JP4174205B2 - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータ等の非可逆回路素子及び通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の携帯電話１のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図１３において、２はアンテナ素子、３はデュプレクサ、４，６は送信側電力増幅器、５は送信側段間用帯域通過フィルタ、７は送信側ミキサ、８は受信側低ノイズ増幅器、９は受信側段間用帯域通過フィルタ、１０は受信側ミキサ、１１はアイソレータ、１２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１３はローカル用帯域通過フィルタである。
【０００３】
一般に、電圧制御発振器１２と送受信側ミキサ７，１０との間にはアイソレータ１１を配置し、電圧制御発振器１２と送受信側ミキサ７，１０とのアイソレーションを図り、送受信側ミキサから反射した信号が電圧制御発振器１２に戻らないようにしている。非可逆回路素子のアイソレータ１１は、電力を必要としないため電池が長持ちし、携帯電話１の待ち受け時間や通話時間を長くすることができるという利点を有している。アイソレータ１１の代わりにバッファ増幅器が用いられることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の携帯電話の小型化及び低コスト化の要求に伴って、送信側ミキサ７及び受信側ミキサ１０を取り込んだＩＣ（平衡入出力回路）が増えてきた。しかしながら、従来のアイソレータ１１の入出力ポートはいずれも不平衡型ポートである。従って、ミキサを取り込んだＩＣの平衡型入出力ポートとアイソレータ１１とを電気的に接続するためには、バラン等を用いてＩＣの平行信号をシングルエンデッド信号に変換すること等が必要であった。このため、構成部品点数が多くなって接続箇所が増え、実装面積が大きくなったり、故障率が増加したりする等の問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、バラン等を介さないで平衡回路に接続することができる非可逆回路素子及び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及び作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る非可逆回路素子は、
不平衡型入力ポートと、
一対の端子からなる平衡型出力ポートと、
フェライト、第１の中心電極及び第２の中心電極からなる中心電極組立体と、
前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
前記中心電極組立体及び永久磁石を収容する金属ケースと、を備え、
前記第１の中心電極の一端はアースに電気的に接続され、他端は前記不平衡型入力ポートに電気的に接続されると共に、第１の整合用コンデンサを介してアースに電気的に接続され、
前記第２の中心電極の両端は、それぞれ前記平衡型出力ポートの一対の端子に電気的に接続されると共に、互いに第２の整合用コンデンサを介して電気的に接続され、
抵抗の一端は前記第１の整合用コンデンサ及び前記第１の中心電極の他端に電気的に接続され、抵抗の他端は前記第２の整合用コンデンサ及び前記第２の中心電極の一端部に電気的に接続されていること、
を特徴とする。
【０００８】
以上の構成からなる非可逆回路素子は、バラン等を介さないで、平衡回路に接続可能である。
【０００９】
また、本発明に係る通信装置は、前述の特徴を有する非可逆回路素子を備えることにより、高信頼性が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。各実施形態では、非可逆回路素子として集中定数型アイソレータを例にして説明し、同一部品及び同一部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１１】
［第１実施形態、図１〜図３］
図１に示すように、アイソレータ２１は、概略、回路基板２２と、金属製下側ケース２４と、中心電極組立体４３と、金属製上側ケース２８と、永久磁石２９と、抵抗Ｒと、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２等を備えている。
【００１２】
中心電極組立体４３は、矩形体のマイクロ波フェライト４０と、絶縁体を被覆した２本の導線（銅線や銀線など）を交差角が略９０度になるように交差させてフェライト４０の表面に巻回してなる中心電極４１，４２とで構成されている。中心電極組立体４３は、金属製下側ケース２４の上面に接着剤にて固定される。そして、中心電極４１，４２のそれぞれの一端４１ａ，４２ａが金属製下側ケース２４にはんだ付け等の方法により接続され、接地される。
【００１３】
