CN104584320A - 不可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

在不可逆电路元件中，能够在多个频带中进行动作并实现低输入阻抗。本发明的不可逆电路元件具备在被永磁铁施加直流磁场的铁氧体(32)设置了相互以绝缘状态交叉配置的第一以及第二中心电极(35)、(36)的高通型的第一以及第二隔离器(1)、(2)。将第一中心电极(35)的一端作为输入端口(P1)并将另一端作为输出端口(P2)，将第二中心电极(36)的一端作为输入端口(P1)并将另一端作为接地端口(P3)。第一隔离器(1)的通频带比第二隔离器(2)的通频带高。隔离器(1、2)彼此的输入部电连接而作为一个输入端子(IN)，在输入端子(IN)与第二隔离器(2)的输入端口(P1)之间***有低通滤波器(LPF)。

Description

不可逆电路元件

技术领域

本发明涉及不可逆电路元件，尤其涉及在微波频段使用的隔离器(insulator)、循环器(circulator)等不可逆电路元件。

背景技术

以往，隔离器、循环器等不可逆电路元件具有仅向预先决定的特定方向传送信号、不向相反方向进行传送的特性。利用该特性，例如隔离器被用于移动电话等移动通信设备的发送电路部。

作为被用作这种不可逆电路元件的双端口型隔离器，已知有一种如专利文献1、2所记载那样，基本的构成为在铁氧体的表面相互以绝缘状态交叉配置第一中心电极以及第二中心电极，在与输入端口连接的第一中心电极的一端和与输出端口连接的第二中心电极的一端之间连接电阻，并且，与该电阻并联连接了电容器的隔离器。都实现了***损耗、绝缘特性的提高。

近年来，能够在一部移动电话中进行多个频带下的通信。为了与此对应，以往按每一个频带使用了一个隔离器，但这样会导致部件数增加。鉴于此，期望有一种能够在多个频带下使用的不可逆电路元件。即，是输入部为一个、输出部输出多个频带的信号的至少两个输出方式。

本发明人考虑了为了在多个频带中使用而组合一对上述专利文献1或者上述专利文献2所记载的双端口型隔离器来构成一个不可逆电路元件。该双端口型隔离器为高通型，如图15所示，若组合成以频率f1、f2进行动作，则频率f2的高次谐波与频率f1重叠，发生通信不良。

并且，本发明人以能够在多个频带下进行良好的动作，并且极力抑制部件数的增加、***损耗的增大为目的，提出了专利文献3所记载的不可逆电路元件。

如图16所记载那样，该不可逆电路元件是组合了第一隔离器100以及第二隔离器200而成的元件，各个隔离器100、200构成为在被永磁铁(未图示)施加了直流磁场的铁氧体132设置有相互以绝缘状态交叉配置的第一中心电极135(电感器L1H、L1L)以及第二中心电极136(电感器L2H、L2L)的高通型。而且，第一隔离器100的通频带被设定得比第二隔离器200的通频带高，第一以及第二隔离器100、200彼此的输入部电连接而作为一个输入端子IN，各自的输出部为输出端子OUT1、OUT2。另外，在输入端子IN与第二隔离器200的输入部之间***有低通滤波器LPF。

图16所示的不可逆电路元件的第一以及第二隔离器100、200彼此的输入部电连接而成为一个输入端子IN，作为一个不可逆电路元件发挥作用。并且，由于在输入端子IN与第二隔离器200的输入部之间***有低通滤波器LPF，所以通频带较低的第二隔离器200的高次谐波衰减，可防止与通频带较高的第一隔离器100的干扰。另外，低通滤波器LPF的***位置是输入端子IN与第二隔离器200的输入部之间的一个部位，可抑制***损耗的增大、部件数的增加。

并且，详细而言，在各个隔离器100、200中，为了实现低***损耗，将第一中心电极135的一端作为输入端口P1并将另一端作为输出端口P2，将第二中心电极136的一端作为输出端口P2并将另一端作为接地端口P3，在输入端口P1与输出端口P2之间连接彼此并联连接的电阻R1H、R1L和电容器C1H、C1L，并且，与第二中心电极136并联连接电容器C2H、C2L。第一中心电极135和电容器C1H、C1L形成谐振电路，第二中心电极136和电容器C2H、C2L形成谐振电路。并且，在输入端口P1侧以及输出端口P2侧连接有阻抗调整用的电容器CS1H、CS2H、CS1L、CS2L等。

