JPH1013109A - 集中定数型サーキュレータ - Google Patents
集中定数型サーキュレータInfo
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- JPH1013109A JPH1013109A JP15865696A JP15865696A JPH1013109A JP H1013109 A JPH1013109 A JP H1013109A JP 15865696 A JP15865696 A JP 15865696A JP 15865696 A JP15865696 A JP 15865696A JP H1013109 A JPH1013109 A JP H1013109A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高性能な集中定数型サーキュレータを得る。
【構成】 本発明の集中定数型サーキュレータは、逆方
向損失、各端子の反射損失を同じ内部インピーダンスの
測定系で測定した場合、前記反射損失は設定磁界より磁
界を強くした場合に増加し、前記逆方向損失は設定磁界
より磁界を弱くした場合に増加するように磁界調整され
たことを特徴としている。
向損失、各端子の反射損失を同じ内部インピーダンスの
測定系で測定した場合、前記反射損失は設定磁界より磁
界を強くした場合に増加し、前記逆方向損失は設定磁界
より磁界を弱くした場合に増加するように磁界調整され
たことを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェリ磁性体を用
いたマイクロ波非相反素子である集中定数型サーキュレ
ータの高性能化に関する。
いたマイクロ波非相反素子である集中定数型サーキュレ
ータの高性能化に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、ＩＣ、トランジスター等の半導体素
子、積層チップコンデンサー、積層チップインダクタ、
チップ抵抗等の電子部品の小型化にともない、これらを
表面実装したマイクロ波装置の小型化・薄型化が急速に
進行している。このような動きの中で、マイクロ波装置
を構成する上では、極めて重要なマイクロ波非相反素子
である集中定数型サーキュレータ・アイソレータの小型
化・薄型化が望まれている。このような市場のニーズに
対応し、集中定数型サーキュレータ・アイソレータの小
型化を目指そうとすると、必然的に挿入損失が増え、同
時に反射損失や逆方向損失が劣化するという問題があっ
た。とりわけ反射損失の劣化と挿入損失の増加は、携帯
電話のようなマイクロ波携帯機器で考えた場合、電池の
寿命に直接影響を与え、好ましくない。また、逆方向損
失の劣化は本来のサーキュレータ・アイソレータの機能
を損なうものであり、マイクロ波機器の相互変調歪み
（ＩＭ;Inter Modulation）の増加につながる。
子、積層チップコンデンサー、積層チップインダクタ、
チップ抵抗等の電子部品の小型化にともない、これらを
表面実装したマイクロ波装置の小型化・薄型化が急速に
進行している。このような動きの中で、マイクロ波装置
を構成する上では、極めて重要なマイクロ波非相反素子
である集中定数型サーキュレータ・アイソレータの小型
化・薄型化が望まれている。このような市場のニーズに
対応し、集中定数型サーキュレータ・アイソレータの小
型化を目指そうとすると、必然的に挿入損失が増え、同
時に反射損失や逆方向損失が劣化するという問題があっ
た。とりわけ反射損失の劣化と挿入損失の増加は、携帯
電話のようなマイクロ波携帯機器で考えた場合、電池の
寿命に直接影響を与え、好ましくない。また、逆方向損
失の劣化は本来のサーキュレータ・アイソレータの機能
を損なうものであり、マイクロ波機器の相互変調歪み
（ＩＭ;Inter Modulation）の増加につながる。
【０００３】第８図は、集中定数型サーキュレータの概
略構造断面図である。１a,１b,１cはフェリ磁性体２の
上に配された３組の中心導体である。中心導体の一方は
入出力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３となり、他方は共通部３に
接続され、この図の場合は地導体に接地されている。４
は絶縁シートで各中心導体が交差部で短絡しないように
設けられている。Ｃは負荷容量であり、サーキュレータ
の動作周波数を決める。所望のインピーダンスでサーキ
ュレータ動作を実現するために、フェリ磁性体には外部
磁界５が印加される。また、アイソレータとするために
図中に示すように抵抗ＲｏをＴ３端子と共通部３の間に
接続される。
略構造断面図である。１a,１b,１cはフェリ磁性体２の
上に配された３組の中心導体である。中心導体の一方は
入出力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３となり、他方は共通部３に
接続され、この図の場合は地導体に接地されている。４
は絶縁シートで各中心導体が交差部で短絡しないように
