JP4348698B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話などの移動体通信システムの中で使用され、一般にアイソレータと呼ばれる非可逆回路素子に関する。

従来、携帯電話等に用いられる高周波部品の一つとして、アイソレータ，サーキュレータ等の非可逆回路素子がある。一般に非可逆回路素子は、電力増幅器などの破損を防止する目的で使用され、信号の伝送方向の挿入損失は小さいが、逆方向への逆方向損失は大きくなるような機能を持たせたものである。

図５は、特許文献１に記載された非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図である。この非可逆回路素子は、互いに電気的絶縁状態で、所定の角度間隔で重ねられた３つの中心導体１０４，１０５，１０６をフェライト１０３上に配置した中心導体部１２０と、フェライト１０３に直流磁界を印加するための永久磁石１０２と、容量素子１０８、１０９、１１０と終端抵抗１１１を有し、これらを、磁気ヨークを兼ねた上ケース１０１と下ケース１１２とで構成する金属ケース内に配置して構成されている。上ケース１０１および下ケース１１２間には、絶縁体に金属材料をインサートした樹脂一体型下ケース１０７が設けられており、樹脂一体型下ケース１０７内には、容量素子１０８，１０９，１１０、終端抵抗１１１、中心導体部１２０が、凹部１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ａに収納されている。また、樹脂一体型下ケース１０７の対向する外壁の２側面には、実装基板との接続を行う外部端子が形成されている。前記外部端子の内、外部端子１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｅ、１１５ｆは、実装基板のグランドと接続されるグランド端子である。また、外部端子１１５ａ，１１５ｂは高周波信号を扱う入出力端子であり、樹脂一体型下ケース１０７内に形成された端子電極１１６ａ，１１６ｄと繋がっている。

この樹脂一体型下ケース１０７は、例えば銅、あるいは銅合金のような電気良導体の薄板を用い、前記薄板を、プレス成形などにより必要な形に打ち抜き、折曲げ成形して、液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂とともに射出成形し、再度打ち抜き加工を行い、薄板の不必要な部分を取り去って形成される。また、中心導体１０４，１０５，１０６の端部は帯状に形成されおり、前記端子電極１１６ａ，１１６ｄ、容量素子１０８，１０９，１１０の一方の電極、チップ抵抗１１１の一方の電極とはんだ接続される。

図６は、一般的な非可逆回路素子の等価回路であり、図５に示した従来例もこの等価回路となる。この等価回路は、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２，終端ポートＰ３を有し、所望の周波数（中心周波数）で動作するアイソレータを示している。図５に示した非可逆回路素子と対比すると、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、中心導体１０４，１０５，１０６が巻回されたフェライト１０３部分で形成され、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、抵抗Ｒは、容量素子１０８，１０９，１１０、終端抵抗１１１と対応し、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２は入出力端子１１５ａ，１１５ｂと対応する。

図７は、特許文献２に記載された非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図である。この非可逆回路素子は、２ポート型非可逆回路素子である。図７に示すように、２ポート型アイソレータ１は、概略、金属製上側ケース４と金属製下側ケース８とからなる金属ケースと、永久磁石９と、フェライト２０と中心電極２１，２２とからなる中心電極組立体１３と、積層基板３０を備えている。

金属製上側ケース４は略箱形状であり、上部４ａおよび四つの側部４ｂからなる。金属製下側ケース８は、左右の側部８ｂと底部８ａからなる。金属製上側ケース４および金属製下側ケース８は磁気回路を形成するため、例えば、軟鉄などの強磁性体からなる材料で形成され、その表面にＡｇやＣｕがめっきされる。

中心電極組立体１３は、円板状のマイクロ波フェライト２０の上面に２組の第１および第２中心電極２１，２２を、絶縁層（図示せず）を介在させて直交して交差するように配置している。この中心電極２１，２２は二つのラインで構成されている。第１中心電極２１と第２中心電極２２のそれぞれの両端部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂは、フェライト２０の下面に延在し、それぞれの端部２１ａ〜２２ｂが相互に分離している。

積層基板３０の両端部には、それぞれ入力ポート１４、出力ポート１５およびアースポート１６が設けられている。入力ポート１４は積層基板内のコンデンサ電極に電気的に接続され、出力ポート１５は積層基板内のコンデンサ電極に電気的に接続されている。アースポート１６は、積層基板内のグランド電極に電気的に接続されている。そして積層基板３０は、内部に整合用コンデンサＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒを有している。

