JP6995261B2

JP6995261B2 - 非可逆回路

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Publication number: JP6995261B2
Application number: JP2021560935A
Authority: JP
Inventors: 秀則石橋; 晃洋安藤; 哲也上田; 巧弥長峯
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: JPWO2021124375A1; WO2021124375A1

Description

本開示は、基板上に非可逆回路素子が実装された非可逆回路に関する。

非可逆回路は、一般的に、伝送方向の信号をほとんど減衰させずに伝送させ、逆方向の信号は大きく減衰させる特性を有する。非可逆回路は、通信機器が備えるサーキュレータまたはアイソレータに使用される場合がある。例えば、特許文献１に記載される非可逆回路は、磁性体の素子基板と、素子基板が有する２つの主面のうちの一方の主面に形成された導体の共振パターンと、共振パターンから放射状に形成された入出力線路と、磁石とを備えた非可逆回路素子が、実装基板に実装されて構成されている。

特開２００５－５７６９６号公報

特許文献１に記載された非可逆回路は、共振パターンに高周波信号を伝搬させたときに非可逆回路素子から外部へ電磁波が不要に放射されるという課題があった。

本開示は上記課題を解決するものであり、非可逆回路素子から外部への電磁波の不要な放射を抑制することができる非可逆回路を得ることを目的とする。

本開示に係る非可逆回路は、第１の主面と、第１の主面とは反対側の第２の主面を有した磁性体基板と、磁性体基板の第１の主面に設けられた第１の地導体と、磁性体基板の第２の主面に設けられた中心導体と、磁性体基板の第２の主面において中心導体と電気的に接続された複数の第１の入出力端子と、中心導体および複数の第１の入出力端子の周りを囲んで磁性体基板の第２の主面上に一様に設けられた第２の地導体と、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板を介して第１の地導体と第２の地導体とを電気的に接続する複数の第１のスルーホールと、中心導体に対向して設けられた第１の永久磁石と、磁性体基板を介して第１の永久磁石と対向して設けられた第２の永久磁石と、第３の主面と、第３の主面とは反対側の第４の主面を有し、第１の永久磁石が収められる孔部が形成された誘電体基板と、誘電体基板の第３の主面に設けられ、複数の第１の入出力端子と電気的に接続された複数の第２の入出力端子と、複数の第２の入出力端子それぞれの周りを囲んで誘電体基板の第３の主面上に一様に設けられた第３の地導体と、誘電体基板の内部に設けられ、複数の第２の入出力端子とそれぞれが電気的に接続された複数の信号導体と、誘電体基板の第４の主面に設けられた第４の地導体と、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板を介して、第３の地導体と第４の地導体とを電気的に接続する複数の第２のスルーホールと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で、複数の第１の入出力端子および中心導体を囲むように設けられ、第２の地導体と第３の地導体とを電気的に接続する複数のはんだ接続部とを備える。

本開示によれば、磁性体基板に設けられた第１の地導体と、第２の地導体と、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板を介して第１の地導体と第２の地導体とを電気的に接続する複数の第１のスルーホールと、複数の第２の入出力端子それぞれの周りを囲んで誘電体基板の第３の主面上に一様に設けられた第３の地導体と、誘電体基板に設けられた第４の地導体と、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板を介して第３の地導体と第４の地導体とを電気的に接続する複数の第２のスルーホールと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、第２の地導体と第３の地導体とを電気的に接続する複数のはんだ接続部とを備える。これらが作る空間に中心導体から放射された不要な電磁波が遮蔽されるので、本開示に係る非可逆回路は、非可逆回路素子から外部への電磁波の不要な放射を抑制することができる。

実施の形態１に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態１における磁性体基板の第２の主面を図１の上方から見た構成を示す透視図である。実施の形態１における磁性体基板の第１の主面上の構成を示す平面図である。実施の形態１における磁性体基板の第２の主面を図１の上方から見た構成およびはんだ接続部を示す透視図である。実施の形態１における誘電体基板の第３の主面上の構成を示す平面図である。実施の形態２に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態３に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態４に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態４に係る非可逆回路の変形例の構成を示す縦断面図である。実施の形態５に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態５に係る非可逆回路の変形例１の構成を示す縦断面図である。実施の形態５に係る非可逆回路の変形例２の構成を示す縦断面図である。実施の形態５に係る非可逆回路の変形例３の構成を示す縦断面図である。実施の形態５に係る非可逆回路の変形例４の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例１の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例２の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例３の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例４の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例５の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例６の構成を示す縦断面図である。実施の形態６に係る非可逆回路の変形例７の構成を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る非可逆回路１の構成を示す縦断面図である。図２は、磁性体基板２１の第２の主面を図１の上方から見た構成を示す透視図である。図３は、磁性体基板２１の第１の主面上の構成を示す平面図である。図４は、磁性体基板２１の第２の主面を図１の上方から見た構成およびはんだ接続部４１を示す透視図である。図５は、誘電体基板３の第３の主面上の構成を示す平面図である。図１において、非可逆回路１は、非可逆回路素子２および誘電体基板３を備える。非可逆回路素子２は、誘電体基板３に実装されている。

