JPWO2013094256A1 - 非可逆回路素子及び送受信装置 - Google Patents

Abstract

非可逆回路素子において、アイソレーション特性を向上させ、比帯域幅を広くし、かつ、特性の安定化を図ること。永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極Ｌ１及び第２中心電極Ｌ２を配置した非可逆回路素子。第1中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は第１不平衡入出力端子Ｐ３に接続されるとともに平衡入出力端子の一方Ｐ５に接続され、他端はグランドに接続されている。第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は平衡入出力端子の他方Ｐ６に接続されるとともに第２不平衡入出力端子Ｐ４に接続され、他端はグランドに接続されている。第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は第１容量素子Ｃ１を介してグランドに接続され、第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は第２容量素子Ｃ２を介してグランドに接続されている。

Description

本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるサーキュレータ、及び該サーキュレータを備えて携帯電話などに搭載される送受信装置に関する。

従来から、サーキュレータは、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、サーキュレータは、携帯電話などの移動体通信機器の送受信回路部に使用されている。

この種のサーキュレータとして、特許文献１には、直流磁界が印加されるフェライトに、互いに電気的に絶縁状態で交差するように第１中心電極及び第２中心電極を配置し、第１及び第２中心電極のそれぞれの一端を第１及び第２入出力ポートとし、第１及び第２中心電極の他端の一つを第３入出力ポートとしたサーキュレータが記載されている。このサーキュレータは、従来に比べて挿入損失特性やアイソレーション特性を改善したものである。

ところで、これからの携帯電話では、複数の通信システムに対応するためにマルチバンド化、マルチモード化が進み、比帯域幅で３０％といった広帯域が要求される。しかし、前記サーキュレータでは、今後要求される広帯域化に対して、アイソレーション特性が狭いという問題点を有している。つまり、前記サーキュレータでは、中心周波数１．５ＧＨｚでアイソレーションが１０ｄＢの帯域幅は１４０ＭＨｚであり、比帯域幅は９％（１４０／１５００）程度であった。

さらに、前記サーキュレータでは、中心電極がグランドに接続されていないため、回路基板などに実装された際に中心電極と基板のグランド部との間で浮遊容量が発生し、特性がずれるという問題点を有していた。

特開平９−２３２８１８号公報

そこで、本発明の目的は、アイソレーション特性が良好で比帯域幅が広く、特性が安定した非可逆回路素子及び送受信装置を提供することにある。

本発明の第１の形態である非可逆回路素子は、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、第１中心電極の他端はグランドに接続され、
第２中心電極の一端は平衡入出力端子の他方に接続されるとともに第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
第１中心電極の一端は第１容量素子を介してグランドに接続され、
第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されていること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である送受信装置は、
非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
前記非可逆回路素子は、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、第１中心電極の他端はグランドに接続され、
第２中心電極の一端は平衡入出力端子の他方に接続されるとともに第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
第１中心電極の一端は第１容量素子を介してグランドに接続され、
第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
第１不平衡入出力端子は前記送信側端子に接続され、平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、第２不平衡入出力端子は前記受信側端子に接続されていること、
を特徴とする。

前記第１の形態である非可逆回路素子及び第２の形態である送受信装置において、第１不平衡入出力端子に入力された高周波（送信）信号は平衡入出力端子の一方に同相で他方に逆相で出力され、第２不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。平衡入出力端子に入力された高周波（受信）信号は第２不平衡入出力端子から出力され、第１不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子に入力された高周波信号は平衡入出力端子の一方及び他方が同相となるので平衡入出力端子からは出力されず、第１不平衡入出力端子に流れる。また、第１及び第２中心電極は、いずれもグランドに接続されているため、回路基板に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極のインダクタンス成分と第１容量素子のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。第２中心電極のインダクタンス成分と第２容量素子のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。以上のごとく、非可逆回路素子の一つのポートを平衡入出力ポートとしたのでサーキュレータとして機能することになり、以下の実施例で詳述するようにアイソレーション特性が良好で比帯域幅が広いサーキュレータとすることができる。

本発明の第３の形態である非可逆回路素子は、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されていること、
を特徴とする。

