JP4066349B2 - 3-winding non-reciprocal element - Google Patents
3-winding non-reciprocal element Download PDFInfo
- Publication number
- JP4066349B2 JP4066349B2 JP2003093646A JP2003093646A JP4066349B2 JP 4066349 B2 JP4066349 B2 JP 4066349B2 JP 2003093646 A JP2003093646 A JP 2003093646A JP 2003093646 A JP2003093646 A JP 2003093646A JP 4066349 B2 JP4066349 B2 JP 4066349B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- center
- central
- center conductor
- central conductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用非可逆素子であるサーキュレータ・アイソレータ、特に挿入損失が小さく広帯域特性を有する3端子対非可逆素子の分野に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在の高周波用非可逆素子であるアイソレータの技術状況としては、3端子対接合型サーキュレータの一つの端子を整合インピーダンスで終端したものが一般的である。この接合型サーキュレータは、2種類の形式、すなわち分布定数型サーキュレータと集中定数型サーキュレータに分類される。サーキュレータは電気的特性が非可逆的であり、その構造はフェライト薄板に垂直に磁界を印加して、このフェライト薄板の周囲に導体を近接したものを基本としている。前者の分布定数型はアイソレータ素子の寸法が取り扱っているフェライト薄板中を伝わる高周波の波長の1/4以上の場合に、後者の集中定数型は1/8以下の場合にそれぞれ使い分けられる。集中定数型の方が小形化に適する。
【0003】
図17に、現在携帯電話等で用いられている3端子対集中定数型サーキュレータの一端子対に整合インピーダンス(抵抗素子R)を接続してアイソレータを実現した場合の概略構造と概略回路を示す。
フェライト薄板Gはガーネット型フェライトよりなり、この上面に3本の中心導体L1、L2、L3が図16のように120度の角度間隔で配されている。それぞれの中心導体の一端は端子対▲1▼▲2▼▲3▼の入出力端子となり、他端は地導体GNDとなる共通部GRに接続される。整合用コンデンサーC1、C2、C3がそれぞれ中心導体L1、L2、L3の一端と共通部GRの間に並列接続される。また、アイソレータを実現するためエネルギーを吸収するための抵抗素子Rが端子対▲3▼と共通部GRの間に取り付けられている。フェライト薄板Gの主面にほぼ垂直な静磁界が印加されるように永久磁石が装荷されているが、図面では省略してある。静磁界の方向と強さ、および中心導体L1、L2、L3と整合用コンデンサーC1、C2、C3の大きさを慎重に調整することにより、図17の構造は所望の周波数(以後中心周波数という)foでサーキュレータとして動作し、端子対▲1▼から入力した高周波は端子対▲2▼に、端子対▲2▼から入った高周波は端子対▲3▼に少ない損失で伝わる。端子対▲3▼に抵抗素子Rが接続されているとそこでエネルギーが吸収され、端子対▲2▼から端子対▲1▼に高周波はほとんど伝播しない状態となる。すなわち一方向のみの高周波伝播を助け、逆方向のそれは阻止する素子であるアイソレータを実現できる(例えば特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−13109号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図17の従来技術の構造は対称的であり、作りやすいという利点を持っていたが、挿入損失が余り小さくならずその帯域幅も狭いという欠点を持っていた。本発明は、上記従来技術の状況を鑑みてなされたもので、挿入損失が小さくその帯域幅が広い3巻線型非可逆素子を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための方法】
本発明は、第1中心導体、第2中心導体、第3中心導体を絶縁状態で交差するようにフェライト薄板に近接して配し、該フェライト薄板は永久磁石により静磁界が印加されており、第1中心導体の一端が入出力端子、第1中心導体の他端がもう一つの入出力端子となり、前記第2中心導体の一端は第1中心導体の一端に接続され、第3中心導体の一端は第1中心導体の他端に接続され、第2中心導体と第3中心導体の他端は共通部に接続され、かつ第1中心導体の一端と他端との間にキャパシタンス素子と抵抗素子とが並列接続されてなることを特徴とする3巻線型非可逆素子である。
本発明においては、第2中心導体と第3中心導体のなす角度が0度から60度の範囲内あるのが好ましい。また、前記第2中心導体の一端と前記第3中心導体の一端にインダクタンス素子を接続しても良い。前記第1、第2、第3の中心導体の少なくとも一つの中心導体の中央部分を3本以上の導体に分けて形成しても良い。
また本発明は、前記第2中心導体と前記第3中心導体とが接続する共通部は地導体に接続されている3巻線型非可逆素子である。
【0007】
【発明が実施の形態】