設けられている。Ｃは負荷容量であり、サーキュレータ
の動作周波数を決める。所望のインピーダンスでサーキ
ュレータ動作を実現するために、フェリ磁性体には外部
磁界５が印加される。また、アイソレータとするために
図中に示すように抵抗ＲｏをＴ３端子と共通部３の間に
接続される。
【０００４】これまで、集中定数型サーキュレータの挿
入損失は、フェリ磁性体２であるガーネットの磁気的損
失（ΔＨ）、中心導体１の損失（銅損）、負荷容量Ｃの
誘電損失（tanδ）などによると考えられている。しか
し、これらが実際にはどのように関連し合って、実際の
挿入損失の増加及び反射損失と逆方向損失の劣化を決め
ているかが分からなかった。本発明では、集中定数型サ
ーキュレータの基本原理に基づき、前述の損失因子が存
在する場合について詳細なる計算を行うことにより発見
した最適磁界調整方法に関する。
入損失は、フェリ磁性体２であるガーネットの磁気的損
失（ΔＨ）、中心導体１の損失（銅損）、負荷容量Ｃの
誘電損失（tanδ）などによると考えられている。しか
し、これらが実際にはどのように関連し合って、実際の
挿入損失の増加及び反射損失と逆方向損失の劣化を決め
ているかが分からなかった。本発明では、集中定数型サ
ーキュレータの基本原理に基づき、前述の損失因子が存
在する場合について詳細なる計算を行うことにより発見
した最適磁界調整方法に関する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
技術の問題点を鑑み、集中定数型サーキュレータの基本
原理に遡り発見した、サーキュレータの限界性能を発揮
させるための最適磁界調整方法に関するものである。
技術の問題点を鑑み、集中定数型サーキュレータの基本
原理に遡り発見した、サーキュレータの限界性能を発揮
させるための最適磁界調整方法に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の集中定数型サー
キュレータは、直流磁界が印加されたフェリ磁性体、該
フェリ磁性体に近接して配されたお互いに交差した３組
の中心導体、前記中心導体の個々の一方は入出力端子と
なり他方は３組とも共通部に接続された構成、かつ前記
中心導体の一方と他方の間に負荷容量が配された構成に
おいて、前記入出力端子の一つと共通部の間に抵抗を接
続し、残りの二つの入出力端子間での挿入損失、逆方向
損失、各端子の反射損失を同じ内部インピーダンスを有
する測定系で測定した場合、前記反射損失は設定磁界よ
り磁界を強くした場合に増加（改善）し、前記逆方向損
失は設定磁界より磁界を弱くした場合に増加（改善）す
るように前記設定磁界に磁界調整されたことを特徴とし
ている。また、前記抵抗を内蔵し、アイソレータとして
の機能を有するようにしたことも特徴としている。
キュレータは、直流磁界が印加されたフェリ磁性体、該
フェリ磁性体に近接して配されたお互いに交差した３組
の中心導体、前記中心導体の個々の一方は入出力端子と
なり他方は３組とも共通部に接続された構成、かつ前記
中心導体の一方と他方の間に負荷容量が配された構成に
おいて、前記入出力端子の一つと共通部の間に抵抗を接
続し、残りの二つの入出力端子間での挿入損失、逆方向
損失、各端子の反射損失を同じ内部インピーダンスを有
する測定系で測定した場合、前記反射損失は設定磁界よ
り磁界を強くした場合に増加（改善）し、前記逆方向損
失は設定磁界より磁界を弱くした場合に増加（改善）す
るように前記設定磁界に磁界調整されたことを特徴とし
ている。また、前記抵抗を内蔵し、アイソレータとして
の機能を有するようにしたことも特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の上記調整方法によれば、
反射損失と逆方向損失のバランスがとれた最適状態を維
持することができ、高性能な集中定数型サーキュレータ
を構成することができる。
反射損失と逆方向損失のバランスがとれた最適状態を維
持することができ、高性能な集中定数型サーキュレータ
を構成することができる。
【０００８】本発明の主眼は、集中定数型サーキュレー
タの外部磁界の調整方法である。以下、図面を参照しつ
つ本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、１０００
ＭＨｚ帯における無損失集中定数型サーキュレータにお
いて、Ｔ１端子からマイクロ波を入射し、Ｔ２端子とＴ
３端子で出力を測定した場合のＳパラメータの周波数特
性を回路シミュレータを用いて計算した図である。規格
化周波数１で表される中心周波数で、反射損失（Ｓ１
１)、逆方向損失（Ｓ３１)の両方とも無限大となり、挿
入損失（Ｓ２１)は０となる。いわゆる理想的なサーキ
ュレータとなる。図に示すように、周波数がこれより高
くても低くてもＳパラメータは理想状態からずれる。
タの外部磁界の調整方法である。以下、図面を参照しつ
つ本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、１０００