本発明の第４の形態である送受信装置は、
非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
前記非可逆回路素子は、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
第１不平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、平衡入出力端子は前記受信側端子に接続され、第２不平衡入出力端子は前記送信側端子に接続されていること、
を特徴とする。

前記第３の形態である非可逆回路素子及び第４の形態である送受信装置において、第１不平衡入出力端子に入力された高周波（受信）信号は平衡入出力端子の一方に同相で他方に逆相で出力され、第２不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子に入力された高周波（送信）信号は平衡入出力端子の一方及び他方が同相となるので平衡入出力端子からは出力されず、第１不平衡入出力端子からアンテナに出力される。平衡入出力端子に入力された高周波信号は第２不平衡入出力端子から出力され、第１不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。また、第２中心電極はグランドに接続されているため、回路基板に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極のインダクタンス成分と第１容量素子のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。第２中心電極のインダクタンス成分と第２容量素子のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。以上のごとく、非可逆回路素子の一つのポートを平衡入出力ポートとしたのでサーキュレータとして機能することになり、以下の実施例で詳述するようにアイソレーション特性が良好で比帯域幅が広いサーキュレータとすることができる。

第５の形態である送受信装置は、
非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
前記非可逆回路素子は、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
第１不平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、平衡入出力端子は前記送信側端子に接続され、第２不平衡入出力端子は前記受信側端子に接続されていること、
を特徴とする。

前記第５の形態である送受信装置において、第１不平衡入出力端子に入力された高周波（受信）信号は平衡入出力端子の一方及び他方が同相となるので平衡入出力端子からは出力されず、第２不平衡入出力端子に出力される。平衡入出力端子に入力された高周波（送信）信号は第１不平衡入出力端子からアンテナに出力され、第２不平衡入出力端子には大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子に入力された高周波信号は平衡入出力端子の一方に同相で他方に逆相で出力され、第１不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。また、第２中心電極はグランドに接続されているため、回路基板に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極のインダクタンス成分と第１容量素子のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。第２中心電極のインダクタンス成分と第２容量素子のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。以上のごとく、非可逆回路素子の一つのポートを平衡入出力ポートとしたのでサーキュレータとして機能することになり、以下の実施例で詳述するようにアイソレーション特性が良好で比帯域幅が広いサーキュレータとすることができる。

本発明によれば、アイソレーション特性が良好で比帯域幅が広く、特性の安定した非可逆回路素子及び送受信装置を得ることができる。

携帯電話の送受信装置の一例を示すブロック図である。 第１実施例であるサーキュレータを示す等価回路図である。 第１実施例であるサーキュレータの分解斜視図である。 第１実施例であるサーキュレータを構成するフェライトと中心電極を示す斜視図である。 第１実施例であるサーキュレータにおける第１不平衡入出力端子から平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第１実施例であるサーキュレータにおける平衡入出力端子から第２不平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第１実施例であるサーキュレータにおける第１不平衡入出力端子から第２不平衡入出力端子へのアイソレーションを示すグラフである。 第２実施例であるサーキュレータを示す等価回路図である。 第２実施例であるサーキュレータの分解斜視図である。 第２実施例であるサーキュレータを構成するフェライトと中心電極を示す斜視図である。 第２実施例であるサーキュレータにおける第２不平衡入出力端子から第１不平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第２実施例であるサーキュレータにおける第１不平衡入出力端子から平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第２実施例であるサーキュレータにおける第２不平衡入出力端子から平衡入出力端子へのアイソレーションを示すグラフである。 第３実施例であるサーキュレータを示す等価回路図である。 第３実施例であるサーキュレータの分解斜視図である。 第３実施例であるサーキュレータを構成するフェライトと中心電極を示す斜視図である。 第３実施例であるサーキュレータにおける平衡入出力端子から第１不平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第３実施例であるサーキュレータにおける第１不平衡入出力端子から第２不平衡入出力端子への挿入損失を示すグラフである。 第３実施例であるサーキュレータにおける平衡入出力端子から第２不平衡入出力端子へのアイソレーションを示すグラフである。

