JPH09102704A - 非可逆回路素子 - Google Patents
非可逆回路素子Info
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- JPH09102704A JPH09102704A JP7341374A JP34137495A JPH09102704A JP H09102704 A JPH09102704 A JP H09102704A JP 7341374 A JP7341374 A JP 7341374A JP 34137495 A JP34137495 A JP 34137495A JP H09102704 A JPH09102704 A JP H09102704A
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- Japan
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- magnetic field
- degrees
- angles
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
- H01P1/38—Circulators
- H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
- H01P1/387—Strip line circulators
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作磁界を高くしてフェライトの磁性体損失
を抑制し、かつ３本の中心導体の交差角度をその直流バ
イアス磁界による高周波磁界の回転角と対応させること
によりインサーション・ロスを低減でき、所望の電気的
特性を確保できる非可逆回路素子を提供する。 【解決手段】 ３本の中心導体２〜４を電気的絶縁状態
でかつ所定角度をなすよう交差させて配置し、該交差部
分に直流バイアス磁界を印加するようにした非可逆回路
素子を構成する場合に、各中心導体２〜４の交差角度θ
１〜θ３をそれぞれ１１０度，１２０度，１３０度に設
定する。
を抑制し、かつ３本の中心導体の交差角度をその直流バ
イアス磁界による高周波磁界の回転角と対応させること
によりインサーション・ロスを低減でき、所望の電気的
特性を確保できる非可逆回路素子を提供する。 【解決手段】 ３本の中心導体２〜４を電気的絶縁状態
でかつ所定角度をなすよう交差させて配置し、該交差部
分に直流バイアス磁界を印加するようにした非可逆回路
素子を構成する場合に、各中心導体２〜４の交差角度θ
１〜θ３をそれぞれ１１０度，１２０度，１３０度に設
定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯の高
周波回路部品として採用される非可逆回路素子，例えば
アイソレータ，サーキュレータの改善に関する。
周波回路部品として採用される非可逆回路素子，例えば
アイソレータ，サーキュレータの改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、マイクロ波集中定数型のアイソ
レータ，サーキュレータは、減衰量が信号の伝送方向に
は極めて小さく、逆方向には極めて大きい特性を有して
おり、携帯電話，自動車電話等の送受信回路部等に採用
されている。このようなサーキュレータは、図１１に示
すように、３本の中心導体３０，３０，３０を電気的絶
縁状態にかつ所定角度をなすように交差させて配置し、
該各中心導体３０の一端部の各ポートに整合用容量Ｃを
接続するとともに他端部をアースに接続し、上記各中心
導体３０の交差部分にフェライト３１を当接させるとと
もに直流磁界を印加するように構成されている。なお、
アイソレータは上記何れか１つのポートに終端抵抗器を
接続して構成されている。上記アイソレータ，サーキュ
レータを構成する場合、従来、各中心導体３０の交差角
度は全て設計では１２０度（実際の加工公差は±１度）
にしている。
レータ，サーキュレータは、減衰量が信号の伝送方向に
は極めて小さく、逆方向には極めて大きい特性を有して
おり、携帯電話，自動車電話等の送受信回路部等に採用
されている。このようなサーキュレータは、図１１に示
すように、３本の中心導体３０，３０，３０を電気的絶