以下本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図1は本発明の原理を示す一つの実施例である中心導体とフェライト薄板組立図を示す。円板状のフェライト薄板Gの上に、第1、第2、第3中心導体L1、L2、L3が電気的絶縁状態を保ちながら交差して配されている。従来技術と異なる点は、第1中心導体L1の一端が入力端子▲1▼、他端が出力端子▲2▼になっていることである。第2中心導体と第3中心導体は第1中心導体の上に120度の角度で交差して乗せられている。すなわち、第2中心導体L2の共通部GRと第3中心導体L3の共通部GRは第1中心導体L1対して対向する位置に配されている。当然、第2、第3中心導体L2、L3の一端も第1中心導体L1に対して対向する位置にある。このような構成にすることにより、挿入損失の帯域幅が飛躍的に向上した。なお、前記電気的絶縁状態は図には記していないが、テトラフルオロエチレン樹脂、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂、パーフロロエチレンプロペン共重合樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂などのフッ素樹脂やポリイミドなどの粘着性テープをそれぞれの中心導体間に挿入することにより達成される。また、中心導体の表面にレジストのような絶縁性被膜をほどこしても実現できる。なお、第2、第3中心導体L2、L3の交差角度φの定義は後述されるが、その定義によれは、この場合の交差角度φは60度である。
【0008】
図2は、本発明の実施例である図1の中心導体とフェライト薄板組立体に付属部品を接続して、アイソレータとして実現した回路図である。前記フェライト薄板は永久磁石により静磁界が印加されるがこれは図面には記載されていない。第1中心導体L1の両端はそれぞれ入出力端子▲1▼、▲2▼となっている。前記入出力端子▲1▼と▲2▼の間には第3インピーダンス素子Z3が接続され、かつ前記入出力端子▲1▼と▲2▼と前記共通部GRの間には第2、第3の整合用インピーダンス素子Z10、Z20がそれぞれ取り付けられている。共通部GRはインピーダンス素子Znを介して地導体GNDに接続されている。また、第2中心導体L2の一端と入出力端子▲1▼の間には第1インピーダンス素子Z1が接続されている。同じように、第3中心導体L3の一端と入出力端子▲2▼の間には第2インピーダンス素子Z2が接続されている。これが本発明の基本的な構造である。なお、図面としては明らかにしていないが、対称性から、第2中心導体L2の一端と入出力端子▲2▼の間にZ1を接続し、第2中心導体L3の一端と入出力端子▲1▼の間にZ2を接続しも基本的には同じ構造である。
【0009】
図3は、本発明の原理を示すもう一つの実施例である中心導体とフェライト薄板組立図を示す。図1の実施例と異なる点は、第2、第3中心導体L2、L3は、第1の中心導体の上に60度の角度で交差して乗せられている。この構成の特徴は、第2と第3の中心導体L2、L3の共通部GRが、第1の中心導体L1に対して、同じ側(図面では下側)に配されていることである。当然、第2、第3の中心導体L2、L3の一端も反対側(図では上側)に位置する。このような構成にすることにより、第2、第3の中心導体L2、L3の共通部GRは地導体GNDなどに接続が簡単となる。
なお、ここで、第2、第3の中心導体L2、L3の交差角度φを定義する。交差角度φは、第1中心導体L1を基準にして、同じ片側(図では上側もしくは下側)の領域での交差角度である。中心導体の共通部と一端の方向には関係しない。従って、図1と図2に開示のものは、第2、第3の中心導体L2、L3の交差角度φがともに60度となる。
【0010】
図4は、本発明の実施例である図3の中心導体とフェライト薄板組立体に付属部品を接続して、アイソレータとして実現した回路図である。第1中心導体L1の両端はそれぞれ入出力端子▲1▼、▲2▼となっている。前記入出力端子▲1▼と▲2▼の間には第3インピーダンス素子Z3が接続され、かつ前記入出力端子▲1▼と▲2▼と前記共通部GRの間には第2、第3の整合用インピーダンス素子Z10、Z20がそれぞれ取り付けられている。共通部GRはインピーダンス素子Znを介して地導体GNDに接続されている。また、第2中心導体L2の一端と入出力端子▲1▼の間には第1インピーダンス素子Z1が接続されている。同じように、第3中心導体L3の一端と入出力端子▲2▼の間には第2インピーダンス素子Z2が接続されている。かつ第2中心導体L2の一端と第3中心導体L3の一端との間には第4インピーダンス素子Z4が接続されている。これが本発明のもう一つの基本的な構造である。なお、図面としては明らかにしていないが、対称性から、第2中心導体L2と入出力端子▲2▼の間にZ1を接続し、第3中心導体L3と入出力端子▲1▼の間にZ2を接続しも基本的には同じ構造である。
【0011】
図5は、本発明の実施例の一つである図2の回路の具体例として、第3インピーダンス素子Z3としてキャパシタンス素子C1と抵抗素子Rを、Z10、Z20として整合用コンデンサーC2、C3を、インピーダンス素子Znとして短絡素子Sを、非可逆性に寄与する第1インピーダンス素子Z1と第2インピーダンス素子Z2として短絡素子Sをそれぞれ用いた場合である。なお本実施例では第4インピーダンス素子Z4は接続していない。
【0012】
図6は、本発明の実施例のもう一つである図4の回路の具体例として、第3インピーダンス素子Z3としてキャパシタンス素子C1と抵抗素子Rを、Z10、Z20として整合用コンデンサーC2、C3を、インピーダンス素子Znとして短絡素子Sを、非可逆性に寄与する第1インピーダンス素子Z1として短絡素子Sを、第2インピーダンス素子Z2として抵抗素子R1、第4インピーダンス素子Z4としてインダクタンス素子Lをそれぞれ用いた場合である。
【0013】
