JP2003110309A - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents
非可逆回路素子及び通信装置Info
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Abstract
置を提供する。 【解決手段】 非可逆回路素子1は、永久磁石と、永久
磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、フェラ
イトにそれぞれ絶縁状態で配置され、それぞれの一端部
がアースに電気的に接続する中心電極21〜23と、整
合用コンデンサ素子C1,C2,C13,C23と抵抗
素子Rと金属ケースとからなる。中心電極21〜23の
一端はポート部P1〜P3とされ、他端はアース端子1
6に電気的に接続している。整合用コンデンサ素子C
1,C2はポート部P1,P2とアース端子16に電気
的に接続される。抵抗素子Rのホット側端子電極はポー
ト部P3に、アース側端子電極はアース端子16に電気
的に接続される。整合用コンデンサ素子C13はポート
部P1とポート部P3に電気的に接続され、整合用コン
デンサ素子C23はポート部P2とポート部P3に電気
的に接続される。
Description
波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータ等の非
可逆回路素子、通信装置に関する。
置に採用される集中定数型アイソレータ(非可逆回路素
子)として、永久磁石と、永久磁石により直流磁界が印
加されるフェライトと、フェライトに配置された三つの
中心電極と、それぞれの中心電極に電気的に接続された
整合用コンデンサと、永久磁石とフェライトと中心電極
と整合用コンデンサを収容するヨークとからなるものが
知られている。
すような電気等価回路を構成している。図6において、
C1〜C3は整合用コンデンサ素子、Rは抵抗素子、2
1〜23は中心電極、14は入力端子、15は出力端
子、16はアース端子をそれぞれ示す。なお、P1〜P
3は中心電極21〜23の端部(ポート部)を示す。
電極21〜23に、電気的に並列に整合用コンデンサ素
子C1〜C3が接続されている。
回路構成を有するアイソレータ41では、整合用コンデ
ンサ素子C1〜C3として、静電容量値の大きなものを
使用する必要がある。このため、整合用コンデンサ素子
C1〜C3のサイズが大きくなり、アイソレータ41を
小型化しにくいという問題がある。
なアイソレータ42が提案されている。アイソレータ4
2は、それぞれの中心電極21〜23間を整合用コンデ
ンサ素子C12,C13,C23で電気的に接続してい
る。つまり、各ポート部P1〜P3間を整合用コンデン
サ素子C12,C13,C23で電気的に接続してい
る。
42は、その整合用コンデンサ素子C12,C13,C
23が、図6に示しているアイソレータ41の整合用コ
ンデンサ素子C1〜C3の約1/3の静電容量ですみ、
サイズが小さくなるという利点がある。また、図8に示
すように、アイソレータ41,42を組み合わせたアイ
ソレータ43も提案されている。
は、挿入損失特性が悪く、十分なアイソレーションが得
られる周波数帯域も狭いということがわかった。また、
アイソレータ43は整合用コンデンサ素子の数が多く、
コスト及びサイズの面で不利である。
合用コンデンサ素子C12,C13,C23のQ値と挿
入損失劣化量との関係を測定した。測定した結果を図9
に示す。図9より、入力端子14と出力端子15の間に
直列に挿入された整合用コンデンサ素子C12による挿
入損失劣化量は、整合用コンデンサ素子C13,C23
による挿入損失劣化量の約4倍であることがわかる。言
い換えると、同じQ値を有する材料で整合用コンデンサ
素子C12,C13,C23を形成すると、整合用コン
デンサ素子C12による挿入損失劣化量が約4倍になる
ことを示す。
は、入力端子14と出力端子15の間に直列に挿入され
る整合用コンデンサ素子C12は、他の整合用コンデン
サ素子C13,C23と比べてQ値の高いものを採用す
るか、あるいは、入力端子14と出力端子15の間に整
合用コンデンサ素子を配置しないことが望ましいことが
わかる。
の非可逆回路素子及び通信装置を提供することにある。
可逆回路素子は、(a)永久磁石と、(b)前記永久磁
石により直流磁界が印加されるフェライトと、(c)前
記フェライトにそれぞれ絶縁状態で配置され、それぞれ
の一端部がアースに電気的に接続する第1、第2、第3
