JPS6117402B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6117402B2 JPS6117402B2 JP16082878A JP16082878A JPS6117402B2 JP S6117402 B2 JPS6117402 B2 JP S6117402B2 JP 16082878 A JP16082878 A JP 16082878A JP 16082878 A JP16082878 A JP 16082878A JP S6117402 B2 JPS6117402 B2 JP S6117402B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circulator
- ferrimagnetic
- line
- radius
- broadband
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Links
- 239000002902 ferrimagnetic material Substances 0.000 claims description 20
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
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- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Description
本発明は接合部と分岐線路とを有する内部導体
と地導体との間にフエリ磁性体を設けたサーキユ
レータの小形化に関するものである。 従来のサーキユレータは、接合部とフエリ磁性
体とがTM110モードで共振する様な半径Ｒの円
板が用いられている。この半径Ｒは、C.E.Fay他
による論文“Operation of the Ferrite Junction
Circulator（IEEETransaction on MTT、
January 1965、pp15−27）によると次式のよう
に示される。 但し、εf：フエリ磁性体の比誘電率、μf：フ
エリ磁性体の実効誘磁率、ｆ：サーキユレータの
動作中心周波数（GHz） この接合部のインピーダンスは普通15〜20Ω程
度である。一方他の通信機器と接続して用いるた
めに、サーキユレータの入出力端子は50Ωに整合
する必要がある。前記接合部と50Ωの入出力線路
２を直接接続するとインピーダンス整合がとれな
いので、一般に接合部と入出力線路との間に1/4
波長（λｇ／４）の長さの広帯域整合用線路が設
けられている。この部分は基本的にはインピーダ
ンス変成器で、30Ω程度のλｇ／４線路であり、
広帯域サーキユレータにとつて、必要不可欠であ
るが、この線路の長さはサーキユレータを必然的
に大きくする。そこで、広帯域整合用線路３を小
さくするため多くの試みがなされている。この試
みの一つに、誘電体リングを用いる方法がある。
誘電体リングの誘電率をεdとすれば広帯域整合
用線路３の長さｌは次式の様に誘電体リングを用
いない場合の１／√dに短縮される。 従つて広帯域サーキユレータに必要な最小半径
は（Ｒ＋ｌ）となる。この他にも広帯域整合用線
路を折り曲げて小形化したもの、あるいは誘電体
リングの替りにフエリ磁性体の誘電率εfを用い
たもの（この場合は、フエリ磁性体の半径が
（
と地導体との間にフエリ磁性体を設けたサーキユ
レータの小形化に関するものである。 従来のサーキユレータは、接合部とフエリ磁性
体とがTM110モードで共振する様な半径Ｒの円
板が用いられている。この半径Ｒは、C.E.Fay他
による論文“Operation of the Ferrite Junction
Circulator（IEEETransaction on MTT、
January 1965、pp15−27）によると次式のよう
に示される。 但し、εf：フエリ磁性体の比誘電率、μf：フ
エリ磁性体の実効誘磁率、ｆ：サーキユレータの
動作中心周波数（GHz） この接合部のインピーダンスは普通15〜20Ω程
