JP5440748B1 - 高周波モジュール - Google Patents
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Abstract
非可逆回路素子と、基板の実装面上の配線電極または電子部品への接続状態を簡単に確認できると共に、非可逆回路素子と、非可逆回路素子が実装される基板の実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる技術を提供する。
視認可能に配置された入力端子105、出力端子106および接地端子107と、実装面2aに形成された配線電極10とがワイヤWにより電気的に接続されているので、非可逆回路素子100の、基板2の実装面2a上の配線電極10への接続状態を目視で簡単に確認できると共に、ワイヤWの長さを調整することにより、非可逆回路素子100と、非可逆回路素子100が実装される基板2の実装面2aに形成された配線電極10または実装面2aに実装された各電子部品3〜5との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる。
視認可能に配置された入力端子105、出力端子106および接地端子107と、実装面2aに形成された配線電極10とがワイヤWにより電気的に接続されているので、非可逆回路素子100の、基板2の実装面2a上の配線電極10への接続状態を目視で簡単に確認できると共に、ワイヤWの長さを調整することにより、非可逆回路素子100と、非可逆回路素子100が実装される基板2の実装面2aに形成された配線電極10または実装面2aに実装された各電子部品3〜5との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる。
Description
本発明は、非可逆回路素子が搭載される基板を備える高周波モジュールに関する。
従来より、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送する特性を利用して、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子が、携帯電話や無線LAN機器などの通信端末の送信回路部の電力増幅モジュールなどの高周波モジュールに使用されている(例えば、特許文献1参照)。図5および図6に示すように、高周波モジュールに搭載される非可逆回路素子100は、例えば、中心電極103,104が設けられた直方体状のフェライト101と、一対の永久磁石102とを備え、フェライト101に直流磁界Bが印加されるように、一対の直方体状の永久磁石102の間にフェライト101が挟み込まれて形成されている。
フェライト101は、一対の対向する主面を有する直方体状を有し、両主面には、第1の中心電極103および第2の中心電極104が互いに絶縁された状態で設けられており、下端面に、入力端子105、出力端子106および接地端子107が直線状に配置されて設けられている。そして、高周波モジュールの小型化および低背化を図るために、非可逆回路素子100は、永久磁石102の直流磁界Bが外部に漏れることを防止するヨークが省かれた状態で基板2に実装される。
すなわち、高周波モジュールが備える基板2に直線状に配置して設けられた実装用電極2a〜2cに、それぞれ入力端子105、出力端子106および接地端子107がリフロー等ではんだ付けされることにより、非可逆回路素子100は基板2に実装される。また、高周波モジュールの基板2には、非可逆回路素子100の特性を調整するためのコンデンサや抵抗などのチップ部品3が実装用電極2d〜2hにそれぞれ実装されており、基板2に設けられた配線電極により、基板2に実装された各種部品が電気的に接続されている。このように非可逆回路素子100を形成することで、中心電極として銅線を巻き回したフェライトを一対の永久磁石の間に配置した非可逆回路素子が搭載された高周波モジュールの構成と比較すると、高周波モジュールの小型化および低背化を図ることができる。なお、図5は非可逆回路素子の一例を示す図であり、図6は図5の非可逆回路素子の分解斜視図である。