図7は、本発明の原理の図1を適用したもう一つの実施例の回路図である。従来技術の回路の類推で考えて、整合用コンデンサーC2、C3は第2、第3の中心導体L2、L3と直接に並列接続した場合である。
【0014】
図8は、本発明の原理の図3を適用したもう一つの実施例の回路図である。従来技術の回路の類推で考えて、整合用コンデンサーC2、C3は第2、第3の中心導体L2、L3と直接に並列接続した場合である。
【0015】
ここで、本発明の原理を、従来技術の図17の回路図と本発明の図5の回路図を比較して簡単に説明する。入力端子▲1▼から出力端子▲2▼への高周波の伝播の際、挿入損失に着目すると、従来技術では図17に示すように、第1中心導体L1と第2中心導体L2のトランス結合により達成される。すなわち、高周波は二つの中心導体で形成される二つの並列共振回路を経由して伝送されることになる。これに対して、本発明の場合、第1中心導体L1がそのまま入力と出力の端子を兼ねており、インピーダンス素子Z10、Z20を調整することにより、広帯域かつ低損失でエネルギーの伝送が可能であることである。しかし、このままでは、非可逆性は実現できない。第2、第3中心導体L2、L3がその非可逆性の実現に寄与する。その機能を持たせるための接続方法が極めて重要である。本発明では、第2、第3中心導体の一端をインピーダンス素子Z1、Z2を介して、第1中心導体の一端と他端にそれぞれ接続し、第2、第3の中心導体の一端を共通部に接続し、かつ第1の中心導体の両端に第3インピーダンス素子Z3を接続したことにより、非可逆性を実現できることを見出した。これにより、挿入損失という観点に立てば、二つの共振回路の損失を経なければ、エネルギーを伝送できなかった従来技術に比較し、本発明の回路では、一つの共振回路、すなわち第1中心導体L1の導体損失を主に考慮するだけでよく、従来技術に比較して挿入損失を半分にできる可能性を見出した。これが本発明の主眼である。
【0016】
図9(a)(b)は本発明のもう一つの実施例である。入出力端子となる第1中心導体L1の寸法が広くかつ本数も3本と多くなっており、非可逆性を実現するための第2、第3中心導体L2、L3の寸法は狭くかつ一本であるのが特徴である。このような構成にすることにより、挿入損失を低減できかつその帯域幅を著しく広くすることができた。図9(a)は本発明の図1に実施例に相当する配置例であり、図9(b)は図3の実施例に相当する配置例である。本実施例では、交差角度φがどちらも60度の場合である。
【0017】
図10は本発明のさらなる実施例であり、フェライト薄板として、矩形形状を用いた場合を示す。このような構成にすることにより、小型アイソレータ内部の占積率及び組立性を大幅に改善することができる。
また図10は、第2、第3の中心導体L2、L3の交差角度φを100度にした場合である。このように、角度が増加しても、アイソレータとしての特性を実現できたが、特性は図9に開示のものと比べて劣るものであった。
一方図11は、第2、第3の中心導体の交差角度φを10度とした場合の実施例であり、この場合は良好なアイソレータ特性を実現できた。このことから好ましい交差角度φを60度以下とした。
【0018】
図12(a)は、第2、第3中心導体L2、L3を第1中心導体L1の中心部分で交差させ、その後は、交差角度φ=0度として平行にして外部に取り出した場合である。図12(b)は、第2、第3の中心導体L2、L3を交差させずに、交差角度φ=0度として、平行にして外部に取り出した場合である。この両方の場合で、良好なアイソレータ特性を実現できた。これらの実施例は、本発明の原理構造である図3の中心導体構造に属するものである。
【0019】
図13(a)(b)は、図12の外部に平行に取り出す方法として、本発明のもう一つの原理構造である図1の中心導体構造に属する配置において、第2、第3の中心導体L2、L3の共通部GRが矩形状フェライト薄板の対抗する辺の部分に位置する場合を示す。この場合は、交差角度φ=0度に相当する。
【0020】
さらに、図14(a)(b)(c)は本発明の他の実施例を示す。第2と第3の中心導体L2、L3の配置が第1の中心導体L1の配置に対して対称ではない場合を示す。(a)は、第2もしくは第3中心導体L2、L3のどれか一つが第1の中心導体L1に直交している特別な場合を示す。(b)は、第3の中心導体L3だけを屈曲させた場合を示す。(c)は、第2、第3の中心導体L2、L3が平行であるが、第1の中心導体L1に対して垂直でない場合を示す。これらいずれも本発明の効果の範囲内にあることは明白である。
【0021】
図15(a)(b)は、6mmφのガーネットを用いて行った実験の電気特性の結果を示す。従来技術は点線で、本発明の技術の結果を実線で示す。周波数は650MHz帯である。(a)は入力端子の反射損失と挿入損失の周波数特性、(b)は出力端子の反射損失特性と逆方向特性の周波数特性を示す。特に、著しい変化が、挿入損失特性に現れた。本発明の技術を用いた方が挿入損失ピーク値において、0.02dB〜0.1dB程度改善されることが分かった。また、その帯域幅も図に示すように極めて広い。入力端子の反射損失の20dB比帯域幅で比較すると、従来技術では4%であったのに対し、本発明の技術では10%以上となった。これは挿入損失の帯域幅が著しく広いという結果になって現れた。このことからも本発明の効果が工業上著しいことが確認できた。
【0022】
【発明の効果】
