CN111697297B - 不可逆电路元件及其制造方法以及使用该元件的通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不可逆电路元件，能够防止由中心导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。不可逆电路元件(10)具备：磁转子(40)，其配置于接地导体(51、52)之间；永久磁铁(31、32)，其对磁转子(40)施加直流磁场。磁转子(40)包含：铁氧体磁芯(41)，其一表面由接地导体(51)覆盖；铁氧体磁芯(42)，其一表面由接地导体(52)覆盖；中心导体(70B)，其直接固定于铁氧体磁芯(41)的另一表面；中心导体(70A)，其直接固定于铁氧体磁芯(42)的另一表面。这样，因为中心导体(70A、70B)分别直接固定于铁氧体磁芯(42、41)，所以在两者之间不会产生间隙。由此，能够防止由中心导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。
Description
技术领域
本发明涉及不可逆电路元件及使用其的通信装置，特别是涉及适用于微波波段或毫米波波段的隔离器或循环器等不可逆电路元件及使用其的通信装置。另外，本发明涉及这种不可逆电路元件的制造方法。
背景技术
隔离器或循环器等不可逆电路元件例如装入如手机的移动式通信设备或在基站使用的通信装置等而使用。通常的不可逆电路元件如专利文献1记载，由磁转子和永久磁铁构成，所述磁转子由中心导体及夹持其的一对铁氧体磁芯构成，所述永久磁铁给予磁转子磁场。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6231555号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在现有的不可逆电路元件中，如果在中心导体、接地导体、铁氧体磁芯等存在凹凸或变形，则在中心导体和铁氧体磁芯之间或接地导体和铁氧体磁芯之间产生间隙。如果存在这种间隙，则中心导体和接地导体之间的有效介电常数降低，其结果，存在不可逆电路元件的动作频率比设计值高的问题。
即，在理想的不可逆电路元件的情况下，铁氧体磁芯的半径a由下述式(1)决定。
数1
在此，Xa(θ)是从接触角θ得到的常数，λ0是使用频率的自由空间波长，εr是铁氧体磁芯的相对介电常数，μeff，r是有效磁导率。如果将电波的传播速度设为ν，则使用频率F0能够由F0＝ν/λ0表示，因此，式(1)能够变形为下述式(1)’。
数2
当对F0求解时，如下述式(2)。
数3
从式(1)’清楚地看出，在F0为一定的情况下，当形成间隙等，有效介电常数下降时，铁氧体磁芯的半径a变大。另一方面，从式(2) 清楚地看出，在将铁氧体磁芯的半径a设为一定的情况下，如果有效介电常数变小，则动作频率变高。
因此，本发明的目的在于提供一种不可逆电路元件及使用其的通信装置，能够防止由中心导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。另外，本发明目的在于提供一种这种不可逆电路元件的制造方法。
用于解决问题的技术方案
本发明的不可逆电路元件具备：磁转子，其配置于第一及第二接地导体之间；永久磁铁，其对磁转子施加直流磁场，磁转子包含：第一铁氧体磁芯，其一表面由第一接地导体覆盖；第二铁氧体磁芯，其一表面由第二接地导体覆盖；第一中心导体，其直接固定于第一铁氧体磁芯的另一表面；第二中心导体，其直接固定于第二铁氧体磁芯的另一表面。
另外，本发明的通信装置特征在于具备上述不可逆电路元件。
根据本发明，因为第一及第二中心导体分别直接固定于第一及第二铁氧体磁芯，所以在两者之间不会产生间隙。由此，能够防止由中心导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。