永久磁石９は金属製上側ケース４の天井に接着剤によって固定される。中心電極組立体１３の中心電極２１，２２の各々の端部２１ａ〜２２ｂが積層基板３０の表面に形成された中心電極用接続電極５１〜５４にはんだ８０にて電気的に接続されることにより、積層基板３０上に中心電極組立体１３が実装される。なお、中心電極２１，２２と中心電極用接続電極５１〜５４のはんだ付けは、マザーボード状態の積層基板３０に対して効率良く行ってもよい。

積層基板３０は金属製下側ケース８の底部８ａ上に載置され、積層基板３０の下面に配設されているグランド電極がはんだによって底部８ａと接続固定される。これにより、アースポート１６が底部８ａに電気的に容易に接続される。そして、金属製下側ケース８と金属製上側ケース４は、それぞれの側部８ｂと４ｂをはんだ等で接合することにより金属ケースを構成し、ヨークとしても機能する。つまり、この金属ケースは、永久磁石９と中心電極組立体１３と積層基板３０を囲む磁路を形成する。また、永久磁石９はフェライト２０に直流磁界を印加する。

この２ポート型アイソレータ１の電気等価回路図を図８に示す。第１中心電極２１の一端部２１ａは入力ポート１４に電気的に接続され、他端部２１ｂは出力ポート１５に電気的に接続されている。第２中心電極２２の一端部２２ａは出力ポート１５に電気的に接続され、他端部２２ｂはアースポート１６に電気的に接続されている。整合用コンデンサＣ１と抵抗Ｒからなる並列ＲＣ回路は、入力ポート１４と出力ポート１５の間に電気的に接続されている。整合用コンデンサＣ２は出力ポート１５とアースポート１６の間に電気的に接続されている。
特開平１１―２０５０１１号 特開２００４―１５４３０号

携帯電話の小型化、多機能化に伴い、非可逆回路素子も小型化が強く求められている。前記特許文献１の実施例には、外形寸法が５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍといった非可逆回路素子が開示されているが、現在では外形寸法が４ｍｍ×４ｍｍ×１．７ｍｍといった小型の非可逆回路素子が広く用いられるようになり、さらに３．２ｍｍ×３．２ｍｍ×１．６ｍｍといった外形寸法の非可逆回路素子も提案されている。
このような小型化の中で、特許文献２に示されるような２ポート型アイソレータは、従来の３ポート型のアイソレータに比較し、部品点数が少なく、小型化に有利と考えられる。そこで、本発明者は、この２ポート型アイソレータを超小型に構成することを試みた。ところが、中心周波数と挿入損失特性が所望の周波数にて得られないという問題点が生じた。

そこで本発明の目的は、中心周波数と挿入損失特性を所望の周波数で得られる新規な手段を提供することである。

第１の発明は、永久磁石と、前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体に配置される並列導体で形成された第１中心導体、及び一本の導体で形成された第２中心導体と、前記各中心導体に並列に接続されるコンデンサと、前記永久磁石による直流磁界の磁気回路を構成するための金属ケースを有し、前記第１中心導体の一端が入力端子と接続され、他端が出力端子と接続され、前記第２中心導体の一端が前記出力端子と接続され、他端が接地された非可逆回路素子であって、前記金属ケースは上ケースと下ケースとで構成され、前記下ケースは対向する一対の側壁を備え、少なくとも一方の側壁と上ケースとの間を電気的に非導通とし、下ケースの側壁間に伸びる第２中心導体による誘導起電力によって生じる、第２中心導体の配置方向と略同じ方向に金属ケースを周回するループ状電流の発生を抑制したことを特徴とする非可逆回路素子である。
本発明においては、電気的に導通されない他方の側壁は、上ケースと絶縁性接着剤により接合するのが好ましい。また、電気的に導通する側壁は、上ケースと半田により接合され、半田付けされる側壁は、前記第２の中心導体の前記他端側にあり、前記上ケースと半田付けされない側壁は、前記第２の中心導体の前記一端側にあるのが好ましい。

