JP2019057762A - 非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石の共振が中心電極に干渉することが抑制された非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】 下ヨーク１と、下側主面と上側主面とを有するフェライト４と、複数のポート部６ａ〜６ｃを有する中心電極６と、複数の磁石と、板状金属９とを備え、下ヨーク１に、下ヨーク１と電気的に絶縁された、複数の入出力端子３ａ〜３ｃが形成され、複数の磁石は、少なくとも、第１磁石７と、第２磁石８とを含み、下ヨーク１と、フェライト４と、中心電極６と、第１磁石７と、板状金属９と、第２磁石８とが、この順番に下から上に垂直に配置されたものとする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に関する。

携帯電話やスマートフォンなどの電子機器に、信号を伝送方向のみに通過させ、逆方向への伝送を阻止する、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子が広く使用されている。

特許文献１（特開２０１６-１６３１１０号公報）に、そのような非可逆回路素子が開示されている。図１２に、特許文献１に開示された非可逆回路素子１０００を示す。

非可逆回路素子１０００は、下ヨーク（ケース部）１０１と、フェライト（基板）１０２、１０３と、中心電極（中心導体）１０４と、２つの磁石（永久磁石）１０５、１０６と、上ヨーク（蓋部）１０７と、を備えている。非可逆回路素子１０００は、さらに、板状金属（シールド板）１０８と、非磁性シート１０９、１１０と、終端抵抗１１１とを備えている。

中心電極１０４は、ポート部（主導体部の先端）１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを備えている。そして、ポート部１０４ｃが、終端抵抗１１１に接続されている。

非可逆回路素子１０００は、上記の構成要素が、下から上に、下ヨーク１０１、磁石１０５、板状金属１０８、フェライト１０２、中心電極１０４、フェライト１０３、非磁性シート１０９、磁石１０６、非磁性シート１１０、上ヨーク１０７の順番に、垂直に配置されている。

非可逆回路素子１０００は、下ヨーク１０１と上ヨーク１０７とで磁気回路が構成され、磁石１０５、１０６が発生させた直流磁界を磁気回路によってフェライト１０２、１０３に印加する。

非可逆回路素子１０００においては、磁石を、磁石１０５と磁石１０６との２つに分割して構成している。非可逆回路素子１０００が、磁石を、磁石１０５と磁石１０６との２つに分割して構成した理由は、次のとおりである。

非可逆回路素子においては、中心電極から放射される電磁界によって、磁石が共振する場合がある。この磁石の共振の共振周波数は、磁石の大きさに反比例し、磁石の大きさが小さいと共振周波数は高く、磁石の大きさが大きいと共振周波数は低くなる。

磁石の共振周波数が、非可逆回路素子の動作周波数帯に近い場合、磁石の共振が中心電極に干渉し、非可逆回路素子の電気的特性が劣化するという問題があった。

特に、非可逆回路素子を高周波帯で動作させようとした場合、磁石からフェライトに大きな直流磁界を印加する必要があり、磁石を大きくする必要があるが、磁石を大きくすることによって磁石の共振周波数が低周波側へシフトする。そして、一般的に、磁石の共振周波数は非可逆回路素子の動作周波数よりも高いため、磁石の共振周波数が低周波側へシフトすることにより、磁石の共振周波数が非可逆回路素子の動作周波数に近づき、非可逆回路素子の電気的特性が劣化するという問題があった。特に、近年、数十ＧＨｚ以上のミリ波帯を利用した高周波の通信システムが構築されており、ミリ波帯の通信システムに対応する非可逆回路素子において、磁石をより大きくする必要がある。そのため、特に、ミリ波帯の通信システムに対応する非可逆回路素子において、磁石の共振周波数の低周波側へのシフト、および、磁石の共振周波数と非可逆回路素子の動作周波数とが近づくことによる電気的特性の劣化が大きな問題になっていた。

なお、磁石の大きさを必要以上に大きくし、磁石の共振周波数を、非可逆回路素子の動作周波数よりも、さらに低周波側へシフトさせて、磁石の共振が中心電極に干渉するのを抑制し、非可逆回路素子の電気的特性の劣化を抑制する方法も考えられる。しかしながら、この方法には、高次共振モードが発生して電気的特性が劣化する虞があるという問題や、非可逆回路素子が大型化するという問題があるため、実用的ではない。

