JP4110688B2 - Non-reciprocal circuit device and communication device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯等の高周波帯域で使用される非可逆回路素子、例えばアイソレータ、サーキュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の非可逆回路素子は、例えば図7に示すような磁性組立体5を備えている。この磁性組立体5は磁性体55の下面に中心導体51〜53の共通のアース部を当接し、3つの中心導体51〜53を磁性体55の上面に絶縁シート(図示省略)を介在させて互いに略120度の角度で交差するように折り曲げて配置し、各中心導体51〜53の先端部にあたる各ポートP1,P2,P3を磁性体55の外周から突出して構成されている。この磁性体55は小型化、低コスト化を実現するために四角形板状のものを用いており、1つの中心導体53は磁性体55の一辺と平行に配置され、他の2つの中心導体51,52は各辺と傾斜するように配置されている。また、各中心導体51〜53はそれぞれ2つのラインで構成されている。
【0003】
上記磁性組立体5は永久磁石等とともに磁気回路を構成する磁性体ヨーク内に収納され、各中心導体51〜53のポートP1〜P3に整合用のコンデンサを接続し、永久磁石により磁性組立体5に直流磁界を印加して3ポートのサーキュレータが構成される。また、いずれか1つのポートに終端抵抗を接続してアイソレータを構成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、これら非可逆回路素子が用いられる回路の入出力部のインピーダンスは所定のインピーダンス値(通常、50Ω)となっている。しかしながら、上記のように四角形状の磁性体を用いた場合、磁性体は120度方向において回転非対称の形状であり磁性体と中心導体との配置関係が各中心導体で異なり、磁性体55の一辺と平行な中心導体53のポートP1でのインピーダンス(以下、ポートインピーダンスと記す)は、他の2つの中心導体51,52のポートインピーダンスよりも高くなる。例えば、上記従来の非可逆回路素子において、中心導体51,52のポートインピーダンスを50Ωとしたとき、中心導体53のポートインピーダンスが75Ωとなる場合がある。つまり、中心導体51,52は磁性体と中心導体との関係において対称的な配置となっているが、中心導体53は他の2つの中心導体51,52と非対称な配置関係となっている。
【0005】
このため、上記従来の非可逆回路素子おいては、磁性体の一辺と平行な中心導体のポートの反射特性が劣化するという問題があった。
【0006】
また、一般的に中心導体が磁性体から離れるほど磁性体との結合及び隣接する中心導体間の結合が弱くなり、磁性体から最も離れた位置に配置された中心導体のポートインピーダンスが他の中心導体のポートインピーダンスよりも高くなる傾向があり、例え円板状の磁性体を用いた場合にも、磁性体から最も離れた位置に配置された中心導体の反射特性が他の中心導体のものより劣化する場合がある。
【0007】
また、通常、上ヨークと下ヨークを接合して上記磁性体ヨークを構成するが、この接合は4側面のうち2側面で行われるため、ヨーク上を流れる電流はヨークの接合方向には流れるが、これと垂直方向には流れにくくなる。このため、ヨークの接合方向に延びるように配置された中心導体はヨークの影響を大きく受けインピーダンスが高くなる。一方接合方向と垂直方向に延びるように配置された中心導体はヨークの影響が小さいためインピーダンスが変化しない。このように磁気回路を構成する磁性体ヨークの接合方法によってもポートインピーダンスが異なる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、特定の中心導体のライン数を他の2つの中心導体よりも多くすることにより、この中心導体のポートの反射特性を向上した非可逆回路素子及びこれを用いた通信機装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る非可逆回路素子は、直流磁界が印加される平面視四角形状の磁性体に、3つの中心導体を互いに電気的絶縁状態でかつ所定の角度で交差させて配置した非可逆回路素子において、2つの中心導体を同数のラインで構成し、1つの中心導体を前記2つの中心導体のライン数よりも多くのラインで構成し、前記2つの中心導体よりも多くのライン数で構成した中心導体を磁性体の一辺と平行に配置する。
【0010】
この構成によれば、ライン数を多くした中心導体のポートインピーダンスは低くなり、この中心導体のポートの反射特性を向上することができる。ここに、ライン数を多くした中心導体は、3つの中心導体を全て同じライン数で構成した場合にポートインピーダンスが最も大きくなる中心導体が選定される。すなわち上記構成により、ライン数を多くした中心導体のポートインピーダンスを回路系のインピーダンスにより近づけるようにして、3つの中心導体のポートインピーダンスを回路系のインピーダンスと実質的に同じ値とすることができる。したがって、各ポートで適正なインピーダンスマッチングをとることができるので、各中心導体のポートでの反射特性を向上することができる。
【0011】
本発明は、磁性体の形状が略120度方向において回転非対称なものにおいて有効に作用すものであり、磁性体の形状としては小型化、低コスト化の観点から平面視四角形状のものが採用される。この場合、磁性体の一辺と平行に配置した中心導体が他の中心導体よりも多くのラインで構成される。
【0012】
また、磁性体から最も離れた位置に配置した中心導体が他の中心導体よりも多くのラインで構成される。
【0013】
また、多くのライン数で構成した中心導体のポートに終端抵抗を接続することによりアイソレータを構成する。
【0014】
また、本発明に係る通信機装置は上記の特徴を有する非可逆回路素子を備えて構成される。これにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態に係る非可逆回路素子の構成を図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態の非可逆回路素子は、図1に示すような平面視四角形の角板状の磁性体55に3つの中心導体51,52,53を配置した磁性組立体5を有している。中心導体51,52,53は、銅等の金属導体板を打ち抜き加工して形成されたものであり、図2の展開図で示すように、共通のアース端となるアース部54で連接一体化され、アース部54から外方に突出して設けられている。