以下、本発明に係る非可逆回路素子及び送受信装置の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。また、図３、図４、図９、図１０、図１５及び図１６において斜線を付した部分は導体である。

（送受信装置、図１参照）
一実施例である送受信装置は、図１に示すように、アンテナＡＮＴにアンテナ共用器として機能するサーキュレータ１０を接続し、該サーキュレータ１０の一方のポートに受信側フィルタ１１Ｒｘ、ローノイズアンプ１２Ｒｘ、ミキサ１３Ｒｘを介して受信信号端子Ｒｘを接続し、他方のポートに送信側フィルタ１１Ｔｘ、パワーアンプ１２Ｔｘ、ミキサ１３Ｔｘを介して送信信号端子Ｔｘを接続したもので、ミキサ１３Ｒｘ，１３Ｔｘ間には電圧制御発振器１４が接続されている。

アンテナＡＮＴで受信した高周波信号はサーキュレータ１０で受信側フィルタ１１Ｒｘに伝送され、ローノイズアンプ１２Ｒｘ、ミキサ１３Ｒｘを介して受信信号端子Ｒｘに伝送される。送信信号端子Ｔｘから入力された高周波信号はミキサ１３Ｔｘ、パワーアンプ１２Ｔｘ、送信側フィルタ１１Ｔｘを介してサーキュレータ１０に伝送され、該サーキュレータ１０からアンテナＡＮＴに伝送される。ここで、サーキュレータ１０としては、複数の通信システムに対応するために比帯域幅で３０％といった広帯域が要求され、以下にこの種の要求に応え得るサーキュレータについて説明する。

（第１実施例、図２〜図７参照）
第１実施例であるサーキュレータ１０Ａは図１に示す集中定数型の等価回路からなる。即ち、第１中心電極Ｌ１及び第２中心電極Ｌ２が磁気結合しており、第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は第１不平衡入出力端子Ｐ３に接続されるとともに平衡入出力端子の一方Ｐ５に接続され、かつ、第１中心電極Ｌ１の他端はグランドに接続されている。第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は平衡入出力端子の他方Ｐ６に接続されるとともに第２不平衡入出力端子Ｐ４に接続され、かつ、第２中心電極Ｌ２の他端はグランドに接続されている。さらに、第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は第１容量素子Ｃ１を介してグランドに接続され、第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は第２容量素子Ｃ２を介してグランドに接続されている。

前記サーキュレータ１０Ａは、具体的には、図３及び図４に示すように、一対の永久磁石３０よって直流磁界が印加されるフェライト２０の表裏面に、互いに絶縁状態で交差した第１中心電極Ｌ１及び第２中心電極Ｌ２が配置されている。フェライト２０は一対の永久磁石３０に挟着保持され、容量素子Ｃ１，Ｃ２とともに回路基板４０上に実装される。

第１中心電極Ｌ１は、その一端Ｐ１がフェライト２０の裏面に沿って延在して電極３１ａの上端に接続され、該電極３１ａの下端はフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３１ｂの上端に接続され、該電極３１ｂの下端がグランドに接続される。第２中心電極Ｌ２は、一端Ｐ２を有する電極３１ｃが上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３１ｄの下端に接続され、該電極３１ｄが上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３１ｅを介してグランドに接続される。

このように、第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２の形状は、回路基板４０と垂直方向に回転対象であり、それぞれのインダクタンスが等しくなるように構成されている。なお、第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２のグランドに接続される電極３１ｂの下端及び電極３１ｅは一体的に構成してもよい。

回路基板４０はその上面に導体４１，４２，４３が形成されている。第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は導体４１に接続され、該導体４１の一端が第１不平衡入出力端子Ｐ３として機能するとともに、他端が平衡入出力端子の一方Ｐ５として機能する。第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２の他端（電極３１ｂ，３１ｅ）は導体４２に接続され、該導体４２はグランド端子として機能する。第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は導体４３に接続され、該導体４３の一端が第２不平衡入出力端子Ｐ４として機能するとともに、他端が平衡入出力端子の他方Ｐ６として機能する。また、第１容量素子Ｃ１は導体４１，４２間に接続され、第２容量素子Ｃ２は導体４２，４３間に接続される。

