JP3824020B2 - 3ポート型非可逆回路素子、複合電子部品および通信装置 - Google Patents
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Description
一般に、マイクロ波帯以下(HF帯、VHF帯,UHF帯以下)では、バランが用いられている。一方、マイクロ波帯以上(UHF帯以上)では、ハイブリッドや電力合成器が用いられる。バランは、広帯域フェライトコアを用いることが多く、その場合、使用可能な周波数上限はUHF帯までである。ハイブリッドや電力合成器は、通常、分布定数回路で構成されるので、UHF帯以上であれば、実用上大きな問題とならないサイズである。
ところで、通信機、特に、振幅変調成分を含むQPSK等の送信回路部や、高信頼性が要求される送信回路部では、シングルエンデッド信号に変換された送信信号は、アイソレータを経由した後、アンテナ切換装置(又はアンテナ共用装置)などを経てアンテナに送られる。アイソレータを経由しないと、アンテナやアンテナ切換装置などからの反射が平衡出力回路(特にアンプ)に戻り、平衡出力回路から見た負荷インピーダンスを変化させてしまう。そして、負荷インピーダンスが変化すると、送信信号の波形歪みが大きくなったり、アンプの動作が不安定になって発振したりするという不具合が発生する。
しかしながら、従来のようにバラン(又はハイブリッドや電力合成器)とアイソレータを組み合わせると、送信回路部が大型かつ高コストになり、最近の移動通信機の小型化及び低コスト化の要求に対応できなくなってきた。また、送信信号がバランとアイソレータの両方を通過するため、挿入損失が大きい。また、送信回路部は扱う電力が大きい。そのため、構成部品点数が多くなって接続箇所が増えると、不要輻射が発生し易くなり、通信機内部での相互干渉の可能性が高くなるという問題があった。さらに、バランとアイソレータのそれぞれの動作帯域幅によって送信回路部の動作帯域幅が狭められるため、使用可能な周波数帯域が狭帯域になるという問題もあった。
そこで、本発明者は、特開2002−299915号公報に記載されているように、バランやハイブリッド等を介さないで平衡出力回路に接続することのできる非可逆回路素子及び通信装置を提案した。この非可逆回路素子は、一つのポートの中心電極の両端をホットエンドとしており、平衡入力、不平衡出力であり、プッシュプル増幅器の出力合成に使用することができる。しかしながら、この回路素子では、浅い動作点(バイアス電流すなわちアイドリング電流が少ない動作点)の場合に、逆相側の入力端子での逆相の励振電流が効果的に流れない。そのために、フェライトの励振効率が不十分となる問題点が見出された。
前記目的を達成するため、本発明に係る3ポート型非可逆回路素子は、
(a)永久磁石と、
(b)永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
(c)互いに電気的絶縁状態で交差して配置されている第1中心電極、第2中心電極および第3中心電極とを備え、
(d)第1〜第3中心電極のうち少なくとも一つの中心電極が、互いに略平行に配置された第1線路導体および第2線路導体にて構成され、第1線路導体のホットエンドと第2線路導体のコールドエンドが対向しかつ第1線路導体のコールドエンドと第2線路導体のホットエンドが対向するように配置されて電磁結合し、第1線路導体のホットエンドと第2線路導体のホットエンドの間に形成されるポートが平衡型ポートであること、
を特徴とする。
より具体的には、第1および第2線路導体のそれぞれは、少なくとも二つのラインで構成されていることが好ましい。また、第1線路導体および第2線路導体にて構成された中心電極の、第1線路導体のホットエンドから第2線路導体のホットエンドまでの電気長が略1/2波長であることが好ましい。
以上の構成からなる3ポート型非可逆回路素子は、バランやハイブリッド等の平衡−不平衡変換器を介さないで、平衡出力回路の出力側に接続可能である。
また、3ポート型非可逆回路素子と該3ポート型非可逆回路素子に接続する平衡出力回路とのインピーダンス整合をとるため、例えば、平衡型ポートの第1線路導体のホットエンドおよび第2線路導体のホットエンドにそれぞれ整合用コンデンサを電気的に直列に接続したり、第1線路導体のホットエンドと第2線路導体のホットエンドとの間を整合用コンデンサで電気的に接続したり、第1線路導体のホットエンドとアースとの間、および、第2線路導体のホットエンドとアースとの間をそれぞれ整合用コンデンサで電気的に接続したりしている。あるいは、第1線路導体のホットエンドおよび第2線路導体のホットエンドをそれぞれ整合用コンデンサを介して平衡入出力端子に電気的に接続したり、平衡入出力端子間を整合用コンデンサで電気的に接続したり、平衡入出力端子のそれぞれとアースとの間を整合用コンデンサで電気的に接続したりしている。