在本发明中，第一接地导体也可以直接固定于第一铁氧体磁芯的一表面，第二接地导体直接固定于第二铁氧体磁芯的一表面。据此，在第一及第二接地导体和第一及第二铁氧体磁芯之间不会产生间隙。由此，能够抑制由接地导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。
本发明的不可逆电路元件也可以为，还具备电介质，其将第一铁氧体磁芯的另一表面和第二铁氧体磁芯的另一表面粘接，第一铁氧体磁芯和第一中心导体不经由电介质而固定，第二铁氧体磁芯和第二中心导体不经由电介质而固定。据此，能够将第一及第二铁氧体磁芯相互固定。
在本发明中，第一中心导体和第二中心导体也可以接触。即使在该情况下，也能够使不可逆电路元件正确地动作。
在本发明中，第一中心导体和第二中心导体也可以具有相互相同的平面形状。据此，能够消除第一中心导体和第二接地导体之间的电容成分或第二中心导体和第一接地导体之间的电容成分引起的影响。
本发明的不可逆电路元件的制造方法特征在于，具备：在第一铁氧体磁芯的一表面直接形成第一接地导体，在另一表面直接形成第一中心导体的工序；在第二铁氧体磁芯的一表面直接形成第二接地导体，在另一表面直接形成第二中心导体的工序；以第一铁氧体磁芯的另一表面和第二铁氧体磁芯的另一表面面对面的方式，固定第一及第二铁氧体磁芯的工序；配置对第一及第二铁氧体磁芯施加直流磁场的永久磁铁的工序。
根据本发明，因为在铁氧体磁芯和接地导体以及中心导体之间不会产生间隙，所以接地导体和中心导体之间的介电常数不会变动。由此，能够制作电特性稳定的不可逆电路元件。
在本发明中，也可以在第一及第二铁氧体磁芯的另一表面通过印刷法、电镀法或扩散接合法分别形成第一及第二中心导体。据此，能够使铁氧体磁芯和中心导体没有间隙地固定。
发明效果
这样，根据本发明，能够防止由中心导体和铁氧体磁芯之间的间隙引起的电特性的变化。
附图说明
图1是表示本发明优选的实施方式的不可逆电路元件10的结构的大致立体图。
图2是不可逆电路元件10的大致分解立体图。
图3是磁转子40的部分剖视图。
图4是表示使用不可逆电路元件的通信装置80的结构的框图。
图5是表示实施例的评价结果的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行详细地说明。
图1是表示本发明的优选的实施方式的不可逆电路元件10的结构的大致立体图。另外，图2是不可逆电路元件10的大致分解立体图。
图1及图2所示的不可逆电路元件10是分布常数型的不可逆电路元件，装入如手机的移动式通信设备或在基站使用的通信装置等作为隔离器或循环器来使用。没有特别限定，但本实施方式的不可逆电路元件10适于在基站使用的通信装置。
如图1及图2所示，本实施方式的不可逆电路元件10是具有大致长方体形状的表面安装型的芯片零件，具有：构成xz面的第一及第二侧面11、12、构成yz面的第三及第四侧面13、14、构成xy面的安装面15及上表面16。而且，在第一侧面11设置有第一外部端子21，在第二侧面12设置有第二外部端子22，在第三侧面13设置有第三外部端子23。另外，在第一～第四侧面11～14分别设置有多个接地端子 20。外部端子21～23及多个接地端子20的一部分绕入安装面15而形成。
这些三个外部端子21～23在使用本实施方式的不可逆电路元件 10作为循环器的情况下与分别对应的信号配线连接。另一方面，在使用本实施方式的不可逆电路元件10作为隔离器的情况下，例如，外部端子21及22分别与对应的信号配线连接，外部端子23经由终端电阻接地。同样，在经由终端电阻将外部端子21或22接地的情况下，也能够使用本实施方式的不可逆电路元件10作为隔离器。对多个接地端子20共同地给予接地电位。
另外，不可逆电路元件10具备对磁转子40施加直流磁场的永久磁铁31及32，具有在它们之间在层叠方向即z方向上夹持磁转子40 的结构。在本发明中，省略永久磁铁31及32的一方或也可以替换为作为矫顽力小的磁性体基板的铁板等，但为了对磁转子40垂直施加强磁场，优选通过2个永久磁铁31及32夹持磁转子40。