以上実施例を用いて詳述したように、本発明の3巻線型非可逆素子であるアイソレータは、挿入損失が小さく、その帯域幅も広く、携帯電話機用小型アイソレータとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図2】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図3】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図4】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図5】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図6】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図7】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図8】本発明の技術による3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【図9】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図10】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図11】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図12】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図13】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図14】本発明の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図15】本発明の技術によるアイソレータと従来技術によるアイソレータの特性比較図
【図16】従来の技術による中心導体とフェライト薄板の組立図
【図17】従来技術の3巻線型非可逆素子に基づいたアイソレータの等価回路
【符号の説明】
L1、L2、L3 第1、第2、第3の中心導体
G フェライト薄板
GR 共通部
GND 地導体
C1、C2、C3 キャパシタンス素子
L インダクタンス素子
R 抵抗素子
S 短絡素子
▲1▼、▲2▼ 入出力端子
Z1、Z2、Z3、Z4、Zn インピーダンス素子
Z10、Z20 第2、第3の整合用インピーダンス素子
φ 第2、第3の中心導体の交差角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circulator / isolator that is a non-reciprocal element for high frequency, and more particularly to the field of a three-terminal pair non-reciprocal element having a small insertion loss and a wide band characteristic.
[0002]
[Prior art]
As a technical state of an isolator that is a current high-frequency nonreciprocal element, one terminal of a three-terminal-pair circulator is generally terminated with a matching impedance. This junction type circulator is classified into two types, that is, a distributed constant type circulator and a lumped constant type circulator. The circulator has an irreversible electrical characteristic, and its structure is based on a structure in which a magnetic field is applied perpendicularly to the ferrite thin plate and a conductor is close to the periphery of the ferrite thin plate. The former distributed constant type is selectively used when the size of the isolator element is ¼ or more of the wavelength of the high frequency transmitted through the ferrite thin plate being handled, and the latter lumped constant type is used when the size is 1 / or less. The lumped constant type is more suitable for miniaturization.
[0003]
FIG. 17 shows a schematic structure and a schematic circuit when an isolator is realized by connecting a matching impedance (resistive element R) to one terminal pair of a three-terminal pair lumped constant circulator currently used in a mobile phone or the like.