また、平衡型ポートの中心電極の第1線路導体および第2線路導体のライン幅を、残りの中心電極のライン幅と異ならせることにより、非可逆回路素子と平衡出力回路との間で最適なインピーダンス整合が得られる。特に、平衡出力回路のインピーダンスが低い場合には、第1線路導体および第2線路導体のライン幅を、残りの中心電極のライン幅より太くすることにより、中心電極での導体損が減り、低挿入損失の非可逆回路素子が得られる。
また、本発明に係る通信装置は、前述の特徴を有する3ポート型非可逆回路素子と、略180度の位相差で駆動される一対の増幅器とを備え、一対の増幅器の平衡型出力端に3ポート型非可逆回路素子の平衡型ポートを接続している。以上の構成により、小型で優れた周波数特性を有する通信装置が得られる。
本発明によれば、平衡入出力端子を有しているので、平衡−不平衡変換器を介さないで、3ポート型非可逆回路素子を平衡回路に接続することができる。より具体的には、略180度の位相差で駆動される増幅器の平衡型出力端に、3ポート型非可逆回路素子の平衡型入力端を接続することができる。この結果、小型で優れた周波数特性を有する通信装置を得ることができる。また、入力側の中心電極のコールドエンドが互いに独立して接地されているため、各入力ポートを駆動する増幅器を浅い動作点で動作させても(全波を増幅しなくても)、フェライトを確実に励振させることができる。
第2図は第1図に示した3ポート型非可逆回路素子の内部平面図、
第3図は第1図に示した3ポート型非可逆回路素子の内部接続状態を示す概略構成図、
第4図は第1図に示した3ポート型非可逆回路素子とプッシュプル増幅器とを電気的に接続した複合電子部品の電気回路図、
第5図は第4図に示した複合電子部品の動作を説明するための電気等価回路図、
第6図は第4図に示した複合電子部品の動作を説明するための電気等価回路図、
第7図は第4図に示した複合電子部品の動作を説明するための電気等価回路図、
第8図は第4図に示した複合電子部品の動作を説明するための電気等価回路図、
第9図は第1図に示した3ポート型非可逆回路素子の変形例を示す内部平面図、
第10図は本発明に係る複合電子部品の別の実施形態を示す電気等価回路図、
第11図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子の別の実施形態を示す電気等価回路図、
第12図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子のさらに別の実施形態を示す電気等価回路図、
第13図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子のさらに別の実施形態を示す電気等価回路図、
第14図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子のさらに別の実施形態を示す電気等価回路図、
第15図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子のさらに別の実施形態を示す電気等価回路図、
第16図は本発明に係る3ポート型非可逆回路素子のさらに別の実施形態を示す分解斜視図、
第17図は本発明に係る通信装置の一実施形態を示す電気回路ブロック図、
第18図は他の実施形態を示す電気等価回路図、
第19図は他の実施形態を示す電気等価回路図。
(第1実施形態、第1図〜第9図)
第1図に示すように、アイソレータ1は、概略、金属製下側ケース4と、樹脂製端子ケース3と、中心電極組立体13と、金属製上側ケース8と、永久磁石9と、絶縁性部材7と、抵抗Rと、整合用コンデンサC1〜C3等を備えている。
中心電極組立体13は、円板状のマイクロ波フェライト20の上面に、中心電極21〜23を電気的絶縁状態で、それぞれの交差角が略120度になるように配置している。中心電極22,23は、それぞれのホットエンドに接続部28,29を有し、コールドエンドにアース電極25が接続されている。
中心電極21は、互いに平行に配置された第1線路導体21aおよび第2線路導体21bにて構成されている。第1線路導体21aおよび第2線路導体21bは、それぞれのホットエンドに接続部27,26を有し、コールドエンドにアース電極25が接続されている。第1および第2線路導体21aと21bは、第1線路導体21aのホットエンドと第2線路導体21bのコールドエンドが対向し、かつ、第1線路導体21aのコールドエンドと第2線路導体21bのホットエンドが対向するように配置され、電磁結合している。
線路導体21a,21bや中心電極22,23は、それぞれ二つのラインで構成されている。特に、線路導体21a,21bを二つのラインで構成することにより、フェライト20を励振する効果が組み合わされ、効率の良いフェライト励振ができる。その結果、挿入損失が減少し、高効率の送信系を実現できる。