磁转子40包含2个铁氧体磁芯41及42和通过它们在z方向上夹持的2个中心导体70A、70B。作为铁氧体磁芯41及42的材料，优选使用钇/铁/石榴石(YIG)等软磁性材料。中心导体70A、70B的平面形状如图2所示，具有从中心点呈放射状导出的3个端口71A～73A 及71B～73B和用于调节电特性的分支导体74A～76A及74B～76B。中心导体70A和铁氧体磁芯41不经由粘接剂等直接固定。同样，中心导体70B和铁氧体磁芯42不经由粘接剂等直接固定。铁氧体磁芯41、 42经由具有粘接性的电介质43相互粘接。电介质43也可以介于中心导体70A和中心导体70B之间。另外，中心导体70A和中心导体70B 的一部分或全部也可以不经由电介质43而相接。中心导体70A和中心导体70B优选具有相互相同的平面形状，且从z方向观察，两者正确地重叠。
在此，从中心导体70A、70B导出的第一端口71A、71B的前端在第一侧面11露出，由此，与第一外部端子21连接。另外，从中心导体70A、70B导出的第二端口72A、72B的前端在第二侧面12露出，由此，与第二外部端子22连接。另外，从中心导体70A、70B导出的第三端口73A、73B的前端在第三侧面13露出，由此，与第三外部端子23连接。
本实施方式的不可逆电路元件10还具备：通过永久磁铁31与磁转子40在z方向上夹持的接地导体51和通过永久磁铁32与磁转子40 在z方向上夹持的接地导体52。因此，中心导体70A、70B被2个接地导体51、52夹持，与永久磁铁31及32隔离。在接地导体51上，在与外部端子21～23重叠的部分设置有切口51a～51c，在接地导体 52上，在与外部端子21～23重叠的部分设置有切口52a～52c，由此，防止与外部端子21～23的干涉。接地导体51、52的其它部分从第一～第四侧面11～14露出。因此，多个接地端子20均与接地导体51、52 连接。
在本实施方式中，接地导体51印刷于铁氧体磁芯41的下表面，接地导体52印刷于铁氧体磁芯42的上表面。因此，接地导体51和铁氧体磁芯41几乎没有间隙地紧贴，接地导体52和铁氧体磁芯42几乎没有间隙地紧贴。而且，永久磁铁31和接地导体51经由具有粘接性的电介质61相互粘接，永久磁铁32和接地导体52经由具有粘接性的电介质62相互粘接。作为电介质61、62能够使用与电介质43相同的材料。
图3是磁转子40的部分剖视图。
如图3所示，在本实施方式中，中心导体70A直接固定于铁氧体磁芯42的下表面42a，接地导体52直接固定于铁氧体磁芯42的上表面42b。即，在铁氧体磁芯42的下表面42a和中心导体70A之间未介有间隙或其它部件，在铁氧体磁芯42的上表面42b和接地导体52之间未介有间隙或其它部件。同样，中心导体70B直接固定于铁氧体磁芯41的上表面41a，接地导体51直接固定于铁氧体磁芯41的下表面 41b。即，在铁氧体磁芯41的上表面41a和中心导体70B之间未介有间隙或其它部件，在铁氧体磁芯41的下表面41b和接地导体51之间未介有间隙或其它部件。
由此，中心导体70A和接地导体52之间的介电常数与铁氧体磁芯 42的介电常数完全一致，中心导体70B和接地导体51之间的介电常数与铁氧体磁芯41的介电常数完全一致。即，由于存在间隙或介有其它部件，从而没有有效介电常数变化的余地。因此，本实施方式的不可逆电路元件10能够得到极稳定的电特性。特别是，如果从z方向观察中心导体70A和中心导体70B正确地重叠，则在中心导体70A和接地导体51之间没有附加电容成分，且在中心导体70B和接地导体52 之间没有附加电容成分。
为了使中心导体70A、70B和铁氧体磁芯42、41直接固定，只要在铁氧体磁芯42的下表面42a直接形成中心导体70A，在铁氧体磁芯 41的上表面41a直接形成中心导体70B即可。作为具体的方法，能够使用印刷法、电镀法或扩散接合法。根据这些方法，中心导体70A、70B和铁氧体磁芯42、41直接固定，且在两者之间没有形成有间隙，或没有介有其它部件。接地导体51、52也同样，只要在铁氧体磁芯42 的上表面42b及铁氧体磁芯41的下表面41b通过印刷法、电镀法或扩散接合法直接形成即可。然后，以铁氧体磁芯41的上表面41a和铁氧体磁芯42的下表面42a面对面的方式，经由具有粘接性的电介质43 固定两者，进而，在配置了永久磁铁31、32后，只要形成接地端子20 及外部端子21～23即可，本实施方式的不可逆电路元件10完成。
