KR100431145B1 - 비가역 회로 소자 및 이를 포함하는 통신기 장치 - Google Patents

Abstract

고주파 전류가 흐르기 어려운 금속 케이스를 포함하는 비가역 회로 소자, 및 이 비가역 회로 소자를 포함하는 통신기 장치를 제공한다. 금속 케이스의 단면은 실질적인 사각 금속판의 네 군데가 금속판의 짧은 모서리에 평행하게 안쪽으로 직각으로 구부려 형성한 직사각형 프레임 형상을 한다. 금속 케이스의 두 암의 상부 말단은 소정의 거리를 두고 서로 마주한다. 따라서, 금속 케이스는 영구 자석 및 중심 전극 조립체 주위에 루프를 형성하지 않는다.

Description

비가역 회로 소자 및 이를 포함하는 통신기 장치{Nonreciprocal Circuit Device and Communication Apparatus Incorporating the same}

본 발명은 비가역 회로소자에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 마이크로파 대역에 사용되는 아이솔레이터 및 서큘레이터 등의 비가역 회로 소자, 및 비가역 회로 소자를 포함하는 통신기 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대 전화등의 이동 통신 기기에 채용되는 집중 정수형 아이솔레이터는 신호가 전송되는 방향으로만 신호를 통과시키며, 반대방향으로는 신호 전송을 차단한다. 또한, 최근 이동 통신 기기는 소형이고, 경량이며, 저렴한 제품이 강하게 요구된다. 이런 추세에 따라, 소형이고, 경량이며, 저렴한 아이솔레이터가 요구되어왔다.

집중 정수형 단향관으로서, 도 13에 도시된 집중 정수형 아이솔레이터(11)등의 주지의 장치가 있다. 집중 정수형 아이솔레이터(11)에는, 수지 단자 케이스(13)가 좌우의 측벽(12a) 및 저벽(12b)을 포함하는 금속 하부 케이스 유닛(12)에 배치된다. 중심전극 조립체(14)는 단자 케이스(13)에 포함되며, 금속 상부 케이스 유닛(15)을 구조물에 장착한다. 금속 상부 케이스 유닛(15)의 내부면에 영구 자석(16)을 부착한다. 영구 자석(16)으로 인해, 중심 전극 조립체(14)에 직류 자계가 인가된다.

중심 전극 조립체(14)를, 마이크로파 페라이트 부재(20)의 상부면에 서로 전기적으로 절연된 세개의 중심 전극(21) 내지 (23)을 120도의 각도로 교차하게 배치한다. 세개의 중심 전극(21) 내지 (23)의 말단의 포트(port) P1 내지 P3을 수평으로 도출하고, 그것의 다른 말단부의 공통 실드(shield)부를 페라이트 부재(20)의 하부면 접촉시킨다. 공통 실드부는, 실질적으로 페라이트 부재의 하부면을 덮으며, 단자 케이스(13)의 창(窓)(13a)을 통해 하부 케이스 유닛(12)의 저벽(12b)에 접속된다.

중심 전극(21) 내지 (23)의 포트(port) P1 내지 P3은 정합용(整合用) 커패시터(C1) 내지 (C3)의 핫-측(hot-side) 커패시터 전극에 접속된다. 종단(終端) 레지스터(R)는 정합용 커패시터(C3)의 핫-측 커패시터 전극에 접속한다. 중심 전극 조립체(14) 및 커패시터(C1) 내지 (C3)를 단자 케이스(13)에 장착한다. 그런후, 도 14에 도시된 바와같이, 상부 케이스 유닛(15) 및 하부 케이스 유닛(12)이 서로 인접하게 있는 두 부분(도 14의 수직선으로 도시된 영역)의 모서리를 땜납(18)으로 접속한다(도 15 참조).

한편, 종래의 아이솔레이터(11)는 상부 케이스 유닛(15) 및 하부 케이스 유닛(12) 내의 영구 자석(16) 및 중심 전극 조립체(14) 주위에 프레임형 루프 구조체(frame-like loop structure)를 형성한다. 따라서, 도 15에 도시된 바와같이, 고주파 전류 i는 상하부 케이스 유닛(15, 12)을 순회하기가 쉬워진다. 따라서, 줄 손실(Joule loss)로 인한 전력이 소모되는 문제가 있다. 또한, 케이스 유닛(15, 12)을 통해 흐르는 고주파 전류 i는 중심 전극(21) 내지 (23)을 통해 흐르는 정규 신호 전류 I를 소거하는 역할을 한다. 즉, 고주파 전류 i는 페라이트 부재(20)에 의해 발생하는 고주파 자계를 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 중심 전극(21) 내지 (23)의 실효 인덕턴스 및 페라이트 부재(20)의 실효 자기 투과율이 감소하며, 이로 인해, 아이솔레이터(11)의 동작(operational) 주파수 대역폭이 좁아진다.

