JP3879997B2 - アイソレータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いた移動体通信機器の部品である、小型、集中定数型のアイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
数１００ＭＨｚから十数ＧＨｚの周波数帯を利用した移動体通信機器すなわちＰＨＳ（パーソナル・ハンデイ・ホン）基地局や携帯電話の端末機等には、アイソレータやサーキュレータといった非可逆回路素子を用いる例が多い。この素子は、順方向のマイクロ波は低損失で通過せしめ、逆方向のマイクロ波は阻止する機能を有する。また、移動体通信用の携帯機としては、小型でかつ振動に耐える構造であることが求められている。
【０００３】
小型の集中定数型アイソレータは、永久磁石、マイクロ波フェライト、中心導体、積層容量素子、抵抗素子およびその他の部材をヨークを兼ねた鉄製のケースの中に備えて構成されている。このアイソレータは通常、一通り組み立て作業を済ませた後で、特定周波数での目標特性規格に合わせるべく微調整を行う。
【０００４】
すなわち、永久磁石の発生磁場を着磁、脱磁の操作で調整し、またはコンデンサの電極パターンをトリミングして容量を調整し、あるいは併用する空心コイルの線輪間隔を調整するなどして目標特性に合わせるのが通常の手法であった。この磁場調整にしろ容量調整にしろ、一度アイソレータを分解し、調整を行い、再度組み上げて特性確認し、また分解して調整を行う方法が採られていた。
【０００５】
しかしかかる調整手段を採用する限り、組立作業に伴って生ずるばらつきは調整の対象外とせざるを得ないため、精密な調整を放棄せざるを得ない状況であった。また組立作業後空心コイルの線輪間隔を調整したアイソレータは、振動によって特性変化しやすく移動体通信用携帯機にあっては実用性がない。
【０００６】
このような調整作業の効率化と調整精度の向上をねらって、仮にアイソレータの金属ケースの上部に穴を設け、水平に配置された半固定コンデンサの電極パターンを上記の穴を介してトリミングしようとすれば、そのコンデンサのパターンは少なくとも永久磁石等の陰になってはならないので、当該永久磁石の外側に離して配置する必要がある。すなわち部品が大型化して市場の要請からはかけ離れる。さらに、トリミングの結果発生する切り屑は部品内に飛散し、短絡事故の原因となるので信頼性の面で致命的な欠陥となる。結果として上述の様な調整方法は全く現実的ではない。
【０００７】
従って、この性能のばらつきを特性調整作業で目的性能に合わせるにあたっては、多大の時間と労力を使った部品配置時の調整を必須とし、しかも不十分な精度の調整しか行えず、当製品分野における生産の自動化、信頼性の確保、部品の性能、精度、価格等の面での遅れをもたらし、当製品分野の発展を妨げる大きな原因となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況に鑑み、小型の集中定数型のアイソレータに関して、本発明が解決しようとする課題は、以下の通りである。
【０００９】
すなわち、以下の要請に応える移動体通信機器用のアイソレータを提供することである。部品の小型化に寄与する構造であること、部品点数が減少すること、ハンダ作業に伴う位置ずれを生じにくい構造であること、振動に強く短絡を予防するなど信頼性を向上せしめるものであること、望ましくは容量調整が容易、精密であること。また、性能に優ればらつきが少ないこと、製造工程の自動化に寄与する構造であること、および生産性、生産効率の向上に寄与すること。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため鋭意研究の結果、本発明者らは、著しく構成を改善したアイソレータに想到したものである。すなわち本発明は、金属ケースと永久磁石と中心導体とマイクロ波フェライトと半固定容量素子と抵抗素子とを有するアイソレータにおいて、前記半固定容量素子は対向側電極と接地側電極を有し、前記対向側電極が非可逆回路素子の内側である中心導体側に向くように、かつ前記接地側電極が非可逆回路素子の外側に向くように、前記フェライトとは分離して垂直配置され、前記対向側電極には前記中心導体に電気的に接続されている略鉛直の導体板が固着され、前記接地側電極は前記金属ケースの内側に接し、これと電気的に接続されているアイソレータである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、トリミングパターンを有する半固定容量素子をいわゆる垂直配置、すなわち立てて使用する。さらに望ましくはヨークを兼ねる金属ケースに設けられた窓には上記トリミングパターンが露出し、現実的にこの窓を介してトリミングが可能なようにする。また、上記半固定容量素子の接地側電極はアイソレータの金属ケースに接し、これと電気的に接続する。この構造にあって上記トリミングパターンは接地側電極に形成してある方が簡明である。すなわち余計な配線や絶縁距離の確保を省略できるので小型化の要請に沿う。