The ferrite thin plate G is made of garnet-type ferrite, and three central conductors L1, L2, and L3 are arranged on the upper surface at an angular interval of 120 degrees as shown in FIG. One end of each center conductor is an input / output terminal of the terminal pair (1), (2), and (3), and the other end is connected to a common part GR that becomes the ground conductor GND. Matching capacitors C1, C2, and C3 are connected in parallel between one end of each of the central conductors L1, L2, and L3 and the common portion GR. In order to realize an isolator, a resistance element R for absorbing energy is attached between the terminal pair (3) and the common part GR. A permanent magnet is loaded so that a static magnetic field substantially perpendicular to the main surface of the ferrite thin plate G is applied, but it is omitted in the drawing. By carefully adjusting the direction and strength of the static magnetic field, and the sizes of the center conductors L1, L2, and L3 and the matching capacitors C1, C2, and C3, the structure of FIG. 17 has a desired frequency (hereinafter referred to as the center frequency). The fo operates as a circulator, and the high frequency input from the terminal pair {circle around (1)} is transmitted to the terminal pair {circle around (2)}, and the high frequency input from the terminal pair {circle around (2)} is transmitted to the terminal pair {circle around (3)} with little loss. When the resistance element R is connected to the terminal pair {circle around (3)}, energy is absorbed there, and almost no high frequency propagates from the terminal pair {circle over (2)} to the terminal pair {circle around (1)}. That is, it is possible to realize an isolator which is an element that helps high-frequency propagation in only one direction and blocks it in the opposite direction (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-13109 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
The prior art structure of FIG. 17 is symmetrical and has the advantage of being easy to make, but has the disadvantage that the insertion loss is not very small and the bandwidth is narrow. The present invention has been made in view of the above-described state of the art, and an object thereof is to provide a three-winding non-reciprocal element having a small insertion loss and a wide bandwidth.
[0006]
[Method for solving the problem]
In the present invention, the first central conductor, the second central conductor, and the third central conductor are arranged close to the ferrite thin plate so as to intersect with each other in an insulated state, and the static magnetic field is applied to the ferrite thin plate by a permanent magnet, end input and output terminals of the first central conductor, Ri other end of the first central conductor Do and another input terminal, one end of the second central conductor is connected to one end of the first central conductor, a third center One end of the conductor is connected to the other end of the first center conductor, the other ends of the second center conductor and the third center conductor are connected to the common portion, and a capacitance element between one end and the other end of the first center conductor And a resistance element are connected in parallel .
In the present invention, the angle formed by the second center conductor and the third center conductor is preferably in the range of 0 to 60 degrees. An inductance element may be connected to one end of the second central conductor and one end of the third central conductor. The central portion of at least one of the first, second, and third central conductors may be divided into three or more conductors.
Moreover, this invention is a 3 winding type nonreciprocal element by which the common part which the said 2nd center conductor and the said 3rd center conductor connect is connected to the ground conductor.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an assembly diagram of a central conductor and a ferrite thin plate, which is one embodiment showing the principle of the present invention. On the disk-shaped ferrite thin plate G, the first, second, and third central conductors L1, L2, and L3 are arranged so as to intersect while maintaining an electrically insulating state. The difference from the prior art is that one end of the first central conductor L1 is an input terminal (1) and the other end is an output terminal (2). The second center conductor and the third center conductor are placed on the first center conductor so as to intersect at an angle of 120 degrees. That is, the common part GR of the second center conductor L2 and the common part GR of the third center conductor L3 are arranged at positions facing the first center conductor L1. Naturally, one end of the second and third central conductors L2 and L3 is also at a position facing the first central conductor L1. By adopting such a configuration, the bandwidth of insertion loss has been dramatically improved. In addition, although the said electrical insulation state is not described in the figure, it is adhesive such as fluorine resin such as tetrafluoroethylene resin, fluorinated ethylene propylene copolymer resin, perfluoroethylene propene copolymer resin, perfluoroalkoxy resin, or polyimide. This is achieved by inserting a conductive tape between each central conductor. It can also be realized by applying an insulating coating such as a resist on the surface of the central conductor. The definition of the intersection angle φ of the second and third center conductors L2 and L3 will be described later. According to the definition, the intersection angle φ in this case is 60 degrees.
[0008]
FIG. 2 is a circuit diagram realized as an isolator by connecting accessory parts to the central conductor and ferrite thin plate assembly of FIG. 1 which is an embodiment of the present invention. The ferrite thin plate is applied with a static magnetic field by a permanent magnet, which is not shown in the drawing. Both ends of the first central conductor L1 are input / output terminals (1) and (2), respectively. A third impedance element Z3 is connected between the input / output terminals (1) and (2), and second and third terminals are connected between the input / output terminals (1) and (2) and the common part GR. The matching impedance elements Z10 and Z20 are respectively attached. The common part GR is connected to the ground conductor GND through the impedance element Zn. A first impedance element Z1 is connected between one end of the second central conductor L2 and the input / output terminal (1). Similarly, the second impedance element Z2 is connected between one end of the third central conductor L3 and the input / output terminal (2). This is the basic structure of the present invention. Although not shown in the drawing, for symmetry, Z1 is connected between one end of the second central conductor L2 and the input / output terminal (2), and one end of the second central conductor L3 and the input / output terminal (1). Even if Z2 is connected between ▼, the structure is basically the same.
