JP4182926B2 - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯などで使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置に関する。

従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ電力を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

この種の非可逆回路素子として、特許文献１には、銅線からなる中心電極を四角形板状のフェライトに巻き付け、このフェライト組立体をコンデンサや抵抗などの整合回路素子と共に外部接続用端子を形成した基板に載置し、ヨークで被覆したものが開示されている。この非可逆回路素子では、フェライト組立体を実装面に対して垂直に配置してその両側に磁石を配置することにより、小型化、低背化を図っている。

しかしながら、この非可逆回路素子では、フェライト組立体と外部接続用端子を形成した基板とが別体であり、部品点数が多くなると共に、フェライト組立体の取扱いが面倒であり、コストの低減が困難で、小型化にも限界があるという問題点を有していた。特に、中心電極の交差角は±１°程度の高精度が要求されるが、銅線からなる中心電極をフェライトに高精度に巻き付けるのにもコストを要していた。
特開２００２−１９８７０７号公報

そこで、本発明の目的は、組立て時に取り扱う部品点数が少なく、小型化、低コスト化が可能な非可逆回路素子及び通信装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の発明に係る非可逆回路素子は、
ヨークの凹所内に、第１及び第２の中心電極を対向する二つの主面上に電極膜にて形成した誘電体基板と、前記第１及び第２の中心電極の近傍に配置されたフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する一対の永久磁石とを収容してなり、
前記ヨークの一部には外部接続用アース端子が形成され、
前記誘電体基板の端面にはアース電極及び外部接続用入出力電極がスルーホールとして形成され、
前記アース電極は前記ヨークに電気的に直接に接続され、
前記一対の永久磁石は前記誘電体基板の両主面に対向して配置され、かつ、前記ヨークに接着され、
前記フェライトはその主面が前記誘電体基板の主面と対向して該誘電体基板に固定され、
前記誘電体基板はその主面が実装面に対して垂直方向に配置されていること、
を特徴とする。

第１の発明に係る非可逆回路素子において、誘電体基板は樹脂製のプリント基板であることが好ましい。

整合回路を構成する抵抗が誘電体基板の主面上に抵抗膜として形成されていてもよく、また、整合回路を構成する容量が誘電体基板の両主面上に形成した電極膜間に形成されていてもよい。さらに、誘電体基板、フェライト又は永久磁石のうち少なくとも一つがヨークに接着剤にて固定されていてもよい。

誘電体基板とヨークとの結合は、誘電体基板に形成した切欠き部がヨークに嵌合されていてもよく、あるいは、誘電体基板の端部がヨークに形成した溝部に嵌合されていてもよい。

第２の発明に係る通信装置は、前記非可逆回路素子を備えたことを特徴とする。

第１の発明に係る非可逆回路素子によれば、第１及び第２の中心電極が誘電体基板の主面上に電極膜として形成されているため、交差角を精度よく、かつ、低コストで形成することができる。また、誘電体基板の端面には外部接続用入出力電極が形成されており、この誘電体基板と第１及び第２の中心電極とは一体化されていると共に整合回路素子も誘電体基板に一体化されているため、組立て工程で取り扱う部品は、ヨーク、誘電体基板、フェライト、永久磁石でよく、部品点数が減少する。

また、誘電体基板はその主面が実装面に対して垂直方向に配置されているため、ヨークの凹所にコンパクトに収容でき、かつ、実装面積が小さくなる。しかも、誘電体基板の端面に形成した入出力電極を外部接続用として直接実装面に露出させることができる。

特に、誘電体基板を樹脂製のプリント基板とすれば、エッチングなどの方法によって所定形状の中心電極や接続用の電極を容易に形成することができる。また、アース電極及び外部接続用入出力電極を誘電体基板にスルーホールとして形成しているため、誘電体基板を広面積のマザー基板から所定単位に切り出して製造する場合に好都合であり、誘電体基板の端面に容易に形成することができる。

また、整合回路を構成する抵抗を誘電体基板の主面上に印刷膜として形成したり、整合回路を構成する容量を誘電体基板の両主面上に形成した電極膜間に形成すれば、部品点数がより減少し、非可逆回路素子の一層の小型化を図ることができる。

誘電体基板とヨークとの結合を、誘電体基板に形成した切欠き部をヨークに嵌合させたり、誘電体基板の端部をヨークに形成した溝部に嵌合させれば、組立て効率が向上すると共に両者の結合を強固なものとすることができる。

