JP4968486B2 - 非可逆回路装置、通信装置、及び非可逆回路装置の特性調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子を含む非可逆回路装置、これを用いた通信装置、及び非可逆回路装置の特性を調整する方法に関する。

アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、携帯電話、無線機等の移動体通信装置や、その基地局等に用いられており、その一般的な構造は、例えば、特許文献１に記載されているように、ヨークとして機能する金属ケースの内部に、永久磁石、及び、磁気回転子を含む組立体を収容して構成される。

近年、この種の非可逆回路素子では、移動体通信装置における形状の小型化とともに、アイソレーション性能の向上が強く望まれている。アイソレーション性能の向上は、別々の非可逆回路素子を主基板上で接続することによって実現を図ることもできるが、装置の小型化のため、複数の非可逆回路素子を実装する面積を確保することが難しく、また、非可逆回路素子同士の十分なインピーダンス整合を実現することが難しいという問題があった。

そこで、特許文献２に開示されているように、中央導体が互いに接続されたアイソレータとサーキュレータを単一の導体基板に実装した小型の非可逆回路装置が、よく用いられる。この装置では、各中央導体の接続部分に平板部が設けられるとともに、平板部と導体基板の間に誘電体が挟持されていることによって、アイソレータとサーキュレータのインピーダンス整合を実現している。

しかしながら、アイソレータとサーキュレータは、同一の構成を有しているものの、製造時のばらつきがあるために、装置全体のインピーダンス特性を微調整する必要がある。この装置の場合、微調整にあたって、上記の誘電体や平板部を切削して調整を行う方法しか取り得ないため、大変な労力を要し、生産効率の低下要因となっていた。

特開２００７−２８８７０１号公報 特開２００７−０８１５０２号公報

本発明の課題は、生産効率を改善し得る非可逆回路装置、これを用いた通信装置、及び非可逆回路装置の特性調整方法を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路装置は、導体基板と、前記導体基板の上に設けられた複数の非可逆回路素子と、前記複数の非可逆回路素子の中央導体を互いに電気的に接続する接続部材と、誘電体部材とを含む。

前記接続部材は、前記導体基板の表面から間隔をおいて設けられている。また、前記誘電体部材は、前記接続部材の一部の上面を覆うように前記導体基板の上に設けられている。

本発明によると、複数の非可逆回路素子が導体基板上に設けられ、接続部材が、複数の非可逆回路素子の中央導体を互いに電気的に接続しているので、上述したように、高いアイソレーション性能を得ることができる。

そして、接続部材と導体基板の表面の間に間隔が設けられていることによって、接続部材と導体基板の間に、いわゆる空気コンデンサが形成される。一方、誘電体部材は、接続部材の一部の上面を覆うように導体基板の上に設けられていることによって、接続部材と導体基板の間に、もう一つのコンデンサが形成される。

これらのコンデンサは、並列接続の関係にあり、誘電体部材が接続部材の一部のみに設けられているから、接続部材全体における誘電体部材の取り付け位置に応じて、容量値が変化する。すなわち、これらのコンデンサは、導体基板と接続部材を電極とする可変コンデンサを構成する。

ここで、上述したように、複数の非可逆回路素子は、同一の構成を有していても、製造時のばらつきのため、電気的特性に微差がある。したがって、接続部材全体における誘電体部材の取り付け位置を調整することによって上記の可変コンデンサの容量を調整し、これにより非可逆回路素子同士のインピーダンス整合を実現することができる。

また、誘電体部材は、接続部材の一部の上面を覆うように導体基板の上に設けられているのだから、その取り付けは、導体基板の上方から接続部材に被せるようにして簡便に行うことができる。しかも、上記の可変コンデンサの一部は空気コンデンサであるために、インピーダンス特性に対する経年劣化の影響は少ない。

よって、誘電体部材の取り付け位置の調整により良好なインピーダンス特性を迅速に得ることができるので、非可逆回路装置の生産効率を改善することができる。

次に、本発明に係る通信装置は、上述した非可逆回路装置と、送信部または受信部とを含み、前記非可逆回路装置は、前記送信部または前記受信部と電気的に組み合わされている。

