WO2012095933A1 - 非可逆回路素子 - Google Patents

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WO2012095933A1
WO2012095933A1 PCT/JP2011/007194 JP2011007194W WO2012095933A1 WO 2012095933 A1 WO2012095933 A1 WO 2012095933A1 JP 2011007194 W JP2011007194 W JP 2011007194W WO 2012095933 A1 WO2012095933 A1 WO 2012095933A1
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magnetic metal
plate
ferrite
metal plate
plates
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PCT/JP2011/007194
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English (en)
French (fr)
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近田　淳二
大介 間渕
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Fdk株式会社
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to non-reciprocal circuit elements such as isolators and circulators that are incorporated in various microwave devices and change the rotation path of microwaves by a gyromagnetic phenomenon.
  • nonreciprocal circuit elements such as isolators and circulators are mounted on circuit boards of microwave devices such as microwave amplifiers and microwave oscillators.
  • These nonreciprocal circuit elements provide a unidirectional magnetic field by a permanent magnet inside a magnetic material such as ferrite for magnetic resonance of microwaves, and a central conductor having an input / output terminal on the surface of the magnetic material The transmission path of the microwave input from the input / output terminal is rotated and changed to another input / output terminal by the right-hand screw law due to the gyromagnetic phenomenon.
  • Patent Document 1 a central conductor in which input / output terminals are radially branched, an upper and lower ferrite plate facing each other with the central conductor sandwiched therebetween, and an upper and lower conductor plate facing each other with the upper and lower ferrite plates sandwiched therebetween.
  • a nonreciprocal circuit element in which a magnet that applies a magnetic field in a fixed direction to the upper and lower ferrite plates is arranged on the upper surface of the upper conductor plate, and a hole is formed at a position facing the input / output terminal of the central conductor of the lower ferrite plate
  • the lower conductor plate is formed with a notch at a position facing the hole, the input / output terminal of the central conductor is inserted into the hole, the lead conductor is pulled out and bent, and the upper and lower conductor plates are
  • a non-reciprocal circuit device was proposed in which a closed magnetic circuit is formed by connecting through side walls.
  • the input / output terminal of the central conductor is substantially flush with the back surface of the lower conductor plate, so that the element is placed directly on the circuit board. Since it can be surface-mounted and only a hole is provided in the lower ferrite plate, the structure is simple, and there are advantages that the number of parts is reduced and assembly is easy.
  • a side wall for forming a closed magnetic circuit by connecting a hole portion for inserting an input / output terminal and upper and lower conductor plates to a thin plate-like brittle lower ferrite plate Since a large number of elongated openings such as holes for penetrating the holes are drilled, it is difficult to process the openings and the manufacturing cost increases, and bending stress acts on the circuit board after surface mounting or warps. If this occurs, there is a problem that cracks are likely to occur starting from the edge of the opening.
  • the upper and lower conductor plates connected by the side walls are configured to cooperate to form a closed magnetic circuit. It is necessary to further increase the magnetic field formed on the ferrite plate.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has a simple structure and excellent assemblability, and can be easily reduced in height and size by preventing cracks in the ferrite plate.
  • An object of the present invention is to provide a reversible circuit element.
  • the present invention provides a non-reciprocal circuit element that can obtain good circulator characteristics without excessively increasing the magnetic field strength of the magnet and that can be used in a wide band including a particularly high frequency band. It is an object to do.
  • the invention according to claim 1 is characterized in that the resonance extends outwardly between the input / output terminals extending radially in three directions from the central portion outwardly.
  • a surface is formed on the tip of the resonator of the center conductor.
  • the upper ferrite plate and / or the center conductor is elastically formed by the bent portion.
  • the upper ferrite plate and / or the center conductor is elastically formed by the bent portion.
  • lower In which characterized in that a light plate freely separable.
  • the tip of the resonator is formed in a T shape by a protrusion that protrudes in both directions orthogonal to the outward extending direction.
  • the bent portion is formed by bending the base end portion of the protruding portion.
  • the invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein the central conductor is made of a copper-based nonmagnetic metal plate.
  • the tip of the input / output terminal protrudes in both directions perpendicular to the outward extending direction.
  • a second bent portion that cooperates with the bent portion is formed by bending the base end portion of the protruding portion.
  • the invention according to claim 5 is characterized in that input / output terminals extending radially in three directions from the central portion are formed integrally and function as a resonator.
  • a flat central conductor, upper and lower ferrite plates sandwiching the central conductor, and upper and lower magnetic metal plates sandwiching the upper and lower ferrite plates are laminated, and a magnet is placed on the upper magnetic metal plate.
  • the upper magnetic metal plate is formed of a material having a permeability lower than that of pure iron, and / or The thickness of the lower magnetic metal plate is smaller than that of the lower magnetic metal plate.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that the upper magnetic metal plate according to claim 5 is made of magnetic stainless steel.
  • the invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6, wherein at least a part of the outer dimension of the outer peripheral edge of the upper magnetic metal plate is the outer dimension of the upper ferrite plate and the outer dimension of the upper ferrite plate.
  • at least a part of the outer periphery of the magnet protrudes outward from the outer peripheral edge of the upper magnetic metal plate and directly faces the upper ferrite plate. It is a feature.
  • a notch portion extending toward the center is formed on the outer peripheral portion of the upper magnetic metal plate. A part of the magnet facing the notch portion is directly opposed to the upper ferrite plate through the notch portion.
  • the invention according to claim 9 is the invention according to claim 5 or 6, wherein the central portion of the magnet facing the opening is formed by forming an opening in the center of the upper magnetic metal plate. The center portion of the upper ferrite plate is directly opposed through the opening.
  • the bent portion bent in the out-of-plane direction is formed at the tip of the resonator of the center conductor, and the upper ferrite plate and / or the lower ferrite plate Since the upper ferrite plate and / or the lower ferrite plate are detachably attached to the center conductor by the elasticity of the bent portion, bending stress acts on the circuit board after mounting. Even when warping occurs, the bent portion can be absorbed in the gap by elastic deformation.
  • the gap dimension By finely adjusting the gap dimension, it is possible to absorb the error in the thickness dimension of the upper and lower ferrite plates that occurs during processing, thereby ensuring a processing margin and excellent mass productivity. Also, by appropriately adjusting the size of the gap in advance, it is possible to change or fine-tune the center frequency by changing the capacitance between the resonator of the center conductor and its upper and lower components. become.
  • the magnet and the upper and lower magnetic metal plates have a characteristic that the strength (magnetic flux density) of the magnetic field decreases as the temperature increases. For this reason, in the nonreciprocal circuit device having the above configuration, the center frequency tends to shift to the low frequency side as the temperature rises. On the other hand, in the nonreciprocal circuit element, as the temperature increases, the size of the gap increases due to thermal expansion of the side plate made of magnetic metal, and as a result, the capacitance between the resonator and the resonator decreases. The frequency shifts to the high frequency side.
  • the nonreciprocal circuit device when a temperature change occurs, the change in the center frequency due to the change in the magnetic field strength of the magnet and the upper and lower magnetic metal plates described above.