由上述隔离器100、200构成的不可逆电路元件被安装于移动电话的发送用电路。即，输入端子IN经由匹配电路60、70与发送侧功率放大器PA连接，输出端子OUT1、OUT2经由双工器等与天线连接。

通常，功率放大器PA的输出阻抗低至5Ω左右，隔离器100、200各自的输入阻抗高至50Ω左右。为了降低作为隔离器100、200的输入阻抗，能够通过减小第一以及第二中心电极135、136的交叉角度来实现，但由于隔离器100、200的小型化的要求，使得减小交叉角度(减小输入阻抗)产生极限。

鉴于此，考虑在隔离器100、200与功率放大器PA之间夹设由电感器L13和电容器C14构成的匹配电路60、以及由电感器L14和电容器C15构成的匹配电路70来使阻抗逐渐提高至25Ω、50Ω，使其与隔离器100、200的阻抗匹配。然而，夹设匹配电路60、70会使得***损耗增加，并且，发送用电路的部件数、成本也增加。对于***损耗而言，如图16所示，在隔离器100中，对其***损耗0.7dB加上匹配电路60、70的***损耗0.8dB，总共为1.5dB。在隔离器200中，对其***损耗0.7dB加上低通滤波器LPF的***损耗0.3dB和匹配电路60、70的***损耗0.8dB，总共为1.8dB。

专利文献1:日本专利第4197032号公报

专利文献2:日本专利第4155342号公报

专利文献3:日本特开2011－176668号公报

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种能够在多个频带下进行动作、并能够实现低输入阻抗的不可逆电路元件。

本发明的一个方式的不可逆电路元件的特征在于，

具备在被永磁铁施加直流磁场的铁氧体设置相互以绝缘状态交叉配置的第一以及第二中心电极，将上述第一中心电极的一端作为输入端口并将另一端作为输出端口，将上述第二中心电极的一端作为输入端口并将另一端作为接地端口，且在输入端口与输出端口之间串联连接了彼此并联连接的电阻元件和电容元件的高通型的第一以及第二隔离器，

第一隔离器的通频带比第二隔离器的通频带高，

第一以及第二隔离器的彼此的输入部电连接而作为一个输入端子，

在上述输入端子与第二隔离器的输入端口之间***有低通滤波器。

上述不可逆电路元件中的第一以及第二隔离器通过将第二中心电极的电感设定得比第一中心电极的电感大，使得若从输入端口输入高频信号，则在第二中心电极、电阻元件中几乎不流通电流，而在第一中心电极中流通电流，并向输出端口输出。另一方面，若从输出端口输入高频信号，则高频信号由于不可逆作用不通过第一中心电极而流向电阻元件并作为热被消耗。即，电流被衰减(隔离)。通过第二中心电极的电感相对较大，输入阻抗降低，能够使输入阻抗降低至以往的一半左右。因此，能够省略或者减少与功率放大器之间夹设的匹配电路，与之相伴，作为发送侧电路的***损耗变小，并且部件数、成本降低。

另外，在上述不可逆电路元件中，第一以及第二隔离器彼此的输入部电连接而作为一个输入端子，作为一个不可逆电路元件发挥作用。并且，由于在上述输入端子与第二隔离器的输入端口之间***有低通滤波器，所以通频带较低的第二隔离器的高次谐波被衰减，可防止与通频带较高的第一隔离器的干扰。另外，低通滤波器的***位置是上述输入端子与第二隔离器的输入端口之间的一个部位，可抑制***损耗的增大、部件数的增加。

根据本发明，能够在多个频带下进行动作，可实现低输入阻抗。

附图说明

图1是表示作为第一实施例的不可逆电路元件的等效电路图。

图2是表示上述不可逆电路元件的外观的立体图。

图3是表示构成上述不可逆电路元件各自的隔离器的铁氧体磁铁元件的分解立体图。

图4是表示基于上述隔离器的阻抗转换量的图。

图5是表示上述隔离器的输入阻抗特性的图。

图6是表示上述隔离器的隔离特性的图。

图7是表示上述隔离器的***损耗特性的图。

图8是表示上述隔离器的输出阻抗特性的图。

图9是表示上述隔离器的输入匹配特性的史密斯圆图。

图10是表示上述隔离器的输出匹配特性的史密斯圆图。

图11是表示作为第二实施例的不可逆电路元件的等效电路图。

图12是表示作为第三实施例的不可逆电路元件的等效电路图。

图13是表示作为第四实施例的不可逆电路元件的等效电路图。

图14是表示作为第五实施例的不可逆电路元件的等效电路图。

图15是表示组合了一对以往的双端口型隔离器的情况下的***损耗特性的图。

图16是包含以往的隔离器的发送侧电路的等效电路图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的不可逆电路元件的实施例进行说明。其中，在各图中，对相同的部件、部分附加共用的符号，省略重复的说明。

