JPS6333721B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6333721B2
JPS6333721B2 JP55060903A JP6090380A JPS6333721B2 JP S6333721 B2 JPS6333721 B2 JP S6333721B2 JP 55060903 A JP55060903 A JP 55060903A JP 6090380 A JP6090380 A JP 6090380A JP S6333721 B2 JPS6333721 B2 JP S6333721B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
impedance
junction
line
isolator
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.)
Expired
Application number
JP55060903A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56157101A (en
Inventor
Hidehiko Kato
Bunshiro Tsuda
Tsutomu Noguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP6090380A priority Critical patent/JPS56157101A/en
Publication of JPS56157101A publication Critical patent/JPS56157101A/en
Publication of JPS6333721B2 publication Critical patent/JPS6333721B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/32Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/36Isolators
    • H01P1/365Resonance absorption isolators

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は超高周波帯のアイソレータに関し、と
くに磁気共鳴型小型アイソレータに係る。 超高周波帯、とくにUHF帯における通信装置
あるいは放送装置を構成するにはシステムあるい
は個別回路相互間の接続部での不要反射の影響を
避けるために小型のアイソレータが不可欠であ
る。しかし従来とくに低いマイクロ波帯用には、
小型で安価なアイソレータが少く、ときには伝送
損失の犠牲を払つても上記不要反射の影響を少く
するために小型減衰器を挿入することも多かつ
た。 このような用途のアイソレータとして、第1図
に示したような、従来の磁気共鳴型アイソレータ
は、構造の簡単さから帰結される価格的メリツト
を有し、広く使用し得る可能性を持つている。第
1図のごとく、従来の磁気共鳴型アイソレータは
誘電体基板1の中にフエリ磁性体板2を挿入して
これらの一方の面上に接地導体3を設け、他の面
上には主線路11および終端開放の分岐線路12
および終端短絡の分岐線路13が形成され、これ
らがフエリ磁性体板2上の接合電極4に接続され
互いに交叉する形となつている。この接合部分に
外部磁石5により所定の磁気共鳴直流磁界が印加
される。 この場合電子通信学会マイクロ波研究会資料
MW74−89(第129頁〜9137頁)に記載されている
ように、主線路11は入出力導入線路であつてそ
の特性インピーダンスは通常のシステムおよび個
別回路の入出力インピーダンスである50Ωの入出
力インピーダンスZ0に設定される。また分岐線路
12および13の主線路側から見たインピーダン
スZc、ZLは次式で表わされる。 Zc=−jZc0 cotβlc (1) ZL=jZL0 tanβlL (2) 但しZc0、ZL0は分岐路特性インピーダンス、β
は伝播定数、lc、lLはそれぞれの長さ(ここでは
簡単のため以下接合電極端からの長さを用いる
が、これを接合部中心、あるいは線路端からの長
さとしても論旨に大幅な変動は生じない)であ
る。而して分岐線路12,13の幅および長さを Z0=|ZL|=|Zc|=Zc0 cotβlc =ZL0 tanβlL (3) の条件を満たすように設定すると入出力VSWR
は1となり、同時に接合部に回転磁界が励起され
印加直流磁界によりアイソレータ特性を示すとさ
れている。上記の条件式(3)は、Z0=ZL0=Zc0にし
たときには、lcおよびlLをともに動作周波数の波
長の1/8の長さに設定することである。 ところが、上記の条件を満たす従来のアイソレ
ータを試作したところ、第2図Aのような特性し
か得られなかつた。すなわち、接合電極直径を6
mm・フエリ磁性体板2として直径6mm厚み1mm
4πMs:480ガウスのものを用い、Z0=Zc0=ZL0
50Ω、lc=lL=27mmに設定したときの特性が第2
図Aであり、分岐線路長の約8倍の波長を有する
周波数付近でVSWRはほぼ1となり順方向損失
も0、5dBと良好であるが、逆方向損失は最大で
も約10dB程度しか得られないことが判明した。 したがつて従来の構造のアイソレータは、構造
が単純であつても特性が悪く実用に供するには問
題があつた。 このような逆方向損失を大きくするために、こ
れらのアイソレータを2個直列に接続する方法も
取られているが、構造は複雑となり、寸法は倍加
しかつ順方向損失も倍加する。 さらに従来の上記アイソレータは、分岐線路を
折り曲げて小型化を計つても900MHz帯で20mm、
角以上の基板寸法となり、なお寸法的にかなり大
きい欠点があつた。 本発明の目的は、上記のような従来構成の欠点
を克服し、充分実用的な特性を持ち、小型かつ経
済的な新構成のアイソレータを提供することにあ
る。 本発明によれば、接地面上に、面に垂直な磁界
により磁化されたフエリ磁性体板とさらにその上
面に、上記接地面に平行な面を有しかつ互いに90
度の角度間隔をなし角度方向順に第1、第2、第
3、第4の4個の開口を有する接合電極とを配置
した磁気回路接合部の、上記第2及び第4の開口
には絶対値が該接合部インピーダンスの大きさに
等しい正および負のリアクタンス回路を負荷しか
つ前記磁界の強さを所定の大きさにすることによ
り前記フエリ磁性体板を含む接合部全体を磁気共
鳴状態に設定し、さらに第1及び第3の開口には
該接合部のインピーダンスに応じた所定の変換比
を有するインピーダンス変換回路を接続して入出
力口としたことを特徴とするアイソレータが得ら
れる。 前述の従来構造のアイソレータにおいて、印加
磁界を強めると、第2図点線Pに沿つて、逆方向
損失のピークは増大しつつ高周波側に移行し、あ
るところで第2図Bに示したような特性が得られ
ることを見出した。この場合逆方向損失は20dB
以上となり、逆方向損失10dB帯域も約10%に増
大する。しかし入出力VSWRはほぼ点線qに沿
つて移行し、上記逆方向損失が大きい所で
VSWRは3〜5と劣化する。したがつて挿入損
失も1.5〜2.0dBと劣化する。点線qは印加磁界を
充分強くし、フエリ磁性体板がほぼ誘電体と見な
せる状態でのVSWRの周波数特性を示すもので、
いま最少VSWRを与える周波数をf0とする。また
点線pの最大ピークを与える周波数をfrとする。
f0およびfrは、接合部寸法が大きいほど大きく離
反し、有限の寸法を有する接合部の寸法を無視し
た従来のアイソレータの設計法では説明できない
ものである。そこで従来のアイソレータ条件であ
る式(3)を無効とし、分岐線路12,13の寸法お
よび印加磁界の強さを変えてf0およびfrの変化を
実験的に求めたところ第3図のような結果が得ら
れた。図の横軸は終端短絡分岐線路13の長さlL
であり、縦軸は周波数、パラメータは終端開放分
岐線路12の長さlcである。図において点Aおよ
びBは、第2図の特性AおよびBが得られた状態
を示している。第3図により、従来の条件式(3)を
はずした結果f0およびfrが一致する例えばC,
C′点のごとき新らしい構成が存在することを見出
した。 f0frとなる状態では分岐線路インピーダンス