本発明に係る通信装置によると、上述した非可逆回路装置を含むので、既に述べた内容と同様の作用効果が得られる。

次に、本発明に係る特性調整方法は、前記誘電体部材を、前記接続部材に対して変位させることによって、上述した非可逆回路装置の特性を調整するものである。

本発明に係る特性調整方法によると、上述した非可逆回路装置を含むので、既に述べた内容と同様の作用効果が得られる。

以上述べたように、本発明によれば、生産効率を改善し得る非可逆回路装置、これを用いた通信装置、及び非可逆回路装置の特性調整方法を提供することができる。

本発明に係る非可逆回路装置の斜視図である。 本発明に係る非可逆回路装置の分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路装置の部分断面図である。 誘電体部材と接続部材の拡大された斜視図である。 インピーダンス整合回路の等価回路図である。 他の実施形態に係る誘電体部材の正面図である。 他の実施形態に係る誘電体部材の側方断面図である。 他の実施形態に係る誘電体部材と接続部材の拡大された斜視図である。 本発明に係る非可逆回路装置を用いた通信装置のブロック図である。

図１は、本発明に係る非可逆回路装置の斜視図、図２は分解斜視図、図３は図１の３−３線に沿って切断した部分断面図である。本実施形態では、２つの非可逆回路素子２，３を有する非可逆回路装置を例示するが、非可逆回路素子の個数に限定はない。

非可逆回路装置は、ケース１と、このケース１に構成物２０，３０及びその蓋２１，３１が収納された２つの非可逆回路素子２，３と、これらの非可逆回路素子２，３の中央導体２６，３６を互いに電気的に接続する接続部材５と、誘電体部材６とを含む。

ケース１は、ベースとなる導体基板１５と、非可逆回路素子２，３の構成物２０，３０を囲むフレーム１６とを含み、これらは、鉄等の磁性材料によって一体形成されている。もっとも、このような態様でなくとも、非可逆回路素子２，３ごとに有底の円筒状のケースを別々に設けて、これらのケースを導体基板１５の上に実装する態様であってもよい。

ケース１は、２つの略円柱形状の収納部１３１，１３２と、収納部１３１，１３２をそれぞれ規定する内壁１４１，１４２と、各内壁１４１，１４２の周面の略等間隔な位置に形成された３つの溝部１１１〜１１３，１２１〜１２３とを含む。

ケース１は、収納部１３１，１３２に各非可逆回路素子２，３の構成物２０，３０を積み上げて収納し、最上部で蓋２１，３１と螺合することによって構成物２０，３０が押さえつけられるように、内壁１４１，１４２に螺子溝が設けられている。

蓋２１，３１は、鉄などの磁性材料からなる円板状体であって、ヨークとして用いられる。蓋２１，３１は、ケース１に組みつけられたとき、収納部１３１，１３２に備えられた磁気回転子組立体４１，４２に荷重を印加する。蓋２１，３１の周面には、ケース１と螺合するための螺子が形成されている。

２つの非可逆回路素子２，３は、それぞれ、構成物２０，３０として、上部磁極板２２，３２と、第１の永久磁石２３１，３３１と、第１の中間磁極板２４１，３４１と、磁気回転子４１，４２と、第２の中間磁極板２４２，３４２と、第２の永久磁石２３２，３３２と、下部磁極板２７，３７とを含み、これらは、この順序でケース１内に積み重ねられている。ここで、磁気回転子４１，４２は、それぞれ、第１のフェライト基体２５１，３５１と、中心導体２６，３６と、第２のフェライト基体２５２，３５２とを含み、それぞれが上述した順序で積み重ねられている。

第１及び第２の永久磁石２３１，２３２，３３１，３３２は、磁気回転子４１，４２の両面側に配置され、磁気回転子４１，４２に直流磁界を印加する。この直流磁界によって、蓋２１，３１と、ケース１と、構成物２０，３０とからなる閉ループの磁気回路が形成され、非可逆回路素子２，３の本来の機能を発揮する。

中間磁極板２４１，２４２，３４１，３４２は、厚さ０．１〜０．３（ｍｍ）程度の導体板であって、例えば鉄よりなる。中間磁極板２４１，２４２，３４１，３４２は、それぞれ、フェライト基体２５１，２５２，３５１，３５２と永久磁石２３１，２３２，３３１，３３２の間に各々と隣接して配置され、中間磁極板２４１，２４２，３４１，３４２は、磁気特性の安定化に寄与するものである。