度である。一方他の通信機器と接続して用いるた
めに、サーキユレータの入出力端子は50Ωに整合
する必要がある。前記接合部と50Ωの入出力線路
２を直接接続するとインピーダンス整合がとれな
いので、一般に接合部と入出力線路との間に1/4
波長（λｇ／４）の長さの広帯域整合用線路が設
けられている。この部分は基本的にはインピーダ
ンス変成器で、30Ω程度のλｇ／４線路であり、
広帯域サーキユレータにとつて、必要不可欠であ
るが、この線路の長さはサーキユレータを必然的
に大きくする。そこで、広帯域整合用線路３を小
さくするため多くの試みがなされている。この試
みの一つに、誘電体リングを用いる方法がある。
誘電体リングの誘電率をεdとすれば広帯域整合
用線路３の長さｌは次式の様に誘電体リングを用
いない場合の１／√dに短縮される。 従つて広帯域サーキユレータに必要な最小半径
は（Ｒ＋ｌ）となる。この他にも広帯域整合用線
路を折り曲げて小形化したもの、あるいは誘電体
リングの替りにフエリ磁性体の誘電率εfを用い
たもの（この場合は、フエリ磁性体の半径が
（
【式】となる）等が知られている。
しかしながら、これら従来の試みは、広帯域整
合線路がフエリ磁性体の外部にある限り、フエリ
磁性体の半径Ｒに広帯域整合線路の長さｌを加え
た大きさが本質的に必要であるので、小形化には
限度があつた。また、サーキユレータが大きくな
るために次のような欠点もある。 (1) サーキユレータの動作周波数帯域巾の近傍に
不要共振モードが発生し易く、帯域巾を狭くす
る傾向がある。 (2) フエリ磁性体の周囲に誘電体リングを用いた
場合には、フエリ磁性体と誘電体リングとの組
合せの問題、地導体との接触不良の問題、熱膨
脹率の相違によつて生ずる温度特性の大巾な変
化あるいは誘電体リングの破損等の問題などが
ある。 本発明の目的は、以上の様な従来の広帯域サー
キユレータの欠点を除去し、従来のものに比べて
著しく小形の広帯域サーキユレータを提供するこ
とにある。 本発明は、半径Ｒの内部に広帯域整合用線路を
構成するものであり、この発明により、サーキユ
レータとしての外形寸法は従来型の2/3以下とな
り、電気的特性は従来の広帯域サーキユレータと
同等以上のものが得られる。 以下図面により本発明を詳細に説明する。 第１図は従来の広帯域サーキユレータの内部平
面図である（特公昭44−13402参照）。図におい
て、３個の入出力コネクタ７に接続された入出力
線路２が中央の接合部１で互に接続され、この接
合部１の上、下にフエリ磁性体４が配置され、こ
れら入出力コネクタ７はケースとなる地導体６に
固定されている。これら入出力コネクタと接合部
１との接合をとるために広帯域整合用線路３がλ
０／４付近の個所に付加されて広帯域化してい
る。このため前述のとおりサーキユレータの小形
化が困難であつた。 第２図および第３図は従来の誘電体リングを用
いたトリプレート型サーキユレータの斜視図およ
びその結合部の平面図である（特公昭47−144参
照）。この接合部１とフエリ磁性体４とはほぼ同
じ半径Ｒになつており、このフエリ磁性体４の外
部に誘電体リング５が設けられている。このサー
キユレータも前述の問題点があつた。 第４図は本発明の実施例のサーキユレータの結
合部の平面図である。図のように、式(1)の半径Ｒ
の円板からなるフエリ磁性体４に内接してほぼ三
角形状の接合部１を設け、この三角形の辺の中央
（ほぼ半径R/2の個所）に分岐線路を接続し、半
径R/2〜Ｒに至る部分に低インピーダンス線路を
付加して広帯域整合線路３を形成し、さらにこの
線路３に50Ωの入出力線路２を接続したものであ
る。従つて広帯域サーキユレータが半径Ｒの円内
にて構成される。 この発明の構成は、広帯域整合線路３が整合回
路の機能とともに式(1)により定まる中心周波数ｆ
の調整機能をもつことに特徴がある。すなわち、
接合部１が変形三角形状をしているので、従来型
の接合部に比べて、フエリ磁性体４上に占める面
積が約1/2となつており、ここから50Ω線路で取
り出した場合、サーキユレータの動作周波数は従
来のものよりも20〜30％高い周波数にずれてしま
