があった。
【０００６】
また、図１３に示すアイソレータ６０において、磁性体基板７２に対して均一なバイアス磁界を作用させるためには、従来、磁性体基板７２の大きさを磁石部材６３に対して小さく形成し、磁性体基板７２の全体に均一なバイアス磁界が作用するようにしていた。従って従来の磁性体基板７２はアイソレータ６０の全幅の５０％程度の大きさに設定されているが、アイソレータ６０としての性能を更に向上させるためには、できる限り磁性体基板７２を大きくしたいという課題があった。
【０００７】
本発明は以上の背景に基づいてなされたもので、強磁性体からなるヨークの側壁部分にギャップ部を形成するようにして磁性体基板周辺部に作用するバイアス磁界の乱れを抑制し、非可逆回路素子としての挿入損失の低下を防止し、挿入損失の低下を引き起こすことなく素子全体の小型化をなすことができる非可逆回路素子を提供することを目的の１つとする。
本発明は以上の背景に基づいてなされたもので、強磁性体からなるヨークの側壁部分にギャップ部を形成するようにして磁性体基板周辺部に作用するバイアス磁界の乱れを抑制し、非可逆回路素子としての挿入損失の低下を抑制し、挿入損失の低下を引き起こすことなく全体の小型化をなすことができるとともに、磁性体基板の大きさをできる限り大きくできるようにして性能を向上させた非可逆回路素子を提供することを目的の１つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、上ヨークと下ヨークにより形成され側壁部を有するヨーク本体の内部に、磁性体基板と、該磁性体基板の主面上に個々に絶縁されて配置される複数本の線路導体と、前記磁性体基板の周囲に配置される複数のコンデンサ基板と、前記磁性体基板の主面に対して略垂直な方向に直流バイアス磁界を印加するための磁石部材とが具備され、前記複数の線路導体が前記磁性体基板の主面側において相互に重ねられ、前記磁性体基板の他面側において相互に接続され、前記磁性体基板の主面側において重ねられた前記線路導体の各端部が前記コンデンサ基板に接続されるとともに、前記上ヨークと下ヨークが強磁性体の板材からなり、前記上ヨークと下ヨークの少なくとも一方の端部に前記上ヨークあるいは下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部からなる側壁部の一部が形成され、前記上ヨークと下ヨークを一体化して前記折曲部により側壁部の一部を構成することで矩形箱状のヨーク本体が構成され、前記上ヨークの折曲部と前記下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に前記上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部が形成される一方、前記ヨーク本体の内部に収容された磁性体基板が略長方形状とされ、その長辺側の両端部がヨーク本体側壁部に近接され、その短辺側端部の外側に個々にコンデンサ基板が配置されるとともに、前記ギャップ部が前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成されたことを特徴とする。
【０００９】
上ヨークと下ヨークの間にこれらの上下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を設けた場合、非可逆回路素子を小型化しても磁石部材と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉、並びに、磁性体基板と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉が生じ難くなり、磁石部材から磁性体基板に作用させるバイアス磁界の乱れを少なくすることができ、結果的に挿入損失を抑制できる。また、バイアス磁界の乱れを抑制できるのでヨーク本体の側壁部分と磁石部材あるいは磁性体基板との距離を従来構造よりも更に接近させることができ、非可逆回路素子としての小型化に寄与する。