  • the change in the center frequency due to the change in the size of the gap due to the thermal expansion and contraction of the side plate is offset, excellent temperature characteristics can be realized.
  • the bent portion at the tip of the resonator for forming the gap can take various forms as long as a gap can be formed between the upper ferrite plate and / or the lower ferrite plate.
  • the tip of the resonator is formed in a T shape and the base end of the protrusion is bent as in the invention described in claim 2, for example, the characteristics of the resonator are impaired.
  • a gap can be stably formed between the upper ferrite plate and / or the lower ferrite plate.
  • the center conductor is a non-magnetic metal conductor and the bent portion needs to have a predetermined elastic coefficient for functioning as a spring material.
  • the closed magnetic path formed by the upper and lower magnetic metal plates and the side plates holds the magnetism from the magnet, and further, the upper magnet on which the magnet is placed. Since the metal plate is made of a material having a permeability lower than that of pure iron and / or is formed with a plate thickness that is thinner than the plate thickness of the lower magnetic metal plate, the upper magnetic metal plate from the magnet than before is used. It is possible to increase the strength of the leakage magnetic field transmitted to the upper ferrite plate.
  • a good magnetic moment phenomenon can be obtained by uniformly distributing the magnetic field to the resonator in the central conductor together with the magnetic field supplied from the upper magnetic metal plate through the side plate.
  • the magnet since the magnet is placed on the upper magnetic metal plate that is outside the closed magnetic path, the magnetic field strength distribution in the upper and lower ferrite plates is different. As a result, the resonance frequency in the upper and lower ferrite plates is different. It is possible to widen the specific bandwidth by causing a gap.
  • the upper magnetic metal plate with a magnetic permeability material lower than pure iron such as magnetic stainless steel and / or reducing the plate thickness, the weight of the surface mount component can be further reduced. It is possible to easily respond to requests for weight reduction.
  • the upper magnetic metal plate is formed of magnetic stainless steel, as in the invention described in claim 6, it is possible to prevent the crack from being deformed against deformation such as warpage from the viewpoint of mechanical strength. This is suitable because it can be stably resisted by elasticity.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing the central conductor of FIG.
  • FIG. 4 is a front view of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a central conductor in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A schematically shows a change in the center frequency due to a temperature change, and is a graph showing a change in the center frequency caused by a dimensional change in the gap due to a temperature change.
  • FIG. 6B is a graph similar to FIG. 6A, but showing changes in the center frequency due to changes in magnetic flux density due to temperature changes.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the assembled state of FIG.
  • FIG. 9 is a front view of FIG.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the assembled state of FIG.
  • FIG. 12 is a perspective view showing another modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing still another modified example of the second embodiment of the present invention.
  • (First embodiment) 1 to 4 show an embodiment in which a nonreciprocal circuit device according to the present invention is applied to an isolator, and reference numeral 1 in the figure denotes a central conductor.
  • the central conductor 1 is formed of a metal plate such as phosphor bronze, and has input / output terminals 2a, 2b, and 2c extending radially outward from the central portion 1a in three directions. Yes.
  • the input / output terminals 2a, 2b, 2c are formed in a Y shape as a whole with a central angle of 120 ° therebetween, and the input / output terminals 2a, 2b,
  • resonators 3 extending radially outward are formed between 2c.
  • the resonator 3 is set to have a shorter length than the input / output terminals 2a, 2b, and 2c.
  • each resonator 3 is formed in a T shape by forming a projecting portion projecting in both directions orthogonal to the outward extending direction at the distal end portion 3a.
  • the protruding portion is formed as a bent portion 4 by a base end portion protruding from the distal end portion 3a being bent upward in the figure in the out-of-plane direction.
  • the center conductor 1 is sandwiched between the upper ferrite plate 5 and the lower ferrite plate 6.
  • Each of the upper and lower ferrite plates 5 and 6 has a radius smaller than the length from the center of the center conductor 1 to the tips of the input / output terminals 2a, 2b, and 2c, and the center of the center conductor 1 to the tip of the resonator 3 It is formed in a dimension larger than the length dimension up to.
  • an upper magnetic metal plate 7 and a lower magnetic metal plate 8 are disposed on the upper surface side and the lower surface side of the upper and lower ferrite plates 5 and 6 sandwiching the central conductor 1 therebetween.
  • the lower magnetic metal plate 8 is formed in a substantially hexagonal flat plate shape and has a size that is an inscribed circle slightly larger than the radius of the lower ferrite plate 6.
  • side plates 9 are erected integrally with every other side of the periphery of the hexagonal lower magnetic metal plate 8.
  • the upper magnetic metal plate 7 is formed in a disk shape having a radius substantially equal to that of the upper ferrite plate 5, and a connecting portion 7 a protruding in a square shape is formed on the outer peripheral portion with the central angle 120 interposed therebetween. Is formed.
  • the width dimension of each connection part 7a is set to the length dimension of the side plate 9 of the lower magnetic metal plate 8.
  • the central conductor 1 and the upper and lower ferrite plates 5 and 6 are accommodated in the side plate 9 on the lower magnetic metal plate 8, and the upper magnetic metal plate 7 is laminated on the upper surface thereof.
  • the upper edge of the side plate 9 of the lower magnetic metal plate 8 is in contact with the lower surface of the connecting portion 7 a of the upper magnetic metal plate 7.
  • a circular plate-like permanent magnet 10 is placed on the upper magnetic metal plate 7 and fixed with an adhesive or the like.
  • the permanent magnet 10 causes the upper and lower ferrite plates 5 and 6 to form a constant magnetic field in a direction perpendicular to the plate surface.
  • the central conductor 1, the upper and lower ferrite plates 5, 6, the upper and lower magnetic metal plates 7, 8 and the permanent magnet 10 are laminated mechanically, magnetically and electrically, and the upper and lower magnetic metal plates 7, 8 are laminated.
  • 4 forms a closed magnetic circuit via the side plate 9, and the bent portion 4 formed at the tip of the resonator 3 of the center conductor 1 causes a gap between the upper surface of the center conductor 1 and the lower surface of the upper ferrite plate 5. As shown, a gap G is formed. Note that the bending amount of the bent portion 4 is adjusted so that the gap G is about 0.15 mm or less.
  • the isolator having the above configuration is, for example, a component having a vertical and horizontal dimensions of about 10 to 20 mm square and a height of about 5 mm.
  • the input / output terminal 2a is the input terminal.
  • the input / output terminal 2b is used as an output terminal, and the other input / output terminal 2c is grounded and mounted on a circuit board (not shown), thereby being incorporated as a part of the microwave circuit. Yes.
  • the microwave applied to the input terminal 2a generates a high-frequency magnetic field in the central conductor 1, and the traveling direction of the microwave is bent by the magnetic moment in the upper and lower ferrite plates 5 and 6 so that the central angle is 120 ° to the right.
  • the microwave introduced to the output terminal 2b is output to the input / output terminal 2c rotated clockwise by a central angle of 120 ° to be grounded.