ZL、Zcはそれぞれ正および負のリアクタンスを
示し、その大きさはほぼ一致する。しかしその値
は従来の設計で設定されていた主線路インピーダ
ンスとは大幅に異つており、したがつてZL0、Zc0
をZ0に一致させてもlc0、lL0を等しくする必要は
ない。 今これら一致する正負リアクタンスの大きさを
接合部インピーダンスZrと定義し、種々の接合
部寸法ならびにフエリ磁性体材料についてZrを
求めたところ、第1表のごとくになり、接合部寸
法および材料固有のものとなることを見出した。 しかしながら単に分岐線路リアクタンスの大き
さを接合部インピーダンスZrに一致させた第2
図Cの状態構造でアイソレータ特性を求めると、
第4図点線のごとく、大きな逆方向損失は得られ
るが、なおVSWRは悪化し、順方向損失も増大
することが明らかとなつた。この状態では、磁気
共鳴磁界印加時に、分岐線路を負荷した接合部イ
ンピーダンスがなお前記Zrにほぼ一致する値に
止つていることを見出し、その結果により入出力
開口部とインピーダンスZoの入出力線路の間に
ZrとZoとの変換比Zo/Zrを有するインピーダン
ス変換整合回路を挿入すると、第4図実線のごと
く、VSWR、順方向損失、逆方向損失のいずれ
もが非常に良好な特性を示すことを見出した。
The present invention relates to an ultra-high frequency band isolator, and particularly to a small magnetic resonance type isolator. In order to configure communication equipment or broadcasting equipment in ultra-high frequency bands, especially in the UHF band, small isolators are essential to avoid the effects of unnecessary reflections at the connections between systems or individual circuits. However, in the past, especially for low microwave bands,
There are few small and inexpensive isolators, and small attenuators are often inserted to reduce the influence of unnecessary reflections, sometimes even at the expense of transmission loss. As an isolator for such applications, a conventional magnetic resonance isolator, as shown in Figure 1, has a cost advantage resulting from its simple structure and has the potential to be widely used. . As shown in Fig. 1, a conventional magnetic resonance isolator has a ferrimagnetic plate 2 inserted into a dielectric substrate 1, a ground conductor 3 on one side, and a main line on the other side. 11 and branch line 12 with open end
A branch line 13 with a short-circuited end is formed, and these are connected to the joining electrode 4 on the ferrimagnetic plate 2 so as to intersect with each other. A predetermined magnetic resonance DC magnetic field is applied to this joint portion by an external magnet 5. In this case, IEICE Microwave Study Group materials
As described in MW74-89 (pages 129 to 9137), the main line 11 is an input/output introduction line, and its characteristic impedance is 50Ω, which is the input/output impedance of the normal system and individual circuits. Impedance Z is set to 0 . Further, the impedances Zc and ZL of the branch lines 12 and 13 viewed from the main line side are expressed by the following equations. Zc=−jZc 0 cotβlc (1) Z L =jZ L0 tanβl L (2) However, Zc 0 and Z L0 are branch path characteristic impedance, β
is the propagation constant, lc, l L are the respective lengths (for simplicity, the length from the junction electrode end is used below, but it is also possible to use this as the length from the junction center or from the line end). (no fluctuation occurs). Then, if the width and length of the branch lines 12 and 13 are set to satisfy the condition Z 0 = |Z L | = | Zc | = Zc 0 cotβlc = Z L0 tanβl L (3), the input/output VSWR
is 1, and at the same time, a rotating magnetic field is excited in the joint, and the applied DC magnetic field is said to exhibit isolator characteristics. The above conditional expression (3) means that when Z 0 =Z L0 =Zc 0 , both lc and l L are set to 1/8 the length of the wavelength of the operating frequency. However, when a conventional isolator satisfying the above conditions was prototyped, only the characteristics shown in FIG. 2A were obtained. In other words, the diameter of the bonding electrode is 6
mm・Ferimagnetic plate 2 has a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm.
4πMs: Use 480 Gauss, Z 0 = Zc 0 = Z L0 =
The second characteristic is when setting 50Ω, lc = l L = 27mm.