また、上ヨークあるいは下ヨークに設けた上ヨークと下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部によりヨーク本体の側壁部の一部を構成し、上ヨークの折曲部と下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を形成することで、折曲部の存在によりギャップ部の距離を調整できるので、薄い磁石部材であっても磁性体基板に印加できるバイアス強度を保ちつつ、バイアス磁界を均一にできる。
【００１２】
本発明は前記ギャップ部を前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成したので、磁性体基板の隣接領域にギャップ部を設けることで磁性体基板とヨークの側壁部分とを接近させて小型構造とした場合であってもバイアス磁界の乱れを生じ難くすることが可能となる。
ギャップ部を設けた部分については、強磁性体の板材からなるヨークの側壁部分が存在しないので、ヨーク全体としての形状を保持するために磁気的に影響を持たない樹脂成形部を配置することが好ましい。これにより、バイアス磁界に影響を及ぼすことなくヨークとしての形状を保持することが可能となる。
本発明は前記課題を解決するために、前記ヨーク本体において前記折曲部の長さが前記ヨークの内部に収納された磁石部材の厚さ以下にされてなることを特徴とする。
ギャップ部の厚さは大きい方が好ましいが、中でも、前記折曲部の長さが磁石部材の厚さよりも小さければ良好な特性が得られ易い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
図１〜図３は非可逆回路素子の一例であるアイソレータの第１の形態を示すもので、この形態のアイソレータ１は、上ヨーク２と下ヨーク３とからケース状に構成されたヨーク本体９内に、永久磁石などからなる磁石部材４と強磁性体からなる磁性体基板５と線路導体６、７、８とこれら線路導体６、７、８を接続した共通電極１０と磁性体基板５の周囲に配置されたコンデンサ基板１１、１２と終端抵抗（抵抗素子）１３とを備えて構成されている。
【００１４】
前記上ヨーク２と下ヨーク３からなるヨーク本体９は例えば４ｍｍ×４ｍｍ程度の箱形に形成されている。また、側面視略コ字型の上ヨーク２は側面視略コ字型の下ヨーク３に嵌め込み自在の大きさとされており、上ヨーク２と下ヨーク３の互いの開口部分を嵌め合わせることで両者を一体として箱状のヨーク本体９を構成することができるように構成されている。
即ち、下ヨーク３は図１に示すように平面視矩形状の強磁性体からなる底板３ａとこの底板３ａの相対向する２辺側に立設された樹脂成形部からなる側壁部（外壁部）３ｂとから構成される側面コ字型に形成されるとともに、上ヨーク２は図１と図４に示すように平面矩形状の強磁性体からなる天板２ａとこの天板２ａの相対向する２辺側に立設された樹脂成形部からなる側壁部（外壁部）２ｂとから構成される側面コ字型に形成されていて、上ヨーク２の側壁部２ｂ、２ｂと下ヨーク３の側壁部３ｂ、３ｂとを互い違いに配置してヨーク２、３が嵌め合わされている。また、上ヨーク２の側壁部２ｂ、２ｂと下ヨーク３の側壁部３ｂ、３ｂがいずれも樹脂製であるために、上ヨーク２と下ヨーク３との間の部分が全てギャップ部３Ｇとされている。
【００１５】
なお、これらのヨーク２、３の形状はこの形態の形状に限定されるものではなく、複数のヨークでケース本体９を構成するものであれば、任意の形状で差し支えない。例えば、ヨーク２、３のどちらか一方の４周縁部のみに側壁部を形成してヨーク２、３の残りの一方を単板形状としても良く、ヨーク２、３のどちらか一方のヨークの３周縁部に側壁部を形成し他方のヨークの１周縁部に側壁部を形成しても良い。更に本発明の実施形態としては、ヨーク２、３の側壁部のうち、ヨーク２、３に近い側の部分を一部分のみ折曲部としてこれを延長するように樹脂成形部の側壁部を構成し、この樹脂成形部の側壁部を介して両ヨークを一体化した構成とする必要がある。
【００１６】
前記の如く嵌め合わされた下ヨーク２と上ヨーク３が囲む空間には、先の磁性体基板５と３本の線路導体６、７、８とこれら線路導体６、７、８を接続した共通電極１０とからなる磁性組立体１５が収納されている。
前記磁性体基板５は、フェライト等の強磁性体からなり、図２に示すように平面視横長の略長方形板状とされている。より詳細には磁性体基板５は、相対向する横長の２つの長辺５ａ、５ａと、これらの長辺５ａ、５ａに直角向きの短辺５ｂ、５ｂと、これらを接続する傾斜辺５ｄとから構成されている。