そこで、非可逆回路素子１０００は、磁石を、磁石１０５と磁石１０６との２つに分割し、それぞれの大きさを小さくすることによって、フェライト１０２、１０３に印加する必要な直流磁界の大きさを維持したまま、磁石１０５、１０６の共振周波数を、それぞれ、非可逆回路素子１０００の動作周波数帯よりも高周波側の離れた周波数帯に位置させている。この結果、非可逆回路素子１０００は、磁石１０５、１０６の共振が中心電極１０４に干渉することが抑制されており、電気的特性の劣化が抑制されている。

特開２０１６-１６３１１０号公報

非可逆回路素子１０００は、中心電極１０４と下ヨーク１０１との間に、２分割したうちの片方の磁石１０５が配置されているため、非可逆回路素子１０００を電子機器の基板に実装した際に、中心電極１０４のポート部１０４ａ〜１０４ｃと基板の電極との間の距離が、磁石１０５の厚み分だけ長くなってしまうという問題があった。すなわち、非可逆回路素子１０００を基板に実装した場合、ポート部１０４ａはピン端子１１２を経由して、ポート部１０４ｂはピン端子１１３を経由して、ポート部１０４ｃは終端抵抗１１１を経由して、それぞれ基板の電極に電気的に接続されるが、いずれ経路においても、ポート部１０４ａ〜１０４ｃから、基板の電極までの距離が、磁石１０５の厚み分だけ長くなってしまうという問題があった。

そして、非可逆回路素子１０００は、中心電極１０４のポート部１０４ａ〜１０４ｃから、基板の電極までの距離が、磁石１０５の厚み分だけ長くなってしまうことにより、伝送ロスが発生し、挿入損失が増大してしまうという問題があった。特に、非可逆回路素子１０００の動作周波数帯が高周波帯である場合には、単位長さあたりの伝送ロスが大きいため、挿入損失が大幅に劣化してしまうという問題があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものである。その手段として本発明の非可逆回路素子は、下ヨークと、下側主面と上側主面とを有するフェライトと、複数のポート部を有する中心電極と、複数の磁石と、板状金属とを備え、下ヨークに、下ヨークと電気的に絶縁された、複数の入出力端子が形成され、複数の磁石は、少なくとも、第１磁石と、第２磁石とを含み、下ヨークと、フェライトと、中心電極と、第１磁石と、板状金属と、第２磁石とが、この順番に下から上に垂直に配置されたものとする。

板状金属は、たとえば、鉄、ニッケルまたはコバルトを主成分とすることができる。

第１磁石の厚みが、第２磁石の厚みよりも小さいことが好ましい。この場合には、第１磁石と第２磁石とで必要な直流磁界を発生させながら、板状金属よりも中心導体側に配置された第１磁石の大きさ（厚み）を小さくすることができ、第１磁石の共振周波数を、非可逆回路素子の動作周波数帯よりも高周波側の離れた周波数帯に位置させることができる。なお、第２磁石は、中心導体との間に板状金属が配置され、中心導体からシールドされているため、共振の発生自体が抑制されている。

上ヨークをさらに備え、下ヨークと、フェライトと、中心電極と、第１磁石と、第２磁石と、上ヨークとが、この順番に下から上に垂直に配置されることも好ましい。この場合には、上ヨークと下ヨークとで磁気回路を構成し、第１磁石および第２磁石が発生させた直流磁界を、効率的にフェライトに印加させることができる。

上ヨークおよび下ヨークのいずれか一方が垂直部を有し、下ヨークと上ヨークの垂直部とが、または、下ヨークの垂直部と上ヨークとが、接合されることも好ましい。この場合には、第１磁石および第２磁石が発生させた磁束を、上ヨークと下ヨークに効率的に回流させることができる。

あるいは、上ヨークが垂直部を有し、下ヨークと、上ヨークの垂直部とが、間にフェライトを挟んで対向して配置されることも好ましい。フェライトの比透磁率が１以上あるために磁気抵抗が小さく、下ヨークと上ヨークの垂直部とをフェライトを間に挟んで対向して配置させれば、この場合にも、第１磁石および第２磁石が発生させた磁束を、上ヨークと下ヨークに効率的に回流させることができる。また、この場合には、フェライトの側面に上ヨークの垂直部を配置させる必要がないので、非可逆回路素子の平面方向の大きさを小さくすることができる。