【0016】
磁性組立体5は、共通のアース部54上に磁性体55を載置し、磁性体55を包み込むように各中心導体51〜53を磁性体55の上面に絶縁シート(図示省略)を介在させて互いに略120度の角度をなすように折り曲げて配置して構成されている。各中心導体51〜53の先端部にあたる各ポートP1〜P3は他の部材との接続に適した形状とされ、磁性体55の外周から外方に突出するように構成されている。
【0017】
中心導体51,52は2つのラインで構成され、磁性体55の各辺に対して傾斜するように配置されている。中心導体53は3つのラインで構成され、磁性体55の一辺と平行に配置されている。また中心導体53は磁性体55から最も離れた位置に配置されている。すなわち、本実施形態の磁性組立体5では、磁性体55の一辺と平行に配置された中心導体53を他の2つの中心導体51,52の中心導体よりも多くのラインで構成している。
【0018】
上記磁性組立体5を用いて構成した非可逆回路素子の一例を図3及び図4に示す。図3は全体構造を示す分解斜視図、図4は永久磁石及び上ヨークを除いた状態での平面図である。この非可逆回路素子は、磁性体55の一辺と平行な中心導体すなわち3つのラインで構成された中心導体53のポートP3に終端抵抗Rを接続してアイソレータとしたものであり、ポートP1からポートP2方向を順方向とし、ポートP2からポートP1方向を逆方向としている。
【0019】
このアイソレータは、磁性体金属からなる箱状の上ヨーク2の内面に永久磁石3を配置するとともに、該上ヨーク2に同じく磁性体金属からなる概略コ字状の下ヨーク8を装着して磁気閉回路を形成し、下ヨーク8内の底面8a上に端子ケース7を配設し、該端子ケース7内に磁性組立体5、整合用コンデンサC1〜C3、終端抵抗Rを配設し、磁性組立体5に永久磁石3により直流磁界を印加して構成されている。
【0020】
端子ケース7は、電気的絶縁部材からなり、矩形枠状の側壁7aに底壁7bを一体形成した構造のもので、入出力端子71、72、アース端子73がその一部を樹脂内に埋設して設けられ、底壁7bの略中央部には挿通孔7cが形成され、挿通孔7cの周縁部には所定の箇所に複数の凹部が形成されている。
【0021】
挿通孔7cの周縁に形成された凹部には整合用コンデンサC1〜C3、終端抵抗Rが配置され、挿通孔7c内には磁性組立体5が挿入配置され、磁性組立体5の上部に永久磁石3が配設されている。
【0022】
磁性組立体5下面の共通のアース部54は下ヨーク8の底面8aに接続されている。各整合用コンデンサC1〜C3の下面電極、及び終端抵抗Rの一端側の電極はそれぞれアース端子73、73に接続されている。各整合用コンデンサC1〜C3の上面電極にはそれぞれ各中心導体51〜53のポートP1〜P3が接続され、終端抵抗Rの他端側はポートP3に接続されている。
【0023】
なお、ポートP3に終端抵抗Rを接続することなく、ポートP3を第3の入出力ポートとすればサーキュレータとなる。
【0024】
次に、本発明の効果を図5を参照して説明する。図5は磁性体の一辺と平行な中心導体53のポートの実施形態例(図1の構成)と従来例(図7の構成)の反射特性を示す図である。磁性体の寸法はいずれも3.1mm×2.7mm、厚み0.5mmであり、飽和磁化は100000μTに設定している。なお、測定系のインピーダンスは50Ωである。従来例のものでは、ポートP1,P2のインピーダンスは約50Ω、ポートP3のインピーダンスは約75Ωとなり、実施形態例のポートP1,P2のインピーダンスは50Ω、P3のインピーダンスは約55Ωとなる。
【0025】
図5に示すように、実施形態の反射特性は、所要の周波数帯域において従来例のものに比べ大幅に向上されている。例えば中心周波数での反射損失は、実施形態のものは26.4dB、従来例のものは14.0dBであり、約12.4dBの改善となっている。
【0026】
このように、本実施形態においては、従来のように2つのラインで構成した場合にポートインピーダンスが最も大きくなる中心導体、すなわち磁性体の一辺と平行に配置された中心導体53を3つのラインで構成することにより、この中心導体53のポートインピーダンスは低くなり、このポートの反射特性が向上する。すなわち、ライン数を多くすることにより中心導体53のポートインピーダンスを下げて、回路系のインピーダンスにより近づくようにし、他の中心導体51,52のポートインピーダンスとほぼ同様の値となるようにしている。これにより、全ての中心導体のポートインピーダンスを回路の特性インピーダンスに合致するように設定することができる。したがって、上記実施形態の磁性組立体を用いれば、挿入損失及びアイソレーション特性が良好な非可逆回路素子を得ることができる。つまり、ライン数を多くした中心導体のポートを入出力ポートとした場合、挿入損失を向上することができる。また、ライン数を多くした中心導体のポートを終端ポートとした場合、アイソレーション特性を向上することができる。
【0027】
なお、上記実施形態では、中心導体51,52を2つのライン、また中心導体53を3つのラインで構成したもので説明したが、これに限るものではなく、磁性体と平行に配置された中心導体のライン数を他の中心導体よりも多くなるように設定すればよい。例えば、中心導体53を4つ以上のラインで構成してもよく、また、中心導体51,52を1つのラインで構成し、中心導体53を2つ以上のラインで構成してもよい。中心導体53のライン数は他の2つの中心導体51,52のポートインピーダンスに最も近づくライン数に設定される。
【0028】
また、磁性体の形状は上記実施形態のものに限定されるものではなく、本発明は、120度方向において回転非対称な磁性体を用い、全ての中心導体を同数のラインで構成した場合に1つのポートインピーダンスが他の2つのインピーダンスよりも高くなる構成の非可逆回路素子に適用した場合に有効である。
【0029】