中心電極21,22,23共通のアース電極25は、フェライト20の下面を略覆うように設けられている。中心電極組立体13は、フェライト20の裏面に設けられたアース電極25が、樹脂製端子ケース3の窓部3cを通して、金属製下側ケース4の底壁4bにはんだ付け等の方法により接続され、接地される。
第2図に示すように、樹脂製端子ケース3には、平衡入力端子(=バランス入力端子=差動入力端子)14,15、不平衡出力端子(=アンバランス出力端子)16及び三つのアース端子17がインサートモールドされている。これらの端子14〜17は、一端が樹脂製端子ケース3の対向する側壁3aからそれぞれ外方向へ導出され、他端が樹脂製端子ケース3の底部3bに露出してそれぞれ平衡入力引出し電極部14a,15a、不平衡出力引出し電極部16a及びアース引出し電極部17aを形成している。平衡入力引出し電極部14a,15a及び不平衡引出し電極部16aは、中心電極21,22の接続部26,27,28にそれぞれはんだ付けされている。
整合用コンデンサC1〜C3は、誘電体基板の表裏面にそれぞれホット側コンデンサ電極およびコールド側コンデンサ電極を形成した単板型コンデンサである。ホット側コンデンサ電極は中心電極21〜23の接続部26〜29にそれぞれはんだ付けされ、コールド側コンデンサ電極は樹脂製端子ケース3に露出しているアース引出し電極部17aにそれぞれはんだ付けされている。
抵抗Rの一方は、中心電極23の接続部29を介して整合用コンデンサC3のホット側コンデンサ電極に接続され、他方は樹脂製端子ケース3の底部3bに露出しているアース引出し電極部17aに接続されている。つまり、整合用コンデンサC3と抵抗Rとは、中心電極23の接続部29とアースとの間に電気的に並列に接続されている。第3図は、アイソレータ1の内部の電気的接続状態を示したものである。
以上の構成からなる各部品は、例えば、次のようにして組み立てられる。第1図に示すように、樹脂製端子ケース3の下方から金属製下側ケース4を装着する。次に、この樹脂製端子ケース3内に、中心電極組立体13や整合用コンデンサC1〜C3や抵抗Rなどを収容し、金属製上側ケース8を装着する。金属製上側ケース8と中心電極組立体13の間には、永久磁石9及び絶縁性部材7が配置される。永久磁石9は、中心電極組立体13に直流磁界Hを印加する。下側ケース4と上側ケース8は接合して金属ケースをなし、磁気回路を構成しており、ヨークとしても機能している。
第4図は、このアイソレータ1と180度の位相差で動作するプッシュプル増幅器31とを電気的に接続した複合電子部品40の電気回路図である。
アイソレータ1の中心電極21の両端部(具体的には接続部26,27)は給電端とされ、この中心電極21に接続されている入力ポート1は平衡型入力ポートである。このアイソレータ1の中心電極21に接続されている平衡型入力ポート1は、プッシュプル増幅器31の平衡出力側に電気的に接続されている。アイソレータ1の中心電極22に接続されている出力ポート2は不平衡型出力ポートである。そして、アイソレータ1の中心電極23に接続されているポート3は終端ポートとされている。
一方、プッシュプル増幅器31は、一対の増幅素子であるトランジスタTr1a,Tr1bと、一対の増幅素子であるトランジスタTr2a,Tr2bとを2段接続したものである。トランジスタTr1a〜Tr2bとしては、本第1実施形態の電界効果型トランジスタの他に、バイポーラトランジスタなどを用いてもよい。
初段トランジスタTr1a,Tr1bは段間整合回路52を介して終段トランジスタTr2a,Tr2bに電気的に接続している。初段トランジスタTr1a,Tr1bのソースには、抵抗R12とコンデンサC13からなるバイアス回路が電気的に接続している。終段トランジスタTr2a,Tr2bのソースはアースに電気的に接続している。
段間整合回路52は、初段トランジスタTr1a,Tr1bのドレインと終段トランジスタTr2a,Tr2bのゲートの間にそれぞれ電気的に直列に接続されたインダクタL14およびコンデンサC15と、初段トランジスタTr1a,Tr1bのドレインと初段トランジスタTr1a,Tr1bのドレイン電源端子43との間に電気的に接続されたインダクタL13およびコンデンサC14と、終段トランジスタTr2a,Tr2bのゲートと終段トランジスタTr2a,Tr2bのゲートバイアス電源端子44との間に電気的に接続されたインダクタL15およびコンデンサC16とで構成されている。
初段トランジスタTr1a,Tr1bは、入力整合回路51を介して平衡入力端子41a,41bに電気的に接続している。入力整合回路51は、初段トランジスタTr1a,Tr1bのゲートと入力端子41a,41bの間にそれぞれ電気的に直列に接続されたインダクタL12と、入力端子41a,41bのそれぞれとアースとの間に電気的に接続された抵抗R11とで構成されている。