ＭＨｚ帯における無損失集中定数型サーキュレータにお
いて、Ｔ１端子からマイクロ波を入射し、Ｔ２端子とＴ
３端子で出力を測定した場合のＳパラメータの周波数特
性を回路シミュレータを用いて計算した図である。規格
化周波数１で表される中心周波数で、反射損失（Ｓ１
１)、逆方向損失（Ｓ３１)の両方とも無限大となり、挿
入損失（Ｓ２１)は０となる。いわゆる理想的なサーキ
ュレータとなる。図に示すように、周波数がこれより高
くても低くてもＳパラメータは理想状態からずれる。
【０００９】図２は、中心導体の抵抗Ｒを加味して計算
したＳパラメータの周波数特性の図である。Ｒが増える
に従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化する。また、それぞ
れの損失が最大となる周波数も、Ｓ１１では低周波側
に、Ｓ３１では高周波側に移る。Ｒの増加とともに挿入
損失（Ｓ２１)は急速に増加する。図３は、図２でＲ＝
０.２[Ω]として、外部磁界を変化させた場合のＳパラ
メータの周波数特性を示す。外部磁界は規格化磁界σｏ
で表現されている。これを基準にして、低磁界側は小数
点以下の数字で、高磁界側は１より大きい数字で示す。
この図から分かるように、Ｓ１１は高磁界側で改善さ
れ、Ｓ３１は低磁界側で改善される。このようにＲによ
る損失がある場合は、Ｓ１１とＳ３１の最適状態は原理
的に同じ周波数で実現できない。
したＳパラメータの周波数特性の図である。Ｒが増える
に従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化する。また、それぞ
れの損失が最大となる周波数も、Ｓ１１では低周波側
に、Ｓ３１では高周波側に移る。Ｒの増加とともに挿入
損失（Ｓ２１)は急速に増加する。図３は、図２でＲ＝
０.２[Ω]として、外部磁界を変化させた場合のＳパラ
メータの周波数特性を示す。外部磁界は規格化磁界σｏ
で表現されている。これを基準にして、低磁界側は小数
点以下の数字で、高磁界側は１より大きい数字で示す。
この図から分かるように、Ｓ１１は高磁界側で改善さ
れ、Ｓ３１は低磁界側で改善される。このようにＲによ
る損失がある場合は、Ｓ１１とＳ３１の最適状態は原理
的に同じ周波数で実現できない。
【００１０】図４は、負荷容量Ｃの損失係数tanδを加
味して計算したＳパラメータの周波数特性の図である。
tanδが増えるに従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化す
る。また、それぞれの損失が最大となる周波数はほとん
ど変化しない。tanδの増加とともにＳ２１は急速に増
加する。
味して計算したＳパラメータの周波数特性の図である。
tanδが増えるに従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化す
る。また、それぞれの損失が最大となる周波数はほとん
ど変化しない。tanδの増加とともにＳ２１は急速に増
加する。
【００１１】図５は、図４でtanδ＝０.０１として、外
部磁界を変化させた場合のＳパラメータの周波数特性を
示す。外部磁界は規格化磁界σｏで表現されている。こ
れを基準にして、低磁界側は小数点以下の数字で、高磁
界側は１より大きい数字で示す。図３と同じように、Ｓ
１１は高磁界側で改善され、Ｓ３１は低磁界側で改善さ
れる。Ｒと同じようにtanδによる損失がある場合に
も、Ｓ１１とＳ３１の最適状態を同じ周波数で実現する
ことができない。
部磁界を変化させた場合のＳパラメータの周波数特性を
示す。外部磁界は規格化磁界σｏで表現されている。こ
れを基準にして、低磁界側は小数点以下の数字で、高磁
界側は１より大きい数字で示す。図３と同じように、Ｓ
１１は高磁界側で改善され、Ｓ３１は低磁界側で改善さ
れる。Ｒと同じようにtanδによる損失がある場合に
も、Ｓ１１とＳ３１の最適状態を同じ周波数で実現する
ことができない。
【００１２】図６は、ガーネットの損失係数ΔＨを加味
して計算したＳパラメータの周波数特性の図である。Δ
Ｈが増えるに従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化する。ま
た、それぞれの損失が最大となる周波数も、Ｓ１１では
高周波側に、Ｓ３１では低周波側に移る。ΔＨの増加と
ともにＳ２１は増加する。
して計算したＳパラメータの周波数特性の図である。Δ
Ｈが増えるに従って、Ｓ１１、Ｓ３１とも劣化する。ま
た、それぞれの損失が最大となる周波数も、Ｓ１１では
高周波側に、Ｓ３１では低周波側に移る。ΔＨの増加と
ともにＳ２１は増加する。
【００１３】図７は、図６でΔＨ＝４０[Ｏe]として、
外部磁界を変化させた場合のＳパラメータの周波数特性
を示す。外部磁界は規格化磁界σｏで表現されている。
これを基準にして、低磁界側は小数点以下の数字で、高
磁界側は１より大きい数字で示す。この図から分かるよ
うに、Ｓ１１は高磁界側で改善され、Ｓ３１は低磁界側