縁状態にかつ所定角度をなすように交差させて配置し、
該各中心導体３０の一端部の各ポートに整合用容量Ｃを
接続するとともに他端部をアースに接続し、上記各中心
導体３０の交差部分にフェライト３１を当接させるとと
もに直流磁界を印加するように構成されている。なお、
アイソレータは上記何れか１つのポートに終端抵抗器を
接続して構成されている。上記アイソレータ，サーキュ
レータを構成する場合、従来、各中心導体３０の交差角
度は全て設計では１２０度（実際の加工公差は±１度）
にしている。
【０００３】また上記中心導体の構造としては、フェラ
イトの両面に金属導体を巻回したもの、また誘電体基板
の両面にエッチング等により中心電極をパターン形成
し、各電極をスルーホールで接続したものがあり、さら
に誘電体，磁性体セラミックスシートに中心電極をパタ
ーン形成し、これを積層して同時に一体焼結したもの、
等がある。
イトの両面に金属導体を巻回したもの、また誘電体基板
の両面にエッチング等により中心電極をパターン形成
し、各電極をスルーホールで接続したものがあり、さら
に誘電体，磁性体セラミックスシートに中心電極をパタ
ーン形成し、これを積層して同時に一体焼結したもの、
等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記３本の
中心導体の各交差角度を１２０度に設定した場合は、３
つのポートの動作が等しくなることから特性の観点から
みれば対称性は良い。しかしながら、この交差角度の設
定はインサーション・ロスの低減の観点からみると大き
な障害となっている。
中心導体の各交差角度を１２０度に設定した場合は、３
つのポートの動作が等しくなることから特性の観点から
みれば対称性は良い。しかしながら、この交差角度の設
定はインサーション・ロスの低減の観点からみると大き
な障害となっている。
【０００５】即ち、図１２に示すように、交差角度１２
０度に対応した高周波磁界の回転角を得るフェライトに
印加される直流バイアス磁界では、磁性体損失μ+ 〃が
大きくなり、インサーション・ロスが増大してしまう。
ここで、高周波磁界の回転角はμ+ ´とμ- ´との差で
決定される。また交差角１２０度での動作点におけるμ
+ 〃とμ- 〃との差が磁性体損失分となる。
０度に対応した高周波磁界の回転角を得るフェライトに
印加される直流バイアス磁界では、磁性体損失μ+ 〃が
大きくなり、インサーション・ロスが増大してしまう。
ここで、高周波磁界の回転角はμ+ ´とμ- ´との差で
決定される。また交差角１２０度での動作点におけるμ
+ 〃とμ- 〃との差が磁性体損失分となる。
【０００６】本発明は上記従来の状況に鑑みてなされた
もので、中心導体の交差角度をその直流バイアス磁界に
よる高周波磁界の回転角と対応させることにより、イン
サーション・ロスを低減でき、よって所望の電気的特性
を確保できる非可逆回路素子を提供することを目的とし
ている。
もので、中心導体の交差角度をその直流バイアス磁界に
よる高周波磁界の回転角と対応させることにより、イン
サーション・ロスを低減でき、よって所望の電気的特性
を確保できる非可逆回路素子を提供することを目的とし
ている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、３本
の中心導体を電気的絶縁状態でかつ所定角度をなすよう
交差させて配置し、該交差部分に直流バイアス磁界を印
加するようにした非可逆回路素子において、上記３本の
中心導体の交差により形成される３組の交差角度のうち
１組の交差角度を残り２組の交差角度と異なる値に設定
したことを特徴としている。
の中心導体を電気的絶縁状態でかつ所定角度をなすよう
交差させて配置し、該交差部分に直流バイアス磁界を印
加するようにした非可逆回路素子において、上記３本の
中心導体の交差により形成される３組の交差角度のうち
１組の交差角度を残り２組の交差角度と異なる値に設定
したことを特徴としている。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、上
記残り２組の交差角度を異なる値に設定したことを特徴
としている。
記残り２組の交差角度を異なる値に設定したことを特徴
としている。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１において、上