  • a bent portion 4 bent in the out-of-plane direction is formed at the tip 3 a of the resonator 3 of the center conductor 1, and a gap is formed between the upper ferrite plate 5 and the upper ferrite plate 5. Since G is formed and the upper ferrite plate 5 is provided so as to be able to come into contact with and separate from the center conductor 1 by the elasticity of the bent portion 4, even when the bending stress acts on the circuit board after mounting, The bent portion 4 can be absorbed in the gap G by elastic deformation.
  • the upper and lower ferrite plates 5 and 6 are prevented from cracking by flexibility, and the height of the upper and lower magnetic metal plates 7 and 8 is reduced. Since it can be realized, it is possible to easily reduce the height and size of the apparatus.
  • the gap G by finely adjusting the dimension of the gap G, it is possible to absorb the error in the thickness dimension of the upper and lower ferrite plates 5 and 6 that occurs during processing, thereby ensuring a processing margin and excellent mass productivity.
  • the capacitance between the resonator 3 of the center conductor 1 and its upper and lower components is changed, and the center frequency is changed or finely adjusted. Is also possible.
  • the size of the gap G increases as the side plate 9 made of magnetic metal thermally expands.
  • the gap between the isolator 3 and the resonator 3 increases.
  • the capacitance decreases and the center frequency shifts to the high frequency side (Fo (+) side) on the right side of the figure.
  • the permanent magnet 10 and the upper and lower magnetic metal plates 7 and 8 have a center frequency in the drawing as the magnetic field strength (magnetic flux density) decreases as the temperature increases. There is a tendency to shift to the low frequency side (Fo ( ⁇ ) side) to the right.
  • the isolator in which the gap G is formed between the center conductor 1 and the upper ferrite plate 5 the change in the strength of the magnetic field of the permanent magnet 10 and the upper and lower magnetic metal plates 7 and 8 when a temperature change occurs. It is possible to achieve excellent temperature characteristics by offsetting the change in the center frequency caused by the change in the center frequency caused by the dimensional change in the gap G due to the thermal expansion and contraction of the side plate 9.
  • FIG. 5 shows a central conductor in a modification in which the nonreciprocal circuit device according to the present invention is applied to an isolator, and the other configurations are the same as those shown in FIGS.
  • the same reference numerals are used to simplify the description.
  • the front end portion 12a of the input / output terminal 12 of the central conductor 11 is formed in a T shape by a protruding portion protruding in both directions orthogonal to the extending direction of the input / output terminal 12, and these protruding portions Is bent in an out-of-plane direction toward the upper ferrite plate 5 side, so that a second bent portion 13 is formed.
  • these 2nd bending parts 13 are set to the bending amount substantially equal to the bending part 4 formed in the front-end
  • the isolator including the central conductor 11 in addition to the bent portion 4 of the tip portion 3 a of the three resonators 3, the three input / output terminals 12 that extend radially from between the resonators 3. Since the same second bent portion 13 that cooperates with the bent portion 4 of the resonator 3 is also formed on the tip portion 12a of the resonator 3, the central conductor 11 and the upper ferrite plate 5 are arranged in six locations in the circumferential direction. Contact is made at 12 points.
  • the uniform gap G can be formed more reliably in the circumferential direction. Therefore, it is possible to realize a more stable frequency characteristic, and further, it is possible to obtain an effect that the characteristic can be stabilized without causing a variation factor of the return loss characteristic and the isolation characteristic.
  • the tip 3a of the resonator 3 of the center conductor 1 or the tip 12a of the input / output terminal 12 is bent in the out-of-plane direction toward the upper ferrite plate 5 and bent portions 4, 13 are formed.
  • the gap G is formed between the upper surface of the central conductor 1 and the upper ferrite plate 5
  • the present invention is not limited to this, and conversely the lower ferrite plate 6
  • a similar gap may be formed between the lower ferrite plate 6 and the upper and lower ferrite plates 5 by bending toward the upper and lower ferrite plates 5 and 6 alternately. , 6 may be formed between each of them.
  • FIGS. 7 to 9 show a second embodiment in which the nonreciprocal circuit device according to the present invention is applied to an isolator.
  • reference numeral 1 in the figure denotes a central conductor.
  • the central conductor 1 is formed of a metal plate such as phosphor bronze, and has input / output terminals 2a, 2b, and 2c extending radially outward from the central portion 1a in three directions. Yes.
  • the input / output terminals 2a, 2b, 2c are formed in a Y shape as a whole with a central angle of 120 ° therebetween, and the input / output terminals 2a, 2b, Similarly, resonators 3 extending radially outward are formed between 2c.
  • the resonator 3 is set to have a shorter length than the input / output terminals 2a, 2b, and 2c.
  • the center conductor 1 is sandwiched between the upper ferrite plate 5 and the lower ferrite plate 6.
  • Each of the upper and lower ferrite plates 5 and 6 has a radius smaller than the length from the center of the center conductor 1 to the tips of the input / output terminals 2a, 2b, and 2c, and the center of the center conductor 1 to the tip of the resonator 3 It is formed in a dimension larger than the length dimension up to.
  • an upper magnetic metal plate 7 and a lower magnetic metal plate 8 are disposed on the upper surface side and the lower surface side of the upper and lower ferrite plates 5 and 6 sandwiching the central conductor 1 therebetween.
  • the lower magnetic metal plate 8 is a flat plate made of pure iron formed in a substantially hexagonal appearance, and is formed in a size that is an inscribed circle slightly larger than the radius of the lower ferrite plate 6.
  • side plates 9 are erected integrally with every other side of the periphery of the hexagonal lower magnetic metal plate 8.
  • the upper magnetic metal plate 7 is made of magnetic stainless steel having a permeability lower than that of pure iron.
  • the upper magnetic metal plate 7 is formed in a disc shape whose central portion has a diameter substantially equal to that of the upper ferrite plate 5 and further has an outer periphery.
  • a connecting portion 7a protruding in a square shape is formed at a position with the central angle 120 of the portion interposed therebetween.
  • the width dimension of each connection part 7a is set to the length dimension of the side plate 9 of the lower magnetic metal plate 8.
  • the upper and lower ferrite plates 5 and 6 sandwiching the central conductor 1 are housed in the side plate 9 on the lower magnetic metal plate 8 and the upper magnetic metal plate 7 is laminated on the upper surface thereof.
  • the upper edge of the side plate 9 of the lower magnetic metal plate 8 is in contact with the lower surface of the connecting portion 7 a of the upper magnetic metal plate 7.
  • a magnet 10 made of a circular plate-like permanent magnet is placed on the upper magnetic metal plate 7 and fixed with an adhesive or the like. This magnet 10 causes the upper and lower ferrite plates 5 and 6 to form a constant magnetic field in a direction perpendicular to the plate surface.
  • the central conductor 1, the upper and lower ferrite plates 5, 6, the upper and lower magnetic metal plates 7, 8 and the magnet 10 are laminated mechanically, magnetically and electrically, and the upper and lower magnetic metal plates 7, 8 are formed.
  • a closed magnetic circuit is formed through the side plate 9.