따라서, 본 발명의 목적은 고주파 전류가 흐르기 어려운 금속 케이스를 포함하는 비가역 회로 소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 비가역 회로 소자를 포함하는 통신기 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비가역 회로 소자의 전개 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 비가역 회로 소자의 중심 전극 조립체의 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 비가역 회로 소자의 외형을 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시된 비가역 회로 소자의 개략 단면도이다.

도 5는 도 1에 도시된 비가역 회로 소자의 전기 등가 회로도이다.

도 6은 도 1에 도시된 비가역 회로 소자의 순방향 통과 특성 및 아이솔레이션(isolation) 특성을 보여주는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 비가역 회로 소자의 전개 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시된 비가역 회로 소자의 외형을 보여주는 사시도이다.

도 9는 도 7에 도시된 비가역 회로 소자의 개략 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 통신기 장치의 블럭도이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 비가역 회로 소자의 개략 단면도이다.

도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따르는 비가역 회로 소자의 개략 단면도이다.

도 13은 종래의 비가역 회로 소자의 전개 사시도이다.

도 14는 도 13에 도시된 비가역 회로 소자의 외형을 보여주는 전개도이다. 그리고,

도 15는 도 13에 도시된 비가역 회로 소자의 개략 단면도이다.

상기 목적을 이루기 위해서, 본 발명은 영구 자석, 영구 자석에 의해 인가된 직류 자계를 수용하도록 채용된 페라이트 부재(복수의 중심 전극을 포함함), 및 영구 자석, 페라이트, 및 복수의 중심 전극이 장착된 금속 케이스를 포함하는 비가역 회로 소자를 제공한다. 비가역 회로 소자에서, 금속 케이스는 페라이트 부재 및 복수의 중심 전극의 주위를 흐르는 루프 전류(loop current)를 차단하기 위해 간극(gap)을 갖는다.

이런 경우, "간극"은 전기적 간극을 의미한다. 본 발명의 간극은 또한 절연 물이 채워진 간극을 포함한다. 이런 경우에는, 물리적 간극이 없더라도, 전기적 접속이 없다.

예를 들어, 금속 케이스의 단면부는 실질적으로 직사각형 금속판의 네 군데를 금속판의 모서리에 평행하게 구부림으로서 실질적으로 직사각형 프레임 또는 원통형을 포함할 수 있다. 또한, 금속 케이스는 상부 케이스 유닛 및 하부 케이스 유닛으로 구성될 수 있다. 적어도 상부 케이스 유닛의 한 모서리 및 상부 케이스 유닛의 상기 모서리와 마주하는 하부 케이스 유닛의 한 모서리 사이에는 간극이 있다. 또한, 금속 케이스는 영구 자석의 축에 관하여 회전 대칭이 되게 설정되는 것이 바람직하다.

상술한 구조를 가지면, 금속 케이스를 통해 흐르는 고주파 전류가 금속 케이스내에 있는 간극에 의해 차단되기 때문에, 고주파 전류가 금속 케이스를 통해 흐르기 어렵다.

따라서, 본 발명에 따라 상술한 비가역 회로 소자를 포함하는 통신기 장치는 우수한 주파수 특성을 가질 수 있다.

하기에 첨부 도면을 참조로 본 발명에 따른 비가역 회로 소자 및 통신기 장치의 실시예를 설명한다.