第２の発明は、永久磁石と、前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体に配置される並列導体で形成された第１中心導体、及び一本の導体で形成された第２中心導体と、前記各中心導体に並列に接続されるコンデンサと、前記永久磁石による直流磁界の磁気回路を構成するための金属ケースを有し、前記第１中心導体の一端が入力端子と接続され、他端が出力端子と接続され、前記第２中心導体の一端が前記出力端子と接続され、他端が接地された非可逆回路素子であって、前記金属ケースは上ケースと下ケースとで構成され、前記下ケースは対向する一対の側壁を備え、下ケースにスリットを形成して前記側壁間を電気的に非導通とし、下ケースの側壁間に伸びる第２中心導体による誘導起電力によって生じる、第２中心導体の配置方向と略同じ方向に金属ケースを周回するループ状電流の発生を抑制し、前記スリットには樹脂が充填されたことを特徴とする非可逆回路素子である。
なお本発明において、ループ状電流が前記金属ケース上に生じないように構成されているとは、直流的にループ状電流が流れない構成となっていればよい。

本発明によれば、所望の周波数にて所望の特性が得られ、特に、超小型、薄型の非可逆回路素子であって、かつ低損失の非可逆回路素子を提供することが出来る。

図１は、本発明に係る非可逆回路素子（実施例１）の構造を示す説明図である。本発明に係る非可逆回路素子は、フェリ磁性体２１０と、フェリ磁性体２１０に近接して互いに電気的絶縁状態で交差するように配置された第１及び第２の中心導体２２１、２２２でなる中心導体２２０と、第１及び第２の中心導体の整合用コンデンサを形成する積層基板２５０と、積層基板２５０と電気的に接続する入力端子と出力端子とが形成された樹脂一体型下ケース２８０と、フェリ磁性体２１０に直流磁界を供給する永久磁石２４０と、永久磁石２４０を収容して磁気回路を形成する上ケース２７０とを備えた非可逆回路素子である。

図１に示した上ケース２７０は磁気回路を形成するため、例えば、軟鉄などの強磁性体からなる材料で形成され、その表面に銀や銅がメッキされる。更に上ケース２７０は、樹脂一体型下ケース２８０にインサート成形された金属板とともに、磁気ヨークとしても機能する。つまり、上ケースと樹脂一体型下ケースの金属板とにより、永久磁石２４０と中心電極組立２３０と積層基板２５０を囲む磁路（磁気回路）を形成している。
また、上ケース２７０は材質が金属であるから、磁気回路を形成するとともに他の構成部材を収納保持する外部ケースとしての機能も有している。
更に、上ケース２７０の表面には、銀、銅、金、アルミニウムのうち少なくとも一つを含む金属または合金で電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下、好ましくは３．０μΩｃｍ、更に好ましくは１．８μΩｃｍ以下の導電性の高い金属膜を形成することが好ましい。金属膜の厚さは０．５〜２５μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、更に好ましくは１〜８μｍである。磁気ヨークはグランドとしても機能するが、このように構成することで前記金属皮膜が高周波電流のアース端子への経路となり、よって高周波信号の伝送効率を高めるとともに、外部との相互干渉を抑制して損失を低減することができる。

図１に示した樹脂一体型下ケース２８０は、０．１ｍｍ程度の導体薄板を有し、この導体薄板を用いた入力外部電極ＩＮ、出力外部電極ＯＵＴ、及びグランド端子ＧＮＤをインサート成形で備えたものである。樹脂一体型下ケース２８０の空洞部には積層基板２５０が収容されて、積層基板２５０のグランド電極ＧＮＤ、入力外部電極ＩＮ、及び出力外部電極ＯＵＴを、樹脂一体型下ケース２８０の入力外部電極ＩＮ、出力外部電極ＯＵＴ、及びグランド電極ＧＮＤに半田づけにより電気的に接続される。

樹脂一体型下ケース２８０のフレーム２８１ａ，２８１ｂは、金属材料、例えばＪＩＳ：ＰＢ材で厚み０．１５ｍｍ程度のものが使用され、銅下地メッキ１〜３μｍの上に厚み２〜４μｍの銀メッキが施されて高周波特性が改善される。尚、このフレーム２８１ａ，２８１ｂは、下側で接続されており、所謂コ字形状のものであり、上ケースとともに、永久磁石２４０と中心電極組立２３０と積層基板２５０を囲む磁路を形成する下ケースを構成している。このフレーム２８１ａ，２８１ｂと、入力外部電極ＩＮ、及び出力外部電極ＯＵＴは、それぞれ樹脂ベース２８２に電気的に絶縁されてインサート成形されている。また、フレーム２８１ａ，２８１ｂと、グランド電極ＧＮＤとは同一の金属板で形成され、つながっている。