【００１７】
先の３本の線路導体６、７、８と共通電極１０は図３の展開図に示すように一体化されてなり、３本の線路導体６、７、８と共通電極１０とを主体として電極部１６が構成されている。先の共通電極１０は、平面視先の磁性体基板５とほぼ相似形状の金属板からなる本体部１０Ａから構成されている。この本体部１０Ａは２つの長辺部１０ａ、１０ａと、短辺部１０ｂ、１０ｂと、これらを結ぶ４つの傾斜部１０ｃとから構成される平面視略長方形（矩形状）とされている。
【００１８】
先の共通電極１０の４つのコーナ部の傾斜部１０ｃのうち、一方の長辺部側の２つの傾斜部１０ｃから第１の線路導体６と第２の線路導体７が延出形成されている。まず、先の２つの傾斜部１０ｃの一方から、第１の基部導体６ａと第１の中心導体６ｂと第１の先端部導体６ｃからなる第１の線路導体６が延出形成される一方、先の傾斜部１０ｃの他方から、第２の基部導体７ａと第２の中心導体７ｂと第２の先端部導体７ｃとからなる第２の線路導体７が延出形成されている。前記基部導体６ａ、７ａはいずれも傾斜部１０ｃを延長するように傾斜部１０ｃと同じ幅に形成されている。次に、前記中心導体６ｂ、７ｂはいずれも共通電極１０の短辺部１０ｂに対して平行に形成されている。
前記第１の線路導体６の幅方向中央部にはスリット部１８を形成することで中央部導体６ｂが２本の分割導体６ｂ１、６ｂ２に分割され、基部導体６ａも２本の分割導体６ａ１、６ａ２に分割され、前記第２の線路導体７の幅方向中央部にも同様のスリット部１９が形成されて分割導体７ｂ１、７ｂ２に分割され、基部導体７ａも分割導体７ａ１、７ａ２に分割されている。
【００１９】
前記共通電極１０の他方の長辺部１０ａ側の中央部に第３の線路導体８が延設されている。この第３の線路導体８は共通電極１０から突出形成された第３の基部導体８ａと第３の中心導体８ｂと第３の先端部導体８ｃから構成されている。
前記第３の基部導体８ａは２本の短冊状の分割導体８ａ１、８ａ２からなり、２本の分割導体８ａ１、８ａ２の間にはスリット２０が形成されている。前記第３の中心導体８ｂは、平面視Ｌ字状の分割導体８ｂ１と分割導体８ｂ２とからなり、分割導体８ｂ１と８ｂ２とから菱形の中心導体８ｂが構成されている。
更に、これらの分割導体８ｂ１、８ｂ２の先端側はＬ字型の第３の先端部導体８ｃに一体化されている。この第３の先端部導体８ｃは接続部８ｃ１と接続部８ｃ２とから構成されている。
前記の如く構成された共通電極１０は、その本体部１０Ａを磁性体基板５の裏面側（一面側）に添わせ、第１の線路導体６と第２の線路導体７と第３の線路導体８とを磁性体基板５の表面側（他面側）に折り曲げて磁性体基板５に装着され、磁性体基板５とともに磁性組立体１５が構成されている。
【００２０】
以上のように第１〜第３の線路導体６、７、８を磁性体基板５の主面（表面）側に装着することで、図１Ａに示すように第１の線路導体６と第２の線路導体７は個々に磁性体基板５の対角線に沿って重ねて配置されている。
なお、図１Ａでは略したが、磁性体基板５と第１の線路導体６と第２の線路導体７と第３の線路導体８との間には各々図１Ｂに簡略的に示すように絶縁シートＺが介在されて各線路導体６、７、８は個々に電気的に絶縁されている。
【００２１】
前記磁性組立体１５は下ヨーク３の底部中央側に配置され、下ヨーク３の底部側の磁性組立体１５の両側部分には平面視細長で先の磁性体基板５の半分程度の厚さの板状のコンデンサ基板１１、１２が収納され、コンデンサ基板１２の一側部側には終端抵抗１３が収納されている。
【００２２】
先の第１の線路導体６の先端部導体６ｃを先のコンデンサ基板１１の一側端部に形成されている電極部１１ａに電気的に接続し、先の第２の線路導体７の先端部導体７ｃを先のコンデンサ基板１１の他側端部に形成されている電極部１１ｂに電気的に接続し、先の第３の中心導体８の先端部導体８ｃをコンデンサ基板１２と終端抵抗１３に電気的に接続して磁性組立体１５にコンデンサ１１、１２と終端抵抗１３とが接続されている。なお、この終端抵抗１３を接続しなければ、本実施形態の構成はサーキュレータとして機能する。
【００２３】