回路基板２２は、ガラスエポキシ基板やフェライト基板などの絶縁性基板上に不平衡型入力端子（＝アンバランス入力端子）３１、平衡型出力端子（＝バランス出力端子＝差動出力端子）３２，３３、アース端子３４及び１／２波長線路３５を形成したものである。不平衡型入力端子３１は回路基板２２の左辺に露出し、一対の平衡型出力端子３２，３３は右辺に露出している。アース端子３４は回路基板２２の中央部に配置され、その両端部は回路基板２２の手前側及び奥側の辺に露出している。平衡型出力端子３２と３３の間には、位相差が１８０度になるように、蛇行形状の１／２波長線路３５が電気的に接続されている。１／２波長線路３５を用いることにより、アイソレータ２１の動作周波数を変更したいときには、動作周波数に応じて回路基板２２に所定の長さの電極パターンを形成するだけで、所望の動作周波数の１／２波長線路３５を容易に形成できる。さらに、回路基板２２の誘電率を変えることにより、１／２波長線路３５をより一層小型化できる。
【００１４】
回路基板２２のアース端子３４上には、金属製下側ケース２４がはんだ付けされている。さらに、この金属製下側ケース２４の上面に、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２及び抵抗Ｒが実装される。つまり、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２は、コールド側コンデンサ電極が金属製下側ケース２４にそれぞれはんだ付けされている。抵抗Ｒの一方は整合用コンデンサＣ１のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされ、他方は整合用コンデンサＣ２のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされている。そして、中心電極４１の他端４１ｂは、整合用コンデンサＣ１のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、不平衡型入力端子３１にはんだ付けされる。同様に、中心電極４２の他端４２ｂは、整合用コンデンサＣ２のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、平衡型出力端子３２にはんだ付けされる。
【００１５】
以上の構成からなる各部品は、永久磁石２９を金属製上側ケース２８の天囲に貼着等の方法により取り付けた後、回路基板２２上に装着することにより組み立てられる。永久磁石２９は、中心電極組立体４３のフェライト４０に直流磁界を印加する。金属製下側ケース２４と金属製上側ケース２８は接合して金属ケースをなし、磁気回路を構成しており、ヨークとしても機能している。
【００１６】
図２はアイソレータ２１の電気等価回路図であり、図３はアイソレータ２１を携帯電話５１のＲＦ部分に組み込んだ場合の電気回路ブロック図である。図３において、５２はアンテナ素子、５３はデュプレクサ、５４，５６は送信側電力増幅器、５５は送信側段間用帯域通過フィルタ、５７は変調器５８及び復調器５９を内蔵したＩＣ、６０は受信側低ノイズ増幅器、６１は受信側段間用帯域通過フィルタ、６２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）である。
【００１７】
ここに、ＩＣ５７の入出力端子は平衡型であり、接続される部品は平衡型端子を備えている必要がある。一方、アイソレータ２１の入力ポートは不平衡型入力端子３１からなり、出力ポートは一対の平衡型出力端子３２，３３からなる。従って、アイソレータ２１の不平衡型入力端子３１を電圧制御発振器６２に電気的に接続し、平衡型出力端子３２，３３をＩＣ５７に電気的に接続することができる。
【００１８】
つまり、このアイソレータ２１は、平衡型出力端子３２，３３から同振幅で位相差１８０度の信号を出力できるので、バラン等を介さないで、ＩＣ５７の平衡型入力端子に接続することができる。従って、構成部品点数が少なくなり、回路基板２２の面積サイズを小さくできる。また、バラン等を省略できるため、挿入損失や不要輻射が少なく、小型かつ低コストの携帯電話５１を得ることができる。
【００１９】
［第２実施形態、図４〜図６］
図４及び図５に示すように、第２実施形態のアイソレータ２１ａは、入力ポートが一対の平衡型入力端子３７，３８からなり、出力ポートが不平衡型出力端子３９からなる。
【００２０】
回路基板２２には、平衡型入力端子３７，３８、不平衡型出力端子３９、アース端子３４及び１／２波長線路３６が形成されている。平衡型入力端子３７，３８は回路基板２２の左辺に露出し、不平衡型出力端子３９は右辺に露出している。平衡型入力端子３７と３８の間には、位相差が１８０度になるように、蛇行形状の１／２波長線路３６が電気的に接続されている。
【００２１】
そして、中心電極組立体４３の中心電極４１の端部４１ｂは、整合用コンデンサＣ１のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、平衡型入力端子３７にはんだ付けされる。同様に、中心電極４２の端部４２ｂは、整合用コンデンサＣ２のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、不平衡型出力端子３９にはんだ付けされる。
