JP5672014B2

JP5672014B2 - 非可逆位相器

Info

Publication number: JP5672014B2
Application number: JP2011000695A
Authority: JP
Inventors: 和田　貴也; 貴也和田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-01-05
Also published as: JP2012142855A

Description

本発明は、非可逆位相器、特に、入力信号を所定の位相に変換して出力する非可逆位相器に関する。

特許文献１には、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有しているアイソレータが開示されている。このアイソレータは、図１１に示すように、第１中心電極１３５（インダクタＬ１）と第２中心電極１３６（インダクタＬ２）とをフェライト１３２上に絶縁状態で互いに交差させて配置し、第１中心電極１３５の一端が接続されている入力端子１２１とアース端子１２３との間に第１コンデンサＣ１１を接続し、出力端子１２２とアース端子１２３との間に第２コンデンサＣ１２を接続し、入力端子１２１と出力端子１２２との間に抵抗Ｒを接続している。また、特許文献１では、抵抗Ｒを省略すると（図１２参照）、端子１２１から端子１２２への通過方向と、端子１２２から端子１２１への通過方向によって位相に差を生じる非可逆位相器（ジャイレータ）として機能することが開示されている。

特許文献１に記載のアイソレータは、高帯域にわたって非可逆特性を示し、かつ、低損失である利点を有するも、図１２に示すジャイレータとして構成した場合、コンデンサＣ１１と第１中心電極１３５（インダクタＬ１）、及び、コンデンサＣ１２と第２中心電極１３６（インダクタＬ２）がそれぞれ並列共振するので挿入損失が大きくなり、また、部品点数も増加してしまう。

特開２００１−１８５９１２号公報

そこで、本発明の目的は、挿入損失が小さくかつ部品点数が少なくて済む非可逆位相器を提供することにある。

本発明の一形態である非可逆位相器は、
マイクロ波用磁性体と、
前記マイクロ波用磁性体に電気的に絶縁状態で互いに交差させて配置された第１中心電極及び第２中心電極と、
前記第１中心電極及び前記第２中心電極の交差部分に直流磁界を印加する永久磁石と、
を備え、
中心電極として前記第１中心電極及び前記第２中心電極のみを有し、前記第１中心電極の一端は第１開口とされ、前記第１中心電極の他端と前記第２中心電極の一端とが接続されて第２開口とされ、前記第２中心電極の他端はグランドに接続され、
前記第１開口とグランドとの間に容量素子が接続され、
前記第１開口と前記第２開口との間には前記第１中心電極のみが接続されていること、
を特徴とする。

前記非可逆位相器において、第１中心電極と第２中心電極とは直流磁界によって磁気的に結合されており、第１開口から入力された高周波電流は第２開口から所定の位相で出力される。一方、第２開口から入力された高周波電流は第１開口から所定の位相で出力される。この場合、第１中心電極と第２中心電極のいずれか一方のみが共振するため、挿入損失が小さくなる。また、構成部品としては、永久磁石とマイクロ波用磁性体と該磁性体に設けた第１及び第２中心電極と一つの容量素子で済み、部品点数が減少する。

本発明によれば、挿入損失が小さくかつ部品点数が少ない非可逆位相器を得ることができる。

第１実施例である非可逆位相器を示す分解斜視図である。第１実施例である非可逆位相器を示す斜視図である。第１実施例である非可逆位相器の等価回路図である。第２実施例である非可逆位相器を示す分解斜視図である。第２実施例である非可逆位相器を示す斜視図である。第２実施例である非可逆位相器の等価回路図である。前記非可逆位相器を構成するフェライト・磁石素子を示す分解斜視図である。第２実施例である非可逆位相器（第１中心電極が１ターン）の特性を示すグラフであって、（Ａ）は通過挿入損失特性を示し、（Ｂ）は通過位相特性を示す。第２実施例である非可逆位相器（第１中心電極が３ターン）の特性を示すグラフであって、（Ａ）は通過挿入損失特性を示し、（Ｂ）は通過位相特性を示す。第２実施例である非可逆位相器（第１中心電極が５ターン）の特性を示すグラフであって、（Ａ）は通過挿入損失特性を示し、（Ｂ）は通過位相特性を示す。特許文献１に記載のアイソレータを示す回路図である。前記アイソレータを非可逆位相器とした場合の等価回路図である。

以下、本発明に係る非可逆位相器の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部品、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図３及び図７参照）
第１実施例である非可逆位相器１Ａは図１及び図３に示すように、概略、回路基板２０と、マイクロ波用磁性体（以下、フェライト３２と記す）と一対の永久磁石４１とからなるフェライト・磁石素子３０と、チップタイプのコンデンサ素子Ｃとで構成されている。