の中心電極と、(d)前記第1の中心電極の他端部とア
ース間に電気的に接続される第1の整合用コンデンサ素
子と、(e)前記第2の中心電極の他端部とアース間に
電気的に接続される第2の整合用コンデンサ素子と、
(f)前記第1の中心電極の他端部と前記第3の中心電
極の他端部間に電気的に接続される第3の整合用コンデ
ンサ素子と、(g)前記第2の中心電極の他端部と前記
第3の中心電極の他端部間に電気的に接続される第4の
整合用コンデンサ素子と、(h)前記永久磁石と前記フ
ェライトと前記第1の中心電極と前記第2の中心電極と
前記第3の中心電極とを収容する金属ケースと、を備え
たことを特徴とする。第3の中心電極の他端部とアース
間に電気的に接続される抵抗素子をさらに備えているこ
とが好ましい。
サ素子と第4の整合用コンデンサ素子を用いて非可逆回
路素子のアイソレータの整合を取ることにより、静電容
量の小さい整合用コンデンサ素子を用いることができ
る。
心電極の他端部間に整合用コンデンサ素子が直列に電気
的に接続されていないので、第1の中心電極の他端部か
ら第2の中心電極の他端部への非可逆回路素子の挿入損
失特性が劣化せず、アイソレーション特性の広帯域化が
図られる。
の整合用コンデンサ素子、第3の整合用コンデンサ素子
及び第4の整合用コンデンサ素子が単板コンデンサから
なり、第1の整合用コンデンサ素子と第3の整合用コン
デンサ素子が重なっており、かつ、第2の整合用コンデ
ンサ素子と第4の整合用コンデンサ素子が重なっている
ことが好ましい。これにより、整合用コンデンサ素子の
占める面積がさらに小さくなり、非可逆回路素子が小型
化する。
逆回路素子を備えていることにより、電気的特性が向上
し、小型化される。
素子及び通信装置の実施の形態について添付の図面を参
照して説明する。
る非可逆回路素子の一実施形態の分解斜視図を図1に示
す。該非可逆回路素子1は、集中定数型アイソレータで
ある。図1に示すように、集中定数型アイソレータ1
は、概略、中心電極組立体13と樹脂製端子ケース3と
抵抗素子Rと第1の整合用コンデンサ素子C1と第2の
整合用コンデンサ素子C2と第3の整合用コンデンサ素
子C13と第4の整合用コンデンサ素子C23と矩形状
の永久磁石9と金属製上側ケース4及び金属製下側ケー
ス8を備えている。中心電極組立体13は、概略、第1
の中心電極21、第2の中心電極22、第3の中心電極
23及びフェライト20とからなる。
波フェライト20の上面に三つの中心電極21〜23を
絶縁シート(図示せず)を介在させて略120度ごとに
交差するように配置している。これら中心電極21〜2
3は、一端側の中心電極21〜23の共通のアース電極
25をフェライト20の下面に当接させると共に、各々
の他端側のポート部(中心電極21〜23の他端部)P
1〜P3を水平に導出する。共通のアース電極25は、
フェライト20の下面を略覆っている。中心電極21〜
23とアース電極25は、導電性材料からなり、金属薄
板を打ち抜き、曲げ加工することによって一体成形され
る。
底部8aとを有している。また、金属製上側ケース4
は、平面視矩形状であり、上部4aと四つの側壁4bを
有している。金属製上側ケース4及び金属製下側ケース
8は、例えば、鉄やケイ素鋼等の高透磁率からなる板材
を打ち抜き、曲げ加工した後、めっきを施してなるもの
である。
側部3bを有している。この底部3aの中央部には矩形
状の窓部3cが形成されており、窓部3cの周縁にはそ
れぞれ整合用コンデンサ素子C1,C2や抵抗素子Rが
それぞれ収容される窓部3dが形成されている。
出力端子15及びアース端子16がインサートモールド
されている。入力端子14及び出力端子15は、それぞ
れ一端が樹脂製端子ケース3の外側面に露出し、他端が
樹脂製端子ケース3の内側面に露出して入力引出電極1
4a、出力引出電極15aとされる。アース端子16
は、一端が樹脂製端子ケース3の外側面に露出し、他端
が樹脂製端子ケース3の窓部3d内に露出してアース引
出電極16aとされる。
印刷等でホット側端子電極及びアース側端子電極を形成
し、その間に抵抗体を配設している。
3,C23は、上面及び下面全体にコンデンサ電極を配
設した単板コンデンサである。
立てられる。まず、金属製下側ケース8上に樹脂製端子
ケース3を配置する。このとき、窓部3cには金属製下
側ケース8の底部8aが露出し、金属製下側ケース8と
アース端子16は電気的に接続する。
抵抗素子Rを樹脂製端子ケース3の窓部3dに収容す
る。このとき、整合用コンデンサ素子C1,C2の下面
のコンデンサ電極が樹脂製端子ケース3の内側面に露出
