WO2016079907A1 - サーキュレータ、及び無線通信装置 - Google Patents

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waveguides
circulator
ferrite
waveguide
barrier
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直行 折橋
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日本電気株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • 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
    • 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
    • H01P1/39—Hollow waveguide circulators

Definitions

  • the present invention relates to a circulator and a wireless communication device, and more particularly to a circulator including a filter and a wireless communication device.
  • a circulator is used to share an antenna between a transmission circuit and a reception circuit.
  • the circulator is configured using a magnetic material such as ferrite.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to a small-sized and high-power waveguide circulator.
  • Patent Document 2 discloses a radar device circulator capable of suppressing the second harmonic spurious to a low level.
  • a filter is required together with a circulator in order to remove unnecessary frequency components from high-frequency signals.
  • the filter is a separate part from the circulator, a space for mounting the filter is required separately from the circulator.
  • the circulator disclosed in Patent Document 1 includes a filter circuit, but this filter circuit is provided separately from the circulator. For this reason, there exists a problem that an apparatus structure will enlarge in a circulator provided with a filter.
  • an object of the present invention is to realize miniaturization of an element in a circulator including a filter.
  • the circulator according to the present invention includes at least two waveguides, a connection portion to which the at least two waveguides are connected, and a high-frequency signal that is disposed in the connection portion and propagates through the at least two waveguides.
  • a wireless communication apparatus is a wireless communication apparatus including the circulator, wherein the circulator includes first to third waveguides as the at least two waveguides, and the first waveguide is a transmission circuit.
  • the second waveguide is connected to an antenna, and the third waveguide is connected to a receiving circuit.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a circulator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view showing an example of a circulator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG.
  • FIG. 6 is a top view showing another example of the circulator according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of a circulator according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a top view showing an example of a circulator according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along section line VII-VII in FIG. 6. It is a figure which shows an example at the time of applying the circulator concerning this invention to a radio
  • FIGS. 1 and 2 are a perspective view and a top view, respectively, showing an example of a circulator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG.
  • the circulator 1 according to the present embodiment includes waveguides (waveguides) 11_1 to 11_3, a connection portion 12, a ferrite 13, barrier portions 15_1 to 15_3, and barrier portions 16_1 to 16_3. (See FIG. 2).
  • 1 to 3 is a so-called waveguide type three-way circulator in which waveguides 11_1 to 11_3 are branched in a substantially Y shape.
  • Each of the waveguides 11_1 to 11_3 corresponds to each of the ports 10_1 to 10_3.
  • the barrier portions 16_1 to 16_3 are not shown because of space limitations.
  • the waveguides 11_1 to 11_3 extend radially from the connecting portion 12.
  • a rectangular hollow waveguide can be used for the waveguides 11_1 to 11_3.
  • a high-frequency signal (for example, a microwave) propagates in the waveguides 11_1 to 11_3 while forming an electromagnetic field.
  • the waveguides 11_1 to 11_3 can be configured using a metal material.
  • the shape of the waveguide is not limited to a square shape, and for example, a circular hollow waveguide may be used.
  • the angle formed between the extending direction and the extending direction of the waveguide 11_1 may be 120 degrees.
  • the connecting part 12 is a part to which three waveguides 11_1 to 11_3 are connected.
  • a ferrite 13 is disposed in the connecting portion 12.
  • the ferrite 13 is disposed at the center of the connection portion 12.
  • a DC magnetic field H is applied to the ferrite 13 using a magnet (not shown) (see FIG. 3).
  • the ferrite 13 is magnetized, rotation (Faraday rotation) occurs in the magnetic field of the electromagnetic wave input to the ferrite 13, and an irreversible operation is realized.
  • the electromagnetic wave (high frequency signal) propagating through the waveguide 11_1 is guided to the waveguide 11_2 by the action of the ferrite 13.
  • the electromagnetic wave propagating through the waveguide 11_2 is guided to the waveguide 11_3 by the action of the ferrite 13.
  • the electromagnetic wave propagating through the waveguide 11_3 is guided to the waveguide 11_1 by the action of the ferrite 13.
  • the ferrite 13 may be a ferrite magnetized by itself (for example, hexagonal ferrite).
  • a permanent magnet that applies a DC magnetic field to the ferrite 13 can be omitted, and space saving can be achieved.
  • barrier portions (first barrier portions) 15_1 to 15_3 are formed inside the respective waveguides 11_1 to 11_3.
  • Each of the barrier portions 15_1 to 15_3 forms a resonance structure with the ferrite 13.
  • These resonant structures function as filters (bandpass filters) that remove predetermined frequency components from electromagnetic waves (high-frequency signals) propagating through the waveguides 11_1 to 11_3.
  • barrier portions (second barrier portions) 16_1 to 16_3 may be formed inside the respective waveguides 11_1 to 11_3.
  • Each of the barrier portions 16_1 to 16_3 forms a resonance structure with each of the barrier portions 15_1 to 15_3.
  • These resonant structures function as filters (bandpass filters) that remove predetermined frequency components from electromagnetic waves (high-frequency signals) propagating through the waveguides 11_1 to 11_3. That is, when two barrier portions are provided in each of the waveguides 11_1 to 11_3, two resonance structures can be formed, and these two resonance structures function as a two-stage bandpass filter.
  • Each of the barrier portions 15_1 to 15_3 and 16_1 to 16_3 can be formed by providing a convex portion inside (inner wall) of each of the waveguides 11_1 to 11_3.
  • the filter characteristics (for example, resonance frequency, bandwidth, Q value, etc.) of the bandpass filters formed in the respective waveguides 11_1 to 11_3 can be adjusted by changing the coupling coefficient of each resonance structure.
  • the coupling coefficient of each resonance structure is the distance between the ferrite forming the resonance structure and the barrier portion (the distance between the barrier portions when two or more barrier portions are provided), the height of the barrier portion, and the barrier portion. It can be adjusted by changing the thickness and the like.
