JP4193759B2 - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯などで使用され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及び該素子を備えた通信装置に関する。

従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ電力を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

この種の非可逆回路素子として、特許文献１には、金属薄板（銅箔）からなる中心電極をフェライトに配置し、下部ヨークの下面に配置された端子基板上に整合回路を構成するコンデンサ素子を搭載し、該コンデンサ素子の電極に前記中心電極の一端部を接続したものが開示されている。この非可逆回路素子では、中心電極やコンデンサ素子などのはんだ付け強度が十分に得られる構成となっている。

ところで、この非可逆回路素子では、中心電極とコンデンサ素子との接続及び端子基板上の端子電極との接続のために、中心電極の一端部を複雑な形状に加工する必要があったり、接続用の別部材を用いたりしていた。しかし、このような構成では、接続のために、中心電極に複雑な板金的加工を要したり、別の接続用端子や押さえ用の樹脂ケースを必要として部品点数が増加して組立てが煩雑となり、低コスト化及び接続の信頼性が確保できないという問題点を有していた。

また、中心電極の交差角は±１°程度の高精度が要求されるが、銅箔からなる中心電極をフェライトに高精度に配置するのにもコストを要していた。
特開平７−２６３９１７号公報

そこで、本発明の目的は、部品点数が少なく、接続信頼性が高く、かつ、低コスト化を達成できる非可逆回路素子及び通信装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の発明に係る非可逆回路素子は、
上側から、永久磁石、電極膜にて形成された複数の中心電極を設けた中心電極基板、フェライト、ヨーク、電極膜にて形成された外部接続用電極を設けた端子基板を重ねてなり、
整合回路を構成するチップ状のコンデンサが前記中心電極基板と前記端子基板との間であって前記ヨークの外側に配置され、かつ、前記中心電極の端部と前記外部接続用電極とが前記コンデンサの両端部に形成された電極を介して接続され、
前記コンデンサの厚みは前記フェライトと前記ヨークとを合わせた厚みとほぼ等しいこと、
を特徴とする。

第１の発明に係る非可逆回路素子において、膜状抵抗を備えていてもよく、この膜状抵抗は中心電極基板上に形成することができる。あるいは、チップ状抵抗であってもよい。このチップ状抵抗は中心電極基板の下面に配置してもよく、その厚みはフェライトの厚みよりも薄いことが好ましい。また、このチップ状抵抗は端子基板の上面であってヨークの外側に配置されていてもよい。ヨークの外側に配置されるのは膜状抵抗であってもよい。

中心電極基板及び端子基板に関しては、いずれも平板状であることが好ましく、単層の誘電体基板で構成することができ、このような中心電極基板及び端子基板は少なくとも一面に銅膜を貼って電極をパターン形成したものを使用することが好ましい。

第２の発明に係る通信装置は、前記非可逆回路素子を備えたことを特徴とする。

第１の発明に係る非可逆回路素子によれば、整合回路を構成するコンデンサが中心電極基板と端子基板との間に配置され、かつ、中心電極基板に設けた中心電極の端部と端子基板に設けた外部接続用電極とがコンデンサの電極を介して接続されているため、中心電極と外部接続用電極との接続が容易であり、かつ、該接続のために他の部材を必要とすることがなくて部品点数が少なくて済み、コストの低減を図ると共に接続の信頼性が向上する。

特に、複数の中心電極を中心電極基板上に電極膜にて形成すれば、交差角を精度よく、かつ、低コストで形成することができる。また、外部接続用電極を端子基板上に電極膜にて形成すれば、部品点数がより少なくなり、組立て工数も減少する。さらに、中心電極の一端部をヨークに電気的に直接に接続すれば、接続構造を複雑化することなく中心電極のアースへの接続がより確実なものとなる。

一方、整合回路を構成するコンデンサとして、両端部に電極が形成されているチップ状のものを用いることにより、本発明の効果を良好に達成することができる。この場合、コンデンサの厚みをフェライトとヨークとを合わせた厚みと等しくすれば、コンデンサを中心電極基板と端子基板との間に隙間なく配置できる。コンデンサの厚みがフェライトとヨークとを合わせた厚みよりも若干大きくても、フェライトをヨークに貼り付ければ容易に組み立てることができる。