非可逆回路素子２は、図１、図２および図３に示すように、磁性体基板２１、地導体２２ａ、地導体２２ｂ、中心導体２３、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃ、複数のスルーホール２５、スペーサ２６、永久磁石２７ａおよび永久磁石２７ｂを備える。磁性体基板２１は、第１の主面と、第１の主面とは反対側の第２の主面とを有した基板である。地導体２２ａは、磁性体基板２１の第１の主面上に設けられた第１の地導体であり、例えば、磁性体基板２１の第１の主面上に一様に形成された導体のベタパターンである。

地導体２２ｂは、磁性体基板２１の第２の主面上に設けられた第２の地導体であって、図２に示すように、中心導体２３および入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃの周りを囲んで磁性体基板２１の第２の主面上に一様に設けられる。中心導体２３は、磁性体基板２１の第２の主面上に設けられた円形導体であり、使用周波数帯の信号を伝搬する導体である。入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃは、磁性体基板２１の第２の主面において中心導体２３と電気的に接続された第１の入出力端子であり、図２に示すように、中心導体２３から放射状に延びた伝送線路である。

複数のスルーホール２５は、磁性体基板２１において、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板２１を貫通して地導体２２ａと地導体２２ｂを電気的に接続する複数の第１のスルーホールである。例えば、複数のスルーホール２５は、図２に示すように、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で、中心導体２３および入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃの周囲に設けられる。

スペーサ２６は、中心導体２３に対向して設けられる。例えば、スペーサ２６は、図１に示すように、接着剤２８によって中心導体２３上に固定されて、永久磁石２７ａを保持する。中心導体２３と永久磁石２７ａとの間は、接着剤２８を含むスペーサ２６の厚み分だけ離れている。スペーサ２６は、誘電材料で構成されており、磁性体基板２１は、スペーサ２６を介して永久磁石２７ａからバイアス磁界が印加される。なお、図１には、中心導体２３と永久磁石２７ａとの間隔を保持するためにスペーサ２６を用いる構造を示したが、非可逆回路素子２は、中心導体２３と永久磁石２７ａとの間隔を保持することが可能な構造であれば、スペーサ２６を用いなくてもよい。

永久磁石２７ａは、中心導体２３に対向して設けられた第１の永久磁石であり、例えばフェライト磁石によって構成される。永久磁石２７ａは、接着剤２８によってスペーサ２６に固定されている。永久磁石２７ｂは、磁性体基板２１を介して永久磁石２７ａと対向して設けられた第２の永久磁石であり、例えばフェライト磁石によって構成される。永久磁石２７ｂは、接着剤２８によって地導体２２ａ上に固定されており、磁性体基板２１を介して中心導体２３にバイアス磁界を印加する。

誘電体基板３は、第３の主面と、第３の主面とは反対側の第４の主面とを有しており、図１および図５に示すように、貫通孔２９が形成されている。非可逆回路素子２が誘電体基板３に実装された状態で、永久磁石２７ａは、図１に示すように貫通孔２９に収まっている。誘電体基板３は、誘電体層３０、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃ、地導体３２ａ、地導体３２ｂ、信号導体３３ａ、３３ｂおよび３３ｃ、ビアホール３４ａ、３４ｂおよび３４ｃおよび複数のスルーホール３５を備える。

入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃは、誘電体基板３の第３の主面上に設けられ、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃとそれぞれ電気的に接続された第２の入出力端子である。地導体３２ａは、図５に示すように、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃの周りを囲んで誘電体基板３の第３の主面上に一様に設けられた第３の地導体である。地導体３２ｂは、誘電体基板３の第４の主面上に設けられた第４の地導体であり、例えば、誘電体基板３の第４の主面上に一様に形成された導体のベタパターンである。

信号導体３３ａ、３３ｂおよび３３ｃは、図１に示すように、誘電体基板３の内層（内部）に設けられ、ビアホール３４ａ、３４ｂおよび３４ｃを介して、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃとそれぞれ電気的に接続されている。図５においては、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃより誘電体基板３の下層に形成された信号導体３３ａ、３３ｂおよび３３ｃは破線で示される。複数のスルーホール３５は、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で、誘電体基板３を貫通して設けられ、地導体３２ａと地導体３２ｂとを電気的に接続する第２のスルーホールである。

非可逆回路素子２は、磁性体基板２１の第２の主面を実装面として誘電体基板３に実装される。非可逆回路素子２が誘電体基板３の第３の主面上に配置された状態で、永久磁石２７ａは、誘電体基板３に形成された貫通孔２９に収まる。この状態において、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃと、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃとの間には、はんだボールがそれぞれ配置されている。さらに、複数のはんだボールが、中心導体２３および入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃを囲むように配置されている。

これらのはんだボールは、非可逆回路素子２が誘電体基板３の第３の主面に配置された状態で、リフロー炉において加熱溶融される。これにより、図４に示すように、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃと入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃが、はんだ接続部３６ａ、３６ｂおよび３６ｃによってそれぞれ電気的に接続される。