記残り２組の交差角度を同じ値に設定したことを特徴と
している。
記残り２組の交差角度を同じ値に設定したことを特徴と
している。
【００１０】請求項４の発明は、請求項２又は３におい
て、少なくとも１組の交差角度が１２０度より大きく設
定されていることを特徴としている。
て、少なくとも１組の交差角度が１２０度より大きく設
定されていることを特徴としている。
【００１１】
【作用】ここで、図６は、各中心導体の交差角度とイン
サーション・ロス及び直流バイアス磁界との関係を示す
特性図（実測値）である。また、図７は、交差角度をそ
れぞれ１２０度，１５０度に設定したときのインサーシ
ョン・ロスとアイソレーションとの関係を示す特性図
（実測値）である。
サーション・ロス及び直流バイアス磁界との関係を示す
特性図（実測値）である。また、図７は、交差角度をそ
れぞれ１２０度，１５０度に設定したときのインサーシ
ョン・ロスとアイソレーションとの関係を示す特性図
（実測値）である。
【００１２】図６から明らかなように、直流バイアス磁
界に制約条件がなければ、中心導体の交差角度を大きく
するほどインサーション・ロスは低減できる。例えば、
サイズが５．０×４．５×２．５ｍｍの直方体状のサー
キュレータを考えた場合、該サイズにより磁気回路が制
約を受けるため最大印加磁力は１１３０Ｇ程度となる。
このときのインサーション・ロスを最小に抑えるには中
心導体の交差角度は１５０度に設定するのが望ましい。
界に制約条件がなければ、中心導体の交差角度を大きく
するほどインサーション・ロスは低減できる。例えば、
サイズが５．０×４．５×２．５ｍｍの直方体状のサー
キュレータを考えた場合、該サイズにより磁気回路が制
約を受けるため最大印加磁力は１１３０Ｇ程度となる。
このときのインサーション・ロスを最小に抑えるには中
心導体の交差角度は１５０度に設定するのが望ましい。
【００１３】特に携帯電話等に採用される送受信系回路
では、消費電力が小さいほど電池寿命を延長できること
から、該回路で用いられるデバイスは電力消費を抑える
ために低損失であることが望ましい。従って、上記送受
信系回路に採用されるアイソレータ，サーキュレータに
おいてもできるだけ低損失であることが重要となる。
では、消費電力が小さいほど電池寿命を延長できること
から、該回路で用いられるデバイスは電力消費を抑える
ために低損失であることが望ましい。従って、上記送受
信系回路に採用されるアイソレータ，サーキュレータに
おいてもできるだけ低損失であることが重要となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
に基づいて説明する。図１及び図２は、請求項１，２，
４の発明の第１実施形態によるサーキュレータを説明す
るための図であり、図１はサーキュレータの回路構造
図、図２は各中心導体の交差角度を示す構成図である。
に基づいて説明する。図１及び図２は、請求項１，２，
４の発明の第１実施形態によるサーキュレータを説明す
るための図であり、図１はサーキュレータの回路構造
図、図２は各中心導体の交差角度を示す構成図である。
【００１５】図において、１はマイクロ波帯域で採用さ
れる集中定数型のサーキュレータであり、これは第１〜
第３中心導体２，３，４を互いに電気的絶縁状態で、か
つ交差させて配置し、該各中心導体２〜４の交差部分に
フェライト５の一主面を当接するとともに、図示しない
永久磁石により直流バイアス磁界Ｈｅｘを印加して構成
されている。上記各中心導体２〜４，フェライト５，及
び永久磁石は図示しない磁気閉回路を構成する磁性体ヨ
ーク内に収容されている。
れる集中定数型のサーキュレータであり、これは第１〜
第３中心導体２，３，４を互いに電気的絶縁状態で、か
つ交差させて配置し、該各中心導体２〜４の交差部分に
フェライト５の一主面を当接するとともに、図示しない
永久磁石により直流バイアス磁界Ｈｅｘを印加して構成
されている。上記各中心導体２〜４，フェライト５，及
び永久磁石は図示しない磁気閉回路を構成する磁性体ヨ
ーク内に収容されている。
【００１６】上記各中心導体２〜４の一端２ａ，３ａ，
４ａはアースに接続されており、他端には入出力用ポー
トＰ１，Ｐ２，Ｐ３が接続されており、該各ポートＰ１