以上の構成からなるサーキュレータ１０Ａにおいて、第１不平衡入出力端子Ｐ３は送信側に接続され、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６はアンテナＡＮＴに接続され、第２不平衡入出力端子Ｐ４は受信側に接続される。

第１不平衡入出力端子Ｐ３に入力された送信信号は平衡入出力端子の一方Ｐ５に同相で他方Ｐ６に逆相で出力され、第２不平衡入出力端子Ｐ４へは大きく減衰されて伝達されることはない。平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６に入力された受信信号は第２不平衡入出力端子Ｐ４から出力され、第１不平衡入出力端子Ｐ３へは大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子Ｐ４に入力された高周波信号は平衡入出力端子の一方Ｐ５及び他方Ｐ６が同相となるので平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６からは出力されず、第１不平衡入出力端子Ｐ３に流れる。

ここで、携帯電話のアンテナ共用器として前記サーキュレータ１０Ａを用いる場合、ＷＣＤＭＡのＢａｎｄ８とＢａｎｄ１２を含むシステムにおいては、送信帯６９８〜９１５ＭＨｚ、受信帯７２８〜９６０ＭＨｚとなる。

次に、前記アイソレータ１０Ａの諸特性を図５、図６、図７を参照して説明する。ここで使用したアイソレータ１０Ａは、以下の構成からなる。フェライト２０のサイズは、１．７×０．５ｍｍ角で厚みが０．２ｍｍである。第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２はともに約５０μｍ幅である。第１容量素子Ｃ１は６．２ｐＦ、第２容量素子Ｃ２は５．２ｐＦである。平衡入出力インピーダンスは５０Ω、不平衡入出力インピーダンスは５０Ωである。

前述のように、第１不平衡入出力端子Ｐ３を送信側に接続し、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６をアンテナＡＮＴに接続し、第２不平衡入出力端子Ｐ４を受信側に接続した場合、Ｐ３からＰ５，Ｐ６への挿入損失特性を図５に示し、Ｐ５，Ｐ６からＰ４への挿入損失特性を図６に示し、Ｐ３からＰ４へのアイソレーション特性を図７に示す。６９８〜９１５ＭＨｚでの送信信号の挿入損失は、図５から明らかなように、１．７ｄＢである。７４６〜９６０ＭＨｚでの受信信号の挿入損失は、図６から明らかなように、１．６ｄＢである。６９８〜９６０ＭＨｚでの送信信号の受信側へのアイソレーションは、図７から明らかなように、２１．０ｄＢであり、アイソレーションが２０ｄＢ以上の比帯域幅は３０％以上である。

また、第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２は、いずれもグランドに接続されているため、回路基板４０に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極Ｌ１のインダクタンス成分と第１容量素子Ｃ１のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。第２中心電極Ｌ２のインダクタンス成分と第２容量素子Ｃ２のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。

（第２実施例、図８〜図１３参照）
第２実施例であるサーキュレータ１０Ｂは図８に示す集中定数型の等価回路からなる。即ち、第１中心電極Ｌ１及び第２中心電極Ｌ２が磁気結合しており、第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は第１不平衡入出力端子Ｐ３に接続されるとともに平衡入出力端子の一方Ｐ５に接続されている。第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は第１中心電極Ｌ１の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方Ｐ６及び第２不平衡入出力端子Ｐ４に接続され、第２中心電極Ｌ２の他端はグランドに接続されている。さらに、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６の間に第１中心電極Ｌ１と並列に第１容量素子Ｃ１が接続され、第２中心電極Ｌ２の一端Ｐ２は第２容量素子Ｃ２を介してグランドに接続されている。

前記サーキュレータ１０Ｂは、具体的には、図９及び図１０に示すように、一対の永久磁石３０よって直流磁界が印加されるフェライト２０の表裏面に、互いに絶縁状態で交差した第１中心電極Ｌ１及び第２中心電極Ｌ２が配置されている。フェライト２０は一対の永久磁石３０に挟着保持され、容量素子Ｃ１，Ｃ２とともに回路基板４０上に実装される。

