JP3761035B2

JP3761035B2 - Non-reciprocal circuit element

Info

Publication number: JP3761035B2
Application number: JP2004365958A
Authority: JP
Inventors: 茂武田; 彰規三澤; アモルキルティカー; 耕司市川
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JP2005094815A

Description

本発明は、ガーネットを用いたマイクロ波非相反素子である非可逆回路素子に関し、特に小型集中定数型サーキュレータ及びアイソレータの低挿入損失化と温度特性安定化に関する。 The present invention relates to a non-reciprocal circuit device that is a microwave nonreciprocal device using a garnet, and more particularly to a reduction in insertion loss and stabilization of temperature characteristics of small lumped constant circulators and isolators.

近年、ＩＣ、トランジスター等の半導体素子、積層チップコンデンサ、積層チップインダクタ、チップ抵抗等の受動部品の小型化にともない、これらを表面実装したマイクロ波装置の小型化・薄型化が急速に進行している。このような動きの中で、マイクロ波装置を構成する上できわめて重要なマイクロ波非相反素子である非可逆回路素子の小型化・薄型化が望まれている。このような市場のニーズに対応し、非可逆回路素子である集中定数型サーキュレータ・アイソレータを小型化しようとすると必然的に挿入損失が増え、反射損失や逆方向損失が悪化するという問題があった。とりわけ挿入損失は携帯電話の蓄電池の持続時間に直接影響を与え、その低減が強く望まれている。 In recent years, along with the downsizing of passive components such as semiconductor elements such as ICs and transistors, multilayer chip capacitors, multilayer chip inductors, chip resistors, etc., the miniaturization and thinning of microwave devices that have surface-mounted these devices have rapidly progressed. Yes. In such a movement, it is desired to reduce the size and thickness of a nonreciprocal circuit element, which is a microwave nonreciprocal element that is extremely important in configuring a microwave device. In response to these market needs, attempts to reduce the size of lumped constant circulators and isolators, which are nonreciprocal circuit elements, inevitably have increased insertion loss, resulting in deterioration of reflection loss and reverse loss. . In particular, the insertion loss directly affects the duration of the storage battery of the mobile phone, and its reduction is strongly desired.

図１０は、従来技術の集中定数型サーキュレータの中心導体の状態を示す概略構造平面図である。図１１は図１０のＡ−Ａ’構造断面図であり、中心導体１とガーネット２以外に直流磁界を印加するための磁気回路も同時に示す。３組の中心導体１ａ，１ｂ，１ｃは円板状ガーネット２の上に、放射状に積み重ねられた状態で配置されている。４は絶縁シートで各中心導体１ａ，１ｂ，１ｃが交差部で短絡しないように設けられている。この中心導体１ａ，１ｂ，１ｃの一方は入出力端子（○１，○２，○３）となり、他方は共通部３につながり、接地（この場合は地導体である強磁性金属ケース６）されている。各入出力端子（○１，○２，○３）と共通部３（地導体）の間に、負荷容量Ｃが接続され、サーキュレータの動作周波数を決めている。 FIG. 10 is a schematic structural plan view showing the state of the central conductor of the lumped constant circulator of the prior art. FIG. 11 is a cross-sectional view of the A-A ′ structure of FIG. 10, and also shows a magnetic circuit for applying a DC magnetic field in addition to the central conductor 1 and the garnet 2. Three sets of central conductors 1a, 1b, and 1c are arranged on the disk-like garnet 2 in a state of being radially stacked. Reference numeral 4 denotes an insulating sheet provided so that the central conductors 1a, 1b, and 1c are not short-circuited at the intersection. One of the central conductors 1a, 1b, 1c is an input / output terminal (◯ 1, ○ 2, ○ 3), and the other is connected to the common part 3 and grounded (in this case, a ferromagnetic metal case 6 which is a ground conductor). ing. A load capacitor C is connected between each input / output terminal (◯ 1, ○ 2, ○ 3) and the common portion 3 (ground conductor), and determines the operating frequency of the circulator.