(第一实施例，参照图1～图10)

如图1的等效电路所示，作为第一实施例的不可逆电路元件是将双端口型的第一隔离器1以及双端口型的第二隔离器2构成为一体的单元(参照图2)的元件。第一以及第二隔离器1、2分别是集中常数型隔离器，构成电感器L1H、L1L的第一中心电极35与构成电感器L2H、L2L的第二中心电极36相互以绝缘状态交叉配置在微波磁性体(以下称为铁氧体32)。

隔离器1、2均为高通型，第一隔离器1的通频带被设定得比第二隔离器2的通频带高。第一以及第二隔离器1、2彼此的输入部电连接而成为一个输入端子IN，各自的输出部为输出端子OUT1、OUT2。并且，在输入端子IN与第二隔离器2的输入部(输入部是指输入端口P1。但是，本实施例中在输入端口P1***有电容器CS1L)之间***有低通滤波器LPF。

以下，参照图1对第一以及第二隔离器1、2的电路构成进行说明。其中，在各电路部件的符号的末尾，当为第一隔离器1时附加“H”，当为第二隔离器2时附加“L”，以下的说明针对第一隔离器1进行，第二隔离器2也为相同的构成。

隔离器1在铁氧体32的表面将第一以及第二中心电极35、36(电感器L1H、L2H)相互以绝缘状态交叉配置，通过从永磁铁41(参照图2、图3)向交叉部分施加直流磁场来使第一以及第二中心电极35、36磁耦合，将第一中心电极35的一端设为输入端口P1并将另一端设为输出端口P2，将第二中心电极36的一端设为输入端口P1并将另一端设为接地端口P3。输入端口P1经由匹配用电容器CS1H与输入端子IN连接，输出端口P2经由匹配用电容器CS2H与输出端子OUT1连接。

在输入端口P1和输出端口P2之间与第一中心电极35并联连接有匹配用电容器C1H，并且电阻R1H和LC串联谐振电路(由电感器L3H和电容器C3H构成)与第一中心电极35并联连接。在输入端口P1与输出端子OUT1之间还连接有电容器CJH。电容器CJH用于调整***损耗和隔离。不过，在第二隔离器2中省略了电容器CJH。

本不可逆电路元件被安装在移动电话的发送用电路。即，输入端子IN经由匹配电路60与发送侧功率放大器PA连接，输出端子OUT1、OUT2经由双工器等与天线连接。

在上述隔离器1、2中，通过将第二中心电极36的电感设定得比第一中心电极35的电感大，使得若从输入端口P1输入高频信号，则第二中心电极36、电阻R1H几乎不流通电流，而在第一中心电极35中流通电流，并向输出端口P2输出。另一方面，若从输出端口P2输入高频信号，则高频信号因不可逆作用不会通过第一中心电极35而流过电阻R1H，作为热被消耗。即，电流被衰减(隔离)。因第二中心电极36的电感相对较大而输入阻抗降低，能够使输入阻抗降低至以往的一半左右。因此，能够省略或者减少夹设在与功率放大器PA之间的匹配电路。具体而言，能够省略图16所示的匹配电路70。与之相伴，作为发送侧电路的***损耗变小，并且部件数、成本降低。另外，也不需要为了降低输入阻抗而勉强将第一以及第二中心电极35、36的交叉角度减小。

并且，在从输入端口P1向输出端口P2传递信号的动作时，由于在电阻R1H、LC串联谐振电路(电感器L3H和电容器C3H)中也几乎不流通高频电流，所以因该LC串联谐振电路引起的损耗能够忽略，***损耗不会增大。另一方面，若对输出端口P2输入高频电流，则由于电阻R1H和LC串联谐振电路的阻抗特性而在宽带中匹配，隔离特性提高。

在本第一实施例中，在输入端子IN和第二隔离器2的输入部之间***有低通滤波器LPF。该低通滤波器LPF由电感器L4L和电容器C4L所形成的L型谐振电路构成。***了该低通滤波器LPF后的隔离器1、2的输入阻抗特性如图5所示，表示第一隔离器1的输入阻抗特性的曲线a和表示第二隔离器2的阻抗特性的曲线b几乎重合到无法区别。隔离特性如图6所示，以曲线a表示第一隔离器1的隔离特性，以曲线b表示第二隔离器2的隔离特性。