また、非可逆回路１において、複数のはんだ接続部４１は、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で、中心導体２３と入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃを囲むように配置されている。地導体２２ｂと地導体３２ａは、複数のはんだ接続部４１によって電気的に接続されている。図１に示す非可逆回路１においては、金属部材５１が誘電体基板３の第４の主面に配置されている。金属部材５１は、第４の主面上の地導体３２ｂと電気的に接続されている。

磁性体基板２１には、永久磁石２７ａおよび永久磁石２７ｂによって、直流磁界であるバイアス磁界が印加される。永久磁石２７ａおよび永久磁石２７ｂは、磁性体基板２１に一方向のみの磁界を与えることにより、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃのいずれかに入力された信号を特定の方向の入出力端子へ伝搬する。

例えば、入出力端子２４ａから入力された信号は、ほとんど減衰することなく中心導体２３を伝搬して入出力端子２４ｂから出力される。入出力端子２４ａから入力された信号のうち、入出力端子２４ｃに伝搬した信号は、中心導体２３を伝搬する間に大きく減衰される。また、入出力端子２４ｂから入力された信号は、ほとんど減衰することなく中心導体２３を伝搬して入出力端子２４ｃから出力される。入出力端子２４ｂから入力された信号のうち、入出力端子２４ａに伝搬した信号は大きく減衰される。さらに、入出力端子２４ｃから入力された信号は、ほとんど減衰することなく中心導体２３を伝搬して入出力端子２４ａから出力される。入出力端子２４ｃから入力された信号のうち、入出力端子２４ｂに伝搬した信号は大きく減衰される。このように、非可逆回路１は、伝送方向の信号をほとんど減衰させないが、逆方向の信号は大きく減衰させる特性を有している。

非可逆回路１において、中心導体２３から放射された、使用周波数帯の波長の２分の１以下の電磁波、すなわち、使用周波数を含む使用周波数の２倍の周波数以下の電磁波は、非可逆回路素子２における、地導体２２ａ、地導体２２ｂ、および、地導体２２ａと地導体２２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール２５によって構成される空間から外部への放射が遮蔽される。さらに、信号導体３３ａ、３３ｂおよび３３ｃから放射された電磁波は、誘電体基板３における、地導体３２ａ、地導体３２ｂ、地導体３２ａと地導体３２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール３５、および、地導体２２ｂと地導体３２ａとを電気的に接続する複数のはんだ接続部４１によって作られる空間内に遮蔽される。非可逆回路素子２から外部への電磁波の放射は、誘電体基板３の第４の主面に配置された金属部材５１によっても遮蔽される。

以上のように、実施の形態１に係る非可逆回路１は、磁性体基板２１に設けられた地導体２２ａと、地導体２２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板２１を介して地導体２２ａと地導体２２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール２５と、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃの周りを囲むように誘電体基板３の第３の主面に一様に設けられた地導体３２ａと、誘電体基板３に設けられた地導体３２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板３を介して地導体３２ａと地導体３２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール３５と、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、地導体２２ｂと地導体３２ａとを電気的に接続する複数のはんだ接続部４１を備える。これらが作る空間に中心導体２３から外部への電磁波の放射が遮蔽されるので、実施の形態１に係る非可逆回路１は、非可逆回路素子２から外部への電磁波の不要な放射を抑制することができる。

また、実施の形態１に係る非可逆回路１において、磁性体基板２１を挟んで永久磁石２７ａと永久磁石２７ｂが対向して配置されている。これにより、永久磁石が、磁性体基板が有する２つの主面のうちの一方の主面側に偏って厚くなることを防止できる。

さらに、実施の形態１に係る非可逆回路１において、非可逆回路素子２が誘電体基板３に実装された状態で、永久磁石２７ａは、貫通孔２９に収まるように配置される。これにより、誘電体基板３に貫通孔２９が形成されていない構成に比べて、非可逆回路素子２と誘電体基板３とを合わせた合計の厚さを低減することができる。非可逆回路は、一般に、一般に、使用する信号の周波数が高くなるに連れてバイアス磁界を強くする必要があり、バイアス磁界を強くするためには、バイアス磁界を発生させる永久磁石を厚くする必要がある。非可逆回路素子２が誘電体基板３の第３の主面に実装された状態で、誘電体基板３の貫通孔２９に永久磁石２７ａが収まるので、非可逆回路１は低姿勢化が可能である。

さらに、実施の形態１に係る非可逆回路１は、誘電体基板３の第４の主面に設けられ、地導体３２ｂと電気的に接続された金属部材５１と、中心導体２３に設けられたスペーサ２６とを備える。永久磁石２７ａは、スペーサ２６を介して中心導体２３に対向して設けられ、永久磁石２７ｂは、磁性体基板２１およびスペーサ２６を介して永久磁石２７ａと対向して設けられている。スペーサ２６によって永久磁石２７ａを保持することで、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７ａとの距離が維持される。
なお、接着剤２８によって永久磁石２７ａを金属部材５１側に固定することで、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７ａとの距離が維持される場合には、非可逆回路１からスペーサ２６が省略される。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る非可逆回路１Ａの構成を示す縦断面図である。図６に示すように、非可逆回路１Ａは、非可逆回路素子２Ａ、誘電体基板３および金属部材５１Ａを備える。非可逆回路素子２Ａは誘電体基板３に実装される。非可逆回路素子２Ａは、磁性体基板２１、地導体２２ａ、地導体２２ｂ、中心導体２３、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃ、複数のスルーホール２５、スペーサ２６、永久磁石２７Ａおよび永久磁石２７ｂを備える。なお、図６において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