そして、所望のインピーダンスでサーキュレータ動作を実現するために、ガーネット２に直流磁界を印加するフェライト磁石５が配置される。このフェライト磁石５は、強磁性金属ケース６の上面に内接している。一方ガーネット２は、中心導体の共通部３を介して強磁性金属ケース６の下面に内接している。このフェライト磁石５は、矢印のように着磁されており、これによりガーネット２も矢印のように磁化される。尚、図１１では中心導体の端部は１ａ、１ｂのみ示した。１ｂの上方に配置される１ｃ及び絶縁シート４は省略している。また、この従来技術において、図中の点線で示すように、エネルギー吸収抵抗Ｒｏを入出力端子（○３）と地導体の間に接続することにより、アイソレータを構成することができる。 And in order to implement | achieve a circulator operation | movement with desired impedance, the ferrite magnet 5 which applies a direct-current magnetic field to the garnet 2 is arrange | positioned. The ferrite magnet 5 is inscribed in the upper surface of the ferromagnetic metal case 6. On the other hand, the garnet 2 is inscribed in the lower surface of the ferromagnetic metal case 6 through the common portion 3 of the central conductor. The ferrite magnet 5 is magnetized as shown by an arrow, and the garnet 2 is magnetized as shown by an arrow. In FIG. 11, only the ends 1a and 1b of the central conductor are shown. The 1c and insulating sheet 4 disposed above 1b are omitted. Moreover, in this prior art, as shown with the dotted line in a figure, an isolator can be comprised by connecting the energy absorption resistance Ro between an input-output terminal ((circle) 3) and a ground conductor.

図１２は従来技術のもう一つの例である。この従来例は、２枚のガーネット２ａ、２ｂを用いたトリプレートの断面構造図である。導電性共通部３ａがガーネット２ｂの上面を覆っている。このような構造にすることにより、中心導体１ａを流れる電流による高周波磁界が上下２枚のガーネットに作用するのでインダクタンスが増加し、帯域幅や挿入損失が改善される。簡単のため中心導体の他の端部１ｂ、１ｃと絶縁シート４は省略して示した。 FIG. 12 is another example of the prior art. This conventional example is a sectional view of a triplate using two garnets 2a and 2b. The conductive common portion 3a covers the upper surface of the garnet 2b. By adopting such a structure, the high frequency magnetic field generated by the current flowing through the center conductor 1a acts on the upper and lower garnets, so that the inductance is increased and the bandwidth and insertion loss are improved. For simplicity, the other ends 1b and 1c of the center conductor and the insulating sheet 4 are omitted.

また、他の従来技術として、フェライト磁石に磁性板を貼り付けて、磁束を調整する技術もある。その一例として、特開昭６２−９１００３号公報に記載されたものがある。この従来技術は、フェライト磁石のガーネット対向面に磁石よりも大径の磁性板を固着したものである。この磁性板としては、透磁率の大きいパーマロイ等を用い、磁性板の周囲を削り落とすことによって、ガーネットに加わる磁界を調整するものである。 As another conventional technique, there is a technique for adjusting a magnetic flux by attaching a magnetic plate to a ferrite magnet. One example thereof is described in JP-A-62-91003. In this prior art, a magnetic plate having a diameter larger than that of a magnet is fixed to a garnet facing surface of a ferrite magnet. As this magnetic plate, permalloy having a high magnetic permeability is used, and the magnetic field applied to the garnet is adjusted by scraping off the periphery of the magnetic plate.

次に、集中定数型サーキュレータを低挿入損失化してゆく場合の従来技術の背景となっている考え方について述べる。この集中定数型サーキュレータの挿入損失の原因は、１）電気的損失、２）磁気的損失、３）不整合損失に分けられる。電気的損失は、中心導体や地導体の電気抵抗Ｒによるジュール損失と負荷容量の誘電損失ｔａｎδによるものである。又、磁気的損失は、ガーネットの磁気的損失である。これは、ガーネットの材料定数である強磁性共鳴半値幅ΔＨによるものであるが、実際には直流磁界の不均一性の影響を受ける場合が多い。そして、不整合損失は、サーキュレータのインピーダンスが５０Ωでないために入力端子で反射する反射損失と密閉ケースでないために外部に漏れる輻射損失である。 Next, the concept behind the prior art when reducing the insertion loss of a lumped constant circulator will be described. The cause of insertion loss of this lumped constant circulator is divided into 1) electrical loss, 2) magnetic loss, and 3) mismatch loss. The electrical loss is due to the Joule loss due to the electric resistance R of the center conductor or the ground conductor and the dielectric loss tan δ of the load capacitance. The magnetic loss is a garnet magnetic loss. This is due to the ferromagnetic resonance half width ΔH, which is the material constant of garnet, but in practice, it is often affected by the non-uniformity of the DC magnetic field. The mismatch loss is a reflection loss reflected at the input terminal because the impedance of the circulator is not 50Ω and a radiation loss leaking outside because it is not a sealed case.

従って、低挿入損失とするためには、できるだけ電気抵抗Ｒ、ｔａｎδ、ΔＨの小さい材料と部品を用いなければならない。しかし、このような材料、部品を用いても磁気回路的に均一な磁界分布を実現することは極めて困難である。さらに、輻射損失を低減するためには、密閉ケースを用いればよいが、このケース構造は同時に磁界の均一性とも関係するので、密閉ケースで均一な磁界を得ることも容易でない。 Therefore, in order to obtain a low insertion loss, it is necessary to use materials and components having as small electrical resistances R, tan δ, and ΔH as possible. However, it is extremely difficult to realize a uniform magnetic field distribution in terms of a magnetic circuit even if such materials and parts are used. Furthermore, in order to reduce radiation loss, a sealed case may be used. However, since this case structure is also related to the uniformity of the magnetic field, it is not easy to obtain a uniform magnetic field in the sealed case.