上に述べたように、非可逆回路素子100は、フェライト101の下端面に設けられた各端子105〜107が基板2に向けられて、それぞれ基板2の実装用電極2a〜2cにはんだにより接続される。ところが、形成精度上の問題から、非可逆回路素子100の下端面において、各端子105〜107の厚みがばらつくことがある。このため、非可逆回路素子が傾いた状態で基板2に実装されるおそれがある。したがって、非可逆回路素子100を基板2に実装する際には、各端子105〜107ごとにはんだの量を微調整するのが望ましいが、実際には各端子105〜107ごとにはんだの量を微調整するのは困難であり、はんだの量の過不足により、溶融したはんだにより各端子105〜107が短絡したり、各端子105〜107と各実装用電極2a〜2cとの間で接続不良が生じるおそれがある。また、はんだの量によって非可逆回路素子が基板2上で傾くおそれがある。
しかしながら、非可逆回路素子100は、各端子105〜107が設けられた下端面を基板2に向けて該基板2に実装されるので、非可逆回路素子100が基板2に実装された後に、各端子105〜107と各実装用端子2a〜2cとの間の接続状態を目視で確認することができない。また、非可逆回路素子100が基板2に実装される際に、基板2に設けられた配線電極や電子部品と非可逆回路素子100との間でインピーダンスが整合されている必要があるが、インピーダンス調整を行うために、製造時の個体ばらつきに起因して生じる非可逆回路素子100の個々の特性に応じて基板2に設けられた配線電極や電子部品の設計変更を行うのは現実的ではない。
また、基板2の各実装用電極2a〜2cに接続される各端子105〜107は、フェライト101の下端面に直線状に配置されているため、非可逆回路素子100の基板2への実装状態におけるバランスが悪く、はんだ量のばらつきにより非可逆回路素子100が傾いた状態で基板2に固定されるおそれがあった。
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、非可逆回路素子と、基板の実装面上の配線電極または電子部品への接続状態を簡単に確認できると共に、非可逆回路素子と、非可逆回路素子が実装される基板の実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる技術を提供することを目的とする。また、非可逆回路素子が基板の実装面に実装される際に傾くのを防止することができる技術を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明の高周波モジュールは、非可逆回路素子が搭載される基板を備える高周波モジュールにおいて、前記非可逆回路素子は、一対の対向する主面を有する直方体状のフェライトと、前記フェライトに直流磁界を印加するように前記両主面それぞれに設けられた一対の永久磁石と、前記フェライトの前記両主面に直交する側面のうちいずれか一つの側面に設けられた入力端子、出力端子および接地端子と、前記フェライトに設けられ、一端が前記入力端子に接続され、他端が前記出力端子に接続された第1の中心電極と、前記両主面上において、前記第1の中心電極と絶縁された状態で前記フェライトに設けられ、一端が前記出力端子に接続され、他端が前記接地端子に接続された第2の中心電極とを備え、前記非可逆回路素子は、前記入力端子、前記出力端子および前記接地端子が設けられた前記一つの側面とは異なる他の前記側面が前記基板の実装面と対向して配置されて、前記実装面に形成された配線電極または前記実装面に実装された電子部品と接続部材により電気的に接続されていることを特徴としている(請求項1)。
このように構成された発明では、非可逆回路素子は、フェライトの両主面に直交する側面のうちいずれかに一つの側面に入力端子、出力端子および接地端子が設けられており、入力端子、出力端子および接地端子が設けられた側面とは異なる他の側面が基板の実装面と対向して配置されることで視認可能に配置された入力端子、出力端子および接地端子と、実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品とが接続部材により電気的に接続されている。したがって、非可逆回路素子の、基板の実装面上の配線電極または電子部品への接続状態を簡単に確認できると共に、接続部材の長さ、太さや数などを調整することにより、非可逆回路素子と、非可逆回路素子が実装される基板の実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる。
また、入力端子、出力端子および接地端子が設けられた側面とは異なる他の側面が基板の実装面に対向して配置されることにより、当該他の側面の全面を基板の実装面に接触させて非可逆回路素子を実装面に配置することができるため、非可逆回路素子の基板への実装状態におけるバランスがよく、非可逆回路素子が基板の実装面に実装される際に傾くのを防止することができる。