フェライトの下側主面と上側主面との間を貫通してスルーホール導体が形成され、中心電極のポート部と、入出力端子とが、スルーホール導体を経由して電気的に接続されることも好ましい。この場合には、中心導体のポート部と入出力端子との間の距離を小さくすることができ、伝送ロスを抑制し、挿入損失の増大を抑制することができる。

中心電極は、フェライトの上側主面にフェライトと一体的に形成された膜状の電極とすることができる。あるいは、中心電極とフェライトとが別体であっても良い。

本発明の非可逆回路素子は、中心導体と、入出力端子が形成された下ヨークとの間に、第１磁石、第２磁石および板状金属のいずれもが配置されていないため、中心電極のポート部と入出力端子との間の距離を小さくすることができ、伝送ロスの発生を抑制し、挿入損失の増大を抑制することができる。

第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００の斜視図である。 非可逆回路素子１００の分解斜視図である。 比較例にかかる非可逆回路素子１１００の斜視図である。 実施例にかかる非可逆回路素子１００特性と、比較例にかかる非可逆回路素子１１００の特性とを示すグラフである。 下ヨーク用のマザー金属板１１を示す斜視図である。 マザーフェライト板１４を示す斜視図である。 第２実施形態にかかる非可逆回路素子２００の斜視図である。 図８（Ａ）は、第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００の斜視図である。図８（Ｂ）は、非可逆回路素子３００の断面図である。 非可逆回路素子３００の分解斜視図である。 第４実施形態にかかる非可逆回路素子４００の斜視図である。 非可逆回路素子４００の分解斜視図である。 特許文献１に開示された非可逆回路素子１０００の分解斜視図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、明細書の理解を助けるためのものであって、模式的に描画されている場合があり、描画された構成要素または構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。

［第１実施形態］
図１、図２に、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００を示す。ただし、図１は、非可逆回路素子１００の斜視図である。図２は、非可逆回路素子１００の分解斜視図である。

本実施形態の非可逆回路素子１００は、サーキュレータである。ただし、本発明の非可逆回路素子は、サーキュレータには限られず、アイソレータなどであっても良い。

非可逆回路素子１００は、下ヨーク１を備えている。下ヨーク１の材質は任意であるが、後述する第１磁石７および第２磁石８が発生させる磁束を効率的に回流させるためには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの強磁性体であることが望ましい。

また、下ヨーク１の表面は、高周波電流が流れるため、挿入損失を低減させるために、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの高導電率材料でメッキされていることが望ましい。

本実施形態においては、下ヨーク１の形状を、四角形の板状とした。ただし、下ヨーク１の形状は任意であり、四角形に代えて、円形、楕円形、四角形以外の多角形などであっても良い。また、単純な板状ではなく、垂直部などを備えていても良い。

下ヨーク１の４つの辺のうち、３つの辺に、それぞれ切欠きが設けられ、それらの切欠きに、それぞれ絶縁体２が埋め込まれている。絶縁体２の材質は任意であるが、たとえば、樹脂を使用することができる。

各絶縁体２に、それぞれ入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。本実施形態においては、入出力端子３ａ〜３ｃとして、絶縁体２に、ＣｕやＡｇなどを主成分とする導電性樹脂を埋め込んだ。入出力端子３ａ〜３ｃは、絶縁体２を貫通して形成されており、絶縁体２の上面、側面、下面の３つの面において外部に露出している。なお、入出力端子３ａ〜３ｃの構造は任意であり、上記に代えて、たとえば、ＣｕやＡｇなどの金属片を絶縁体２に埋め込んで、入出力端子としても良い。あるいは、絶縁体２の上面、側面、下面の３つの面にわたって、ＣｕやＡｇなどの金属膜を形成して、入出力端子としても良い。

非可逆回路素子１００は、フェライト４を備えている。フェライト４の組成は任意であるが、たとえば、ＮｉＺｎ系、ＭｎＺｎ系、ＹＩＧ系、ＣＶＧ系のフェライト等を使用することができる。

本実施形態においては、フェライト４の形状を、四角形の板状とした。フェライト４は、下側主面と上側主面と４つの側面とを備えている。ただし、フェライト４の形状は任意であり、四角形に代えて、円形、楕円形、四角形以外の多角形などであっても良い。