さて、挿入損失に関して、実用上はもう一つ大きな問題がある。それは、組立時に各素子の特性、磁界などを調整し、室温で最適状態となるサーキュレータ特性を実現したとしても、周囲温度が変化すると、ガーネットの飽和磁化４πＭｓも、永久磁石による直流磁界も変化する。また、負荷容量も変化する。このため、低温および高温では入力インピーダンスが大きくずれて、挿入損失が増加するという問題である。従って、これらの温度変化するパラメータをうまく組み合わせて、サーキュレータの温度特性安定化を図ることが実用上きわめて重要であるが、その具体的な実現は難しく、十分満足できる低損失かつ温度特性に優れたサーキュレータの実現が望まれている。 Now, regarding the insertion loss, there is another big problem in practice. Even if the characteristics of each element, magnetic field, etc. are adjusted during assembly to achieve circulator characteristics that are optimal at room temperature, the saturation magnetization 4πMs of the garnet and the DC magnetic field of the permanent magnet change as the ambient temperature changes. . The load capacity also changes. For this reason, there is a problem that the input impedance is greatly shifted at low and high temperatures and the insertion loss is increased. Therefore, it is extremely important in practice to combine these temperature-changing parameters to stabilize the temperature characteristics of the circulator. However, it is difficult to realize the specifics, and the low-loss and temperature characteristics are satisfactory. Realization of a circulator is desired.

本発明は、前述の従来技術の問題点を鑑み、非可逆回路素子の磁界の印加方法を考察することにより、低挿入損失化が実現できかつ温度特性が劣化しない非可逆回路素子の発明に関するものである。 The present invention relates to an invention of a nonreciprocal circuit element that can realize low insertion loss and does not deteriorate temperature characteristics by considering a magnetic field application method of the nonreciprocal circuit element in view of the above-described problems of the prior art. It is.

本発明は、第１のガーネット、該第１のガーネット上に互いに絶縁状態で配置された複数の中心導体、該中心導体の各々の一端は地導体に接続され、前記中心導体の各々の他端が入出力端子となり、かつ該入出力端子と地導体の間にそれぞれ負荷容量が接続され、前記第１のガーネットに直流磁界を印加するフェライト磁石を備え、これらが金属製ケース内に収納された構造の非可逆回路素子において、前記フェライト磁石と前記中心導体との間に、ガーネット製ヨークを配置し、前記第１のガーネットに印加される直流磁界の温度係数を大きくしたことを特徴とする温度特性に優れた非可逆回路素子である。
The present invention provides a first garnet, a plurality of center conductors arranged in an insulated state on the first garnet, one end of each of the center conductors connected to a ground conductor, and the other end of each of the center conductors Are input / output terminals, and load capacitors are connected between the input / output terminals and the ground conductor, respectively, and a ferrite magnet for applying a DC magnetic field to the first garnet is provided, and these are housed in a metal case. In the nonreciprocal circuit device having the structure, a garnet yoke is disposed between the ferrite magnet and the central conductor, and a temperature coefficient of a DC magnetic field applied to the first garnet is increased. It is a non-reciprocal circuit device with excellent temperature characteristics.

また本発明は、前記ガーネット製ヨークを、前記フェライト磁石及び前記中心導体の両方に接する様に配置しても良いし、前記永久磁石の中心導体側に接合しても良いし、前記中心導体の上に接合しても良い。この中心導体とガーネット製ヨークを接合する場合、前記ガーネット製ヨークと前記中心導体の間に、絶縁体を介在させても良い。 In the present invention, the garnet yoke may be disposed so as to be in contact with both the ferrite magnet and the central conductor, or may be joined to the central conductor side of the permanent magnet. You may join on top. When the central conductor and the garnet yoke are joined, an insulator may be interposed between the garnet yoke and the central conductor.

また本発明は、前記ガーネット製ヨークの直径が前記第１のガーネットの直径に比較して、０．８倍から１．４倍の範囲にあることが好ましい。 In the present invention, the diameter of the garnet yoke is preferably in the range of 0.8 to 1.4 times the diameter of the first garnet.

また本発明は、前記ガーネット製ヨークの厚さが前記第１のガーネットの厚さに比較して、０．３倍から１．５倍の範囲にあることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the thickness of the garnet yoke is in the range of 0.3 to 1.5 times the thickness of the first garnet.