  • the upper magnetic metal plate 7 has a thickness t smaller than the plate thickness T of the lower magnetic metal plate 8, for example, a plate thickness T of the lower magnetic metal plate 8 of 0.
  • the thickness t of the upper magnetic metal plate 7 is set to 0.15 mm, which is 1/2 of that.
  • the isolator having the above configuration is, for example, a component having a vertical and horizontal dimensions of about 10 to 20 mm square and a height of about 5 mm.
  • the input / output terminal 2a is the input terminal.
  • the input / output terminal 2b is used as an output terminal, and the other input / output terminal 2c is grounded and mounted on a circuit board (not shown), thereby being incorporated as a part of the microwave circuit. Yes.
  • the microwave applied to the input terminal 2a generates a high-frequency magnetic field in the central conductor 1, and the traveling direction of the microwave is bent by the magnetic moment in the upper and lower ferrite plates 5 and 6 so that the central angle is 120 ° to the right.
  • the microwave introduced to the output terminal 2b is output to the input / output terminal 2c rotated clockwise by a central angle of 120 ° to be grounded.
  • the magnetism from the magnet 10 is stably held by the closed magnetic path formed by the upper and lower magnetic metal plates 7 and 8 and the side plate 9, and the magnet 10 is further mounted. Since the placed upper magnetic metal plate 7 is made of magnetic stainless steel having a magnetic permeability lower than that of pure iron and is formed to a thickness t smaller than the thickness T of the lower magnetic metal plate 8, The leakage magnetic field strength transmitted from the magnet 10 to the upper ferrite plate 5 through the upper magnetic metal plate 7 can be increased.
  • a good magnetic moment phenomenon is obtained by uniformly distributing the magnetic field to the resonator 3 in the central conductor 1 together with the magnetic field supplied from the upper magnetic metal plate 7 through the side plate 9. Can do.
  • the magnet 10 is placed on the upper magnetic metal plate 7 which is outside the closed magnetic path, the magnetic field strength distribution in the upper and lower ferrite plates 5 and 6 is different. The resonance frequency of the plates 5 and 6 can be shifted to widen the specific bandwidth.
  • the upper magnetic metal plate 7 is made of magnetic stainless steel and its thickness t is made thinner than the thickness T of the lower magnetic metal plate 8, the weight of the surface mount component can be further reduced. It is possible to easily respond to requests for weight reduction.
  • FIG. 10 to FIG. 13 show some modified examples in which the nonreciprocal circuit device according to the present invention is applied to an isolator, and other configurations are the same as those shown in FIG. 7 to FIG. For this reason, the same symbols are used below to simplify the description.
  • the diameter ⁇ 1 at the center of the upper magnetic metal plate 7 is smaller than the upper ferrite plate 5 and smaller than the diameter ⁇ 2 of the magnet 10.
  • a part of the outer peripheral portion of the magnet 10 protrudes outward from the outer peripheral edge of the upper magnetic metal plate 7 and directly faces the upper ferrite plate 5 between the connection portions 7 a. It is configured.
  • a rectangular notch 111 extending toward the center is formed on the outer peripheral portion between the connecting portions 7 a in the upper magnetic metal plate 7. .
  • the outer peripheral portion of the magnet 10 facing the notch 11 is configured to directly face the lower upper ferrite plate 5 via the notch 111.
  • a circular opening 112 is formed at the center of the upper magnetic metal plate 7.
  • the central part of the magnet 10 facing the opening 112 is configured to directly face the central part of the lower upper ferrite plate 5 through the opening 112.
  • the isolator of the modification of the second embodiment shown in FIGS. 10 to 13 in addition to obtaining the same operational effect as that shown in FIGS. Since the portion directly faces the upper ferrite plate 5, the leakage magnetic field via the upper magnetic metal plate 7 can be further increased, and thus it can be used even in a higher frequency band. In addition, the effect that the frequency range of use can be expanded is obtained.
  • the upper magnetic metal plate 7 is formed of magnetic stainless steel having a lower magnetic permeability than that of pure iron forming the lower magnetic metal plate 8, and the upper magnetic metal plate 7
