JP4126850B2 - 非可逆回路素子および通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯等におけるアイソレータ等の非可逆回路素子およびそれを用いた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴型のアイソレータとして、電子情報通信学会マイクロ波研究会ＭＷ７４−８９および特開昭６３−２６０２０１号が示されている。このような従来の磁気共鳴型アイソレータは、直交する２つの線路に、振幅が等しく位相が１／４波長だけ異なる高周波電流が流れたときに、その交点に回転する磁界（円偏波）が生じ、２つの線路の電磁波進行方向に応じて円偏波の旋回方向が逆転する現象を利用したものである。すなわち、上記交点にフェリ磁性体を配置するとともに磁気共鳴に必要な静磁界を加え、主線路を伝搬する電磁波の進行方向が逆方向であるときに、上記交点に生じる円偏波が正円偏波となって共鳴吸収がおこるようにし、主線路を伝搬する電磁波の進行方向が順方向であるときに、上記円偏波が負円偏波となって、共鳴吸収が生じずに電磁波が伝送されるようにしたものである。
【０００３】
ここで、上記特開昭６３−２６０２０１号に係るアイソレータの構成を図１１に示す。図１１において誘電体板１の中央部にフェライト板２を設け、フェライト板２の上部に、互いに直交する４開口を有する接合導体４を配置し、４開口のうち相対する２開口の一方に集中定数キャパシタ１２０、他方に集中定数インダクタ１３０を設け、他の相対する開口を入出力端子２００として設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の磁気共鳴型アイソレータにおいては、直交する二つの線路の交点に円偏波を生じさせるように線路を配置する考えから、交点（接合導体部分）を中心として相対する方向に伸びる線路を入出力端子として用いるようにしている。この構造は単純であるので低コスト化が可能であるが、発明者らのシミュレーションによれば、良好な挿入損失特性が得られないことを確認している。
【０００５】
この発明の目的は、全体の構造を複雑化せず、大型化することなく、挿入損失の低い非可逆回路素子およびそれを用いた通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、フェリ磁性体表面に、または該表面に近接する位置に４開口を有する接合導体を配置し、該接合導体のうち隣合う２開口にリアクタンス回路をそれぞれ設け、他の２開口に入出力端子を設ける。この隣り合う２開口を入出力端子とする構造により、挿入損失特性を改善する。
【０００７】
また、この発明の非可逆回路素子は、上記リアクタンス回路を先端開放線路で構成する。この構造により、集中定数型の素子を設けることなく、先端短絡線路の場合に比べて全体に小型化を図る。
【０００８】
また、この発明の非可逆回路素子は、上記接合導体の隣り合う端子間の交差角度を５４°〜１１３°の範囲内に定める。これにより、挿入損失の良好な状態で利用できるようにする。
【０００９】
更に、この発明の非可逆回路素子は、上記フェリ磁性体を四角板形状とする。これにより、フェライト板等の加工を容易とし、生産性を高める。
【００１０】
また、この発明は、上記の何れかの構成を有する非可逆回路素子を用いて、例えば送信信号の出力部に設けて、送信部の電力増幅回路部分の特性を改善した通信装置を構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず、第１の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を図１に示す。図１において１は誘電体板であり、その一部に円板形状のフェライト板２を埋設している。誘電体板１の上面には接合導体４および整合用回路３ａ，３ｂを設けている。この整合用回路３ａ，３ｂは接合導体４のうち隣り合う２開口部分に設けている。５ａ，５ｂはそれぞれ誘電体板であり、それらの上面に線路６ａ，６ｂを設けている。誘電体板１および誘電体板５ａ，５ｂの下面には略全面の接地電極をそれぞれ形成していて、これらの線路をマイクロストリップ線路としている。
【００１２】
上記接合導体４の、整合用回路３ａ，３ｂが設けられていない隣り合う二つの２開口部分に線路６ａ，６ｂを接続する。このように、先端開放の線路を正または負のリアクタンス回路として用い、信号入出力端子を設けない隣り合う二つの開口に接続する。例えば、上記先端開放の線路の長さを１／４波長未満にして、負のリアクタンス回路として作用させるか、１／４波長を超える長さにして、正のリアクタンス回路として作用させる。
【００１３】
なお、図１には表していないが、フェライト板２および接合導体４に対して垂直方向に静磁界Ｈｅｘを印加する磁石を配置し、全体をヨークで覆い、磁気回路を構成する。なお、磁石およびヨークについては、後述する実施形態においては、その説明を省略する。