【００１２】
さらに、上記半固定容量素子と上記金属ケースとは上記窓を除く部分で密着させる。このことでトリミング時発生する切り屑がこの窓を介して他の構成部品に付着することがないようにする。
【００１３】
上記半固定容量素子の対向側電極には１枚の導体を固着するとともに、例えばハンダ付けで両者を電気的に接続する。この導体は上記固着する部分では当然略鉛直となっている。上記導体としては銅板を用いるが、銅板に限るものではない。
【００１４】
この銅板は上記対向側電極を固着する部分以外の部分で、中心導体の延出部を挟持するように折り返した部分を有し、この部分で中心導体の仮止めを行い、しかる後両者はハンダで固定し電気的に接続する。この導体のこの部分は略水平にしておく方がより便利である。
【００１５】
上記銅板はさらにその余の部分において、アイソレータの外部電極を形成している。銅板のこの部分は略水平であるが、上記折り返した部分とは異なる平面上に設ける方が便利である。すなわちこの間、２回程度折り曲げることになる。
【００１６】
以上の、少なくとも３つの機能部をもった上記銅板は、樹脂とともに一体成形され、銅板の当該機能部を除く部分の一部が当該樹脂に覆われるように形成する。この方法の採用によって上記銅板のたわみや歪みあるいは変形が防止される。さらに、上述の半固定容量素子や中心導体の配置は正確かつ能率的に行える。
【００１７】
上記樹脂は、上記銅板の上記対向側電極を固着する部分と略同一平面上に延びる鉛直な壁面を有する。さらに、この壁面に直交して最寄りの金属ケース側に延びる水平面であって、かつその延びた部分の長さが上記半固定容量素子の厚さと略同じかそれ以下であるような水平面を、上記樹脂は有する。
【００１８】
これらの直交する２面に沿って上述の半固定容量素子を配置する。この半固定容量素子は、その接地側電極が丁度金属ケースの内側に接し、その接地側電極の中央部が前記金属ケースに設けられた窓の中央部と略一致する位置に配置する。
【００１９】
さらに上記銅板と樹脂との一体成形物は、上記マイクロ波フェライトの外周側に直接または中心導体を介して接することで当該マイクロ波フェライトの配置を矯正する。この目的で当該樹脂成形物は適当な凹部を設ければなおよい。
【００２０】
また上記銅板と樹脂との一体成形物は、アイソレータの入出力ポートと対応する位置にそれぞれ配置する。これら２個の樹脂成形物は、樹脂の部分が一体であってもよい。
【００２１】
また同様にして、上記アイソレータの抵抗素子に繋がるポートに、銅板と樹脂との一体成形物および半固定容量素子と抵抗素子とを配設してもよい。この場合もこれら３個の樹脂成形物は、樹脂の部分が一体であってもよい。
【００２２】
さらに、本発明はアイソレータに関するものであるが、上記抵抗素子を除けば３端子のサーキュレータに容易に変更できる。従って、本発明に言うアイソレータは３端子サーキュレータを含むものとする。
【００２３】
【実施例】
以下に発明の詳細を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例を説明するための、アイソレータの分解斜視図である。また図２は図１に示した導体部（５）の拡大斜視図である。尚、この実施例では半固定容量素子として積層型の容量素子を用いている。
【００２４】
まず、銅板（５）と樹脂（２）との一体成形物を別途準備し、下の金属ケース（１）にはめ合わせた。続いて上記一体成形物の中央孔に中心導体（３）の接地部を入れて下の金属ケース（１）にハンダ付けした。ただし下の金属ケース（１）と中心導体（３）の接地部との間には銅製のアース板を配置する場合もある。
【００２５】
この中心導体（３）の接地部の上、上記一体成形物の中央孔の中にマイクロ波フェライトである円板状のガーネット（１１）を配置し、上記中心導体（３）の一つの端子を、上記ガーネット（１１）を包むように折り曲げた（ここに言う中心導体（３）の端子には網目部を含むものとする。）。続いて、上記中心導体（３）の他の一つの端子を同様に折り曲げ、先の端子との間にポリイミド製の絶縁フィルムを挟み、同様の手順を繰り返して残った端子を折り込んだ。
【００２６】
中心導体（３）のひとつの端子の延出部（１０）は、上記一体成形物のひとつの銅板（５）に設けた折り返し部（２２）に挟んで仮止めした後ハンダで電気的に接続した。同様にして他の端子も他の銅板の折り返し部に接続した。
【００２７】
続いて、下の金属ケース（１）と銅板（５）の鉛直部（２１）との間に積層型の容量素子（９）を立ててはめ込み、ハンダ付け固定した。なお上記積層型の容量素子（９）の最外層表面には、接地側電極でもあるところのトリミングパターンが設けられており、この面がケース側となり、反対の最外層表面である対向側電極が銅板（５）側となるように積層型の容量素子（９）を配置した。
【００２８】