前記先端部導体７ｃの部分が接続されたコンデンサ基板１１の端部側にアイソレータ１としての第１ポートＰ１が形成され、先端部導体６ｃの部分が接続されたコンデンサ基板１１の端部側にアイソレータ１としての第２ポートＰ２が形成され、先端部導体８ｃの部分が接続された終端抵抗１３の端部側がアイソレータ１としての第３ポートＰ３とされている。
【００２４】
また、下ヨーク３と上ヨーク２との間の空間部において磁性組立体１５はその空間部の厚さの半分程を占有する厚さに形成されているので、磁性組立体１５よりも上ヨーク２側の空間部分には、図６にも示すスペーサ部材３０が収納され、該スペーサ部材３０に磁石部材４が設置されている。
先のスペーサ部材３０は、上ヨーク２の内部に収納可能な大きさの基板部３１と、この基板部３１の底部側の４隅の各コーナ部分に形成された脚部３１ａとからなり、基板部３１において脚部（凸部）３１ａ…が形成されていない側の面（上面）に収納凹部３１ｂが形成され、該収納凹部３１ｂの底面側には基板部３１を貫通する矩形型の透孔３１ｃが形成されている。
【００２５】
次に、図１に示す磁性体基板５の横幅（平面視矩形状の磁性体基板５の長さ方向に沿う幅）は、ヨーク２、３からなるヨーク本体９の横幅の６５％以上、１００％以下であることが好ましく、７５％以上、１００％以下であることがより好ましい。ヨーク２、３が４ｍｍ角の大きさとするならば、６５％以上、１００％以下とは２.６ｍｍ以上、４ｍｍ以下、７５％以上、１００％以下とは、３ｍｍ以上、４ｍｍ以下を意味する。
この点において従来構造では磁性体基板に均一なバイアス磁界を印加するために、５０％程度、即ち４ｍｍ角のアイソレータでは２ｍｍ程度とされていたが、本願発明構造を採用して磁性体基板周辺部のバイアス磁界の乱れを無くするならば、上述の範囲の磁性体基板とすることが可能となり、アイソレータ１としての性能向上に寄与する。
【００２６】
これにより、例えば０.８ＧＨｚ帯域用のアイソレータにおいて、磁性体基板の主面上に配置するべき中央導体の導体長として３ｍｍ以上が望ましいと考えられるが、磁性体基板５の横幅を２.６７ｍｍとするならば磁性体基板５の対角線を想定して導体長３ｍｍを確保し易いので、この場合に４ｍｍ角のアイソレータを実現することができる。これに対して４ｍｍ角のアイソレータにおいて５０％程度で２ｍｍ幅の磁性体基板を用いた場合は、中央導体を対角線に配置しても２.８３ｍｍ（８1/2）程度の線路長を確保するのが限界となる。
【００２７】
図１〜図６に示す形態のアイソレータ１は、線路導体６、７、８における中心導体６ｂ、７ｂ、８ｂの折り曲げ部分が磁性体基板５の表面側において正確な角度に折り畳まれている。従って、入力側の線路導体から磁性体基板５に入力された信号を出力側に効果的に伝搬させることができ、低損失でしかも広帯域な通過特性を発揮できる。従って磁性組立体１５の磁気特性として好適なものが確実に得られるようになる。
また、下ヨーク３の側壁を樹脂製の側壁部３ｂとし、上ヨーク２の側壁を樹脂製の側壁部２ｂとして上下のヨーク２，３の周縁部間をギャップ部３Ｇとしているので、アイソレータ１を小型化してヨーク２，３の側壁部と磁石部材４の周縁部が更に接近しても、あるいは、ヨーク２，３の側壁部と磁性体基板５の両端部が更に接近しても、磁性体基板５の主面（上面）の全域にほぼ垂直な向きのバイアス磁界を印加することが可能となる。
これに対してヨーク２，３の側壁部が仮に強磁性体からなるものである場合、強磁性体のヨーク側壁部によって磁性体基板５の両端部側のバイアス磁界が乱される結果、磁性体基板５の主面周辺部に対して垂直方向の良好なバイアス磁界印加ができなくなる構成に比較し、先の構成であるならば、磁性体基板５の主面に対して垂直な方向のバイアス磁界を印加し易くなる。
【００２８】
図６は、先のアイソレータ１が適用される携帯電話装置の回路構成の一例を示すもので、この例の回路構成においては、アンテナ４０にデュプレクサ（アンテナ共用器）４１が接続され、このデュプレクサ４１の出力側にローノイズアンプ（増幅器）４２と段間フィルタ４８と混合回路４３を介してＩＦ回路４４が接続され、デュプレクサ４１の入力側にアイソレータ１とパワーアンプ（増幅器）４５と混合回路４６を介してＩＦ回路４７が接続され、混合回路４３、４６に分配トランス４９を介して局部発振器５０が接続されて構成されている。
