JPS5932001B2 - ストリツプラインサ−キユレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気特注のすぐれ、量産に適したストリップラ
インサーキュレータの構造に関する。

第１図Ａは３ポ一トｇｔ称（Ｙ形）接合部を示す原理図
である。

３ケの同軸形伝送線路１ａｙ２ａｔ３８がストリップラ
インに変換された後、平面内で互い］こ１２０°の角度
を保って会合すること（こよりＹ形対称接合部が得られ
る。

接合部において内導体１，２．３とケースを兼ねた地導
体４の内に磁針体５を挿入し１，２．３の先端は４）こ
短絡される。

外部から磁針体５Ｉこ静磁界を卯のｕし、かつ接合部の
中央または周辺外部（こ容量を付加すること（こより（
マイクロ波）サーキュレータが得られる。

ここで内導体１，２．３は会合する中心部では相互に絶
縁されているものとする。

第１図Ａの端子１ａに高周波入力が印加されると、同図
Ｂに示すごとく接合部において内導体１に電流１１が流
れ、そのため高周波磁界ｈ１が生ずる。

接合部ｔこ充填された磁針体５はｈｌを接合部平面内で
１２０°回転して高周波磁界ｈ３を生ずる。

ｈ３は内導体３高周波電流ｉ３を生じ、ｉ３は端子３に
高周波出力をもたらす。

一方高周波磁界ｈ１とｈ３はそのベクトルの向きが同図
Ｂに示すよう１こ磁は体の動作等を予め調整しておけば
、ｈｌとｈ３の合成ベクトルｈ２は内導体２に平行とな
りｈ２による電流１２は内導体２に直交しており、これ
１こ電流が流れることができない。

即ち端子１ａへの入力は端子３ａに伝達され端子２ａに
は生じない。

２ａはアイソレーション端子と云う。ｈ工さｈ３のベク
トルの位相が正しく第１図Ｂのよう］こ保たれるため１
こ磁石等により外部磁界を調整し、かつ接合部外部に端
子１３〜３ａに直列または並列にコンデンサを付加する
ことが必要であるがこれについては説明を省略する。

さて以上の記述より知られるようにサーキュレータ作用
は接合部平面内にて互いに１２０°に配置された３つの
内導体並びに磁針体の４者が正しいベクトル関係で密接
に（漏洩なく）相関することによって得られる。

また第１図Ｂのベクトル関係は接合部特に磁性体内部の
全領域で条件が満たされていることが望ましい。

そのためには磁性体の内部並周辺で高周波磁界ベクトル
の空間的曲り等の乱れや漏洩を最小限に保つことが必要
である。

特に小形のサーキュレータを得るため提案された集中定
数形サーキュレータ（特公昭４ｌ−１５０５８）の原理
図を第２図１こ示す。

ここでは、（１）接合部内導体としてインダクタ６．７
．８を用い、（２）伝送線路とコイルとの間に集中定数
キャパシタを備え、（３）磁性体への印カロ磁界を磁気
共鳴以上のγバーブレゾナンス動作１こ保ちかつ（４）
３ケのインダクタ６．７．８の接続方法としてＹ形結線
を用いる（Δ形も記述しである）ことが述べられており
、集中定数小形サーキュレータの基本的な技術上の要件
をすべて備えている。

一方インダクタの形成に基板（表面に導電層を設けたも
の）を用いる提案も行われた（特公昭４１−１１２９０
、特公昭４ｌ−１１２９１）。

第２図のインダクタに対応して第３図（こ示すごとく接
合部のストリップラインの内導体を平行な２本以上の複
線に分割する提案（特公昭４２−４０８８）が行われた
。

内導体の形状例を同図Ａ。Ｂ、Ｃに、また接合部の状態
を同図］］こ示す。

内導体を第１図Ａの如き広いものにすると、３ケの内導
体が互いｆこ他を遮蔽し、かつ内導体間にサーキュレー
タ作用１こ無関係な容量が生じ、実用できない。

現在ではＶＨＦ 、ＵＨＦ帯では平行２線ストリップラ
イン形が最も多く実用されている。

しかし使用周波数が高く、小形でかつ高電力が通過する
サーキュレータでは平行２線ストリップライン形は２つ
の欠点を有する。

その１つは電気特注に関するものである。

平行２線ストリップラインの内導体には第３図Ａ−Ｃな
どの例があるがその電流ベクトルの有様を考察すると同
図Ｅの点Ａでは同図Ｆに示すごとく、サーキュレータの
動作にとって好ましくない直流電流成分ｉｔａ、１１ｂ
が発生し、これらの電流はＡ点付近で磁性体内に好まし
くない磁界成分ｈ１ａ、ｈ、ｂを発生させてサーキュレ
ータの電気的特はを劣化させる。

Ａ点における電磁界の乱れは動作周波数が高まる程大き
くなりサーキュレータの損失を増し帯域幅を狭くする。

第３図の平行腕サーキュレータの別の欠点は接合部内導
体の組立およびケースを兼ねた地導体の製作の困難さに
ある。

これを避けるためスルーホールによる印刷配線板を用い
る方法（特公昭４９−１９０１０）および第４図に示す
ごとく円形内導体Ａ、Ｂ等を用い、同図Ｃの如く組立て
る方法（特公昭５Ｏ−１２７０９）が提案された。