一方、上部磁極板２２，３２と下部磁極板２７，３７も厚さ０．１〜０．３（ｍｍ）程度の導体板であり、例えば鉄とニッケルの合金からなる。上部磁極板２２，３２は、蓋２１，３１と第１の永久磁石２３１，３３１の間に各々と隣接して配置され、また、下部磁極板２７，３７は、ケース１の底面（導体基板１５の上面）と第２の永久磁石２３２，３３２の間に各々と隣接して配置されている。

この上部磁極板２２，３２と下部磁極板２７，３７は、永久磁石２３１，２３２，３３１，３３２とフェライト基体２５１，２５２，３５１，３５２の温度変化に対する磁気特性の変化分を相殺することにより特性を安定化する効果を奏する。

上部磁極板２１には、外周の略等間隔な位置に３つの凸部２２１〜２２３，３３１〜３３３が設けられている。この凸部２２１〜２２３，３３１〜３３３は、ケース１の溝部１１１〜１１３，１２１〜１２３に係合することによって回転止めとして機能する。これにより、蓋２１，３１を螺子止めするとき、蓋２１，３１の回転につられて、各非可逆回路素子２，３の構成物２０，３０が回転し、調整済みの特性が変化してしまうことを防止することができる。

第１及び第２のフェライト基体２５１，２５２，３５１，３５２は、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等の軟磁性材料からなる円板状のフェライト部２５１ａ，３５１ａ，２５２ａ，３５２ａと、その外周に設けられた円環板状の誘電体部２５１ｂ，３５１ｂ，２５２ｂ，３５２ｂを有している。なお、フェライト基体２５１，２５２，３５１，３５２の形状は、これに限定されず、角板等であってもよい。

中心導体２６，３６は、好ましくは、厚さが０．０５〜１．０ｍｍ程度の銅板を加工した導体板あって、外周に突設された第１〜第３の端子２６１〜２６３，３６１〜３６３を有する。各中心導体２６，３６は、第１のフェライト基体２５１，３５１と、第２のフェライト基体２５２，３５２とにより挟持されている。なお、各第１の端子２６１，３６１近傍の導体基板１５上には、図示されるように、終端抵抗Ｒ２，Ｒ３をそれぞれ設けても良い。

また、各中心導体２６，３６は、長手の平板状の接続部材５によって電気的に接続されている。接続部材５は、導体基板１５の上面から間隔をおいて設けられている。言い換えると、接続部材５と導体基板１５の間には、空気が介在している。

本実施形態では、図２と図３に示されているように、各中心導体２６，３６と接続部材５が一体的に形成されている例を挙げているが、これらを別個に形成して、半田などで電気的に接続してもよいのは言うまでもない。さらに、本実施形態では、接続部材５として、長手の平板状の導体部材を例示しているが、これに限定されることはなく、例えばリード線のような導体部材を採用してもよい。

本発明の特徴的部分は、この接続部材５に誘電体部材６を取り付けた点にある。図４は、図１の符号Ｐに示された部分における、誘電体部材６と接続部材５の拡大された斜視図である。

誘電体部材６は、例えばセラミックからなるコ字形状の部材であり、接続部材５の一部の上面を覆うように導体基板１５の上に設けられている。具体的には、誘電体部材５は、対向する一対の脚部６１と、この一対の脚部６１により支持された天板部６２から構成されており、接続部材５の一部は、一対の脚部６１と天板部６２とにより囲まれた凹部６３に係合される。このため、接続部材５の該当部分の上面は、天板部６２の下面６２１と接触している。

また、一対の脚部６１の底面は、導体基板１５の上面と接触している。ここで、ケース１は接地されて用いられるため、接続部材５は、接続部材５を介して接地されていることになる。

本発明によると、複数の非可逆回路素子２，３が導体基板１５上に設けられ、接続部材５が、複数の非可逆回路素子２，３の中央導体２６，３６を互いに電気的に接続しているので、上述したように、高いアイソレーション性能を得ることができる。

そして、接続部材５と導体基板１５の表面の間に間隔が設けられていることによって、接続部材５と導体基板１５の間に、いわゆる空気コンデンサが形成される。一方、誘電体部材６は、接続部材５の一部の上面を覆うように導体基板１５の上に設けられていることによって、接続部材５と導体基板１５の間に、もう一つのコンデンサが形成される。