先の構成のアイソレータ１は図６Ａに示すような携帯電話装置の回路に組み込まれて使用され、アイソレータ１からアンテナ共振器４１側への信号は低損失で通過させるが、その逆方向の信号は損失を大きくして遮断するように作用する。これにより、増幅器４５側のノイズ等の不要な信号を増幅器４２側に逆入力させないという作用を奏する。
【００２９】
図６Ｂは先に示した構成のアイソレータ１の動作原理を示すものである。図６Ｂに示す回路に組み込まれているアイソレータ１は、符号１'で示す第１ポートＰ１側から符号２'で示す第２ポートＰ２方向への信号は伝えるが、符号２'の第２ポートＰ２側から符号３'の第３ポートＰ３側への信号は終端抵抗１３により減衰させて吸収し、終端抵抗１３側の符号３'で示す第３ポートＰ３側から符号１'で示す第１ポートＰ１側への信号は遮断する。
従って図６Ａに示す回路に組み込んだ場合に先に説明した効果を奏することができる。
【００３０】
ところで以上説明した形態においては、磁性組立体１５として図２に示す略矩形状の磁性体基板５と図３に示す電極部１６とを組み合わせたものを適用したが、本発明で用いる磁性組立体として、図１３に示す円盤型の磁性体基板７２とそれを囲んで配置された中心導体７３、７４、７５とその裏面側に配置される共通電極とから構成されたものを用いても良いのは勿論である。本発明で用いる磁性組立体においては、適用される磁性体基板の形状が特に制限されるものではなく、中心導体の形状も特に制限されるものではない。
【００３１】
次に、先の形態ではヨーク２、３の側壁部分を樹脂製として強磁性体からなる部分を板状に形成してヨーク２、３を全体として個々にコ字型に形成したが、本発明の実施の形態では板状の強磁性体の両端部を部分的に折り曲げて強磁性体のみで側壁部分を有するコ字型に形成し、強磁性体の折曲部からなる側壁部分を延長するように樹脂成形部の側壁部を形成してヨークとする。この場合は、ヨーク本体９に関して側壁部分の一部分が強磁性体からなり残りの一部分が成形樹脂からなる構成とすることができる。そして、この構成を採用した場合、樹脂製の側壁部分がギャップ部となるので、ギャップ部の厚さはヨーク本体の側壁部の高さよりも薄いものとなる。
【００３２】
前記の如くヨークの折り曲げ部分により側壁部の一部を構成する場合、磁石部材４を０.６５ｍｍの厚さとすると、ヨーク２，３の折り曲げ部の長さの例として、上ヨーク２の折り曲げ部の長さを０.６５ｍｍ以下として下ヨーク３の折り曲げ部の長さを１.０ｍｍ以下とすることができ、下ヨーク３の折り曲げ部の長さを０.６５ｍｍ以下として上ヨークの折り曲げ部の長さを１.０ｍｍ以下とすることができる。
先の折り曲げ部の長さにおいて、磁石部材４の厚さ程度以下が好ましく、磁石部材４の厚さの半分程度以下がより好ましい。例えば磁石部材４の厚さが０.６５ｍｍの場合、折り曲げ部の長さは０.６５ｍｍ以下、好ましくは０.３ｍｍ以下である。
これらの値の関係において、強磁性体の折り曲げ部からヨークの側壁部を構成した場合に、この側壁部の長さを長くした方がより薄い磁石部材４で所定のバイアス磁界強度が得られ易いが、強磁性体からなるヨークの側壁部が短い方があるいは無い方が磁性体基板５に印加されるバイアス磁界の分布を均一にすることができる。
【００３３】
【実施例】
図１に示すアイソレータの構成において、磁性体基板として図２に示す略矩形状ではなく、図１３に示す円盤状の磁性体基板を用いてアイソレータを組み立てて試験に供した。
第１の中心導体の先端部のポートＰ１と第２の中心導体の先端部のポートＰ２に接続するべきコンデンサ基板の容量を５.０ｐＦ、ポートＰ３に接続するべきコンデンサの容量を５.０ｐＦに設定し、フェライトからなる磁性体基板を直径２.０ｍｍ、厚さ０.３５ｍｍの円盤状のものとして全体４ｍｍ角のアイソレータを作製した。
アイソレータを構成する上ヨークと下ヨークはＦｅもしくはＮｉ-Ｆｅ合金からなる４ｍｍ角のものを用い、上ヨークと下ヨークとのギャップ（換言すると成形樹脂製の周壁部の高さ）を１.５ｍｍ、磁石部材の厚さを０.６５ｍｍとした。ヨーク本体側壁部と磁性体基板との距離を種々の値に変更した際のアイソレータとしての挿入損失特性を測定した結果を以下の表１に示す。