As shown in Figure A, the VSWR is approximately 1 near the frequency with a wavelength approximately 8 times the length of the branch line, and the forward loss is good at 0.5 dB, but the maximum reverse loss is only about 10 dB. It has been found. Therefore, even if the conventional structure of the isolator is simple, its characteristics are poor and it is difficult to put it into practical use. In order to increase such reverse direction loss, a method of connecting two of these isolators in series has been taken, but the structure becomes complicated, the size doubles, and the forward direction loss also doubles. Furthermore, even if the conventional isolator mentioned above is made smaller by bending the branch line, the
The board size was larger than a square, and there was a drawback that the size was quite large. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the drawbacks of the conventional structure as described above, and to provide an isolator with a new structure that has sufficient practical characteristics, is small in size, and is economical. According to the present invention, a ferrimagnetic plate is provided on a ground plane, which is magnetized by a magnetic field perpendicular to the plane, and further has a plane parallel to the ground plane on the top surface thereof, and is 90 degrees from each other.
The second and fourth openings of the magnetic circuit junction are arranged with a junction electrode having four openings, first, second, third, and fourth in the order of angular direction, with angular intervals of By loading positive and negative reactance circuits whose values are equal to the magnitude of the junction impedance and setting the strength of the magnetic field to a predetermined magnitude, the entire junction including the ferrimagnetic plate is placed in a magnetic resonance state. The isolator is characterized in that an impedance conversion circuit having a predetermined conversion ratio corresponding to the impedance of the joint portion is connected to the first and third openings to serve as input/output ports. In the isolator with the conventional structure described above, when the applied magnetic field is strengthened, the peak of the reverse direction loss increases and shifts to the high frequency side along the dotted line P in Figure 2, and at a certain point, the characteristics as shown in Figure 2B occur. It was found that it was possible to obtain In this case, the reverse loss is 20dB
As a result, the 10 dB reverse loss band also increases to about 10%. However, the input/output VSWR shifts almost along the dotted line q, where the above-mentioned reverse direction loss is large.
VSWR deteriorates to 3-5. Therefore, the insertion loss also deteriorates to 1.5 to 2.0 dB. The dotted line q shows the frequency characteristics of VSWR when the applied magnetic field is sufficiently strong and the ferrimagnetic plate can almost be regarded as a dielectric.
Let the frequency that gives the minimum VSWR be f 0 . Also, let f r be the frequency that gives the maximum peak of the dotted line p.
The larger the joint size, the greater the separation of f 0 and f r , which cannot be explained by the conventional isolator design method that ignores the finite size of the joint. Therefore, we invalidated equation (3), which is the conventional isolator condition, and experimentally determined the changes in f 0 and f r by changing the dimensions of branch lines 12 and 13 and the strength of the applied magnetic field, as shown in Figure 3. The results were obtained. The horizontal axis of the figure is the length of the terminal short-circuited branch line 13 l L
The vertical axis is the frequency, and the parameter is the length lc of the open-ended branch line 12. In the figure, points A and B indicate the state where characteristics A and B in FIG. 2 are obtained. According to FIG. 3, for example, C, where f 0 and f r match as a result of removing the conventional conditional expression (3),
We discovered that a new configuration such as point C′ exists. In the state where f 0 f r , the branch line impedance
Z L and Zc indicate positive and negative reactance, respectively, and their magnitudes are almost the same. However, its value is significantly different from the main line impedance set in conventional designs, and therefore Z L0 , Zc 0
Even if lc 0 and l L0 are made equal to Z 0 , it is not necessary to make lc 0 and l L0 equal. Now, the magnitude of these matching positive and negative reactances is defined as the junction impedance Zr, and when Zr is determined for various junction dimensions and ferrimagnetic materials, the results are as shown in Table 1. I discovered that it can become a thing. However, the second method simply matches the magnitude of the branch line reactance with the junction impedance Zr.
When determining the isolator characteristics using the state structure in Figure C,
As shown by the dotted line in Figure 4, it has become clear that although a large reverse loss can be obtained, the VSWR still worsens and the forward loss also increases. It was found that in this state, when applying a magnetic resonance magnetic field, the junction impedance loaded with the branch line still remains at a value that almost matches Zr, and the results show that the input/output aperture and the input/output line with impedance Zo Between
We found that when an impedance conversion matching circuit with a conversion ratio of Zr and Zo of Zo/Zr is inserted, the VSWR, forward loss, and reverse loss all exhibit very good characteristics, as shown by the solid line in Figure 4. Ta.