さらに、抵抗を膜状抵抗として中心電極基板上に形成すれば、非可逆回路素子をより小型化することができる。あるいは、抵抗はチップ状のものであってもよく、このチップ状抵抗を中心電極基板の下面に配置した場合に、その厚みはフェライトの厚みよりも薄くすれば、チップ状抵抗とヨークとの短絡を防止することができる。チップ状抵抗を端子基板の上面であってヨークの外側に配置すれば、チップ状抵抗は磁気回路の外側に配置されることになり、耐電力を向上させるためにチップ状抵抗を大型化しても磁気回路自体が大型化することはなく、また、磁気回路の効率を劣化させることもない。

中心電極基板及び端子基板に関しては、いずれも平板状とすれば基板の製作が容易であり、かつ、非可逆回路素子をよりコンパクトに構成できる。これらを単層の誘電体基板で構成し、少なくともその一面に銅膜を貼って電極をパターン形成したものを使用すれば、電極などを別体として設ける必要はなく、非可逆回路素子のより一層の小型化を図ることができる。

第２の発明に係る通信装置は、接続信頼性が高く、低コストであるという前記非可逆回路素子の利点を備えたものとなる。

以下、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置の実施例について添付図面を参照して説明する。尚、以下に示す各実施例において共通する部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図４参照）
第１実施例である非可逆回路素子１Ａは、図１及び図２に示すように、集中定数型のアイソレータであって、上側から、上ヨーク１０、永久磁石２０、第１及び第２の中心電極３１，３２などを設けた中心電極基板３０、フェライト４５、下ヨーク１５、アース電極６５や外部接続用電極として機能するスルーホール６１，６２，６３などを設けた端子基板６０を重ねて構成されている。また、整合回路を構成するコンデンサ５１，５２が中心電極基板３０と端子基板６０との間に配置され、逆方向の信号を吸収するための抵抗膜５５が中心電極基板３０上に形成されている。

上ヨーク１０及び下ヨーク１５は、軟鉄などの強磁性体材料からなり、上ヨーク１０の上面部１１と側面部１２、及び、下ヨーク１５の底面部１６と側面部１７とで、永久磁石２０と中心電極基板３０とフェライト４５とを囲った状態で収容し、磁気回路を構成する。

中心電極基板３０には、図３（Ａ）に示すように、上面には、２本の線路で構成された第１の中心電極３１が電極膜として形成され、さらに、抵抗膜５５及び中間接続用電極３３が形成されている。また、上面からの透視図である図３（Ｂ）に示すように、下面には、２本の線路で構成された第２の中心電極３２が電極膜として形成され、コンデンサ５１用のランド３４ａを備えた中間接続用電極３４及びコンデンサ５１用のランド３５ａが第２の中心電極３２の他端に形成されると共に、コンデンサ５２用のランド３６ａ，３７ａを備えた中間接続用電極３６，３７が形成されている。

中心電極基板３０には、また、スルーホール４１，４２，４３が形成されている。スルーホール４１は、上面側で第１の中心電極３１の一端に接続され、下面側で中間接続用電極３４と接続されている。スルーホール４２は、上面側で中間接続用電極３３に接続されて抵抗膜５５を介して第１の中心電極３１の一端に接続され、下面側で第２の中心電極３２の一端及び中間接続用電極３６と接続されている。スルーホール４３は、上面側で第１の中心電極３１の他端に接続され、下面側で中間接続用電極３７と接続されている。

また、抵抗膜５５は、第１の中心電極３１の一端に接続され、かつ、中間接続用電極３３及びスルーホール４２を介して第２の中心電極３２の一端に接続されている。なお、抵抗膜５５に代えてコンデンサ５１，５２と同様のチップタイプのものを用いてもよい。この場合、チップ抵抗は中心電極基板３０の下面に、図３（Ｂ）に示すスルーホール４１，４２から引き出された電極（図示せず）の間に配置されることになる。このようなチップ抵抗はその厚みがフェライト４５の厚みよりも薄いことが好ましい。チップ抵抗と下ヨーク１５との短絡を防止するためである。

端子基板６０には、その上面にアース電極６５及びランド６６，６７が形成されると共に、端面に位置するスルーホール６１，６２，６３及び上下面に貫通するスルーホール６４が形成されている。さらに、端子基板６０の下面にも上面と同じ電極パターンが形成されている。スルーホール６１はランド６６と接続されて外部接続用入出力端子として機能する。スルーホール６２はランド６７と接続されて外部接続用入出力電極として機能する。スルーホール６３はアース電極６５と接続されて外部接続用アース電極として機能する。また、複数のスルーホール６４は上面のアース電極６５と下面のアース電極とを接続している。