フェライト４の下側主面と上側主面とを貫通して、６つのスルーホール導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが形成されている。スルーホール導体の材質は任意であるが、たとえば、ＣｕやＡｇなどを使用することができる。

フェライト４の上側主面に、膜状の中心電極６が形成されている。中心電極６の形状は任意である。中心電極６の材質も任意であるが、たとえば、ＣｕやＡｇなどを使用することができる。中心電極６は、３つのポート部６ａ、６ｂ、６ｃを備えている。そして、ポート部６ａがスルーホール導体５ａに電気的に接続され、ポート部６ｂがスルーホール導体５ｃに電気的に接続され、ポート部６ｃがスルーホール導体５ｅに電気的に接続されている。

なお、中心電極６は、フェライト４の上側主面に膜状に形成されたものではなく、金属板を加工して作製した、フェライト４とは別体の中心電極であっても良い。

下ヨーク１の上側主面に、フェライト４が接合されている。また、入出力端子３ａとスルーホール導体５ａ、入出力端子３ｂとスルーホール導体５ｃ、入出力端子３ｃとスルーホール導体５ｅが、それぞれ電気的に接続されている。また、下ヨーク１とスルーホール導体５ｂ、５ｄ、５ｆが、それぞれ電気的に接続されている。

この結果、中心電極６のポート部６ａが、スルーホール導体５ａを経由して、入出力端子３ａと電気的に接続されている。同様に、中心電極６のポート部６ｂが、スルーホール導体５ｃを経由して、入出力端子３ｂと電気的に接続されている。中心電極６のポート部６ｃが、スルーホール導体５ｅを経由して、入出力端子３ｃと電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、スルーホール導体５ｂ、５ｄ、５ｆは、電気的な接続には使用されていない。

非可逆回路素子１００は、第１磁石７および第２磁石８を備えている。第１磁石７および第２磁石の材質は任意であるが、たとえば、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン系のフェライト磁石、サマリウムコバルト系、ネオジム系の希土類磁石などを使用することができる。

本実施形態においては、第１磁石７および第２磁石８を、それぞれ、四角柱とした。ただし、第１磁石７および第２磁石８の形状は任意であり、四角柱に代えて、円柱、楕円柱、四角柱以外の多角柱などの形状であっても良い。

本実施形態においては、第１磁石７の厚みと、第２磁石８の厚みとを等しくした。具体的には、第１磁石７および第２磁石の厚みを、それぞれ、１ｍｍとした。

非可逆回路素子１００は、第１磁石７と第２磁石８との間に、板状金属９が配置されている。本実施形態においては、板状金属９に、鉄を使用した。ただし、板状金属９の材質は任意であり、鉄に代えて、ニッケル、コバルトなどであっても良い。なお、鉄、ニッケル、コバルトは、他の金属との合金であっても良く、不純物を含んでいても良い。すなわち、鉄、ニッケル、コバルトは、それぞれ、鉄、ニッケル、コバルトを主成分としていれば良い。

本実施形態においては、板状金属９の厚みを０．１ｍｍとした。ただし、板状金属９の厚みは任意であり、増減することができる。

以上の構造からなる非可逆回路素子１００は、磁石を第１磁石７と第２磁石８との２つに分割して構成しているため、第１磁石７と第２磁石８とで必要な直流磁界を発生させながら、第１磁石７の大きさを小さくすることが可能になっている。この結果、非可逆回路素子１００は、第１磁石７の共振周波数が、非可逆回路素子１００の動作周波数帯よりも高周波側の離れた周波数帯にあり、第１磁石７の共振による中心電極への干渉が抑制されており、電気的特性の劣化が抑制されている。

また、非可逆回路素子１００は、第２磁石８と中心電極６との間に板状金属９が配置され、第２磁石８が中心電極６からシールドされているため、中心電極６から放射される電磁界による第２磁石８の共振の発生自体が抑制されている。この結果、本発明の非可逆回路素子は、第２磁石８の共振が中心電極６に干渉することが抑制されており、電気的特性の劣化が抑制されている。

また、本発明の非可逆回路素子１００は、中心電極６と下ヨーク１との間に、第１磁石７、第２磁石８が配置されていないため、中心電極６のポート部６ａ〜６ｃと、入出力端子３ａ〜３ｃとの間の距離が、磁石の厚みによって大きくなってしまうことがなく、伝送ロスが抑制され、挿入損失の増大が抑制されている。