また、例えば、円板、正三角形等の120度方向において回転対称な形状の磁性体を用いたものにも本発明を適用することが可能である。この場合、全ての中心導体を同数のラインで構成した場合に最もポートインピーダンスが高くなる中心導体を他の2つの中心導体よりも多くのラインで構成する。
【0030】
また、上記実施形態では金属導体板からなる各中心導体を磁性体に折り曲げて配置した構造のもので説明したが、磁性体及び中心導体の構造はこれに限るものではなく、中心導体を誘電体や磁性体の内部または表面に電極膜で形成した構造のものであってもよい。
【0031】
次に、本発明の第2実施形態に係る通信機装置の構成を図6に示す。この通信機装置は、送信用フィルタTX及び受信用フィルタRXからなるデュプレクサDPXのアンテナ端にアンテナANTが接続され、送信用フィルタTXの入力端とと送信回路との間にアイソレータISOが接続され、受信用フィルタRXの出力端に受信回路が接続されて構成されている。送信回路からの送信信号はアイソレータISOを経由し、送信用フィルタTXを通してアンテナANTから発信される。また、アンテナANTで受信された受信信号は受信用フィルタRXを通して受信回路に入力される。
【0032】
ここに、アイソレータISOとして、第1実施形態のアイソレータを使用することができる。本発明に係る反射特性を向上した非可逆回路素子を用いることにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る非可逆回路素子によれば、3つの中心導体を同数のラインで構成した場合に最もポートインピーダンスが高くなる中心導体を他の2つの中心導体のライン数よりも多くのラインで構成することにより、1つの中心導体のポートインピーダンスを低くして、このポートでの反射特性を向上することができる。したがって、本発明によれば、挿入損失及びアイソレーション特性が良好な非可逆回路素子を得ることができる。
【0034】
また、本発明に係る非可逆回路素子を実装することにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る磁性組立体の平面図である。
【図2】第1実施形態に係る中心導体の展開図である。
【図3】第1実施形態に係る非可逆回路素子の全体構造を示す分解斜視図である。
【図4】第1実施形態に係る非可逆回路素子の永久磁石及び上ヨークを除いた状態での平面図である。
【図5】第1実施形態及び従来の非可逆回路素子の反射損失の周波数特性を示す図である。
【図6】第3実施形態に係る通信機装置のブロック図である。
【図7】従来の磁性組立体の平面図である。
【符号の説明】
2 上ヨーク
3 永久磁石
5 磁性組立体
51〜53 中心導体
54 アース部
55 磁性体
7 端子ケース
71、72 入出力端子
73 アース端子
8 下ヨーク
C1〜C3 整合用コンデンサ
R 終端抵抗
P1〜P3 ポート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonreciprocal circuit element used in a high frequency band such as a microwave band, for example, an isolator or a circulator.
[0002]
[Prior art]
This type of nonreciprocal circuit device includes a
[0003]
The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, normally, the impedance of the input / output section of a circuit in which these nonreciprocal circuit elements are used has a predetermined impedance value (normally 50Ω). However, when a quadrangular magnetic body is used as described above, the magnetic body has a rotationally asymmetric shape in the direction of 120 degrees, and the arrangement relationship between the magnetic body and the central conductor differs for each central conductor, and one side of the
[0005]
For this reason, the conventional non-reciprocal circuit device has a problem that the reflection characteristic of the port of the central conductor parallel to one side of the magnetic material is deteriorated.
[0006]
In general, the further the center conductor is away from the magnetic body, the weaker the coupling with the magnetic body and the coupling between the adjacent center conductors, and the port impedance of the center conductor located farthest from the magnetic body becomes the other center. There is a tendency to be higher than the port impedance of the conductor, and even when using a disk-shaped magnetic body, the reflection characteristics of the central conductor located farthest from the magnetic body are higher than those of other central conductors. May deteriorate.