  • the plate thickness t of the metal plate 7 is made thinner than the plate thickness T of the lower magnetic metal plate 8
  • the present invention is not limited to this.
  • the upper magnetic metal plate 7 is made of a magnetic metal such as magnetic stainless steel whose permeability is lower than that of pure iron, and the upper and lower magnetic metal plates 7 and 8 have the same thickness.
  • the upper magnetic metal plate 7 is made of pure iron like the lower magnetic metal plate 8, and the thickness t of the upper magnetic metal plate 7 is made thinner than the thickness T of the lower magnetic metal plate 8.
  • any of the embodiments of the present invention can be used as an isolator or a circulator mounted on circuit boards of various microwave devices.

Landscapes

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Abstract

　簡易な構造で組立性に優れ、かつフェライト板の割れを防止して容易に低背化と小型化が実現可能な非可逆回路素子を提供する。本発明は、中心部から外方に向けてＹ字状に延出する入出力端子２ａ～２ｃ間に、各々外方に向けて延在する共振器３が形成された中心導体１と、中心導体１を、共振器３を含んで間に挟む上下部フェライト板５、６と、上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板７、８とが積層されるとともに、上部磁性金属７上に磁石１０が配置され、かつ中心導体１の共振器３の先端部３ａに、面外方向に屈曲されて上部フェライト板５との間に間隙Ｇを形成する屈曲部４を形成することにより、屈曲部４の弾性により中心導体１に対して上部フェライト板５を接離自在に設けた。また、本発明は、マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができ、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用可能な非可逆回路素子を提供する。そのために、入出力端子２ａ～２ｃが一体形成され、且つ、上下部磁性金属板７、８が側板９を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、上部磁性金属板７を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔに形成した。

Description

非可逆回路素子
　本発明は、各種のマイクロ波装置に組み込まれて、マイクロ波の伝達路をジャイロ磁気現象により回転変更するアイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子に関するものである。
　一般に、マイクロ波増幅器やマイクロ波発振器等のマイクロ波装置の回路基板には、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子が実装されている。これらの非可逆回路素子は、マイクロ波を磁気共鳴させるためのフェライト等の磁性体の内部に、永久磁石によって一方向の磁界を与えるとともに、上記磁性体の表面に入出力端子を備えた中心導体を配置し、上記入出力端子から入力されたマイクロ波の伝達路を、ジャイロ磁気現象による右ネジの法則によって他の入出力端子へと回転変更するものである。
　ところで、この種の非可逆回路素子においては、近年における上記マイクロ波装置の回路基板の小型化および軽量化に伴い、従来よりも簡易な構造で組立性に優れ、かつ回路基板に直接載置して実装することができる小型薄肉のものの開発が要請されている。
　そこで、本発明者等は、下記特許文献１において、入出力端子を放射状に分岐させた中心導体と、この中心導体を挟んで向き合う上下フェライト板と、これら上下フェライト板を挟んで向き合う上下導体板とを備え、上記上導体板の上面に、上下フェライト板に定方向に磁界を加える磁石を配置する非可逆回路素子において、上記下フェライト板の中心導体の入出力端子との対向位置に孔部を設け、上記下導体板には当該孔部との対向位置に切り欠き部を形成して、上記孔部に中心導体の入出力端子を挿入して裏側に引き出し折り曲げるとともに、上下導体板同士を側壁によって接続して閉磁路を形成するようにした非可逆回路素子を提案した。
　かかる構成からなる非可逆回路素子によれば、中心導体の入出力端子が下導体板の裏面に対して略面一になるので、当該素子を、回路基板の上に直接的に載置して表面実装することができるとともに、下フェライト板に孔部を設けるだけなので構成がシンプルであり、部品点数が少なくなり組み立てが容易に行えるという利点がある。
特開２００５－８００８７号公報
　ところが、上記従来の非可逆回路素子にあっては、薄板状の脆い下フェライト板に、入出力端子を挿入するための孔部や上下導体板同士を接続して閉磁路を形成するための側壁を貫通させる穴等の、細長い開口部を多数穿設しているために、当該開口部の加工が難しく、製造コストが嵩むとともに、表面実装後に上記回路基板に曲げ応力が作用したり、あるいは反りが生じたりすると、上記開口部の縁部を起点として割れを生じ易い等の問題点があった。
　加えて、表面実装部品を実現するためには、実装された回路基板に作用する曲げ応力に対して、十分な耐性を備えていることが必須となるのに対して、低背化を図るためには、上下フェライト板を挟む上下導体板も薄肉となり、この結果、上記曲げ応力に対して一層変形し易い構造となることから、上記問題点の解決が望まれていた。
　一方、上記従来の非可逆回路素子にあっては、側壁によって接続された上下導体板が連携して閉磁路を形成する構成であるために、より高い周波数に適用するためには、マグネットによって上下フェライト板に形成する磁場を一層高める必要がある。
　しかしながら、上記上下フェライト板における磁場を高めるために、単にマグネットによる磁界強度を大きくしようとすると、サーキュレータ特性の悪化を招くとともに、当該マグネットの残留磁束密度（磁化強度）の限界により、使用可能な周波数帯にも制限があった。加えて、マグネットが大型化して、表面実装部品に対する低背化の要請にも逆行するという問題点があった。
　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で組立性に優れ、かつフェライト板の割れを防止して容易に低背化および小型化を実現することが可能になる非可逆回路素子を提供することを課題とするものである。
　更に、本発明は、マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができるとともに、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる非可逆回路素子を提供することを課題とするものである。
　（本発明の第１の実施形態）
　上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子の間に、各々外方に向けて延在する共振器が形成された平板状の中心導体と、この中心導体を、上記共振器を含んで間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属上に磁石が配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、上記中心導体の上記共振器の先端部に、面外方向に屈曲されて上記上部フェライト板および／または下部フェライト板との間に間隙を形成する屈曲部を形成することにより、上記屈曲部の弾性により上記中心導体に対して上記上部フェライト板および／または下部フェライト板を接離自在に設けたことを特徴とするものである。
　また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記共振器の先端部が、上記外方への延在方向と直交する両方向に突出する突出部によりＴ字状に形成されるとともに、当該突出部の基端部が屈曲されることにより上記屈曲部が形成されていることを特徴とするものである。
　さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記中心導体が、銅系の非磁性金属板からなることを特徴とするものである。
　また、請求項４に記載の発明は、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、上記入出力端子の先端部が、上記外方への延在方向と直交する両方向に突出する突出部によりＴ字状に形成されるとともに、当該突出部の基端部が屈曲されることにより上記屈曲部と協働する第２の屈曲部が形成されていることを特徴とするものである。
（本発明の第２の実施形態）
　更に、上記の課題を解決するため、請求項５に記載の発明は、中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子が一体形成されるとともに共振器として機能する平板状の中心導体と、この中心導体を間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属板上にマグネットが配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、上記上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成したことを特徴とするものである。