  • the resonance frequency that is one of the filter characteristics is determined according to the distance between two components forming the resonance structure. That is, the resonance frequency of each resonance structure formed by each of the barrier portions 15_1 to 15_3 and the ferrite 13 is determined according to the distance between each of the barrier portions 15_1 to 15_3 and the ferrite 13. Further, the resonance frequency of each resonance structure formed by each of the barrier portions 15_1 to 15_3 and each of the barrier portions 16_1 to 16_3 is equal to the distance between each of the barrier portions 15_1 to 15_3 and each of the barrier portions 16_1 to 16_3. Will be decided accordingly.
  • the resonance frequency of the resonance structure formed by the ferrite 13 and the barrier portion 15_1 is determined according to the distance d11 between the ferrite 13 and the barrier portion 15_1.
  • the resonance frequency of the resonance structure formed by the barrier portion 15_1 and the barrier portion 16_1 is determined according to the distance d12 between the barrier portion 15_1 and the barrier portion 16_1.
  • a two-stage bandpass filter is formed in the waveguide 11_1. That is, a band pass filter is formed through which frequency components corresponding to the resonance frequencies of the two resonance structures pass.
  • the resonance frequencies of the two resonance structures are made different. Can do.
  • the frequency band of the bandpass filter can be widened.
  • the resonance frequencies of the two resonance structures are made the same. Can do.
  • the Q value which is one of the filter characteristics of the bandpass filter, can be increased.
  • the distance d11 between the ferrite 13 and the barrier portion 15_1 is about 10 mm, and the distance between the barrier portion 15_1 and the barrier portion 16_1.
  • d12 is set to about 7 mm
  • the height of each of the barrier portions 15_1 and 16_1 is set to about 3 mm (the same applies to the other waveguides 11_2 and 11_3).
  • the design values shown here are merely examples, and the present embodiment is not limited to these design values. These design values vary depending on the material of the ferrite 13 and the shape of other parts constituting the circulator 1.
  • the electromagnetic wave (high frequency signal) propagating through the waveguide 11_1 is guided to the waveguide 11_2 by the irreversible operation of the ferrite 13. Therefore, as shown in FIG. 3, two barrier portions 15_1 and 16_1 are provided in the waveguide 11_1 to form a two-stage bandpass filter, and two barrier portions 15_2 and 16_2 are provided in the waveguide 11_2.
  • a four-stage band-pass filter is formed across the waveguide 11_1 and the waveguide 11_2.
  • This band-pass filter functions as a multistage filter that removes a predetermined frequency component from a high-frequency signal propagating from the waveguide 11_1 to the waveguide 11_2.
  • the frequency characteristics of the bandpass filter in this case are as follows: distance d11 between the ferrite 13 and the barrier portion 15_1, distance d12 between the barrier portion 15_1 and the barrier portion 16_1, and distance d21 between the ferrite 13 and the barrier portion 15_2. It is determined in accordance with the distance d22 between the barrier portion 15_2 and the barrier portion 16_2.
  • the bandpass filter across the two waveguides 11_1 and 11_2, it is possible to increase the number of stages of the bandpass filter while realizing space saving.
  • the band-pass filter is formed across the two waveguides 11_1 and 11_2.
  • the two waveguides 11_2 and 11_3 and the two waveguides 11_3 and 11_1 are also covered.
  • a band pass filter is formed.
  • the ferrite 13 and the barrier portions 15_1 to 15_3 form a resonance structure.
  • the ferrite 13 needs to be configured to reflect a part of the high-frequency signal propagated through the waveguides 11_1 to 11_3 toward the propagated waveguide.
  • the reflection coefficient S 11 of the ferrite 13 is set to ⁇ 20 dB to ⁇ 10 dB, more preferably ⁇ 15 dB to ⁇ 10 dB.
  • S 11 of ferrite and S 11 is commonly used in the circulator ferrite 13 (e.g., -25 dB or less) by greater than (that is, by increasing the reflection component), ferrite 13 and barrier A resonance structure can be formed using the portions 15_1 to 15_3.
  • a circulator is used to share an antenna between a transmission circuit and a reception circuit.
  • a filter is required to remove unnecessary frequency components from the high frequency signal.
  • the filter is a separate part from the circulator, a space for mounting the filter is required separately from the circulator.
  • the circulator disclosed in Patent Document 1 includes a filter circuit, but this filter circuit is provided separately from the circulator. For this reason, a circulator having a filter has a problem that the apparatus configuration is increased in size.
  • a specific example will be described using a comparative example.
  • FIG. 9 is a top view showing a circulator according to a comparative example.
  • the circulator 101 shown in FIG. 9 includes waveguides 111_1 to 111_3, a connection portion 112, and a ferrite 113.
  • Each of the waveguides 111_1 to 111_3 corresponds to each of the ports 110_1 to 110_3.
  • bandpass filters 115_1 and 115_3 are provided at the ports 110_1 and 110_3, respectively.
  • the band-pass filters 115_1 and 115_3 are separate parts from the circulator, spaces 116_1 and 116_3 for attaching the band-pass filters 115_1 and 115_3 are required. That is, since the spaces 116_1 and 116_3 are required between the ferrite 113 and the band-pass filters 115_1 and 115_3, the circulator including the filter has a problem that the device configuration is increased in size.
  • the waveguides (waveguides) 11_1 to 11_3 are provided with barrier portions 15_1 to 15_3 that form a resonance structure with the ferrite 13.
  • Each resonance structure functions as a filter for removing a predetermined frequency component from the high-frequency signal propagating through the waveguides 11_1 to 11_3. That is, in the circulator 1 according to the present embodiment, the ferrite 13 is used as one of the components for forming the resonance structure. Therefore, useless spaces 116_1 and 116_3 like the circulator 101 according to the comparative example shown in FIG. 9 can be eliminated. Therefore, it is possible to reduce the size of the element in the circulator including the filter.