うとともに帯域巾も従来のものに比べてかなり狭
くなる。これはフエリ磁性体４が従来のサーキユ
レータの中心周波数のTM110モードで共振する
寸法であるにもかかわらず、接合部１が小さいた
めに希望する周波数のTM110モードを充分に励
振させることができないためである。しかるに、
広帯域整合線路３を付加することによつて動作中
心周波数がフエリ磁性体４のTM110モード共振
周波数に下がり、更に動作帯域巾も従来の外部整
合回路付のものと同程度に広帯域化される。動作
中心周波数については接合部１の３つの頂点に相
当する部分１０と整合線路３の半径Ｒの位置にあ
る辺とを結んだ曲線が丁度、半径Ｒの円になるこ
とから達成され、広帯域化整合線路の機能をも兼
ねていることを示している。 次に、本発明の具体例として、2.2GHz帯のサ
ーキユレータを製作したが、このコネクタ部を除
いた外形寸法は30×30mmで従来のサーキユレータ
の1/2以下、重量も1/2以下になつている。このサ
ーキユレータの特性図は、第５図に示すように、
従来のものと同等の電気的特性を得ている。この
サーキユレータの接合部の構造はまずフエライト
基板上（ε＝14）に半径Ｒ（12.5mm）の円に内接
する三角形状を形成し、この三角形の接合部のイ
ンピーダンスを求め、この接合部と50Ωの入出力
線路との間に整合するインピーダンスの線路を形
成することにより得ることができる。第６図は前
記三角辺の中央から半径R/2〜Ｒの間に線路幅
（すなわちインピーダンス）を変えた線路を設け
て測定したスミス図である。この図の各特性曲線
２１，２２，２３，２４はそれぞれインピーダン
ス（線路幅）、20Ω（4.3mm）、30Ω（2.4mm）、40
Ω（1.4mm）、50Ω（0.9mm）と対応している。ま
た、入出力線路は50Ω（0.9mm）の線路となつて
いる。この図により三角形部分のインピーダンス
は20Ω程度であり、分岐線路のインピーダンスは
35Ω程度が適当であることが判る。この線路は誘
導性を示しているので、半径3/4Ｒ〜Ｒに至る部
分にこの35Ωの線路に容量性の低インピーダンス
線路（広帯域整合回路３）を付加して誘導性を補
償することによつて、第６図の特性曲線に示すと
おり、整合した特性が得られる。この場合半径
Ｒ、R/2、3/4Ｒ等の寸法、及び分岐線路、広帯
域整合回路３の線路インピーダンス等は使用材
料、印加磁界等によつて多少変わるので、最終的
には、実験によつて最適値を求めればよい。した
がつて、接合部の三角形の各辺は整合回路を設け
るために三角形に変形を与え多少凹凸があつても
整合できればよく、半径Ｒの内部に整合回路が設
けられるものであればよい。 以上のように、本発明により広帯域サーキユレ
ータが極めて小形化されるという特徴の他に、以
下に述べる利点を有している。 (1) サーキユレータの小形化により不要共振モー
ドが動作周波数帯から離れるので、不要共振モ
ード抑圧の為の対策を緩和できる。 (2) 誘電体リングを用いないので材質の相違によ
る組合せの問題がなくなる。 (3) 部品の小形化と部品数の低減による原価低減
ができる。 (4) 送受信装置等の装置そのものが小形化され重
量も軽減する。特に衛星搭載機器の場合有利と
なる。 (5) 本発明をラツチング・サーキユレータに適用
した場合には、磁気回路長が短縮されるので、
磁気抵抗が大巾に小さくなり、必要な残留磁化
を得るための外部磁気回路も小形化される。 以上、本発明の一実施例をトリプレート型サー
キユレータにて説明したが本発明はフエリ磁性体
基板を用いたマイクロストリツプ型サーキユレー
タにも適用できる。このマイクロストリツプ型サ
ーキユレータの従来のものを第６図に、本発明に
よるものを第７図に示す。マイクロストリツプ型
サーキユレータの場合、広帯域整合線路３及び入
出力線路２もフエリ磁性体基板４の上に構成され
るのでフエリ磁性体基板４の大きさは式(1)で決ま
る寸法の２倍程度になるのが普通であるが、この
場合サーキユレータ動作に必要なフエリ磁性体は
半径Ｒの円板である接合部１の占める部分であ
り、その外側は誘電率εfの誘電体として作用し