〜Ｐ３には整合用容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が並列接続され
ている。
４ａはアースに接続されており、他端には入出力用ポー
トＰ１，Ｐ２，Ｐ３が接続されており、該各ポートＰ１
〜Ｐ３には整合用容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が並列接続され
ている。
【００１７】そして上記各中心導体２〜４の交差角度θ
１〜θ３は、以下のように設定されている。第１中心導
体２と第２中心導体３とのなす交差角度θ１は１１０
度、第２中心導体３と第３中心導体４とのなす交差角度
θ２は１２０度、第３中心導体４と第１中心導体２との
なす交差角度θ３は１３０度にそれぞれ設定されてい
る。これにより上記３つの交差角度θ１〜θ３のうち第
２中心導体２と第３中心導体４との角度θ２のみ１２０
度に、残りは１１０度，１３０度に設定されている。
１〜θ３は、以下のように設定されている。第１中心導
体２と第２中心導体３とのなす交差角度θ１は１１０
度、第２中心導体３と第３中心導体４とのなす交差角度
θ２は１２０度、第３中心導体４と第１中心導体２との
なす交差角度θ３は１３０度にそれぞれ設定されてい
る。これにより上記３つの交差角度θ１〜θ３のうち第
２中心導体２と第３中心導体４との角度θ２のみ１２０
度に、残りは１１０度，１３０度に設定されている。
【００１８】本実施例のサーキュレータ１によれば、各
中心導体２〜４の交差角度θ１〜θ３のうちθ２のみ１
２０度とし、残りのθ１，θ３をそれぞれ１１０度，１
３０度と変化させたので、θ３をなす第３中心導体４と
第１中心導体２の間のインサーション・ロス特性を改善
でき、これにより電力消費を抑制して電池寿命を延長で
きるとともに、電気的特性の劣化を抑制しながら部品の
小型化に対応できる。ここで、上記フェライト５には従
来よりも高い直流バイアス磁界を印加するのが望まし
い、これにより動作磁界を高くしてμ+ 〃の値が小さく
なるところで動作させてフェライトの磁性体損失を抑え
ることができ、よって交差角度を変化させた場合のイン
サーション・ロス低減をより効果的に行うことができる
からである。
中心導体２〜４の交差角度θ１〜θ３のうちθ２のみ１
２０度とし、残りのθ１，θ３をそれぞれ１１０度，１
３０度と変化させたので、θ３をなす第３中心導体４と
第１中心導体２の間のインサーション・ロス特性を改善
でき、これにより電力消費を抑制して電池寿命を延長で
きるとともに、電気的特性の劣化を抑制しながら部品の
小型化に対応できる。ここで、上記フェライト５には従
来よりも高い直流バイアス磁界を印加するのが望まし
い、これにより動作磁界を高くしてμ+ 〃の値が小さく
なるところで動作させてフェライトの磁性体損失を抑え
ることができ、よって交差角度を変化させた場合のイン
サーション・ロス低減をより効果的に行うことができる
からである。
【００１９】図３〜図５は、それぞれ他の実施形態によ
る中心導体の交差角度を説明するための図であり、図
中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
る中心導体の交差角度を説明するための図であり、図
中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２０】図３は、請求項１，２，４の発明の第２実
施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３とのな
す交差角度θ１を１１０度、第２中心導体３と第３中心
導体４とのなす交差角度θ２を１５０度、第３中心導体
４と第１中心導体２とのなす交差角度θ３を１００度に
それぞれ設定し、これにより各交差角度θ１〜θ３は全
て１２０度以外でかつそれぞれ異なる角度に設定されて
いる。
施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３とのな
す交差角度θ１を１１０度、第２中心導体３と第３中心
導体４とのなす交差角度θ２を１５０度、第３中心導体
４と第１中心導体２とのなす交差角度θ３を１００度に
それぞれ設定し、これにより各交差角度θ１〜θ３は全
て１２０度以外でかつそれぞれ異なる角度に設定されて
いる。
【００２１】図４は、請求項１，３，４の発明の第３実
