JP3856230B2

JP3856230B2 - 非可逆回路素子

Info

Publication number: JP3856230B2
Application number: JP2003177039A
Authority: JP
Inventors: 宜紀松丸; 稔酒井; 秀典大波多
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005012696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイソレータや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】
アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、例えば携帯電話等の移動体無線機器等に使用されている。この種の非可逆回路素子は、ヨークとして機能する磁性金属ケース内に、軟磁性基体と中心導体等で構成された磁気回転子や永久磁石等の磁性部品及び整合用コンデンサさらには終端抵抗等の電気部品を収容して構成される。
【０００３】
この種の非可逆回路素子は、その市場的要請から、限りなく小型化が要求され、しかも小型化の中で、特性の向上が要求されている。この要求を、同時に満たすことは必ずしも容易ではない。
【０００４】
例えば、特許文献１は、磁気回路ヨーク内にフェライトを配設するとともに、このフェライトに複数の中心導体を電気的絶縁状態に、かつ、交差状に巻回し、ヨークに貼着された永久磁石により、フェライトに直流磁界を印加するようにした非可逆回路素子を構成した上で、磁気回路ヨーク内の前記フェライトを挟んで永久磁石と対向する部分に補助フェライトを配置した非可逆回路素子を開示している。補助フェライトは接地電位となるヨークに接して設けられる。
【０００５】
この先行技術によれば、補助フェライトを設けたことにより、磁界の平行度を向上させ、挿入損失を小さくできる旨記載されている。しかし、磁気回路ヨーク内のフェライトを挟んで永久磁石と対向する部分に補助フェライトを配置してあるから、その分だけ大型化される。
【０００６】
一方、非可逆回路素子の低背化を目的として、例えば特許文献２は、フェライトを1枚とした非可逆回路素子を開示している。
【０００７】
しかしながら、フェライトを1枚にしてしまうと２枚の場合に比べて帯域の狭い非可逆回路素子となってしまい、電気的特性の劣化は避けられない。
【０００８】
上述したように、従来技術によっては、低背化と、特性向上とを同時に満たすことが困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１６４２１１号公報
【特許文献２】
特許第２５２６２１９号
【特許文献３】
特開平１０―２２４１１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低背化を実現しながら、電気的特性劣化のない非可逆回路素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子は、複数の中心導体と、第１のフェライトと、第２のフェライトとを含む。
【００１２】
前記第１のフェライト及び前記第２のフェライトは、それぞれの主面の一方が前記中心導体を挟んで互いに対向している。前記第１のフェライトは、主面の他方が、導体板でシールドされている。前記複数の中心導体は、片側が前記導体板に電気的に接続されている。前記第２のフェライトは、主面の他方が非シールド面である。
【００１３】
上述した本発明に係る非可逆回路素子は、要すれば、ファラデー回転をするフェライトは、第１のフェライト及び第２のフェライトの２枚とし、第２のフェライト（永久磁石側）には接地電位のシールドを配置しない構造である。このため、シールド厚さ分の薄型化ができる。また、第２のフェライトは、第１のフェライトに比して薄くすることが可能で、非可逆回路素子の低背化を実現できる。この場合、電気的特性の劣化を生じない。
【００１４】
従って、本発明によれば、非可逆回路素子の低背化を実現しながら、1枚フェライトの場合にあるような電気的特性の劣化(電気的特性の狭帯域化)を生じない。
【００１５】
また、非可逆回路素子の補正用静電容量を1枚フェライトの場合よりも小さな値とすることが可能となり、小さなコンデンサですむので非可逆回路素子の小型化にも有効である。２枚フェライトの場合に比して片側のシールド部品が必要ないので部品点数の削減につながる。
【００１６】
好ましくは、第２のフェライトは、厚さが、第１のフェライトの厚さよりも薄い。第１のフェライト及び第２のフェライトは、材質が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１７】
この種の非可逆回路素子の一般的な構成として、永久磁石を含む。永久磁石は、第２のフェライトの非シールド主面に接しているのがよい。この場合、永久磁石は、第２のフェライトの非シールド主面に、例えば接着剤などを用いて固着されていてもよい。
【００１８】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る非可逆回路素子の構成を概略的に示す断面図、図２は図１に示した非可逆回路素子における磁気回転子構造の一例を示す斜視図、図３は図１及び図２に示した非可逆回路素子を用いたアイソレータの回路図である。
【００２０】