図２に、上ケース２７０を樹脂一体型下ケース２８０に組み合わせた実施例１の斜視図を示す。この実施例１では、上ケース２７０の四隅に形成された切り欠き部２７１ａ〜２７１ｄにより、樹脂一体型下ケース２８０のフレーム２８１ａ、２８１ｂとの位置が正確に合うように構成されている。そして、下ケースの一方の側壁（フレーム２８１ａ）と上ケース２７０との合わせ面２７０ａを半田付けし、その対向する面側では、下ケースの他方の側壁（フレーム２８１ｂ）と上ケース２７０との合わせ面は、半田付けではなく、接着剤により固定されている。この接着剤は絶縁性のものであり、その接着された側では、上ケースと下ケースとは電気的につながっていない。

本実施例１の非可逆回路素子では、積層基板２５０に整合用コンデンサを内蔵させている。しかしながら、積層基板２５０では精度のよい容量値のコンデンサを構成することが用意でないため、予め積層基板２５０に形成された整合用コンデンサを設計値よりも小さくし、出来上がった積層基板２５０の容量値を確認後、不足分の容量値をチップコンデンサ２６１，２６２で補正する構成としている。
この容量値を合わせるための別の方法として、積層基板２５０に形成された電極パターン等をトリミングして、容量値を微調整する方法も用いることはできる。
もちろん、調整不要であれば、積層基板２５０に形成された整合用コンデンサのみで構成してもよい。

実施例１の中心導体組立２３０は、矩形状のフェリ磁性体２１０の表面に、２組の第１および第２の中心導体２２１，２２２を、絶縁層（図示せず）を介在させて直交して交差するように配置している。
第１中心導体２２１と第２中心導体２２２のそれぞれの一端部２２１ａ，２２２ａはフェリ磁性体２１０の側面で開放端となり、他端部は一体となってフェリ磁性体２１０の下面に延在している。第１中心導体２２１の一端部２２１ａは入力端子ＩＮに電気的に接続され、他端は出力端子ＯＵＴに電気的に接続される。

第１及び第２の中心導体２２１、２２２は各々を別の導体で構成することもできるが、銅板などで一体に形成すると組立性が向上する。実施例１では、第１および第２中心導体２２１，２２２は、Ｌ字状の銅板で一体構成し、第１の中心導体２１を３本の並列導体で形成し、前記第２の中心導体２２２を１本の導体で形成している。それにより、スルー方向の高周波電流に対するインダクタンスを低減して挿入損失を低減すると共に、逆方向へのインダクタンスを相対的に増加することにより反射損失を低減することがスミスチャートから判明した。
前記中心導体２２０は、銅板の厚みは３０μｍで、高周波における表皮効果による損失を低減するために半光沢の銀メッキを１〜４μｍ施し、全体厚みを３５μｍとした。

本発明において、フェリ磁性体２１０は円板状でも良いが、実施例１に示した矩形状のフェリ磁性体２１０を用いると、フェリ磁性体の体積を増加できるので、フェリ磁性体の持つ非可逆回路素子特性を最大限に活用できる。永久磁石２４０も矩形状とすることにより、永久磁石２４０の磁束密度を端部に至るまで有効活用できる。
すなわち、実施例１に示すように、フェリ磁性体２１０として矩形状のものを用いることにより、フェリ磁性体２１０に巻かれる中心導体２２１，２２２の長さを極力長く取ることができるため、中心導体２２１，２２２のインダクタンスを大きくすることができ、低周波化に適用可能となる。また、矩形状のフェリ磁性体２１０は、円板状のフェリ磁性体よりも載置時のデッドスペースを減らすこともできるため、より小型化にも対応可能となる。

実施例１のフェリ磁性体２１０は、ガーネット構造を有するフェライトであり、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）などが用いられる。また、ＹＩＧのＹの一部をＧｄ，Ｃａ，Ｖ等で、Ｆｅの一部をＡｌやＧａ等で置換したものも用いることができる。なお、ＹＩＧに限定されるものではなく、永久磁石２４０からの直流磁界に対して非可逆回路素子としての機能を果たす材料であれば何れの磁性体材料でも使用できる。

実施例１の中心導体組立２３０は、フェリ磁性体２１０を互いに電気的に絶縁された第１中心導体２２１と第２中心導体２２２とで包み込んだ形状をしている。永久磁石２４０からの直流磁界を受けることでインダクタンスとして機能し、それぞれ固有のインダクタンスＬｉｎ、Ｌｏｕｔを有するものである。

