JP2012175227A

JP2012175227A - 非可逆回路素子

Info

Publication number: JP2012175227A
Application number: JP2011033034A
Authority: JP
Inventors: Junji Chikada; 淳二近田; Daisuke Mabuchi; 大介間渕
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができるとともに、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子２ａ〜２ｃが一体形成されるとともに共振器３として機能する平板状の中心導体１と、中心導体１を間に挟む上下部フェライト板５、６と、上下部フェライト板５、６を間に挟む上下部磁性金属板７、８とが積層され、上部磁性金属板上にマグネット１０が配置され、上下部磁性金属板７、８が側板９を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、上部磁性金属板７を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔに形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種のマイクロ波装置に組み込まれて、マイクロ波の伝達路をジャイロ磁気現象により回転変更するアイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子に関するものである。

一般に、マイクロ波増幅器やマイクロ波発振器等のマイクロ波装置の回路基板には、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子が実装されている。これらの非可逆回路素子は、マイクロ波を磁気共鳴させるためのフェライト等の磁性体の内部に、マグネットによって一方向の磁界を与えるとともに、上記磁性体の表面に入出力端子を備えた中心導体を配置し、上記入出力端子から入力されたマイクロ波の伝達路を、ジャイロ磁気現象による右ネジの法則によって他の入出力端子へと回転変更するものである。

ところで、この種の非可逆回路素子においては、近年における上記マイクロ波装置の回路基板の小型化および軽量化に伴い、従来よりも簡易な構造で組立性に優れ、かつ回路基板に直接載置して実装することができる小型薄肉のものの開発が要請されている。

そこで、本発明者等は、下記特許文献１において、入出力端子を放射状に分岐させた中心導体と、この中心導体を挟んで向き合う上下フェライト板と、これら上下フェライト板を挟んで向き合う上下導体板とを備え、上記上導体板の上面に、上下フェライト板に定方向に磁界を加えるマグネットを配置する非可逆回路素子において、上記下フェライト板の中心導体の入出力端子との対向位置に孔部を設け、上記下導体板には当該孔部との対向位置に切り欠き部を形成して、上記孔部に中心導体の入出力端子を挿入して裏側に引き出し折り曲げるとともに、上下導体板同士を側壁によって接続して閉磁路を形成するようにした非可逆回路素子を提案した。

かかる構成からなる非可逆回路素子によれば、中心導体の入出力端子が下導体板の裏面に対して略面一になるので、当該素子を、回路基板の上に直接的に載置して表面実装することができるとともに、下フェライト板に孔部を設けるだけなので構成がシンプルであり、部品点数が少なくなり組み立てが容易に行えるという利点がある。

特開２００５−８００８７号公報

一方、上記従来の非可逆回路素子にあっては、側壁によって接続された上下導体板が連携して閉磁路を形成する構成であるために、より高い周波数に適用するためには、マグネットによって上下フェライト板に形成する磁場を一層高める必要がある。

しかしながら、上記上下フェライト板における磁場を高めるために、単にマグネットによる磁界強度を大きくしようとすると、サーキュレータ特性の悪化を招くとともに、当該マグネットの残留磁束密度（磁化強度）の限界により、使用可能な周波数帯にも制限があった。加えて、マグネットが大型化して、表面実装部品に対する低背化の要請にも逆行するという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができるとともに、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる非可逆回路素子を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子が一体形成されるとともに共振器として機能する平板状の中心導体と、この中心導体を間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属板上にマグネットが配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、上記上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成したことを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の上部磁性金属板を、磁性ステンレス鋼によって形成したことを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記上部磁性金属板の外周縁における少なくとも一部の外法寸法を、上記上部フェライト板の外法寸法および上記マグネットの外法寸法よりも小さくすることにより、上記マグネットの外周部の少なくとも一部分が、上記上部磁性金属板の外周縁よりも外方に突出して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。

これに対して、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記上部磁性金属板の外周部に、その中心側に延在する切り欠き部を形成することにより、当該切り欠き部に臨む上記マグネットの一部分が、上記切り欠き部を介して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記上部磁性金属板の中心部に開口部を形成することにより、当該開口部に臨む上記マグネットの中心部が、上記開口部を介して上記上部フェライト板の中心部と直接対向するようにしたことを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、上下部磁性金属板および側板によって形成される閉磁路により、マグネットからの磁気を保持するとともに、さらにマグネットが載置されている上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成しているために、従来よりもマグネットから上部磁性金属板を貫いて上部フェライト板へと伝わる漏洩磁界強度を高めることができる。

しかも、中心導体における共振器には、上部磁性金属板のから側板を介して供給される磁界と併せて、磁界を一様に分布させることにより、良好な磁気モーメント現象を得ることができる。加えて、上記閉磁路の外側となる上部磁性金属板上にマグネットを載置しているために、上下部フェライト板における磁界強度分布が異なることになり、この結果上下部フェライト板での共振周波数にズレを生じて比帯域幅を広げることができる。