しかし前者については、サーキュレータのほとんどがＶ
ＨＦ、ＵＨＦ帯の高電力トランジスタの保護および高電
力トランジスタの非線形に基づくスプリアス軽減の為に
使用されることを考慮するとこの方法は実用できない。

すなわち印刷配線板の導体はうすく、その銅損が大きく
またそれによる熱の発生量の増大を招く悪循環がある。

そのため現在は厚い導体パタンを用いる極めて手作業的
な製造をせざるを得すサーキュレータのコストは通信機
の中でも最も高価な部品の１つとなっている。

一方後者（％公昭５Ｏ−１２７０９）は接合部のストリ
ップラインの内導体は第４図へまたはＢに示すように円
形で、これを同図Ｃのように組立でるものである。

この状態では内導体の端子数は線路側も短絡側も各々合
計３ケであり、地導体を兼ねた接合部ケースの構造並び
に接合部の組立ても容易で量産に適する。

しかし電気的に眺めると、内導体の電流は同図りおよび
Ｅに示すようにＡまたけＢ点の極めて近傍では第３図Ｆ
の電流ベクトルの直交成分に近似しており、それらの点
におけるサーキュレータ動作にとっての不要モードの発
生を防止することができない。

従って本発明は従来のサーキュレータの上記各欠点を改
善するもので、その目的はサーキュレータの接合部にお
ける端部での電磁波の乱れを防止すると共に、簡単に高
精度の組立が可能となる構造を提供することにある。

この目的を達成するなめの本発明の特徴は、サーキュレ
ータの接合部における内導体の形状が所定の分岐角で少
なくとも２本の腕を有する放射形状で各腕の開放端が地
導体を兼ねたケースに短絡されることにある。

腕の数が２の場合には内導体の形状ははゾｖ字形となる
。

以下図面により実施例を詳細に説明する。第５図は本発
明によるストリップライン内導体の接合部における形状
の実施例で、内導体ははゾ■字形で、角度θで開く腕ａ
及びａ２を有し、２腕の結合部Ａと腕の先端Ｆ３ｔでの
垂直距離はｔであり、距離ｔは円板磁囲体の直径に等し
い。

腕が９０°より小さな角度θで開いているのでＡ点付近
では電流のベクトルの方向は急激には変化せず電磁界の
乱れが防止される。

さらに内導体がＶ字形となっているので、３本の内導体
のいずれか一方の腕が小領域（第８図の３角領域）に同
時に会合することが出来、かつこの小領域を接合部平面
内に効果的に分布させることが出来る。

第５図の内導体は第６図のごとく組立てられ、７字形の
開放端はケースを兼ねた地導体に電気的に接続される。

前述した如く、良好なサーキュレータ作用を具現する条
件は高周波磁界ｈ１．ｈ２．ｈ３の３ケのベクトルが平
面内で正しい角度並位相で漏洩なく結合することである
。

第７図は内導体に沿う電流１１並ひに磁気ベクトルｈ１
の有様を示す。

同図に示すとと＜ｉｌの分岐電流！□ａ、ｉ＋ｂの合成
ベクトルはｉ′１となりｉ′１による磁気ベクトルｈ１
は正しく平行直線ベクトルとなっており且つ１１に直角
である。

すなわち不要ベクトルは発生しない。

３つの内導体が磁叶体面上で交叉する様子を第８図に示
す。

３ケの磁気ベクトルｈＩ、ｈ２．ｈ３を生ずるための３
ケのＶ字形内導体についてｖ字導体の２腕のうちの左右
いずれかの腕が会合する部分は６ケの３角形の黒く塗っ
た部分と１ケの中央６角形部分である。

６ケの交叉部は点ではなく３角領域をなす。

いま第５図の角度θを０より増すに従い、６ケの交叉部
は磁性体５の平面内で中央から周辺方向に移動する。

３ケの内導体の交叉部の電流が磁は体５と良好に結合し
て磁気ベクトルｈ１〜ｈ３を中ぜしめろ作用効果は角度
θと共に変化し、作用効果が最良となる最適角度θが存
在する。

第５図の内導体を用いた９００ＭＨｚ帯サーキュレすタ
の挿入損失並びにアイソレーション端子への高周波リー
クのレベルが２０ ｄＢ低下する帯域幅（これを２０
ｄＢアイソレーション帯域幅という）との関係を第９図
に示す。

第９図の例では最適角θは１５〜２５°附近である。

Ｖ字形内導体の効果を試験する為に第６図のように正し
く取りつけた上述の結果に灯して、第１０図並びに第１
１図の形状にて同図のＡ点側を短絡しＢ点側を線路側と
する逆の配置法に関する実験を行った。

その結果、２０ ｄＢアイソレーション帯域幅は正しい
配置法の場合の７０％以下であった。

このことから第５図においてＡ点での反射が有効に防１
トされていることがわかる。

また、９００ＭＨｚにおいて内導体の幅１ｎｍ、θ＝１
５゜の７字形による第６図の構成と、幅１７ｎｍ間隔２
．５ｍｍに配置した第３図りの構成と比較した実験では
、２０ｄＢアイソレ一シヨン帯域幅は前者が１０〜１５
％程度広いかまたは同程度であった。