【００２２】
図６は、アイソレータ２１ａを携帯電話５１ａのＲＦ部分に組み込んだ場合の電気回路ブロック図である。図６において、５２はアンテナ素子、５３はデュプレクサ、５４，５６は送信側電力増幅器、５５は送信側段間用帯域通過フィルタ、６６は送信側ミキサ、６０は受信側低ノイズ増幅器、６５は受信側段間用帯域通過フィルタ、６７は受信側ミキサ、６８はバッファ増幅器、６２は電圧制御発振器である。
【００２３】
ところで、近年、携帯電話の変調復調回路では、ＩＦフィルタが不要になるため小型化できるなどの理由で、ダイレクトコンバージョン変調方式の採用が進んでいる。図６に示されている回路もその一例であるが、図６に示す回路では、電圧制御発振器６２の発信周波数と送信系及び受信系のＲＦ周波数が非常に近いために、フィルタなどでお互いの周波数の信号を取り除くことができない。そのため、アンテナ素子５２から受信系に入ってきた信号と電圧制御発振器６２からきた信号が、同時に低ノイズ増幅器６０に入り込んでくる。そうすると、低ノイズ増幅器６０の中で電磁干渉が発生するため、受信すべき信号がうまく受信できなくなるという問題が発生する。
【００２４】
そこで、図６に示すように、受信側アイソレータ２１ａを挿入することにより、電圧制御発振器６２からきた信号をアイソレータ２１ａで減衰させ、電磁干渉の発生を防止している。このとき、帯域通過フィルタ６５として、平衡型出力端子を有する表面弾性波フィルタが使用されることがある。平衡型出力端子を有するフィルタは耐ノイズ性に優れているからである。従って、アイソレータ２１ａの平衡型入力端子３７，３８を表面弾性波フィルタ６５に電気的に接続し、不平衡型出力端子３９を受信側ミキサ６７に電気的に接続する。つまり、アイソレータ２１ａは、平衡型入力端子３７，３８に同振幅で位相差１８０度の信号を入力できるので、バラン等を介さないで、表面弾性波フィルタ６５の平衡型出力端子に接続することができる。従って、挿入損失や不要輻射が少なく、小型かつ低コストの携帯電話５１ａを得ることができる。
【００２５】
［第３実施形態、図７〜図９］
図７及び図８に示すように、第３実施形態のアイソレータ２１ｂは、入力ポートが一対の平衡型入力端子３７，３８からなり、出力ポートも一対の平衡型出力端子３２，３３からなる。
【００２６】
回路基板２２には、平衡型入力端子３７，３８、平衡型出力端子３２，３３、アース端子３４及び１／２波長線路３５，３６が形成されている。平衡型入力端子３７と３８の間、並びに、平衡型出力端子３２，３３の間には、それぞれ位相差が１８０度になるように、蛇行形状の１／２波長線路３６，３５が電気的に接続されている。
【００２７】
そして、中心電極組立体４３の中心電極４１の端部４１ｂは、整合用コンデンサＣ１のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、平衡型入力端子３７にはんだ付けされる。同様に、中心電極４２の端部４２ｂは、整合用コンデンサＣ２のホット側コンデンサ電極にはんだ付けされた後、平衡型出力端子３２にはんだ付けされる。
【００２８】
図９は、アイソレータ２１ｂをダイレクトコンバージョン変調方式の携帯電話５１ｂに組み込んだ場合の電気回路ブロック図である。図９において、５２はアンテナ素子、５３はデュプレクサ、５４，５６は送信側電力増幅器、５５は送信側段間用帯域通過フィルタ、５７は変調器５８及び復調器５９を内蔵したＩＣ、６０は受信側低ノイズ増幅器、６５は表面弾性波フィルタ、７０はバラン、６８はバッファ増幅器、６２は電圧制御発振器である。
【００２９】
アイソレータ２１ｂは、バラン等を介さないで、その平衡型入力端子３７，３８を表面弾性波フィルタ６５に電気的に接続し、平衡型出力端子３２，３３をＩＣ５７に電気的に接続している。従って、挿入損失や不要輻射が少なく、小型かつ低コストの携帯電話５１ｂを得ることができる。
【００３０】
［第４実施形態、図１０及び図１１］
図１０及び図１１に示すように、第４実施形態のアイソレータ２１ｃは、入力ポートが不平衡型入力端子７２からなり、出力ポートが平衡型出力端子７３，７４からなる。
【００３１】
回路基板７１には、不平衡型入力端子７２、平衡型出力端子７３，７４、アース端子７５及び回路パターン７６が形成されている。不平衡型入力端子７２及びアース端子７５はそれぞれ回路基板７１の左辺に露出し、一対の平衡型出力端子７３，７４は右辺に露出している。中心電極組立体４３の中心電極４２の両端４２ａ，４２ｂは、それぞれ整合用コンデンサＣ４，Ｃ３を介して平衡型出力端子７４，７３に電気的に接続されている。さらに、平衡型出力端子７４，７３に電気的に接続されている中心電極４２の両端４２ａと４２ｂの間が、整合用コンデンサＣ２で電気的に接続されている。一方、中心電極４１の一端４１ａはアース端子７５に電気的に接続され、他端４１ｂ（図１０においては図示されていない）は、不平衡型入力端子７２に電気的に接続されると共に、整合用コンデンサＣ１を介してアース端子７５に電気的に接続されている。また、抵抗Ｒは、一端が整合用コンデンサＣ１及び中心電極４１の他端４１ｂに電気的に接続され、他端が整合用コンデンサＣ２，Ｃ３及び中心電極４２の一端部４２ｂに電気的に接続されている。