これにより、マグネットの磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができ、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる。さらに、上部磁性金属板を磁性ステンレス鋼等の純鉄よりも低い透磁率素材によって形成したり、および／またはその板厚を薄くしたりすることにより、表面実装部品に対する、より一層の軽量化や軽量化の要請にも容易に対応することができる。

また、特に請求項２に記載の発明のように、上記上部磁性金属板を磁性ステンレス鋼によって形成すれば、機械的強度の観点からも、反り等の変形に対して、割れを生じることなくその弾性により安定的に抗することができるために好適である。

さらに、請求項３〜５のいずれかに記載の発明によれば、上記マグネットの一部分を、上部フェライト板と直接対向するようにしているために、上部磁性金属板を介した漏洩磁界を一段と強めることができ、よって一層高い周波数帯においても使用することが可能になるために、その使用周波数範囲の拡大を図ることができる。

本発明の第１実施形態を示す分解斜視図である。図１の組み立てた状態を示す斜視図である。図２の正面図である。本発明の第２実施形態を示す分解斜視図である。図４の組み立てた状態を示す斜視図である。本発明の第３実施形態を示す斜視図である。本発明の第４実施形態を示す斜視図である。

図１〜図３は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した第１実施形態を示すもので、図中符号１が中心導体である。
この中心導体１は、リン青銅等の金属板によって形成されたもので、その中心部１ａから外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。ここで、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃは、互いに中心角１２０°を間に介して、全体としてＹ字状をなすように形成されており、周方向に隣接する入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃ間には、各々同様に外方に向けて放射状に延在する共振器３が形成されている。なお、共振器３は、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃよりも短い長さ寸法に設定されている。

そして、この中心導体１は、上部フェライト板５および下部フェライト板６間に挟持されている。
これら上下部フェライト板５、６は、各々半径が、中心導体１の中心から入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃの先端までの長さ寸法より小さく、かつ中心導体１の中心から共振器３の先端までの長さ寸法より大きい寸法に形成されている。

そして、これら中心導体１を間に挟んだ上下部フェライト板５、６の上面側および下面側には、各々上部磁性金属板７および下部磁性金属板８が配設されている。ここで、下部磁性金属板８は、純鉄からなる平板が外観略六角形状に形成されたもので、下部フェライト板６の半径よりも僅かに大きな内接円となる大きさに形成されている。また、六角形の下部磁性金属板８の周縁の１辺おきには、それぞれ側板９が一体に立設されている。

他方、上部磁性金属板７は、純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼によって形成されたもので、中心部分の直径が上部フェライト板５とほぼ等しい円板状に形成されており、さらに外周部の中心角１２０を間に介した位置には、それぞれ方形状に突出する接続部７ａが形成されている。なお、各々の接続部７ａの幅寸法は、下部磁性金属板８の側板９の長さ寸法に設定されている。

そして、下部磁性金属板８上であって側板９内に、中心導体１を間に挟んだ上下部フェライト板５、６が収納されるとともに、その上面に上部磁性金属板７が積層されている。ここで、上部磁性金属板７の接続部７ａの下面に、下部磁性金属板８の側板９の上縁が当接されている。そして、この上部磁性金属板７上に、円形板状の永久磁石からなるマグネット１０が載置されて接着剤等により固定されている。このマグネット１０は、上下部フェライト板５、６に、その板面と直交する方向に定磁界を形成させるものである。

これにより、中心導体１、上下部フェライト板５、６、上下部磁性金属板７、８およびマグネット１０が、機械的、磁気的、かつ電気的に積層され、上下部磁性金属板７、８が側板９を介して閉磁路が形成されている。
そして、このアイソレータにおいては、図３に示すように、上部磁性金属板７が、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔ、例えば下部磁性金属板８の板厚Ｔを０．３ｍｍに設定した場合に、上部磁性金属板７の板厚ｔは、その１／２の０．１５ｍｍに設定されている。

以上の構成からなるアイソレータは、例えば、全体として縦横が約１０〜２０ｍｍ角で、高さが約５ｍｍの部品であり、入出力端子２ａ、２ｂ、２ｃのうち、入出力端子２ａが入力端子とされ、入出力端子２ｂが出力端子とされるとともに、他の１本の入出力端子２ｃが接地されて、図示されない回路基板上に実装されることにより、マイクロ波回路の一部として組み込まれている。

これにより、入力端子２ａに加えられたマイクロ波は、中心導体１において高周波磁界を発生し、上下部フェライト板５、６における磁気モーメントによって、上記マイクロ波の進行方向が曲がって中心角１２０°右回りに回転した出力端子２ｂに出力するとともに、出力端子２ｂに導入されたマイクロ波は、中心角１２０°右回りに回転した入出力端子２ｃに出力して接地されるようになっている。

そしてさらに、上記構成からなるアイソレータにあっては、上下部磁性金属板７、８および側板９によって形成される閉磁路により、マグネット１０からの磁気を安定的に保持するとともに、さらにマグネット１０が載置されている上部磁性金属板７を、純鉄よりも低い透磁率の磁性ステンレス鋼によって形成し、かつ下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄い板厚ｔに形成しているために、マグネット１０から上部磁性金属板７を貫いて上部フェライト板５へと伝わる漏洩磁界強度を高めることができる。