また本発明は、前記ガーネット製ヨークの飽和磁化４πＭｓが前記第１のガーネットの飽和磁化４πＭｓに比較して、１倍から１．５倍の範囲にあることが好ましい。 In the present invention, the saturation magnetization 4πMs of the garnet yoke is preferably in the range of 1 to 1.5 times the saturation magnetization 4πMs of the first garnet.

また本発明は、前記第１のガーネット及び／あるいは前記ガーネット製ヨークの形状が円板状であり、その円周状の端に０．０５ｍｍ以上の半径の丸みをついても良い。 In the present invention, the shape of the first garnet and / or the garnet yoke may be a disk shape, and the circumferential end may be rounded with a radius of 0.05 mm or more.

本発明によれば、フェライト磁石と第１のガーネット上に配置された中心導体との間に、ガーネット製ヨークを配置することにより、磁界分布を適正化し、低損失な非可逆回路素子を構成することができる。しかも、温度特性の安定した非可逆回路素子を提供し得ることができ、携帯電話などマイクロ波機器において、きわめて有用である。 According to the present invention, a garnet yoke is disposed between the ferrite magnet and the central conductor disposed on the first garnet, thereby optimizing the magnetic field distribution and configuring a low-loss nonreciprocal circuit device. be able to. In addition, a non-reciprocal circuit device having stable temperature characteristics can be provided, which is extremely useful in microwave devices such as mobile phones.

本発明の主眼は、非可逆回路素子の新しい磁気回路を提供することである。特に、小型集中定数型サーキュレータ・アイソレータにおいて、効果が大きいものである。また、アイソレータは上記のとおり、サーキュレータの一端子をエネルギー吸収抵抗に接続し、そのエネルギー吸収抵抗を接地することで構成され、サーキュレータと同様の技術で達成されるものであり、集中定数型サーキュレータにて説明する。以下、本発明の内容を実施例を用いて詳細に説明する。尚、符号は同一機能の部材については同一符号を付けている。但し、必ずしも全く同一のものを示しているものではない。 The main object of the present invention is to provide a new magnetic circuit of a nonreciprocal circuit element. This is particularly effective in a small lumped constant circulator / isolator. In addition, as described above, the isolator is configured by connecting one terminal of the circulator to the energy absorption resistor and grounding the energy absorption resistor, and is achieved by the same technology as the circulator. I will explain. Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail using examples. In addition, the code | symbol attaches | subjects the same code | symbol about the member of the same function. However, the same thing is not necessarily shown.

図１は、本発明に係る第１実施例の断面構造を示す図である。この実施例の構造を説明する。フェライト磁石５は強磁性金属ケース６の上面に内接している。第１のガーネット２は中心導体の共通部３を介して強磁性金属ケース６の下面に内接している。本発明のガーネット製ヨーク７がフェライト磁石５の第１のガーネット２に対向する面に設けられている。このフェライト磁石５は矢印のように着磁されており、これによりガーネット製ヨーク７、及び第１のガーネット２が矢印のように磁化される。中心導体は、従来技術と同様であり、中心導体の端部は１ａのみ示した。上方に配置される１ｂと１ｃと絶縁シート４は省略している。 FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a first embodiment according to the present invention. The structure of this embodiment will be described. The ferrite magnet 5 is inscribed in the upper surface of the ferromagnetic metal case 6. The first garnet 2 is inscribed in the lower surface of the ferromagnetic metal case 6 through the common portion 3 of the central conductor. A garnet yoke 7 according to the present invention is provided on the surface of the ferrite magnet 5 facing the first garnet 2. The ferrite magnet 5 is magnetized as indicated by an arrow, whereby the garnet yoke 7 and the first garnet 2 are magnetized as indicated by an arrow. The center conductor is the same as in the prior art, and only 1a is shown for the end of the center conductor. The upper 1b and 1c, and the insulating sheet 4 are omitted.

本発明の構造は、従来技術のトリプレート構造である図１２と一見類似しているが、作用としては全く異なるものである。その理由は、図１２の従来構造では、ガーネット２ｂは、ガーネット２ａとともにサーキュレータ動作としての非相反素子として作用する。従って、サーキュレータの性能は、フェライト磁石５の磁界分布の影響を直接受け、磁気的損失を発生し易い。これに対して、本発明のガーネット製ヨーク７は、サーキュレータ動作に直接作用するものではなく、磁気回路のヨークとして作用するものである。最大の効果は、フェライト磁石５による急峻な磁界分布をやわらげる作用である。 The structure of the present invention is similar at first glance to the prior art triplate structure of FIG. 12, but the operation is quite different. This is because, in the conventional structure of FIG. 12, the garnet 2b acts as a nonreciprocal element as a circulator operation together with the garnet 2a. Therefore, the performance of the circulator is directly affected by the magnetic field distribution of the ferrite magnet 5 and easily causes magnetic loss. On the other hand, the garnet yoke 7 of the present invention does not act directly on the circulator operation, but acts as a yoke of the magnetic circuit. The greatest effect is an action that softens the steep magnetic field distribution by the ferrite magnet 5.

また本発明は、これ以外に、フェライト磁石５により第１のガーネット２に印加される直流磁界の温度係数を大きくする作用がある。我々の研究では、サーキュレータを薄型化してゆくとガーネットに作用する実際の磁界強度の温度特性がフェライト磁石の残留磁束密度の温度係数より小さくなる。この点から見ると、一般にガーネットの飽和磁化の温度係数はフェライト磁石の温度係数よりも大きいので、本発明の構造では、ガーネット製ヨーク７が磁気回路的に直列的に作用し、第１のガーネット２にかかる直流磁界の温度係数を大きくし、結果的にサーキュレータの温度特性を安定化させる作用がある。 In addition, the present invention has an effect of increasing the temperature coefficient of the DC magnetic field applied to the first garnet 2 by the ferrite magnet 5. In our research, when the circulator is made thinner, the temperature characteristic of the actual magnetic field strength acting on the garnet becomes smaller than the temperature coefficient of the residual magnetic flux density of the ferrite magnet. From this point of view, the temperature coefficient of saturation magnetization of the garnet is generally larger than the temperature coefficient of the ferrite magnet. Therefore, in the structure of the present invention, the garnet yoke 7 acts in series in a magnetic circuit, and the first garnet 2 has the effect of increasing the temperature coefficient of the DC magnetic field applied to 2 and consequently stabilizing the temperature characteristics of the circulator.

本発明に係る第１実施例の構造にて、９００ＭＨｚ帯の集中定数型アイソレータを構成し、電気特性を測定した。この電気特性を図４に示す。図４において、ロが実施例、イが従来構造である。一番上の図は反射損失Ｓ１１、中央の図は挿入損失Ｓ２１、下の図は逆方向損失Ｓ１２を示す。挿入損失Ｓ２１のピーク値で比較すると、従来技術の構造では、イに示すように０．４２ｄＢである。しかし、本発明の構造の実施例では、挿入損失のピーク値が０．３０ｄＢと０．１２ｄＢも改善されているのが分かる。 With the structure of the first embodiment according to the present invention, a 900 MHz band lumped constant isolator was constructed, and the electrical characteristics were measured. This electrical characteristic is shown in FIG. In FIG. 4, B is the embodiment and A is the conventional structure. The upper diagram shows the reflection loss S11, the middle diagram shows the insertion loss S21, and the lower diagram shows the reverse loss S12. Comparing with the peak value of the insertion loss S21, the structure of the prior art is 0.42 dB as shown in FIG. However, in the embodiment of the structure of the present invention, it can be seen that the peak values of the insertion loss are improved by 0.30 dB and 0.12 dB.

これはガーネット製ヨーク７の存在により、第１のガーネット２にかかる直流磁界の分布が改善されたことによるものである。本実施例では第１のガーネット２及びガーネット製ヨーク７として３．７ｍｍφ×０．３５ｍｍｔのものを用いたが、この第１のガーネット２及びガーネット製ヨーク７の直径の関係が極端に異なるもの同士の組み合わせは、本発明の効果が薄いことが実験の結果分かった。すなわち、ガーネット製ヨーク７の直径が第１のガーネットの直径の１．４倍より大きいと、ガーネット製ヨークによるシールド効果が強まり、フェライト磁石５による磁力が効果的に第１のガーネットに伝わりにくい。また、逆にガーネット製ヨーク７の直径が第１のガーネットの直径の０．８倍未満であると、ガーネット製ヨークによる磁界分布改善の効果が顕著に現れにくくなる。従って、ガーネット製ヨーク７の外径は、第１のガーネットの直径の０．８倍から１．４倍であることが好ましい。更に好ましくは、０．９倍から１．１倍である。 This is because the distribution of the DC magnetic field applied to the first garnet 2 is improved by the presence of the garnet yoke 7. In this embodiment, the first garnet 2 and the garnet yoke 7 are 3.7 mmφ × 0.35 mmt, but the first garnet 2 and the garnet yoke 7 have extremely different diameter relationships. As a result of experiments, it has been found that the combination of the above has little effect of the present invention. That is, when the diameter of the garnet yoke 7 is larger than 1.4 times the diameter of the first garnet, the shielding effect of the garnet yoke is enhanced, and the magnetic force of the ferrite magnet 5 is not easily transmitted to the first garnet. On the other hand, if the diameter of the garnet yoke 7 is less than 0.8 times the diameter of the first garnet, the effect of improving the magnetic field distribution by the garnet yoke is not likely to appear. Therefore, the outer diameter of the garnet yoke 7 is preferably 0.8 to 1.4 times the diameter of the first garnet. More preferably, it is 0.9 times to 1.1 times.

また、ガーネット製ヨークの厚さについても同様であり、ガーネット製ヨークの厚さが第１のガーネットの厚さに比較し１．５倍より大きくなるとシールド効果が強くなり、ひいては第１のガーネットへの印加磁界が不足する。逆に０．３倍未満になるとほとんど効果が無いことを確認した。 The same applies to the thickness of the garnet yoke. When the thickness of the garnet yoke is more than 1.5 times the thickness of the first garnet, the shielding effect becomes stronger, so that the first garnet is formed. The applied magnetic field is insufficient. On the contrary, it was confirmed that there was almost no effect when the ratio was less than 0.3 times.

さらに、ガーネット製ヨークと第１のガーネットの４πＭｓは第１実施例では同じものを用いたが、ガーネット製ヨークの４πＭｓを僅かに大きくし、約１．３倍にしても効果があることが分かった。しかし、ガーネット製ヨークの４πＭｓが１．５倍より大きくなると、この部分における強磁性共鳴吸収が大きくなり、サーキュレータ性能が著しく劣化することを確認した。 Furthermore, the same 4πMs for the garnet yoke and the first garnet was used in the first embodiment. However, it can be seen that the 4πMs for the garnet yoke is slightly increased and can be increased by about 1.3 times. It was. However, it was confirmed that when 4πMs of the garnet yoke is larger than 1.5 times, the ferromagnetic resonance absorption in this portion is increased and the circulator performance is remarkably deteriorated.

図２は本発明に係る第２実施例の断面構造を示す図である。図１と異なる点は、第１のガーネット２の円周部分が丸みＲを持つように加工されている点である。このような構造を用いた場合の第２実施例の電気特性を第１実施例と比較して図５に示す。図５において、ロが第１実施例、ハが第２実施例である。挿入損失Ｓ２１のピーク値で比較すると、第１実施例ロでは、０．３０ｄＢである。しかし、第２実施例ハでは、挿入損失のピーク値が０．２５ｄＢと０．０５ｄＢも改善されているのが分かる。これは第１のガーネット２の端部の周りが丸みを帯びることにより、第１のガーネット２にかかる直流磁界の分布がさらに改善されたことによるものである。本実施例では第１のガーネット２として３．７ｍｍφ×０．３５ｍｍｔのものを用いたが、この端部の丸みの半径は約０．１ｍｍであった。実験では半径が０．０５ｍｍ以上あれば効果が現れることを確認した。 FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of a second embodiment according to the present invention. The difference from FIG. 1 is that the circumferential portion of the first garnet 2 is processed to have a roundness R. FIG. 5 shows the electrical characteristics of the second embodiment when such a structure is used in comparison with the first embodiment. In FIG. 5, B is the first embodiment and C is the second embodiment. Comparing with the peak value of the insertion loss S21, it is 0.30 dB in the first embodiment B. However, in the second embodiment C, it can be seen that the peak values of the insertion loss are improved by 0.25 dB and 0.05 dB. This is because the distribution of the DC magnetic field applied to the first garnet 2 is further improved by rounding around the end of the first garnet 2. In the present embodiment, the first garnet 2 having a diameter of 3.7 mmφ × 0.35 mmt was used, and the radius of roundness at this end was about 0.1 mm. In the experiment, it was confirmed that the effect appeared when the radius was 0.05 mm or more.

図３は本発明に係る第３実施例の断面構造を示す図である。図２と異なる点は、第１のガーネット２の円周部分の丸みの代わりにガーネット製ヨーク７の円周部の片面側だけを丸みＲ加工されている点である。このような構造を用いた場合の本実施例の電気特性はほぼ第２実施例と同じような特性が得られた。この場合も、ガーネット製ヨーク７の端部の周りの丸みにより、第１のガーネット２にかかる直流磁界の分布が改善されたことによるものである。 FIG. 3 is a view showing a cross-sectional structure of a third embodiment according to the present invention. The difference from FIG. 2 is that only one side of the circumferential portion of the garnet yoke 7 is rounded and rounded instead of rounding the circumferential portion of the first garnet 2. In the case of using such a structure, the electrical characteristics of this example were almost the same as those of the second example. This is also because the distribution of the DC magnetic field applied to the first garnet 2 is improved by the roundness around the end of the garnet yoke 7.

図６は従来技術の図１１の構造を用いた場合の集中定数型アイソレータの電気性能の温度特性を示す。太い実線は＋２５℃、粗い点線は＋８５℃、細かい点線は−３５℃の特性である。従来技術の磁気回路では挿入損失Ｓ２１のピーク値が０．４ｄＢと悪いだけでなく、温度変化とともに中心周波数が大きく変動しているのが分かる。特に高温における特性変化が大きい。これは、小型・薄型のアイソレータ構造では、見かけ上フェライト磁石によりガーネット２に印加される磁界強度の温度係数が小さくなるからである。 FIG. 6 shows the temperature characteristics of the electrical performance of the lumped constant isolator when the structure of FIG. 11 of the prior art is used. The thick solid line is + 25 ° C, the rough dotted line is + 85 ° C, and the fine dotted line is -35 ° C. It can be seen that in the conventional magnetic circuit, the peak value of the insertion loss S21 is not only bad at 0.4 dB, but the center frequency greatly fluctuates with temperature change. Particularly, the characteristic change at high temperature is large. This is because in the small and thin isolator structure, the temperature coefficient of the magnetic field strength applied to the garnet 2 by the ferrite magnet is apparently reduced.

図７はガーネット製ヨークを磁気回路のヨークとして用いた場合の本発明の第１実施例の温度特性を示す。このガーネットの存在により、挿入損失Ｓ２１のピーク値が０．３ｄＢと小さくなるとともに中心周波数の温度変化が極めて小さくなることが分かる。これは、ガーネット製ヨークが磁気回路的に直列に作用し、第１のガーネットに印加される磁界強度の温度係数を大きくしているためである。これにより、本発明の非可逆回路素子の温度特性がきわめて安定していることがわかる。 FIG. 7 shows temperature characteristics of the first embodiment of the present invention when a garnet yoke is used as a yoke of a magnetic circuit. It can be seen that due to the presence of this garnet, the peak value of the insertion loss S21 becomes as small as 0.3 dB and the temperature change of the center frequency becomes extremely small. This is because the garnet yoke acts in series as a magnetic circuit to increase the temperature coefficient of the magnetic field strength applied to the first garnet. This shows that the temperature characteristics of the nonreciprocal circuit device of the present invention are extremely stable.

本発明に係る第４実施例の断面構造を図８に示す。この実施例では、ガーネット製ヨーク７が、第１のガーネット２の一面上に互いに絶縁状態で配置された３組の中心導体１の上に配置されている。この実施例によっても、第１実施例と同様の特性を得ることができた。この実施例の場合、ガーネット製ヨーク７と中心導体との間に絶縁体を介在させても良い。この第４実施例の構造は、図１２の従来構造に良く似ているが、このガーネット製ヨーク７には、取り巻く導体がなく、図１２のように導体３ａがガーネット２ｂを取り巻いてない。この差は、上記説明の通り、作用効果が異なるものであり、全く別の構造である。 A sectional structure of the fourth embodiment according to the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a garnet yoke 7 is arranged on three sets of central conductors 1 arranged in an insulated state on one surface of the first garnet 2. Also in this example, the same characteristics as in the first example could be obtained. In this embodiment, an insulator may be interposed between the garnet yoke 7 and the central conductor. The structure of the fourth embodiment is very similar to the conventional structure of FIG. 12, but the garnet yoke 7 has no surrounding conductor, and the conductor 3a does not surround the garnet 2b as shown in FIG. As described above, this difference has a different effect and a completely different structure.

本発明に係る第５実施例の断面構造を図９に示す。この実施例では、ガーネット製ヨーク７は、フェライト磁石５及び中心導体１の両方に接している。この構造によっても第１実施例と同様の特性を得ることが出来た。この実施例の場合もガーネット製ヨーク７と中心導体１の間、又はガーネット製ヨーク７とフェライト磁石５との間に、絶縁体などの介在物を介在させていても良い。 FIG. 9 shows a sectional structure of the fifth embodiment according to the present invention. In this embodiment, the garnet yoke 7 is in contact with both the ferrite magnet 5 and the central conductor 1. With this structure, it was possible to obtain the same characteristics as in the first embodiment. Also in this embodiment, an interposition such as an insulator may be interposed between the garnet yoke 7 and the central conductor 1 or between the garnet yoke 7 and the ferrite magnet 5.