第１中心電極Ｌ１は、一端Ｐ１を有する電極３２ａが上端からフェライト２０の裏面に沿って延在して電極３２ｂの下端に接続され、該電極３２ｂの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３２ｃの下端に接続されている。第２中心電極Ｌ２は、電極３２ｃの下端から始まり、該電極３２ｃの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３２ｄの下端に接続され、該電極３２ｄの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３２ｅの下端に接続され、該電極３２ｅの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３２ｆがグランドに接続される。

このように、第１中心電極Ｌ１はフェライト２０に２ターン巻回されており、第２中心電極Ｌ２は３ターン巻回されている。従って、第１中心電極Ｌ１よりも第２中心電極Ｌ２のインダクタンスが大きく形成されている。

回路基板４０はその上面に導体４１，４２，４３が形成されている。第１中心電極Ｌ１の一端Ｐ１は導体４１に接続され、該導体４１の一端が第１不平衡入出力端子Ｐ３として機能するとともに、他端が平衡入出力端子の一方Ｐ５として機能する。第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２の他端（電極３２ｃの下端）は導体４２に接続され、該導体４２の一端が第２不平衡入出力端子Ｐ４として機能するとともに、他端が平衡入出力端子の他方Ｐ６として機能する。また、第１容量素子Ｃ１は導体４１，４２間に接続され、第２容量素子Ｃ２は導体４２，４３間に接続される。

以上の構成からなるサーキュレータ１０Ｂにおいて、第１不平衡入出力端子Ｐ３はアンテナＡＮＴに接続され、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６は受信側に接続され、第２不平衡入出力端子Ｐ４は送信側に接続される。

第１不平衡入出力端子Ｐ３に入力された受信信号は平衡入出力端子の一方Ｐ５に同相で他方Ｐ６に逆相で出力され、第２不平衡入出力端子Ｐ４へは大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子Ｐ４に入力された送信信号は平衡入出力端子の一方Ｐ５及び他方Ｐ６が同相となるので平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６からは出力されず、第１不平衡入出力端子Ｐ３からアンテナＡＮＴに出力される。平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６に入力された高周波信号は第２不平衡入出力端子から出力され、第１不平衡入出力端子へは大きく減衰されて伝達されることはない。

ここで、前記第１実施例で説明した通信システムの携帯電話のアンテナ共用器として前記サーキュレータ１０Ｂを用いる場合の諸特性を図１１、図１２、図１３を参照して説明する。ここで使用したアイソレータ１０Ｂは、以下の構成からなる。フェライト２０のサイズは、１．７×０．５ｍｍ角で厚みが０．２ｍｍである。第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２はともに約５０μｍ幅である。第１容量素子Ｃ１は５．３ｐＦ、第２容量素子Ｃ２は３．４ｐＦである。平衡入出力インピーダンスは５０Ω、不平衡入出力インピーダンスは５０Ωである。

前述のように、第１不平衡入出力端子Ｐ３をアンテナＡＮＴに接続し、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６を受信側に接続し、第２不平衡入出力端子Ｐ４を送信側に接続した場合、Ｐ４からＰ３への挿入損失特性を図１１に示し、Ｐ３からＰ５，Ｐ６への挿入損失特性を図１２に示し、Ｐ４からＰ５，Ｐ６へのアイソレーション特性を図１３に示す。６９８〜９１５ＭＨｚでの送信信号の挿入損失は、図１１から明らかなように、１．１ｄＢである。７２８〜９６０ＭＨｚでの受信信号の挿入損失は、図１２から明らかなように、１．８ｄＢである。６９８〜９６０ＭＨｚでの送信信号の受信側へのアイソレーションは、図１３から明らかなように、１５．９ｄＢであり、アイソレーションが１５ｄＢ以上の比帯域幅は３０％以上である。