【００３４】
「表１」
磁性体基板とヨーク外周壁との距離 １.５ｍｍ ０.９ｍｍ
外周壁の高さ１.５ｍｍの試料の挿入損失 ０.４９ｄＢ ０.６１ｄＢ
外周壁の高さ０.０ｍｍの試料の挿入損失 ０.４６ｄＢ ０.５１ｄＢ
【００３５】
表１において、外周壁の高さ１.５ｍｍの試料とは、平面視正方形状かつ側面視コ字型の上下の各ヨークの外周壁の各高さを１.５ｍｍに設定した従来構成のアイソレータ（１枚の板状体をコ字型に折り曲げてその折り曲げ部分を外周壁とした構成）を示し、ヨーク外周壁の高さ０ｍｍの試料とはヨークを平面視正方形板状としてその外周壁を成形樹脂製とした構成を示し、磁性体基板とヨーク外周壁との距離とは円盤状の磁性体基板の外周部と平面視正方形状のヨークの縁部までの距離を示す。
表１に示す結果から、ヨーク外周壁の高さが０.０ｍｍの試料の方が磁性体基板とヨーク外周壁との距離が１.５ｍｍの場合と０.９ｍｍの場合のいずれの場合も挿入損失が小さくなっている。従って先の構成の場合、従来構造よりも挿入損失が小さく、磁性体基板とヨークとの距離を短くしても挿入損失の小さいアイソレータを提供できることが明らかである。また、磁性体基板とヨークとの距離を短くしても挿入損失の増加割合を小さくできるということは、小型化しても特性の劣化を生じ難いアイソレータを提供できることを意味する。
【００３６】
図７は先のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ12の値を測定した結果を示し、図８はＳ21の値を測定した結果を示し、図９はＳ11の値を測定した結果を示し、図１０はＳ22の値を測定した結果を示す。
Ｓパラメータとは、アイソレータ等の電子部品の評価に使用されるパラメータであり、例えば｜Ｓ21｜の値は挿入損失と称されている。電子部品において２つのポート（出入口）Ｐを有する部品を想定し、この部品のポートＰ１から入射した波が自身のポートに反射してくる度合いがＳ11（リターンロス）、ポートＰ２へ透過していく度合いがＳ21、反対にポートＰ２から入射した波が自身のポートＰ２に反射してくる度合いがＳ22（リターンロス）、ポートＰ２へ透過していく度合いがＳ12（アイソレーション）である。
【００３７】
図７に示すＳ12の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２７.４３ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２５.１２ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は５.４４ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２３.０９ｄＢであった。
図８に示すＳ21の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は０.４６ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は０.４８ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は０.５０ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は０.５２ｄＢであった。
図９に示すＳ11の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２４.８８ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２３.４８ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は２２.３１ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２１.７６ｄＢであった。
図１０に示すＳ22の測定結果では、０.００ｍｍの場合の値は２５.９４ｄＢ、０.３０ｍｍの場合の値は２３.７１ｄＢ、０.６５ｍｍの場合の値は２２.７０ｄＢ、０.９ｍｍの場合の値は２２.０８ｄＢであった。
【００３８】