終段トランジスタTr2a,Tr2bは出力整合回路53を介して、プッシュプル増幅器31の平衡型出力端(言い換えると、アイソレータ1の平衡入力端)14,15に電気的に接続している。出力整合回路53は、終段トランジスタTr2a,Tr2bのドレインとプッシュプル増幅器31の平衡出力端14,15との間に電気的に直列に接続されたインダクタL17およびコンデンサC18と、終段トランジスタTr2a,Tr2bのドレインと終段トランジスタTr2a,Tr2bのドレイン電源端子48との間に電気的に接続されたインダクタL16およびコンデンサC17とで構成されている。
次に、以上の構成からなる複合電子部品40の動作について、第5図〜第8図の等価回路図を参照して説明する。
第5図は、入力信号がないとき、アイドリング電流(無信号時のバイアス電流)がいくらか流れる設定になっている状態を示している。つまり、トランジスタTr2a,Tr2bはいずれもON状態となっている。この設定は、非常に低い出力信号歪が期待できる。なお、第5図において、符号RL1は入力負荷抵抗であり、符号RL2は出力負荷抵抗である。
第6図は、平衡入力端子41a,41b間に180度位相差の平衡信号が入力され、かつ、その平衡信号の位相がθ度のときの状態を示している。平衡信号が終端トランジスタTr2a,Tr2bにそれぞれ入力されると、トランジスタTr2aはON状態となり、トランジスタTr2bはOFF状態となる。トランジスタTr2aを流れる電流は、中心電極21の第1線路導体21aを流れ、フェライト20に高周波磁界を発生させる。このとき、第2線路導体21bはトランジスタTr2bがOFF状態であるため開放されているが、第1線路導体21aのコールドエンドは接地されているので、第2線路導体21bの状態にかかわらず、常にフェライト20に高周波磁界が発生する。この高周波磁界によって、第1線路導体21aに磁気的に結合している中心電極22に電流が流れる。これにより、平衡信号は、平衡入力端子41a,41bから不平衡出力端子16に伝送される。
第7図は、前記平衡信号の位相がθ+180度のときの状態を示している。平衡信号が終端トランジスタTr2a,Tr2bにそれぞれ入力されると、トランジスタTr2aはOFF状態となり、トランジスタTr2bはON状態となる。従って、トランジスタTr2bを流れる電流が、中心電極21の第2線路導体21bを流れ、フェライト20に高周波磁界を発生させる。この高周波磁界によって、第2線路導体21bに磁気的に結合している中心電極22に電流が流れる。これにより、平衡信号は、平衡入力端子41a,41bから不平衡出力端子16に伝送される。
このように、入力側の中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのコールドエンドが互いに独立して接地されているため、平衡型入力ポート1に接続されたプッシュプル増幅器31をB級以下の浅い動作点で動作させても(全波を増幅しなくとも)、フェライト20に確実に高周波磁界を発生させることができる。
逆に、不平衡出力端子16に不平衡信号が入力されると、中心電極22に電流が流れ、フェライト20に高周波磁界が発生する。この高周波磁界によって、中心電極22に磁気的に結合している中心電極23に電流が流れる。中心電極23を流れた電流は、終端抵抗Rを流れ、そこで大部分の電力が消費された後、アースに流れる。従って、不平衡信号は、不平衡出力端子16から平衡出力端子41a,41bに殆ど伝送されない。
また、第8図は、入力信号がないとき、アイドリング電流(無信号時のバイアス電流)がほとんど流れない設定になっている状態を示している。つまり、トランジスタTr2a,Tr2bはいずれもOFF状態となっている。この設定は、効率は少し上がるが、出力信号歪が少し増加する。
このアイソレータ1は、バランやハイブリッドなどの平衡−不平衡変換器を介さないで、プッシュプル増幅器31(平衡出力回路)の出力側に接続することができる。従って、複合電子部品40を小型かつ低コストにすることができる。また、バランやハイブリッドなどを省略できるため、挿入損失や不要輻射が少なく、かつ、使用可能な周波数帯域が広い複合電子部品40を得ることができる。
また、平衡型入力ポート1の中心電極21の両端に位置する接続部26,27の各々とアースとの間を電気的に接続している整合用コンデンサC1の静電容量値を調整すれば、送信回路部の動作中心周波数を目的の周波数に合わせることができる。そして、中心電極21の両端間をコンデンサで電気的に接続する構造でないため、リード線などに伴う不要な寄生インダクタンス成分の発生がない。