[0007]
Usually, the upper yoke and the lower yoke are joined to form the magnetic yoke. However, since this joining is performed on two of the four sides, the current flowing on the yoke flows in the joining direction of the yoke. This makes it difficult to flow in the direction perpendicular to this. For this reason, the central conductor arranged so as to extend in the joining direction of the yoke is greatly affected by the yoke and the impedance is increased. On the other hand, the central conductor arranged so as to extend in the direction perpendicular to the joining direction does not change the impedance because the influence of the yoke is small. As described above, the port impedance varies depending on the method of joining the magnetic yokes constituting the magnetic circuit.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonreciprocal circuit element that improves the reflection characteristics of the port of the center conductor by increasing the number of lines of a specific center conductor as compared with the other two center conductors, and a communication using the same. It is to provide a machine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a nonreciprocal circuit device according to the present invention crosses three central conductors at a predetermined angle with a magnetic body having a rectangular shape in plan view to which a DC magnetic field is applied. In the nonreciprocal circuit device arranged in such a manner, the two central conductors are configured by the same number of lines, one central conductor is configured by more lines than the number of lines of the two central conductors, and more than the two central conductors. A central conductor composed of a large number of lines is arranged in parallel with one side of the magnetic body.
[0010]
According to this configuration, the port impedance of the center conductor with an increased number of lines is lowered, and the reflection characteristics of the port of the center conductor can be improved. Here, the central conductor having the largest port impedance when the three central conductors are all configured with the same number of lines is selected as the central conductor having an increased number of lines. That is, with the above configuration, the port impedance of the three central conductors can be made substantially the same as the impedance of the circuit system by making the port impedance of the central conductor with the increased number of lines closer to the impedance of the circuit system. Therefore, since appropriate impedance matching can be achieved at each port, reflection characteristics at the port of each central conductor can be improved.