図７に示す測定結果から、ヨーク側壁部の高さが０.３ｍｍ〜０.６５ｍｍの範囲ではＳ12の値に変化なし、０.６５ｍｍ以上において悪化する傾向にある。図８と図９と図１０に示す測定結果から、Ｓ21の値、Ｓ11の値、Ｓ22の値ともにヨーク外周壁高さが低くなるとと単調に特性が向上する傾向があり、ヨーク外周壁の高さが０.３ｍｍ以下の範囲ではこれらのＳパラメータの値に全く問題なしとして使用可能なレベルになる。
【００３９】
図１１と図１２は先に示す構造のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示すものである。図１１はヨーク２、３の側壁部を樹脂製としてヨーク２、３を単板状に形成し、ヨーク２、３の間隙を全部ギャップ部としたアイソレータの一例構造の磁界分布測定結果を示し、図１２はヨーク２'の側壁部を２／３程度磁性体の折曲部として側壁部を構成し、側壁部の高さの１／３程度をギャップ部としたアイソレータの一構造例の磁界分布測定結果を示す。
図１１と図１２に示す結果から明らかなように、磁石部材４と磁性体基板５をヨークの側壁部に接近させた場合、磁性体基板５の周辺側において磁界の乱れが生じ易いが、上下のヨークの間を全てギャップ部とした構造の方が磁性体基板周辺部近傍における磁界の乱れが少ないことが明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ヨーク本体の側壁部のうち、磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみギャップ部を形成したので、非可逆回路素子を小型化しても磁石部材と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉、並びに、磁性体基板と上下ヨークの側壁部との磁気的な干渉が生じ難くなり、磁石部材から磁性体基板に作用させるバイアス磁界の乱れを少なくすることができ、結果的に挿入損失を抑制できる。また、バイアス磁界の乱れを抑制できるのでヨーク本体の側壁部分と磁石部材あるいは磁性体基板との距離を従来構造よりも更に接近させることができ、小型化しても特性の劣化の生じ難い非可逆回路素子を提供できる。
更に、非可逆回路素子としての小型化をなし得る上に、バイアス磁界の乱れを少なくできるので、磁性体基板のサイズをこれまで以上に大きくすることが可能となり、非可逆回路素子としての性能向上に寄与する。
また、上ヨークあるいは下ヨークに設けた上ヨークと下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部によりヨーク本体の側壁部を構成し、上ヨークの折曲部と下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部を形成することにより、折曲部の存在によりギャップ部の距離を調整できるので、薄い磁石部材であっても磁性体基板に印加できるバイアス強度を保ちつつ、バイアス磁界を均一にできる。
【００４１】
また、ヨーク本体を矩形箱状に形成し、その内部に収容された磁性体基板を略長方形状とし、その長辺側の両端部をヨーク本体側壁部に近接させ、その短辺側端部の外側に個々にコンデンサ基板を配置するとともに、前記ギャップ部を前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成することにより、非可逆回路素子としての小型化をなし得る上に、バイアス磁界の乱れを少なくできるので、磁性体基板のサイズをこれまで以上に大きくすることが可能となり、非可逆回路素子としての性能向上に寄与する。
【００４２】
ヨークのギャップ部を設けた部分については、ヨークの側壁部分が存在しないので、ヨーク全体としての形状を保持するために磁気的に影響を持たない樹脂成形部を配置することができる。これにより、バイアス磁界に影響を及ぼすことなくヨークとしての形状を保持することが可能となる。
【００４３】
本発明において、ギャップ部の厚さを除く部分のヨーク本体の側面高さを前記ヨークの内部に収納された磁石部材の厚さ以下にすることで、良好な特性が得られ易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは第１の形態に係るアイソレータの内部構造を示す平面図、図１Ｂは同アイソレータの部分断面図である。