第２の発明に係る通信装置は、小型化、低コスト化という前記非可逆回路素子の利点を備えたものとなる。

以下、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置の実施例について添付図面を参照して説明する。尚、以下に示す各実施例において共通する部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図３参照）
第１実施例である非可逆回路素子１Ａは、図１に示すように、集中定数型のアイソレータであって、ヨーク１０と、誘電体基板２０と、フェライト４０と、永久磁石４５，４５とで構成され、整合回路素子としてコンデンサ５１，５２、抵抗膜５５（図２（Ｂ）参照、なお図２（Ｂ）は正面からの透視図である）を備えている。

ヨーク１０は、軟鉄などの強磁性体材料からなり、上面部１１と側面部１２，１２とで部品収容用の凹所１３が形成されている。また、側面部１２，１２の下部には外部接続用アース端子１８が形成されている。

誘電体基板２０には、その第１主面２０ａに整合回路を構成するコンデンサ５１，５２が搭載されている。また、図２に示すように、第１主面２０ａには、第１の中心電極２１、コンデンサ５１用のランド２５ａ，２６ａを備えた中間接続用電極２５，２６、及び、コンデンサ５２用のランド２７ａ，２８ａを備えた中間接続用電極２７，２８が形成されている。第２主面２０ｂには、第２の中心電極２２、整合回路を構成する抵抗膜５５、及び、中間接続用電極２９が形成されている。

誘電体基板２０の下端面には、外部接続用入出力電極としてスルーホール３１，３２及び中間接続用電極としてスルーホール３３，３４が形成されている。スルーホール（外部接続用入出力電極）３１は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２５と接続されている。スルーホール（外部接続用入出力電極）３２は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２７と接続されている。スルーホール（中間接続用電極）３３は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２５及び第１の中心電極２１の一端に接続され、第２主面２０ｂ側で中間接続用電極２９と接続されて抵抗膜５５を介して第２の中心電極２２の一端に接続されている。スルーホール（中間接続用電極）３４は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２７と接続され、第２主面２０ｂ側で第２の中心電極２２の一端に接続されている。

誘電体基板２０の上端面には、アース電極としてスルーホール３５，３６が形成されている。スルーホール（アース電極）３５は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２６と接続され、第２主面２０ｂ側で第２の中心電極２２の他端に接続されている。スルーホール（アース電極）３６は第１主面２０ａ側で中間接続用電極２８及び第１の中心電極２１の他端に接続されている。

コンデンサ５１，５２は、それぞれチップタイプのもので、コンデンサ５１は誘電体基板２０の第１主面２０ａ上のランド２５ａ，２６ａにはんだ付けされ、コンデンサ５２は誘電体基板２０の第１主面２０ａ上のランド２７ａ，２８ａにはんだ付けされている。

また、抵抗膜５５は、逆方向からの信号を吸収するためのものであり、中間接続用電極２９及びスルーホール３３を介して第１の中心電極２１の一端に接続され、かつ、第２の中心電極２２の一端に接続されている。なお、抵抗膜５５に代えてコンデンサ５１，５２と同様のチップタイプのものを用いてもよい。

以上の回路素子を備えた誘電体基板２０は以下のようにして製作される。即ち、誘電体基板２０は樹脂製のプリント基板として製作される。材料となる樹脂は、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラスフッ素樹脂、液晶ポリマー樹脂などである。この種の単層樹脂基板を約４〜８インチ角のマザー基板として用意し、その両面に銅膜を貼り付け、該銅膜をエッチングして前記電極２１，２２，２５〜２９を所定のパターンに形成する。さらに、所定位置に前記スルーホール３１〜３６となる孔を形成して導電性ペーストで充填し、これら導電性ペーストを焼き付けする。その後、該マザー基板上に抵抗膜５５を印刷して焼成する。抵抗膜５５は所定の抵抗値になるようにレーザトリミングされる。

マザー基板状態にある誘電体基板２０に対しては、そのランド２５ａ，２６ａにコンデンサ５１がはんだ付けされ、ランド２７ａ，２８ａにコンデンサ５２がはんだ付けされる。さらに、フェライト４０が接着剤にて第１主面２０ａに固定される。ここで、マザー基板は３ｍｍ角程度の１単位の誘電体基板２０ごとにダイサカットあるいはレーザカットされる。