[0011]
The present invention works effectively when the shape of the magnetic material is rotationally asymmetric in the direction of approximately 120 degrees, and the shape of the magnetic material is a rectangular shape in plan view from the viewpoint of miniaturization and cost reduction. Is done. In this case, the central conductor arranged in parallel with one side of the magnetic body is composed of more lines than the other central conductors.
[0012]
In addition, the central conductor arranged at the position farthest from the magnetic body is configured with more lines than the other central conductors.
[0013]
In addition, an isolator is configured by connecting a terminating resistor to the port of the central conductor configured with a large number of lines.
[0014]
In addition, a communication device according to the present invention includes a non-reciprocal circuit element having the above characteristics. Thereby, a communication apparatus with good characteristics can be obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The configuration of the non-reciprocal circuit device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The nonreciprocal circuit device of this embodiment includes a
[0016]
In the
[0017]
The
[0018]
An example of a non-reciprocal circuit element configured using the
[0019]
In this isolator, a
[0020]
The
[0021]
Matching capacitors C1 to C3 and a terminating resistor R are disposed in a recess formed at the periphery of the
[0022]
A
[0023]
If the port P3 is a third input / output port without connecting the terminal resistor R to the port P3, a circulator is obtained.
[0024]
Next, the effect of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the reflection characteristics of the embodiment of the port of the
[0025]
As shown in FIG. 5, the reflection characteristics of the embodiment are significantly improved in the required frequency band as compared to the conventional example. For example, the reflection loss at the center frequency is 26.4 dB in the embodiment and 14.0 dB in the conventional example, which is an improvement of about 12.4 dB.
[0026]
As described above, in the present embodiment, the center conductor having the largest port impedance when configured with two lines as in the conventional case, that is, the
[0027]
In the above embodiment, the
[0028]
Further, the shape of the magnetic body is not limited to that of the above-described embodiment, and the present invention is 1 when a magnetic body that is rotationally asymmetric in the direction of 120 degrees is used and all the central conductors are configured by the same number of lines. This is effective when applied to a non-reciprocal circuit device having a configuration in which one port impedance is higher than the other two impedances.
[0029]
For example, the present invention can be applied to a magnetic material having a rotationally symmetric shape in a 120-degree direction such as a disk or a regular triangle. In this case, when all the center conductors are composed of the same number of lines, the center conductor having the highest port impedance is composed of more lines than the other two center conductors.
[0030]
In the above embodiment, each central conductor made of a metal conductor plate is described as being bent and arranged in a magnetic body. However, the structure of the magnetic body and the central conductor is not limited to this, and the central conductor is a dielectric. Alternatively, it may have a structure in which an electrode film is formed inside or on the surface of a magnetic material.
[0031]
Next, the configuration of the communication device according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In this communication apparatus, an antenna ANT is connected to an antenna end of a duplexer DPX including a transmission filter TX and a reception filter RX, and an isolator ISO is connected between an input end of the transmission filter TX and a transmission circuit, A reception circuit is connected to the output terminal of the reception filter RX. A transmission signal from the transmission circuit is transmitted from the antenna ANT through the transmission filter TX via the isolator ISO. A reception signal received by the antenna ANT is input to the reception circuit through the reception filter RX.
[0032]
Here, the isolator according to the first embodiment can be used as the isolator ISO. By using the non-reciprocal circuit device with improved reflection characteristics according to the present invention, a communication device having good characteristics can be obtained.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonreciprocal circuit device according to the present invention, when the three central conductors are configured by the same number of lines, the central conductor having the highest port impedance is more than the number of lines of the other two central conductors. By configuring with a large number of lines, the port impedance of one central conductor can be lowered and the reflection characteristics at this port can be improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a non-reciprocal circuit device having good insertion loss and isolation characteristics.
[0034]
Further, by mounting the non-reciprocal circuit device according to the present invention, a communication device having good characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a magnetic assembly according to a first embodiment.
FIG. 2 is a development view of a central conductor according to the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the overall structure of the non-reciprocal circuit device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan view of the nonreciprocal circuit device according to the first embodiment with the permanent magnet and the upper yoke removed.
FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics of reflection loss of the first embodiment and a conventional non-reciprocal circuit device.
FIG. 6 is a block diagram of a communication device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a plan view of a conventional magnetic assembly.
[Explanation of symbols]
2
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