【表】 このような本願発明者等の発見にもとづき、本
発明はフエリ磁性体板2と接合電極4よりなる接
合部固有のインピーダンスにほぼ一致した正負リ
アクタンス回路を分岐線路として負荷し、かつ入
出力開口には上記接合部固有のインピーダンスを
通常の50Ωの入出力線路インピーダンスに変換す
るインピーダンス変換整合回路を負荷することに
より、第2図Aの従来のアイソレータ特性から第
4図実線の本発明による特性を示したごとく入出
力VSWR、順方向損失を良好に保つたまま大幅
に逆方向損失特性を改善しようとするものであ
る。 従来は接合部の寸法を無限小としていたため充
分なアイソレーシヨンが得られなかつたが、第5
図aにモデル的に示したように、接地導体3、フ
エリ磁性体板2、接合電極4からなる接合部は必
ず有限の寸法を有し、この寸法からくる等価回路
は第5図bのようなキヤパシタCjおよびインダク
タLj1、Lj2、Lj3、Lj4とから表わされる。通常4
回の回転対称形の場合すべてのインダクタンスは
等しくなり、これらにはフエリ磁性体の印加磁界
中の透磁率が負荷され、キヤパシタとともに接合
部固有のインピーダンスZrを呈する。したがつ
てこれらに適合した正負リアクタンス回路および
インピーダンス変換整合回路を負荷する本発明に
よりはじめて実用的に十分良好なアイソレータを
実現することができる。 現象的に換言すれば従来例で無視されていた有
限の大きさに対応して、その接合部インピーダン
スに適した正負リアクタンス回路と入出力整合イ
ンピーダンス変換回路を負荷することにより、有
限の大きさの接合部全体にわたり回転磁界が励起
され、印加磁界による磁気共鳴が、接合部全体に
わたることが実現でき、したがつて大きな磁気共
鳴現象が示されたわけである。従来例では回転磁
界の励磁が接合部の一部のみであり、印加磁界に
より、磁気共鳴現象は励起されていたが部分的で
あつたため、アイソレーシヨン特性のピークが小
さかつたと考えられる。 以下本発明について実施例を用いて詳細に説明
する。 第6図は本発明の第1の実施例を示す平面図で
ある。図において単一接地導体(図示されず)上
に誘電体基板1が乗せられ、その誘電体基板の中
央部の孔中にフエリ磁性体板2(点線)が挿入さ
れ、その上の接合電極4とともに接合部を構成し
ている。接合電極4の4個の端子のうち相対する
2端子には、終端を接地用電極3′にて短絡され
た分岐線路13、終端開放した分岐線路12から
なる回転磁界励振用のそれぞれ正負リアクタンス
回路が接続され、さらに残りの2端子には直列線
路14および並列線路15からなるインピーダン
ス変換回路が接続され、入出力主線路11および
入出力コネクタ20に接続されている。さらに接
合部に紙面に垂直な外部磁界を印加することによ
りアイソレータが得られる。 本実施例においては、ストリツプ線路導体幅は
すべて入出力インピーダンス50Ωに一致した特性
インピーダンスになるよう形成されていた。これ
に対して接合部インピーダンスZrは通常第1表
に示したようにこれより小さいので、分岐線路1
3の長さlLは動作周波数の1/8波長よりかなり小
さく、また分岐線路12の長さlcは動作周波数の
1/8波長よりかなり大きく、しかし1/4波長よりは
短く設定し、それぞれ絶対値がZrにほぼ等しい
リアクタンスを接合部に負荷している。これによ
り充分大きなアイソレーシヨンが得られる。また
直列線路14および並列線路15よりなるインピ
ーダンス変換等価LC回路により、Zrの接合イン
ピーダンスが50Ωの入出力インピーダンスに変換
整合されている。これにより大きなアイソレーシ
ヨンのまま入出力VSWRおよび順方向損失を良
好にすることができる。 誘電体基板1としてはテフロン(商品名、以下
同様)−ガラスプリント板等の高周波プリント板、
アルミナ、石英、Ba−TiO2系等のいわゆる無機
ガラスあるいはセラミツク誘電体板が用いられ
る。またフエリ磁性体板2としては、Ca−V、
Y−I系等マイクロ波ガーネツト板、あるいはそ
れらにGdを混入したガーネツト板等が使用でき
る。回路の導体パターンはマイクロ波ICの製作
技法により得られる。また外部印加磁界は通常の
電磁石あるいはAlNiCo、Ba、Sr等の永久磁石を
用いて印加でき、全体を磁気回路ケースに収納し
個別部品化することは、通常のマイクロ波サーキ
ユレータ、アイソレータの構成と類似にできるこ
とは言うまでもない。 第7図は本発明の第2の実施例を示す平面図で
本実施例においては、第6図と同様の接合部、分
岐線路を用い、接合部の入出力インピーダンス変
換整合回路として1/4波長変換線路16が用いら
れ50Ωの入出力コネクタに接続されている。1/4
波長インピーダンス変換線路16を用いることに
よりより簡単な回路パターンにすることができ
る。第6図第1の実施例と同じ構成要素はすべて
同一番号で示した。 第8図は本発明の第3の実施例を示す図で、
a,bはそれぞれ磁気回路部および本体回路部の
斜視図であり、cは本体回路部の等価回路であ
る。 第8図において、軟鉄等の磁性金属板10の中
央部に、接地導体3、フエリ磁性体板2および接
合電極4からなる接合部が固定配置され、その第
2、第4の端子にはそれぞれ接地端子30との間
に集中定数インダクタ130、集中定数キヤパシ
タ120が接続され、それぞれ正負リアクタンス
回路となされ、さらに第1および第3の端子には
直列集中定数インダクタ140を経て、並列集中
定数キヤパシタ150が入出力端子200に接続
され、これらにより入出力インピーダンス変換回
路が構成されている。これらの等価回路がcのよ
うに表わされる。さらに永久磁石50を取り付け
た磁性金属からなる上蓋51が上部よりかぶせら
れ、止めねじるし101に止めねじ101′によ
り固定することにより、フエリ磁性体板2を磁化
し、かつカバーとなる磁気回路部が構成されると
同時に、取り付け穴102,102′を有する小
型アイソレータが完成される。 本実施例においては、正負リアクタンス回路お
よび入出力インピーダンス変換回路がすべて集中
定数素子で構成されているので、UHF帯の高い
周波数帯はもちろん、低い周波数帯でも非常に小
型にすることができる。また構成部品は少くかつ
従来広く用いられているキヤパシタ、インダクタ
を用いるので、非常に安価にすることができる。
またフエリ磁性体板2は図のごとく、あらかじめ
磁性体板2の裏面にメタライズした接地導体3を
はんだ付け等により磁性金属板10に接着固定す
るか、あるいは直接接着剤等を用いて磁性金属板
10に接着固定してもよい。いづれの場合にも通
常ヒートシンクに直接固定される磁性金属板10
とフエリ磁性体板2が直接接着されるので温度特
性および電力特性も良好である。 本実施例においては支持体として磁性金属板1
0を用い、ケース上蓋51として磁性金属を用い
ることにより、磁気回路とケースとを兼用するこ
とにより簡単化を計つたが、経済的に許されるな
らばこれら磁界印加機構と、非磁性材料による支
持体、上蓋を用いて構成できることは言うまでも
ない。また永久磁石を2個用いて、フエリ磁性体
板を上下より磁化し、より一様な磁界を形成する
こともできる。 第9図は本発明の第4の実施例を示す斜視図で
あり、第8図bに相当する本体回路部のみを示し
ている。また第8図の第3の実施例と同一構成要
素は同一番号で示している。本実施例においては
正リアクタンス回路用インダクタ130、入出力
インピーダンス変換回路用インダクタ140、接
続端子および接地用導体3′等をすべて中央に孔
をあけた誘電体基板1の表面あるいは側面に導体
パターンとして形成しておき、全体を磁性金属板
10上に、接合電極4を固着したフエリ磁性体板
2とともに搭載固定し、その後接合電極端子と回
路パターンを接続し、また負リアクタンス回路用
キヤパシタ120、入出力インピーダンス変換回
路用キヤパシタ150を回路パターン上に搭載接
続することにより、小型で、製作部品の少いアイ
ソレータを構成できる。誘電体基板1としては第
1の実施例において述べたように通常のテフロン
グラスフアイバーその他のプリント板、アルミナ
等の無機セラミツク誘電体基板を用いれば、現在
の電子回路技術を用いることにより導体回路パタ
ーンを大量に、かつ高精度に形成することは極め
て容易である。接地用導体3′として図のように
側面全体を回さなくても、スルーホールメタライ
ズを代用しても良いことは言うまでもない。 第10図は本発明の第5の実施例を示す斜視図
aと同図のAA′における断面図bであり、前図と
同様第8図bに相当する本体回路部のみを示して
おり、同一構成要素は同一番号を用いて示した。 本実施例においては、誘電体基板1の貫通孔中
にフエリ磁性体板2をはめ込んで全体を焼結させ
るか、間隙をガラス等で溶融充てんし、必要に応
じて上下両面を研磨し、単一の基板とした後、そ
の一方の面には単一の接地導体3を形成し、他の
面には蒸着、メツキ、ホトエツチング等のマイク
ロ波IC技法により単一の導体パターンを形成し
接合電極4、正負リアクタンス回路および入出力
インピーダンス変換回路用のインダクタ130,
140およびキヤパシタ電極120,150を一
度に形成し全体を磁性金属板10上に固着して構
成するものである。すべてのキヤパシタ容量は。、
基板自体を誘電体として、キヤパシタ電極12
0,150と接地導体3,4の間で得られる。ま
た正リアクタンス用インダクタ130の延長は、
使用周波数の1/4波長を有する長さの短絡導体ス
トリツプ130′となつており、インダクタ13
0はこの接続部で等価的に短絡接地されている。
もちろんこれを用いないで、スルーホール、側面
メタライズにより実際に接地短絡を行つてもよ
い。また電極120′は容量調整用電極である。 本実施例においては、フエリ磁性体板と誘電体
基板とを単一基板とし、上下面にマイクロ波IC