  • a barrier portion may be provided in at least one of the waveguides 11_1 to 11_3.
  • the waveguide 11 ⁇ / b> _ ⁇ b> 1 may be provided with one barrier portion 15 ⁇ / b> _ ⁇ b> 1.
  • a one-stage band pass filter is formed in the waveguide 11_1.
  • the number of barrier portions provided in each of the waveguides 11_1 to 11_3 may be three or more. Further, the number of barrier portions provided in each of the waveguides 11_1 to 11_3 may be different. By adjusting the number of barrier portions provided in each of the waveguides 11_1 to 11_3, the characteristics of the bandpass filter formed in the circulator 1 can be adjusted.
  • the circulator 2 according to the present embodiment includes waveguides 21_1 to 21_3, a connection portion 22, a ferrite 23, and barrier portions 25_1 to 25_3.
  • the circulator 2 shown in FIGS. 5 to 7 is a so-called SMT type three-way circulator in which waveguides 21_1 to 21_3 formed using microstrip lines 28_1 to 28_3 are branched in a substantially Y shape.
  • the respective waveguides 21_1 to 21_3 correspond to the respective ports 20_1 to 20_3.
  • the waveguides 21_1 to 21_3 extend radially from the connecting portion 22.
  • Each of the waveguides 21_1 to 21_3 is configured using conductors 27_1 to 27_3 and microstrip lines 28_1 to 28_3.
  • the microstrip lines 28_1 to 28_3 are formed on a substrate (insulator substrate) 31.
  • a metal material can be used for the microstrip lines 28_1 to 28_3.
  • the angle formed by the direction in which 21_1 extends may be 120 degrees.
  • the ferrite 23 is disposed on the substrate 31 via the spacer 32.
  • a connection portion 22 is provided on the upper portion of the ferrite 23.
  • the connection part 22 is a part to which the three waveguides 21_1 to 21_3 are connected.
  • the connection portion 22 and the conductors 27_1 to 27_3 are integrally formed using a metal material.
  • the respective conductors 27_1 to 27_3 are connected to the respective microstrip lines 28_1 to 28_3 on the substrate 31.
  • a DC magnetic field H is applied to the ferrite 23 using a magnet (not shown) (see FIG. 7).
  • the ferrite 23 is magnetized, rotation (Faraday rotation) is generated in the magnetic field of the electromagnetic wave input to the ferrite 23, and an irreversible operation is realized.
  • the electromagnetic wave (high frequency signal) that has propagated through the waveguide 21_1 is guided to the waveguide 21_2 by the action of the ferrite 23.
  • the electromagnetic wave propagating through the waveguide 21_2 is guided to the waveguide 21_3 by the action of the ferrite 23.
  • the electromagnetic wave propagating through the waveguide 21_3 is guided to the waveguide 21_1 by the action of the ferrite 23. In this way, an irreversible operation is realized by the action of the ferrite 23.
  • ferrite for example, hexagonal ferrite
  • a permanent magnet that applies a DC magnetic field to the ferrite 23 can be omitted, and space saving can be achieved.
  • the barrier portions (first barrier portions) 25_1 to 25_3 are formed in the respective waveguides 21_1 to 21_3.
  • Each of the barrier portions 25_1 to 25_3 forms a resonance structure with the ferrite 23.
  • These resonant structures function as filters (bandpass filters) that remove predetermined frequency components from electromagnetic waves (high-frequency signals) propagating through the waveguides 21_1 to 21_3.
  • Each of the barrier portions 25_1 to 25_3 can be formed by providing recesses on both sides of each of the microstrip lines 28_1 to 28_3.
  • the resonance frequency of each resonance structure is determined according to the distance between the two components forming the resonance structure. That is, the resonance frequency of each resonance structure formed by each of the barrier portions 25_1 to 25_3 and the ferrite 23 is determined according to the distance between each of the barrier portions 25_1 to 25_3 and the ferrite 23.
  • a second barrier portion (second barrier portion) may be provided in each of the waveguides 21_1 to 21_3. Good.
  • two barrier portions are provided in each of the waveguides 21_1 to 21_3, two resonance structures can be formed, and these two resonance structures function as a two-stage bandpass filter.
  • the electromagnetic wave (high-frequency signal) propagating through the waveguide 21_1 is guided to the waveguide 21_2 by the irreversible operation of the ferrite 23. Therefore, as shown in FIG. 6, the waveguide 21_1 is provided with one barrier section 25_1 to form a single-stage bandpass filter, and the waveguide 21_2 is provided with one barrier section 25_2 to provide a single-stage bandpass filter.
  • a two-stage bandpass filter is formed across the waveguide 21_1 and the waveguide 21_2.
  • This band-pass filter functions as a multistage filter that removes a predetermined frequency component from a high-frequency signal propagating from the waveguide 21_1 to the waveguide 21_2.
  • the bandpass filter is formed across the two waveguides 21_1 and 21_2.
  • the two waveguides 21_2 and 21_3 and the two two waveguides 21_3 and 21_1 are also spread over.
  • a bandpass filter is formed.
  • the ferrite 23 and the barrier portions 25_1 to 25_3 form a resonance structure.
  • the ferrite 23 needs to be configured to reflect a part of the high-frequency signal propagating through the waveguides 21_1 to 21_3 toward the propagating waveguide.
  • the reflection coefficient S 11 of the ferrite 23 is set to be ⁇ 20 dB to ⁇ 10 dB, more preferably ⁇ 15 dB to ⁇ 10 dB.
  • ferrite 23 e.g., -25 dB or less
  • ferrite 23 and the barrier portions 25_1 to 25_3 can be used to form a resonance structure.
  • the waveguides 21_1 to 21_3 are provided with barrier portions 25_1 to 25_3 that form a resonance structure with the ferrite 23.