【００３２】
このアイソレータ２１ｃの入力ポートは不平衡型入力端子７２からなり、出力ポートは一対の平衡型出力端子７３，７４からなる。つまり、アイソレータ２１ｃは、平衡型出力端子７３，７４から同振幅で位相差１８０度の信号を出力できるので、バラン等を介さないで、平衡型入力端子を有するデバイスに電気的に接続することができる。しかも、アイソレータ２１ｃは、２個のコンデンサＣ３，Ｃ４を接続することにより平衡型出力ポートを形成しているので、１／２波長線路３５を用いた前記第１実施形態のアイソレータ１よりさらに小型化が可能になる。
【００３３】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、１／２波長線路の代わりに、図１２に示すように、誘電体９２を間に挟んだ内導体９０と外導体９１とからなる同軸線路を用いてもよい。
【００３４】
また、中心電極や整合用コンデンサなどは、誘電体基板や磁性体基板の表面にパターン印刷等の方法で形成したものでもよいし、誘電体シートや磁性体シートを積層して構成した多層基板の内部にパターン印刷等の方法で積層配置したものであってもよい。磁性体基板や磁性体シートを積層して構成した磁性体多層基板に中心電極を形成した場合には、フェライトと中心電極が一体化された構造が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、出力ポートが平衡型ポートであるので、非可逆回路素子は、バラン等を介さないで、平衡型端子をもつデバイスに接続することができる。この結果、製造コストや挿入損失や不要輻射が抑えられ、小型で優れた周波数特性を有する通信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非可逆回路素子の第１実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図３】図１に示した非可逆回路素子を備えた通信装置の電気ブロック図。
【図４】本発明に係る非可逆回路素子の第２実施形態を示す分解斜視図。
【図５】図４に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図６】図４に示した非可逆回路素子を備えた通信装置の電気ブロック図。
【図７】本発明に係る非可逆回路素子の第３実施形態を示す分解斜視図。
【図８】図７に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図９】図７に示した非可逆回路素子を備えた通信装置の電気ブロック図。
【図１０】本発明に係る非可逆回路素子の第４実施形態を示す分解斜視図。
【図１１】図１０に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図１２】同軸線路を示す斜視図。
【図１３】従来の非可逆回路素子を備えた通信装置の電気ブロック図。
【符号の説明】
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…集中定数型アイソレータ
２４…金属製下側ケース
２８…金属製上側ケース
２９…永久磁石
３２，３３…平衡型出力端子
３５，３６…１／２波長線路
３７，３８…平衡型入力端子
４０…フェライト
４１，４２…中心電極
４３…中心電極組立体
５１，５１ａ，５１ｂ…携帯電話
７３，７４…平衡型出力端子
Ｃ１〜Ｃ４…整合用コンデンサ

Claims (3)

1. 不平衡型入力ポートと、
   一対の端子からなる平衡型出力ポートと、
   フェライト、第１の中心電極及び第２の中心電極からなる中心電極組立体と、
   前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
   前記中心電極組立体及び永久磁石を収容する金属ケースと、を備え、
   前記第１の中心電極の一端はアースに電気的に接続され、他端は前記不平衡型入力ポートに電気的に接続されると共に、第１の整合用コンデンサを介してアースに電気的に接続され、
   前記第２の中心電極の両端は、それぞれ前記平衡型出力ポートの一対の端子に電気的に接続されると共に、互いに第２の整合用コンデンサを介して電気的に接続され、
   抵抗の一端は前記第１の整合用コンデンサ及び前記第１の中心電極の他端に電気的に接続され、抵抗の他端は前記第２の整合用コンデンサ及び前記第２の中心電極の一端部に電気的に接続されていること、
   を特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記第２の中心電極の両端は、それぞれ第３の整合用コンデンサ及び第４の整合用コンデンサを直列に介して前記平衡型出力ポートの一対の端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の非可逆回路素子を少なくとも一つ備えたことを特徴とする通信装置。

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