実施例１の永久磁石２４０は、中心導体組立２３０に直流磁界を印加することにより、第１中心導体２２１と第２中心導体２２２とを固有のインダクタンスＬｉｎ、Ｌｏｕｔとして機能させるものである。

永久磁石２４０としてはフェライト磁石（ＳｒＯ・ｎＦｅ２Ｏ３）が最も安価であり、且つフェリ磁性体２１０との特性の相性も良い。より好ましくは、Ｓｒおよび／またはＢａの一部をＲ元素（Ｒ元素は、Ｙを含む希土類元素の少なくとも１種）で置換し、Ｆｅの一部をＭ元素（Ｍ元素は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれた少なくとも１種）で置換したマグネトプランバイト型結晶構造を有しているフェライト磁石がベターである。従来のフェライト磁石（ＳｒＯ・ｎＦｅ２Ｏ３）に比較し、高い磁束密度を有するので集中定数型の非可逆回路素子の小型、薄型化を可能にする。

図３は、実施例１に示した積層基板２５０の積層構造を示す説明図である。この積層基板２５０は、誘電体シートＳ１〜Ｓ６の６層の積層でなる。誘電体シートＳ１〜Ｓ６には導電性ペーストで電極パターンが印刷され、誘電体シートＳ１〜Ｓ６の各層間は、導電性ペーストを充填したビアホールＶｈｇ１〜Ｖｈｇ６，Ｖｈｉ１〜Ｖｈｉ６，Ｖｈｏ１〜Ｖｈｏ６で電気的に接続される。ビアホールＶｈｇ１〜Ｖｈｇ６は、グランドの電極パターンをグランド端子ＧＮＤに電気的に接続するためのビアホールである。ビアホールＶｈｉ１〜Ｖｈｉ６は、グランドの電極パターンを入力外部電極ＩＮに電気的に接続するためのビアホールである。ビアホールＶｈｏ１〜Ｖｈｏ６は、グランドの電極パターンを出力外部電極ＯＵＴに電気的に接続するためのビアホールである。

誘電体シートＳ１〜Ｓ６の各層毎に、電極パターンの機能を説明する。
誘電体シートＳ１には、図４の等価回路におけるコンデンサＣｆを調整するための電極２５１が形成される。電極２５１をトリミングすることによりコンデンサＣｆの調整ができる。電極２５２はコンデンサＣｉを調整するための電極である。
誘電体シートＳ２には、コンデンサＣｆを形成するための電極２５３が形成され、誘電体シートＳ１の電極２５１と誘電体シートＳ３の電極２５５との間で、各々コンデンサＣｆを形成する。また、コンデンサＣｉを形成するための電極２５４が形成され、誘電体シートＳ１の電極２５２との間でコンデンサＣｉを形成する。
誘電体シートＳ３には電極２５５が形成され、誘電体シートＳ２の電極２５３との間でコンデンサＣｆを形成する。
誘電体シートＳ４には電極２５６が形成され、誘電体シートＳ３の電極２５５、誘電体シートＳ５の電極２５７との間で、各々コンデンサＣｉを形成する。
誘電体シートＳ５には電極２５７が形成され、誘電体シートＳ４の電極２５６との間でコンデンサＣｉを、誘電体シートＳ６の電極２５８との間でコンデンサＣｆを各々形成する。
誘電体シートＳ６には電極２５８が形成され、誘電体シートＳ５の電極２５７との間でコンデンサＣｆを形成する。電極２５９は、図４で示す等価回路のインダクタンスＬを構成する。
以上の誘電体シートＳ１〜Ｓ６がビアホールＶｈｇ１〜Ｖｈｇ６，Ｖｈｉ１〜Ｖｈｉ６，Ｖｈｏ１〜Ｖｈｏ６で電気的に接続されて、図４で示す等価回路を形成する。