また、非可逆回路素子１００は、ポート部６ａと入出力端子３ａ、ポート部６ｂと入出力端子３ｂ、ポート部６ｃと入出力端子３ｃとの電気的接続を、それぞれ、フェライト４の下側主面と上側主面とを貫通して形成されたスルーホール導体５ａ、５ｃ、５ｅを経由しておこなっているため、ポート部６ａ、６ｂ、６ｃと、入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃとの間の距離がそれぞれ小さく、伝送ロスが抑制され、挿入損失の増大が抑制されている。

本発明の有効性を確認するために、次の実験をおこなった。

実施例として、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００を用意した。また、比較例として、図３に示す非可逆回路素子１１００を用意した。比較例の非可逆回路素子１１００は、非可逆回路素子１００の構成の一部を変更したものである。具体的には、非可逆回路素子１１００は、非可逆回路素子１００の第１磁石７、板状金属９、第２磁石８を取り除き、代わりに、厚みの大きな１つの磁石５７を設けたものである。磁石５７の厚みは、２ｍｍとした。

図４に、実施例の非可逆回路素子１００の特性（挿入損失）と、比較例の非可逆回路素子１１００の特性（挿入損失）とを、それぞれ示す。図４から分かるように、非可逆回路素子１１００は、非可逆回路素子の動作周波数帯において、磁石５７の共振により大きな挿入損失が発生している。これに対し、非可逆回路素子１００は、中心電極６が、第１磁石７、第２磁石８の共振による影響をほとんど受けていないと考えられ、優れた特性を示している。以上により、本発明の有効性が確認できた。

非可逆回路素子１００は、たとえば、次の方法で製造することができる。

まず、図５に示す、複数の下ヨーク１をマトリックス状に含んだ下ヨーク用のマザー金属板１１を作製する。マザー金属板１１は、下ヨーク１の材質によって作製する。必要があれば、マザー金属板１１の表面に、予め高導電率材料をメッキしておく。

まず、マザー金属板１１の隣接する下ヨーク１と下ヨーク１との境界線上に、たとえばエッチングなどの方法により、絶縁体２を作製するための貫通孔を形成する。続いて、形成した各貫通孔に、未硬化の樹脂を充填し、続いて加熱して樹脂を硬化させて絶縁体２を形成する。

次に、各絶縁体２に、たとえばレーザ光を照射するなどの方法によって、入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃを形成するための貫通孔を形成する。続いて、各貫通孔に、未硬化の導電性樹脂を充填し、加熱して導電性樹脂を硬化させて入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃを形成する。マザー金属板１１を後の工程において個々の下ヨーク１に分割することにより、各下ヨーク１の３つの辺に、絶縁体２で絶縁された入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃが得られる。

以上の工程と並行して、図６に示す、複数のフェライト４をマトリックス状に含んだマザーフェライト板１４を作製する。

具体的には、まず、所定の組成からなるフェライト粉末を、バインダー、溶剤とともに混練し、混練物を得る。続いて、混練物を、たとえばドクターブレード法などの方法によって膜状に加工し、フェライトのマザーグリーンシートを作製する。

次に、マザーグリーンシートに、レーザ光を照射するなどの方法によって、各フェライト４にスルーホール導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆを形成するための貫通孔を形成する。続いて、形成した各貫通孔に、導電性ペーストを充填する。

次に、マザーグリーンシートを所定のプロファイルで焼成して、マザーフェライト板１４を得る。マザーフェライト板１４に作製された個々のフェライト４には、スルーホール導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが形成されている。

次に、マザーフェライト板１４に作製された個々のフェライト４の上側主面に、中心電極６を形成する。具体的には、各フェライト４の上側主面に、導電性ペーストを所望の形状にスクリーン印刷したうえで、加熱して焼付け、中心電極６を形成する。なお、スクリーン印刷に代えて、フォトリソグラフィー技術によって、各フェライト４の上側主面に導電性ペーストを所望の形状に塗布しても良い。