如以上说明，就本实施方式的不可逆电路元件10而言，中心导体 70A及接地导体52直接固定于铁氧体磁芯42，中心导体70B及接地导体51直接固定于铁氧体磁芯41。因此，几乎没有因制造上的偏差等而中心导体70A和接地导体52之间的介电常数或中心导体70B和接地导体51之间的介电常数变化的余地，能够得到极稳定的电特性。
图4是表示使用了本实施方式的不可逆电路元件的通信装置80的结构的框图。
图4所示的通信装置80例如是移动通信***中的基站所具备的通信装置，其中包含接收电路部80R和发送电路部80T，它们与送接收用的天线ANT连接。接收电路部80R包含接收用放大电路81和处理接收的信号的接收电路82。发送电路部80T包含生成声音信号、视频信号等的发送电路83和电力放大电路84。
在具有这种结构的通信装置80中，在从天线ANT到接收电路部 80R的路径或从发送电路部80T到天线ANT的路径中使用本实施方式的不可逆电路元件91、92。不可逆电路元件91作为循环器起作用，不可逆电路元件92作为具有终端电阻器R0的隔离器起作用。
以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更，不用说这些也包含在本发明的范围内。
例如，在上述实施方式中，以分布常数型的不可逆电路元件为例进行了说明，但本发明不限定于此，也能够应用于集中常数型的不可逆电路元件。
实施例
假设具有与图1及图2相同结构的不可逆电路元件的样品A、B，通过模拟评价各样品A、B的通过损耗。样品A是电介质43的介电常数为1的样品，样品B是电介质43的介电常数为2.2的样品。另外，任意的样品均将共振频率设定为3.5GHz。将模拟的结果示于图5。图 5所示的符号A、B分别与样品A、B的模拟结果对应。
如图5所示，样品A、B在3.3～3.8GHz的带域中通过损耗均非常小，约为－0.3dB。而且，就同波段中的通过损耗而言，在样品A和样品B中未发现显著差异。认为这是因为在各样品中，中心导体70A、 70B与铁氧体磁芯42、41均紧贴，因此，电介质43的介电常数几乎不会对电特性造成影响。
符号说明
10 不可逆电路元件
11 第一侧面
12 第二侧面
13 第三侧面
14 第四侧面
15 安装面
16 上表面
20 接地端子
21 第一外部端子
22 第二外部端子
23 第三外部端子
31、32 永久磁铁
32 永久磁铁
40 磁转子
41、42 铁氧体磁芯
41a、42b 铁氧体磁芯的上表面
41b、42a 铁氧体磁芯的下表面
43 电介质
51、52 接地导体
51a～51c、52a～52c 切口
61，62 电介质
70A、70B 中心导体
71A、71B 第一端口
72A、72B 第二端口
73A、73B 第三端口
74A～76A、74B～76B 分支导体
80 通信装置
80R 接收电路部
80T 发送电路部
81 接收用放大电路
82 接收电路
83 发送电路
84 电力放大电路
91、92 不可逆电路元件
ANT 天线
R0 终端电阻器。
Claims (12)
1.一种不可逆电路元件，其特征在于，具备：
磁转子，其配置于第一及第二接地导体之间；
永久磁铁，其对所述磁转子施加直流磁场；及
第一、第二及第三外部端子，
所述磁转子包含：第一铁氧体磁芯，其一表面由所述第一接地导体覆盖；第二铁氧体磁芯，其一表面由所述第二接地导体覆盖；第一中心导体，其直接固定于所述第一铁氧体磁芯的另一表面；第二中心导体，其直接固定于所述第二铁氧体磁芯的另一表面，
所述第一中心导体具有放射状地导出的第一、第二及第三端口，
所述第二中心导体具有放射状地导出的第四、第五及第六端口，
所述第一及第四端口互相重叠且共通地连接于所述第一外部端子，
所述第二及第五端口互相重叠且共通地连接于所述第二外部端子，
所述第三及第六端口互相重叠且共通地连接于所述第三外部端子。