施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３とのな
す交差角度θ１，及び第２中心導体３と第３中心導体４
とのなす交差角度θ２をそれぞれ１０５度に設定し、第
３中心導体４と第１中心導体２とのなす交差角度θ３を
１５０度に設定した例である。
施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３とのな
す交差角度θ１，及び第２中心導体３と第３中心導体４
とのなす交差角度θ２をそれぞれ１０５度に設定し、第
３中心導体４と第１中心導体２とのなす交差角度θ３を
１５０度に設定した例である。
【００２２】また図５は、請求項１，３，４の発明の第
４実施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３と
のなす交差角度θ１，及び第２中心導体３と第３中心導
体４とのなす交差角度θ２をそれぞれ１５０度に設定
し、第３中心導体４と第１中心導体２とのなす交差角度
θ３を６０度に設定した例である。これにより各交差角
度θ１〜θ３は全て１２０度以外でかつθ１，θ２のみ
同じ角度に設定されている。
４実施形態を示し、第１中心導体２と第２中心導体３と
のなす交差角度θ１，及び第２中心導体３と第３中心導
体４とのなす交差角度θ２をそれぞれ１５０度に設定
し、第３中心導体４と第１中心導体２とのなす交差角度
θ３を６０度に設定した例である。これにより各交差角
度θ１〜θ３は全て１２０度以外でかつθ１，θ２のみ
同じ角度に設定されている。
【００２３】なお、上記実施形態では、サーキュレータ
を例にとって説明したが、本発明は、図８に示すアイソ
レータにも勿論適用できる。図中、図１と同一符号は同
一又は相当部分を示す。
を例にとって説明したが、本発明は、図８に示すアイソ
レータにも勿論適用できる。図中、図１と同一符号は同
一又は相当部分を示す。
【００２４】このアイソレータ１０は、何れか１つのポ
ートＰ３に無反射終端抵抗器Ｒを接続して構成されてお
り、これによりポートＰ１からの信号をポートＰ２に伝
送し、該ポートＰ２から進入する反射波を終端抵抗器Ｒ
で吸収するようになっている。上記アイソレータ１０に
おいても、各中心導体２〜４の交差角度を変化させるこ
とにより上記実施形態と略同様の効果が得られる。
ートＰ３に無反射終端抵抗器Ｒを接続して構成されてお
り、これによりポートＰ１からの信号をポートＰ２に伝
送し、該ポートＰ２から進入する反射波を終端抵抗器Ｒ
で吸収するようになっている。上記アイソレータ１０に
おいても、各中心導体２〜４の交差角度を変化させるこ
とにより上記実施形態と略同様の効果が得られる。
【００２５】ここで、上記アイソレータ１０の各中心導
体２〜４の交差角度を変化させることによりインサーシ
ョン・ロス特性は向上できるもののアイソレーション特
性は劣化する場合がある。これは交差角度を変えること
によりインピーダンスが変化するためであり、これを解
消するには終端抵抗器Ｒの抵抗値を変化させことが有効
である。
体２〜４の交差角度を変化させることによりインサーシ
ョン・ロス特性は向上できるもののアイソレーション特
性は劣化する場合がある。これは交差角度を変えること
によりインピーダンスが変化するためであり、これを解
消するには終端抵抗器Ｒの抵抗値を変化させことが有効
である。
【００２６】図９及び図１０は、それぞれ上記アイソレ
ータ１０の終端抵抗値とアイソレーション特性との関係
を示す特性図である。各図に示すように、終端抵抗値を
従来の５０Ωより大きくすることによりアイソレーショ
ン特性を改善できることがわかる。例えば、終端抵抗値
を１００Ωとした場合にはアイソレーションは１７ｄＢ
となり、１５０Ωでは３３ｄＢとなっており、減衰特性
が向上している。
ータ１０の終端抵抗値とアイソレーション特性との関係
を示す特性図である。各図に示すように、終端抵抗値を
従来の５０Ωより大きくすることによりアイソレーショ
ン特性を改善できることがわかる。例えば、終端抵抗値
を１００Ωとした場合にはアイソレーションは１７ｄＢ
となり、１５０Ωでは３３ｄＢとなっており、減衰特性
が向上している。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明に係る非可逆回路素