また、前記実装面に実装されたパワーアンプおよび分波回路をさらに備え、前記パワーアンプの出力側と前記非可逆回路素子の前記入力端子とが前記接続部材を介して接続され、前記分波回路の入力側と前記非可逆回路素子の前記出力端子とが前記接続部材を介して接続されているとよい(請求項2)。
このように構成すると、パワーアンプの出力側と非可逆回路素子の入力端子とが接続部材を介して接続され、分波回路の入力側と非可逆回路素子の出力端子とが接続部材を介して接続されているため、パワーアンプと非可逆回路素子との間のインピーダンスおよび分波回路と非可逆回路素子との間のインピーダンスを接続部材の長さ、太さや数などを調節することにより容易に調整することができる。
また、前記入力端子に接続された接続部材が、前記一対の永久磁石による前記直流磁界の向きと直交して配置されているとよい(請求項3)。
このように構成すると、一対の永久磁石による直流磁界が接続部材を貫くことが抑制されるので、ワイヤにより伝送される信号が直流磁界により影響を受けるのを抑制することができる。
本発明によれば、非可逆回路素子は、フェライトの両主面に直交する側面のうちいずれかに一つの主面に入力端子、出力端子および接地端子が設けられており、入力端子、出力端子および接地端子が設けられた側面とは異なる他の側面が基板の実装面と対向して配置されることで視認可能に配置された入力端子、出力端子および接地端子と、実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品とが接続部材により電気的に接続されているので、非可逆回路素子の、基板の実装面上の配線電極または電子部品への接続状態を簡単に確認できると共に、接続部材の長さ、太さや数などを調整することにより、非可逆回路素子と、非可逆回路素子が実装される基板の実装面に形成された配線電極または実装面に実装された電子部品との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる。
本発明の高周波モジュールの一実施形態について、図1および図2を参照して説明する。図1は発明の高周波モジュールの一実施形態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は回路ブロック図である。図2は図1の高周波モジュールの要部拡大図である。
図1に示す高周波モジュール1は、樹脂やセラミックなどにより形成された基板2の実装面2aに、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送する特性を有するアイソレータにより形成される非可逆回路素子100、チップコンデンサやチップコイル、チップ抵抗などのチップ部品3、送信信号を増幅するパワーアンプ4、デュプレクサ等の分波回路5、などが実装されて形成される電力増幅モジュールであって、無線LAN規格やBluetooth(登録商標)規格の無線通信機器、携帯電話などの通信端末の送信回路部において使用される。また、基板2の実装面2aに形成された配線電極10にチップ部品3が実装されることにより、パワーアンプ4と非可逆回路素子100との間に整合回路6が形成されている。なお、チップ部品3、パワーアンプ4、分波回路5が本発明の「電子部品」に相当する。
基板2は、所定の配線電極10が形成されたセラミックグリーンシートの積層体が焼成された積層基板や積層樹脂基板などが目的に応じて選択されて使用される。また、高周波モジュール1の使用目的に応じて、コンデンサやコイルなどの電子部品が内蔵された基板2を採用してもよい。
チップ部品3は、整合回路6など、高周波モジュール1を形成するのに必要な種々の回路を形成するために、チップコンデンサやチップコイル、チップ抵抗などが適宜選択されて基板2上に実装されたものである。パワーアンプ4は、送信信号を増幅する機能を有し、高周波モジュール1の使用目的に応じて、高周波帯域の送信信号を増幅する機能を有するものなど、適宜、種々の回路構成でパワーアンプ4を形成すればよい。
分波回路5は、所定の周波数帯域の信号を通過させる複数のSAWフィルタ等により形成されており、アイソレータ100から出力された信号のうち、所定の周波数帯域の信号成分をフィルタ処理して出力ポートPoutに出力する。整合回路6は、パワーアンプ4の出力インピーダンスと、非可逆回路素子100の入力インピーダンスとを整合する。