실시예 1 : 도 1 ~ 도 6

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 회로 소자의 구조를 보여주는 전개 사시도이다. 본 발명을 도 13에 도시된 집중 정수형 아이솔레이터에 적용하여, 비가역 회로 소자(41)를 얻는다. 도 1에서와 같이, 집중 정수형 아이솔레이터(41)는 수지 단자 케이스(13), 중심 전극 조립체(14), 영구 자석(16), 및 금속 케이스(42)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와같이, 단자 케이스(13) 내에 입력/출력 단자(51, 52), 및접지 단자(53)를 삽입 몰드(insert-molded)한다. 각 입력/출력 단자(51, 52)의 말단을 케이스(13)의 외부면에 노출시키고, 나머지 말단은 케이스(13)의 내부면에 노출시켜 입력/출력 접속 전극부(51a, 52a)를 형성하도록 한다. 유사하게, 접지 전극(53)의 두 말단을 케이스(13)의 서로 마주하는 외부 벽면 노출시키고, 나머지 말단은 케이스(13)의 내부면에 노출시켜 접지 접속 전극부(53a)를 형성하도록 한다(도 1 참조).

중심 전극 조립체(14)를, 마이크로파 페라이트 부재(20)의 상부면(제 1 주면 및 하나의 자극면(磁極面))에 서로 전기적으로 절연된 세개의 중심 전극(21, 22, 23)을 120도 각도로 교차하도록 배치한다. 세개의 중심 전극(21, 22, 23)의 말단 포트(P1, P2, P3)를 수평으로 도출시키고, 전극의 다른 말단의 공통 실드 포트부는 페라이트 부재(20)의 하부면(제 2 주면 및 다른 자극면)과 접촉시킨다. 공통 실드부는, 실질적으로 페라이트 부재(20)의 하부면을 덮으며, 땜납등의 방법에 의해 단자 케이스(13)의 창(13a)을 통해 금속 케이스(42)의 바닥(42b)에 접속된다(하기에 설명됨).

정합용 커패시터(C1~C3)의 핫-측 커패시터는 땜납에 의해 중심 전극(21~23)의 포트(P1~P3)에 접속된다. 그것의 콜드(cold)-측 커패시터는 땜납에 의해 단자 케이스(13)의 내부면에 노출된 접지 접속 전극부(53a)에 접속된다. 종단(終端) 레지스터(R)의 말단은 정합용 커패시터(C3)의 핫-측 커패시터 전극에 접속한다. 그것의 나머지 말단은 접지 접속 전극부(53a)에 접속한다. 따라서, 정합용 커패시터(C3) 및 종단(終端) 레지스터(R)는 중심 전극(23)의 포트(P3) 및 그라운드(ground) 사이에 전기적으로 병렬로 접속된다.

금속 케이스(42)는 한 장의 실질적인 직사각형 자기 금속판으로 구성된다. 금속판의 두 군데를 금속판의 짧은 모서리에 평행하게 직각으로 미리 구부린다. 금속 케이스(42)의 중심부는 바닥(42b)이고, 금속 케이스(42)의 좌측 및 우측부는 두개의 암(42a)이다. 단자 케이스(13)는, 중심 전극 조립체(14), 정합용 커패시터 (C1~C3)등을 포함하도록, 금속 케이스(42)의 바닥(42b)에 배치된다. 그런후, 금속 케이스(42)의 두개의 암(42a)를 단자 케이스(13)의 개방부를 덮도록, 단자 케이스의 외부 형상에 따른 일점쇄선(K)(도 1 참조)에 따라 안쪽으로 직각이 되게 구부린다. 이런 경우, 영구 자석(16)은 두개의 암(42a) 중 하나의 내부 측면에 부착된다. 영구 자석(16)으로, 중심 전극 조립체(14)에 직류 자계를 인가한다. 금속 케이스 (42) 및 중심 전극 조립체(14)는 자계 경로를 형성한다.

도 3 및 도 4는 상술한 구조를 포함하는 집중 정수형 아이솔레이터(41)를 도시한다. 도 5는 아이솔레이터(41)의 전기 등가 회로도이다. 금속 케이스 (42)의 단면은 실질적으로 직사각형이며, 금속 케이스(42)는 실질적으로 직사각형 금속판의 네 군데를 금속판의 짧은 모서리에 평행하게 안쪽으로 직각이 되게 구부림으로서 형성된 프레임 또는 원통형을 포함한다. 금속 케이스(42)의 두개의 암(42a)의 상부 말단은 서로 마주하게 하며, 그 사이에는 소정의 거리를 갖는 간극(45)을 둔다. 즉, 금속 케이스(42)는 영구 자석(16) 및 중심 전극 조립체(14) 주위에 루프를 형성하지 않는다. 결국, 영구 자석(16) 및 중심 전극 조립체(14)의 주위를 흐르는, 루프 전류, 즉, 금속 케이스(42)를 통해 흐르는 고주파 전류 i는 간극(45)에 의해 차단된다. 따라서, 고주파 전류 i는 금속 케이스(42)를 통해 흐르기 어렵고, 줄 손실에 의한 전력 소모를 억제할 수 있다. 예를 들어, 간극(45)의 크기는 0.001mm 이상이 될 필요가 있다.