　ここで、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の上部磁性金属板を、磁性ステンレス鋼によって形成したことを特徴とするものである。
　また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、上記上部磁性金属板の外周縁における少なくとも一部の外法寸法を、上記上部フェライト板の外法寸法および上記マグネットの外法寸法よりも小さくすることにより、上記マグネットの外周部の少なくとも一部分が、上記上部磁性金属板の外周縁よりも外方に突出して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。
　これに対して、請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、上記上部磁性金属板の外周部に、その中心側に延在する切り欠き部を形成することにより、当該切り欠き部に臨む上記マグネットの一部分が、上記切り欠き部を介して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。
　さらに、請求項９に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、上記上部磁性金属板の中心部に開口部を形成することにより、当該開口部に臨む上記マグネットの中心部が、上記開口部を介して上記上部フェライト板の中心部と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。
　（第１の実施形態による効果）
　請求項１～４のいずれかに記載の発明によれば、中心導体の共振器の先端部に、面外方向に屈曲された屈曲部を形成して、上部フェライト板および／または下部フェライト板との間に間隙を形成し、上記屈曲部の弾性によって、中心導体に対して上部フェライト板および／または下部フェライト板を接離自在に設けているために、実装後に回路基板に曲げ応力が作用して反りを生じた場合にも、上記屈曲部が弾性変形することにより上記間隙において吸収することができる。
　この結果、実装後における回路基板に作用する曲げ応力に対して、柔軟性により上下部フェライト板等の割れを防止して、上下部磁性金属板の薄板化による低背化を実現することができるために、容易に低背化および小型化を図ることが可能になる。
　さらに、上記間隙の寸法を微調整することにより、加工時に生じる上下部フェライト板の厚さ寸法の誤差を吸収することができ、よって加工マージンを確保して、量産性に優れる。また、予め上記間隙の寸法を適宜調整することにより、中心導体の共振器とその上下の構成要素との間の容量を変化させて、中心周波数を変えたり、あるいは微調整したりすることも可能になる。
　また、一般に上記磁石や上下部磁性金属板は、温度が高くなるにしたがって磁場の強度（磁束密度）が低下する特性を有している。このため、上記構成からなる非可逆回路素子においては、温度の上昇に伴って中心周波数が低周波側にシフトする傾向がある。
　他方、上記非可逆回路素子においては、温度が高くなるにしたがい、磁性金属からなる
上記側板の熱伸長によって上記間隙の寸法が大きくなり、この結果上記共振器との間の容量が減少して中心周波数が高周波側にシフトする。
　したがって、本発明の第１の実施形態に係る非可逆回路素子によれば、温度変化が生じた際に、上述した上記磁石や上下部磁性金属板の磁場の強度変化に起因する中心周波数の変化と、上記側板の熱伸縮による上記間隙の寸法変化に起因した中心周波数の変化が相殺されることにより、優れた温度特性を実現することが可能になる。
　なお、上記間隙を形成するための共振器の先端部の屈曲部は、上部フェライト板および／または下部フェライト板との間に間隙を形成することができれば、様々な形態を取ることが可能であるが、例えば請求項２に記載の発明のように、上記共振器の先端部をＴ字状に形成し、その突出部の基端部を屈曲することによって形成すれば、共振器の特性を損なうことなく、しかも安定的に上記上部フェライト板および／または下部フェライト板との間に間隙を形成することができる。
　また、中心導体は、非磁性の金属導体であって、かつ屈曲部がバネ材として機能するための所定の弾性係数を有している必要があることから、特に請求項３に記載の発明のように、リン青銅、ベリリウム銅、純銅等の銅系の非磁性金属板によって形成することが好ましい。
　さらに、請求項４に記載の発明においては、３本の上記共振器の先端部の屈曲部に加えて、隣接する共振器間から放射状に延出する３本の入出力端子の先端部にも、上記共振器の屈曲部と協働する第２の屈曲部を形成しているために、周方向の６箇所（より正確には、６箇所×２＝１２点）において、上部フェライト板および／または下部フェライト板と当接している。
　この結果、周方向に均一な間隙をより一層確実に形成することができ、よって一段と安定した周波数特性を実現することが可能になるとともに、さらにリターンロス特性やアイソレーション特性の変動要因も無くして、特性を安定化させることができる。
　（第２実施形態による効果）
　請求項５～９のいずれかに記載の発明によれば、上下部磁性金属板および側板によって形成される閉磁路により、マグネットからの磁気を保持するとともに、さらにマグネットが載置されている上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成しているために、従来よりもマグネットから上部磁性金属板を貫いて上部フェライト板へと伝わる漏洩磁界強度を高めることができる。
　しかも、中心導体における共振器には、上部磁性金属板のから側板を介して供給される磁界と併せて、磁界を一様に分布させることにより、良好な磁気モーメント現象を得ることができる。加えて、上記閉磁路の外側となる上部磁性金属板上にマグネットを載置しているために、上下部フェライト板における磁界強度分布が異なることになり、この結果上下部フェライト板での共振周波数にズレを生じて比帯域幅を広げることができる。
　これにより、マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができ、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる。さらに、上部磁性金属板を磁性ステンレス鋼等の純鉄よりも低い透磁率素材によって形成したり、および／またはその板厚を薄くしたりすることにより、表面実装部品に対する、より一層の軽量化や軽量化の要請にも容易に対応することができる。
　また、特に請求項６に記載の発明のように、上記上部磁性金属板を磁性ステンレス鋼によって形成すれば、機械的強度の観点からも、反り等の変形に対して、割れを生じることなくその弾性により安定的に抗することができるために好適である。
　さらに、請求項７～９のいずれかに記載の発明によれば、上記マグネットの一部分を、上部フェライト板と直接対向するようにしているために、上部磁性金属板を介した漏洩磁界を一段と強めることができ、よって一層高い周波数帯においても使用することが可能になるために、その使用周波数範囲の拡大を図ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１の分解斜視図である。 図３は、図２の中心導体を示す正面図である。 図４は、図１の正面図である。 図５は、本発明の他の実施形態における中心導体を示す斜視図である。 図６Ａは、温度変化による中心周波数の変化を模式的に示すもので、温度変化による間隙の寸法変化に起因する中心周波数の変化を示すグラフである。 図６Ｂは、図６Ａ同様であるが、温度変化による磁束密度の変化に起因する中心周波数の変化を示すグラフである。 図７は、本発明の第２実施形態を示す分解斜視図である。 図８は、図７の組み立てた状態を示す斜視図である。 図９は、図８の正面図である。 図１０は、本発明の第２実施形態の変形例を示す分解斜視図である。 図１１は、図１０の組み立てた状態を示す斜視図である。 図１２は、本発明の第２実施形態の別の変形例を示す斜視図である。 図１３は、本発明の第２実施形態の更に別の変形例を示す斜視図である。
（第１の実施形態）
　図１～図４は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した一実施形態を示すもので、図中符号１が中心導体である。
　この中心導体１は、リン青銅等の金属板によって形成されたもので、その中心部１ａから外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。ここで、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃは、互いに中心角１２０°を間に介して、全体としてＹ字状をなすように形成されており、周方向に隣接する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃ間には、各々同様に外方に向けて放射状に延在する共振器３が形成されている。なお、共振器３は、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃよりも短い長さ寸法に設定されている。
　また、各々の共振器３は、その先端部３ａに上記外方への延在方向と直交する両方向に突出する突出部が形成されることにより、Ｔ字状に形成されている。さらに、突出部は、上記先端部３ａから突出する基端部が図中上方へと面外方向に屈曲されることにより屈曲部４とされている。
　そして、この中心導体１は、上部フェライト板５および下部フェライト板６間に挟持されている。
　これら上下部フェライト板５、６は、各々半径が、中心導体１の中心から入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃの先端までの長さ寸法より小さく、かつ中心導体１の中心から共振器３の先端までの長さ寸法より大きい寸法に形成されている。