で改善される。このようにΔＨによる損失がある場合
も、Ｓ１１とＳ３１の最適状態を同じ周波数で実現する
ことができない。
外部磁界を変化させた場合のＳパラメータの周波数特性
を示す。外部磁界は規格化磁界σｏで表現されている。
これを基準にして、低磁界側は小数点以下の数字で、高
磁界側は１より大きい数字で示す。この図から分かるよ
うに、Ｓ１１は高磁界側で改善され、Ｓ３１は低磁界側
で改善される。このようにΔＨによる損失がある場合
も、Ｓ１１とＳ３１の最適状態を同じ周波数で実現する
ことができない。
【００１４】これらの結果を整理すると、中心導体の抵
抗Ｒ、負荷容量Ｃのtanδ、ガーネットのΔＨなどの損
失が導入されると当然ながら挿入損失（Ｓ２１)は増加
する。と同時に、反射損失（Ｓ１１)、逆方向損失（Ｓ
３１)も劣化する。これを改善する目的で、外部磁界を
変化させるのであるが、いずれの場合も反射損失（Ｓ１
１)は磁界を強くした場合に改善され、逆方向損失（Ｓ
３１)は磁界を弱くした場合に改善される。なんらかの
損失が有る場合は、両者を同時に満足させる外部磁界は
存在しない。
抗Ｒ、負荷容量Ｃのtanδ、ガーネットのΔＨなどの損
失が導入されると当然ながら挿入損失（Ｓ２１)は増加
する。と同時に、反射損失（Ｓ１１)、逆方向損失（Ｓ
３１)も劣化する。これを改善する目的で、外部磁界を
変化させるのであるが、いずれの場合も反射損失（Ｓ１
１)は磁界を強くした場合に改善され、逆方向損失（Ｓ
３１)は磁界を弱くした場合に改善される。なんらかの
損失が有る場合は、両者を同時に満足させる外部磁界は
存在しない。
【００１５】最も望ましい点は、両者の中間に外部磁界
を設定することである。即ち、無損失であると仮定して
もとめた動作磁界でサーキュレータを動作させた場合が
最も効率的であることを意味する。しかし、実際問題と
して、無損失の集中定数型サーキュレータを実現するこ
とは不可能である。従って、実際問題としては、磁界を
強くすると反射損失が改善され、かつ磁界を弱くすると
逆方向損失が改善されるような外部磁界に設定すること
が、無損失集中定数型サーキュレータの動作磁界に近い
ことになる。これまでの説明で明らかなように、損失係
数の増加に伴う反射損失及び逆方向損失の劣化を最小限
にくい止めるためには、上述のような磁界設定が最も好
ましいことが分かった。
を設定することである。即ち、無損失であると仮定して
もとめた動作磁界でサーキュレータを動作させた場合が
最も効率的であることを意味する。しかし、実際問題と
して、無損失の集中定数型サーキュレータを実現するこ
とは不可能である。従って、実際問題としては、磁界を
強くすると反射損失が改善され、かつ磁界を弱くすると
逆方向損失が改善されるような外部磁界に設定すること
が、無損失集中定数型サーキュレータの動作磁界に近い
ことになる。これまでの説明で明らかなように、損失係
数の増加に伴う反射損失及び逆方向損失の劣化を最小限
にくい止めるためには、上述のような磁界設定が最も好
ましいことが分かった。
【００１６】以上の説明はサーキュレータについてであ
るが、Ｔ３端子と共通部の間に抵抗を接続し、その抵抗
を内蔵したアイソレータ構成においても同じようなこと
が言える。Ｔ２端子からマイクロ波を入射してＴ１端子
の出力を測定した場合、逆方向損失Ｓ２１は上述のＳ３
１と等価である。従って、本発明の磁界調整方法がアイ
ソレータにも適用可能であることは、本分野の専門家で
有れば、容易に理解できる。
るが、Ｔ３端子と共通部の間に抵抗を接続し、その抵抗
を内蔵したアイソレータ構成においても同じようなこと
が言える。Ｔ２端子からマイクロ波を入射してＴ１端子
の出力を測定した場合、逆方向損失Ｓ２１は上述のＳ３
１と等価である。従って、本発明の磁界調整方法がアイ
ソレータにも適用可能であることは、本分野の専門家で
有れば、容易に理解できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の磁界調整方法を用いることによ
り、高性能な集中定数型サーキュレータを得ることがで
きる。
り、高性能な集中定数型サーキュレータを得ることがで
きる。
【図１】無損失集中定数型サーキュレータのＳパラメー
タの周波数特性を示す図。
タの周波数特性を示す図。
【図２】中心導体の抵抗Ｒを考慮した場合のＳパラメー
タの周波数特性を示す図。
タの周波数特性を示す図。
【図３】Ｒ＝０.２[Ω]として規格化磁界を変化させた
場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明の
原理を示す図。
場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明の
原理を示す図。
【図４】負荷容量Ｃのtanδを考慮した場合のＳパラメ
ータの周波数特性を示す図。
ータの周波数特性を示す図。
【図５】tanδ＝０.０１として規格化磁界を変化させた
場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明の