本発明に係る第１実施例の構造断面図である。1 is a structural cross-sectional view of a first embodiment according to the present invention. 本発明に係る第２実施例の構造断面図である。It is a structure sectional view of the 2nd example concerning the present invention. 本発明に係る第３実施例の構造断面図である。It is a structure sectional view of the 3rd example concerning the present invention. 従来技術と本発明の第１実施例の電気特性比較図である。It is an electrical characteristic comparison figure of a prior art and 1st Example of this invention. 本発明の第１実施例と第２実施例の電気特性図である。It is an electrical property figure of the 1st example and the 2nd example of the present invention. 従来技術の集中定数型アイソレータの温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of the lumped constant type isolator of a prior art. 本発明の第１実施例の温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of the 1st example of the present invention. 本発明に係る第４実施例の構造断面図である。It is a structure sectional view of the 4th example concerning the present invention. 本発明に係る第５実施例の構造断面図である。It is structural cross-sectional view of 5th Example based on this invention. 従来技術の集中定数型サーキュレータ・アイソレータ内部構造平面図である。It is a plan view of the internal structure of a lumped constant circulator / isolator according to the prior art. 従来技術の集中定数型サーキュレータの断面構造図である。It is sectional drawing of the lumped constant type | mold circulator of a prior art. 従来技術の別の集中定数型サーキュレータの断面構造図である。It is a cross-section figure of another lumped constant type circulator of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１中心導体
２第１のガーネット
３共通部（地導体）
４絶縁シート
５永久磁石
６強磁性金属ケース
７ガーネット製ヨーク

1 central conductor 2 first garnet 3 common part (ground conductor)
4 Insulating sheet 5 Permanent magnet 6 Ferromagnetic metal case 7 Garnet yoke

Claims

第１のガーネット、該第１のガーネット上に互いに絶縁状態で配置された複数の中心導体、該中心導体の各々の一端は地導体に接続され、前記中心導体の各々の他端が入出力端子となり、かつ該入出力端子と地導体の間にそれぞれ負荷容量が接続され、前記第１のガーネットに直流磁界を印加するフェライト磁石を備え、これらが金属製ケース内に収納された構造の非可逆回路素子において、前記フェライト磁石と前記中心導体との間に、ガーネット製ヨークを配置して、前記第１のガーネットに印加される直流磁界の温度係数を大きくしたことを特徴とする温度特性に優れた非可逆回路素子。 A first garnet, a plurality of central conductors arranged in an insulated state on the first garnet, one end of each of the central conductors is connected to a ground conductor, and the other end of each of the central conductors is an input / output terminal And having a ferrite magnet for applying a DC magnetic field to the first garnet, wherein the load capacity is connected between the input / output terminal and the ground conductor, and these are housed in a metal case. In the circuit element, a temperature characteristic of a DC magnetic field applied to the first garnet is increased by arranging a garnet yoke between the ferrite magnet and the central conductor. Excellent nonreciprocal circuit element.

前記ガーネット製ヨークは、前記永久磁石及び前記中心導体の両方に接していることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The nonreciprocal circuit device with excellent temperature characteristics according to claim 1, wherein the garnet yoke is in contact with both the permanent magnet and the central conductor.

前記ガーネット製ヨークは、前記永久磁石の中心導体側に接していることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The nonreciprocal circuit device with excellent temperature characteristics according to claim 1, wherein the garnet yoke is in contact with a central conductor side of the permanent magnet.

前記ガーネット製ヨークは、前記中心導体の上に接していることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The nonreciprocal circuit device with excellent temperature characteristics according to claim 1, wherein the garnet yoke is in contact with the central conductor.

前記ガーネット製ヨークと前記中心導体とは、絶縁体を介在させて接していることを特徴とする請求項２又は請求項４記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 5. The nonreciprocal circuit device having excellent temperature characteristics according to claim 2, wherein the garnet yoke and the central conductor are in contact with each other with an insulator interposed therebetween.

前記ガーネット製ヨークの直径が前記第１のガーネットの直径に比較して、０．８倍から１．４倍の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The nonreciprocal circuit with excellent temperature characteristics according to claim 1, wherein the diameter of the garnet yoke is in the range of 0.8 to 1.4 times the diameter of the first garnet. element.

前記ガーネット製ヨークの厚さが前記第１のガーネットの厚さに比較して、０．３倍から１．５倍の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The non-temperature characteristic superiority according to claim 1, wherein the thickness of the garnet yoke is in the range of 0.3 to 1.5 times the thickness of the first garnet. Reversible circuit element.

前記ガーネット製ヨークの飽和磁化４πＭｓが前記第１のガーネットの飽和磁化４πＭｓに比較して、１倍から１．５倍の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 2. The non-temperature characteristic excellent non-temperature characteristic according to claim 1, wherein the saturation magnetization 4πMs of the garnet yoke is in the range of 1 to 1.5 times the saturation magnetization 4πMs of the first garnet. Reversible circuit element.

前記第１のガーネット又は前記ガーネット製ヨークの形状が円板状であり、その円周状の端に０．０５ｍｍ以上の半径の丸みがついていることを特徴とする請求項１記載の温度特性に優れた非可逆回路素子。 The temperature characteristic according to claim 1, wherein the shape of the first garnet or the garnet yoke is a disk shape, and a round end having a radius of 0.05 mm or more is attached to a circumferential end thereof. Excellent nonreciprocal circuit element.