技術で導体パターン等の形成を行うので、大量生
産に適し、かつ高周波まで使用できる精度を容易
に確保できる。また本実施例においては上下導体
間を短絡することが全く不必要であり、製作工数
を大幅に削減できる。とくにBa−TiO2系セラミ
ツク板を誘電体基板として用いれば、電極、線路
長を小さくでき非常に効果的である。 以上の各実施例のごとくに、本発明により小型
で経済的、構造が簡単な超高周波アイソレータが
得られるが、各実施例の各構成を混用して、例え
ば負リアクタンス回路としては集中定数キヤパシ
タを用い、正リアクタンス回路はストリツプ線路
にしたり、あるいはこの逆の構成等の混用を行い
同じく良好なアイソレータを実現できることは言
うまでもない。
[Table] Based on the findings of the present inventors, the present invention loads a positive and negative reactance circuit as a branch line, which almost matches the impedance specific to the joint made of the ferrimagnetic plate 2 and the joint electrode 4, and By loading the output aperture with an impedance conversion matching circuit that converts the impedance inherent to the junction into the normal 50Ω input/output line impedance, the characteristics of the conventional isolator shown in Fig. 2A are changed to those of the present invention shown by the solid line in Fig. 4. As shown in the characteristics, this is an attempt to significantly improve reverse loss characteristics while maintaining good input/output VSWR and forward loss. In the past, sufficient isolation could not be obtained because the dimensions of the joint were made infinitely small, but with the fifth
As shown in the model in Figure a, the joint consisting of the ground conductor 3, ferrimagnetic plate 2, and joining electrode 4 always has finite dimensions, and the equivalent circuit resulting from this dimension is as shown in Figure 5 b. It is represented by a capacitor Cj and inductors Lj 1 , Lj 2 , Lj 3 , and Lj 4 . Usually 4
In the rotationally symmetric case, all inductances are equal, they are loaded with the permeability of the ferrimagnetic material in the applied magnetic field, and together with the capacitor they exhibit a junction-specific impedance Zr. Therefore, it is possible to realize a sufficiently good isolator for practical use only by the present invention, which loads a positive/negative reactance circuit and an impedance conversion matching circuit that are compatible with these. In other words, by loading a positive/negative reactance circuit and an input/output matching impedance conversion circuit suitable for the junction impedance, it is possible to solve the finite size that was ignored in the conventional example. A rotating magnetic field was excited over the entire joint, and the magnetic resonance caused by the applied magnetic field could be achieved over the entire joint, thus exhibiting a large magnetic resonance phenomenon. In the conventional example, only a part of the joint was excited by the rotating magnetic field, and although the magnetic resonance phenomenon was excited by the applied magnetic field, it was only partially, which is thought to be the reason why the peak of the isolation characteristic was small. The present invention will be described in detail below using examples. FIG. 6 is a plan view showing the first embodiment of the present invention. In the figure, a dielectric substrate 1 is placed on a single ground conductor (not shown), a ferrimagnetic plate 2 (dotted line) is inserted into a hole in the center of the dielectric substrate, and a bonding electrode 4 is placed on it. Together with this, they form a joint. Two opposing terminals of the four terminals of the bonding electrode 4 are provided with positive and negative reactance circuits for excitation of a rotating magnetic field, each consisting of a branch line 13 whose terminal end is short-circuited by the grounding electrode 3' and a branch line 12 whose terminal end is open. is connected to the remaining two terminals, and an impedance conversion circuit consisting of a series line 14 and a parallel line 15 is connected to the remaining two terminals, which are connected to the input/output main line 11 and the input/output connector 20. Furthermore, an isolator can be obtained by applying an external magnetic field perpendicular to the plane of the paper to the joint. In this embodiment, all the strip line conductor widths were formed to have a characteristic impedance that matched the input/output impedance of 50Ω. On the other hand, the junction impedance Zr is usually smaller than this as shown in Table 1, so the branch line 1