図示された非可逆回路素子は、第１〜第３の中心導体６４〜６６と、第１のフェライト６０と、第２のフェライト１０とを含む。更に、一般的な構成要素として、ケース部材１及び永久磁石８とを含む。
【００２１】
第１のフェライト６０及び第２のフェライト１０は、それぞれの主面の一方が第１〜第３の中心導体６４〜６６を挟んで互いに対向している。第１のフェライト６０及び第２のフェライト１０は、よく知られているように、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等の軟磁性材料からなる。第１のフェライト６０は、主面の他方が、グランド部Ｇでシールドされている。第２のフェライト１０は、主面の他方が非シールド面である。
【００２２】
第１〜第３の中心導体６４〜６６は、互いに所定の角度をもって交差する。交差部は、絶縁部材６８により互いに絶縁される。更に、全体が絶縁部材６８によって固定される。第１〜第３の中心導体６４〜６６は、一端がグランド部Ｇに電気的に接続され、他端が電気部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、抵抗器に接続されている。
【００２３】
ケース部材１は、導電性を有する磁性金属材料と、電気絶縁性樹脂材料とを含んで構成される。永久磁石８は第１〜第３の中心導体６４〜６６と、第１のフェライト６０とで構成される磁気回転子に対して直流磁界を印加する。
【００２４】
アイソレータとして用いる場合は、図３に示すごとく、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３及び抵抗器Ｒの一端に、第１〜第３の中心導体６４〜６６を電気的に導通させる。第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３及び抵抗器Ｒの他端は、アースされている。第１の端子１７が入力端子を構成し、第２の端子２０が出力端子を構成する。図３に示すアイソレータ回路において、抵抗器Ｒを削除し、第３の端子を形成すれば、サーキュレータが構成できる。
【００２５】
上述した非可逆回路素子において、ファラデー回転をするフェライトは、第１のフェライト６０及び第２のフェライト１０の２枚であり、接地電位のシールドとなるグランド部Ｇは、第１のフェライト６０にのみ配置し、第２のフェライト１０（永久磁石側）には接地電位のシールドを配置しない。このためシールド厚さ分の薄型化ができる。また、第２のフェライト１０は、第１のフェライト６０に比して薄くすることが可能であり、これにより、より一層の低背化を実現できる。この場合、電気的特性の劣化を生じない。
【００２６】
従って、本発明によれば、非可逆回路素子の低背化を実現しながら、1枚フェライトの場合にあるような電気的特性の劣化(電気的特性の狭帯域化)を回避し得ることになる。
【００２７】
また、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３の静電容量値を、フェライトを一枚だけ用いる場合よりも小さな値とすることが可能となり、小さなコンデンサですむので非可逆回路素子の小型化にも有効である。また、フェライトを２枚用いた従来技術（特許文献２参照）に比して片側のシールド部品が必要ないので、部品点数の削減につながる。
【００２８】
図４は本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図、図５は図４に図示した非可逆回路素子の斜視図、図６はケースの内部における磁気回転子、コンデンサ、及び、抵抗器の配置関係を示す図である。図示された非可逆回路素子は、ケース部材１と、カバー部材９と、磁気回転子６と、永久磁石８とを含む。電気部品は、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３と、抵抗器Ｒとを含み、アイソレータを構成する。
【００２９】
ケース部材１は上部が開口した箱形であり、金属板材で構成されたヨーク部３００と、絶縁樹脂で構成された絶縁部４００とを含む。ヨーク部３００は、プレス加工、折り曲げ加工によって一体に形成できる。ケース部材１の絶縁部４００にはエンジニアリングプラスチック等が用いられ、インサートモールド成形によってヨーク部３００と一体化できる。ケース部材１の内部底面は、金属材料部分で形成された導電部１６０を含んでいる。
【００３０】
絶縁部４００には第１〜第３の外部端子１５〜１７が設けられている。第１、第２の外部端子１５、１７は、絶縁部４００から露出するとともに、ケース部材１の内部に延在する。
【００３１】
第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３は、ケース部材１に収納され、導電部１６０の所定の位置に配置される。抵抗器Ｒは、ケース部材１に収納され、一端が導電部１６０に電気的に導通する。
【００３２】
磁気回転子６は、ケース部材１に収納され、グランド部Ｇが導電部１６０に接して配置される。第１〜第３の中心導体６４〜６６は、所定の角度で交差し、その一端が、略四角形状のグランド部Ｇに連続する。
【００３３】
第１の中心導体６４は、第１の端子部６４１が、第１のコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒに接続される。第２の中心導体６５は、第２の端子部６５１が、第２のコンデンサＣ２に接続される。第３の中心導体６６は、第３の端子部６６１が、第３のコンデンサＣ３に接続される。