原理を示す図。
場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明の
原理を示す図。
【図６】ガーネットの損失係数ΔＨを考慮した場合のＳ
パラメータの周波数特性を示す図。
パラメータの周波数特性を示す図。
【図７】ΔＨ＝４０[Ｏe]として規格化磁界を変化させ
た場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明
の原理を示す図。
た場合のＳパラメータの周波数特性を示す図で、本発明
の原理を示す図。
【図８】集中定数型サーキュレータの概略構造断面図。
【符号の説明】 １ 中心導体 ２ フェリ磁性体 ３ 共通部 ４ 絶縁シート ５ 外部磁界 Ｃ 負荷容量 Ｒｏ 抵抗
Claims (2)
- 【請求項１】 直流磁界が印加されたフェリ磁性体、該
フェリ磁性体に近接して配され互いに交差した３組の中
心導体、前記中心導体の個々の一方は入出力端子とな
り、他方は３組とも共通部に接続され、かつ前記中心導
体の一方と他方の間に負荷容量が配された構成を有する
集中定数型サーキュレータにおいて、前記入出力端子の
一つと共通部の間に抵抗を接続し、残りの二つの入出力
端子間での挿入損失、逆方向損失、各端子の反射損失を
同じ内部インピーダンスを有する測定系で測定した場
合、前記反射損失は設定磁界より磁界を強くした場合に
増加（改善）し、前記逆方向損失は設定磁界より磁界を
弱くした場合に増加（改善）するように、前記フェリ磁
性体に印加される磁界を前記設定磁界に調整されたこと
を特徴とする集中定数型サーキュレータ。 - 【請求項２】 前記抵抗を内蔵し、アイソレータとして
の機能を有する請求項１記載の集中定数型サーキュレー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15865696A JP3267864B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 集中定数型サーキュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15865696A JP3267864B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 集中定数型サーキュレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1013109A true JPH1013109A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3267864B2 JP3267864B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=15676485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15865696A Expired - Lifetime JP3267864B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 集中定数型サーキュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3267864B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006246318A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Hitachi Metals Ltd | ３巻線型非可逆素子 |
| KR101052713B1 (ko) | 2009-05-29 | 2011-07-29 | 전자부품연구원 | 써큘레이터/아이솔레이터 |
-
1996
- 1996-06-19 JP JP15865696A patent/JP3267864B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006246318A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Hitachi Metals Ltd | ３巻線型非可逆素子 |
| JP4507190B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2010-07-21 | 日立金属株式会社 | ３巻線型非可逆素子 |
| KR101052713B1 (ko) | 2009-05-29 | 2011-07-29 | 전자부품연구원 | 써큘레이터/아이솔레이터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3267864B2 (ja) | 2002-03-25 |
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