  • Each resonance structure functions as a filter that removes a predetermined frequency component from the high-frequency signal propagating through the waveguides 21_1 to 21_3. That is, in the circulator 2 according to the present embodiment, the ferrite 23 is used as one of the components for forming the resonance structure. Therefore, useless spaces 116_1 and 116_3 like the circulator 101 according to the comparative example shown in FIG. 9 can be eliminated. Therefore, it is possible to reduce the size of the element in the circulator including the filter.
  • a barrier portion may be provided in at least one of the waveguides 21_1 to 21_3.
  • the number of barrier portions provided in each of the waveguides 21_1 to 21_3 may be two or more. Further, the number of barrier portions provided in each of the waveguides 21_1 to 21_3 may be different. The characteristics of the bandpass filter formed in the circulator 2 can be adjusted by adjusting the number of barrier portions provided in each of the waveguides 21_1 to 21_3.
  • the present invention can be applied to a coaxial line type circulator in addition to the waveguide type three-way circulator (Embodiment 1) and the SMT type three-way circulator (Embodiment 2). Furthermore, the present invention can be applied to any circulator as long as a resonant structure can be formed in the circulator.
  • the present invention can also be applied to an isolator in which one end of the input / output unit is terminated. In this case, the circulator may be provided with at least two waveguides.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example when the circulator 1 according to the present invention is applied to a wireless communication apparatus.
  • the circulator 1 includes a ferrite 13 and bandpass filters 46 and 47.
  • the band-pass filter 46 includes barrier portions 15_1 and 16_1 formed in the waveguide 11_1 shown in FIG.
  • the band pass filter 47 includes barrier portions 15_3 and 16_3 and a ferrite 13 formed in the waveguide 11_3 illustrated in FIG.
  • the port 10_1 (corresponding to the waveguide 11_1) is connected to the transmission circuit 41
  • the port 10_2 (corresponding to the waveguide 11_2) is connected to the antenna 42
  • the port 10_3 (corresponding to the waveguide 11_3).
  • the high frequency signal output from the transmission circuit 41 passes through the band pass filter 46 and is then supplied to the antenna 42.
  • the high frequency signal received by the antenna 42 is supplied to the receiving circuit 43 after passing through the band pass filter 47. Therefore, the antenna 42 can be shared by the transmission circuit 41 and the reception circuit 43.
  • the wireless communication device itself can be reduced in size by using the circulator according to the present invention.

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Abstract

本発明にかかるサーキュレータ（１）は、導波路（１０_１～１０_３）と、導波路（１０_１～１０_３）が接続される接続部（１２）と、接続部（１２）に配置され、導波路（１０_１～１０_３）を伝搬してきた高周波信号を非可逆的に他の導波路に導くフェライト（１３）と、導波路（１０_１～１０_３）のうちの少なくとも一つの導波路に配置され、フェライト（１３）と共振構造を形成する障壁部（１５_１～１５_３）と、を備える。共振構造は各々の導波路（１０_１～１０_３）を伝搬する高周波信号から所定の周波数成分を除去するフィルタとして機能する。

Description

サーキュレータ、及び無線通信装置