[0009]
FIG. 3 shows an assembly drawing of a central conductor and a ferrite thin plate, which is another embodiment illustrating the principle of the present invention. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that the second and third center conductors L2 and L3 are placed on the first center conductor so as to intersect at an angle of 60 degrees. A feature of this configuration is that the common portion GR of the second and third center conductors L2 and L3 is arranged on the same side (lower side in the drawing) with respect to the first center conductor L1. Naturally, the ends of the second and third center conductors L2 and L3 are also located on the opposite side (the upper side in the figure). With this configuration, the common portion GR of the second and third center conductors L2 and L3 can be easily connected to the ground conductor GND and the like.
Here, an intersection angle φ between the second and third central conductors L2 and L3 is defined. The crossing angle φ is a crossing angle in a region on the same one side (upper side or lower side in the drawing) with respect to the first central conductor L1. It does not relate to the direction of the common part and one end of the central conductor. Accordingly, in the device disclosed in FIGS. 1 and 2, the intersecting angle φ of the second and third center conductors L2 and L3 is both 60 degrees.
[0010]
FIG. 4 is a circuit diagram realized as an isolator by connecting accessory parts to the central conductor and ferrite thin plate assembly of FIG. 3 which is an embodiment of the present invention. Both ends of the first central conductor L1 are input / output terminals (1) and (2), respectively. A third impedance element Z3 is connected between the input / output terminals (1) and (2), and second and third terminals are connected between the input / output terminals (1) and (2) and the common part GR. The matching impedance elements Z10 and Z20 are respectively attached. The common part GR is connected to the ground conductor GND through the impedance element Zn. A first impedance element Z1 is connected between one end of the second central conductor L2 and the input / output terminal (1). Similarly, the second impedance element Z2 is connected between one end of the third central conductor L3 and the input / output terminal (2). A fourth impedance element Z4 is connected between one end of the second center conductor L2 and one end of the third center conductor L3. This is another basic structure of the present invention. Although not clearly shown in the drawing, due to symmetry, Z1 is connected between the second central conductor L2 and the input / output terminal (2), and between the third central conductor L3 and the input / output terminal (1). Even when Z2 is connected, the structure is basically the same.
[0011]
FIG. 5 shows a specific example of the circuit of FIG. 2 which is one of the embodiments of the present invention. The capacitance element C1 and the resistance element R are used as the third impedance element Z3, and the matching capacitors C2 and C3 are set as Z10 and Z20. This is a case where the short-circuit element S is used as the impedance element Zn, and the short-circuit element S is used as the first impedance element Z1 and the second impedance element Z2 that contribute to irreversibility. In the present embodiment, the fourth impedance element Z4 is not connected.
[0012]
FIG. 6 shows another specific example of the circuit of FIG. 4, which is another embodiment of the present invention. The third impedance element Z3 includes a capacitance element C1 and a resistance element R, and Z10 and Z20 include matching capacitors C2 and C3. The short-circuit element S is used as the impedance element Zn, the short-circuit element S is used as the first impedance element Z1 contributing to irreversibility, the resistance element R1 is used as the second impedance element Z2, and the inductance element L is used as the fourth impedance element Z4. Is the case.
[0013]
FIG. 7 is a circuit diagram of another embodiment to which FIG. 1 of the principle of the present invention is applied. Considering analogy with the prior art circuit, the matching capacitors C2 and C3 are directly connected in parallel to the second and third center conductors L2 and L3.
[0014]
FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment to which FIG. 3 of the principle of the present invention is applied. Considering analogy with the prior art circuit, the matching capacitors C2 and C3 are directly connected in parallel to the second and third center conductors L2 and L3.