非可逆回路素子100は、図5および図6に示す非可逆回路素子100とほぼ同様の構成を備えており、一対の対向する主面を有するフェライト101と、一対の永久磁石102とを備え、一方の永久磁石102の一の磁極と他方の永久磁石102の反対の磁極との間にフェライト101が配置されて形成されている。具体的には、フェライト101および永久磁石102は直方体状に形成されており、永久磁石102の直流磁界Bが、フェライト101の主面に対してほぼ垂直方向に印加されるように、フェライト101および永久磁石102が、例えばエポキシ系の接着剤108を介して接合される。
また、フェライト101の両主面に直交する側面のうちの一つには、入力端子105、出力端子106および接地端子107が設けられている。また、フェライト101には、一端が入力端子105に接続され、他端が出力端子106に接続された第1の中心電極103と、両主面上では中心電極105と絶縁された状態で、一端が出力端子106に接続され、他端が接地端子107に接続された第2の中心電極104とが設けられている。
中心電極103は、フェライト101に導体膜により形成されており、フェライト101の一方の主面の右下の入力端子105から上方に延び、2本に分岐した状態で左上方に比較的小さな角度で傾斜して延伸されている。そして、中心電極103は、左上方に延び、上端面に設けられた中継用電極を介して他方の主面に回り込んでいる。さらに、中心電極103は、他方の主面において、一方の主面から見て、当該主面に形成された中心電極103とほぼ重なるように左上方から右下方に向かって形成されて出力端子106と接続される。
また、中心電極104は、フェライトの両主面上で中心電極103と絶縁された状態で導体膜によりフェライト101に形成されており、フェライト101の一方の主面の右下の出力端子106から、フェライト101の長辺に対して比較的大きな角度で傾斜した状態で中心電極103と交差しつつフェライト101を巻回するように形成されて接地端子107と接続される。なお、中心電極103,104の交差角など、中心電極103,104のフェライト101に対する巻回状態が適宜調整されることで、非可逆回路素子100の入力インピーダンスや挿入損失などの電気的特性が調整される。
また、フェライト101、例えばYIGフェライトにより形成することができ、中心電極103,104および各端子105〜107は、銀や銀合金の厚膜または薄膜として印刷、転写、フォトリソグラフィなどの工法によりで形成することができる。また、中心電極103,104を絶縁する絶縁膜は、ガラスやアルミナなどの誘電体厚膜、ポリイミドなどの樹脂膜などを用いて、印刷、転写、フォトリソグラフィなどの工法で形成することができる。
なお、フェライト101は、絶縁膜および各種電極を含めて磁性体材料にて一体的に焼成することができ、この場合、各種電極を高温焼成に耐えるPd、AgまたはPd/Agにより形成するとよい。
また、永久磁石102の材質としては、残留磁束密度、保磁力といった磁気特性に優れ、高周波帯における絶縁性(低損失性)にも優れているストロンチウム系フェライトマグネットや、残留磁束密度、保磁力といった磁気特性に優れており、小型化に適し、高周波帯における絶縁性を考慮しても使用可能なランタン・コバルト系フェライトマグネットなど、どのような材質のものを採用してもよい。
以上のように構成された非可逆回路素子100は、次のようにして基板2の実装面2aのパワーアンプ4と分波回路5との間に実装される。すなわち、図1(a)および図2に示すように、非可逆回路素子100は、フェライト101に形成された入力端子105、出力端子106および接地端子107が設けられた側面とは異なる他の側面側が基板2の実装面2aと対向して配置される。そして、実装面2aに形成された配線電極10と、入力端子105、出力端子106および接地端子107それぞれとが、例えば一般的なワイヤボンディングの工法によりワイヤWで電気的に接続される。なお、本実施形態におけるワイヤWが請求項の接続部材に相当する。
また、図1(a),(b)に示すように、パワーアンプ4の出力側と非可逆回路素子100の入力端子105とが、ワイヤWおよび整合回路6を介して接続され、分波回路5の入力側と非可逆回路素子100の出力端子106とが、ワイヤWおよび配線電極10を介して電気的に接続されている。また、図1(a)に示すように、入力端子105に接続されたワイヤWが、一対の永久磁石102による直流磁界Bの向きと直交して配置されている。なお、前記フェライト101の他の側面側においては、非可逆回路素子100の全面と実装面2aとを光硬化性や熱硬化性の絶縁性接着剤により接合してもよい。