　本発明はサーキュレータ、及び無線通信装置に関し、特にフィルタを備えるサーキュレータ、及び無線通信装置に関する。
　高周波帯域を利用した無線通信装置では、アンテナを送信回路と受信回路とで共用するために、サーキュレータが使用されている。例えば、サーキュレータはフェライト等の磁性体を用いて構成されている。
　特許文献１には、小型で高出力な導波管型のサーキュレータに関する技術が開示されている。また、特許文献２には、２倍波スプリアスを低レベルに抑圧することが可能なレーダ装置用サーキュレータが開示されている。
実開平０９－０００３７４号公報 特開２００１－１９６８０８号公報
　無線通信装置では、高周波信号から不要な周波数成分を除去するために、サーキュレータと共にフィルタが必要となる。ここで、フィルタはサーキュレータとは別の部品であるため、サーキュレータとは別にフィルタを取り付けるためのスペースが必要になる。例えば、特許文献１に開示されているサーキュレータはフィルタ回路を備えるが、このフィルタ回路はサーキュレータとは別に設けられている。このため、フィルタを備えるサーキュレータでは装置構成が大型化するという問題がある。
　上記課題に鑑み本発明の目的は、フィルタを備えるサーキュレータにおいて素子の小型化を実現することである。
　本発明にかかるサーキュレータは、少なくとも２つの導波路と、前記少なくとも２つの導波路が接続される接続部と、前記接続部に配置され、前記少なくとも２つの導波路を伝搬してきた高周波信号を他の導波路に導くフェライトと、前記導波路のうちの少なくとも一つの導波路に配置され、前記フェライトと共振構造を形成する第１の障壁部と、を備える。
　本発明にかかる無線通信装置は、上記サーキュレータを含む無線通信装置であって、前記サーキュレータは前記少なくとも２つの導波路として第１乃至第３の導波路を備え、前記第１の導波路は送信回路に接続され、前記第２の導波路はアンテナに接続され、前記第３の導波路は受信回路に接続されている。
　本発明により、フィルタを備えるサーキュレータにおいて素子の小型化を実現することが可能になる。
実施の形態１にかかるサーキュレータの一例を示す斜視図である。 実施の形態１にかかるサーキュレータの一例を示す上面図である。 図２の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。 実施の形態１にかかるサーキュレータの他の例を示す上面図である。 実施の形態２にかかるサーキュレータの一例を示す斜視図である。 実施の形態２にかかるサーキュレータの一例を示す上面図である。 図６の切断線ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。 本発明にかかるサーキュレータを無線通信装置に適用した場合の一例を示す図である。 比較例にかかるサーキュレータを示す上面図である。
＜実施の形態１＞
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
　図１および図２はそれぞれ、実施の形態１にかかるサーキュレータの一例を示す斜視図および上面図である。図３は、図２の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図１～図３に示すように、本実施の形態にかかるサーキュレータ１は、導波管（導波路）１１_１～１１_３、接続部１２、フェライト１３、障壁部１５_１～１５_３、及び障壁部１６_１～１６_３（図２参照）、を備える。図１～図３に示すサーキュレータ１は、導波管１１_１～１１_３が略Ｙ字状に分岐した、所謂、導波管型３方向サーキュレータである。各々の導波管１１_１～１１_３は、各々のポート１０_１～１０_３に対応している。なお、図１では紙面の関係上、障壁部１６_１～１６_３の図示を省略している。また、図２に示す上面図では、サーキュレータ１の各構成要素を示すために透視図としている。
　導波管１１_１～１１_３は、接続部１２から放射状に延びている。例えば、導波管１１_１～１１_３には、方形状の中空導波管を用いることができる。高周波信号（例えば、マイクロ波）は、導波管１１_１～１１_３の内部を電磁界を形成しながら伝搬する。例えば、導波管１１_１～１１_３は金属材料を用いて構成することができる。なお、本実施の形態では、導波管の形状は方形状に限定されることはなく、例えば円形状の中空導波管を用いてもよい。
　また、例えば、導波管１１_１が延びる方向と導波管１１_２が延びる方向とが成す角度、導波管１１_２が延びる方向と導波管１１_３が延びる方向とが成す角度、及び導波管１１_３が延びる方向と導波管１１_１が延びる方向とが成す角度はそれぞれ１２０度となるようにしてもよい。
　接続部１２は、３つの導波管１１_１～１１_３が接続されている部分である。接続部１２にはフェライト１３が配置されている。例えば、フェライト１３は接続部１２の中心に配置されている。フェライト１３には、磁石（不図示）を用いて直流磁界Ｈが印加されている（図３参照）。これにより、フェライト１３が磁化され、フェライト１３に入力された電磁波の磁界に回転（ファラデー回転）が生じ、非可逆動作が実現される。
　つまり、導波管１１_１を伝搬してきた電磁波（高周波信号）はフェライト１３の作用によって導波管１１_２へと導かれる。また、導波管１１_２を伝搬してきた電磁波はフェライト１３の作用によって導波管１１_３へと導かれる。また、導波管１１_３を伝搬してきた電磁波はフェライト１３の作用によって導波管１１_１へと導かれる。このように、フェライト１３の作用によって非可逆動作が実現される。
　なお、フェライト１３には自身が磁化しているフェライト（例えば、六方晶フェライト）を用いてもよい。この場合は、フェライト１３に直流磁場を印加する永久磁石を省略することができ、省スペース化を図ることができる。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、各々の導波管１１_１～１１_３の内部に障壁部（第１の障壁部）１５_１～１５_３を形成している。各々の障壁部１５_１～１５_３は、フェライト１３と共振構造を形成する。これらの共振構造は、導波管１１_１～１１_３を伝搬する電磁波（高周波信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ（バンドパスフィルタ）として機能する。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では更に、各々の導波管１１_１～１１_３の内部に障壁部（第２の障壁部）１６_１～１６_３を形成してもよい。各々の障壁部１６_１～１６_３は、各々の障壁部１５_１～１５_３と共振構造を形成する。これらの共振構造は、導波管１１_１～１１_３を伝搬する電磁波（高周波信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ（バンドパスフィルタ）として機能する。つまり、各々の導波管１１_１～１１_３に２つの障壁部を設けた場合は２つの共振構造を形成することができ、これら２つの共振構造は２段のバンドパスフィルタとして機能する。
　各々の障壁部１５_１～１５_３、１６_１～１６_３は、各々の導波管１１_１～１１_３の内部（内壁）に凸部を設けることで形成することができる。