図３の最下段に示す図は、積層基板２５０を裏面から見た斜視図で、入力外部端子ＩＮと出力外部端子ＯＵＴとが、グランド電極ＧＮＤを挟んで配設される。

積層基板２５０の材質について説明する。積層基板２５０基板の製造において誘電体シートＳ１〜Ｓ６に用いるセラミックの材料組成は、銀などの導体ペーストと同時焼成できる低温焼結セラミックス材料、所謂ＬＴＣＣセラミックなら何でも使用できる。
より好ましくは、主成分であるＡｌ，Ｓｉ，Ｓｒ，ＴｉをそれぞれＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｉＯ２に換算したとき、Ａｌ２Ｏ３換算で１０〜６０ｗｔ％、ＳｉＯ２換算で２５〜６０ｗｔ％、ＳｒＯ換算で７．５〜５０ｗｔ％、ＴｉＯ２換算で２０ｗｔ％以下（０を含む）であり、その主成分１００ｗｔ％に対して、副成分として、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｏの群のうちの少なくとも１種をＢｉ２Ｏ３換算で０．１〜１０ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ換算で０．１〜５ｗｔ％、Ｋ２Ｏ換算で０．１〜５ｗｔ％、ＣｏＯ換算で０．１〜５ｗｔ％含有し、更に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇの群のうちの少なくとも１種をＣｕＯ換算で０．０１〜５ｗｔ％、ＭｎＯ２換算で０．０１〜５ｗｔ％、Ａｇを０．０１〜５ｗｔ％含有し、その他不可避不純物を含有している混合物を７００℃〜８５０℃で仮焼し、これを粉砕して平均粒径０．６〜２μmの微粉砕粒子からなる誘電体磁器組成物である。
これにより、積層基板２５０は、銀や銅、金といった高い導電率を有する金属材料を内部電極として用いて、一体焼結を行うことができる。その結果、誘電体材料の有する高いＱ値を用い、しかも電気抵抗による損失を抑えた内部電極を用い、極めて損失の小さい非可逆回路素子を構成することができる。

積層基板２５０の製造方法について説明する。
積層基板２５０は、誘電体のグリーンシートに電極パターンを導電性ペーストで印刷してビアホールにも導電性ペーストを充填して積層した後に焼成する通常のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｉｎｇ：低温焼成法）で製造できる。
更に好ましくは、拘束焼成法によると焼成歪が小さい小型の積層基板を得ることができる。すなわち、積層基板の焼成条件（特に焼成温度１０００℃以下）では焼成せず、積層基板の基板平面方向（Ｘ−Ｙ方向）の焼成収縮を抑制する収縮抑制シートに上下を挟持して焼成した後に、収縮抑制シートを除去して積層基板２５０を得ることが出来る。
収縮抑制シートの材料は、アルミナ粉末や、アルミナ粉末と安定化ジルコニア粉末の混合材料などが使用できる。

実施例１のチップコンデンサ２６１、２６２について説明する。チップコンデンサ２６１、２６２は、１〜３ｐＦ程度の容量値を正確に管理された市販のチップコンデンサが使用でき、インサーション・ロス周波数とアイソレーション周波数とを設計値に高精度で合わせ込むことができる。

図４は実施例１の等価回路図である。この等価回路図について説明する。図１の入力外部電極ＩＮに対応する入力端子Ｉｎと、出力外部電極ＯＵＴに対応する出力端子Ｏｕｔとの間に終端抵抗となる抵抗Ｒを接続し、非可逆回路はアイソレータとして機能する。抵抗Ｒは、通常のチップ抵抗を搭載する。入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間には、アイソレーション周波数を制御するコンデンサＣｉが接続される。また、第１中心導体２２１とフェリ磁性体２１０とが永久磁石２４０の直流磁界の印加により形成するインダクタンスＬｉｎも接続される。インダクタンスＬｉｎの出力端子Ｏｕｔ側には、第２中心導体２２２とフェリ磁性体２１０とが永久磁石２４０の直流磁界の印加により形成するインダクタンスＬｏｕｔが接続される。インダクタンスＬｏｕｔの他端はグランドに直結される場合も多いが、図２に示す実施態様では誘電体シートＳ６にインダクタンスＬを形成する電極２５９を設けることに拠り、インダクタンスＬｏｕｔの他端を、インダクタンスＬを介してグランドに接地している。それにより、２倍、３倍の高調波（２ｆ、３ｆ）を減衰させる減衰極を調整できる。出力端子Ｏｕｔとグランドとの間にはコンデンサＣｆが接続されている。これにより、インサーション・ロス周波数が制御される。