挿入損失は同程度であった。

第５図に示す本発明によるＶ字形内導体を用いるストリ
ップラインサー午ユレータでは、機構を従来よりも簡易
にでき、従って量産製造が容易となる。

まず、従来の平行２線内導体を用いた高電力小型サーキ
ュレータの構造の一例を第１２図に示す。

地導体を兼ねた接合部ケース４，４ａの内部に磁性体５
．５ａ、内導体９，１０．１１が収容される。

第３図りより知られるように平行内導体ではケース４，
４ａの設計は極めて困難である。

そのため第１２図に示すように４，４ａの同図６の部分
の長さを延長し、内導体９〜１１の先端と共に６の部分
全体をハンダ付けしている。

この構造ではすべての部品を正しい位置、角度関係に保
って組立て上げることは極めて困難である。

従来は第１２図の如き小さな部品１ケを組立てるのに２
００〜３００ケのロフトにおいてさえ４０分〜１時間を
要しており、まったく量産的ではない。

組立てが完全でないと電気調整時間も長くなる悪影響が
出、量産にとって悪循環をなす。

本発明に基づく７字形の内導体を用いると特に地導体を
兼ねた接合部ケースの機構が簡単となる。

第１３図Ａ及びＢは本発明の内導体を用いた地動体を兼
ねたケースの構造に関する実施例である。

地動体を兼ねたケース２０は内導体１８，１９゜２０と
短絡しないようケース２１に溝を設けである。

またフタ２１ａはケース２１に穴を通し周辺をおりまげ
られる。

フタ２１ａの穴２１ｂの周辺はすべての組立てが完了し
た後必要に応じて半田づけしてもよい。

第１３図Ａ及びＢの構造では、ケース２１に磁性体円板
５、内導体の相互に絶縁されかつ互いに１２０°の交角
をなすよう配置し、かつ絶縁体同志を熱圧着することに
より一体化した内導体の糾み２２、磁性体円板５ａ、フ
タ２１ａの順序にて組立てさらにケース２１の外部に設
けられた印刷配線基板２３の導体島２３ａに内導体の一
端をハンダ付けする等のプロセスにより量産製造し得る
。

基板２３とケース２１はネジによりシャーシ２４に固定
される。

第１４図は本発明の別の実施例で内導体１５゜１６．１
７のＶ字の２腕が番６図と異なり互いに交叉する。

Ｖ字の各腕は互いに重なる順序が３ケの内導体各々平等
になるよう２５〜３０の順序で組み合わされることによ
り電気的なアンバランスを軽減している。

第１５図は地導体を兼ねたケースの構造に関する別の実
施例を示す。

この例ではフタ２４ａのケース２４へのネジ止めが可能
で組立てをさらに容易にしている。

本発明はＶ字形に分岐した内導体を用いることにより電
気的にはサーキュレータ接合部の端部での電磁波の反射
を軽減し、しかも接合部内では良好な磁気ベクトルの交
叉条件を保つことにより、ストリップライン集中定数す
−午ユレータの使用周波数の限界を従来より拡大できる
と共に、接合部ケースの構造簡易化が容易で、良好なサ
ーキュレータを安価に多量に供給することが可能で、産
業的には例えば自動車無線塔載用として使用できるなど
、コスト、量産曲の面で寄与効果は極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢはストリップラインサー午ユレータの動
作原理の説明図、第２図Ａ及びＢは従来のインダクタを
用いた集中定数サーキュレータの動作原理の説明図、第
３図Ａ−Ｆは従来の平行腕形サーキュレータの説明図、
第４図Ａ−Ｅは従来の別のサーキュレータの説明図、第
５図は本発明によるサーキュレータの内導体の構造例、
第６図は第５図の内導体の組立図、第７図Ａ及びＢ及び
第８図は本発明によるサーキュレータの動作説明図、第
９図は本発明によるサーキュレータの特は例、第１０図
と第１１図は、内導体の別の構造例、第１２図は従来の
サーキュレータの組立図中第１３図Ａ及びＢ図は本発明
によるサーキュレータの組立図、第１４図と第１５図は
本発明によるサーキュレータの別の組立図である。 １５．１６，１７・・・・・・内導体、ａｌｐ ａ２・
・・・・・腕、２０・・・・・・地導体（ケース）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 先端がケースに短絡された少なくとも３つのストリ
   ップラインの内導体が所定の角度で交叉する接合部と、
   接合部ｌこおけるストリップラインの媒質である磁針体
   と、該磁針体１こ静電界を印カ目する手段とを有するス
   トリップラインサーキュレータ１こおいて、前記ストリ
   ップラインの接合部における内導体の形状が所定の分岐
   角を有し少なくとも２本の腕を有する放射形状であり、
   各腕の結合部が線路に接続され、各腕の開放端が接合部
   のケースによる地導体１こ短絡されることを特徴とする
   ストリップラインサーキュレータ。