CN101803111B - 非可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非可逆电路元件，可以使频率高于基本波的无用波衰减而不使***损失恶化。双端口型隔离器具备铁氧体(32)和匹配电路，所述铁氧体(32)具有在彼此电绝缘状态下交错配置在所述铁氧体上的第1中心电极(35)以及第2中心电极(36)。在输入端口(P1)和输出端口(P2)之间连接有由移相器(51)和滤波器(52)构成的、且不会使工作的基本频带的信号通过的分支路，从而使高次谐波衰减。

Description

非可逆电路元件

技术领域

本发明涉及非可逆电路元件，尤其涉及在微波带中使用的如隔离器或循环器等非可逆电路元件。

背景技术

在现有技术中，如隔离器或循环器等非可逆电路元件，具有仅在预定的特定方向上传输信号而不会在相反方向上传输的特性。利用这种特性，例如将隔离器使用在汽车电话、便携电话等移动体通信设备的发送电路部。

一般而言，这种非可逆电路元件具备既定的匹配电路元件，该匹配电路元件包括：由形成有中心电极的铁氧体和对其施加直流磁场的永磁体组成的铁氧体磁体元件、电阻和电容器(电容)等。

在专利文献1中记载有为了实现低***损失而在输入端口和输出端口之间***了耦合用电容器元件的双端口型隔离器。在专利文献2中记载有，基于同样的目的，在输入端口和输出端口之间***了耦合用电容器元件的双端口型隔离器。虽然通过这些隔离器能够取得较佳的***损失，但是，尚未考虑到使2倍频或3倍频等无用波衰减的情况。

专利文献1：国际公开第2006/080172号公报

专利文献2：日本特开2006-211373号公报

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种能够使频率高于基本波的无用波衰减而不会使***损失恶化的非可逆电路元件。

为了实现所述目的，作为本发明一种方式的非可逆电路元件，包括：永磁体；利用所述永磁体施加直流磁场的铁氧体；以及在彼此绝缘状态下交错配置在所述铁氧体上的第1中心电极以及第2中心电极，所述第1中心电极的一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接，所述第2中心电极的一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接，在所述输入端口和所述输出端口之间电连接有第1匹配电容，在所述输出端口和所述接地端口之间电连接有第2匹配电容，在所述输入端口和所述输出端口之间电连接有电阻，在所述输入端口和所述输出端口之间，电连接有具有移相器的功能和滤波器的功能、并且不使工作的基本频带的信号通过的分支路，所述移相器使通过的无用波在所述输出端口侧为反相，所述滤波器有选择地使无用波通过。

在所述非可逆电路元件中，由于无用波通过在输入端口和输出端口之间***的分支路，且该无用波的相位与在分支路的出口通过非可逆电路元件的无用波的相位相反，从而使无用波较大衰减。此外，在工作的基本频带中，由于滤波器的输入输出阻抗极其高，所以，实际上***了分支路的影响并不存在，***损失不会恶化。

依据本发明，由于在输入端口和输出端口之间***了具有移相器功能和滤波器功能、且不使工作的基本频带的信号通过的分支路，从而可以使频率高于基本波的无用波衰减而不会使***损失恶化。

附图说明

图1是表示作为本发明基本形式的非可逆电路元件(双端口型隔离器)的分解立体图；

图2是表示带有中心电极的铁氧体的立体图；

图3是表示所述铁氧体素域的立体图；

图4是表示铁氧体磁体元件的分解立体图；

图5是表示双端口型隔离器的基本电路例的等效电路图；

图6是表示***了分支路的第1电路例的等效电路图；

图7是表示第1电路例的具体例的等效电路图；

图8是表示***了分支路的第2电路例的等效电路图；

图9是表示第2电路例的具体例的等效电路图；

图10是表示图5中所示电路的通过特性的图表；

图11是表示图5中所示输入输出之间相位差特性的图表；

图12是表示在图7中所示的分支路的通过特性的图表；

图13是表示图7中所示的输入输出之间相位差特性的图表；

图14是表示本发明的隔离器的通过特性的图表；

图15是表示本发明的隔离器的其它电路例的等效电路图。

附图标记说明：

1隔离器；20电路基板；30铁氧体磁体元件；32铁氧体；35第1中心电极；36第2中心电极；41永磁体；50、50A分支路；52、52A移相器；P1输入端口；P2输出端口；P3接地端口；C1电容器(第1匹配电容)；C2电容器(第2匹配电容)

具体实施方式

下面，参照附图对本发明所述的非可逆电路元件的实施例进行说明。另外，在各实施例中通用的部件、部分，均赋予相同的附图标记且省略重复的说明。

(隔离器的基本形式，参照图1～图5)