永久磁石２７Ａは、非可逆回路素子２Ａが誘電体基板３の第３の主面に実装された状態で誘電体基板３の第４の主面側から突出する第１の永久磁石である。金属部材５１Ａは、誘電体基板３の第４の主面上に設けられ、地導体３２ｂと電気的に接続された金属部材である。また、金属部材５１Ａには、誘電体基板３の第４の主面側が開口し、誘電体基板３の第４の主面とは反対側に底面を有した第１のキャビティ５２が形成されている。なお、金属部材５１Ａの厚さは、実施の形態１における金属部材５１と同じである。

図６に示すように、非可逆回路素子２Ａが誘電体基板３の第３の主面に実装された状態で、永久磁石２７Ａは、誘電体基板３の第４の主面側から突出する厚さを有する。これにより、永久磁石２７Ａの厚さ方向の端部は、誘電体基板３の貫通孔２９を通って、第１のキャビティ５２内に達する。

また、図６に示すように、永久磁石２７Ａは、スペーサ２６を介して、中心導体２３に対向して設けられ、永久磁石２７ｂは、磁性体基板２１およびスペーサ２６を介して永久磁石２７Ａと対向して設けられている。スペーサ２６によって永久磁石２７Ａを保持することで、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７Ａとの距離が維持される。接着剤２８によって永久磁石２７Ａを第１のキャビティ５２の底面に固定することにより、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７Ａとの距離が維持される場合には、非可逆回路素子２Ａからスペーサ２６が省略される。

以上のように、実施の形態２に係る非可逆回路１Ａにおいて、金属部材５１Ａは、誘電体基板３の第４の主面側が開口した第１のキャビティ５２を有する。非可逆回路素子２Ａが備える永久磁石２７Ａは、誘電体基板３の貫通孔２９を通り、第１のキャビティ５２内に達する厚みを有する。永久磁石２７Ａは、実施の形態１における永久磁石２７ａよりも厚く、バイアス磁界が強い。これにより、非可逆回路１Ａは、実施の形態１における非可逆回路１よりも高い周波数帯の信号を使用することができる。また、永久磁石２７Ａの厚さ方向の端部は、非可逆回路素子２Ａが誘電体基板３の第３の主面に実装された状態で、金属部材５１Ａに設けられた第１のキャビティ５２内に収まる。このため、非可逆回路素子２Ａと誘電体基板３とを合わせた合計の厚さは、実施の形態１における非可逆回路素子２と誘電体基板３とを合わせた合計の厚さと同じであり、非可逆回路１Ａは厚みの増加が防止される。

また、実施の形態２に係る非可逆回路１Ａは、実施の形態１と同様に、磁性体基板２１に設けられた地導体２２ａと、地導体２２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板２１を介して地導体２２ａと地導体２２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール２５と、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃのそれぞれの周りを囲んで第３の主面上に一様に設けられた地導体３２ａと、誘電体基板３に設けられた地導体３２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板３を介して地導体３２ａと地導体３２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール３５と、地導体２２ｂと地導体３２ａとを電気的に接続する複数のはんだ接続部４１を備える。これらが作る空間に中心導体２３から放射された電磁波が遮蔽されるので、非可逆回路１Ａは、非可逆回路素子２Ａから外部への不要な電磁波の放射を抑制できる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る非可逆回路１Ｂの構成を示す縦断面図である。図７に示すように、非可逆回路１Ｂは、非可逆回路素子２Ｂ、誘電体基板３および金属部材５１Ｂを備える。非可逆回路素子２Ｂは誘電体基板３に実装される。非可逆回路素子２Ｂは、磁性体基板２１、地導体２２ａ、地導体２２ｂ、中心導体２３、入出力端子２４ａ、２４ｂおよび２４ｃ、複数のスルーホール２５、スペーサ２６、永久磁石２７ａ、永久磁石２７ｂおよび永久磁石２７ｃを備える。なお、図７において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

金属部材５１Ｂは、誘電体基板３の第４の主面上に設けられ、地導体３２ｂと電気的に接続された金属部材である。また、金属部材５１Ｂには、誘電体基板３の第４の主面側とは反対側に開口し、誘電体基板３の第４の主面側に底面を有した第２のキャビティ５３が形成されている。なお、金属部材５１Ｂの厚さは、実施の形態１における金属部材５１と同じである。

永久磁石２７ｃは、図７に示すように、第２のキャビティ５３内に収められ、金属部材５１Ｂを介して永久磁石２７ａに対向して設けられた第３の永久磁石である。永久磁石２７ｃは、接着剤２８によって第２のキャビティ５３の底面に固定されている。