また、第２中心電極Ｌ２はグランドに接続されているため、回路基板４０に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極Ｌ１のインダクタンス成分と第１容量素子Ｃ１のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。第２中心電極Ｌ２のインダクタンス成分と第２容量素子Ｃ２のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。通常、送信側からアンテナＡＮＴへの挿入損失がアンテナＡＮＴから受信側への挿入損失よりも重視されるが、本第２実施例のごとく、第２中心電極Ｌ２のインダクタンスを第１中心電極Ｌ１よりも大きくすることで、送信側からアンテナＡＮＴへの挿入損失をアンテナＡＮＴから受信側よりも小さくできる。さらに、受信側を平衡出力としているため、受信帯域でのコモンモードノイズを低減できる。

（第３実施例、図１４〜図１９参照）
第３実施例であるサーキュレータ１０Ｃは図１４に示す集中定数型の等価回路からなる。この等価回路及び基本的な構成は前記第２実施例と同様である。但し、第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２の構成（インダクタンス比）が異なっており、かつ、第２実施例とは永久磁石３０によって印加される磁場の方向を逆向きとしている。

第１中心電極Ｌ１は、一端Ｐ１を有する電極３３ａが上端からフェライト２０の裏面に沿って延在して電極３３ｂの下端に接続され、該電極３３ｂの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３３ｃの下端に接続され、フェライト２０の裏面側に回り込んで電極３３ｄの下端に接続されている。第２中心電極Ｌ２は、電極３３ｄの下端から始まり、該電極３３ｄの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３３ｅの下端に接続され、該電極３３ｅの上端からフェライト２０の裏面側に回り込んで電極３３ｆがグランドに接続される。

このように、第１中心電極Ｌ１はフェライト２０に３ターン巻回されており、第２中心電極Ｌ２は２ターン巻回されている。従って、第２中心電極Ｌ２よりも第１中心電極Ｌ１のインダクタンスが大きく形成されている。

フェライト２０及び容量素子Ｃ１，Ｃ２が回路基板４０上に実装される形態は前記第２実施例で説明したとおりである。

以上の構成からなるサーキュレータ１０Ｃにおいて、第１不平衡入出力端子Ｐ３はアンテナＡＮＴに接続され、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６は送信側に接続され、第２不平衡入出力端子Ｐ４は受信側に接続される。

第１不平衡入出力端子Ｐ３に入力された受信信号は平衡入出力端子の一方Ｐ５及び他方Ｐ６が同相となるので平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６からは出力されず、第２不平衡入出力端子Ｐ４に出力される。平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６に入力された送信信号は第１不平衡入出力端子Ｐ３からアンテナＡＮＴに出力され、第２不平衡入出力端子Ｐ４には大きく減衰されて伝達されることはない。第２不平衡入出力端子に入力された高周波信号は平衡入出力端子の一方に同相で他方に逆相で出力され、第１不平衡入出力端子Ｐ３へは大きく減衰されて伝達されることはない。

ここで、前記第１実施例で説明した通信システムの携帯電話のアンテナ共用器として前記サーキュレータ１０Ｃを用いる場合の諸特性を図１７、図１８、図１９を参照して説明する。ここで使用したアイソレータは、以下の構成からなる。フェライト２０のサイズは、１．７×０．５ｍｍ角で厚みが０．２ｍｍである。第１及び第２中心電極Ｌ１，Ｌ２はともに約５０μｍ幅である。第１容量素子Ｃ１は３．６ｐＦ、第２容量素子Ｃ２は５．７ｐＦである。平衡入出力インピーダンスは５０Ω、不平衡入出力インピーダンスは５０Ωである。

前述のように、第１不平衡入出力端子Ｐ３をアンテナＡＮＴに接続し、平衡入出力端子Ｐ５，Ｐ６を送信側に接続し、第２不平衡入出力端子Ｐ４を受信側に接続した場合、Ｐ５、Ｐ６からＰ３への挿入損失特性を図１７に示し、Ｐ３からＰ４への挿入損失特性を図１８に示し、Ｐ５，Ｐ６からＰ４へのアイソレーション特性を図１９に示す。６９８〜９１５ＭＨｚでの送信信号の挿入損失は、図１７から明らかなように、１．０ｄＢである。７４６〜９６０ＭＨｚでの受信信号の挿入損失は、図１８から明らかなように、１．９ｄＢである。６９８〜９６０ＭＨｚでの送信信号の受信側へのアイソレーションは、図１９から明らかなように、１７．８ｄＢであり、アイソレーションが１５ｄＢ以上の比帯域幅は３０％以上である。