[0015]
Here, the principle of the present invention will be briefly described by comparing the circuit diagram of FIG. 17 of the prior art with the circuit diagram of FIG. 5 of the present invention. In the case of high frequency propagation from the input terminal {circle over (1)} to the output terminal {circle around (2)}, focusing on the insertion loss, in the prior art, as shown in FIG. 17, the transformer coupling between the first center conductor L1 and the second center conductor L2 Achieved. That is, the high frequency is transmitted via two parallel resonant circuits formed by two central conductors. On the other hand, in the case of the present invention, the first center conductor L1 directly serves as an input and output terminal, and energy can be transmitted with a wide band and low loss by adjusting the impedance elements Z10 and Z20. That is. However, irreversibility cannot be realized as it is. The second and third center conductors L2 and L3 contribute to the realization of the irreversibility. A connection method for providing this function is extremely important. In the present invention, one end of the second and third central conductors is connected to one end and the other end of the first central conductor via the impedance elements Z1 and Z2, respectively, and one end of the second and third central conductors is connected to the common portion. It was found that irreversibility can be realized by connecting the third impedance element Z3 to both ends of the first central conductor. Thus, from the viewpoint of insertion loss, the circuit of the present invention has one resonance circuit, that is, the first central conductor, as compared with the prior art in which energy cannot be transmitted without loss of two resonance circuits. It is only necessary to consider the conductor loss of L1, and the possibility of halving the insertion loss compared to the prior art has been found. This is the main point of the present invention.
[0016]
9A and 9B show another embodiment of the present invention. The first central conductor L1 serving as an input / output terminal has a large size and the number of the first central conductors L1 is as large as three, and the second and third central conductors L2 and L3 for realizing irreversibility are narrow and only one. It is a feature. By adopting such a configuration, the insertion loss can be reduced and the bandwidth can be remarkably widened. 9A is an arrangement example corresponding to the embodiment shown in FIG. 1 of the present invention, and FIG. 9B is an arrangement example corresponding to the embodiment shown in FIG. In this embodiment, the intersection angle φ is both 60 degrees.
[0017]
FIG. 10 shows a further embodiment of the present invention, and shows a case where a rectangular shape is used as the ferrite thin plate. By adopting such a configuration, the space factor and assemblability inside the small isolator can be greatly improved.
FIG. 10 shows a case where the intersection angle φ of the second and third central conductors L2 and L3 is 100 degrees. As described above, the characteristics as an isolator could be realized even when the angle increased, but the characteristics were inferior to those disclosed in FIG.
On the other hand, FIG. 11 shows an example in which the intersection angle φ of the second and third center conductors is 10 degrees, and in this case, good isolator characteristics can be realized. For this reason, the preferred crossing angle φ is set to 60 degrees or less.
[0018]
FIG. 12A shows a case where the second and third central conductors L2 and L3 are crossed at the central portion of the first central conductor L1, and then taken out in parallel with the crossing angle φ = 0 degrees. . FIG. 12B shows a case where the second and third central conductors L2 and L3 are not crossed and taken out in parallel at an intersection angle φ = 0 degrees. In both cases, good isolator characteristics were achieved. These embodiments belong to the central conductor structure of FIG. 3 which is the principle structure of the present invention.
[0019]
FIGS. 13 (a) and 13 (b) show the second and third center conductors in the arrangement belonging to the center conductor structure of FIG. 1, which is another principle structure of the present invention, as a method of taking out parallel to the outside of FIG. The case where the common part GR of L2 and L3 is located in the part of the side which a rectangular ferrite thin plate opposes is shown. In this case, it corresponds to the intersection angle φ = 0 degrees.
[0020]
Further, FIGS. 14A, 14B and 14C show another embodiment of the present invention. The case where arrangement | positioning of the 2nd and 3rd center conductors L2 and L3 is not symmetrical with respect to arrangement | positioning of the 1st center conductor L1 is shown. (A) shows a special case in which one of the second or third central conductors L2 and L3 is orthogonal to the first central conductor L1. (B) shows a case where only the third central conductor L3 is bent. (C) shows a case where the second and third center conductors L2 and L3 are parallel but not perpendicular to the first center conductor L1. It is clear that both of these are within the scope of the effect of the present invention.
[0021]
FIGS. 15 (a) and 15 (b) show the results of electrical characteristics of an experiment conducted using a 6 mmφ garnet. The prior art is indicated by a dotted line, and the result of the technique of the present invention is indicated by a solid line. The frequency is in the 650 MHz band. (A) shows the frequency characteristic of the reflection loss and insertion loss of the input terminal, and (b) shows the frequency characteristic of the reverse characteristic and the reflection loss characteristic of the output terminal. In particular, a significant change appeared in the insertion loss characteristics. It has been found that using the technique of the present invention improves the insertion loss peak value by about 0.02 dB to 0.1 dB. The bandwidth is also extremely wide as shown in the figure. When compared with the 20 dB relative bandwidth of the reflection loss of the input terminal, it was 4% in the prior art, but 10% or more in the technique of the present invention. This appeared to result in a significantly wider bandwidth for insertion loss. This also confirmed that the effect of the present invention was industrially significant.