また、中心電極21〜23の電気長は、1/2波長に設定することが好ましい。平衡型ポート1の中心電極21の電気長、言い換えると、第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドからコールドエンドまでの電気長が1/2波長に設定されていると、中心電極21の両端の接続部26と27の間のインピーダンスが無限大となり、平衡型の伝送線路間に挿入されるリアクタンスが無限大となる。すなわち、中心電極21に整合用コンデンサを接続する必要がなくなる。また、平衡型の伝送線路間に挿入されるリアクタンスが無限大に近い状態になれば、整合用コンデンサによるインピーダンスの変換の程度が小さくてすみ、アイソレータの動作帯域も広帯域となる。
さらに、中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのライン幅を、他の中心電極22,23の電極幅と異ならせることにより、プッシュプル増幅器31との間に最適なインピーダンス整合が得られる。
特に、相対的に低電圧の電源でプッシュプル増幅器31を駆動した場合、プッシュプル増幅器31のインピーダンスが低くなり、中心電極21に大電流が流れる。このとき、第9図に示すアイソレータ1aのように、平衡型入力ポート1の中心電極21の線路導体21a,21bのライン幅を、他の中心電極22,23のライン幅より太くする。これにより、中心電極21の等価直列抵抗が低くなって、中心電極21での導体損が減り、低挿入損失のアイソレータ1aを得ることができる。
また、本第1実施形態のように、プッシュプル増幅器31が平衡型入力端子41a,41bを有していると、SAWフィルタや平衡型バッファアンプやAGCアンプやギルバートセル型の2重平衡型ミキサに接続することが容易になる。また、同相で入力されてくる不要信号を増幅しないため、不要信号が輻射しにくく、不要波の除去に必要な回路などの対策を省略することができる。
(第2実施形態、第10図)
第10図は、第2実施形態の複合電子部品40Aの電気回路図である。第10図において、51は不平衡−平衡変換回路である分布定数線路(ストリップライン)52〜55を備えたハイブリッドカプラ、R15は終端抵抗である。
アイソレータ1の中心電極21の両端部(具体的には接続部26,27)は給電端とされ、この中心電極21に接続されている入力ポート1は平衡型入力ポートである。このアイソレータ1の中心電極21に接続されている平衡型入力ポート1は、プッシュプル増幅器31の平衡出力側に電気的に接続されている。なお、プッシュプル増幅器の一方の平衡型入力端には、移相器56が直列に接続されている。
以上の構成からなる複合電子部品40Aは前記第1実施形態の複合電子部品40と同様の作用効果を奏する。また、本第2実施形態のように、プッシュプル増幅器31の入力側が不平衡型であると、誘電体フィルタやLCフィルタやヘリカルフィルタや不平衡型バッファアンプやAGCアンプと接続することが容易になる。また、入力端子が一つでよいので、配線や実装面積を小型化および簡易化することができる。
また、不平衡−平衡変換回路は、電力分配器、遅延線、バランなどの受動回路や、バイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタなどの能動素子などでもよい。さらに、不平衡−平衡変換回路は積層基板内に形成することが好ましい。積層基板内に設けられた不平衡−平衡変換回路は、動作が安定であり、積層基板内にアイソレータ1の整合用コンデンサC1〜C3も合わせて設けることができるので、好都合である。
(第3〜第7実施形態、第11図〜第15図)
第11図は、第3実施形態のアイソレータ61の電気等価回路図である。このアイソレータ61は、中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドを給電端とし、これらのホットエンドに接続されているポート1を平衡型入力ポートとしている。第1線路導体21aのホットエンドと第2線路導体のホットエンドとの間には整合用コンデンサC4が電気的に接続されており、かつ、第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドには整合用コンデンサC5が電気的に直列に接続されている。そして、これら整合用コンデンサC4,C5の静電容量値を適宜調整することにより、アイソレータ61が組み込まれた電気回路(例えば携帯電話の送信回路部)の動作中心周波数を目的の周波数に合わせることができる。さらに、出力インピーダンスが50Ωから大幅に離れている平衡出力回路にインピーダンス整合をとることができる。
また、第12図は第4実施形態のアイソレータ71の電気等価回路図である。このアイソレータ71は、中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドとアースとの間に、整合用コンデンサC4が電気的に接続されるとともに、第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドには整合用コンデンサC5が電気的に直列に接続されている。そして、これら整合用コンデンサC4,C5の静電容量値を適宜調整することにより、送信回路部の動作中心周波数を目的の周波数に合わせることができる。さらに、出力インピーダンスが50Ωから大幅に離れている平衡出力回路にインピーダンス整合をとることができる。