フェライト３２には、図７に示すように、互いに電気的に絶縁された状態で第１中心電極３５及び第２中心電極３６が巻回されている。一対の永久磁石４１はフェライト３２に対して直流磁界を厚み方向に印加するように、例えば、エポキシ系の接着剤層４２を介して接着されている。

第１中心電極３５は導体膜にて形成され、図７に示すように、フェライト３２に４ターン巻回されている。即ち、第１中心電極３５の一端はフェライト３２の下面に形成された接続用電極３５ａに接続されて第１開口Ｐ１とされ、他端はフェライト３２の下面に形成された接続用電極３５ｂに接続されて第２開口Ｐ２とされている。第２中心電極３６は導体膜にて形成され、フェライト３２の表面側において右下から立ち上がって長辺と略平行に左方に延在されて立ち上がり、上面から裏面側に回り込み、裏面側において表面側と透視状態で略重なるように形成されている。第２中心電極３６の一端は前記接続用電極３５ｂ（第２開口Ｐ２）に接続され、他端はフェライト３２の下面に形成された接続用電極３６ａに接続されて第３開口Ｐ３とされている。このように、第２中心電極３６はフェライト３２に１ターン巻回されている。そして、第１中心電極３５と第２中心電極３６とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。なお、図７では煩雑さを避けるためにフェライト３２の背面側の電極は図示を省略している。

第１及び第２中心電極３５，３６の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。このように、第１中心電極３５をフェライト３２に複数回巻回することにより、第１中心電極３５のインダクタンスが大きくなり、挿入損失が低下し、動作周波数帯域も拡大する。なお、第１中心電極３５の巻回数は任意であり、以下に説明する特性において、図８に示す特性は１ターン、図９に示す特性は３ターン、図１０に示す特性は５ターンとしている。

フェライト３２としては、ＹＩＧフェライトなどが用いられている。第１及び第２中心電極３５，３６や各種電極は銀や銀合金の厚膜又は薄膜として印刷、転写、フォトリソグラフィなどで形成することができる。

永久磁石４１は、通常、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン−コバルト系のフェライトマグネットが用いられる。永久磁石４１とフェライト３２とを接着する接着剤４２としては、一液性の熱硬化型エポキシ接着剤を用いることが最適である。

この非可逆位相器１Ａは、図３に示す等価回路を有しており、第１中心電極３５（インダクタＬ１）の一端は第１開口Ｐ１（電極３５ａ）とされ、第１中心電極３５の他端と第２中心電極３６（インダクタＬ２）の一端とが接続されて第２開口Ｐ２（電極３５ｂ）とされ、第２中心電極３６の他端（電極３６ａ）は第３開口Ｐ３としてグランドに接続されている。第１開口Ｐ１とグランドとの間にコンデンサ素子Ｃが接続され、かつ、第１開口Ｐ１と第２開口Ｐ２との間には第１中心電極３５のみが接続されている。

前記フェライト・磁石素子３０は図１に示す回路基板２０上に実装される。回路基板２０上には、入出力端子電極２１，２２及びグランド端子電極２３が形成されている。第１開口Ｐ１（電極３５ａ）は入出力端子電極２１に接続され、第２開口Ｐ２（電極３５ｂ）は入出力端子電極２２に接続され、第２中心電極３６の他端（第３開口Ｐ３、電極３６ａ）はグランド端子電極２３に接続されている。また、コンデンサ素子Ｃは入出力端子電極２１とグランド端子電極２３とに接続されている。これにて、図３に示す等価回路を構成する非可逆位相器１Ａが得られる。

以上の構成からなる非可逆位相器１Ａにおいて、第１中心電極３５（インダクタＬ１）と第２中心電極３６（インダクタＬ２）とは永久磁石４１から付与される直流磁界によって磁気的に結合されており、第１開口Ｐ１から入力された高周波電流は第２開口Ｐ２から所定の位相で出力される。一方、第２開口Ｐ２から入力された高周波電流は第１開口Ｐ１から所定の位相で出力される。この場合、第１中心電極３５と第２中心電極３６のいずれか一方のみが共振するため、挿入損失が小さくなる。また、構成部品としては、永久磁石４１とフェライト３２と該フェライト３２に設けた第１及び第２中心電極３５，３６と一つのコンデンサ素子Ｃで済み、部品点数が減少する。

さらに、本非可逆位相器１Ａにおいて、フェライト・磁石素子３０は、フェライト３２と一対の永久磁石４１が接着剤４２で一体化されていることで、機械的に安定となり、振動や衝撃で変形・破損しない堅牢な構成となる。