次に、下ヨーク用のマザー金属板１１と、マザーフェライト板１４とを、接着剤によって接合する。ただし、電気的な接続が必要になる、入出力端子３ａとスルーホール導体５ａ、入出力端子３ｂとスルーホール導体５ｃ、入出力端子３ｃとスルーホール導体５ｅ、下ヨーク１とスルーホール導体５ｂ、下ヨーク１とスルーホール導体５ｄ、下ヨーク１とスルーホール導体５ｆの間は、それぞれ、たとえば、導電性接着剤によって接合（接続）する。ただし、導電性接着剤に代えて、これらの部分にクリームはんだを塗布しておき、後から加熱して、これらの部分の電気的な接続をはかっても良い。

次に、相互に接合されたマザー金属板１１およびマザーフェライト板１４を、相互に接合された個々の下ヨーク１およびフェライト４に分割する。

次に、中心電極６が形成されたフェライト４の上側主面に、接着剤によって、第１磁石７を接合する。

次に、第１磁石７の上側主面に、接着剤によって、板状金属９を接合する。

次に、板状金属９の上側主面に、接着剤によって、第２磁石８を接合する。なお、第１磁石７と板状金属９と第２磁石８とを、予め接着剤によって一体化させておき、一体化された第１磁石７、板状金属９、第２磁石８を、接着剤によって、フェライト４の上側主面に接合するようにしても良い。

以上により、第１実施形態の非可逆回路素子１００が完成する。なお、ここに記載した非可逆回路素子１００の製造方法は一例であり、他の方法によって非可逆回路素子１００を製造しても良い。

［第２実施形態］
図７に、第２実施形態にかかる非可逆回路素子２００を示す。ただし、図７は、非可逆回路素子２００の斜視図である。

非可逆回路素子２００は、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００の構成の一部に変更を加えた。具体的には、非可逆回路素子１００では、第１磁石７の厚みと第２磁石８の厚みとが等しく、それぞれ、１ｍｍであった。これに対し、非可逆回路素子２００は、第１磁石２７の厚みを第２磁石２８の厚みよりも小さくし、第１磁石２７の厚みを０．５ｍｍとし、第２磁石２８の厚みを １．５ｍｍとした。なお、非可逆回路素子１００の第１磁石７と第２磁石８の合計の大きさと、非可逆回路素子２００の第１磁石２７と第２磁石２８との合計の大きさが等しいため、非可逆回路素子１００の第１磁石７と第２磁石８が発生させる直流磁界の大きさと、非可逆回路素子２００の第１磁石２７と第２磁石２８が発生させる直流磁界の大きさとは、ほぼ等しい。

非可逆回路素子２００は、第１磁石２７の大きさが、非可逆回路素子１００の第１磁石７の大きさよりも小さいため、第１磁石２７の共振周波数が、第１磁石７の共振周波数よりも高くなっている。したがって、非可逆回路素子２００は、第１磁石２７の共振周波数が、非可逆回路素子２００の動作周波数帯から、より高周波側に離れている。そのため、非可逆回路素子２００は、第１磁石２７の共振の中心電極６への干渉が確実に抑制されており、電気的特性の劣化が確実に抑制されている。なお、第２磁石２８は、中心電極６との間に板状金属９が配置され、中心電極６からシールドされているため、中心電極６から放射される電磁界による共振の発生自体が抑制されている。

［第３実施形態］
図８（Ａ）、（Ｂ）、図９に、第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００を示す。ただし、図８（Ａ）は、非可逆回路素子３００の斜視図である。図８（Ｂ）は、非可逆回路素子３００の断面図であり、図８（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ部分を示している。図９は、非可逆回路素子３００の分解斜視図である。

非可逆回路素子３００は、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００に、さらに構成を追加した。具体的には、非可逆回路素子３００は、非可逆回路素子１００には無かった、上ヨーク１０を備えている。

上ヨーク１０の材質は任意であるが、第１磁石７および第２磁石８が発生させる磁束を効率的に回流させるためには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの強磁性体であることが望ましい。

また、上ヨーク１０の表面は、高周波電流が流れるため、挿入損失を低減させるために、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの高導電率材料でメッキされていることが望ましい。

本実施形態においては、上ヨーク１０は、四角形で板状の天面部１０ａと、天面部１０ａに対して垂直な板状の２つの垂直部１０ｂ、１０ｃを備えている。ただし、上ヨーク１０の形状は任意であり、種々の変更を加えることができる。なお、垂直部１０ｂには、ポート部６ｂとの接触を避けるために切欠き１０ｂｘが形成され、垂直部１０ｃには、ポート部６ｃとの接触を避けるために切欠き１０ｃｘが形成されている。