しているアース端子16のアース引出電極16aにそれ
ぞれ電気的に接続される。抵抗素子Rのアース側端子電
極はアース端子16のアース引出電極16aに電気的に
接続される。
3を整合用コンデンサ素子C1,C2の上面に載置す
る。このとき、整合用コンデンサ素子C13,C23の
下面のコンデンサ電極が整合用コンデンサ素子C1,C
2の上面のコンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続され
る。本第1実施形態では、整合用コンデンサ素子C1
3,C23が整合用コンデンサ素子C1,C2に略半分
だけ重なる配置にした。
ース8に載置する。このとき、フェライト20の下面に
形成されたアース電極25が、樹脂製端子ケース3の窓
部3cを通して、金属製下側ケース8の底部8aに電気
的に接続される。そして、ポート部P1は入力引出電極
14a及び整合用コンデンサ素子C1の上面のコンデン
サ電極に電気的に接続される。ポート部P2は出力引出
電極15a及び整合用コンデンサ素子C2の上面のコン
デンサ電極に電気的に接続される。ポート部P3は整合
用コンデンサ素子C13,C23の上面のコンデンサ電
極及び抵抗素子Rのホット側端子電極に電気的に接続さ
れる。
装着する。このとき、金属製上側ケース4の上部4aの
下側には永久磁石9が配置されている。永久磁石9は、
中心電極組立体13のフェライト20の上方に配置さ
れ、フェライト20に直流磁界を印加する。金属製下側
ケース8の側壁8bと金属製上側ケース4の側壁4b
は、電気的に接続して金属ケースをなし、磁気回路を構
成しており、ヨークとしても機能している。
C13,C23のコンデンサ電極や抵抗素子Rの端子電
極やアース電極25やポート部P1〜P3の接続や金属
製上側ケース4及び金属製下側ケース8の接合等は、は
んだリフロー等の方法で行われる。
られる。図3は図2に示すアイソレータ1の電気等価回
路図である。
サ素子C1,C2,C13,C23として、静電容量の
小さい(従来の約半分の)整合用コンデンサ素子を用い
ることができる。従って、整合用コンデンサ素子C1,
C2,C13,C23のサイズを小さくすることができ
るので、アイソレータ1の全体の大きさを小型化するこ
とができる。さらに、整合用コンデンサ素子C1,C
2,C13,C23が単板コンデンサからなり、整合用
コンデンサ素子C1の一部と整合用コンデンサ素子C1
3が重なっており、かつ、整合用コンデンサ素子C2の
一部と整合用コンデンサ素子C23が重なっているの
で、アイソレータ1の内部において、整合用コンデンサ
素子C1,C2,C13,C23の占める面積をより一
層小さくすることができ、アイソレータ1を小型化する
ことができる。この結果、図6に示した従来のアイソレ
ータ41に比べて整合用コンデンサ素子の数が四つに増
えたが、従来のアイソレータ41より小型のアイソレー
タ1を得ることができる。
ータ1を900MHzの周波数帯で使用すると、整合用
コンデンサ素子C1,C2,C13,C23の容量はそ
れぞれC1=4.4(pF)、C2=4.4(pF)、
C13=4.1(pF)、C23=4.1(pF)とな
り、アイソレータ1全体の整合用コンデンサ素子の容量
は17.0(pF)となる。一方、図6に示す従来のア
イソレータ41を900MHzの周波数帯で使用する
と、整合用コンデンサ素子C1,C2,C3の容量はそ
れぞれC1=9.2(pF)、C2=9.2(pF)、
C3=17.3(pF)となり、従来のアイソレータ4
1全体の整合用コンデンサ素子の容量は35.7(p
F)となる。つまり、アイソレータ1は、従来のアイソ
レータ41に比べて、全体の整合用コンデンサ素子の容
量が約半分でよいことがわかる。すなわち、整合用コン
デンサ素子C1,C2,C13,C23を同じ材質及び
厚みの条件で形成する場合、アイソレータ1に占める整
合用コンデンサ素子C1,C2,C13,C23の体積
は、従来のアイソレータ41の整合用コンデンサ素子C
1〜C3の体積の約半分ですむので、アイソレータ1の
サイズを小型にすることができる。
とポート部P2の間に整合用コンデンサ素子を直列に電
気的に接続していない。言い換えると、アイソレータ1
は、図7に示すアイソレータ42の整合用コンデンサ素
子C12を省略して、ポート部P1とポート部P2の間
を絶縁している。従って、アイソレータ1のポート部P
1とポート部P2の間のQ値が非常に大きくなるので、
アイソレータ1の挿入損失劣化量が減少し(図9参
照)、アイソレーション特性の広帯域化を実現すること