2.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，
所述第一接地导体直接固定于所述第一铁氧体磁芯的所述一表面，
所述第二接地导体直接固定于所述第二铁氧体磁芯的所述一表面。
3.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，
还具备电介质，其将所述第一铁氧体磁芯的所述另一表面和所述第二铁氧体磁芯的所述另一表面粘接，
所述第一铁氧体磁芯和所述第一中心导体不经由所述电介质而固定，
所述第二铁氧体磁芯和所述第二中心导体不经由所述电介质而固定。
4.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，
所述第一中心导体和所述第二中心导体接触。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，
所述第一中心导体和所述第二中心导体具有相互相同的平面形状。
6.一种通信装置，其具备权利要求1～5中任一项所述的不可逆电路元件。
7.一种不可逆电路元件的制造方法，其特征在于，具备：
在第一铁氧体磁芯的一表面直接形成第一接地导体，在另一表面直接形成具有放射状地导出的第一、第二及第三端口的第一中心导体的工序；
在第二铁氧体磁芯的一表面直接形成第二接地导体，在另一表面直接形成具有放射状地导出的第四、第五及第六端口的第二中心导体的工序；
以所述第一及第四端口互相重叠，所述第二及第五端口互相重叠，所述第三及第六端口互相重叠的方式，使所述第一铁氧体磁芯的所述另一表面和所述第二铁氧体磁芯的所述另一表面面对面，由此固定所述第一及第二铁氧体磁芯的工序；
配置对所述第一及第二铁氧体磁芯施加直流磁场的永久磁铁的工序；
形成共通地连接有所述第一及第四端口的所述第一外部端子、共通地连接有所述第二及第五端口的所述第二外部端子，共通地连接有所述第三及第六端口的所述第三外部端子的工序。
8.根据权利要求7所述的不可逆电路元件的制造方法，其特征在于，
在所述第一及第二铁氧体磁芯的所述另一表面通过印刷法、电镀法或扩散接合法分别形成所述第一及第二中心导体。
9.一种不可逆电路元件，其特征在于，具备：
第一铁氧体磁芯，其具有互相相对的第一和第二表面；
第二铁氧体磁芯，其具有互相相对的第三和第四表面；
粘合剂，其将所述第一和第二铁氧体磁芯固定在一起，从而所述第一铁氧体磁芯的所述第一表面和第二铁氧体磁芯的第三表面互相相对；
第一中心导体，其形成于所述第一铁氧体磁芯的所述第一表面，由此，所述第一铁氧体磁芯的所述第一表面与所述第一中心导体之间没有间隙或所述粘合剂；以及
第二中心导体，其形成于所述第二铁氧体磁芯的所述第三表面，由此，所述第二铁氧体磁芯的所述第三表面与所述第二中心导体之间没有间隙或所述粘合剂；以及
第一、第二及第三外部端子，
其中，
所述第一中心导体具有放射状地从其中心点导出的第一、第二及第三端口，
所述第二中心导体具有放射状地从其中心点导出的第四、第五及第六端口，
所述第一及第四端口互相重叠且共通地连接于所述第一外部端子，
所述第二及第五端口互相重叠且共通地连接于所述第二外部端子，
所述第三及第六端口互相重叠且共通地连接于所述第三外部端子。
10.根据权利要求9所述的不可逆电路元件，其特征在于，
还具备：
第一接地导体，其形成于所述第一铁氧体磁芯的所述第二表面；以及
第二接地导体，其形成于所述第二铁氧体磁芯的所述第四表面。
11.根据权利要求10所述的不可逆电路元件，其特征在于，
所述第一接地导体形成于所述第一铁氧体磁芯的所述第二表面，由此，所述第一铁氧体磁芯的所述第二表面与所述第一接地导体之间没有间隙或所述粘合剂，
所述第二接地导体形成于所述第二铁氧体磁芯的所述第四表面，由此，所述第二铁氧体磁芯的所述第四表面与所述第二接地导体之间没有间隙或所述粘合剂。
12.根据权利要求9所述的不可逆电路元件，其特征在于，
所述第一中心导体和所述第二中心导体具有相同的平面形状。
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