　各々の導波管１１_１～１１_３に形成されたバンドパスフィルタのフィルタ特性（例えば、共振周波数、帯域幅、Ｑ値など）は、各々の共振構造の結合係数を変えることで調整することができる。ここで、各々の共振構造の結合係数は、共振構造を形成するフェライトと障壁部との距離（２つ以上の障壁部を備える場合は障壁部間の距離）、障壁部の高さ、障壁部の厚み等を変えることで調整することができる。
　例えば、フィルタ特性の一つである共振周波数は、共振構造を形成する２つの構成要素間の距離に応じて決定される。つまり、各々の障壁部１５_１～１５_３とフェライト１３とで形成される各々の共振構造の共振周波数は、各々の障壁部１５_１～１５_３とフェライト１３との距離に応じて決定される。また、各々の障壁部１５_１～１５_３と各々の障壁部１６_１～１６_３とで形成される各々の共振構造の共振周波数は、各々の障壁部１５_１～１５_３と各々の障壁部１６_１～１６_３との距離に応じて決定される。
　例えば、図３に示すように、フェライト１３と障壁部１５_１とで形成される共振構造の共振周波数は、フェライト１３と障壁部１５_１との間の距離ｄ１１に応じて決定される。また、障壁部１５_１と障壁部１６_１とで形成される共振構造の共振周波数は、障壁部１５_１と障壁部１６_１との間の距離ｄ１２に応じて決定される。この場合、導波管１１_１には２段のバンドパスフィルタが形成される。つまり、２つの共振構造の共振周波数に対応した周波数成分が通過するバンドパスフィルタが形成される。
　例えば、フェライト１３と障壁部１５_１との間の距離ｄ１１と障壁部１５_１と障壁部１６_１との間の距離ｄ１２とを異なるようにすることで、２つの共振構造の共振周波数を異なるようにすることができる。この場合は、バンドパスフィルタの周波数帯域を広くすることができる。
　また、例えば、フェライト１３と障壁部１５_１との間の距離ｄ１１と障壁部１５_１と障壁部１６_１との間の距離ｄ１２とを同一にした場合は、２つの共振構造の共振周波数を同一にすることができる。この場合は、バンドパスフィルタのフィルタ特性の一つであるＱ値を高くすることができる。
　設計値の一例を挙げると、例えば、１３ＧＨｚ帯のバンドパスフィルタを形成する場合は、フェライト１３と障壁部１５_１との間の距離ｄ１１を１０ｍｍ程度、障壁部１５_１と障壁部１６_１との間の距離ｄ１２を７ｍｍ程度、障壁部１５_１および障壁部１６_１の高さをそれぞれ３ｍｍ程度とする（他の導波管１１_２、１１_３についても同様である）。なお、ここに示した設計値は一例であり、本実施の形態ではこれらの設計値に限定されることはない。また、これらの設計値は、フェライト１３の材料やサーキュレータ１を構成する他の部分の形状等によって異なる値となる。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、導波管１１_１を伝搬してきた電磁波（高周波信号）はフェライト１３の非可逆動作によって導波管１１_２へと導かれる。よって、図３に示すように、導波管１１_１に２つの障壁部１５_１、１６_１を設けて２段のバンドパスフィルタを形成し、導波管１１_２に２つの障壁部１５_２、１６_２を設けて２段のバンドパスフィルタを形成した場合は、結果として、導波管１１_１と導波管１１_２とに渡って４段のバンドパスフィルタを形成したことになる。このバンドパスフィルタは、導波管１１_１から導波管１１_２に伝搬する高周波信号から所定の周波数成分を除去する多段のフィルタとして機能する。
　この場合のバンドパスフィルタの周波数特性は、フェライト１３と障壁部１５_１との間の距離ｄ１１、障壁部１５_１と障壁部１６_１との間の距離ｄ１２、フェライト１３と障壁部１５_２との間の距離ｄ２１、障壁部１５_２と障壁部１６_２との間の距離ｄ２２に応じて決定される。
　このように２つの導波管１１_１、１１_２に渡ってバンドパスフィルタを形成することで、省スペース化を実現しつつバンドパスフィルタの段数を多くすることができる。なお、上記では２つの導波管１１_１、１１_２に渡ってバンドパスフィルタが形成される場合について説明したが、２つの導波管１１_２、１１_３および２つの導波管１１_３、１１_１についてもそれぞれに渡ってバンドパスフィルタが形成される。
　上記で説明したように、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、フェライト１３と障壁部１５_１～１５_３とで共振構造を形成している。このため、フェライト１３は、導波管１１_１～１１_３を伝搬してきた高周波信号の一部を、伝搬してきた導波路に向かって反射するように構成されている必要がある。例えば、フェライト１３の反射係数であるＳ１１が－２０ｄＢ以上－１０ｄＢ以下、更に好ましくは－１５ｄＢ以上－１０ｄＢ以下となるようにする。このようにフェライト１３のＳ１１を通常のサーキュレータで用いられているフェライトのＳ１１（例えば、－２５ｄＢ以下）よりも高くすることで（つまり、反射成分を多くすることで）、フェライト１３と障壁部１５_１～１５_３とを用いて共振構造を形成することができる。
　背景技術で説明したように、高周波帯域を利用した無線通信装置では、アンテナを送信回路と受信回路とで共用するために、サーキュレータが使用されている。また、無線通信装置では、高周波信号から不要な周波数成分を除去するためにフィルタが必要となる。ここで、フィルタはサーキュレータとは別の部品であるため、サーキュレータとは別にフィルタを取り付けるためのスペースが必要になる。例えば、特許文献１に開示されているサーキュレータはフィルタ回路を備えるが、このフィルタ回路はサーキュレータとは別に設けられている。このため、フィルタを備えるサーキュレータでは装置構成が大型化するという問題があった。以下、比較例を用いて具体的に説明する。
　図９は比較例にかかるサーキュレータを示す上面図である。図９に示すサーキュレータ１０１は、導波管１１１_１～１１１_３、接続部１１２、及びフェライト１１３を備える。各々の導波管１１１_１～１１１_３は、各々のポート１１０_１～１１０_３に対応している。図９に示すサーキュレータ１０１では、ポート１１０_１、１１０_３にそれぞれバンドパスフィルタ１１５_１、１１５_３が設けられている。
　ここで、バンドパスフィルタ１１５_１、１１５_３はサーキュレータとは別の部品であるため、バンドパスフィルタ１１５_１、１１５_３を取り付けるためのスペース１１６_１、１１６_３が必要になる。つまり、フェライト１１３と各々のバンドパスフィルタ１１５_１、１１５_３との間にスペース１１６_１、１１６_３が必要になるため、フィルタを備えるサーキュレータでは装置構成が大型化するという問題があった。
　そこで本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、導波管（導波路）１１_１～１１_３に、フェライト１３と共振構造を形成する障壁部１５_１～１５_３を設けている。各々の共振構造は導波管１１_１～１１_３を伝搬する高周波信号から所定の周波数成分を除去するフィルタとして機能する。つまり、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、フェライト１３を共振構造を形成するための構成要素の一つとして用いている。このため、図９に示した比較例にかかるサーキュレータ１０１のような無駄なスペース１１６_１、１１６_３をなくすことができる。よって、フィルタを備えるサーキュレータにおいて素子の小型化を実現することが可能になる。