図７に示すように、永久磁石２７ａは、スペーサ２６を介して中心導体２３に対向して設けられ、永久磁石２７ｂは、磁性体基板２１およびスペーサ２６を介して永久磁石２７ａと対向して設けられる。永久磁石２７ｃは、金属部材５１Ｂを介して永久磁石２７ａと対向して設けられる。スペーサ２６によって永久磁石２７ａを保持することで、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７ａとの距離が維持される。なお、接着剤２８によって永久磁石２７ａを金属部材５１側に固定することで、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７ａとの距離が維持される場合、非可逆回路素子２Ｂからスペーサ２６が省略される。

以上のように、実施の形態３に係る非可逆回路１Ｂにおいて、金属部材５１Ｂは、誘電体基板３の第４の主面側とは反対側に開口し、誘電体基板３の第４の主面側に底面を有した第２のキャビティ５３を有する。永久磁石２７ｃは、第２のキャビティ５３内に収められ、第２のキャビティ５３の底面を介して永久磁石２７ａに対向して設けられる。非可逆回路素子２Ｂは、永久磁石２７ａおよび永久磁石２７ｂに加え、永久磁石２７ｃを備えるので、実施の形態１に係る非可逆回路１よりも強いバイアス磁界を磁性体基板２１に印加することができる。これにより、実施の形態３に係る非可逆回路１Ｂは、実施の形態１に係る非可逆回路１よりも高い周波数帯の信号を使用することができる。また、永久磁石２７ｃは、金属部材５１Ｂに設けられた第２のキャビティ５３内に収まっているため、非可逆回路素子２Ｂと誘電体基板３とを合わせた合計の厚さは、実施の形態１における非可逆回路素子２と誘電体基板３とを合わせた合計の厚さと同じであり、非可逆回路１Ｂは厚みの増加が防止される。

また、実施の形態３に係る非可逆回路１Ｂは、実施の形態１と同様に、磁性体基板２１に設けられた地導体２２ａと、地導体２２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板２１を介して地導体２２ａと地導体２２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール２５と、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃのそれぞれの周りを囲んで第３の主面上に一様に設けられた地導体３２ａと、誘電体基板３に設けられた地導体３２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板３を介して地導体３２ａと地導体３２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール３５と、地導体２２ｂと地導体３２ａとを電気的に接続する複数のはんだ接続部４１を備えている。これらが作る空間に中心導体２３から放射された電磁波が遮蔽されるので、非可逆回路１Ｂは、非可逆回路素子２Ｂから外部への電磁波の不要な放射を抑制できる。また、非可逆回路１Ｂにおいて、貫通孔２９を含むキャビティは、金属部材５１Ｂにおける誘電体基板３側の面までの深さとなる。このため、非可逆回路１Ｂは、金属部材５１Ｂを用いることにより、貫通孔２９を含むキャビティにおいて使用周波数でキャビティ共振が発生することを抑制できる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る非可逆回路１Ｃの構成を示す縦断面図である。図８に示すように、非可逆回路１Ｃは、非可逆回路素子２Ｂ、誘電体基板３Ａおよび金属部材５１Ａを備える。非可逆回路素子２Ｂは誘電体基板３Ａに実装される。誘電体基板３Ａは、第３の主面と、第３の主面とは反対側の第４の主面を有し、永久磁石２７ａが収められる第３のキャビティ３７が形成されている。なお、図８において、図１および図７と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

誘電体基板３Ａは、実施の形態１における誘電体基板３に示した構成に加えて、地導体３２ｃおよび第３のキャビティ３７を備える。地導体３２ｃは、誘電体基板３Ａの内部に設けられ、スルーホール３５によって地導体３２ａおよび地導体３２ｂと電気的に接続された第５の地導体である。第３のキャビティ３７は、誘電体基板３Ａの第３の主面側が開口し、地導体３２ｃが底面であるキャビティである。

非可逆回路素子２Ｂが備える永久磁石２７ｃは、図８に示すように、金属部材５１Ａに形成された第１のキャビティ５２内に収められ、誘電体基板３Ａを介して永久磁石２７ａに対向して設けられる。また、永久磁石２７ｃは、接着剤２８によって誘電体基板３Ａの地導体３２ｂに固定されている。

図９は、非可逆回路１Ｃの変形例である非可逆回路１Ｄの構成を示す縦断面図である。図９に示すように、非可逆回路１Ｄは、非可逆回路素子２Ｃ、誘電体基板３Ａおよび金属部材５１Ａを備えている。非可逆回路素子２Ｃは、誘電体基板３Ａに実装される。誘電体基板３Ａは、第３の主面と、第３の主面とは反対側の第４の主面を有し、永久磁石２７ａが収められる第３のキャビティ３７が形成されている。なお、図９において、図８と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

非可逆回路素子２Ｃにおいて、永久磁石２７ａは、スペーサ２６の代わりに、接着剤２８によって第３のキャビティ３７の底面（地導体３２ｃ）に固定されている。すなわち、永久磁石２７ａは、空気層を介して中心導体２３に対向している。この空気層の間隔は、目的のバイアス磁界の印加が可能な中心導体２３と永久磁石２７ａおよび永久磁石２７ｃとの距離に相当する。