カットされた誘電体基板２０はそのスルーホール３５，３６をヨーク１０の上面部１１にはんだ付けすることによりヨーク１０の凹所１３に一体的に収容され、かつ、ヨーク１０と電気的に接続される。即ち、誘電体基板２０は主面２０ａ，２０ｂが実装面６０に対して垂直方向に配置される。

また、永久磁石４５，４５は、それぞれ、誘電体基板２０の第１主面２０ａ及び第２主面２０ｂに対向する位置でヨーク１０の内面に接着剤にて固定され、フェライト４０に直流磁界を印加する。

以上の如く組み立てられた非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）１Ａの電気等価回路を図３に示す。スルーホール（外部接続用入出力電極）３１が入力ポートＰ１として機能し、スルーホール（外部接続用入出力電極）３２が出力ポートＰ２として機能する。第１の中心電極２１とコンデンサ５１とで並列のＬＣ共振回路が構成され、第２の中心電極２２とコンデンサ５２とで並列のＬＣ共振回路が構成されている。抵抗膜５５はポートＰ１，Ｐ２間に直列に挿入されている。中心電極２１，２２及びコンデンサ５１，５２のそれぞれの他端はスルーホール３５，３６を介してヨーク１０の外部接続用アース端子１８に接続されている。

以上説明した非可逆回路素子１Ａによれば、第１の中心電極２１及び第２の中心電極２２が誘電体基板２０の主面２０ａ，２０ｂ上に電極膜として形成されているため、交差角を精度よく、かつ、低コストで形成することができる。また、誘電体基板２０の端面には外部接続用入出力電極がスルーホール３１，３２として形成されており、この誘電体基板２０と中心電極２１，２２とは一体化されていると共に整合回路を構成するコンデンサ５１，５２も誘電体基板２０に固定され、かつ、抵抗膜５５も誘電体基板２０上に形成されているため、組立て工程で取り扱う部品は、ヨーク１０、誘電体基板２０、フェライト４０、永久磁石４５，４５となり、部品点数が減少する。

また、誘電体基板２０はその主面２０ａ，２０ｂが実装面６０に対して垂直方向に配置されているため、ヨーク１０の凹所１３にコンパクトに収容でき、かつ、実装面積が小さくなる。しかも、誘電体基板２０の下端面に形成したスルーホール３１，３２を外部接続用入出力電極として直接実装面に露出させることができる。

また、誘電体基板２０を樹脂製のプリント基板としたため、前述したようにエッチングなどの方法によって中心電極２１，２２や接続用の電極２５〜２９を容易に形成することができる。また、誘電体基板２０にはアース電極や外部接続用入出力電極としてスルーホール３１〜３６を形成するようにしたため、誘電体基板２０を広面積のマザー基板から所定単位に切り出して製造する本第１実施例においては好都合であり、これらの電極を誘電体基板２０の端面に容易に形成することができる。誘電体基板２０を樹脂製としたのは、１００μｍ程度の薄肉基板を得ることができ、安価で割れにくい利点を有することによる。なお、誘電体基板２０はセラミック製であってもよい。

また、整合回路を構成する抵抗膜５５を誘電体基板２０の主面２０ｂ上に印刷膜として形成したため、部品点数がより減少し、非可逆回路素子の一層の小型化を図ることができる。

さらに、フェライト４０を誘電体基板２０に接着し、永久磁石４５，４５もヨーク１０に接着しているため、組立てがより簡略化される。

（第２実施例、図４参照）
第２実施例である非可逆回路素子１Ｂは、図４に示すように、ヨーク１０の外部接続用アース端子１８を上面部１１の両側から下方に延在する形状としたものである。

他の構成は第１実施例である前記非可逆回路素子１Ａと同様であり、その作用効果も第１実施例と同じである。

特に、本第２実施例では、外部接続用アース端子１８とスルーホール（外部接続用入出力電極）３１，３２との突出方向が揃っているため、実質的な実装面積が小さくなるという効果を有している。

（第３実施例、図５及び図６参照）
第３実施例である非可逆回路素子１Ｃは、図５に示すように、ヨーク１０を下側に配置し、外部接続用アース端子１８を底面部１４の両側から突出させている。さらに、誘電体基板２０の下端面に切欠き部２０ｃを形成すると共に、ヨーク１０の底面部１４にも切欠き部１４ａを形成し、これらの切欠き部２０ｃ，１４ａを互いに嵌合させている。