コンデンサ５１，５２は、それぞれチップタイプのもので、両端部に電極５１ａ，５１ｂ、電極５２ａ，５２ｂを備えている。これらの電極はチップの両端面から少なくとも上面及び下面に延在した状態で形成されている。コンデンサ５１の一方の電極５１ａは中心電極基板３０のランド３４ａと端子基板６０のランド６６とにはんだ付けされ、他方の電極５１ｂは中心電極基板３０のランド３５ａと端子基板６０のアース電極６５のランド６５ａとにはんだ付けされている。コンデンサ５２の一方の電極５２ａは中心電極基板３０のランド３６ａと端子基板６０のランド６７とにはんだ付けされ、他方の電極５２ｂは中心電極３０のランド３７ａと端子基板６０のアース電極６５のランド６５ｂとにはんだ付けされている。

以上の回路素子を備えた中心電極基板３０及び端子基板６０は以下のようにして製作される。即ち、これらの基板３０，６０は樹脂製のプリント基板として製作される。材料となる樹脂は、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラスフッ素樹脂、液晶ポリマー樹脂などである。この種の単層樹脂基板を約４〜８インチ角のマザー基板として用意し、このマザー基板の両面に銅膜を形成する。

前記マザー基板の銅膜をエッチングして前記電極３１〜３７、６５などを所定のパターンに形成する。さらに、所定位置に前記スルーホール４１〜４３、６１〜６４となる孔を形成して導電性ペーストで充填し、これら導電性ペーストを焼き付けする。その後、中心電極基板３０上に抵抗膜５５を印刷して焼成する。抵抗膜５５は所定の抵抗値になるようにレーザトリミングされる。中心電極基板３０は３ｍｍ角程度の１単位ごとにダイサカットあるいはレーザカットされる。

次に、マザー基板状態にある端子基板６０のランド６６，６７及びアース電極６５上にコンデンサ５１，５２がはんだ付けされ、下ヨーク１５が端子基板６０のアース電極６５上にはんだ付けされる。また、フェライト４５が下ヨーク１５の底面部１６上に接着剤にて固定される。さらに、既に所定のサイズにカットされている中心電極基板３０のランド３４ａ，３５ａ、３６ａ，３７ａとコンデンサ５１，５２とがはんだ付けされる。

また、永久磁石２０は中心電極基板３０と上ヨーク１０の上面部とに接着剤で固定され、フェライト４５に対して直流磁界を印加する。上ヨーク１０と下ヨーク１５とは互いの側面部１２，１７で導電性接着剤にて一体化される。その後、端子基板６０が３ｍｍ角程度の１単位ごとにダイサカットあるいはレーザカットされる。

以上の如く組み立てられた非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）１Ａの電気等価回路を図４に示す。スルーホール（外部接続用入出力電極）６１が入力ポートＰ１として機能し、スルーホール（外部接続用入出力電極）６２が出力ポートＰ２として機能する。第１の中心電極３１とコンデンサ５１とで並列のＬＣ共振回路が構成され、第２の中心電極３２とコンデンサ５２とで並列のＬＣ共振回路が構成されている。抵抗膜５５はポートＰ１，Ｐ２間に直列に挿入されている。中心電極３１，３２及びコンデンサ５１，５２のそれぞれの他端はスルーホール（外部接続用アース電極）６３に接続されている。

以上説明した非可逆回路素子１Ａによれば、第１の中心電極３１及び第２の中心電極３２が中心電極基板３０の上下面に電極膜として形成されているため、交差角を精度よく、かつ、低コストで形成することができる。また、中心電極３１，３２の一端はコンデンサ５１，５２の電極５１ａ，５２ａを介してスルーホール（外部接続用入出力電極）６１，６２に接続されているため、両者の接続が容易であり、かつ、接続のために他の部材を必要とすることがなくて部品点数が減少し、コストが低減すると共に、接続の信頼性が向上する。

また、中心電極基板３０及び端子基板６０はいずれも平板状であって製作が容易であると共に、非可逆回路素子１Ａをよりコンパクトに構成している。しかも、これらの基板３０，６０を樹脂製のプリント基板としたため、前述したようにエッチングなどの方法によって中心電極３１，３２、中間接続用電極３３〜３７やアース電極６５などを容易に形成することができる。