この実施例１により、３．２ｍｍ×３．２ｍｍ×１．５ｍｍ（高さ）の超小型のアイソレータを構成することができた。尚、使用周波数は８３０〜８４０ＭＨｚである。

上記実施例１と同様の構成であって、下ケースの一方の側壁（フレーム２８１ａ）と上ケース２７０との合わせ面２７０ａと、その対向する面側の下ケースの他方の側壁（フレーム２８１ｂ）と上ケース２７０との合わせ面の両方をいずれも半田付けしないで接着剤で固定した実施例２と、下ケースの一方の側壁（フレーム２８１ａ）と上ケース２７０との合わせ面２７０ａと、その対向する面側の下ケースの他方の側壁（フレーム２８１ｂ）と上ケース２７０との合わせ面の両方を半田付けした比較例１を用意した。

この実施例１、実施例２及び比較例１のそれぞれの特性図を図９，１０，１１に示す。図９は実施例１、図１０は実施例２、図１１は比較例１のものであり、それぞれ挿入損失、アイソレーション、リターンロス（ＩＮ）、リターンロス（ＯＵＴ）を示している。
表１に図９〜１１に対応する数値を示す。

図９〜１１、表１に示すように、本発明の実施例１、２では、目標の周波数８３０〜８４０ＭＨｚで良好な結果を得ている。これに対し比較例では、特に挿入損失特性がかなり悪くなり、ピーク周波数もずれ、他の特性でもピーク周波数のずれや、特性値が悪くなっている。この結果より、本発明の構造によって、目的周波数に合致し、低損失の非可逆回路素子を得ることができることがわかる。

実施例１、２では、ほぼ同等の良好な特性を得ているが、実施例１の場合、上ケースがグランド電極と接続された状態であり、実装時等において外部の影響を受け難いものと考えられる。従って、実施例２の上ケースがグランド電極に接続されてない構造よりも、実施例１の構造（上ケースがグランド電極に接続されている構造）の方が好ましいものと考えられる。

図１の構造で、本発明の作用効果について説明する。従来ケース構造は、図１と同様に上ケースと下ケースに分け、その上ケースと下ケースの接合部をそれぞれ半田付けしていた。つまり、従来のケースの接合構造は比較例と同様であった。しかし、この比較例の場合、上記で示したように、目標周波数で所望の特性が得られなかった。この要因を考えたところ、全体的に小型、薄型化されてきており、中心導体とケースが非常に近接してきており、この中心導体に流れる電流に起因して、ケースに誘導起電力が発生しやすくなり、この誘導起電力の影響が出ているものと考えられる。実施例１では、中心導体と上ケースの間隔は０．４３ｍｍ程度である。

このケースに生じる誘導起電力による影響について図１２を用いて説明する。中心導体２２２に電流３０１が流れると、発生する高周波磁界によりケースに誘導起電力３０２が発生する。その誘導起電力３０２によりケースに誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）３０４が流れ、その誘導電流３０４により発生する高周波磁界３０３が中心導体２２２の高周波磁界を弱め、この中心導体２２２のインダクタンスＬｏｕｔを小さくし、特性が高周波側にシフトするとともに、損失が増大するものと考えられる。

従って、前記誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）３０４が生じない構造とすることにより、中心導体２２２への影響を無くす、あるいは少なくすることができると考え、本発明に至ったものである。
つまり、実施例１では、上ケースと下ケースにおいて、２箇所（２側面）で接続しているが、一方では半田付けにより導通しているものの、他方では接着剤により固定しているので導通してなく、前記の誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）３０４が生じない構造（直流的にループ状電流が流れない構造）としている。また、実施例２では、上ケースと下ケースは接着剤のみで接合しているので、同様に前記の誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）３０４が生じない構造としている。そして、これにより、所望の周波数で、所望の特性を得ることができ、しかも超小型、薄型の非可逆回路素子を構成できている。

本発明の実施例としては、実施例１、２に限定されず、種々の構成が考えられる。即ち、誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）３０４が流れない、あるいは流れにくくすることができればよい。

例えば図１３に斜視図と断面図で示した樹脂一体型下ケースのように、樹脂一体型下ケースの中で、前記誘導電流が流れない、あるいは流れにくくするように、金属フレームにスリットを入れても良い。樹脂一体型下ケースのフレーム（下部）２８１ｃにスリット２８３を施し、好ましくは樹脂ベース２８２と連続するように、前記スリット２８３に樹脂を充填する。これにより、フレーム（側壁）２８１ａ及び２８１ｂが電気的に切断され、上ケース２７０との合わせ面２７０ａ及び２７０ｂを半田付けで接続した場合でも、前記誘導電流が流れない、あるいは流れにくくするような構造となる。