抵抗素子（７）は積層型の容量素子（８）と同じ厚さのものを用意し積層型の容量素子（８）の場合と同様の要領ではめ込み、ハンダで固定した。なお、この接地端子が下の金属ケース（１）と同電位であることは言うまでもない。
【００２９】
上の金属ケース（１３）には永久磁石であるバリウムフェライト円板（１２）を接着し、電磁石で着磁調整を施し、しかるのち、下の金属ケース（１）とはめ合わせアイソレータとした。
【００３０】
翻って、別途準備した銅板（５）と樹脂（２）との一体成形物の作成方法について詳細に説明する。厚さ０．２ｍｍの一枚の銅板を、連続プレス加工機を用いて、図２の展開面となるように打ち抜き、折り曲げて、鉛直部（２１）、折り返し部（２２）、外部電極（２３）となる各部分を形成し銅板（５）を作成した。さらに同様にして対称形状の銅板やダミーポート用の銅板等を作成した。
【００３１】
これらの銅板はトランスファ成型機を用いて樹脂とともに一体成形し、中央部にガーネット（１１）や中心導体（３）を挿入するための孔部を有し、外形が下の金属ケース（１）の内側と一致するサイズであって、外部電極（２３）の周辺以外で下の金属ケース（１）の下部を跨持するような下面の凹部を有する一体成形物（２）を得たものである。
【００３２】
下の金属ケース（１）は連続プレスを用い、厚さ０．２ｍｍの鉄板を打ち抜き折り曲げた後、表面に高導電処理を施し、作成した。この際、積層型の容量素子（６、８、９）を配置する予定の場所には窓（１４、１５、１６）を設けた。ただしこれらの打ち抜き部が窓状である必要はなく、積層型の容量素子（６、８、９）を支えることさえできれば、外に開いた形状であってもよい。
【００３３】
以上のようにして組み上げたアイソレータは、ネットワークアナライザを用いて性能を測定し、上記窓状の切り欠き部を通じて積層型の容量素子（６、８、９）の容量パターンをトリミングし、目標特性となるように調整を施した。トリミングには先端が尖ったレジンボンド砥石を高速回転させ、これを除去したい部分に押しつけておこなった。
【００３４】
（結果の確認）
作成したアイソレータの外形は、高さにおいて従来と変わらず、幅は辺々約１ｍｍすなわち約１５％小さくなった。これは薄い積層型の容量素子を立てて使った効果である。
【００３５】
部品点数は大幅に減少し大きな経済効果が得られた。１枚の銅板により、外部電極、外部電極までの引出配線、中心導体延出部と左記引出配線までの中継線、容量素子の対向側電極、容量素子の対向側電極と左記引出配線までの中継線等々が不要となり、同様の効果が他の銅板についても得られたことによる。このような部品点数の減によってハンダ付け作業の工数は１０〜２０％減少し品質ばらつきも減少した。
【００３６】
トリミングが容易で調整工数が従来の約１／３に激減した。しかも挿入損失の平均値は従来比０．２２ｄＢも向上した。これは調整精度が高くなったこと、損失の原因となり易い上述の中継部品類が減少したこと、損失の原因となり易い上述のハンダ作業が減少したこと、ガーネットの配置を容易かつ正確に行えるようになったこと等々に起因するものである。
【００３７】
トリミングに伴い発生する切り屑の部品内部への飛散が無くなった。よって部品の短絡事故を予防し信頼性の面でも極めて有意義である。また、振動試験器を用いた２４時間の振動試験においても諸特性の劣化は皆無であり大幅の改善を得た。上述の銅板と樹脂とを一体成形したことによって強い振動が掛かっても配線等の位置ずれを生じにくく、部品配置の安定性が飛躍的に向上したことによるものである。
【００３８】
【発明の効果】
移動体通信機器用の集中定数型アイソレータは、本発明を適用することにより以下の効果を得た。製品が小型となった。部品点数が大幅に減少した。ハンダ作業に伴う位置ずれが減少した。振動に強くなった。短絡が予防でき、信頼性が向上した。容量調整が容易かつ精密に可能となった。性能に優ればらつきの少ない製品が得られた。
この結果、製造工程の自動化、機械化が可能となった。生産性、生産効率の向上が著しく、製造原価の減に大幅に寄与した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に関るアイソレータの分解斜視図である。
【図２】 本発明の一実施例に関るアイソレータの要部の斜視図である。
【符号の説明】
１：下の金属ケース
２：樹脂
３：中心導体
５：導体板（銅板）
６、８、９：積層型の容量素子
１１：ガーネット（マイクロ波フェライト）
１２：永久磁石

Claims (1)

1. 金属ケースと永久磁石と中心導体とマイクロ波フェライトと半固定容量素子と抵抗素子とを有するアイソレータにおいて、前記半固定容量素子は対向側電極と接地側電極を有し、前記対向側電極が非可逆回路素子の内側である中心導体側に向くように、かつ前記接地側電極が非可逆回路素子の外側に向くように、前記フェライトとは分離して垂直配置され、前記対向側電極には前記中心導体に電気的に接続されている略鉛直の導体板が固着され、前記接地側電極は前記金属ケースの内側に接し、これと電気的に接続されていることを特徴とするアイソレータ。

Images