　なお、図２に示したサーキュレータ１では、各々の導波管１１_１～１１_３の内部に２つの障壁部１５_１～１５_３を設けた場合について説明した。しかし、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、各々の導波管１１_１～１１_３のうちの少なくとも一つの導波管に障壁部を設ければよい。例えば、図４に示すように、導波管１１_１に１つの障壁部１５_１を設けた構成としてもよい。この場合は、導波管１１_１に１段のバンドパスフィルタが形成される。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ１では、各々の導波管１１_１～１１_３に設ける障壁部の数を３つ以上としてもよい。また、各々の導波管１１_１～１１_３に設ける障壁部の数を異なるようにしてもよい。各々の導波管１１_１～１１_３に設ける障壁部の数を調整することで、サーキュレータ１に形成されるバンドパスフィルタの特性を調整することができる。
＜実施の形態２＞
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。
　図５および図６はそれぞれ、実施の形態２にかかるサーキュレータの一例を示す斜視図および上面図である。図７は、図６の切断線ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。図５～図７に示すように、本実施の形態にかかるサーキュレータ２は、導波路２１_１～２１_３、接続部２２、フェライト２３、及び障壁部２５_１～２５_３を備える。図５～図７に示すサーキュレータ２は、マイクロストリップ線路２８_１～２８_３を用いて形成された導波路２１_１～２１_３が略Ｙ字状に分岐した、所謂、ＳＭＴ型３方向サーキュレータである。各々の導波路２１_１～２１_３は、各々のポート２０_１～２０_３に対応している。
　導波路２１_１～２１_３は、接続部２２から放射状に延びている。各々の導波路２１_１～２１_３は、導体２７_１～２７_３とマイクロストリップ線路２８_１～２８_３とを用いて構成されている。図７に示すように、マイクロストリップ線路２８_１～２８_３は、基板（絶縁体基板）３１の上に形成されている。マイクロストリップ線路２８_１～２８_３には金属材料を用いることができる。
　また、例えば、導波路２１_１が延びる方向と導波路２１_２が延びる方向とが成す角度、導波路２１_２が延びる方向と導波路２１_３が延びる方向とが成す角度、及び導波路２１_３が延びる方向と導波路２１_１が延びる方向とが成す角度はそれぞれ１２０度となるようにしてもよい。
　図７に示すように、フェライト２３は、スペーサ３２を介して基板３１の上に配置されている。フェライト２３の上部には接続部２２が設けられている。接続部２２は、３つの導波路２１_１～２１_３が接続されている部分である。例えば、接続部２２および導体２７_１～２７_３は金属材料を用いて一体で形成されている。各々の導体２７_１～２７_３は、基板３１上において、各々のマイクロストリップ線路２８_１～２８_３と接続されている。
　フェライト２３には、磁石（不図示）を用いて直流磁界Ｈが印加されている（図７参照）。これにより、フェライト２３が磁化され、フェライト２３に入力された電磁波の磁界に回転（ファラデー回転）が生じ、非可逆動作が実現される。
　つまり、導波路２１_１を伝搬してきた電磁波（高周波信号）はフェライト２３の作用によって導波路２１_２へと導かれる。また、導波路２１_２を伝搬してきた電磁波はフェライト２３の作用によって導波路２１_３へと導かれる。また、導波路２１_３を伝搬してきた電磁波はフェライト２３の作用によって導波路２１_１へと導かれる。このように、フェライト２３の作用によって非可逆動作が実現される。
　なお、フェライト２３には自身が磁化しているフェライト（例えば、六方晶フェライト）を用いてもよい。この場合は、フェライト２３に直流磁場を印加する永久磁石を省略することができ、省スペース化を図ることができる。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、各々の導波路２１_１～２１_３に障壁部（第１の障壁部）２５_１～２５_３を形成している。各々の障壁部２５_１～２５_３は、フェライト２３と共振構造を形成する。これらの共振構造は、導波路２１_１～２１_３を伝搬する電磁波（高周波信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ（バンドパスフィルタ）として機能する。
　各々の障壁部２５_１～２５_３は、各々のマイクロストリップ線路２８_１～２８_３の両辺に凹部を設けることで形成することができる。
　各々の共振構造の共振周波数は、共振構造を形成する２つの構成要素間の距離に応じて決定される。つまり、各々の障壁部２５_１～２５_３とフェライト２３とで形成される各々の共振構造の共振周波数は、各々の障壁部２５_１～２５_３とフェライト２３との距離に応じて決定される。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、実施の形態１で説明したサーキュレータ１と同様に、各々の導波路２１_１～２１_３に２つ目の障壁部（第２の障壁部）を設けてもよい。各々の導波路２１_１～２１_３に２つの障壁部を設けた場合は２つの共振構造を形成することができ、これら２つの共振構造は２段のバンドパスフィルタとして機能する。
　なお、各々の導波路２１_１～２１_３に形成された共振構造の共振周波数の決定方法やこれらの組み合わせについては実施の形態１で説明したサーキュレータ１の場合と同様であるので重複した説明は省略する。
　また、本実施の形態にかかるサーキュレータ２においても、導波路２１_１を伝搬してきた電磁波（高周波信号）はフェライト２３の非可逆動作によって導波路２１_２へと導かれる。よって、図６に示すように、導波路２１_１に１つの障壁部２５_１を設けて１段のバンドパスフィルタを形成し、導波路２１_２に１つの障壁部２５_２を設けて１段のバンドパスフィルタを形成した場合は、結果として、導波路２１_１と導波路２１_２とに渡って２段のバンドパスフィルタを形成したことになる。このバンドパスフィルタは、導波路２１_１から導波路２１_２に伝搬する高周波信号から所定の周波数成分を除去する多段のフィルタとして機能する。
　このように２つの導波路２１_１、２１_２に渡ってバンドパスフィルタを形成することで、省スペース化を実現しつつバンドパスフィルタの段数を多くすることができる。なお、上記では２つの導波路２１_１、２１_２に渡ってバンドパスフィルタが形成される場合について説明したが、２つの導波路２１_２、２１_３および２つの２つの導波路２１_３、２１_１についてもそれぞれに渡ってバンドパスフィルタが形成される。