そして、この実施形態では、図1(b)に示すように、入力ポートPinを介して入力された送信信号がパワーアンプ4により増幅され、増幅された送信信号が整合回路6およびワイヤWを介して非可逆回路素子100に入力されて、非可逆回路素子100から出力された送信信号が分波回路5を介して出力ポートPoutから出力される高周波モジュール1が形成されている。なお、図1(b)では、説明を容易なものとするために、本発明の説明に必要な高周波モジュール1の機能のみが図示されている。例えば、基板2上に形成され、基板表面を保護するためのレジスト樹脂は図示を省略している。
以上のように、上記した実施形態によれば、非可逆回路素子100は、フェライト101の両主面に直交する側面のうちいずれかに一つの側面に入力端子105、出力端子106および接地端子107が設けられており、入力端子105、出力端子106および接地端子107が設けられた側面に対向する他の側面側が基板2の実装面2aと対向して配置されることで入力端子105、出力端子106および接地端子107とが視認可能に配置されている。そして、実装面2aに形成された配線電極10と非可逆回路素子100の各端子105〜107とがワイヤWにより電気的に接続されている。
したがって、非可逆回路素子100の、基板2の実装面2a上の配線電極10への接続状態を目視で簡単に確認できるので、非可逆回路素子100を基板2に実装する際の接続不良を防止することができると共に、高周波モジュール1の検査時間の短縮を図ることができる。また、ワイヤWの長さ、太さや本数などを調整することにより、非可逆回路素子100と、非可逆回路素子100が実装される基板2の実装面2aに形成された配線電極10または実装面2aに実装された各電子部品3〜5との間のインピーダンス調整を容易に行うことができる。
また、フェライト101の入力端子105、出力端子106および接地端子107が設けられた側面にとは異なる他の側面側が基板2の実装面2aに対向して絶縁性の粘着剤などを介して配置される。これにより、非可逆回路素子100の当該他の側面側の全面を基板2の実装面2aに接触させて配置することができるため、非可逆回路素子100の基板2への実装状態におけるバランスがよく、非可逆回路素子100が基板2の実装面2aに実装される際に傾くのを防止することができる。
また、非可逆回路素子100と、基板2に設けられた配線電極10や電子部品3〜5等の他の回路素子との接続をワイヤWで行うことにより、基板2に設けられる配線スペースを縮小して基板2の小型化を図ることができるので、高周波モジュール100の小型化を図ることができる。
また、パワーアンプ4の出力側と非可逆回路素子100の入力端子105とがワイヤWおよび整合回路6を介して接続され、分波回路5の入力側と非可逆回路素子100の出力端子106とがワイヤWおよび配線電極10を介して接続されているため、パワーアンプ4と非可逆回路素子100との間のインピーダンスおよび分波回路5と非可逆回路素子100との間のインピーダンスをワイヤの長さ、太さや本数などを調節することにより容易に調整することができる。
また、非可逆回路素子100が、パワーアンプ4と分波器5との間に配置されているため、パワーアンプ4から輻射されるノイズが分波回路5を伝送する信号に影響を与えるのを抑制することができる。
また、入力端子105に接続されたワイヤWが、一対の永久磁石102による直流磁界Bの向きと直交して配置されているため、直流磁界BがワイヤWを貫くことが抑制されるので、ワイヤWにより伝送される信号が直流磁界Bにより影響を受けるのを抑制することができる。
(変形例)
図3および図4を参照して変形例について説明する。
図3および図4を参照して変形例について説明する。
図3の高周波モジュール1の変形例に示すように、基板2の実装面2aに設けられているレジスト樹脂20に少なくとも3つの凸部20aが設けられており、非可逆回路素子100が凸部20a上に配置されていてもよい。
図4の高周波モジュール1の変形例に示すように、基板2の実装面2aに対向する非可逆回路素子100の下面の4隅に樹脂等により脚部110が設けられていてもよい。
図3および図4のように構成すると、非可逆回路素子100を実装面2aから浮かせて配置することができ、非可逆回路素子100の下側のスペースにも配線電極10等を配置することができるので、高周波モジュール1の高集積化を図ることができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、一対の永久磁石102による直流磁界Bの向きと直交するように、出力端子106に接続されるワイヤWの向きを構成してもよい。このようにすると、上記した入力端子105に接続されるワイヤWと同様の効果を奏することができる。入力端子と出力端子を同一方向に引き出す場合、入力端子105に接続されるワイヤWと、出力端子106に接続されるワイヤWとが接触しないように、各ワイヤWの実装面2aからのループの高さを調整するとよい。なお、各端子105〜107に接続されるワイヤの向きは、必ずしも直流磁界Bと直交しなくともよい。