ている。 本発明の適用により、フエリ磁性体基板の大き
さは半径Ｒ＋λ出力線路分で良いため基板の大き
さが従来のものの約1/2になることは既に述べた
トリプレート型サーキユレータの場合と同様であ
る。
合線路がフエリ磁性体の外部にある限り、フエリ
磁性体の半径Ｒに広帯域整合線路の長さｌを加え
た大きさが本質的に必要であるので、小形化には
限度があつた。また、サーキユレータが大きくな
るために次のような欠点もある。 (1) サーキユレータの動作周波数帯域巾の近傍に
不要共振モードが発生し易く、帯域巾を狭くす
る傾向がある。 (2) フエリ磁性体の周囲に誘電体リングを用いた
場合には、フエリ磁性体と誘電体リングとの組
合せの問題、地導体との接触不良の問題、熱膨
脹率の相違によつて生ずる温度特性の大巾な変
化あるいは誘電体リングの破損等の問題などが
ある。 本発明の目的は、以上の様な従来の広帯域サー
キユレータの欠点を除去し、従来のものに比べて
著しく小形の広帯域サーキユレータを提供するこ
とにある。 本発明は、半径Ｒの内部に広帯域整合用線路を
構成するものであり、この発明により、サーキユ
レータとしての外形寸法は従来型の2/3以下とな
り、電気的特性は従来の広帯域サーキユレータと
同等以上のものが得られる。 以下図面により本発明を詳細に説明する。 第１図は従来の広帯域サーキユレータの内部平
面図である（特公昭44−13402参照）。図におい
て、３個の入出力コネクタ７に接続された入出力
線路２が中央の接合部１で互に接続され、この接
合部１の上、下にフエリ磁性体４が配置され、こ
れら入出力コネクタ７はケースとなる地導体６に
固定されている。これら入出力コネクタと接合部
１との接合をとるために広帯域整合用線路３がλ
０／４付近の個所に付加されて広帯域化してい
る。このため前述のとおりサーキユレータの小形
化が困難であつた。 第２図および第３図は従来の誘電体リングを用
いたトリプレート型サーキユレータの斜視図およ
びその結合部の平面図である（特公昭47−144参
照）。この接合部１とフエリ磁性体４とはほぼ同
じ半径Ｒになつており、このフエリ磁性体４の外
部に誘電体リング５が設けられている。このサー
キユレータも前述の問題点があつた。 第４図は本発明の実施例のサーキユレータの結
合部の平面図である。図のように、式(1)の半径Ｒ
の円板からなるフエリ磁性体４に内接してほぼ三
角形状の接合部１を設け、この三角形の辺の中央
（ほぼ半径R/2の個所）に分岐線路を接続し、半
径R/2〜Ｒに至る部分に低インピーダンス線路を
付加して広帯域整合線路３を形成し、さらにこの
線路３に50Ωの入出力線路２を接続したものであ
る。従つて広帯域サーキユレータが半径Ｒの円内
にて構成される。 この発明の構成は、広帯域整合線路３が整合回
路の機能とともに式(1)により定まる中心周波数ｆ
の調整機能をもつことに特徴がある。すなわち、
接合部１が変形三角形状をしているので、従来型
の接合部に比べて、フエリ磁性体４上に占める面
積が約1/2となつており、ここから50Ω線路で取
り出した場合、サーキユレータの動作周波数は従
来のものよりも20〜30％高い周波数にずれてしま
うとともに帯域巾も従来のものに比べてかなり狭
くなる。これはフエリ磁性体４が従来のサーキユ
レータの中心周波数のTM110モードで共振する
寸法であるにもかかわらず、接合部１が小さいた
めに希望する周波数のTM110モードを充分に励
振させることができないためである。しかるに、
広帯域整合線路３を付加することによつて動作中
心周波数がフエリ磁性体４のTM110モード共振
周波数に下がり、更に動作帯域巾も従来の外部整
合回路付のものと同程度に広帯域化される。動作
中心周波数については接合部１の３つの頂点に相
当する部分１０と整合線路３の半径Ｒの位置にあ
る辺とを結んだ曲線が丁度、半径Ｒの円になるこ
とから達成され、広帯域化整合線路の機能をも兼
ねていることを示している。 次に、本発明の具体例として、2.2GHz帯のサ
ーキユレータを製作したが、このコネクタ部を除
いた外形寸法は30×30mmで従来のサーキユレータ
の1/2以下、重量も1/2以下になつている。このサ