ができる。
(図3参照)と従来のアイソレータ41の電気等価回路
図(図6参照)を比較する。アイソレータ1における整
合用コンデンサ素子C13,C23と、アイソレータ4
1における整合用コンデンサ素子C3は、ポート部P3
の整合を変化させるという点で同様の効果を奏してい
る。そこで、試験体(図8において整合用コンデンサ素
子C12を省略したアイソレータ)を製作して整合用コ
ンデンサ素子C1,C2,C3,C13,C23の容量
値を連続的に変化させて、アイソレータ特性及び整合用
コンデンサ素子の全容量値を調べる。表1に、それぞれ
の試験体の整合用コンデンサ素子C3,C13,C2
3,C1,C2の容量及び抵抗素子Rの抵抗値を示す。
素子C13,C23の容量が0の意味は、整合用コンデ
ンサ素子C13,C23を省略したものであり、図6に
示すアイソレータ41と同一の電気等価回路であること
を意味する。また、試験体No6の整合用コンデンサ素
子C3の容量が0の意味は、整合用コンデンサ素子C3
を省略したものであり、図3に示すアイソレータ1と同
一の電気等価回路であることを意味する。また、整合用
コンデンサ素子Cの容量とは、整合用コンデンサ素子C
3,C13,C23,C1,C2の容量の合計値(全体
の整合用コンデンサ素子の容量)を意味する。
ぞれのアイソレータ特性を示す。表1より、整合用コン
デンサ素子C3の容量が小さいほど15dBアイソレー
ション帯域幅が広いことがわかる。また、整合用コンデ
ンサ素子C3の容量が小さいほど全整合用コンデンサ素
子の容量が小さいことがわかる。つまり、アイソレータ
のサイズを小さくすることができる。従って、試験体N
o6のアイソレータのように、整合用コンデンサ素子C
3を省略して、整合用コンデンサ素子C13,C23を
用いた構造にすることで、アイソレータ1を小型化、広
アイソレーション帯域が実現されることがわかる。つま
り、ポート部P1とポート部P2の間に整合用コンデン
サ素子が直列に電気的に接続されていないので、アイソ
レータ1の挿入損失特性が劣化せず、アイソレーション
特性の広帯域化を実現することができる。従って、高性
能のアイソレータ1を得ることができる。
14、端子15、端子16の他に端子17を新たに設
け、ポート部P3を端子17に電気的に接続し、かつ、
抵抗素子Rを省略することにより、サーキュレータ2
(図4参照)が得られる。このとき、端子14は送信用
端子とされ、端子15はアンテナ用端子とされ、端子1
7は受信用端子とされる。このサーキュレータ2は上述
の整合用コンデンサ素子C1,C2,C13,C23を
用いているので、上述のアイソレータ1と同様の小型化
の作用効果を奏する。
号の通過方向は、送信用端子14−アンテナ用端子15
間、アンテナ用端子15−受信用端子17間、送信用端
子14−受信用端子17間の三方向がある。この三方向
のうち、間に整合用コンデンサ素子がない送信用端子1
4−アンテナ用端子15間は挿入損失特性が劣化せず、
かつ、アイソレーションが広帯域にあるという特性が得
られる。
レータ2を携帯電話(通信装置)100に実装すること
で、携帯電話100の電話待ち受け時間を延長させるこ
とができる。ここで、図4は携帯電話100のRF部分
の電気回路ブロック図である。図4において、102は
アンテナ素子、112は送信側増幅器、113は送信側
低域通過フィルタ、115は受信側増幅器、116は受
信側段間用帯域通過フィルタ、117は切換スイッチで
ある。
間(連続受信可能な時間)の延長が求められている。し
かし、送信系統の部品の損失が大きいと携帯電話の電源
(電池)の消耗が激しく、携帯電話の待ち受け時間が短
くなる。そこで、上述のサーキュレータ2を携帯電話1
00に実装することにより、送信電波(信号)の通る方
向、すなわち、送信用端子14からアンテナ用端子15
の方向の挿入損失を小さくすることができる。このた
め、小型で電話の待ち受け時間の長い携帯電話100を
提供することができる。
は、携帯電話を例にして、通信装置の実施の形態を説明
する。
路ブロック図である。図5において、122はアンテナ
素子、123はデュプレクサ、131は送信側アイソレ
ータ、132は送信側増幅器、133は送信側段間用帯
域通過フィルタ、134は送信側ミキサ、135は受信
側増幅器、136は受信側段間用帯域通過フィルタ、1
37は受信側ミキサ、138は電圧制御発振器(VC
O)、139はローカル用帯域通過フィルタである。
て、前記第1実施形態の集中定数型アイソレータ1を使