【００３４】
押圧部材７は、空洞部７０、枠部７１、及び、低段部７２を有し、ケース部材１の内部に設けられる。空洞部７０は、上面及び下面において開口する。空洞部７０は、第２のフェライト１０の外形に対応する形状を有しており、第２のフェライト１０は押圧部材７の空洞部７０に挿入され、位置決めされる。
【００３５】
押圧部材７の枠部７１は、第１〜第３の端子部６４１〜６６１を、抵抗器Ｒ及び第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３に確実に押しつけるとともに、抵抗器Ｒ、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３をケース部材１の導電部１６０に押しつける。押圧部材７はエンジニアリングプラスチック等の絶縁材料からなる。
【００３６】
押圧部材７の低段部７２は、永久磁石８を受ける部分である。永久磁石８は磁気回転子６に直流磁界を印加するものであって、外形が円形状である。永久磁石８は、第２のフェライト１０の非シールド主面に接し、例えば接着剤などを用いて固着されている。
【００３７】
第２のフェライト１０は、第１のフェライト６０と同様に高周波フェライトとしてファラデー回転作用に寄与するので、第１〜第３の中心導体６４〜６６との位置関係は重要である。あるべき位置よりずれれば電気的特性は変化する。すなわち、位置バラツキが大きければ、電気的特性のバラツキも大きくなる。
【００３８】
そこで、実施例では、押圧部材７の役割として、第１〜第３の端子部６４１〜６６１への機械的固定の目的だけではなく、空洞部７０による第２のフェライト１０の位置決めの役割も持たせてある。このため第２のフェライト１０の位置バラツキを少なくすることができる。さらに、押圧部材７の役割として低段部７２による永久磁石８の位置決めの役割も持たせてある。
【００３９】
カバー部材９は導電性を有する磁性金属材料で構成され、永久磁石８に重なり、ケース部材１の開口を閉塞するようにケース部材１と組み合わされ、磁気的に結合してヨークを構成する。
【００４０】
上述した実施例において、ファラデー回転をするフェライトは、第１のフェライト６０及び第２のフェライト１０の２枚である。この構造において、第２のフェライト１０には接地電位のシールドを配置しない。このためシールド厚さ分の薄型化ができる。また、第２のフェライト１０は、第１のフェライト６０に比して薄くすることが可能であり、これにより、より一層の非可逆回路素子の低背化を実現できる。この場合、電気的特性の劣化を生じない。
【００４１】
従って、上記実施例によれば、非可逆回路素子の低背化を実現しながら、電気的特性の劣化(電気的特性の狭帯域化)を回避し得ることになる。
【００４２】
また、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３を、フェライトを一枚だけ用いる場合よりも小さな値とすることが可能となり、小さなコンデンサで済む。このため、非可逆回路素子を小型化し得る。しかも、フェライトを２枚用いる従来技術に比して、片側のシールド部品が必要ないので、部品点数の削減につながる。次に、実施例を挙げて説明する。
【００４３】
実施例
第２のフェライト１０の厚さを０．１５ｍｍとし、永久磁石８の厚さを０．６０ｍｍとし、第１〜第３の中心導体６４〜６６の厚さを０．０３ｍｍとすることにより、第２のフェライト１０を追加するスペースを確保できた。第１のフェライト６０は厚さを０．４ｍｍとしたが、薄くすることも可能である。また、フェライトの材質は２枚とも同じものとした。非可逆回路素子に要求される特性によっては異なる材質のフェライトを用いることもできる。
【００４４】
第１〜第３の中心導体６４〜６６の厚さを、０．０３ｍｍと薄くしたことにより、磁気回転子組立の際のスプリングバックが減少し、折り曲げ加工が容易になる効果もあった。また、実効的なインダクタンスが上がったため、必要な静電容量値が少なくて済み、コンデンサの小型化が可能になった。第２のフェライト１０を含む磁気回転子への直流磁界が少なくて済み、永久磁石８を、０．６０ｍｍと薄型化し得るメリットもあった。
【００４５】
第２のフェライト１０は厚さが０．１５ｍｍと薄いため、抗折強度が弱くなる。そこで、図７に示すように、永久磁石８と第２のフェライト１０とを接着剤により固着し、これを、押圧部材７に組み付ける構造とした。このような構造であれば、永久磁石８に固着された第２のフェライト１０は、薄くても割れなどを生じることはない。実施例ではさらに押圧部材７とも共着し、第２のフェライト１０と永久磁石８と押圧部材７とを一体化した。これにより、非可逆回路素子の組立の際、オフラインで第２のフェライト１０と永久磁石８とを一体化しておいたものを使えるので、組立効率が向上した。
【００４６】