The length l L of 3 is considerably smaller than 1/8 wavelength of the operating frequency, and the length lc of branch line 12 is set considerably larger than 1/8 wavelength of the operating frequency, but shorter than 1/4 wavelength. A reactance whose absolute value is approximately equal to Zr is applied to the joint. This provides a sufficiently large isolation. Further, the junction impedance of Zr is converted and matched to an input/output impedance of 50Ω by an impedance conversion equivalent LC circuit consisting of a series line 14 and a parallel line 15. This makes it possible to improve input/output VSWR and forward loss while maintaining large isolation. The dielectric substrate 1 includes Teflon (trade name, the same applies hereinafter) - a high frequency printed board such as a glass printed board,
So-called inorganic glass or ceramic dielectric plates such as alumina, quartz, and Ba-TiO 2 are used. Further, as the ferrimagnetic plate 2, Ca-V,
A microwave garnet plate such as Y-I type or a garnet plate mixed with Gd can be used. The conductor pattern of the circuit is obtained by microwave IC fabrication techniques. In addition, the externally applied magnetic field can be applied using a normal electromagnet or a permanent magnet such as AlNiCo, Ba, Sr, etc. The entire structure is housed in a magnetic circuit case and made into individual components, which is similar to the structure of a normal microwave circulator or isolator. Needless to say, it can be done. FIG. 7 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the same junction and branch line as in FIG. 6 are used, and a 1/4 A wavelength conversion line 16 is used and connected to a 50Ω input/output connector. 1/4
By using the wavelength impedance conversion line 16, a simpler circuit pattern can be achieved. All the same components as in the first embodiment of FIG. 6 are indicated by the same numbers. FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the present invention,
A and b are perspective views of a magnetic circuit section and a main body circuit section, respectively, and c is an equivalent circuit of the main body circuit section. In FIG. 8, a joint portion consisting of a ground conductor 3, a ferrimagnetic plate 2, and a joint electrode 4 is fixedly arranged in the center of a magnetic metal plate 10 such as soft iron, and its second and fourth terminals are respectively A lumped constant inductor 130 and a lumped capacitor 120 are connected to the ground terminal 30 to form a positive and negative reactance circuit, respectively, and a parallel lumped capacitor 150 is connected to the first and third terminals via a series lumped inductor 140. are connected to the input/output terminal 200, and these constitute an input/output impedance conversion circuit. These equivalent circuits are expressed as c. Further, a top cover 51 made of magnetic metal with a permanent magnet 50 attached thereto is placed over the top and fixed to the set screw 101 with a set screw 101', thereby magnetizing the ferrimagnetic plate 2 and serving as a cover for the magnetic circuit section. At the same time that is constructed, a small isolator with mounting holes 102, 102' is completed. In this embodiment, since the positive/negative reactance circuit and the input/output impedance conversion circuit are all composed of lumped constant elements, they can be made extremely compact not only in the high frequency band of the UHF band but also in the low frequency band. Furthermore, since the number of component parts is small and the conventionally widely used capacitors and inductors are used, the cost can be extremely reduced.
In addition, as shown in the figure, the ferrimagnetic plate 2 is made by bonding and fixing a ground conductor 3 that has been metalized on the back side of the magnetic plate 2 to the magnetic metal plate 10 by soldering or the like, or by directly bonding the ground conductor 3 to the magnetic metal plate 10 using an adhesive or the like. It may be fixed by adhesive to 10. In either case, a magnetic metal plate 10 is usually fixed directly to the heat sink.
Since the ferrimagnetic plate 2 and the ferrimagnetic plate 2 are directly bonded, the temperature characteristics and power characteristics are also good. In this embodiment, a magnetic metal plate 1 is used as the support.