他の構成は第１実施例である前記非可逆回路素子１Ａと同様であるが、この非可逆回路素子１Ｃにあっては、ヨーク１０が下側に配置されているため、アース電極として機能するスルーホール３５，３６を誘電体基板２０の下端面に形成する必要がある。それゆえ、図６に示すように、第１の中心電極２１を第２主面２０ｂに形成し、第２の中心電極２２を第１主面２０ａに形成している。

詳しくは、第１主面２０ａには、第２の中心電極２２、コンデンサ５１用のランド６５ａ，６６ａを備えた中間接続用電極６５，６６、及び、コンデンサ５２用のランド６７ａ，６８ａを備えた中間接続用電極６７，６８が形成されている。第２主面２０ｂには、第１の中心電極２１、整合回路を構成する抵抗膜５５、及び、中間接続用電極６９が形成されている。

誘電体基板２０の下端面には、外部接続用入出力電極としてスルーホール３１，３２及び切欠き部２０ｃ部分にアース電極としてスルーホール３５，３６が形成されている。スルーホール（外部接続用入出力電極）３１は第１主面２０ａ側で中間接続用電極６５と接続されている。スルーホール（外部接続用入出力電極）３２は第１主面２０ａ側で中間接続用電極６７と接続されている。スルーホール（アース電極）３５は第１主面２０ａ側で中間接続用電極６６及び第２の中心電極２２の一端に接続されている。スルーホール（アース電極）３６は第１主面２０ａ側で中間接続用電極６８と接続され、第２主面２０ｂ側で第１の中心電極２１の一端に接続されている。

誘電体基板２０の上端面には、中間接続用電極としてスルーホール３３，３４が形成されている。スルーホール（中間接続用電極）３３は第１主面２０ａ側で中間接続用電極６５と接続され、第２主面２０ｂ側で第１の中心電極２１の他端に接続されている。スルーホール（中間接続用電極）３４は第１主面２０ａ側で中間接続電極６７及び第２の中心電極２２の他端に接続され、第２主面２０ｂ側で中間接続用電極６９に接続されて抵抗膜５５を介して第１の中心電極２１の他端に接続されている。

前記誘電体基板２０を用いた非可逆回路素子１Ｃの電気等価回路は図３と同様である。その作用効果は前記第１実施例と同じであり、外部接続用アース端子１８とスルーホール（外部接続用入出力電極）３１，３２との突出方向が揃っているために実質的な実装面積が小さくなる利点は前記第２実施例と同じである。また、本第３実施例では、誘電体基板２０の切欠き部２０ｃをヨーク１０に嵌合させているため、組立て効率が向上すると共に両者の結合が強固なものとなる。

（第４実施例、図７参照）
第４実施例である非可逆回路素子１Ｄは、図７に示すように、ヨーク１０の底面部１４に溝部１４ｂを形成し、誘電体基板２０の下端面に形成されている切欠き部２０ｃを該溝部１４ｂに嵌合させたものである。他の構成は第３実施例である前記非可逆回路素子１Ｃと同様であり、その作用効果も第３実施例と同様である。

（第５実施例、図８参照）
第５実施例である非可逆回路素子１Ｅは、図８に示すように、ヨーク１０に底面部１４に加えて上面部１１’，１１’を設けたものである。

他の構成は第３実施例である前記非可逆回路素子１Ｃと同様であり、その作用効果も第３実施例と同様である。特に、本第５実施例では、永久磁石４５，４５がヨーク１０の上面部１１’と底面部１４と側面部１２とで囲われているため、磁界の漏れが少なくなり、磁気の利用効率が向上する。このため、磁気回路を小さく構成することが可能になり、非可逆回路素子の一層の小型化を図ることができる。

（第６実施例、図９参照）
第６実施例である非可逆回路素子１Ｆは、図９に示すように、誘電体基板２０の上端面に切欠き部２０ｄを形成すると共に、ヨーク１０の上面部１１にも切欠き部１１ａを形成し、これらの切欠き部２０ｄ，１１ａを互いに嵌合させている。また、ヨーク１０の下面部１４’，１４’にアース端子１８が形成されている。

他の構成は第１実施例である前記非可逆回路素子１Ａ、特に、誘電体基板２０に設けた各種電極の配置は第１実施例の図２の配置と同様である。従って、本第６実施例の作用効果も第１実施例と同様である。また、切欠き部２０ｄ，１１ａの嵌合による効果は前記第３実施例と同様であり、永久磁石４５，４５の磁気効率が向上する効果は前記第５実施例と同様である。