用することができる。このアイソレータ1を実装するこ
とにより、小型、高性能の携帯電話を実現することがで
きる。
に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種
々の構成に変更することができる。例えば、アイソレー
タ1の構成部品である金属製上側ケース4、金属製下側
ケース8、樹脂製端子ケース3、フェライト20、永久
磁石9等の細部の構造は任意である。特に、前記第1実
施形態で示した中心電極組立体13の中心電極21〜2
3は、金属薄板を打ち抜き、曲げ加工して形成するもの
の他に、金属線材(例えば、銅)からなる中心電極をフ
ェライト20に巻き付けたものであってもよい。これに
より、中心電極21〜23は、金属薄板を打ち抜き加工
又はエッチング加工することによって形成する必要があ
るが、金属線材の場合は成形する必要がないので、中心
電極21〜23の成形コストを抑えることができる。ま
た、中心電極21〜23は、金属薄板をエッチングした
後曲げ加工して形成したり、基板(誘電体基板や磁性体
基板や積層基板等)にパターン電極を設けたりすること
によっても形成することができる。また、中心電極組立
体13の形状は、矩形状の他に、円板形状や変形角形状
等任意である。
差角は120度として説明したが、これに限定されるも
のではなく、110〜140度の範囲であればよい。さ
らに、金属ケースは金属製上側ケース4及び金属製下側
ケース8の二つからなるとして説明したが、これに限定
されるものではなく、三つ以上に分割されていてもよ
い。また、永久磁石9の形状は、矩形状の他に、例え
ば、角が丸い矩形状や円形状や変形角形状であってもよ
い。
に、各種非可逆回路素子にも本発明を適用することがで
きる。
によれば、非可逆回路素子は、第3の整合用コンデンサ
素子と第4の整合用コンデンサ素子として、静電容量の
小さい整合用コンデンサ素子を用いることができる。従
って、非可逆回路素子及び通信装置を小型化することが
できる。
の他端部と第2の中心電極の他端部間に整合用コンデン
サ素子が直列に電気的に接続されていないので、非可逆
回路素子の挿入損失特性が劣化せず、アイソレーション
特性の広帯域化を図ることができる。従って、高性能な
非可逆回路素子及び通信装置を得ることができる。
の外観斜視図。
図。
た通信装置の電気回路ブロック図。
路図。
とQ値の関係を示したグラフ。
Claims (4)
- 【請求項1】 永久磁石と、 前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェライト
と、 前記フェライトにそれぞれ絶縁状態で配置され、それぞ
れの一端部がアースに電気的に接続する第1、第2、第
3の中心電極と、 前記第1の中心電極の他端部とアース間に電気的に接続
される第1の整合用コンデンサ素子と、 前記第2の中心電極の他端部とアース間に電気的に接続
される第2の整合用コンデンサ素子と、 前記第1の中心電極の他端部と前記第3の中心電極の他
端部間に電気的に接続される第3の整合用コンデンサ素
子と、 前記第2の中心電極の他端部と前記第3の中心電極の他
端部間に電気的に接続される第4の整合用コンデンサ素
子と、 前記永久磁石と前記フェライトと前記第1の中心電極と
前記第2の中心電極と前記第3の中心電極とを収容する
金属ケースと、 を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。 - 【請求項2】 前記第1の整合用コンデンサ素子、前記
第2の整合用コンデンサ素子、前記第3の整合用コンデ
ンサ素子及び前記第4の整合用コンデンサ素子が単板コ
ンデンサからなり、前記第1の整合用コンデンサ素子と
前記第3の整合用コンデンサ素子が重なっており、か
つ、前記第2の整合用コンデンサ素子と前記第4の整合
用コンデンサ素子が重なっ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。 - 【請求項3】 前記第3の中心電極の他端部とアース間
に電気的に接続される抵抗素子をさらに備えたことを特
徴とする請求項1又は請求項2に記載の非可逆回路素
子。 - 【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれかに記載さ
れた非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信装
置。
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