図５は、これらのコンデンサを含めたインピーダンス整合回路の等価回路図である。ここで、前者の空気コンデンサは符号Ｃ１で示され、後者のコンデンサは符号Ｃ２で示される。また、符号Ｔ１，Ｔ２は中央導体２６，３６の各々と接続部材５の電気的接点を示し、符号Ｔ３は接続部材５と誘電体部材６の電気的接点を示す。

上記のコンデンサＣ１，Ｃ２は、並列接続の関係にあり、誘電体部材６が接続部材５の一部のみに設けられているから、接続部材５全体における誘電体部材６の取り付け位置Ｔ３に応じて、容量値が変化する。すなわち、これらのコンデンサＣ１，Ｃ２は、導体基板１５と接続部材５を電極とする可変コンデンサを構成する。

ここで、上述したように、２つの非可逆回路素子２，３は、同一の構成を有していても、製造時のばらつきのため、電気的特性に微差がある。したがって、接続部材５全体における誘電体部材６の取り付け位置Ｔ３を調整することによって上記の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を調整し、これにより非可逆回路素子２，３同士のインピーダンス整合を実現することができる。

さらに、本実施形態では、接続部材５が、細長い平板状であることから、インピーダンス整合の実現に有効なインダクタ成分を有している。したがって、誘電体部材６の取り付け位置Ｔ３を境として、一方の接点Ｔ１の側にインダクタＬ１が、他方の接点Ｔ２の側にインダクタＬ２が、それぞれ形成されており、これらが互いに直列接続された等価回路が構成されている。

このため、誘電体部材６の位置Ｔ３の変化に伴って各インダクタＬ１，Ｌ２の値も変化する。すなわち、これらの各インダクタＬ１，Ｌ２は、２つの非可逆回路素子２，３の間に直列接続された可変インダクタを構成するので、その値を調整することによっても、インピーダンス整合を実現することができる。

また、誘電体部材６は、接続部材５の一部の上面を覆うように導体基板１５の上に設けられているのだから、その取り付けは、導体基板１５の上方から接続部材５に被せるようにして簡便に行うことができる。しかも、上記の可変コンデンサの一部は空気コンデンサであるために、インピーダンス特性に対する経年劣化の影響は少ない。

よって、誘電体部材６の取り付け位置Ｔ３の調整により良好なインピーダンス特性を迅速に得ることができるので、非可逆回路装置の生産効率を改善することができる。

さらに、誘電体部材６の外表面を金属膜により覆えば、外部からの雑音が凹部６３内に侵入することを防止できるので、上記の可変コンデンサの特性を好適に安定化することができる。

図６と図７は、それぞれ、このように外表面を金属膜６０により覆った誘電体部材６の正面図（図中のｙ−ｚ平面で見て表した図）と、側方断面図（図中のｘ−ｚ平面で見て表した図）である。金属膜６０は、めっき、またはスプレーなどで形成することができるし、あるいは、フイルムやシールドテープを貼着して構成してもよい。金属膜６０として、アルミニウムを採用すると、良好なシールド効果が得られる。

本実施形態では、コ字状の誘電体部材６を例示したが、接続部材５の一部に覆い被せることが可能な形状であれば、特定の形状に限定されるものではない。したがって、例えばＵ字状の誘電体部材６を採用してもよい。

更に言えば、図８に示されるように、単一の脚部７１を有するＬ字状の誘電体部材７であってもよい。この誘電体部材７は、脚部７１と、下面７２１の一端で脚部７１から連なる天板部７２と、天板部７２の下面７２１の他端から下方に延びた凸部７３とを含む。

この誘電体部材７によると、脚部７１が導体基板１５と接触するとともに、天板部７２の下面７２１が接続部材５の一部と接触するから、上述した誘電体部材６と同様の効果を奏するだけでなく、脚部７１を単一にしたことによって、設置に必要な面積を削減することができるという効果も得られる。

さらに、凸部７３が接続部材５の端に係合することによって、図中ｙ方向における誘電体部材７の位置決めを容易とするだけでなく、単一の脚部７１しか有していないにもかかわらず、誘電体部材７を導体基板１５上に安定に固定することができる。