また、非可逆回路素子100と、各電子部品3〜5とが直接ワイヤWにより接続されていてもよい。また、高周波モジュール1は、非磁性体金属や磁性体金属などのカバーをさらに備えてもよいし、樹脂でモールドされてもよい。
また、非可逆回路素子100は、上記した構成を有するアイソレータに限られるものではなく、その他の構成を有する周知のアイソレータを適宜、非可逆回路素子100として採用してもよい。また、サーキュレータにより非可逆回路素子100を形成してもよい。例えば、中心電極を、一対の永久磁石102のフェライト101の両主面との対向面にそれぞれ形成すると共に、一対の永久磁石102とフェライト101とが接合された状態で、各永久磁石102に形成された中心電極どうしが、フェライト101の上端面および下端面に形成された中継用の電極を介して電気的に接続されるようにしてもよい。
また、基板2上に配設される電子部品としては上記した例に限られるものではなく、高周波モジュール1の使用目的や設計に応じて、適宜、最適な電子部品を選択して基板2に実装すればよい。例えば、高周波モジュール1に、段間フィルタ(SAWフィルタ)や電力検出器がさらに搭載されていてもよいし、スイッチ、ダイプレクサなどのマルチプレクサ、カプラなどがさらに搭載されていてもよい。
また、接続部材としては、ワイヤ以外に、金属の薄板、金属の柱状部材などの導電性部材であればよい。
本発明は、非可逆回路素子が搭載される基板を備える高周波モジュールに本発明を広く適用することができる。
1 高周波モジュール
2 基板
3 チップ部品(電子部品)
4 パワーアンプ(電子部品)
5 分波回路(電子部品)
10 配線電極
100 非可逆回路素子
101 フェライト
102 永久磁石
103,104 中心電極(第1、第2の中心電極)
105 入力端子
106 出力端子
107 接地端子
B 直流磁界
W ワイヤ
2 基板
3 チップ部品(電子部品)
4 パワーアンプ(電子部品)
5 分波回路(電子部品)
10 配線電極
100 非可逆回路素子
101 フェライト
102 永久磁石
103,104 中心電極(第1、第2の中心電極)
105 入力端子
106 出力端子
107 接地端子
B 直流磁界
W ワイヤ
Claims (3)
- 非可逆回路素子が搭載される基板を備える高周波モジュールにおいて、
前記非可逆回路素子は、
一対の対向する主面を有する直方体状のフェライトと、
前記フェライトに直流磁界を印加するように前記両主面それぞれに設けられた一対の永久磁石と、
前記フェライトの前記両主面に直交する側面のうちいずれか一つの側面に設けられた入力端子、出力端子および接地端子と、
前記フェライトに設けられ、一端が前記入力端子に接続され、他端が前記出力端子に接続された第1の中心電極と、
前記両主面上において、前記第1の中心電極と絶縁された状態で前記フェライトに設けられ、一端が前記出力端子に接続され、他端が前記接地端子に接続された第2の中心電極とを備え、
前記非可逆回路素子は、前記入力端子、前記出力端子および前記接地端子が設けられた前記一つの側面とは異なる他の前記側面が前記基板の実装面と対向して配置されて、前記実装面に形成された配線電極または前記実装面に実装された電子部品と前記入力端子、前記出力端子および前記接地端子のうち少なくとも一つの端子が接続部材により電気的に接続されている
ことを特徴とする高周波モジュール。 - 前記実装面に実装されたパワーアンプおよび分波回路をさらに備え、
前記パワーアンプの出力側と前記非可逆回路素子の前記入力端子とが前記接続部材を介して接続され、前記分波回路の入力側と前記非可逆回路素子の前記出力端子とが前記接続部材を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載の高周波モジュール。 - 前記入力端子に接続された接続部材が、前記一対の永久磁石による前記直流磁界の向きと直交して配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高周波モジュール。
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