　そして、これら中心導体１を間に挟んだ上下部フェライト板５、６の上面側および下面側には、各々上部磁性金属板７および下部磁性金属板８が配設されている。ここで、下部磁性金属板８は、外観略六角形の平板状に形成されたもので、下部フェライト板６の半径よりも僅かに大きな内接円となる大きさに形成されている。また、六角形の下部磁性金属板８の周縁の１辺おきには、それぞれ側板９が一体に立設されている。
　他方、上部磁性金属板７は、上部フェライト板５とほぼ等しい半径の円板状に形成されており、さらに中心角１２０を間に介した外周部には、方形状に突出する接続部７ａが形成されている。なお、各々の接続部７ａの幅寸法は、下部磁性金属板８の側板９の長さ寸法に設定されている。
　そして、下部磁性金属板８上であって側板９内に、中心導体１および上下部フェライト板５、６が収納されるとともに、その上面に上部磁性金属板７が積層されている。ここで、上部磁性金属板７の接続部７ａの下面に、下部磁性金属板８の側板９の上縁が当接されている。そして、この上部磁性金属板７上に、円形板状の永久磁石１０が載置されて接着剤等により固定されている。この永久磁石１０は、上下部フェライト板５、６に、その板面と直交する方向に定磁界を形成させるものである。
　これにより、中心導体１、上下部フェライト板５、６、上下部磁性金属板７、８および永久磁石１０が、機械的、磁気的、かつ電気的に積層され、上下部磁性金属板７、８が側板９を介して閉磁路を形成するとともに、中心導体１の共振器３の先端に形成した屈曲部４により、中心導体１の上面と、上部フェライト板５の下面との間に、図４示すように、間隙Ｇが形成されている。なお、この間隙Ｇは、約０．１５ｍｍ以下となるように、屈曲部４の屈曲量が調整されている。
　以上の構成からなるアイソレータは、例えば、全体として縦横が約１０～２０ｍｍ角で、高さが約５ｍｍの部品であり、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃのうち、入出力端子２ａが入力端子とされ、入出力端子２ｂが出力端子とされるとともに、他の１本の入出力端子２ｃが接地されて、図示されない回路基板上に実装されることにより、マイクロ波回路の一部として組み込まれている。
　これにより、入力端子２ａに加えられたマイクロ波は、中心導体１において高周波磁界を発生し、上下部フェライト板５、６における磁気モーメントによって、上記マイクロ波の進行方向が曲がって中心角１２０°右回りに回転した出力端子２ｂに出力するとともに、出力端子２ｂに導入されたマイクロ波は、中心角１２０°右回りに回転した入出力端子２ｃに出力して接地されるようになっている。
　そしてさらに、上記構成からなるアイソレータにあっては、中心導体１の共振器３の先端部３ａに、面外方向に屈曲された屈曲部４を形成して、上部フェライト板５との間に間隙Ｇを形成し、屈曲部４の弾性によって中心導体１に対して上部フェライト板５を接離自在に設けているために、実装後に回路基板に曲げ応力が作用して反りを生じた場合にも、屈曲部４が弾性変形することにより間隙Ｇにおいて吸収することができる。
　この結果、実装後における回路基板に作用する曲げ応力に対して、柔軟性により上下部フェライト板５、６の割れを防止して、上下部磁性金属板７、８の薄板化による低背化を実現することができるために、容易に低背化および小型化を図ることができる。
　さらに、間隙Ｇの寸法を微調整することにより、加工時に生じる上下部フェライト板５、６の厚さ寸法の誤差を吸収することができ、よって加工マージンを確保して、量産性に優れる。また、予め間隙Ｇの寸法を適宜調整することにより、中心導体１の共振器３とその上下の構成要素との間の容量を変化させて、中心周波数を変えたり、あるいは微調整したりすることも可能になる。
　また、図６Ａに示すように、アイソレータにおいては、温度が高くなるにしたがい、磁性金属からなる側板９が熱伸長することによって間隙Ｇの寸法が大きくなり、この結果、共振器３との間の容量が減少して中心周波数が図中右方の高周波側（Ｆｏ（＋）側）にシフトする。
　これに対して、図６Ｂに示すように、永久磁石１０および上下部磁性金属板７、８は、温度が高くなるにしたがって磁場の強度（磁束密度）が低下することにより、中心周波数が図中右方の低周波側（Ｆｏ（－）側）にシフトする傾向がある。
　したがって、中心導体１と上部フェライト板５との間に間隙Ｇを形成した上記アイソレータによれば、温度変化が生じた際に、永久磁石１０や上下部磁性金属板７、８の磁場の強度変化に起因する中心周波数の変化と、側板９の熱伸縮による間隙Ｇの寸法変化に起因した中心周波数の変化が相殺されることにより、優れた温度特性を実現することが可能になる。
　次いで、図５は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した変形例における中心導体を示すもので、他の構成については、図１～図４に示したものと同一であるために、以下同一符号を用いてその説明を簡略化する。
　このアイソレータにおいては、中心導体１１の入出力端子１２の先端部１２ａが、当該入出力端子１２の延在方向と直交する両方向に突出する突出部によりＴ字状に形成されるとともに、これら突出部の基端部が、上部フェライト板５側に向けて面外方向に屈曲されることにより、第２の屈曲部１３が形成されている。
　そして、これら第２の屈曲部１３は、共振器３の先端部３ａに形成した屈曲部４とほぼ等しい屈曲量に設定されることにより、全体が曲げ力を受けた際に、屈曲部４と協働して弾性変形するようになっている。
　この結果、上記中心導体１１を備えたアイソレータにおいては、３本の共振器３の先端部３ａの屈曲部４に加えて、これら共振器３間から放射状に延出する３本の入出力端子１２の先端部１２ａにも、共振器３の屈曲部４と協働する同様の第２の屈曲部１３を形成しているために、中心導体１１と上部フェライト板５とが円周方向の６箇所１２点において当接している。
　したがって、本変形例のアイソレータによれば、図１～図４に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、より一層確実に周方向に均一な間隙Ｇを形成することができ、よって一段と安定した周波数特性を実現することが可能になるとともに、さらにリターンロス特性やアイソレーション特性の変動要因も無くして、特性を安定化させることができるといった効果が得られる。
　なお、上記変形例においては、中心導体１の共振器３の先端部３ａあるいは入出力端子１２の先端部１２ａを、いずれも上部フェライト板５側に面外方向に屈曲して屈曲部４、１３を形成することにより、中心導体１の上面と上部フェライト板５との間に間隙Ｇを形成する場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に下部フェライト板６側に向けて屈曲することにより、下部フェライト板６との間に同様の間隙を形成してもよく、さらには交互に上下部フェライト板５、６側に屈曲することにより、上下部フェライト板５、６との間に各々間隙を形成するようにしてもよい。
　（第２実施形態）
　図７～図９は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した第２実施形態を示すもので、前記第１実施形態同様、図中符号１が中心導体である。
　この中心導体１は、リン青銅等の金属板によって形成されたもので、その中心部１ａから外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。ここで、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃは、互いに中心角１２０°を間に介して、全体としてＹ字状をなすように形成されており、周方向に隣接する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃ間には、各々同様に外方に向けて放射状に延在する共振器３が形成されている。なお、共振器３は、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃよりも短い長さ寸法に設定されている。
　そして、この中心導体１は、上部フェライト板５および下部フェライト板６間に挟持されている。
　これら上下部フェライト板５、６は、各々半径が、中心導体１の中心から入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃの先端までの長さ寸法より小さく、かつ中心導体１の中心から共振器３の先端までの長さ寸法より大きい寸法に形成されている。
　そして、これら中心導体１を間に挟んだ上下部フェライト板５、６の上面側および下面側には、各々上部磁性金属板７および下部磁性金属板８が配設されている。ここで、下部磁性金属板８は、純鉄からなる平板が外観略六角形状に形成されたもので、下部フェライト板６の半径よりも僅かに大きな内接円となる大きさに形成されている。また、六角形の下部磁性金属板８の周縁の１辺おきには、それぞれ側板９が一体に立設されている。
　他方、上部磁性金属板７は、純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼によって形成されたもので、中心部分の直径が上部フェライト板５とほぼ等しい円板状に形成されており、さらに外周部の中心角１２０を間に介した位置には、それぞれ方形状に突出する接続部７ａが形成されている。なお、各々の接続部７ａの幅寸法は、下部磁性金属板８の側板９の長さ寸法に設定されている。
　そして、下部磁性金属板８上であって側板９内に、中心導体１を間に挟んだ上下部フェライト板５、６が収納されるとともに、その上面に上部磁性金属板７が積層されている。
　ここで、上部磁性金属板７の接続部７ａの下面に、下部磁性金属板８の側板９の上縁が当接されている。そして、この上部磁性金属板７上に、円形板状の永久磁石からなるマグネット１０が載置されて接着剤等により固定されている。このマグネット１０は、上下部フェライト板５、６に、その板面と直交する方向に定磁界を形成させるものである。
　これにより、中心導体１、上下部フェライト板５、６、上下部磁性金属板７、８およびマグネット１０が、機械的、磁気的、かつ電気的に積層され、上下部磁性金属板７、８が側板９を介して閉磁路が形成されている。
　そして、このアイソレータにおいては、図９に示すように、上部磁性金属板７が、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔ、例えば下部磁性金属板８の板厚Ｔを０．３ｍｍに設定した場合に、上部磁性金属板７の板厚ｔは、その１／２の０．１５ｍｍに設定されている。