しかも、中心導体１における共振器３には、上部磁性金属板７のから側板９を介して供給される磁界と併せて、磁界を一様に分布させることにより、良好な磁気モーメント現象を得ることができる。加えて、上記閉磁路の外側となる上部磁性金属板７上にマグネット１０を載置しているために、上下部フェライト板５、６における磁界強度分布が異なることになり、この結果上下部フェライト板５、６での共振周波数にズレを生じて比帯域幅を広げることができる。

これにより、マグネット１０の磁界強度を過度に高めることなく、良好なサーキュレータ特性を得ることができ、さらに特に高い周波数帯を含む広帯域において使用することが可能になる。さらに、上部磁性金属板７を磁性ステンレス鋼によって形成し、かつその板厚ｔを下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くしているために、表面実装部品に対する、より一層の軽量化や軽量化の要請にも容易に対応することができる。

次いで、図４〜図７は、本発明に係る非可逆回路素子をアイソレータに適用した第２〜第４実施形態を示すもので、他の構成については、図１〜図３に示したものと同一であるために、以下同一符号を用いてその説明を簡略化する。

図４および図５に示す第２実施形態に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７の中心部における直径φ₁が、上部フェライト板５よりも小径であって、かつマグネット１０の直径φ₂よりも小径に形成されている。これにより、図５に示すように、接続部７ａ間において、マグネット１０の外周部の一部分が、上部磁性金属板７の外周縁よりも外方に突出して、上部フェライト板５と直接対向するように構成されている。

また、図６に示す第３実施形態に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７における接続部７ａ間の外周部に、中心側に向けて延在する方形の切り欠き部１１が形成されている。これにより、切り欠き部１１に臨むマグネット１０の外周部分が、切り欠き部１１を介して下方の上部フェライト板５と直接対向するように構成されている。

さらに、図７に示す第４実施形態に係るアイソレータにおいては、上部磁性金属板７の中心部に、円形の開口部１２が形成されている。これにより、開口部１２に臨むマグネット１０の中心部が、開口部１２を介して下方の上部フェライト板５の中心部と直接対向するように構成されている。

したがって、第２〜第４実施形態のアイソレータによれば、図１〜図３に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、マグネット１０の一部が、上部フェライト板５と直接対向するようにしているために、上部磁性金属板７を介した漏洩磁界を一段と強めることができ、よって一層高い周波数帯においても使用することが可能になるために、その使用周波数範囲の拡大を図ることができるといった効果が得られる。

なお、上記第１〜第４実施形態においては、いずれも上部磁性金属板７を、下部磁性金属板８を形成する純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼によって形成するとともに、さらに上部磁性金属板７の板厚ｔを、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くした場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、本発明においては、上部磁性金属板７を純鉄よりも透磁率が低い磁性ステンレス鋼等の磁性金属によって形成して、上下部磁性金属板７、８の板厚を同一にする構成や、あるいは上部磁性金属板７を下部磁性金属板８と同様に純鉄によって形成するととともに、上部磁性金属板７の板厚ｔを、下部磁性金属板８の板厚Ｔよりも薄くする構成を採用することもできる。

各種マイクロ波装置の回路基板に実装されるアイソレータやサーキュレータ等として利用可能である。

１中心導体
２ａ、２ｂ、２ｃ入出力端子
３共振器
５上部フェライト板
６下部フェライト板
７上部磁性金属板
８下部磁性金属板
９側板
１０マグネット
１１切り欠き部
１２開口部
ｔ上部磁性金属板の板厚
Ｔ下部磁性金属板８の板厚
φ₁ 上部磁性金属板の中心部における直径
φ₂ マグネットの直径

Claims

中心部から外方に向けて放射状に３方向へと延出する入出力端子が一体形成されるとともに共振器として機能する平板状の中心導体と、この中心導体を間に挟む上下部フェライト板と、これら上下部フェライト板を間に挟む上下部磁性金属板とが積層されるとともに、上記上部磁性金属板上にマグネットが配置され、かつ上記上下部磁性金属板が側板を介して閉磁路を形成する非可逆回路素子において、
上記上部磁性金属板を、純鉄よりも低い透磁率の素材によって形成し、かつ／または上記下部磁性金属板の板厚よりも薄い板厚に形成したことを特徴とする非可逆回路素子。
上記上部磁性金属板を、磁性ステンレス鋼によって形成したことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
上記上部磁性金属板の外周縁における少なくとも一部の外法寸法を、上記上部フェライト板の外法寸法および上記マグネットの外法寸法よりも小さくすることにより、上記マグネットの外周部の少なくとも一部分が、上記上部磁性金属板の外周縁よりも外方に突出して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
上記上部磁性金属板の外周部に、その中心側に延在する切り欠き部を形成することにより、当該切り欠き部に臨む上記マグネットの一部分が、上記切り欠き部を介して上記上部フェライト板と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
上記上部磁性金属板の中心部に開口部を形成することにより、当該開口部に臨む上記マグネットの中心部が、上記開口部を介して上記上部フェライト板の中心部と直接対向するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。