0, and by using a magnetic metal as the case top cover 51, the magnetic circuit and the case can be used for both. Needless to say, it can be constructed using the body and the upper lid. It is also possible to use two permanent magnets to magnetize the ferrimagnetic plate from above and below to form a more uniform magnetic field. FIG. 9 is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention, showing only the main circuit section corresponding to FIG. 8b. Further, the same components as those in the third embodiment shown in FIG. 8 are indicated by the same numbers. In this embodiment, the inductor 130 for the positive reactance circuit, the inductor 140 for the input/output impedance conversion circuit, the connection terminal, the grounding conductor 3', etc. are all formed as conductive patterns on the surface or side surface of the dielectric substrate 1 with a hole in the center. The whole is mounted and fixed on the magnetic metal plate 10 together with the ferrimagnetic plate 2 to which the bonding electrode 4 is fixed, and then the bonding electrode terminal and the circuit pattern are connected, and the negative reactance circuit capacitor 120 and the input are connected. By mounting and connecting the output impedance conversion circuit capacitor 150 on the circuit pattern, it is possible to configure a small isolator with fewer manufacturing parts. As described in the first embodiment, as the dielectric substrate 1, if an ordinary Teflon glass fiber or other printed board, or an inorganic ceramic dielectric substrate such as alumina is used, a conductive circuit pattern can be formed using current electronic circuit technology. It is extremely easy to form them in large quantities and with high precision. It goes without saying that the grounding conductor 3' does not need to be turned around the entire side surface as shown in the figure, and that through-hole metallization may be used instead. FIG. 10 is a perspective view a showing a fifth embodiment of the present invention and a sectional view b taken along line AA' in the same figure, and like the previous figure, only the main body circuit section corresponding to FIG. 8b is shown. Identical components are indicated using the same numbers. In this embodiment, the ferrimagnetic plate 2 is fitted into the through hole of the dielectric substrate 1 and the whole is sintered, or the gap is filled with glass or the like, and the upper and lower surfaces are polished as necessary. After forming one substrate, a single ground conductor 3 is formed on one surface, and a single conductor pattern is formed on the other surface by microwave IC techniques such as vapor deposition, plating, and photoetching, and a bonding electrode is formed on the other surface. 4. Inductor 130 for positive/negative reactance circuit and input/output impedance conversion circuit,
140 and capacitor electrodes 120, 150 are formed at one time, and the whole is fixed on the magnetic metal plate 10. All capacitor capacities are. ,
Using the substrate itself as a dielectric, the capacitor electrode 12
0,150 and the ground conductor 3,4. Furthermore, the extension of the positive reactance inductor 130 is
The short-circuit conductor strip 130' has a length of 1/4 wavelength of the operating frequency, and the inductor 13
0 is equivalently shorted to ground at this connection.
Of course, without using this, it is also possible to actually perform the grounding short circuit using through holes and side metallization. Further, the electrode 120' is a capacitance adjusting electrode. In this example, a ferrimagnetic plate and a dielectric substrate are used as a single substrate, and microwave ICs are installed on the upper and lower surfaces.
Since conductive patterns and the like are formed using technology, it is suitable for mass production and can easily ensure accuracy that can be used up to high frequencies. Further, in this embodiment, it is completely unnecessary to short-circuit between the upper and lower conductors, and the number of manufacturing steps can be significantly reduced. In particular, if a Ba-TiO 2 ceramic plate is used as the dielectric substrate, the electrode and line lengths can be reduced, which is very effective. As in each of the above embodiments, the present invention provides an ultra-high frequency isolator that is small, economical, and has a simple structure. However, by mixing the configurations of each embodiment, for example, a lumped constant capacitor can be used as a negative reactance circuit. It goes without saying that an equally good isolator can be realized by using a strip line for the positive reactance circuit, or by using the reverse configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のアイソレータの構造を示すアイ
ソレータであり、1は誘電体基板、2はフエリ磁
性体板、3は接地導体、4は接合電極、5は永久
磁石、11は主線路、12,13は分岐線路であ
る。 第2図、第3図、第4図は本発明の原理を説明
するための特性図であり、第5図は同じく説明の
ため用いた接合部モデル図aとその等価回路図b
である。第6図、第7図はそれぞれ本発明の第
1、第2の実施例を示す平面図であり、1は誘電
体基板、2はフエリ磁性体、4は接合電極、11
は入出力主線路、12,13は分岐線路、14は
直列線路、15は並列線路、20はコネクタであ
る。 第8図は本発明の第3の実施例を示すもので
a,bはそれぞれ磁気回路部、本体回路部の斜視
図であり、cは本体回路部の等価回路図である。
図において、10は磁性金属板、3は接地導体、
2はフエリ磁性体板、4は接合電極、30は接地
端子、130,140は集中定数インダクタ、1
20,150は集中定数キヤパシタ、200は入
出力端子、150は永久磁石、51は上蓋、10
1は止めねじ孔、101′は止めねじ、102,
102′は取り付け孔である。 第9図、第10図a,bはそれぞれ本発明の第
4、第5の実施例の本体回路部を示す図で、第8
図と同一構成要素はすべて同一番号を用いて示し
た。1は誘電体基板、3′は接地用導体、13
0′は短絡導体ストリツプである。
FIG. 1 shows an isolator showing the structure of a conventional isolator, in which 1 is a dielectric substrate, 2 is a ferrimagnetic plate, 3 is a ground conductor, 4 is a junction electrode, 5 is a permanent magnet, 11 is a main line, 12, 13 is a branch line. Figures 2, 3, and 4 are characteristic diagrams for explaining the principle of the present invention, and Figure 5 is a joint model diagram a and its equivalent circuit diagram b, which are also used for explanation.