以上のように、実施の形態４に係る非可逆回路１Ｃおよび１Ｄは、磁性体基板２１に設けられた地導体２２ａと、地導体２２ｂと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、磁性体基板２１を介して地導体２２ａと地導体２２ｂとを電気的に接続する複数のスルーホール２５と、入出力端子３１ａ、３１ｂおよび３１ｃのそれぞれの周りを囲んで第３の主面上に一様に設けられた地導体３２ａと、誘電体基板３Ａに設けられた地導体３２ｂと、誘電体基板３Ａの内部に設けられた地導体３２ｃと、使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、誘電体基板３Ａを介して地導体３２ａ、地導体３２ｂおよび地導体３２ｃを電気的に接続する複数のスルーホール３５と、地導体２２ｂと地導体３２ａを電気的に接続する複数のはんだ接続部４１を備える。これらが作る空間に中心導体２３から放射された電磁波が遮蔽される。従って、非可逆回路１Ｃは、非可逆回路素子２Ｂから外部への電磁波の不要な放射を抑制でき、非可逆回路１Ｄは、非可逆回路素子２Ｃから外部への電磁波の不要な放射を抑制できる。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る非可逆回路１Ｅの構成を示す縦断面図である。図１０に示すように、非可逆回路１Ｅは、非可逆回路素子２Ｄ、誘電体基板３および金属部材５１を備える。非可逆回路素子２Ｄは、図１に示した非可逆回路素子２におけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１０において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１１は、非可逆回路１Ｅの変形例１である非可逆回路１Ｆの構成を示す縦断面図である。図１１に示すように、非可逆回路１Ｆは、非可逆回路素子２Ｅ、誘電体基板３および金属部材５１Ａを備える。非可逆回路素子２Ｅは、図６に示した非可逆回路素子２Ａにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１１において、図１および図６と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１２は、非可逆回路１Ｅの変形例２である非可逆回路１Ｇの構成を示す縦断面図である。図１２に示すように、非可逆回路１Ｆは、非可逆回路素子２Ｆ、誘電体基板３および金属部材５１Ｂを備える。非可逆回路素子２Ｆは、図７に示した非可逆回路素子２Ｂにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１２において、図１および図７と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１３は、非可逆回路１Ｅの変形例３である非可逆回路１Ｈの構成を示す縦断面図である。図１３に示すように、非可逆回路１Ｈは、非可逆回路素子２Ｆ、誘電体基板３Ａおよび金属部材５１Ａを備える。非可逆回路素子２Ｆは、図８に示した非可逆回路素子２Ｂにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１３において、図１および図８と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１４は、非可逆回路１Ｅの変形例４である非可逆回路１Ｉの構成を示す縦断面図である。図１４に示すように、非可逆回路１Ｉは、非可逆回路素子２Ｇ、誘電体基板３Ａおよび金属部材５１Ａを備える。非可逆回路素子２Ｇは、図９に示した非可逆回路素子２Ｃにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１４において、図１および図９と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１０から図１４までにおいて、スルーホール２５Ａは、磁性体基板２１の第１の主面から磁性体基板２１の第２の主面へ向けて開口径が小さくなるテーパ状のスルーホールである。スルーホール２５Ａは、磁性体基板２１の第１の主面側からサンドブラストをかけることによって形成可能である。磁性体基板２１は、一般にドリル加工では欠けやすく、スルーホール形成が困難である。これに対して、サンドブラスト加工を採用すれば、磁性体基板２１にテーパ状のスルーホール２５Ａを容易に形成することができる。

また、磁性体基板２１の第２の主面において、スルーホール２５の開口部には、はんだボールを配置できない。このため、スルーホール２５の第２の主面側の開口径の大きくなると、はんだボールを配置可能なスペースが減り、非可逆回路素子２の実装信頼性が低下する。これに対して、スルーホール２５Ａは、第１の主面側に比べて第２の主面側の開口径が小さいので、はんだボールを配置可能なスペースを確保できる。これにより、非可逆回路１Ｅ～１Ｉでは、非可逆回路素子２Ｅ～２Ｇの実装信頼性が向上する。