금속 케이스(42)를 통해 흐르는 고주파 전류 i는 중심 전극(21~23)을 통해 흐르는 정규 신호 전류 I를 소거하며, 페라이트 부재(20)에 의해 발생하는 고주파 자계를 감소시키게 된다. 그러나, 본원발명에서는 금속 케이스(42) 내에 간극(45)이 있기 때문에, 고주파 자계가 감소하는 것을 막을 수 있다. 결국, 중심 전극(21~23)의 실효 인덕턴스 및 페라이트 부재(20)의 실효 자계 투과율이 증가하고, 그로 인해, 아이솔레이터(41)의 동작 주파수 대역폭이 넓어진다. 도 6은 아이솔레이터(41)의 순방향 통과 특성 A1 및 역방향 통과 특성(아이솔레이션 특성) A2를 측정함으로서 얻어진 결과를 보여주는 그래프이다. 비교를 위해, 도 6은 또한 도 11의 종래 아이솔레이터(11)의 순방향 통과 특성 B1 및 역방향 통과 특성 B2를 보여준다. 도 6에 도시된 바와같이, 단향관(41)의 동작 주파수 대역폭은 분명하게 아이솔레이터(11)의 동작 주파수 대역폭 보다 넓다.

또한, 페라이트 부재(20)에 인가된 직류 자계가 효율적으로 분포될 수 있도록, 간극(45)을 갖는 금속 케이스(42)는 영구 자석(16)의 중심축(L)(도 3, 도 4 참조)에 대해 회전-대칭이 되도록 설계한다.

또한, 금속 케이스(42)가 일체형 구조를 갖기 때문에, 도 13에 도시된 종래의 아이솔레이터(11)에 사용된 금속 케이스 상하 유닛(12, 15)의 조합과 비교해서, 본 발명의 아이솔레이터는 보다 많은 자계 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 땜납으로 상술한 두 금속 케이스 유닛을 서로 접속시키는 단계가 불필요하다.

실시예 2 : 도 7~도 9

도 7~도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비가역 회로 소자를 나타낸다. 비가역 회로 소자(61)은 도 13을 참조로 설명된 집중 정수형 아이솔레이터(11)와 동일하다. 그러나, 비가역 회로 소자(61)에서, 상부 케이스 유닛(15) 대신에 2분할(two-split) 상부 케이스 유닛(62)을 사용한다.

상부 케이스 유닛(62)은 한 쌍의 부재(62a, 62b)로 구성되며, 서로 대칭이다. 상기 쌍의 부재(62a, 62b)는 그 사이에 소정 거리의 간극(65)을 두고 서로 마주보며, 영구 자석(16)은 부재(62a, 62b)로 구성된 상부 케이스 유닛(62)의 내부면에 부착된다. 상부 케이스 유닛(62) 및 하부 케이스 유닛(12)이 서로 인접한 두 모서리(도 8에 사선으로 도시된 부분)는 땜납(18)에 의해 접속된다(도 9 참조).

상술한 구조를 갖는 아이솔레이터(61)에서, 케이스 유닛(12, 62)을 통해 흐르는 고주파 전류 i는 간극(65)에 의해 차단된다. 따라서, 줄 손실에 의한 전력 소모를 억제할 수 있다.

실시예 3 : 도 10

본 발명의 제 3 실시예에서는, 본 발명에 따른 통신기 장치로서 휴대 전화를 하기에 설명한다.

도 10은 휴대 전화(120)의 RF부분의 전기 회로 블럭도이다. 도 10에서, 참조 부호(122)는 안테나 장치, 참조 부호(123)는 듀플렉서, 참조 부호(131)는 송신측 단향관, 참조 부호(132)는 송신측 증폭기, 그리고 참조 부호(133)는 송신측 중간대역 통과 필터를 나타낸다. 참조 부호(134)는 송신측 믹서, 참조 부호(135)는 수신측 증폭기, 참조 부호(136)는 수신측 중간 대역 통과 필터, 참조 부호(137)는 수신측 믹서, 참조 부호(138)는 전압 제어 발진기(VCO), 그리고 참조 부호(139)는 국부 대역 통과 필터를 나타낸다.