また、第13図は第5実施形態のアイソレータ81の電気等価回路図である。このアイソレータ81は、中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドと平衡入力端子14,15との間に、整合用コンデンサC5が電気的に接続されている。そして、これら整合用コンデンサC5の静電容量値を適宜調整することにより、出力インピーダンスが低い(例えば10Ω以下)平衡出力回路にインピーダンス整合をとることができる。
また、第14図は第6実施形態のアイソレータ91の電気等価回路図である。このアイソレータ91は、中心電極21の第1および第2線路導体21a,21bのそれぞれのホットエンドと平衡入力端子14,15との間に整合用コンデンサC5が電気的に接続されるとともに、平衡入力端子14と15の間に整合用コンデンサC4が電気的に接続されている。そして、これら整合用コンデンサC4,C5の静電容量値を適宜調整することにより、送信回路部の動作中心周波数を目的の周波数に合わせることができる。さらに、出力インピーダンスが50Ωから大幅に離れている平衡出力回路にインピーダンス整合をとることができる。
また、第15図は第7実施形態のアイソレータ101の電気等価回路図である。このアイソレータ101は、第13図に示した第6実施形態のアイソレータ81に、さらに、平衡入力端子14と15のそれぞれとアースとの間に整合用コンデンサC4が電気的に接続されたものである。
(第8実施形態、第16図)
第16図に示すように、3ポート型アイソレータ171は、概略、金属製下側ケース174と金属製上側ケース178とからなる金属ケースと、永久磁石179と、中心電極組立体190と、終端抵抗Rおよび整合用コンデンサC1〜C3を内蔵した矩形状の積層基板200を備えている。
中心電極組立体190は、平面視形状が長方形のマイクロ波フェライト194の上面に中心電極191,192,193を絶縁層(図示せず)を介在させて略120度で交差するように配置している。本第8実施形態では、中心電極192,193をそれぞれ二つのラインで構成した。
中心電極191は、互いに平行に配置された第1線路導体191aおよび第2線路導体191bにて構成されている。第1および第2線路導体191aと191bは、第1線路導体191aのホットエンドと第2線路導体191bのコールドエンドが対向し、かつ、第1線路導体191aのコールドエンドと第2線路導体191bのホットエンドが対向するように配置され、電磁結合している。
中心電極191〜193は銅箔を用いてフェライト194に貼り付けてもよいし、フェライト194上にAg,Au,Ag−Pd,Cuなどの導電ペーストを印刷して形成してもよい。導電ペーストには感光性樹脂が含まれており、導電ペーストをフェライト194の全面に印刷した後、露光、現像して不要部分を除去してから焼成する。これにより、位置精度の高い厚膜の中心電極191〜193が形成されるので、安定な電気特性が得られる。
積層基板200は、中心電極ホットエンド用接続電極182a,182b,183,184および中心電極コールドエンド用接続電極185などを設けた誘電体シートと、コンデンサ電極や抵抗Rなどを表面に設けた誘電体シートと、平衡入力端子214,215、不平衡出力端子216およびグランド端子217などにて構成されている。
この積層基板200は、以下のようにして作製される。すなわち、誘電体シートは、Al2O3を主成分とし、SiO2,SrO,CaO,PbO,Na2O,K2O,MgO,BaO,CeO2,B2O3のうちの1種類あるいは複数種類を副成分として含む低温焼結誘電体材料にて作製する。
さらに、積層基板200の焼成条件(特に焼成温度1000℃以下)では焼成せず、積層基板200の基板平面方向(X−Y方向)の焼成収縮を抑制する収縮抑制シートを作製する。この収縮抑制シートの材料は、アルミナ粉末および安定化ジルコニア粉末の混合材料である。
中心電極用接続電極182a〜185やコンデンサ電極は、スクリーン印刷やフォトリソグラフ等の方法により誘電体シートに形成されている。電極182a〜185等の材料としては、抵抗率が低く、誘電体シートと同時焼成可能なAg,Cu,Ag−Pdなどが用いられる。
抵抗Rは、スクリーン印刷等の方法により誘電体シートの表面に形成されている。抵抗Rの材料としては、サーメット、カーボン、ルテニウムなどが使用される。
信号用ビアホールは、誘電体シートにレーザ加工やパンチング加工などにより、予めビアホール用孔を形成した後、そのビアホール用孔に導電ペーストを充填することにより形成される。一般に、導電ペーストの材料としては、電極182a〜185等と同一の材料(Ag,Cu,Ag−Pdなど)が用いられる。