【００１４】
このように入出力端子を設けない他の２開口に正または負のリアクタンス回路を設けることによって、ポート＃Ａからポート＃Ｂへ信号が伝送されるのを順方向とすれば、ポート＃Ｂから信号が入射した場合、線路６ｂ，６ｂによるリアクタンス回路によって所定の位相で反射し、この反射波とポート＃Ｂからの波とで生じる円偏波で共鳴吸収が生じ、ポート＃Ａへは伝搬されない。
【００１５】
図２は第２の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の斜視図である。図１の例では先端開放の線路を信号入出力端子を設けない隣り合う二つの開口に接続して、正または負のリアクタンス回路を構成したが、図２に示す例では、集中定数キャパシタとして、平行平板コンデンサ７ａ，７ｂを、入出力端子を設けない二つの開口に接続する。この時、コンデンサ７ａ，７ｂの図における上面の電極を接合導体４の二つの開口部に接続し、コンデンサ７ａ，７ｂの下面の電極を接地電極に接続する。
【００１６】
図３は第３の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す斜視図である。この例では、角板形状の誘電体板１の中央部に円板形状のフェライト板２を埋め込んでいる。誘電体板１の上面には、接合導体４の４つの開口部に整合用回路３ａ，３ｂを設けるとともに、その端部を入出力端子として用いる。他の２開口に設けた線路３ｃ，３ｄには、誘電体板５ａ，５ｂに線路６ａ，６ｂを設けて成る先端開放線路をそれぞれ接続する。
【００１７】
図４は第４の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の斜視図である。この例では、図３に示した誘電体板１上の入出力端子を設ける整合用回路３ａ，３ｂ以外の２開口に設けた線路３ｄ，３ｃにそれぞれ平行平板コンデンサ７ａ，７ｂを接続する。
【００１８】
図５は第５の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の斜視図である。この例では、誘電体板１の中央から一方の角方向に偏った位置にフェライト板２を埋め込み、そのフェライト板２の上部に接合導体４を形成し、この接合導体４から誘電体板１の二つの近い側の辺に整合用回路３ａ，３ｂを形成し、残る隣り合う二つの開口部に線路６ａ，６ｂを形成している。誘電体板１の下面には略全面の接地電極を形成している。これにより、一枚の誘電体板を用いて接合導体とリアクタンス回路を構成する。
【００１９】
図６は第６の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の斜視図である。この例では、図５に示した例と異なり、一方の線路６ｂの端部を下面の接地電極に接続（接地）することによって先端短絡線路としている。この線路６ｂの電気長を１／４波長未満とすれば、正のリアクタンス回路として作用する。一方の先端開放線路６ａの線路長を１／４波長未満とすれば、負のリアクタンス回路として作用する。
【００２０】
図７は第７の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の斜視図である。この例では、２つの線路６ａ，６ｂの端部をそれぞれ下面の接地電極に接続（接地）することによって先端短絡線路としている。この線路６ａ，６ｂの電気長を１／４波長未満とすれば、正のリアクタンス回路として作用する。
【００２１】
次に、以上に示した各非可逆回路素子の挿入損失特性の例を示す。
図９は図３に示した構造の非可逆回路素子の挿入損失特性をシミュレーションした結果である。ここで横軸は接合導体の隣り合う二つの開口間の交差角θ、縦軸は挿入損失ＩＬである。従来のアイソレータのように、接合導体の相対向する二つの開口を入出力に用いた場合には、シミュレーションにより挿入損失は−０．４ｄＢとなることが判っている。一方、この発明によれば、交差角が５４°から１１３°の範囲で、挿入損失が従来の−０．４ｄＢより改善されることが分かる。図３以外の他の非可逆回路素子も、等価的には図３に示した非可逆回路素子と略同一であるので、図９に示したものと同様の特性が得られる。
【００２２】
次に、フェライト板および接合導体の各種形状の例を図８を参照して説明する。
これらは何れも上面図であり、１は誘電体板、２はフェライト板、４は接合導体である。（Ａ）に示す例では、多角形状のフェライト板の例として六角形板形状のフェライト板２を用いている。さらに（Ｂ）に示す例では、多角形状の中でも四角形板形状のフェライト板２を用いている。このようにフェライト板を四角形板形状とすることによって、その加工が容易となり、製造コストが削減できる。（Ｃ）に示す例では、接合導体４の四つの開口部のパターンをステップ状として、その先につながる線路と接合導体とのインピーダンス整合をとっている。（Ｄ）に示す例では、接合導体４の四つの開口部につながる線路をテーパー形状として、接合導体から線路にかけてのインピーダンス整合をとっている。（Ｅ）に示す例では、接合導体４をフェライト板２と同一形状としている。