이런 경우, 송신측 아이솔레이터(131)로서, 제 1 실시예의 집중 정수형 아이솔레이터 (41) 또는 제 2 실시예의 집중 정수형 아이솔레이터(61)를 사용할 수 있다. 이들 아이솔레이터(41, 61) 중 하나를 사용하면, 우수한 통신 특성을 갖는 휴대 전화를 얻을 수 있다.

다른 실시예

본 발명에 따른 비가역 회로 소자 및 통신기 장치를 상술한 실시예로 제한하지는 않는다. 본 발명의 범위와 취지 내에서 다양한 변형 실시예가 가능하다. 예를 들어, 제 1 실시예의 아이솔레이터(41)에서, 금속 케이스(42)의 상부면의 중앙에 간극(45)을 둘 필요는 없다. 간극(45)을 도 11a 및 도 11b에 도시된 중심으로부터 벗어난 위치에 둘 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와같이, 종래 아이솔레이터(11)에서, 간극(71)을 형성하기 위하여, 상부 케이스 유닛(15) 및 하부 케이스 유닛(12)이 서로 인접한 부분의 모서리 중 하나를 땜납(18) 대신에 절연물(70)로 접합할 수 있다. 양쪽 부분의 모서리가 절연물로 접합되는 경우, 중심 전극 조립체(14)의 직류 자계는 아주 많이 줄어든다.

아이솔레이터 이외에 서큘레이터 등 다른 종류의 고주파 부품으로서 본 발명에 따른 비가역 회로 소자를 채용할 수 있다. 또한, 금속판을 따내고 구부려서 형성된 상술한 중심 전극과는 달리, 유전체 기판, 자기 기판, 또는 다층 기판등의 기판에 선택적으로 패턴 전극을 배치함으로서 형성된 중심 전극이 제공된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따르면, 금속 케이스가 간극을 갖기 때문에, 금속 케이스를 통해 흐르는 고주파 전류가 간극에 의해 차단된다. 따라서, 줄 손실에 의한전력 소모를 억제할 수 있다.

또한, 금속 케이스를 통해 흐르는 고주파 전류가 페라이트 부재에 의해 발생한 고주파 자계를 줄이도록 작용하더라도, 금속 케이스의 간극이 고주파 자계가 줄어드는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 페라이트 부재의 실효 자기 투과율 및 중심 전극의 실효 인덕턴스가 증가하기 때문에, 비가역 회로 소자의 동작 주파수 대역폭을 넓힐 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르는 비가역 회로 소자 및 이를 포함하는 통신기 장치는 우수한 주파수 특성을 가질 수 있다.

Claims (7)

1. 영구 자석;

   상기 영구 자석에 의한 직류 자계가 인가되며, 복수의 중심 전극을 포함하는 페라이트 부재; 및

   상기 영구 자석, 상기 페라이트 부재 및 상기 복수의 중심 전극을 수용하는 금속 케이스를 포함하여 구성되는데,

   상기 금속 케이스는 상기 페라이트 부재 및 상기 복수의 중심 전극 주위를 흐르는 루프 전류를 차단하기 위한 간극을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속 케이스가 일체형임을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속 케이스가 복수의 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
4. 제 1항에 있어서, 상기 금속 케이스가 상기 영구 자석의 축에 대해 회전-대칭인 것을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
5. 제 2항에 있어서, 상기 금속 케이스의 단면이 직사각형 금속판의 모서리에 평행하도록 상기 직사각형 금속판의 네 군데를 구부려 형성된 실질적인 직사각 프레임 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
6. 제 3항에 있어서, 상기 금속 케이스는 상부 케이스 유닛 및 하부 케이스 유닛으로 구성되며,

   상기 상부 케이스 유닛에 있어서 적어도 하나의 모서리 및 상기 상부 케이스 유닛의 상기 적어도 하나의 모서리에 마주하는 상기 하부 케이스 유닛의 한 모서리 사이에는 간극이 형성되 있는 것을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
7. 제 1항 내지 제 6항에 따르는 상기 비가역 회로 소자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신기 장치.