首先对作为本发明的非可逆电路元件的双端口型隔离器的基本形式进行说明。如图1所示，该双端口型隔离器1为集中常数型隔离器，大体包括电路基板20、由铁氧体32和一对永磁体41构成的铁氧体磁体元件30、以及作为匹配电路元件的一部分的片式电阻R。

铁氧体32如图2所示，在正反主面32a、32b上形成有彼此电绝缘的第1中心电极35以及第2中心电极36。在此处，铁氧体32呈长方体形状，所述长方体具有彼此相对且平行的第1主面32a以及第2主面32b。

此外，以在与主面32a、32b大致垂直的方向对铁氧体32施加直流磁场的方式，经由例如环氧类的粘结剂42将永磁体41粘接在主面32a、32b上(参照图4)。永磁体41的主面41a与所述铁氧体32的主面32a、32b的尺寸相同，并且以彼此外形一致的方式使主面32a、41a、主面32b、41a彼此对置配置。

第1中心电极35由导体膜形成。也就是说，如图2所示，对于该第1中心电极35来说，在铁氧体32的第1主面32a上，自右下方直立，分叉为两条，并相对于长边以较小的角度朝着左上部倾斜形成，且在左上方直立，经上表面32c上的中继用电极35a绕到第2主面32b，在第2主面32b上，以在透视状态下与第1主面32a重叠的方式分成两条形成，其一端与形成在下表面32d上连接用电极35b连接。此外，第1中心电极35的另一端与形成在下表面32d上的连接用电极35c相连接。这样，第1中心电极35在铁氧体32上环绕一匝。并且，第1中心电极35和下述第2中心电极36以在其间形成有绝缘膜且彼此绝缘的状态下交叉。中心电极35、36的交叉角根据需要设定，从而能够调整输入阻抗、***损失。

第2中心电极36由导体膜形成。对于该第2中心电极36来说，首先，在第1主面32a上，自右下到左上，以相对于长边成较大角度倾斜地在与第1中心电极35交叉的状态下形成第0.5匝36a，经由上表面32c上的中继用电极36b绕到第2主面32b，在第2主面32b上以大致垂直地与第1中心电极35交叉的状态形成该第1匝36c。第1匝36c的下端部经由下表面32d的中继用电极36d绕到第1主面32a，在第1主面32a上与第0.5匝36a平行且与第1中心电极35a交叉的状态下形成有第1.5匝36e，经由上表面32c上的中继用电极36f绕到第2主面32b。以下同样地，在铁氧体32的表面上分别形成有第2匝36g、中继用电极36h、第2.5匝36i、中继用电极36j、第3匝36k、中继用电极36l、第3.5匝36m、中继用电极36n、第4匝36o。此外，第2中心电极36的两端部分别与形成在铁氧体32的下表面32d上的连接用电极35c、35p连接。并且，连接用电极35c被共用作第1中心电极35以及第2中心电极36的各自端部的连接用电极。

此外，连接用电极35b、35c、36p、中继用电极35a、36b、36d、36f、36h、36j、36l、36n，是通过涂敷或者填充银、银合金、铜、铜合金等电极用导体而形成于在铁氧体32的上、下表面32c、32d上所形成的凹部37内(参照图3)。此外，在上、下表面32c、32d上还形成与各种电极相平行的虚设凹部38，并且形成有虚设电极39a、39b、39c。这种电极是通过预先在母铁氧体基板上形成通孔并且以电极用导体填充该通孔，然后在分割通孔的位置处切割而形成的。另外也可以是，各种电极在凹部37、38作为导体膜形成。

铁氧体32采用了YIG铁氧体等。第1中心电极35、第2中心电极36或各种电极，也能够以印刷、转印、光刻或者电镀等工艺形成为银或银合金的厚膜或者薄膜。作为中心电极35、36的绝缘膜，可以采用玻璃或铝等电介体厚膜、聚酰亚胺等树脂膜。它们可以由印刷、转印、光刻等工艺形成。

另外，铁氧体32可以通过包含绝缘膜以及各种电极的磁性体材料来一体烧结成。在这种情况下，各种电极可以采用耐高温烧结的Cu、Pd、Ag或者Pd/Ag。

永磁体41通常能够采用锶类、钡类、镧钴类的铁氧体。作为粘结永磁体41和铁氧体32的粘结剂，优选采用液态的热硬化型环氧粘结剂。

电路基板20构成为陶瓷多层基板，在其表面上形成有所述铁氧体磁体元件30、用于安装作为匹配电路元件的一部分的片式电阻R的端子电极25a、25b、25c、25d、25e、输入用电极26、输出用电极27、接地电极28等。此外，参照图5，下述说明的匹配电路元件(电容器C2、CS1、CS2、CP1、CP2、CP3)作为内部电极形成在电路基板20中，经导通孔导体等构成既定电路。