　以上の構成からなるアイソレータは、例えば、全体として縦横が約１０～２０ｍｍ角で、高さが約５ｍｍの部品であり、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃのうち、入出力端子２ａが入力端子とされ、入出力端子２ｂが出力端子とされるとともに、他の１本の入出力端子２ｃが接地されて、図示されない回路基板上に実装されることにより、マイクロ波回路の一部として組み込まれている。
　これにより、入力端子２ａに加えられたマイクロ波は、中心導体１において高周波磁界を発生し、上下部フェライト板５、６における磁気モーメントによって、上記マイクロ波の進行方向が曲がって中心角１２０°右回りに回転した出力端子２ｂに出力するとともに、出力端子２ｂに導入されたマイクロ波は、中心角１２０°右回りに回転した入出力端子２ｃに出力して接地されるようになっている。
　そしてさらに、上記構成からなるアイソレータにあっては、上下部磁性金属板７、８および側板９によって形成される閉磁路により、マグネット１０からの磁気を安定的に保持するとともに、さらにマグネット１０が載置されている上部磁性金属板７を、純鉄よりも低い透磁率の磁性ステンレス鋼によって形成し、かつ下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔに形成しているために、マグネット１０から上部磁性金属板７を貫いて上部フェライト板５へと伝わる漏洩磁界強度を高めることができる。
　しかも、中心導体１における共振器３には、上部磁性金属板７のから側板９を介して供給される磁界と併せて、磁界を一様に分布させることにより、良好な磁気モーメント現象を得ることができる。加えて、上記閉磁路の外側となる上部磁性金属板７上にマグネット１０を載置しているために、上下部フェライト板５、６における磁界強度分布が異なることになり、この結果上下部フェライト板５、６での共振周波数にズレを生じて比帯域幅を広げることができる。
　これにより、マグネット１０の磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができ、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる。さらに、上部磁性金属板７を磁性ステンレス鋼によって形成し、かつその板厚ｔを下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くしているために、表面実装部品に対する、より一層の軽量化や軽量化の要請にも容易に対応することができる。
　次いで、図１０～図１３は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した幾つかの変形例を示すもので、他の構成については、図７～図９に示したものと同一であるために、以下同一符号を用いてその説明を簡略化する。
　図１０および図１１に示す変形例に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７の中心部における直径φ1が、上部フェライト板５よりも小径であって、かつマグネット１０の直径φ2よりも小径に形成されている。これにより、図１１に示すように、接続部７ａ間において、マグネット１０の外周部の一部分が、上部磁性金属板７の外周縁よりも外方に突出して、上部フェライト板５と直接対向するように構成されている。
　また、図１２に示す別の変形例に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７における接続部７ａ間の外周部に、中心側に向けて延在する方形の切り欠き部１１１が形成されている。これにより、切り欠き部１１に臨むマグネット１０の外周部分が、切り欠き部１１１を介して下方の上部フェライト板５と直接対向するように構成されている。
　さらに、図１３に示す更に別の変形例に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７の中心部に、円形の開口部１１２が形成されている。これにより、開口部１１２に臨むマグネット１０の中心部が、開口部１１２を介して下方の上部フェライト板５の中心部と直接対向するように構成されている。
　したがって、図１０～図１３に示した、第２実施形態の変形例のアイソレータによれば、図７～図９に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、マグネット１０の一部が、上部フェライト板５と直接対向するようにしているために、上部磁性金属板７を介した漏洩磁界を一段と強めることができ、よって一層高い周波数帯においても使用することが可能になるために、その使用周波数範囲の拡大を図ることができるといった効果が得られる。
　なお、上記第２実施形態およびその変形例においては、いずれも上部磁性金属板７を、下部磁性金属板８を形成する純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼によって形成するとともに、さらに上部磁性金属板７の板厚ｔを、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くした場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
　すなわち、本発明においては、上部磁性金属板７を純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼等の磁性金属によって形成して、上下部磁性金属板７、８の板厚を同一にする構成や、あるいは上部磁性金属板７を下部磁性金属板８と同様に純鉄によって形成するととともに、上部磁性金属板７の板厚ｔを、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くする構成を採用することもできる。
　本発明のいずれの実施形態のものも、各種マイクロ波装置の回路基板に実装されるアイソレータやサーキュレータ等として利用可能である。
　１、１１　中心導体
　２ａ、２ｂ、２ｃ、１２　入出力端子
　３　共振器
　３ａ、１２ａ　先端部
　４、１３　屈曲部（突出部）
　５　上部フェライト板
　６　下部フェライト板
　７　上部磁性金属板
　８　下部磁性金属板
　９　側板
　１０　永久磁石（マグネット）
　Ｇ　間隙
　１１１　切り欠き部
　１１２　開口部
　ｔ　上部磁性金属板の板厚
　Ｔ　下部磁性金属板８の板厚
　φ1　上部磁性金属板の中心部における直径
　φ2　マグネットの直径

Claims (9)

  1. 　中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子の間に、各々外方に向けて延在する共振器が形成された平板状の中心導体と、この中心導体を、上記共振器を含んで間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属上に磁石が配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、
    　上記中心導体の上記共振器の先端部に、面外方向に屈曲されて上記上部フェライト板および／または下部フェライト板との間に間隙を形成する屈曲部を形成することにより、上記屈曲部の弾性により上記中心導体に対して上記上部フェライト板および／または下部フェライト板を接離自在に設けたことを特徴とする非可逆回路素子。
  2. 　上記共振器の先端部は、上記外方への延在方向と直交する両方向に突出する突出部によりＴ字状に形成されるとともに、当該突出部の基端部が屈曲されることにより上記屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
  3. 　上記中心導体は、銅系の非磁性金属板からなることを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
  4. 　上記入出力端子の先端部は、上記外方への延在方向と直交する両方向に突出する突出部によりＴ字状に形成されるとともに、当該突出部の基端部が屈曲されることにより上記屈曲部と協働する第２の屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
  5. 　中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子が一体形成されるとともに共振器として機能する平板状の中心導体と、この中心導体を間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属板上にマグネットが配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、
    　上記上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成したことを特徴とする非可逆回路素子。
  6. 　上記上部磁性金属板を、磁性ステンレス鋼によって形成したことを特徴とする請求項５に記載の非可逆回路素子。
  7. 　上記上部磁性金属板の外周縁における少なくとも一部の外法寸法を、上記上部フェライト板の外法寸法および上記マグネットの外法寸法よりも小さくすることにより、上記マグネットの外周部の少なくとも一部分が、上記上部磁性金属板の外周縁よりも外方に突出して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の非可逆回路素子。
  8. 　上記上部磁性金属板の外周部に、その中心側に延在する切り欠き部を形成することにより、当該切り欠き部に臨む上記マグネットの一部分が、上記切り欠き部を介して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の非可逆回路素子。
  9. 　上記上部磁性金属板の中心部に開口部を形成することにより、当該開口部に臨む上記マグネットの中心部が、上記開口部を介して上記上部フェライト板の中心部と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の非可逆回路素子。
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