子によれば、各中心導体の交差角度を全て同一に設定す
るのではなく、該交差角度をその直流バイアス磁界によ
る高周波磁界の回転角と対応させて設定したので、イン
サーション・ロスを低減でき、消費電力を抑制できると
ともに、小型化に対応できる効果がある。
子によれば、各中心導体の交差角度を全て同一に設定す
るのではなく、該交差角度をその直流バイアス磁界によ
る高周波磁界の回転角と対応させて設定したので、イン
サーション・ロスを低減でき、消費電力を抑制できると
ともに、小型化に対応できる効果がある。
【図１】請求項１，２，４の発明の第１実施形態による
サーキュレータを説明するための等価回路図である。
サーキュレータを説明するための等価回路図である。
【図２】上記サーキュレータの交差角度を示す構成図で
ある。
ある。
【図３】請求項１，２，４の発明の第２実施形態による
交差角度を示す構成図である。
交差角度を示す構成図である。
【図４】請求項１，３，４の発明の第３実施形態の他の
例による交差角度を示す構成図である。
例による交差角度を示す構成図である。
【図５】請求項１，３，４の発明の第４実施形態による
交差角度を示す構成図である。
交差角度を示す構成図である。
【図６】上記交差角度とインサーション・ロス及び直流
バイアス磁界との関係を示す特性図である。
バイアス磁界との関係を示す特性図である。
【図７】上記交差角度とインサーション・ロス特性及び
アイソレーション特性との関係を示す特性図である。
アイソレーション特性との関係を示す特性図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるアイソレータを示
す等価回路図である。
す等価回路図である。
【図９】上記アイソレータの終端抵抗値とアイソレーシ
ョン特性との関係を示す特性図である。
ョン特性との関係を示す特性図である。
【図１０】上記アイソレータの終端抵抗値とアイソレー
ション特性との関係を示す特性図である。
ション特性との関係を示す特性図である。
【図１１】従来の一般的なサーキュレータの等価回路図
である。
である。
【図１２】従来の問題点を説明するための特性図であ
る。
る。
１ サーキュレータ（非可逆回路素子） ２〜４ 中心導体 θ１〜θ３ 交差角度
Claims (4)
- 【請求項１】 ３本の中心導体を電気的絶縁状態でかつ
所定角度をなすよう交差させて配置し、該交差部分に直
流磁界を印加するようにした非可逆回路素子において、
上記３本の中心導体の交差により形成される３組の交差
角度のうち１組の交差角度を残り２組の交差角度と異な
る値に設定したことを特徴とする非可逆回路素子。 - 【請求項２】 請求項１において、上記残り２組の交差
角度を異なる値に設定したことを特徴とする非可逆回路
素子。 - 【請求項３】 請求項１において、上記残り２組の交差
角度を同じ値に設定したことを特徴とする非可逆回路素
子。 - 【請求項４】 請求項２又は３において、少なくとも１
組の交差角度が１２０度より大きく設定されていること
を特徴とする非可逆回路素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07341374A JP3106392B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-12-27 | 非可逆回路素子 |
| US08/681,849 US5745014A (en) | 1995-07-31 | 1996-07-29 | Nonreciprocal circuit element |
| NO19963181A NO317550B1 (no) | 1995-07-31 | 1996-07-30 | Ikke-resiprok kretskomponent |
| DE69621195T DE69621195T2 (de) | 1995-07-31 | 1996-07-30 | Nichtreziprokes Schaltungselement |
| EP96112306A EP0757402B1 (en) | 1995-07-31 | 1996-07-30 | Nonreciprocal circuit element |
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