また他の構造として、上ケース、樹脂一体型下ケースの接合部分に、絶縁性の高い磁性材料、例えばソフトフェライトを介在させることでも実現出来る。図１４に本構造を用いた非可逆回路素子の斜視図を、図１５にその分解斜視図を示す。樹脂ケースのフレーム（下部）２８１ｃの表面端部にＮｉ-Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等、比較的比抵抗の大きな磁性材料２９０ａ、及び２９０ｂを配置する。そして、上ケース２７５の折り曲げ先端部２７６ａ、及び２７６ｂとを接合させて組み込み、前記絶縁性を発揮させ、磁気ギャップを設けずに前記誘導電流が流れない、あるいは流れにくく、内部磁場を保った構造とすることが出来た。

本発明に係る非可逆回路素子の一実施例の分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の一実施例の斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子に用いる積層基板の一実施例を示す図である。 本発明に係る非可逆回路素子の一実施例に対する等価回路図である。 第一の従来例の分解斜視図である。 第一の従来例の等価回路図である。 第二の従来例の分解斜視図である。 第二の従来例の等価回路図である。 実施例１の特性図である。 実施例２の特性図である。 比較例の特性図である。 本発明の作用の説明図である。 本発明の他の実施例に係る非可逆回路素子に用いる樹脂一体型下ケースの斜視図と断面図である。 本発明の他の実施例に係る非可逆回路素子の斜視図である。 本発明の他の実施例に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。

符号の説明

２１０ フェリ磁性体
２２０ 中心導体
２２１ 第１の中心導体
２２２ 第２の中心導体
２３０ 中心導体組立体
２４０ 永久磁石
２５０ 積層基板
２６１，２６２ チップコンデンサ
２７０，２７５ 上ケース
２８０ 樹脂一体型下ケース
２８１ａ、２８１ｂ フレーム（側壁）
２８１ｃ フレーム（下部）
２８２ 樹脂ベース
２８３ スリット
２９０ 絶縁性の高い磁性材料
３０１ 電流
３０２ 誘導起電力
３０３ 高周波磁界
３０４ 誘導電流（中心導体を囲むように周回するループ状電流）

Claims (4)

1. 永久磁石と、前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体に配置される並列導体で形成された第１中心導体、及び一本の導体で形成された第２中心導体と、前記各中心導体に並列に接続されるコンデンサと、前記永久磁石による直流磁界の磁気回路を構成するための金属ケースを有し、前記第１中心導体の一端が入力端子と接続され、他端が出力端子と接続され、前記第２中心導体の一端が前記出力端子と接続され、他端が接地された非可逆回路素子であって、
   前記金属ケースは上ケースと下ケースとで構成され、前記下ケースは対向する一対の側壁を備え、少なくとも一方の側壁と上ケースとの間を電気的に非導通とし、下ケースの側壁間に伸びる第２中心導体による誘導起電力によって生じる、第２中心導体の配置方向と略同じ方向に金属ケースを周回するループ状電流の発生を抑制したことを特徴とする非可逆回路素子。
2. 電気的に導通されない他方の側壁は、上ケースと絶縁性接着剤により接合されたことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 電気的に導通する側壁は、上ケースと半田により接合され、半田付けされる側壁は、前記第２の中心導体の前記他端側にあり、前記上ケースと半田付けされない側壁は、前記第２の中心導体の前記一端側にあることを特徴とする請求項又は２に記載の非可逆回路素子。
4. 永久磁石と、前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体に配置される並列導体で形成された第１中心導体、及び一本の導体で形成された第２中心導体と、前記各中心導体に並列に接続されるコンデンサと、前記永久磁石による直流磁界の磁気回路を構成するための金属ケースを有し、前記第１中心導体の一端が入力端子と接続され、他端が出力端子と接続され、前記第２中心導体の一端が前記出力端子と接続され、他端が接地された非可逆回路素子であって、
   前記金属ケースは上ケースと下ケースとで構成され、前記下ケースは対向する一対の側壁を備え、下ケースにスリットを形成して前記側壁間を電気的に非導通とし、下ケースの側壁間に伸びる第２中心導体による誘導起電力によって生じる、第２中心導体の配置方向と略同じ方向に金属ケースを周回するループ状電流の発生を抑制し、前記スリットには樹脂が充填されたことを特徴とする非可逆回路素子。

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