また、第２中心電極Ｌ２はグランドに接続されているため、回路基板４０に実装された際に浮遊容量の発生が極力小さくなる。第１中心電極Ｌ１のインダクタンス成分と第１容量素子Ｃ１のキャパシタンス成分とで主に送信信号の周波数が決まる。第２中心電極Ｌ２のインダクタンス成分と第２容量素子Ｃ２のキャパシタンス成分とで主に受信信号の周波数が決まる。通常、送信側からアンテナＡＮＴへの挿入損失がアンテナＡＮＴから受信側への挿入損失よりも重視されるが、本第３実施例のごとく、第１中心電極Ｌ１のインダクタンスを第２中心電極Ｌ２よりも大きくすることで、送信側からアンテナＡＮＴへの挿入損失をアンテナＡＮＴから受信側よりも小さくできる。さらに、送信側を平衡入力としているため、送信帯域でのコモンモードノイズを低減できる。

なお、本発明に係る非可逆回路素子及び送受信装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

特に、フェライトや永久磁石の構成、形状などの細部は任意である。また、容量素子は回路基板に改造されていてもよい。

以上のように、本発明は、非可逆回路素子及び送受信装置に有用であり、特に、アイソレーション特性が良好で比帯域幅が広く、特性が安定している点で優れている。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…サーキュレータ
２０…フェライト
３０…永久磁石
Ｌ１，Ｌ２…中心電極
Ｃ１，Ｃ２…容量素子
ＡＮＴ…アンテナ
Ｔｘ…送信側端子
Ｒｘ…受信側端子
Ｐ３…第１不平衡入出力端子
Ｐ４…第２不平衡入出力端子
Ｐ５，Ｐ６…平衡入出力端子

Claims (5)

1. 永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
   第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、第１中心電極の他端はグランドに接続され、
   第２中心電極の一端は平衡入出力端子の他方に接続されるとともに第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
   第１中心電極の一端は第１容量素子を介してグランドに接続され、
   第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されていること、
   を特徴とする非可逆回路素子。
2. 非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
   前記非可逆回路素子は、
   永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
   第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、第１中心電極の他端はグランドに接続され、
   第２中心電極の一端は平衡入出力端子の他方に接続されるとともに第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
   第１中心電極の一端は第１容量素子を介してグランドに接続され、
   第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
   第１不平衡入出力端子は前記送信側端子に接続され、平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、第２不平衡入出力端子は前記受信側端子に接続されていること、
   を特徴とする送受信装置。
3. 永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
   第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
   第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
   平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
   第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されていること、
   を特徴とする非可逆回路素子。
4. 非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
   前記非可逆回路素子は、
   永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
   第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
   第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
   平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
   第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
   第１不平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、平衡入出力端子は前記受信側端子に接続され、第２不平衡入出力端子は前記送信側端子に接続されていること、
   を特徴とする送受信装置。
5. 非可逆回路素子とアンテナと受信側端子と送信側端子を備えた送受信装置において、
   前記非可逆回路素子は、
   永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第１中心電極及び第２中心電極を配置し、
   第１中心電極の一端は第１不平衡入出力端子に接続されるとともに平衡入出力端子の一方に接続され、
   第２中心電極の一端は第１中心電極の他端に接続されるとともに平衡入出力端子の他方及び第２不平衡入出力端子に接続され、第２中心電極の他端はグランドに接続され、
   平衡入出力端子の間に第１中心電極と並列に第１容量素子が接続され、
   第２中心電極の一端は第２容量素子を介してグランドに接続されており、
   第１不平衡入出力端子は前記アンテナに接続され、平衡入出力端子は前記送信側端子に接続され、第２不平衡入出力端子は前記受信側端子に接続されていること、
   を特徴とする送受信装置。

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