***损耗特性如图7所示，以曲线a表示第一隔离器1的***损耗特性，以曲线b表示第二隔离器2的***损耗特性。相对于第一隔离器1的通频带，第二隔离器2的通频带被设定得较低，并且，虽然在图7中未图示，但第二隔离器2的频带与第一隔离器1的通频带相当的频带因低通滤波器LPF的***而大幅衰减。另外，输出阻抗特性如图8所示，以曲线a表示第一隔离器1的输出阻抗特性，以曲线b表示第二隔离器2的输出阻抗特性。

换言之，通过使从第二隔离器2的频带观察到的与第一隔离器1的频带相当的频带衰减而大致成为开放端，即使将第一以及第二隔离器1、2的输入部结合电气特性也不会大幅劣化。另一方面，由于第二隔离器2为高通型，所以从第一隔离器1的频带观察到的第二隔离器2的频带大致成为开放端，不阻碍合成。

如上所述，在第一实施例中，第一以及第二隔离器1、2彼此的输入部电连接而成为一个输入端子IN，被单元化为一个不可逆电路元件。并且，由于在输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间***有低通滤波器LPF，所以通频带较低的第二隔离器2的高次谐波衰减，可防止与通频带较高的第一隔离器1的干扰。另外，低通滤波器LPF的***位置是输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间的一个部位，可抑制***损耗的增大、部件数的增加。

接下来，参照图2、图3来对上述第一以及第二隔离器1、2的具体构成进行说明。如图2所示，隔离器1、2被搭载在基板20上，分别由铁氧体32和一对永磁铁41所形成的铁氧体磁铁元件30、和芯片型的各种元件构成。

在铁氧体32以相互电绝缘的状态缠绕有第一中心电极35以及第二中心电极36。永磁铁41例如经由环氧类的粘合剂42(参照图3)粘合于铁氧体32以便向厚度方向施加直流磁场。

如图3所示，第一中心电极35在铁氧体32上缠绕一圈，一端电极35a为输入端口P1，另一端电极35b为输出端口P2。第二中心电极36在与第一中心电极35以规定的角度交叉的状态下在铁氧体32上缠绕四圈(其中，圈数是任意的)，一端电极35a(与第一中心电极35共用)为输入端口P1，另一端电极36a为接地端口P3。其中，在图3中为了避免繁琐而省略铁氧体32的背面侧的电极的图示。

电路基板20是层叠了树脂基材和导体箔的树脂基板，在其上面形成有未图示的端子电极，这些端子电极经由通孔导体(未图示)与形成在电路基板20的下面的外部连接用端子IN、OUT1、OUT2、GND(参照图1)连接，形成了图1所示的等效电路。

这里，对隔离器1、2的端口P1－P2间的阻抗转换量、和第一以及第二中心电极35、36的电感比L2/L1进行叙述。这里，将第一中心电极35的电感值设为L1，并将第二中心电极36的电感值设为L2。以下所示的表1以及图4表示电感比L2/L1和端口P1－P2间的阻抗转换量之间的关系。电感比L2/L1与第一以及第二中心电极35、36的匝数比对应。在图4中，特性曲线A表示阻抗的实部，特性曲线B表示阻抗的虚部。直线C与实部特性曲线A的交点表示图1中的实部的阻抗转换量25Ω(输入25Ω、输出50Ω)。

[表1]

即，随着电感比L2/L1增加，阻抗转换量的实部、虚部都增加，通过适当地设定第一以及第二中心电极35、36的匝数，能够调整阻抗转换量。关于阻抗的虚部，在电容器CS1H、CS2H中国从任意的值调整为0Ω。25～50Ω的输入阻抗转换特性如图9的史密斯圆图所示，中心为25+j0Ω。表示第一隔离器1的转换特性的曲线a和表示第二隔离器2的转换特性的曲线b几乎重合成不能区别。另外，输出阻抗特性如图10的史密斯圆图所示，中心为50+j0Ω。以曲线a表示第一隔离器1的转换特性，以曲线b表示第二隔离器2的转换特性。由此可知，在824～915MHz、1710～1980MHz的各个频带中，具有25－50Ω的阻抗转换功能。