【００２３】
以上に示した例では、接合導体や線路をマイクロストリップ線路型としたが、誘電体層の中間層に接合導体や線路のための電極パターンを配置し、誘電体層の上下面に接地電極を形成することによって、ストリップ線路型に構成してもよい。また、その場合に、接合導体を挟むように接合導体の上下にフェライト板を配置してもよい。
【００２４】
次に、上記非可逆回路素子を用いた通信装置の例を図１０を参照して説明する。同図においてＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波数シンセサイザである。ＭＩＸａはＳＹＮから出力される周波数信号を変調信号で変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅して、アイソレータＩＳＯおよびＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから出力される受信信号を増幅し、ＢＰＦｂはＡＭＰｂから出力される信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂはＳＹＮより出力される周波数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号ＩＦを出力する。
【００２５】
上記アイソレータＩＳＯとして、図１〜図８に示した非可逆回路素子を用いる。このように、低挿入損失のアイソレータを用いることにより、電力効率の高い通信装置を構成する。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、隣り合う２開口を入出力端子とする構造により、低挿入損失特性のアイソレータとして用いることができる。
【００２７】
また、この発明によれば、集中定数型の素子を設けることなく、全体に小型化が図れる。
【００２８】
また、この発明によれば、接合導体の隣り合う端子間の交差角度を５４°〜１１３°の範囲内に定めることにより、挿入損失の良好な状態で利用できるようになる。
【００２９】
また、この発明によれば、フェリ磁性体を四角板形状とすることにより、フェライト板等の加工が容易となり、生産性が高まる。
【００３０】
さらにこの発明によれば、低損失で電力効率の高い通信装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す分解斜視図
【図２】第２の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す分解斜視図
【図３】第３の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す分解斜視図
【図４】第４の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す分解斜視図
【図５】第５の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す斜視図
【図６】第６の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す斜視図
【図７】第７の実施形態に係る非可逆回路素子の主要部の構成を示す斜視図
【図８】接合導体とフェライト板の幾つかの形状の例を示す図
【図９】接合導体の隣り合う二つの開口間の交差角度と挿入損失との関係を示す図
【図１０】通信装置の構成を示すブロック図
【図１１】従来のアイソレータの構成例を示す図
【符号の説明】
１−誘電体板
２−フェライト板
３−整合用回路
４−接合導体
５−誘電体板
６−線路
７−コンデンサ

Claims (5)

1. フェリ磁性体表面に、または該表面に近接する位置に４開口を有する接合導体を配置し、該接合導体のうち隣合う２開口にリアクタンス回路をそれぞれ設け、他の２開口に入出力端子を設けて成る非可逆回路素子。
2. 前記リアクタンス回路を先端開放線路とした請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 前記接合導体の前記入出力端子間の交差角度を５４°〜１１３°の範囲内に定めた請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
4. 前記フェリ磁性体を四角板形状とした請求項１、２または３に記載の非可逆回路素子。
5. 請求項１〜４のうちいずれかに記載の非可逆回路素子を用いた通信装置。

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