　上記で説明したように、本実施の形態にかかるサーキュレータ２においても、フェライト２３と障壁部２５_１～２５_３とで共振構造を形成している。このため、フェライト２３は、導波路２１_１～２１_３を伝搬してきた高周波信号の一部を、伝搬してきた導波路に向かって反射するように構成されている必要がある。例えば、フェライト２３の反射係数であるＳ１１が－２０ｄＢ以上－１０ｄＢ以下、更に好ましくは－１５ｄＢ以上－１０ｄＢ以下となるようにする。このようにフェライト２３のＳ１１を通常のサーキュレータで用いられているフェライトのＳ１１（例えば、－２５ｄＢ以下）よりも高くすることで（つまり、通常よりも反射成分を多くすることで）、フェライト２３と障壁部２５_１～２５_３とを用いて共振構造を形成することができる。
　本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、導波路２１_１～２１_３に、フェライト２３と共振構造を形成する障壁部２５_１～２５_３を設けている。各々の共振構造は導波路２１_１～２１_３を伝搬する高周波信号から所定の周波数成分を除去するフィルタとして機能する。つまり、本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、フェライト２３を共振構造を形成するための構成要素の一つとして用いている。このため、図９に示した比較例にかかるサーキュレータ１０１のような無駄なスペース１１６_１、１１６_３をなくすことができる。よって、フィルタを備えるサーキュレータにおいて素子の小型化を実現することが可能になる。
　なお、本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、各々の導波路２１_１～２１_３のうちの少なくとも一つの導波路に障壁部を設ければよい。また、本実施の形態にかかるサーキュレータ２では、各々の導波路２１_１～２１_３に設ける障壁部の数は２つ以上であってもよい。また、各々の導波路２１_１～２１_３に設ける障壁部の数を異なるようにしてもよい。各々の導波路２１_１～２１_３に設ける障壁部の数を調整することで、サーキュレータ２に形成されるバンドパスフィルタの特性を調整することができる。
　また、本発明は、導波管型３方向サーキュレータ（実施の形態１）やＳＭＴ型３方向サーキュレータ（実施の形態２）以外に、同軸線路型のサーキュレータにも適用することができる。更に、サーキュレータに共振構造を形成することができるのであれば、本発明はどのようなサーキュレータにも適用することができる。また、本発明は入出力部の一端を終端したアイソレータにも適用することができる。この場合、サーキュレータは少なくとも２つの導波路を備えていればよい。
　図８は、本発明にかかるサーキュレータ１を無線通信装置に適用した場合の一例を示す図である。図８に示すように、サーキュレータ１はフェライト１３およびバンドパスフィルタ４６、４７を備える。バンドパスフィルタ４６は、図２に示した導波管１１_１に形成された障壁部１５_１、１６_１とフェライト１３とで構成される。バンドパスフィルタ４７は、図２に示した導波管１１_３に形成された障壁部１５_３、１６_３とフェライト１３とで構成される。
　図８に示す場合は、ポート１０_１（導波管１１_１に対応）は送信回路４１に接続され、ポート１０_２（導波管１１_２に対応）はアンテナ４２に接続され、ポート１０_３（導波管１１_３に対応）は送信回路４３に接続されている。このような構成とすることで、送信回路４１から出力された高周波信号はバンドパスフィルタ４６を通過した後、アンテナ４２に供給される。また、アンテナ４２で受信した高周波信号はバンドパスフィルタ４７を通過した後、受信回路４３に供給される。よって、送信回路４１と受信回路４３とでアンテナ４２を共用することができる。
　このとき、本発明にかかるサーキュレータを用いることで、無線通信装置自体も小型化することができる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１４年１１月１９日に出願された日本出願特願２０１４－２３４６３１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１、２　サーキュレータ
１０_１～１０_３　ポート
１１_１～１１_３　導波管
１２　接続部
１３　フェライト
１５_１～１５_３　障壁部（第１の障壁部）
１６_１～１６_３　障壁部（第２の障壁部）
２０_１～２０_３　ポート
２１_１～２１_３　導波路
２２　接続部
２３　フェライト
２５_１～２５_３　障壁部
２７_１～２７_３　導体
２８_１～２８_３　マイクロストリップ線路
３１　基板
３２　スペーサ
４１　送信回路
４２　アンテナ
４３　受信回路
４６、４７　バンドパスフィルタ

Claims (9)

  1. 　少なくとも２つの導波路と、
    　前記少なくとも２つの導波路が接続される接続部と、
    　前記接続部に配置され、前記少なくとも２つの導波路を伝搬してきた高周波信号を他の導波路に導くフェライトと、
    　前記導波路のうちの少なくとも一つの導波路に配置され、前記フェライトと共振構造を形成する第１の障壁部と、を備える、
    　サーキュレータ。
  2. 　前記第１の障壁部と共振構造を形成する第２の障壁部を更に備える、請求項１に記載のサーキュレータ。
  3. 　前記少なくとも２つの導波路のうちの第１及び第２の導波路のそれぞれに前記第１の障壁部が形成されている場合、前記第１の導波路に形成されている前記第１の障壁部と前記フェライトとで形成される共振構造、及び前記第２の導波路に形成されている前記第１の障壁部と前記フェライトとで形成される共振構造は、多段のフィルタを構成する、請求項１または２に記載のサーキュレータ。
  4. 　前記フェライトは、前記少なくとも２つの導波路を伝搬してきた前記高周波信号の一部を前記伝搬してきた導波路に向かって反射するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーキュレータ。
  5. 　前記フェライトの反射係数であるＳ１１が－２０ｄＢ以上－１０ｄＢ以下である、請求項４に記載のサーキュレータ。
  6. 　前記フェライトの反射係数であるＳ１１が－１５ｄＢ以上－１０ｄＢ以下である、請求項４に記載のサーキュレータ。
  7. 　前記少なくとも２つの導波路は導波管を用いて構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のサーキュレータ。
  8. 　前記少なくとも２つの導波路はマイクロストリップ線路を用いて構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のサーキュレータ。
  9. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のサーキュレータを含む無線通信装置であって、
    　前記サーキュレータは前記少なくとも２つの導波路として第１乃至第３の導波路を備え、
    　前記第１の導波路は送信回路に接続され、
    　前記第２の導波路はアンテナに接続され、
    　前記第３の導波路は受信回路に接続されている、
    　無線通信装置。
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