第１磁石７、板状金属９、第２磁石８を覆うように、フェライト４の上側主面に、上ヨーク１０が接合されている。より具体的には、上ヨーク１０の垂直部１０ｂ、１０ｃの底面が、フェライト４の上側主面に接合されている。また、上ヨーク１０の垂直部１０ｂの底面とスルーホール導体５ｂ、上ヨーク１０の垂直部１０ｃの底面とスルーホール導体５ｆが、それぞれ電気的に接続されている。

非可逆回路素子３００は、上ヨーク１０の垂直部１０ｂ、１０ｃと下ヨーク１とが、フェライト４を間に挟んで対向して配置されている。そして、フェライト４の側面が、上ヨーク１０および下ヨーク１のいずれによっても覆われていない。非可逆回路素子３００は、上ヨーク１０と下ヨーク１とが直接には接合されていないが、フェライト４の比透磁率が１以上あるために磁気抵抗が小さく、図８（Ｂ）に一点鎖線の矢印で示すように、第１磁石７および第２磁石８から発生する磁束を上ヨーク１０と下ヨーク１との間で十分回流させることができるような磁気回路が構成される。したがって、非可逆回路素子３００は、第１磁石７および第２磁石８が発生させた磁束を、上ヨーク１０および下ヨーク１に効率的に回流させることができ、フェライト４に対して十分に直流磁界を印加することができる。

また、非可逆回路素子３００は、フェライト４の側面が、上ヨーク１０および下ヨーク１のいずれによっても覆われていないため、平面方向の大きさが小さくなっている。

また、非可逆回路素子３００は、上ヨーク１０が、スルーホール導体５ｂ、５ｆを経由して、下ヨーク１と電気的に接続されている。非可逆回路素子３００は、下ヨーク１をグランドと電気的に接続することによって、上ヨーク１０もグランドと電気的に接続されることになり、上ヨーク１０に非可逆回路素子３００の電気シールドとしての機能を持たせることができる。

［第４実施形態］
図１０、図１１に、第４実施形態にかかる非可逆回路素子４００を示す。ただし、図１０は、非可逆回路素子４００の斜視図である。図１１は、非可逆回路素子４００の分解斜視図である。

非可逆回路素子４００は、第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００に、さらに変更を加えた。具体的には、非可逆回路素子３００では、上ヨーク１０の垂直部１０ｂ、１０ｃと下ヨーク１とが、フェライト４を間に挟んで対向して配置されていた。非可逆回路素子４００は、上ヨーク４０の垂直部４０ｂ、４０ｃと、下ヨーク１とを、直接に接合した。以下、簡潔に説明する。

非可逆回路素子４００は、平面視が長方形の下ヨーク４１を備えている。下ヨーク４１の４つの辺のうち、１つの長辺と、２つの短辺に、それぞれ切欠きが設けられ、それらの切欠きに、それぞれ絶縁体４２が埋め込まれている。そして、長辺に形成された絶縁体４２に入出力端子４３ａが形成され、一方の短辺に形成された絶縁体４２に入出力端子４３ｂが形成され、他方の短辺に形成された絶縁体４２に入出力端子４３ｃが形成されている。

下ヨーク４１の上側主面に、フェライト４が接合されている。また、入出力端子４３ａとスルーホール導体５ａ、入出力端子４３ｂとスルーホール導体５ｃ、入出力端子４３ｃとスルーホール導体５ｅが、それぞれ電気的に接続されている。また、下ヨーク４１とスルーホール導体５ｂ、５ｄ、５ｆが、それぞれ電気的に接続されている。

非可逆回路素子４００は、上ヨーク４０を備えている。上ヨーク１０は、平面視が長方形の天面部４０ａを備えている。天面部４０ａの一方の短辺に垂直部４０ｂが形成され、他方の短辺に垂直部４０ｃが形成されている。垂直部４０ｂ、４０ｃは、天面部４０ａに対して垂直に形成されている。垂直部４０ｂに、入出力端子４３ｂとの接触を避けるために切欠き４０ｂｘが形成され、垂直部４０ｃに、入出力端子４３ｃとの接触を避けるために切欠き４０ｃｘが形成されている。