コンデンサ電極はそれぞれ、誘電体シートを間に挟んで対向して整合用コンデンサC1〜C3を構成する。これら整合用コンデンサC1〜C3や抵抗Rは、電極182a〜185や信号用ビアホールとともに、積層基板200の内部に第4図に示したアイソレータ1と同様の電気回路を構成する。
以上の誘電体シートは積層され、さらに、その上下に収縮抑制シートが積層された後、焼成される。これにより、焼結体が得られ、その後、超音波洗浄法や湿式ホーニング法によって、未焼結の収縮抑制材料を除去し、積層基板200とする。
積層基板200の底面には、平衡入力端子214,215、不平衡出力端子216およびグランド端子217が突出して配設されている。これら厚膜の端子214〜217の表面には1〜10μmのNiめっきが施され、さらに、その表面に0.5μm以下の金めっきが施されている。これは、端子214〜217のはんだ付け性(はんだ濡れ性)改善、はんだへの溶融(はんだ喰われ)防止、マイグレーション防止を目的としている。
以上の構成部品は以下のようにして組み立てられる。すなわち、永久磁石179は金属製上側ケース178の天井に接着剤によって固定される。積層基板200上には、中心電極組立体190の中心電極191〜193の各々の端部が積層基板200の表面に形成された中心電極用接続電極182a〜185にはんだ付けされることにより、中心電極組立体190が実装される。
積層基板200は金属製下側ケース174の底部174b上に載置され、積層基板200の裏面に設けたグランド電極がはんだによって底部174bに固定されるとともに電気的に接続される。
このアイソレータ171は、中心電極191〜193や積層基板200の形成にスクリーン印刷やフォトリソグラフ技術を用いているため、複雑な回路や配線を高精度に形成することができる。
本実施形態では、平衡型入力ポートの中心電極191の第1線路導体191aと第2線路導体191bを接近して配置している。そのため、接近配置してもショートしたり、間隔が製品個体間でばらついて特性バラツキを生じたりしないようにする必要がある。そのため、印刷やフォトリソグラフの手法を用いて、高精度に中心電極191〜193を形成することは有効である。
一般に、フォトリソグラフは印刷より高精度にパターン形成できる。しかし、フォトリソグラフに適した薄膜は電極厚さが薄いため、1〜2GHz程度の周波数帯においては損失が大きい。そこで、焼成前の厚膜電極の不要部分をフォトリソグラフによる感光・現像の手法で除いた後、焼成する方法は、第8実施形態のアイソレータ171の中心電極191〜193の形成に最適である。
また、本実施形態では、整合用コンデンサC1〜C3の数が、通常のアイソレータと比較して多くなる。そのため、個別部品の整合用コンデンサC1〜C3を用いると、部品点数や接続箇所が増加して信頼性が低下し、小型化にも不利である。しかし、プッシュプル増幅器31やプッシュプル増幅器31の入力側に接続される不平衡−平衡変換器などの一部のインダクタやコンデンサを積層基板200に内蔵することで、小型で高信頼性の複合電子部品を得ることができる。
(第9実施形態、第17図)
第9実施形態は、本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして説明する。
第17図は携帯電話220のRF部分の電気回路ブロック図である。第17図において、222はアンテナ素子、223はデュプレクサ、231は送信側アイソレータ、232は送信側電力増幅器、233は送信側段間用帯域通過フィルタ、234は送信側ミキサ、235は受信側電力増幅器、236は受信側段間用帯域通過フィルタ、237は受信側ミキサ、238は電圧制御発振器(VCO)、239はローカル用帯域通過フィルタである。
ここに、複合電子部品240として、例えば前記第1実施形態または第2実施形態の複合電子部品40,40Aが用いられる。この複合電子部品240を実装することにより、電気的特性の向上した、かつ、高信頼性で小型の携帯電話220を実現することができる。
(他の実施形態)
なお、本発明は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、本発明に係る3ポート型非可逆回路素子は、アイソレータ以外に、サーキュレータやカップラ内蔵の3ポート型非可逆回路素子などであってもよい。
また、平衡型入力ポートの中心電極以外の中心電極は、平衡型ポートに接続されるものであってもよいし、不平衡型ポートに接続されるものであってもよい。このとき、第18図に示す3端子型アイソレータ61Aのように、平衡型のポート2,3のそれぞれに接続される中心電極22,23の両端をホットエンドとし、中心電極22,23の中心を仮想の接地点(コールドエンド)としてもよい。あるいは、第19図に示す3端子型アイソレータ61Bのように、平衡型出力ポート2に接続される中心電極22を、互いに略平行に配置された第1線路導体22aおよび第2線路導体22bにて構成し、第1線路導体22aのホットエンドと第2線路導体22bのコールドエンドが対向し、かつ、第1線路導体22aのコールドエンドと第2線路導体22bのホットエンドが対向するように配置して電磁結合させてもよい。