[0022]
【The invention's effect】
As described in detail above with reference to the embodiments, the isolator which is a three-winding non-reciprocal element of the present invention has a small insertion loss and a wide bandwidth, and is suitable as a small isolator for a mobile phone.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an assembly diagram of a center conductor and a ferrite thin plate according to the technique of the present invention. FIG. 2 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the technique of the present invention. FIG. 4 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the present invention. FIG. 5 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the present invention. 6 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the technique of the present invention. FIG. 7 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the technique of the present invention. Fig. 9 is an equivalent circuit of an isolator based on a three-winding non-reciprocal element according to the technique of Fig. 9. Fig. 9 is an assembly diagram of a center conductor and a ferrite thin plate according to the technique of the present invention. Assembling diagram of ferrite thin plate [FIG. 11] Assembling diagram of central conductor and ferrite thin plate according to the technology of the present invention [FIG. 12] Assembling diagram of central conductor and ferrite thin plate according to the technology of the present invention [FIG. FIG. 14 is an assembly diagram of a central conductor and a ferrite thin plate according to the technique of the present invention. FIG. 15 is a characteristic comparison diagram of an isolator according to the present invention and an isolator according to the conventional technique. Assembly drawing of center conductor and ferrite thin plate [Fig. 17] Equivalent circuit of isolator based on prior art 3-winding nonreciprocal element [Explanation of symbols]
L1, L2, L3 First, second and third center conductors G Ferrite thin plate GR Common part GND Ground conductors C1, C2, C3 Capacitance element L Inductance element R Resistance element S Short-circuit element (1), (2) Input / Output Terminals Z1, Z2, Z3, Z4, Zn Impedance elements Z10, Z20 Second and third matching impedance elements φ Crossing angle of second and third central conductors
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003093646A JP4066349B2 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 3-winding non-reciprocal element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003093646A JP4066349B2 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 3-winding non-reciprocal element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004304434A JP2004304434A (en) | 2004-10-28 |
JP4066349B2 true JP4066349B2 (en) | 2008-03-26 |
Family
ID=33406386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003093646A Expired - Lifetime JP4066349B2 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 3-winding non-reciprocal element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4066349B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007013253A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Irreversible circuit element, composite electronic parts, and communication device |
WO2007013252A1 (en) | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Irreversible circuit element, composite electronic parts, and communication device |
-
2003
- 2003-03-31 JP JP2003093646A patent/JP4066349B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004304434A (en) | 2004-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7532084B2 (en) | Nonreciprocal circuit element | |
US7453326B2 (en) | Nonreciprocal circuit device | |
JP3412593B2 (en) | Non-reciprocal circuit device and high-frequency circuit device | |
JP4066349B2 (en) | 3-winding non-reciprocal element | |
JP3106392B2 (en) | Non-reciprocal circuit device | |
JP4345254B2 (en) | Non-reciprocal circuit device and communication device | |
JP4655257B2 (en) | 2-terminal pair isolator | |
JP4507190B2 (en) | 3-winding non-reciprocal element | |
JP3891437B2 (en) | Three-terminal pair irreversible element and communication device using the same | |
JP3395748B2 (en) | Non-reciprocal circuit device and communication device | |
JPH1197911A (en) | Concentrated constant type non-reciprocal circuit element | |
US6844790B2 (en) | Non-reciprocal circuit device | |
JP3656868B2 (en) | Non-reciprocal circuit element | |
JP3303871B2 (en) | Non-reciprocal circuit device | |
US6822527B2 (en) | Isolator for greatly attenuating signal transmitted in reverese direction over wide frequency band | |
JP3835631B2 (en) | Lumped constant circulator | |
JP4315262B2 (en) | Lumped constant type nonreciprocal circuit device | |
JP3761035B2 (en) | Non-reciprocal circuit element | |
JP3579328B2 (en) | Non-reciprocal circuit device for VHF band and private wireless communication device | |
JP2001189606A (en) | Nonreversible circuit element and communication equipment device | |
JPH11308013A (en) | Concentrated constant type non-reciprocal circuit element | |
JP2005006107A (en) | Two-center conductor type irreversible device | |
JPH10112601A (en) | Lumped constant isolator | |
JPH0582110U (en) | Non-reciprocal circuit element | |
JPH1168413A (en) | Nonreversible circuit element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070619 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070821 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071227 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4066349 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120118 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130118 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140118 Year of fee payment: 6 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |