JP3458806B2 - 非可逆回路素子及び通信機装置 - Google Patents
非可逆回路素子及び通信機装置Info
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- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
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Description
高周波帯域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、及びこれを用いた通信機装置に関
する。
に進展しており、これらの機器に用いられる非可逆回路
素子も更なる小型化が強く求められている。この小型化
を実現するために直方体の磁性体にを用いた非可逆回路
素子が提案されている(特開平11−97908号公報
参照)。このような直方体の磁性体を用いた場合、1つ
の中心導体を磁性体の一辺に平行に配置し、他の2つの
中心導体を各辺に傾斜するように配置し、各中心導体を
互いに電気的絶縁状態でかつ略120度の角度で交差さ
せている。また、各中心導体の導体幅及び導体間隔は同
様のものを用いている。
ら非可逆回路素子が用いられる回路の入出力部のインピ
ーダンスは所定のインピーダンス値(通常、50Ω)と
なっており、非可逆回路素子の各ポートでのインピーダ
ンス(以下、ポートインピーダンスと記す)も所定のイ
ンピーダンス値となるように設定される。
方向において回転非対称の形状であり、各中心導体の導
体幅及び導体間隔を同様に形成した場合、磁性体の一辺
に平行な中心導体のポートインピーダンスは、他の2つ
の中心導体のポートインピーダンスよりも高くなる。例
えば、上記従来の非可逆回路素子において、各辺に傾斜
して配置された2つの中心導体のポートインピーダンス
を50Ωとしたとき、一辺に平行に配置された中心導体
のポートインピーダンスが80Ωとなる場合がある。つ
まり、各辺に傾斜して配置された2つの中心導体は磁性
体と中心導体との関係において対称的な配置となってい
るが、平行に配置された中心導体は他の2つの中心導体
と非対称な配置関係となっている。このため、上記従来
の非可逆回路素子おいては、磁性体の一辺に平行な中心
導体のポートの反射特性が劣化するという問題があっ
た。
平行に配置された中心導体のポートの反射特性を向上し
た非可逆回路素子及びこれを用いた通信機装置を提供す
ることにある。
に、本発明に係る非可逆回路素子は、直方体の磁性体
に、3つの中心導体を互いに電気的絶縁状態でかつ略1
20度の角度で交差させて配置するとともに、1つの中
心導体を磁性体の長辺に略平行に配置した非可逆回路素
子において、磁性体の長辺に略平行に配置された中心導
体の導体幅を他の2つの中心導体の導体幅よりも広く設
定する。また、各中心導体を複数の導体で構成した場
合、磁性体の長辺に略平行に配置された中心導体の導体
間隔を他の2つの中心導体の導体間隔よりも広く設定す
る。
に配置された中心導体のポートインピーダンスは低くな
り、この中心導体のポートの反射特性を向上することが
できる。すなわち、本発明では、磁性体の長辺に平行に
配置された中心導体のポートインピーダンスを他の2つ
の中心導体のポートインピーダンスに近づくように、磁
性体の長辺に平行に配置された中心導体の導体幅または
導体間隔を他の2つの中心導体の導体幅または導体間隔
よりも広く設定している。したがって、各ポートで適正
なインピーダンスマッチングをとることができるので、
各中心導体のポートでの反射特性を向上することができ
る。
ことにより、簡単な構造で挿入損失を低減することがで
きる。
終端抵抗を接続してアイソレータを構成する。この場
合、磁性体の長辺に平行に配置された中心導体のポート
は他の中心導体のポートよりもポートインピーダンスが
ずれやすいので任意の値の抵抗で終端できるアイソレー
ションポートに適しており、このポートに終端抵抗を接
続するのが望ましい。
徴を有する非可逆回路素子を備えて構成される。これに
より、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
逆回路素子の構成を図1〜図4を参照して説明する。本
実施形態の非可逆回路素子は、図1に示すように直方体
角板状すなわち上面及び下面の形状が四角形の磁性体5
5に3つの中心導体51,52,53を配置した磁性組
立体5を有している。中心導体51,52,53は、銅
等の金属導体板を打ち抜き加工して形成されたものであ
り、図2の展開図で示すように、共通のアース端となる
アース部54で連接一体化され、アース部54から外方
に突出して設けられている。
磁性体55を載置し、磁性体55を包み込むように各中
心導体51〜53を磁性体55の上面に絶縁シート(図
示省略)を介在させて互いに略120度の角度をなすよ
うに折り曲げて配置して構成されている。各中心導体5
1〜53の先端部にあたる各ポートP1〜P3は他の部
材との接続に適した形状とされ、磁性体55の外周から
外方に突出するように構成されている。各中心導体51
〜53はそれぞれ2つの導体で構成され、中心導体5
1,52は磁性体55の各辺に対して傾斜するように配
置され、中心導体53は磁性体55の一辺に平行に配置
されている。
辺に平行に配置された中心導体53の各導体幅A3は、
他の中心導体51,52の各導体幅A1,A2よりも広
く形成されている。すなわち、本実施形態では、磁性体
55の一辺に平行に配置された中心導体53を構成する
2つの導体の導体幅A3を他の中心導体51,52の導
体幅A1,A2よりも広く設定している。各中心導体5
1〜53の導体間隔B1,B2,B3は同一寸法で形成
されている。
回路素子の一例を図3及び図4に示す。図3は全体構造
を示す分解斜視図、図4は永久磁石及び上部ヨークを除
いた状態での平面図である。この非可逆回路素子は、磁
性体55の一辺に平行な中心導体53のポートP3に終
端抵抗Rを接続してアイソレータとしたものであり、ポ
ートP1からポートP2方向を順方向とし、ポートP2
からポートP1方向を逆方向としている。
箱状の上部ヨーク2の内面に永久磁石3を配置するとと
もに、該上部ヨーク2に同じく磁性体金属からなる概略
コ字状の下部ヨーク8を装着して磁気閉回路を形成し、
下部ヨーク8内の底面8a上に端子ケース7を配設し、
該端子ケース7内に磁性組立体5、整合用コンデンサC
1〜C3、終端抵抗Rを配設し、磁性組立体5に永久磁
石3により直流磁界を印加して構成されている。
り、矩形枠状の側壁7aに底壁7bを一体形成した構造
のもので、入出力端子71、72、アース端子73がそ
の一部を樹脂内に埋設して設けられ、底壁7bの略中央
部には挿通孔7cが形成され、挿通孔7cの周縁部には
所定の箇所に複数の凹部が形成されている。
合用コンデンサC1〜C3、終端抵抗Rが配置され、挿
通孔7c内には磁性組立体5が挿入配置され、磁性組立
体5の上部に永久磁石3が配設されている。
下部ヨーク8の底面8aに接続されている。各整合用コ
ンデンサC1〜C3の下面電極、及び終端抵抗Rの一端
側の電極はそれぞれアース端子73に接続されている。
各整合用コンデンサC1〜C3の上面電極にはそれぞれ
各中心導体51〜53のポートP1〜P3が接続され、
終端抵抗Rの他端側はポートP3に接続されている。
ことなく、ポートP3を第3の入出力ポートとすればサ
ーキュレータとなる。
を参照して説明する。図5は磁性体の一辺に平行な中心
導体53のポートにおける第1実施形態の構成(図1の
構成)と従来の構成(各中心導体を同一の導体幅、導体
間隔で構成)の反射特性を示す図である。磁性体の寸法
はいずれも3.1mm×2.7mm、厚み0.5mm、
従来例の各中心導体及び実施形態の中心導体51,52
の導体幅0.15mm、導体間隔0.2mm、実施形態
の中心導体53の導体幅0.5mm、導体間隔0.15
mmのものを用いている。なお、飽和磁化は0.1Tに
設定し、測定系のインピーダンスは50Ωである。従来
例のものでは、ポートP3に対応するポートインピーダ
ンスが中心周波数で約80Ωであるのに対し、実施形態
のポートP3のポートインピーダンスは中心周波数で約
50Ωとなる。他のポートインピーダンスは中心周波数
でいずれも約50Ωである。
は、所要の周波数帯域において従来例のものに比べ大幅
に向上されている。例えば中心周波数(900MHz)
での反射損失は、従来例のものが12.9dBであるの
に対して、実施形態のものは38.7dBと大幅に改善
されている。
のように各中心導体を同一導体幅で構成した場合にポー
トインピーダンスが最も大きくなる中心導体、すなわち
磁性体の一辺に平行に配置された中心導体53の導体幅
A3を他の中心導体51,52の導体幅A1,A2より
も広く形成したので、この中心導体53のポートインピ
ーダンスは低くなり、このポートの反射特性が向上す
る。すなわち、導体幅A3を広く設定することにより中
心導体53のポートインピーダンスを下げて、回路系の
インピーダンスにより近づくようにし、他の中心導体5
1,52のポートインピーダンスとほぼ同様の値となる
ようにしている。これにより、全ての中心導体のポート
インピーダンスを回路系のインピーダンスに合致するよ
うに設定することができる。したがって、上記実施形態
の磁性組立体を用いれば、磁性体の一辺に平行に配置さ
れた中心導体のポートを入出力ポートとした場合の挿入
損失、及び磁性体の一辺に平行に配置された中心導体の
ポートをアイソレーションポートとした場合のアイソレ
ーション特性を向上することができる。
体55の一辺に平行に配置された中心導体53に終端抵
抗Rを接続してアイソレータとしたが、これに限るもの
ではなく、中心導体51または52のいずれかに終端抵
抗Rを接続してアイソレータを構成するようにしてもよ
い。上記のように中心導体51,52に対してそのポー
トインピーダンスがずれ易い中心導体53に終端抵抗R
を接続するのが望ましい。すなわち終端抵抗Rの値を中
心導体53のポートインピーダンスに正確に合わせるこ
とにより、さらにアイソレーション特性を向上すること
ができる。
成を図6を参照して説明する。図6に示す磁性組立体5
では、各中心導体51〜53はそれぞれ2つの導体で構
成され、磁性体55の一辺に平行に配置された中心導体
53の導体間隔B3は、他の中心導体51,52の導体
間隔B1,B2よりも広く形成されている。すなわち、
本実施形態では、磁性体55の一辺に平行に配置された
中心導体53を構成する2つの導体の導体間隔B3を他
の中心導体51,52の導体間隔B1,B2よりも広く
設定している。各中心導体51〜53の各導体幅A1,
A2,A3は同一寸法で形成されている。
のポートにおける第2実施形態の構成(図6の構成)と
従来の構成の反射特性を示す図である。実施形態の中心
導体53の導体幅0.15mm、導体間隔0.9のもの
を用いている。なお、他の寸法や測定条件は前述の第1
実施形のときと同様である。本実施形態では、ポートP
3のポートインピーダンスは中心周波数で約65Ωとな
る。他のポートインピーダンスは中心周波数でいずれも
約50Ωである。
は、所要の周波数帯域において従来例のものに比べ大幅
に向上されている。例えば中心周波数(900MHz)
での反射損失は、従来例のものが12.9dBであるの
に対して、本実施形態のものは18.1dBと改善され
ている。
のように各中心導体を同一導体間隔で構成した場合にポ
ートインピーダンスが最も大きくなる中心導体、すなわ
ち磁性体の一辺に平行に配置された中心導体53の導体
間隔B3を他の中心導体51,52の導体間隔B1,B
2よりも広く形成したので、この中心導体53のポート
インピーダンスは低くなり、このポートの反射特性が向
上する。すなわち、導体間隔B3を広く設定することに
より中心導体53のポートインピーダンスを下げて、回
路系のインピーダンスにより近づくようにしている。し
たがって、本実施形態の磁性組立体を用いれば、磁性体
の一辺に平行に配置された中心導体のポートを入出力ポ
ートとした場合の挿入損失、及び磁性体の一辺に平行に
配置された中心導体のポートをアイソレーションポート
とした場合のアイソレーション特性を向上することがで
きる。
成を図8を参照して説明する。図8に示す磁性組立体5
では、各中心導体51〜53はそれぞれ2つの導体で構
成され、磁性体55の一辺に平行に配置された中心導体
53の各導体幅A3は他の中心導体51,52の導体幅
A1,A2よりも広く、かつ中心導体53の導体間隔B
3は他の中心導体51,52の導体間隔B1,B2より
も広く形成されている。すなわち、本実施形態では、磁
性体55の一辺に平行に配置された中心導体53を構成
する2つの導体の導体幅A3及び導体間隔B3を他の中
心導体51,52の導体幅A1,A2及び導体間隔B
1,B2よりも広く設定している。
のポートにおける第3実施形態の構成(図8の構成)と
従来の構成の反射特性を示す図である。実施形態の中心
導体53の導体幅0.3mm、導体間隔0.6のものを
用いている。なお、他の寸法や測定条件は前述の第1実
施形のときと同様である。本実施形態では、ポートP3
のポートインピーダンスは中心周波数で約55Ωとな
る。他のポートインピーダンスは中心周波数でいずれも
約50Ωである。
は、所要の周波数帯域において従来例のものに比べ大幅
に向上されている。例えば中心周波数(900MHz)
での反射損失は、従来例のものが12.9dBであるの
に対して、本実施形態のものは25.4と改善されてい
る。
のように各中心導体を同一導体幅及び同一導体間隔で構
成した場合にポートインピーダンスが最も大きくなる中
心導体、すなわち磁性体の一辺に平行に配置された中心
導体53の導体幅A3及び導体間隔B3を他の中心導体
51,52の導体幅A1,A2及び導体間隔B1,B2
よりも広く形成したので、この中心導体53のポートイ
ンピーダンスは低くなり、このポートの反射特性が向上
する。すなわち、導体幅A3及び導体間隔B3を広く設
定することにより中心導体53のポートインピーダンス
を下げて、回路系のインピーダンスにより近づくように
している。したがって、本実施形態の磁性組立体を用い
れば、磁性体の一辺に平行に配置された中心導体のポー
トを入出力ポートとした場合の挿入損失、及び磁性体の
一辺に平行に配置された中心導体のポートをアイソレー
ションポートとした場合のアイソレーション特性を向上
することができる。
1,52,53を2つの導体で構成したもので説明した
が、これに限るものではなく、各中心導体を1つの導体
で構成してもよく、また各中心導体を3つ以上の導体で
構成してもよい。
る各中心導体を磁性体に折り曲げて配置した構造のもの
で説明したが、中心導体の構造はこれに限るものではな
く、中心導体を誘電体や磁性体の内部または表面に電極
膜で形成した構造のものであってもよい。また、永久磁
石3の形状は円形に限るものではなく、平面視四角形等
の多角形状のものを用いてもよい。
成を図10に示す。この通信機装置は、送信用フィルタ
TX及び受信用フィルタRXからなるデュプレクサDP
Xのアンテナ端にアンテナANTが接続され、送信用フ
ィルタTXの入力端とと送信回路との間にアイソレータ
ISOが接続され、受信用フィルタRXの出力端に受信
回路が接続されて構成されている。送信回路からの送信
信号はアイソレータISOを経由し、送信用フィルタT
Xを通してアンテナANTから発信される。また、アン
テナANTで受信された受信信号は受信用フィルタRX
を通して受信回路に入力される。
各実施形態のアイソレータを使用することができる。本
発明に係る反射特性を向上した非可逆回路素子を用いる
ことにより、特性が良好な通信機装置を得ることができ
る。
逆回路素子によれば、磁性体の長辺に平行に配置された
中心導体の導体幅または導体間隔を他の2つの中心導体
の導体幅または導体間隔よりも広く設定しているので、
磁性体の長辺に平行に配置された中心導体のポートイン
ピーダンスが低くなり、このポートでの反射特性を向上
することができる。したがって、本発明によれば、挿入
損失及びアイソレーション特性が良好な非可逆回路素子
を得ることができる。
することにより、特性が良好な通信機装置を得ることが
できる。
を示す分解斜視図
及び上部ヨークを除いた状態での平面図
を示す図
を示す図
を示す図
Claims (7)
- 【請求項1】 直方体の磁性体に、3つの中心導体を互
いに電気的絶縁状態でかつ略120度の角度で交差させ
て配置するとともに、1つの中心導体を磁性体の長辺に
略平行に配置した非可逆回路素子において、 磁性体の長辺に略平行に配置された中心導体の導体幅を
他の2つの中心導体の導体幅よりも広く設定したことを
特徴とする非可逆回路素子。 - 【請求項2】 直方体の磁性体に、3つの中心導体を互
いに電気的絶縁状態でかつ略120度の角度で交差させ
て配置するとともに、1つの中心導体を磁性体の長辺に
略平行に配置した非可逆回路素子において、 前記各中心導体を複数の導体で構成し、磁性体の長辺に
略平行に配置された中心導体の導体間隔を他の2つの中
心導体の導体間隔よりも広く設定したことを特徴とする
非可逆回路素子。 - 【請求項3】 直方体の磁性体に、3つの中心導体を互
いに電気的絶縁状態でかつ略120度の角度で交差させ
て配置するとともに、1つの中心導体を磁性体の長辺に
略平行に配置した非可逆回路素子において、 前記各中心導体を複数の導体で構成し、磁性体の長辺に
略平行に配置された中心導体の導体幅及び導体間隔を他
の2つの中心導体の導体幅及び導体間隔よりも広く設定
したことを特徴とする非可逆回路素子。 - 【請求項4】 前記各中心導体を2つの導体で構成した
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の非可逆
回路素子。 - 【請求項5】 前記3つの中心導体のうちいずれか1つ
の中心導体のポートに終端抵抗を接続したことを特徴と
する請求項1、2、3または4に記載の非可逆回路素
子。 - 【請求項6】 前記磁性体の長辺に略平行に配置された
中心導体のポートに終端抵抗を接続したことを特徴とす
る請求項5に記載の非可逆回路素子。 - 【請求項7】 請求項1、2、3、4、5または6に記
載の非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信機装
置。
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