Claims (13)
- 3つのポートを有している3ポート型非可逆回路素子において、
永久磁石と、
前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
互いに電気的絶縁状態で交差して配置されている第1中心電極、第2中心電極および第3中心電極とを備え、
前記第1〜第3中心電極のうち少なくとも一つの中心電極が、互いに略平行に配置された第1線路導体および第2線路導体にて構成され、前記第1線路導体のホットエンドと前記第2線路導体のコールドエンドが対向しかつ前記第1線路導体のコールドエンドと前記第2線路導体のホットエンドが対向するように配置されて電磁結合し、前記第1線路導体のホットエンドと前記第2線路導体のホットエンドの間に形成されるポートが平衡型ポートであること、
を特徴とする3ポート型非可逆回路素子。 - 前記第1線路導体および前記第2線路導体のそれぞれが少なくとも二つのラインで構成されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体および前記第2線路導体のそれぞれのラインの幅が、残りの中心電極のラインの幅と異なることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体および前記第2線路導体のそれぞれのラインの幅が、残りの中心電極のラインの幅より太いことを特徴とする請求の範囲第3項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体および前記第2線路導体にて構成された中心電極の、第1線路導体のホットエンドから第2線路導体のホットエンドまでの電気長が略1/2波長であることを特徴とする請求の範囲第1項、第2項、第3項又は第4項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体のホットエンドと前記第2線路導体のホットエンドとの間を整合用コンデンサで電気的に接続したことを特徴とする請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項又は第5項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体のホットエンドとアースとの間、および、前記第2線路導体のホットエンドとアースとの間を、それぞれ整合用コンデンサで電気的に接続したことを特徴とする請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項又は第6項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体のホットエンドおよび前記第2線路導体のホットエンドにそれぞれ整合用コンデンサを電気的に直列に接続したことを特徴とする請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項、第6項又は第7項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 前記第1線路導体のホットエンドおよび前記第2線路導体のホットエンドがそれぞれ整合用コンデンサを介して平衡入出力端子に電気的に接続され、かつ、前記平衡入出力端子とアースとの間にそれぞれ整合用コンデンサが電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、第5項、第6項、第7項又は第8項に記載の3ポート型非可逆回路素子。
- 略180度の位相差で駆動される増幅器と、前記増幅器の平衡型出力端に前記平衡型ポートを接続した請求の範囲第1項〜第9項のいずれかに記載の非可逆回路素子とを備えたことを特徴とする複合電子部品。
- 前記増幅器は平衡型入力端を有していることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の複合電子部品。
- 前記増幅器の平衡型入力端に、不平衡−平衡変換回路を介して不平衡型入力端子が接続していることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の複合電子部品。
- 請求の範囲第1項〜第9項のいずれかに記載の非可逆回路素子、および、請求の範囲第10項〜第12項のいずれかに記載の複合電子部品の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴とする通信装置。
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