所述铁氧体磁体元件30载置在电路基板20上，铁氧体32的下表面32d的电极35b、35c、35p通过回流焊接而与电路基板20上的端子电极25a、25b、25c一体化形成，而且，永磁体41的下表面利用粘结剂而一体形成在电路基板20上。此外，电阻R与电路基板20上的端子电极25d、25e回流焊接在一起。

(电路结构，参照图5)

在此处，图5的等效电路中表示所述隔离器1的电路例。输入端口P1经匹配用电容器CS1而与匹配用电容器C1和末端电阻R连接，匹配用电容器CS1与第1中心电极35的一端相连接。第1中心电极35的另一端以及第2中心电极36的一端与末端电阻R以及电容器C1、C2连接，并且，经电容器CS2而与输出端口P2连接。第2中心电极36的另一端以及电容器CS2与接地端口P3连接。

此外，在输入端口P1和电容器CS1之间连接有接地的电容器CP1，在电容器CS1和第1中心电极35的一端之间连接有接地的电容器CP2。而且，在输出端口P2和电容器CS2之间连接有接地的电容器CP3。

在由以上等效电路构成的双端口型隔离器1中，第1中心电极35的一端与输入端口P1连接，另一端与输出端口P2连接；第2中心电极36的一端与输出端口P2连接，另一端与接地端口P3连接，由此，可以得到***损失较低的双端口型的集中常数型隔离器。而且，在工作时，有较大的高频率电流流经第2中心电极36，在第1中心电极35中几乎没有高频率电流通过。

此外，铁氧体磁体元件30的铁氧体32和一对永磁体41经粘结剂42而一体形成，从而可以取得机械性稳定、受到振动或冲击也不会变形、破损的牢靠的隔离器。

在此处，对所述各种匹配电路元件的功能进行说明。电容器C1决定隔离器的频率，在工作频带优选隔离最大的值。电容器C2决定通过频率，在工作频带优选***损失最小的值。电容器CS1、CS2使隔离器1与50Ω的特性阻抗相匹配。在工作频带均优选***损失最小的值。电阻R作为隔离器1的末端电阻吸收相反方向的电力。在工作频带优选隔离最大的值。

电容器CP1、CP2、CP3使隔离器1与50Ω的特性阻抗相匹配。在工作频带，电容器CP1、CP2分别优选输入回波损耗最大、***损失最小的值。在工作频带，电容器CP3优选输出回波损耗最大、***损失最小的值。

(分支路，参照图6～9)

然而，相对于作为上述基本形式的隔离器1，本发明的非可逆电路元件作为第1电路例如图6所示，在输入端口P1和输出端口P2之间电连接有由移相器51和滤波器52构成的、且不使工作的基本频带的信号通过的分支路50。

移相器51能够由电容器或长度可变式同轴管等构成，使通过的无用波与在输出端口P2一侧通过隔离器1的无用波为反相。通过分支路50的无用波和通过隔离器1的无用波在输出端口P2处合流。此时，两个无用波若是相反相位，则彼此相互抵消，从而使无用波衰减。

滤波器52有选择性地使要衰减的无用波(2倍频、3倍频、4倍频、5倍频等高次谐波)通过。优选的情况是，使无用波在分支路50的出口处的振幅与通过隔离器1的无用波的振幅大体等同的程度通过。滤波器52可以采用高通滤波器、带通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器等滤波器。

在滤波器52为高通滤波器的情况下，截止频率优选设定在基频频率的1.5倍以上～3.5倍以下；在是带通滤波器的情况下，通过频率的中心值优选设定在基频频率的1.5倍以上～3.5倍以下；在是带阻滤波器的情况下，带阻优选设定为基频频率或者在其附近。

图7表示由高通滤波器构成分支路50的具体例。高通滤波器以如下方式构成：作为由电容器Ch1、Ch2以及连接在其间的电感器L3构成的T型电路，使3倍频衰减。

图8表示在输入端口P1和输出端口P2之间并联***了两个分支路50、50A的第2电路例。具体而言，如图9所示，分支路50是图7中示出的T型高通滤波器、且以使3倍频衰减的方式构成；分支路50A是由电容器Ch3、电容器Ch4以及连接在其间的带有电容器Ch5和电感器L4的并联共振电路构成的单级带通滤波器，且以使2倍频衰减的方式构成。

上述分支路50、50A可以通过将各元件内置于所述电路基板20中的状态形成。当然也可以外置在电路基板20来构成。

(隔离器以及分支路的特性，参照图10～14)

接下来，对于具有图5中示出的基本电路例的隔离器部分的特性、以及图7中示出的第1电路例(分支路50)的特性进行说明。测定的电路常数如下所述。

第1中心电极(电感器L1)：1.7nH

第2中心电极(电感器L2)：22nH

电容器C1：4pF

电容器C2：0.3pF

电容器CS1：2.5pF

电容器CS2：3.5pF

电阻：390Ω

电容器CP1：0.05pF

电容器CP2：0.05pF

电容器CP3：0.05pF

电容器Ch1：0.3pF

电容器Ch2：0.3pF

电感器L3：1.0nH

图10表示在图5中示出的隔离器部分的通过(振幅)特性。图11表示同一隔离器部分的输入输出之间相位差的特性。图12表示在图7中示出的分支路50部分的通过(振幅)特性。图13表示同一分支路50部分的输入输出之间相位差的特性。图14表示具有分支路50的隔离器的通过(振幅)特性。

基频频率大约为1.9GHz，对比图10和图14明显可知，4.2GHz以上的频率的通过特性得到了衰减。在该例中，衰减量是数dB～数10dB的程度。这表明，若根据图10和图12的比较、以及图11和图13的比较来分析，并不存在振幅完全一致且相位差确实为180°(反相)的频率。然而通过简单的分支路即可得到一定的效果。

此外，***分支路，从而可以实现高性能化(低***损失化、高隔离化)。也就是说，由于在隔离器的基本频带中，滤波器的输入输出的阻抗极其高，实际上成为与还没有连接分支路相等同的状态，因而不会对基本频带下的工作带来影响。

而且，可以实现隔离器的小型化、薄型化。即无需使用高Q值阻抗等易于大型化的部件，即可形成用于衰减无用波的电路。

此外，根据分支路的设计可以取得宽频带或多个频带的衰减。若给隔离器附加采用了共振的陷波电路，则能够仅使特定频率带的信号衰减。但是，若采用分支路，则可以使无用波在较宽的频带或者多个频带内得到衰减。

此外，分支路不会受到隔离器内部电路的工作阻抗的影响。即分支路有别于隔离器的内部电路的工作而独立设计，发挥功效。例如，所述隔离器1在相对于50Ω而言相比较高的70～200Ω左右的阻抗下进行工作，在输入输出的匹配电路中，即便当阻抗变更为50Ω的情况下，不会对工作或是在设计上带来影响。

另外，到此为止作为针对把中心电极35、36卷绕在铁氧体32的两个主面32a、32b上的隔离器的适用例进行了说明。但是，即便使用的是中心电极靠近铁氧体的一个主面、或者是一个主面和侧面设置的隔离器，设置所述分支路也能取得期待的效果。在该情况下，铁氧体以在电路基板上主面位于与基板的表面相平行的位置的方式配置。在铁氧体的其它主面上设置有用于将中心电极连接在匹配电路或者输入输出端子上的连接电极。在图15中示出将由移相器51以及滤波器52构成的分支路50连接在这种形态的隔离器上的等效电路。

(其它实施例)

另外，本发明所述的非可逆电路元件并不限定于所述实施例，在其要旨范围内可以进行各种变更。

特别是，匹配电路的结构是任意的。此外，作为将铁氧体磁体元件或匹配电路元件接合在基板表面上的方法而言，除了在上述实施例中示出的锡焊接合以外，还可以采用导电性粘结剂的接合、超音波接合、桥式焊接的接合方式等。

产业上的可利用性

如上所述，本发明适用于非可逆电路元件，尤其在使频率高于基本波的无用波衰减而不使***损失恶化的方面上性能优异。

Claims (6)

1.一种非可逆电路元件，其特征在于，

包括：永磁体；利用所述永磁体施加直流磁场的铁氧体；以及在彼此绝缘状态下交错配置在所述铁氧体上的第1中心电极以及第2中心电极，

所述第1中心电极的一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接，

所述第2中心电极的一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接，

在所述输入端口和所述输出端口之间电连接有第1匹配电容，

在所述输出端口和所述接地端口之间电连接有第2匹配电容，

在所述输入端口和所述输出端口之间电连接有电阻，

在所述输入端口和所述输出端口之间，电连接有由移相器和滤波器构成的、并且不使工作的基本频带的信号通过的分支路，

所述移相器使通过的无用波在所述输出端口侧为反相，

所述滤波器有选择地使无用波通过。

2.根据权利要求1所述的非可逆电路元件，其特征在于，

所述第1中心电极以及所述第2中心电极利用导体膜形成在所述铁氧体的相互平行的两主面上。

3.根据权利要求2所述的非可逆电路元件，其特征在于，

所述第2中心电极在所述铁氧体上卷绕至少一匝。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，

多个所述分支路并联地电连接在所述输入端口和所述输出端口之间。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，

所述滤波器由高通滤波器、带通滤波器、低频通过滤波器、带阻滤波器中的任一滤波器构成。

6.根据权利要求4所述的非可逆电路元件，其特征在于，

所述滤波器由高通滤波器、带通滤波器、低频通过滤波器、带阻滤波器中的任一滤波器构成。

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