実施の形態６．
図１５は、実施の形態６に係る非可逆回路１Ｊの構成を示す縦断面図である。図１５に示すように、非可逆回路１Ｊは、非可逆回路素子２、誘電体基板３、金属部材５１および導電性部材５４を備える。導電性部材５４は、導電性材料で構成された部材である。非可逆回路素子２が備える永久磁石２７ａは、導電性部材５４によって金属部材５１における誘電体基板３側の面に電気的に接続されている。なお、図１５において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１６は、非可逆回路１Ｊの変形例１である非可逆回路１Ｋの構成を示す縦断面図である。図１６に示すように、非可逆回路１Ｋは、非可逆回路素子２Ａ、誘電体基板３、金属部材５１Ａおよび導電性部材５４を備える。導電性部材５４は、導電性材料で構成された部材である。非可逆回路素子２Ａが備える永久磁石２７Ａは、導電性部材５４によって金属部材５１Ａに形成された第１のキャビティ５２の底面に電気的に接続されている。なお、図１６において、図１および図６と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１７は、非可逆回路１Ｊの変形例２である非可逆回路１Ｌの構成を示す縦断面図である。図１７に示すように、非可逆回路１Ｌは、非可逆回路素子２Ｂ、誘電体基板３、金属部材５１Ｂおよび導電性部材５４を備える。導電性部材５４は、導電性材料で構成された部材である。非可逆回路素子２Ｂが備える永久磁石２７ａは、導電性部材５４によって金属部材５１Ｂにおける誘電体基板３側の面に電気的に接続されている。なお、図１７において、図１および図７と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１８は、非可逆回路１Ｊの変形例３である非可逆回路１Ｍの構成を示す縦断面図である。図１８に示すように、非可逆回路１Ｍは、非可逆回路素子２Ｂ、誘電体基板３Ａ、金属部材５１Ａおよび導電性部材５４を備える。導電性部材５４は、導電性材料で構成された部材である。非可逆回路素子２Ｂが備える永久磁石２７ａは、導電性部材５４によって誘電体基板３Ａにおける第３のキャビティ３７の底面（地導体３２ｃ）に電気的に接続されている。なお、図１３において、図１および図８と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１９は、非可逆回路１Ｊの変形例４である非可逆回路１Ｎの構成を示す縦断面図である。図１９に示すように、非可逆回路１Ｎは、非可逆回路素子２Ｄ、誘電体基板３、金属部材５１および導電性部材５４を備える。非可逆回路素子２Ｄは、図１５に示した非可逆回路素子２におけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図１９において、図１および図１８と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２０は、非可逆回路１Ｊの変形例５である非可逆回路１Ｏの構成を示す縦断面図である。図２０に示すように、非可逆回路１Ｏは、非可逆回路素子２Ｅ、誘電体基板３、金属部材５１Ａおよび導電性部材５４を備える。非可逆回路素子２Ｅは、図１６に示した非可逆回路素子２Ａにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図２０において、図１および図１６と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２１は、非可逆回路１Ｊの変形例６である非可逆回路１Ｐの構成を示す縦断面図である。図２１に示すように、非可逆回路１Ｐは、非可逆回路素子２Ｆ、誘電体基板３、金属部材５１Ｂおよび導電性部材５４を備える。非可逆回路素子２Ｆは、図１７に示した非可逆回路素子２Ｂにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図２１において、図１および図１７と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２２は、非可逆回路１Ｊの変形例７である非可逆回路１Ｑの構成を示す縦断面図である。図２２に示すように、非可逆回路１Ｑは、非可逆回路素子２Ｆ、誘電体基板３Ａ、金属部材５１Ａおよび導電性部材５４を備える。非可逆回路素子２Ｆは、図１８に示した非可逆回路素子２Ｂにおけるスルーホール２５の代わりに、スルーホール２５Ａを設けたものである。なお、図２２において、図１および図１８と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１５から図１７および図１９から図２１までにおいて、永久磁石２７ａまたは２７Ａは、導電性部材５４によって、金属部材５１，５１Ａまたは５１Ｂに電気的に接続されている。また、図１８および図２２において、永久磁石２７ａは、導電性部材５４によって地導体３２ｃに電気的に接続されている。導電性部材５４によって永久磁石２７ａまたは２７Ａがグラウンド電位となることで、これらが収まるキャビティにおける使用周波数でのキャビティ共振が抑制される。これにより、非可逆回路１Ｊ～１Ｑは、電気性能の劣化が低減される。

図１９から図２２までにおいて、スルーホール２５Ａは、磁性体基板２１の第１の主面から磁性体基板２１の第２の主面へ向けて開口径が小さくなるテーパ状のスルーホールである。スルーホール２５Ａは、磁性体基板２１の第１の主面側からサンドブラストをかけることによって形成可能である。磁性体基板２１は、一般にドリル加工では欠けやすく、スルーホール形成が困難である。これに対して、サンドブラスト加工を採用すれば、磁性体基板２１にテーパ状のスルーホール２５Ａを容易に形成することができる。

なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る非可逆回路は、例えば、サーキュレータまたはアイソレータに利用可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｎ，１Ｏ，１Ｐ，１Ｑ非可逆回路、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ非可逆回路素子、３，３Ａ誘電体基板、２１磁性体基板、２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ地導体、２３中心導体、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ入出力端子、２５，２５Ａ，３５スルーホール、２６スペーサ、２７ａ，２７Ａ，２７ｂ，２７ｃ永久磁石、２８接着剤、２９貫通孔、３０誘電体層、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ信号導体、３４ａ，３４ｂ，３４ｃビアホール、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，４１はんだ接続部、３７第３のキャビティ、５１，５１Ａ，５１Ｂ金属部材、５２第１のキャビティ、５３第２のキャビティ、５４導電性部材。