【図２】 図２は本発明に係るアイソレータに用いられる磁性体基板の一例を示す平面図。
【図３】 図３は本発明に係るアイソレータに用いられる電極部の展開図である。
【図４】 図４は第１の形態のアイソレータに備えられる上ヨークを示す側面図である。
【図５】 図５は同アイソレータに備えられるスペーサ部材の一例を示す斜視図である
【図６】 図６Ａはこの種のアイソレータが備えられる携帯電話の電気回路の一例を示す図、図６Ｂはアイソレータの動作原理を示す図である。
【図７】 図７は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ１２の値を測定した結果を示す図である。
【図８】 図８は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ２１の値を測定した結果を示す図である。
【図９】 図９は実施例のアイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ１１の値を測定した結果を示す図である。
【図１０】 図１０は実施例のイソレータにおいて、Ｓパラメータと称される値のうちＳ２２の値を測定した結果を示す図である。
【図１１】 図１１は第１の形態の構造の一例のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示す図である。
【図１２】 図１２は他の例のアイソレータにおける磁界分布を測定した結果を示す図である。
【図１３】 図１３は従来のアイソレータの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１…アイソレータ、２…上ヨーク、２ｂ…側壁部（外壁部）、３…下ヨーク、３ｂ…側壁部（外壁部）、３Ｇ…ギャップ部、４…磁石部材、５…磁性体基板、６、７、８…線路導体、９…ヨーク本体、１１、１２…コンデンサ基板、
１３…終端抵抗。
Claims (3)
- 上ヨークと下ヨークにより形成され側壁部を有するヨーク本体の内部に、磁性体基板と、該磁性体基板の主面上に個々に絶縁されて配置される複数本の線路導体と、前記磁性体基板の周囲に配置される複数のコンデンサ基板と、前記磁性体基板の主面に対して略垂直な方向に直流バイアス磁界を印加するための磁石部材とが具備され、
前記複数の線路導体が前記磁性体基板の主面側において相互に重ねられ、前記磁性体基板の他面側において相互に接続され、前記磁性体基板の主面側において重ねられた前記線路導体の各端部が前記コンデンサ基板に接続されるとともに、
前記上ヨークと下ヨークが強磁性体の板材からなり、前記上ヨークと下ヨークの少なくとも一方の端部に前記上ヨークあるいは下ヨークを構成する強磁性体の板材の折曲部からなる側壁部の一部が形成され、前記上ヨークと下ヨークを一体化して前記折曲部により側壁部の一部を構成することで矩形箱状のヨーク本体が構成され、前記上ヨークの折曲部と前記下ヨークの折曲部の少なくとも一方と対向する他のヨークとの間に前記上ヨークと下ヨークを磁気的に絶縁するギャップ部が形成される一方、
前記ヨーク本体の内部に収容された磁性体基板が略長方形状とされ、その長辺側の両端部がヨーク本体側壁部に近接され、その短辺側端部の外側に個々にコンデンサ基板が配置されるとともに、前記ギャップ部が前記ヨーク本体の側壁部のうち、前記磁性体基板の長辺側の両端部が近接される側にのみ形成されたことを特徴とする非可逆回路素子。 - 前記ヨーク本体において前記上ヨークと下ヨークの折曲部の長さが前記ヨーク本体の内部に収納された磁石部材の厚さ以下にされて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。
- 前記ヨーク本体において前記上ヨークの折曲部あるいは前記下ヨークの折曲部を延長するように樹脂成形部の側壁部を形成し、該樹脂成形部の側壁部を介して前記上ヨークと下ヨークを一体化したことを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
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