ーキユレータの特性図は、第５図に示すように、
従来のものと同等の電気的特性を得ている。この
サーキユレータの接合部の構造はまずフエライト
基板上（ε＝14）に半径Ｒ（12.5mm）の円に内接
する三角形状を形成し、この三角形の接合部のイ
ンピーダンスを求め、この接合部と50Ωの入出力
線路との間に整合するインピーダンスの線路を形
成することにより得ることができる。第６図は前
記三角辺の中央から半径R/2〜Ｒの間に線路幅
（すなわちインピーダンス）を変えた線路を設け
て測定したスミス図である。この図の各特性曲線
２１，２２，２３，２４はそれぞれインピーダン
ス（線路幅）、20Ω（4.3mm）、30Ω（2.4mm）、40
Ω（1.4mm）、50Ω（0.9mm）と対応している。ま
た、入出力線路は50Ω（0.9mm）の線路となつて
いる。この図により三角形部分のインピーダンス
は20Ω程度であり、分岐線路のインピーダンスは
35Ω程度が適当であることが判る。この線路は誘
導性を示しているので、半径3/4Ｒ〜Ｒに至る部
分にこの35Ωの線路に容量性の低インピーダンス
線路（広帯域整合回路３）を付加して誘導性を補
償することによつて、第６図の特性曲線に示すと
おり、整合した特性が得られる。この場合半径
Ｒ、R/2、3/4Ｒ等の寸法、及び分岐線路、広帯
域整合回路３の線路インピーダンス等は使用材
料、印加磁界等によつて多少変わるので、最終的
には、実験によつて最適値を求めればよい。した
がつて、接合部の三角形の各辺は整合回路を設け
るために三角形に変形を与え多少凹凸があつても
整合できればよく、半径Ｒの内部に整合回路が設
けられるものであればよい。 以上のように、本発明により広帯域サーキユレ
ータが極めて小形化されるという特徴の他に、以
下に述べる利点を有している。 (1) サーキユレータの小形化により不要共振モー
ドが動作周波数帯から離れるので、不要共振モ
ード抑圧の為の対策を緩和できる。 (2) 誘電体リングを用いないので材質の相違によ
る組合せの問題がなくなる。 (3) 部品の小形化と部品数の低減による原価低減
ができる。 (4) 送受信装置等の装置そのものが小形化され重
量も軽減する。特に衛星搭載機器の場合有利と
なる。 (5) 本発明をラツチング・サーキユレータに適用
した場合には、磁気回路長が短縮されるので、
磁気抵抗が大巾に小さくなり、必要な残留磁化
を得るための外部磁気回路も小形化される。 以上、本発明の一実施例をトリプレート型サー
キユレータにて説明したが本発明はフエリ磁性体
基板を用いたマイクロストリツプ型サーキユレー
タにも適用できる。このマイクロストリツプ型サ
ーキユレータの従来のものを第６図に、本発明に
よるものを第７図に示す。マイクロストリツプ型
サーキユレータの場合、広帯域整合線路３及び入
出力線路２もフエリ磁性体基板４の上に構成され
るのでフエリ磁性体基板４の大きさは式(1)で決ま
る寸法の２倍程度になるのが普通であるが、この
場合サーキユレータ動作に必要なフエリ磁性体は
半径Ｒの円板である接合部１の占める部分であ
り、その外側は誘電率εfの誘電体として作用し
ている。 本発明の適用により、フエリ磁性体基板の大き
さは半径Ｒ＋λ出力線路分で良いため基板の大き
さが従来のものの約1/2になることは既に述べた
トリプレート型サーキユレータの場合と同様であ
る。
第１図は従来のトリプレート型サーキユレータ
の斜視図、第２図は第１図の分岐部を平面的に示
す図、第３図は従来の他のトリプレート型サーキ
ユレータの平面図、第４図は本発明の実施例のト
リプレート型サーキユレータの分岐部の平面図、
第５図は本発明によつて得られた2GHzサーキユ
レータの電気的特性図、第６図は第５図のサーキ
ユレータの特性を示すスミス図、第７図は従来の
マイクロストリツプ型サーキユレータの平面図、
第８図は本発明によるマイクロストリツプ型サー
キユレータの平面図である。 図において、１……接合部、２……入出力線
路、３……広帯域化のための整合線路、４……フ
エリ磁性体、５……誘電体リング、６……地導
体、７……入出力コネクタ、１０……頂点部、２
０〜２４……特性曲線である。