次に、本発明に係る特性調整方法は、上述した誘電体部材６，７を、接続部材５に対して変位させることによって、非可逆回路装置の特性を調整するものである。本発明に係る特性調整方法によると、上述した非可逆回路装置を含むので、既に述べた内容と同様の作用効果が得られる。

つまり、既に述べたように、インピーダンス整合をはかるべく、接続部材５全体における誘電体部材６，７の取り付け位置Ｔ３を調整するのであるが、この調整にあたって、図３，４の符号Ｄで示されるように、誘電体部材６，７を、接続部材５が接続する中央導体２６，３６の一方から他方へ向かって変位させれば、可変コンデンサＣ１，Ｃ２と可変インダクタＬ１，Ｌ２の値を同時に変化させることができるから、装置の電気的特性を好適に調整することができる。

もっとも、可変コンデンサＣ１，Ｃ２と可変インダクタＬ１，Ｌ２の値が様々な要因によって変化することを考慮すれば、装置の電気的特性の調整手法はこれに限定されることはない。

例えば、誘電体部材６，７を、図中のｙ方向に変位させてもよいし、あるいはｘ−ｙ平面内で回転させてもよい。さらに、本発明の範囲内において、様々な形状・大きさ・材質を有する複数種類の誘電体部材を用意しておき、これらを使い分けることによってインピーダンス整合を実現することもできる。

なお、特性の調整にあたっては、本発明に係る非可逆回路装置をネットワークアナライザなどの測定器と接続し、測定器によって入力損失・出力損失・挿入損失などの特性を確認しながら行う。これらの特性は、次に述べる通信装置において、信号伝送の品質をはかる重要な指標である。

図９は本発明に係る非可逆回路装置を用いた通信装置のブロック図である。

この通信装置は、例えば、移動通信システムにおける基地局に備えられるものであって、受信部９と、送信部８とを含み、両者は、送受信用アンテナ８０に接続されている。受信部９は、受信用増幅回路９２と、受信された信号を処理する受信回路９１とを含んでいる。送信部８は、音声信号、映像信号などを生成する送信回路８１と、電力増幅回路８２とを含んでいる。上述した通信装置において、アンテナ８０から受信部９及び送信部８に到る回路や、電力増幅回路８２の出力段に、本発明に係る非可逆回路装置８３，８４が用いられる。非可逆回路装置８３はサーキュレータとして機能し、非可逆回路装置８４は終端抵抗器Ｒ０を有するアイソレータとして機能する。

本発明に係る通信装置によると、上述した非可逆回路装置を含むので、既に述べた内容と同様の作用効果が得られる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１５ 導体基板
２，３ 非可逆回路素子
２６，３６ 中央導体
５ 接続部材
６，７ 誘電体部材
６０ 金属膜
３ 蓋
４ 磁気回転子
８ 送信部
９ 受信部

Claims (8)

1. 導体基板と、前記導体基板の上に設けられた複数の非可逆回路素子と、前記複数の非可逆回路素子の中央導体を互いに電気的に接続する接続部材と、誘電体部材とを含む非可逆回路装置であって、
   前記接続部材は、前記導体基板の上面から間隔をおいて設けられ、
   前記誘電体部材は、前記接続部材の一部の上面を覆うように前記導体基板の上に設けられた、
   非可逆回路装置。
2. 請求項１に記載された非可逆回路装置であって、
   前記誘電体部材は、外表面が金属膜により覆われている、
   非可逆回路装置。
3. 請求項２に記載された非可逆回路装置であって、
   前記金属膜は、アルミニウムからなる、
   非可逆回路装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載された非可逆回路装置であって、
   前記接続部材は、平板状である、
   非可逆回路装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載された非可逆回路装置であって、
   前記誘電体部材は、コ字状、またはＵ字状である、
   非可逆回路装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載された非可逆回路装置と、送信部または受信部とを含む通信装置であって、
   前記非可逆回路装置は、前記送信部または前記受信部と電気的に組み合わされている、
   通信装置。
7. 請求項１乃至５の何れかに記載された非可逆回路装置の特性調整方法であって、
   前記誘電体部材を、前記接続部材に対して変位させることによって特性を調整する、
   特性調整方法。
8. 請求項７に記載された非可逆回路装置の特性調整方法であって、
   前記誘電体部材を、前記接続部材が接続する前記中央導体の一方から他方へ向かって変位させることによって特性を調整する、
   特性調整方法。
   
   

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