如上所述，在隔离器1、2中具备25－50Ω的阻抗转换功能，并且其***损耗为0.7dB是非常低的损耗。因此，如图1所示，只要对于输出阻抗为5Ω的功率放大器PA夹设一个匹配电路60即可，换言之，能够省略图16所示的匹配电路70。在第一隔离器1中，对其***损耗0.7dB加上匹配电路60的***损耗0.3dB，总计为1.0dB。在第二隔离器2中，对其***损耗0.7dB加上低通滤波器LPF的***损耗0.3dB和匹配电路60的***损耗0.3dB，总计为1.3dB。

(第二实施例，参照图11)

如图11所示，作为第二实施例的不可逆电路元件基本上具有与上述第一实施例相同的电路构成，在输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间***有两级的低通滤波器LPF1、LPF2。低通滤波器LPF1、LPF2分别构成由电感器L4L和电容器C4L形成的L型谐振电路。其作用效果与上述低通滤波器LPF相同。

本第二实施例中的作用效果与上述第一实施例基本相同。但是，第二隔离器2的总计的***损耗提高了追加LPF2的量0.3dB。另一方面，由于基于LPF1、2的遮断特性与实施例1相比得到改善，所以第一隔离器1的***损耗变小。

(第三实施例，参照图12)

如图12所示，作为第三实施例的不可逆电路元件基本上具有与上述第一实施例相同的电路构成，通过由电感器L4L、电容器C4L、C5L构成的π型谐振电路构成了***在输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间的低通滤波器LPF。π型低通滤波器LPF的作用效果也与L型的上述低通滤波器LPF相同。

本第三实施例中的作用效果与上述第一实施例基本相同。但是，第二隔离器2所使用的低通滤波器LPF的***损耗为0.4dB，第二隔离器2的总计的***损耗为1.4dB。

(第四实施例，参照图13)

如图13所示，作为第四实施例的不可逆电路元件基本上具有与上述第一实施例相同的电路构成，在输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间***有带状线SLL。带状线SLL作为低通滤波器发挥作用，其作用效果与上述低通滤波器LPF相同。

本第四实施例中的作用效果与上述第一实施例基本相同。但是，第二隔离器2所使用的带状线SLL的***损耗为0.2dB，第二隔离器2的总计的***损耗为1.2dB。

(第五实施例，参照图14)

如图14所示，作为第五实施例的不可逆电路元件基本上具有与上述第一实施例相同的电路构成，从图1所示的等效电路中省略了LC串联谐振电路(电感器L3H、L3L、电容器C3H、C3L)。在输入端子IN与第二隔离器2的输入部之间***有L型的上述低通滤波器LPF，其作用效果与上述第一实施例相同。***损耗也示出与第一实施例相同的数值。

(其他实施例)

此外，本发明所涉及的不可逆电路元件并不限定于上述实施例，能够在其主旨的范围内进行各种变更。

例如，铁氧体磁铁元件30的构成、第一以及第二中心电极35、36的形状能够进行各种变更。并且，电容元件、电阻元件也可以不是外装在电路基板上的芯片部件而是内置于作为层叠体的电路基板的元件。

如上所述，本发明对不可逆电路元件是有用的，尤其在能够抑制部件数的增加、***损耗的增大，并且能够实现低输入阻抗，也能够抑制发送侧电路的部件数、成本的增加的方面十分优异。

符号说明

30…铁氧体磁铁元件，32…铁氧体，35…第一中心电极，36…第二中心电极，41…永磁铁，P1…输入端口，P2…输出端口，P3…接地端口，LPF、LPF1、LPF2…低通滤波器，L4L…电感器，C4L、C5L…电容器，SLL…带状线，C1H、C1L…电容器，R1H、R1L…电阻，IN…输入端子，OUT1、OUT2…输出端子。

Claims (4)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，

具备在被永磁铁施加直流磁场的铁氧体设置相互以绝缘状态交叉地置的第一以及第二中心电极，将所述第一中心电极的一端作为输入端口并将另一端作为输出端口，将所述第二中心电极的一端作为输入端口并将另一端作为接地端口，在输入端口与输出端口之间串联连接了彼此并联连接的电阻元件和电容元件的高通型的第一以及第二隔离器，

第一隔离器的通频带比第二隔离器的通频带高，

第一以及第二隔离器彼此的输入部电连接而作为一个输入端子，在所述输入端子与第二隔离器的输入端口之间***有低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述低通滤波器是由电感器和电容器构成的L型或者π型。

3.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

连接有两级所述低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述低通滤波器由带状线构成。