の斜視図、第２図は第１図の分岐部を平面的に示
す図、第３図は従来の他のトリプレート型サーキ
ユレータの平面図、第４図は本発明の実施例のト
リプレート型サーキユレータの分岐部の平面図、
第５図は本発明によつて得られた2GHzサーキユ
レータの電気的特性図、第６図は第５図のサーキ
ユレータの特性を示すスミス図、第７図は従来の
マイクロストリツプ型サーキユレータの平面図、
第８図は本発明によるマイクロストリツプ型サー
キユレータの平面図である。 図において、１……接合部、２……入出力線
路、３……広帯域化のための整合線路、４……フ
エリ磁性体、５……誘電体リング、６……地導
体、７……入出力コネクタ、１０……頂点部、２
０〜２４……特性曲線である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ３個の入出力端から延長された分岐線路およ
びこれら分岐線路を接続する接合面部とをもつ内
部導体と、前記接合面部の面の両側に設けたフエ
リ磁性体と、これらフエリ磁性体に磁界を印加す
る外部磁気回路と、これら内部導体およびフエリ
磁性体を支持し接地部となる地導体とからなる広
帯域サーキユレータにおいて、前記接合面部は、
その半径Ｒが 但し、εf：フエリ磁性体の比誘電率、μf：フ
エリ磁性体の実効誘磁率、ｆ：中心周波数
（GHz） で決定される中に内接するほぼ三角形の導体から
なり、前記分岐線路は、前記三角形の辺のほぼ中
央部から前記円の外側に向けてそれぞれ延長する
ように接続され、かつこれら分岐線路上で前記円
の中心から距離R/2からＲまでの個所に広帯域整
合用低インピーダンス線路をそれぞれ設けること
を特徴とする広帯域サーキユレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16082878A JPS5583302A (en) | 1978-12-19 | 1978-12-19 | Broad-band circulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16082878A JPS5583302A (en) | 1978-12-19 | 1978-12-19 | Broad-band circulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5583302A JPS5583302A (en) | 1980-06-23 |
| JPS6117402B2 true JPS6117402B2 (ja) | 1986-05-07 |
Family
ID=15723279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16082878A Granted JPS5583302A (en) | 1978-12-19 | 1978-12-19 | Broad-band circulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5583302A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4761621A (en) * | 1986-06-30 | 1988-08-02 | Motorola, Inc. | Circulator/isolator resonator |
| JP4817050B2 (ja) | 2006-02-07 | 2011-11-16 | 日立金属株式会社 | 非可逆回路素子 |
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-
1978
- 1978-12-19 JP JP16082878A patent/JPS5583302A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5583302A (en) | 1980-06-23 |
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