Claims

第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面を有した磁性体基板と、
前記磁性体基板の前記第１の主面に設けられた第１の地導体と、
前記磁性体基板の前記第２の主面に設けられた中心導体と、
前記磁性体基板の前記第２の主面において前記中心導体と電気的に接続された複数の第１の入出力端子と、
前記中心導体および複数の前記第１の入出力端子の周りを囲んで前記磁性体基板の前記第２の主面上に一様に設けられた第２の地導体と、
使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、前記磁性体基板を介して、前記第１の地導体と前記第２の地導体とを電気的に接続する複数の第１のスルーホールと、
前記中心導体に対向して設けられた第１の永久磁石と、
前記磁性体基板を介して前記第１の永久磁石と対向して設けられた第２の永久磁石と、
第３の主面と、前記第３の主面とは反対側の第４の主面を有し、前記第１の永久磁石が収められる孔部が形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第３の主面に設けられ、複数の前記第１の入出力端子と電気的に接続された複数の第２の入出力端子と、
複数の前記第２の入出力端子それぞれの周りを囲んで前記誘電体基板の前記第３の主面上に一様に設けられた第３の地導体と、
前記誘電体基板の内部に設けられ、複数の前記第２の入出力端子とそれぞれが電気的に接続された複数の信号導体と、
前記誘電体基板の前記第４の主面に設けられた第４の地導体と、
前記使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で設けられ、前記誘電体基板を介して、前記第３の地導体と前記第４の地導体を電気的に接続する複数の第２のスルーホールと、
前記使用周波数帯の波長の２分の１以下の間隔で、複数の前記第１の入出力端子および前記中心導体を囲むように設けられ、前記第２の地導体と前記第３の地導体とを電気的に接続する複数のはんだ接続部と、
を備えたことを特徴とする非可逆回路。
前記誘電体基板の前記第４の主面に設けられ、前記第４の地導体と電気的に接続された金属部材と、
前記中心導体に設けられたスペーサとを備え、
前記第１の永久磁石は、前記スペーサを介して前記中心導体に対向して設けられ、
前記第２の永久磁石は、前記磁性体基板および前記スペーサを介して前記第１の永久磁石と対向して設けられたこと
を特徴とする請求項１記載の非可逆回路。
前記誘電体基板の前記第４の主面に設けられ、前記第４の地導体と電気的に接続された金属部材を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の非可逆回路。
前記誘電体基板に設けられた孔部は、前記第１の永久磁石が貫通する貫通孔であり、
前記金属部材は、前記誘電体基板の前記第４の主面側が開口し、前記誘電体基板の前記第４の主面とは反対側に底面を有した第１のキャビティを有し、
前記第１の永久磁石は、前記誘電体基板の前記貫通孔を通り前記第１のキャビティ内に達する厚みを有すること
を特徴とする請求項２記載の非可逆回路。
前記金属部材は、前記誘電体基板の前記第４の主面側とは反対側に開口し、前記誘電体基板の前記第４の主面側に底面を有した第２のキャビティを有し、
前記第２のキャビティ内に収められ、前記金属部材を介して前記第１の永久磁石に対向して設けられた第３の永久磁石を備えたこと
を特徴とする請求項２記載の非可逆回路。
前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第２のスルーホールによって前記第３の地導体および前記第４の地導体と電気的に接続された第５の地導体を備え、
前記誘電体基板に設けられた孔部は、前記誘電体基板の前記第３の主面側が開口し、前記第５の地導体が底面である第３のキャビティであり、
前記金属部材は、前記誘電体基板の前記第４の主面側が開口し、前記誘電体基板の前記第４の主面とは反対側に底面を有した第１のキャビティを有し、
前記第１のキャビティ内に収められ、前記誘電体基板を介して前記第１の永久磁石と対向して設けられた第３の永久磁石を備えたこと
を特徴とする請求項２記載の非可逆回路。
前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第２のスルーホールによって前記第３の地導体および前記第４の地導体と電気的に接続された第５の地導体を備え、
前記誘電体基板に設けられた孔部は、前記誘電体基板の前記第３の主面側が開口し、前記第５の地導体が底面である第３のキャビティであり、
前記金属部材は、前記誘電体基板の前記第４の主面側が開口し、前記誘電体基板の前記第４の主面とは反対側に底面を有した第１のキャビティを有し、
前記第１のキャビティ内に収められ、前記誘電体基板を介して前記第１の永久磁石と対向して設けられた第３の永久磁石を備え、
前記第１の永久磁石は、前記第３のキャビティの底面に固定され、空気層を介して前記中心導体に対向していること
を特徴とする請求項３記載の非可逆回路。
複数の前記第１のスルーホールは、前記磁性体基板の前記第１の主面から前記磁性体基板の前記第２の主面へ向けて開口径が小さくなるテーパ状のスルーホールであること
を特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項記載の非可逆回路。
前記第１の永久磁石は、導電性部材によって前記金属部材に電気的に接続されていること
を特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項記載の非可逆回路。
前記第１の永久磁石は、導電性部材によって前記第５の地導体に電気的に接続されていること
を特徴とする請求項６または請求項７記載の非可逆回路。
複数の前記第１のスルーホールは、前記磁性体基板の前記第１の主面から前記磁性体基板の前記第２の主面へ向けて開口径が小さくなるテーパ状のスルーホールであること
を特徴とする請求項９記載の非可逆回路。
複数の前記第１のスルーホールは、前記磁性体基板の前記第１の主面から前記磁性体基板の前記第２の主面へ向けて開口径が小さくなるテーパ状のスルーホールであること
を特徴とする請求項１０記載の非可逆回路。