また、基板３０，６０には中間接続用電極や外部接続用入出力電極としてスルーホール４１〜４３、６１〜６４を形成するようにしたため、基板３０，６０を広面積のマザー基板から所定単位に切り出して製造する本第１実施例においては好都合であり、これらの電極を基板３０，６０の端面に容易に形成することができる。基板３０，６０を樹脂製としたのは、１００μｍ程度の薄肉基板を得ることができ、安価で割れにくい利点を有することによる。なお、基板３０，６０はセラミック製であってもよい。

また、抵抗膜５５を中心電極基板３０上に印刷膜として形成したため、部品点数がより減少し、非可逆回路素子の一層の小型化を図ることができる。

（第２実施例、図５及び図６参照）
第２実施例である非可逆回路素子１Ｂは、図５及び図６に示すように、下ヨーク１５に曲げ部１８を形成し、該曲げ部１８を中心電極基板３０の下面に形成した中間接続用電極３７及び第２の中心電極３２の他端部分に直接に接続するようにしている。

他の構成は第１実施例である前記非可逆回路素子１Ａと同様であり、その作用効果も第１実施例と同じである。

特に、本第２実施例では、第１の中心電極３１の他端が中間接続用電極３７を介して下ヨーク１５の曲げ部１８と接続され、かつ、第２の中心電極３２もその他端が曲げ部１８と接続されているため、接続構造を複雑化することなく中心電極３１，３２のアース電極６５への接続がより確実なものとなる。

（第３実施例、図７及び図８参照）
第３実施例である非可逆回路素子１Ｃは、図７及び図８に示すように、前記抵抗膜５５に代えてチップ抵抗５６を用いたもので、該チップ抵抗５６は端子基板６０の中間接続用電極８６，８７のランド８６ａ，８７ａ上にはんだ付けされており、下ヨーク１５の外側に配置されている。即ち、チップ抵抗５６の電極５６ａはランド８６ａにはんだ付けされ、電極５６ｂはランド８７ａにはんだ付けされる。

他の構成は第１実施例である前記非可逆回路素子１Ａと同様であるが、この非可逆回路素子１Ｃにあっては、チップ抵抗５６を下ヨーク１５の外側に配置したため、中心電極基板３０及び端子基板６０の電極構成が以下に説明するように変更されている。

即ち、中心電極基板３０の上面には、第１の中心電極３１が２本の線路で形成されている。また、下面には、第２の中心電極３２が２本の線路で形成されていると共に、コンデンサ５１の電極５１ａがはんだ付けされるランド７１ａを有する中間接続用電極７１、電極５１ｂがはんだ付けされるランド７２ａを有する中間接続用電極７２、コンデンサ５２の電極５２ａがはんだ付けされるランド７３ａを有する中間接続用電極７３及び電極５２ｂがはんだ付けされるランド７４ａを有する中間接続用電極７４が形成されている。

第１の中心電極３１の両端部にはスルーホール７５，７６が形成されており、スルーホール７５は基板３０の下面で中間接続用電極７１に接続されている。スルーホール７６は基板３０の下面で中間接続用電極７４に接続されている。また、中間接続用電極７２は第２の中心電極３２の他端に接続され、中間接続用電極７３は第２の中心電極３２の一端に接続されている。

端子基板６０の上面には、アース電極８５及び中間接続用電極８６，８７が形成され、かつ、スルーホール８１，８２，８３が形成されている。さらに、端子基板６０の下面にも図示しないアース電極が形成されている。スルーホール８１は中間接続用電極８６と接続され、外部接続用入出力電極（入力ポートＰ１）として機能する。スルーホール８２は中間接続用電極８７と接続され、外部接続用入出力電極（出力ポートＰ２）として機能する。スルーホール８３は上面のアース電極８５と下面のアース電極とに接続され、外部接続用アース電極として機能する。

コンデンサ５１の一方の電極５１ａは、端子基板６０に形成した中間接続用電極８６のランド８６ｂにはんだ付けされると共に中心電極基板３０に形成した中間接続用電極７１のランド７１ａにはんだ付けされている。他方の電極５１ｂは、端子基板６０上のアース電極８５の一部８５ａにはんだ付けされると共に中心電極基板３０に形成した中間接続用電極７２のランド７２ａにはんだ付けされている。