（第２実施例、図４〜図７参照）
第２実施例である非可逆位相器１Ｂは、図６の等価回路から明らかなように、前記第１実施例の構成を基本とし、入出力端子電極２１と第１開口Ｐ１との間にインピーダンス整合用のコンデンサ素子ＣＳ１を接続し、第２開口Ｐ２と入出力端子電極２２との間にインピーダンス整合用のコンデンサ素子ＣＳ２を接続し、かつ、第２中心電極３６と並列にいま一つのインピーダンス整合用のコンデンサ素子ＣＳ３を接続したものである。これらのコンデンサ素子ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３によって入出力インピーダンスが５０Ωに整合される。

図４に示すように、回路基板２０上には、入出力端子電極２１，２２、グランド端子電極２３に加えて、中継端子電極２４，２５が形成されている。第１開口Ｐ１（電極３５ａ）は中継端子電極２４に接続され、第２開口Ｐ２（電極３５ｂ）は中継端子電極２５に接続され、第２中心電極３６の他端（第３開口Ｐ３、電極３６ａ）はグランド端子電極２３に接続されている。また、コンデンサ素子Ｃは中継端子電極２４とグランド端子電極２３とに接続されている。コンデンサ素子ＣＳ１は中継端子電極２４と入出力端子電極２１とに接続されている。コンデンサ素子ＣＳ２は中継端子電極２５と入出力端子電極２２とに接続されている。コンデンサ素子ＣＳ３は中継端子電極２５とグランド端子電極２３とに接続されている。

以上の構成からなる非可逆位相器１Ｂにおいて、その作用効果は前記第１実施例と同様であり、以下に具体的な特性について説明する。第１中心電極３５をフェライト３２に１ターン巻回した場合、通過挿入損失特性は図８（Ａ）の曲線Ａに示すとおりであり、通過位相特性は図８（Ｂ）の曲線Ｂ１，Ｂ２に示すとおりである。第１中心電極３５をフェライト３２に３ターン巻回した場合、通過挿入損失特性は図９（Ａ）の曲線Ａに示すとおりであり、通過位相特性は図９（Ｂ）の曲線Ｂ１，Ｂ２に示すとおりである。図９（Ａ），（Ｂ）には、図１２に示した等価回路で構成した非可逆位相器（第２中心電極１３６を３ターン巻回したものであり、かつ、コンデンサ素子ＣＳ１，ＣＳ２を端子１２１，１２２にそれぞれ付加している）を比較例としてその特性を曲線Ａ’，Ｂ１’，Ｂ２’として併せて示している。曲線Ａ，Ａ’の比較から明らかなように、通過挿入損失に関して本発明例は比較例に対して大きく向上している。また、第１中心電極３５をフェライト３２に５ターン巻回した場合、通過挿入損失特性は図１０（Ａ）の曲線Ａに示すとおりであり、通過位相特性は図１０（Ｂ）の曲線Ｂ１，Ｂ２に示すとおりである。位相差に関しては第１中心電極３５のターン数に比例して大きくなる傾向にある。

（他の実施例）
なお、本発明に係る非可逆位相器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、第１及び第２中心電極３５，３６の形状は種々に変更することができる。また、回路基板２０を多層基板とし、コンデンサ素子Ｃなどを内部電極で構成してもよい。

以上のように、本発明は、非可逆位相器に有用であり、特に、挿入損失が小さくかつ部品点数が少なくて済む点で優れている。

２０…回路基板
２１，２２…入出力端子電極
２３…グランド端子電極
３０…フェライト・磁石素子
３２…フェライト
３５…第１中心電極
３６…第２中心電極
４１…永久磁石
Ｐ１…第１開口
Ｐ２…第２開口
Ｃ，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３…コンデンサ素子

Claims

マイクロ波用磁性体と、
前記マイクロ波用磁性体に電気的に絶縁状態で互いに交差させて配置された第１中心電極及び第２中心電極と、
前記第１中心電極及び前記第２中心電極の交差部分に直流磁界を印加する永久磁石と、
を備え、
中心電極として前記第１中心電極及び前記第２中心電極のみを有し、前記第１中心電極の一端は第１開口とされ、前記第１中心電極の他端と前記第２中心電極の一端とが接続されて第２開口とされ、前記第２中心電極の他端はグランドに接続され、
前記第１開口とグランドとの間に容量素子が接続され、
前記第１開口と前記第２開口との間には前記第１中心電極のみが接続されていること、
を特徴とする非可逆位相器。
前記第１開口と入出力端子電極との間、及び、前記第２開口と入出力端子電極との間に、インピーダンス整合用の容量素子が電気的に接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の非可逆位相器。