It is. 6 and 7 are plan views showing the first and second embodiments of the present invention, respectively, in which 1 is a dielectric substrate, 2 is a ferrimagnetic material, 4 is a bonding electrode, 11
1 is an input/output main line, 12 and 13 are branch lines, 14 is a series line, 15 is a parallel line, and 20 is a connector. FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention, in which a and b are perspective views of a magnetic circuit section and a main circuit section, respectively, and c is an equivalent circuit diagram of the main circuit section.
In the figure, 10 is a magnetic metal plate, 3 is a ground conductor,
2 is a ferrimagnetic plate, 4 is a joining electrode, 30 is a ground terminal, 130 and 140 are lumped constant inductors, 1
20, 150 is a lumped constant capacitor, 200 is an input/output terminal, 150 is a permanent magnet, 51 is a top cover, 10
1 is a set screw hole, 101' is a set screw, 102,
102' is a mounting hole. 9 and 10a and 10b are diagrams showing the main circuit portions of the fourth and fifth embodiments of the present invention, respectively;
All components that are the same as those in the figures are indicated using the same numbers. 1 is a dielectric substrate, 3' is a grounding conductor, 13
0' is a shorting conductor strip.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 接地面上に、面に垂直な磁界により磁化され
たフエリ磁性体板とさらにその上面に、上記接地
面に平行な面を有しかつ互いに90度の角度間隔を
なし角度方向順に第1、第2、第3、第4の4個
の開口を有する接合電極とを配置した磁気回路接
合部の、上記第2及び第4の開口には絶対値が該
接合部インピーダンスの大きさに等しい正および
負のリアクタンス回路を負荷しかつ前記磁界の強
さを所定の大きさにすることにより前記フエリ磁
性体板を含む接合部全体を磁気共鳴状態に設定
し、さらに第1及び第3の開口には該接合部のイ
ンピーダンスに応じた所定の変換比を有するイン
ピーダンス変換回路を接続して入出力口としたこ
とを特徴とするアイソレータ。
1. On the ground plane, there is a ferrimagnetic plate magnetized by a magnetic field perpendicular to the plane, and on the upper surface thereof, there are planes parallel to the ground plane, spaced apart at an angular interval of 90 degrees, and arranged in the order of the angular direction. The second and fourth openings of a magnetic circuit junction in which a junction electrode having four openings (second, third, and fourth) are arranged have positive electrodes whose absolute value is equal to the magnitude of the junction impedance. By applying a load to a negative reactance circuit and setting the strength of the magnetic field to a predetermined value, the entire joint including the ferrimagnetic plate is set to a magnetic resonance state, and the first and third openings are An isolator characterized in that an impedance conversion circuit having a predetermined conversion ratio according to the impedance of the junction is connected to serve as an input/output port.
JP6090380A 1980-05-08 1980-05-08 Isolator Granted JPS56157101A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6090380A JPS56157101A (en) 1980-05-08 1980-05-08 Isolator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6090380A JPS56157101A (en) 1980-05-08 1980-05-08 Isolator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56157101A JPS56157101A (en) 1981-12-04
JPS6333721B2 true JPS6333721B2 (en) 1988-07-06

Family

ID=13155774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6090380A Granted JPS56157101A (en) 1980-05-08 1980-05-08 Isolator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS56157101A (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221977A (en) * 2003-01-15 2004-08-05 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of magnetic resonance type irreversible circuit element, magnetic resonance type irreversible circuit element, high frequency module and communication equipment
JP5234070B2 (en) * 2010-09-03 2013-07-10 株式会社村田製作所 Magnetic resonance isolator
JP5234069B2 (en) * 2010-09-03 2013-07-10 株式会社村田製作所 Magnetic resonance isolator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5050843A (en) * 1973-09-04 1975-05-07

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5050843A (en) * 1973-09-04 1975-05-07

Also Published As

Publication number Publication date
JPS56157101A (en) 1981-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3796970A (en) Orthogonal resonant filter for planar transmission lines
EP1772926B1 (en) 2 port type isolator and communication unit
US3681716A (en) Tunable microminiaturized microwave filters
EP1098386B1 (en) Nonreciprocal device with lumped elements
US7737801B2 (en) Non-reciprocal circuit device
US7382211B2 (en) Non-reciprocal circuit device
WO1999030382A1 (en) Irreversible circuit element
US6819198B2 (en) Nonreciprocal circuit device and high-frequency circuit apparatus
JPS6333721B2 (en)
US5838209A (en) Nonreciprocal junction circuit element having different conductor intersecting angles
Katoh Temperature-stabilized 1.7-GHz broad-band lumped-element circulator
JPH11239009A (en) Band widening structure of irreversible circuit element
JP2000114818A (en) Concentrated constant nonreversible circuit element
JPS6221046Y2 (en)
JPS63260201A (en) Isolator
US20090072922A1 (en) Integrated non-reciprocal component
JP3176859B2 (en) Dielectric filter
US7429901B2 (en) Non-reciprocal circuit element, composite electronic component, and communication apparatus
JPS6337962B2 (en)
DE10151658A1 (en) Nonreciprocal circuit device and communication device with the same
JPH1197911A (en) Concentrated constant type non-reciprocal circuit element
JPH11308013A (en) Concentrated constant type non-reciprocal circuit element
JP3267010B2 (en) Non-reciprocal circuit device
US6734752B2 (en) Nonreciprocal circuit device and communication apparatus
How et al. Experimental wide-stopband filters utilizing asymmetric ferrite junctions