フェライト４、第１磁石７、板状金属９、第２磁石８を覆うように、下ヨーク４１に、上ヨーク４０が接合されている。より具体的には、上ヨーク４０の垂直部４０ｂ、４０ｃの底面が、下ヨーク４１の上側主面に接合されている。上ヨーク４０の垂直部４０ｂ、４０ｃの底面は、下ヨーク４１と、電気的にも接続されている。

非可逆回路素子４００は、下ヨーク４１と上ヨーク４０とが接合されているため、第１磁石７および第２磁石８が発生させた磁束を、上ヨーク４０と下ヨーク４１に、より効率的に回流させることができるため、直流磁界をフェライト４に、より効率的に印加することができる。

以上、第１実施形態〜第４実施形態にかかる非可逆回路素子１００、２００、３００、４００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。

たとえば、非可逆回路素子１００、２００、３００、４００は、いずれもサーキュレータであったが、これに代えて、アイソレータであっても良い。なお、アイソレータを構成するためには、中心電極６の３つのポート部６ａ、６ｂ、６ｃのうちの１つを、抵抗を挿入したうえでグランドに接続し、終端させれば良い。

また、非可逆回路素子１００、２００、３００、４００では、磁石を、第１磁石７、２７と第２磁石８、２８との２つに分割していたが、磁石の個数は２つには限られず、３つ以上であっても良い。

また、非可逆回路素子１００、２００、３００、４００では、中心電極６がフェライト４の上側主面に膜状に形成されたものであったが、これに代えて、フェライト４とは別体の、金属板を加工して作製した中心電極を使用しても良い。

１、４１・・・下ヨーク
２、４２・・・絶縁体
３ａ、３ｂ、３ｃ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ・・・入出力端子
４・・・フェライト
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ・・・スルーホール導体
６・・・中心電極
６ａ、６ｂ、６ｃ・・・ポート部
７、２７・・・第１磁石
８、２８・・・第２磁石
９・・・板状金属
１０、４０・・・上ヨーク
１０ａ、４０ａ・・・天面部
１０ｂ、１０ｃ、４０ｂ、４０ｃ・・・垂直部
１０ｂｘ、１０ｃｘ、４０ｂｘ、４０ｃｘ・・・切欠き

Claims (9)

1. 下ヨークと、下側主面と上側主面とを有するフェライトと、複数のポート部を有する中心電極と、複数の磁石と、板状金属とを備え、
   前記下ヨークに、前記下ヨークと電気的に絶縁された、複数の入出力端子が形成され、
   複数の前記磁石は、少なくとも、第１磁石と、第２磁石とを含み、
   前記下ヨークと、前記フェライトと、前記中心電極と、前記第１磁石と、前記板状金属と、前記第２磁石とが、この順番に下から上に垂直に配置された、非可逆回路素子。
2. 前記板状金属が、鉄、ニッケルまたはコバルトを主成分とする、請求項１に記載された非可逆回路素子。
3. 前記第１磁石の厚みが、前記第２磁石の厚みよりも小さい、請求項１または２に記載された非可逆回路素子。
4. 上ヨークをさらに備え、
   前記下ヨークと、前記フェライトと、前記中心電極と、前記第１磁石と、前記第２磁石と、前記上ヨークとが、この順番に下から上に垂直に配置された、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
5. 前記上ヨークおよび前記下ヨークのいずれか一方が垂直部を有し、
   前記下ヨークと前記上ヨークの前記垂直部とが、または、前記下ヨークの前記垂直部と前記上ヨークとが、接合された、請求項４に記載された非可逆回路素子。
6. 前記上ヨークが垂直部を有し、
   前記下ヨークと、前記上ヨークの前記垂直部とが、間に前記フェライトを挟んで対向して配置された、請求項４に記載された非可逆回路素子。
7. 前記フェライトの前記下側主面と前記上側主面との間を貫通してスルーホール導体が形成され、
   前記中心電極の前記ポート部と、前記入出力端子とが、前記スルーホール導体を経由して電気的に接続された、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
8. 前記中心電極が、前記フェライトの前記上側主面に前記フェライトと一体的に形成された膜状の電極である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
9. 前記中心電極と前記フェライトとが別体である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。

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