（第７実施例、図１０参照）
第７実施例である非可逆回路素子について、該素子を構成する誘電体基板２０を図１０に示す。この誘電体基板２０には、前記コンデンサ５１，５２に代えて、誘電体基板２０の主面２０ａ，２０ｂ上にコンデンサ電極５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂを成膜し、必要な容量が形成されている。誘電体基板２０の他の構成は第１実施例として図２に示した構成と同様である。また、非可逆回路素子を構成する他の構成も第１実施例と同様である。

なお、本第７実施例の如く整合用容量を誘電体基板２０に形成する構成は前記第１〜第６実施例にも適用することができる。

（通信装置、図１１参照）
ここで、前記非可逆回路素子を搭載した通信装置として、携帯電話を例にして説明する。図１１は携帯電話３２０のＲＦ部分の電気回路を示し、３２２はアンテナ素子、３２３はプレクサ、３３１は送信側アイソレータ、３３２は送信側増幅器、３３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、３３４は送信側ミキサ、３３５は受信側増幅器、３３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、３３７は受信側ミキサ、３３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、３３９はローカル用帯域通過フィルタである。

ここに、送信側アイソレータ３３１として、前記各実施例として示した非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）を使用することができる。これらの非可逆回路素子を実装することにより、小型で低コストの携帯電話を実現することができる。

（他の実施例）
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例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、誘電体基板の細部の構成、特に、電極の引き回し形状などは任意である。また、永久磁石４５は一つであってもよい。

本発明に係る非可逆回路素子の第１実施例を示す分解斜視図である。 前記第１実施例を構成する誘電体基板を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図（正面から透視した状態）である。 前記第１実施例の電気等価回路を示すブロック図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第２実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第３実施例を示す分解斜視図である。 前記第３実施例を構成する誘電体基板を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図（正面から透視した状態）である。 本発明に係る非可逆回路素子の第４実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第５実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第６実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第７実施例を構成する誘電体基板を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図（正面から透視した状態）である。 本発明に係る通信装置（携帯電話）の電気回路を示すブロック図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｆ…非可逆回路素子
１０…ヨーク
１３…凹所
１４ｂ…溝部
１８…外部接続用アース端子
２０…誘電体基板
２０ａ，２０ｂ…主面
２０ｃ，２０ｄ…切欠き部
２１…第１の中心電極
２２…第２の中心電極
３１，３２…スルーホール（外部接続用入出力電極）
３５，３６…スルーホール（アース電極）
４０…フェライト
４５…永久磁石
５１，５２…コンデンサ
５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ…コンデンサ電極
５５…抵抗膜
６０…実装面

Claims (9)

1. ヨークの凹所内に、第１及び第２の中心電極を対向する二つの主面上に電極膜にて形成した誘電体基板と、前記第１及び第２の中心電極の近傍に配置されたフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する一対の永久磁石とを収容してなり、
   前記ヨークの一部には外部接続用アース端子が形成され、
   前記誘電体基板の端面にはアース電極及び外部接続用入出力電極がスルーホールとして形成され、
   前記アース電極は前記ヨークに電気的に直接に接続され、
   前記一対の永久磁石は前記誘電体基板の両主面に対向して配置され、かつ、前記ヨークに接着され、
   前記フェライトはその主面が前記誘電体基板の主面と対向して該誘電体基板に固定され、
   前記誘電体基板はその主面が実装面に対して垂直方向に配置されていること、
   を特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記誘電体基板は樹脂製のプリント基板であ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. さらに整合回路を備え、該整合回路を構成する素子がチップタイプであって前記誘電体基板の主面に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非可逆回路素子。
4. さらに整合回路を備え、該整合回路を構成する抵抗が前記誘電体基板の主面上に抵抗膜として形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
5. さらに整合回路を備え、該整合回路を構成する容量が前記誘電体基板の両主面上に形成した電極膜間に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
6. 前記誘電体基板、前記フェライト又は前記永久磁石のうち少なくとも一つが前記ヨークに接着剤にて固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
7. 前記誘電体基板に形成した切欠き部が前記ヨークに嵌合されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の非可逆回路素子。
8. 前記誘電体基板の端部が前記ヨークに形成した溝部に嵌合されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の非可逆回路素子。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信装置。

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