実施例では、第１のフェライト６０及び第２のフェライト１０の両者とも、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとした。勿論、第２のフェライト１０を第１のフェライト６０に対して、大きさを変えてもよい。第２のフェライト１０の大きさを変えた場合の特性への影響について述べる。まず、従来通りの1枚フェライトの非可逆回路素子に第２のフェライト１０を追加した場合、非可逆回路素子の共振周波数が、低くなる。すなわち、1枚フェライトの場合と同じ共振周波数とするためにはコンデンサの静電容量値を小さくする必要がある。第２のフェライト１０の大きさにおいて、1枚フェライトと同じ大きさ(２ｍｍ×２ｍｍ)とした場合を基準とすると、第２のフェライト１０を大きくした場合には非可逆回路素子の共振周波数は低くなり、逆にフェライトの大きさを小さくした場合には共振周波数は高くなる。いずれの場合においても第２のフェライト１０が非可逆回路素子のファラデー回転作用に寄与していることがわかる。このため第２のフェライト１０において、同じ大きさであってもフェライトの飽和磁化を変えると共振周波数は変化する。なお、特許文献３に記載されたガーネット製ヨークは、サーキュレータ動作に直接作用するものではなく、磁気回路のヨークとして作用するものである、との明細書記載からみて、サーキュレータ動作に直接作用する第２のフェライト１０とは異なるものである。
【００４７】
次に、実施例に係る非可逆回路素子の特性を、従来の非可逆回路素子の特性と比較した実験データを示す。図８は入力端子側の反射特性、図９は出力端子側の反射特性、図１０は挿入損失特性、図１１はアイソレーション特性である。図８〜図１０において、特性Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１は、１枚フェライトを用いた従来の非可逆回路素子（比較例）の特性、特性Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ４２は、本発明に係る非可逆回路素子の上記実施例の特性をそれぞれ示している。実験に供された従来の非可逆回路素子は、第２のフェライト１０を持たない点で、実施例に係る非可逆回路素子と異なる。
【００４８】
図８〜図１１を参照すると明らかなように、反射特性、伝送特性、挿入損失特性、及び、アイソレーション特性の何れにおいても、本発明に係る実施例は、比較例たる従来の非可逆回路素子よりも優れている。
【００４９】
以上、実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、低背化を実現しながら、電気的特性劣化のない非可逆回路素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非可逆回路素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示した非可逆回路素子における磁気回転子構造の一例を示す斜視図である。
【図３】図１及び図２に示した非可逆回路素子を用いたアイソレータの回路図である。
【図４】本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図である。
【図５】図４に図示した非可逆回路素子の斜視図である。
【図６】ケースの内部における磁気回転子、コンデンサ、及び、抵抗器の配置関係を示す図である。
【図７】第２のフェライト、永久磁石及び押圧部材の組み合わせを説明する斜視図である。
【図８】本発明に係る非可逆回路素子の入力端子側の反射特性を、従来の非可逆回路素子のそれと比較して示す図である。
【図９】本発明に係る非可逆回路素子の出力端子側の反射特性を、従来の非可逆回路素子のそれと比較して示す図である。
【図１０】本発明に係る非可逆回路素子の挿入損失特性を、従来の非可逆回路素子のそれと比較して示す図である。
【図１１】本発明に係る非可逆回路素子のアイソレーション特性を、従来の非可逆回路素子のそれと比較して示す図である。
【符号の説明】
１ケース部材
６磁気回転子
６０軟磁性基体
６４、６５、６６第１〜第３の中心導体
６４１、６５１、６６１端子部
Ｇグランド部

Claims

複数の中心導体と、第１のフェライトと、第２のフェライトと、押圧部材と、永久磁石とを含む非可逆回路素子であって、
前記第１のフェライト及び前記第２のフェライトは、それぞれの主面の一方が前記中心導体を挟んで互いに対向しており、
前記第１のフェライトは、主面の他方が、導体板でシールドされており、
前記複数の中心導体は、片側が前記導体板に電気的に接続されており、
前記第２のフェライトは、主面の他方が非シールド面であり、
前記押圧部材は、枠部と、低段部と、空洞部とを有しており、
前記低段部は、前記枠部よりも低い面をなし、
前記空洞部は、前記低段部の前記面内に設けられ、上面及び下面において開口し、前記空洞部の内部には前記第２のフェライトがはめ込まれており、
前記永久磁石は、前記低段部で位置決めされ、前記第２のフェライトの前記非シールド面に接している
非可逆回路素子。
請求項１に記載された非可逆回路素子であって、
前記第２のフェライトは、厚さが、前記第１のフェライトの厚さよりも薄い非可逆回路素子。
請求項１または２に記載された非可逆回路素子であって、前記第１のフェライト及び前記第２のフェライトは、材質が同じである非可逆回路素子。
請求項１乃至３の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記第１のフェライト及び前記第２のフェライトは、材質が異なる非可逆回路素子。
請求項１乃至４の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記永久磁石は、前記第２のフェライトの前記非シールド主面に固着されている非可逆回路素子。
請求項１乃至５の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記永久磁石は、前記押圧部材に固着されている非可逆回路素子。