コンデンサ５２の一方の電極５２ａは、端子基板６０に形成した中間接続用電極８７のランド８７ｂにはんだ付けされると共に中心電極基板３０に形成した中間接続用電極７３のランド７３ａにはんだ付けされている。他方の電極５２ｂは、端子基板６０上のアース電極８５の一部８５ｂにはんだ付けされると共に中心電極基板３０に形成した中間接続用電極７４のランド７４ａにはんだ付けされている。

以上の構成からなる非可逆回路素子１Ｃの電気等価回路は図４と同様である。その作用効果は前記第１実施例と同じである。

特に、本第３実施例では、チップ抵抗５６が下ヨーク１５の外側に配置されているため、耐電圧を向上させるためにチップ抵抗５６を大型化しても磁気回路の外側に位置することから、磁気回路自体が大型化することはなく、また、磁気回路の効率を劣化させることもない。なお、チップ抵抗５６に代えて膜状の抵抗を用いることも可能である。

（通信装置、図９参照）
ここで、前記非可逆回路素子を搭載した通信装置として、携帯電話を例にして説明する。図９は携帯電話３２０のＲＦ部分の電気回路を示し、３２２はアンテナ素子、３２３はプレクサ、３３１は送信側アイソレータ、３３２は送信側増幅器、３３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、３３４は送信側ミキサ、３３５は受信側増幅器、３３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、３３７は受信側ミキサ、３３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、３３９はローカル用帯域通過フィルタである。

ここに、送信側アイソレータ３３１として、前記各実施例として示した非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）を使用することができる。これらの非可逆回路素子を実装することにより、小型で低コストの携帯電話を実現することができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、中心電極基板や端子基板の細部の構成、特に、電極の引き回し形状などは任意である。また、上ヨークや下ヨークの構成も任意である。

本発明に係る非可逆回路素子の第１実施例を示す分解斜視図である。 前記第１実施例を示す正面図である。 前記第１実施例を構成する中心電極基板を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図（上面から透視した状態）である。 前記第１実施例の電気等価回路を示すブロック図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第２実施例を示す分解斜視図である。 前記第２実施例を示す正面図である。 本発明に係る非可逆回路素子の第３実施例を示す分解斜視図である。 前記第３実施例を示す正面図である。 本発明に係る通信装置（携帯電話）の電気回路を示すブロック図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ…非可逆回路素子
１０…上ヨーク
１５…下ヨーク
２０…永久磁石
３０…中心電極基板
３１…第１の中心電極
３２…第２の中心電極
４５…フェライト
５１，５２…コンデンサ
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ…コンデンサ電極
５５…抵抗膜
５６…チップ抵抗
６０…端子基板
６１，６２…スルーホール（外部接続用入出力電極）
６３…スルーホール（外部接続用アース電極）

Claims (9)

1. 上側から、永久磁石、電極膜にて形成された複数の中心電極を設けた中心電極基板、フェライト、ヨーク、電極膜にて形成された外部接続用電極を設けた端子基板を重ねてなり、
   整合回路を構成するチップ状のコンデンサが前記中心電極基板と前記端子基板との間であって前記ヨークの外側に配置され、かつ、前記中心電極の端部と前記外部接続用電極とが前記コンデンサの両端部に形成された電極を介して接続され、
   前記コンデンサの厚みは前記フェライトと前記ヨークとを合わせた厚みとほぼ等しいこと、
   を特徴とする非可逆回路素子。
2. さらに膜状抵抗を備え、該膜状抵抗は前記中心電極基板上に形成され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。
3. さらにチップ状抵抗を備え、該チップ状抵抗は前記中心電極基板の下面に配置され、かつ、その厚みは前記フェライトの厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
4. さらに膜状又はチップ状の抵抗を備え、該抵抗は前記端子基板の上面であってヨークの外側に配置され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。
5. 前記中心電極基板及び前記端子基板はいずれも平板状であることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の非可逆回路素子。
6. 前記中心電極基板及び前記端子基板がいずれも単層の誘電体基板であることを特徴とする請求項５に記載の非可逆回路素子。
7. 前記中心電極基板及び前記端子基板は少なくとも一面に銅膜を貼って電極をパターン形成したものであることを特徴とする請求項６に記載の非可逆回路素子。
8. 前記中心電極の一端部が前記ヨークに電気的に直接に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の非可逆回路素子。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか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装置。

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