JP2001028504A

JP2001028504A - サーキュレータ

Info

Publication number: JP2001028504A
Application number: JP11197740A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sayana; 智昭佐梁
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】加工精度を厳しくしないでも特性を劣化させ
ずに製造でき、かつ小型化が図れるサーキュレータを提
供する。【解決手段】このサーキュレータは、非磁性体の金属
からなるベースプレート１と、ベースプレート１上に設
けられたＹ分岐形の誘電体部２と、誘電体部２における
Ｙ分岐部の中央部に埋め込まれた柱状のフェライト３
と、誘電体部２のＹ分岐部に設けられ、誘電体部２とフ
ェライト３とのインピーダンス整合を図るための整合部
４と、ベースプレート１上に接合された非磁性体の金属
ケース５であって、フェライト３及び整合部４を設けた
誘電体部２がはめ込まれた溝部５ａを有する金属ケース
５とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯やミ
リ波帯において使用される非可逆回路素子、特にサーキ
ュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーキュレータの一般的な構造として、
マイクロストリップ線路もしくは導波管で構成したもの
が知られている。そのマイクロストリップ・サーキュレ
ータは図８に示すように、フェライト基板１０１の一面
に三叉路形のマイクロストリップ線路１０２を形成し、
フェライト基板１０１のもう一面に接地導体１０３を形
成し、マイクロストリップ線路１０２の接合面部１０２
ａをＴＭ₁₁₀モードに近いモードで共振する構造が一般
的である（例えば特開平１１−０１７４０８号公報の図
５参照）。また、導波管サーキュレータは図９に示すよ
うに、三叉路形の導波管１０４の内部における導波管１
０４の接合空間にフェライト１０５を配置し、このフェ
ライト１０５をＴＭ₁₁₀モードの共振器として動作させ
る構造が一般的である（例えば特開平２−０３９６０２
号公報参照）。

【０００３】上記の導波管サーキュレータの場合は、こ
のサーキュレータの、他の集積回路へのインターフェイ
スとして、導波管を回路パターンに変換して接続する構
造を付与しなければならない。その結果、そのインター
フェイスによって実装面積が大きくなってしまうという
問題がある。

【０００４】一方、上記構成のマイクロストリップ・サ
ーキュレータのようにフェライト基板上にマイクロスト
リップ線路を形成すると、フェライト基板の誘電率が比
較的高いために実効的な波長が短くなる。その結果、フ
ェライト基板上に形成するマイクロストリップ線路の寸
法精度がサーキュレータ特性に与える影響が、特に５０
ＧＨｚ以上といったミリ波帯では大きくなり、歩留まり
の観点から製造が難しくなっている。

【０００５】そこで特開昭６１−２８８４８６号公報や
特開平１１―０１７４０８号公報等に示すような、フェ
ライト円板を埋め込んだセラミック基板上に三叉路形の
マイクロストリップ線路を形成し、フェライト円板上
に、マイクロストリップ線路の接合面部だけを対応させ
る構造が考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６１−
２８８４８６等で想定しているようなストリップライン
用いたサーキュレータでも特に５０ＧＨｚといった高い
周波数では、マイクロストリップ線路の接合面部とこれ
に対応させるフェライト円板の埋め込み位置との精度に
より、サーキュレータ特性が大きく変化するといった問
題が依然とある。本発明の目的は、上記従来技術の問題
点に鑑み、加工精度を厳しくしないでも特性を劣化させ
ずに製造でき、かつ小型化が図れるサーキュレータを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ｙ分岐形の導波管の内部全体に誘電体部が
設けられ、該誘電体部のＹ分岐部の中央部にフェライト
が埋め込まれたサーキュレータである。

【０００８】特に本発明のサーキュレータは、非磁性体
の金属からなるベースプレートと、前記ベースプレート
上に設けられたＹ分岐形の誘電体部と、前記誘電体部に
おけるＹ分岐部の中央部に埋め込まれた柱状のフェライ
トと、前記ベースプレート上に接合された非磁性体の金
属ケースであって前記誘電体部がはめ込まれた溝部を有
する金属ケースと、を含む構造である。この場合、前記
誘電体部と、前記誘電体部を囲む、前記金属ケースの溝
部の壁と、前記ベースプレートの前記誘電体部が形成さ
れた部分とによって誘電体導波管が構成されている。

【０００９】従来の特開昭６１−２８８４８６で想定し
ているようなマイクロストリップ線路を用いたサーキュ
レータ構造の場合、ミリ波でも５０ＧＨｚ以上といった
高い周波数では、マイクロストリップ線路の接合面部と
これに対応させるフェライト円板の埋め込み位置との精
度によって特性が大きく変化してしまう。

【００１０】これに対し、本発明の構造の場合は、誘電
体部の形状がサーキュレータの特性に影響を与えるた
め、誘電体部でのフェライトの埋め込み位置の精度（フ
ェライトとその埋め込み穴との公差）をあまり厳しくし
ないで済む。また、金属ケースの溝部と誘電体部とのは
め込みにおいても、導波管の管壁の一部を構成する金属
ケースの溝部の壁面と、この溝部内に配置する誘電体部
との間隔寸法の公差を厳しくしないで済む。したがっ
て、本発明のサーキュレータは加工精度を厳しくしない
でも特性を劣化させずに製造でき、歩留まりの観点から
製造が容易である。また、上記のようなサーキュレータ
においては、前記誘電体部にマイクロストリップ線路と
の変換部をさらに設けたことにより、マイクロストリッ
プ線路を用いた回路への実装が容易になる。

【００１１】さらに、前記フェライトと前記誘電体部と
のインピーダンス整合を図る整合部をさらに備えている
ことが好ましい。

【００１２】前記フェライトとして、六方晶型フェライ
トでマグネトプランバイト型を用いることで、マグネッ
トの外付けが不要になるので、小型化が容易になる。

【００１３】また本発明は、誘電体基板に対向するよう
に配設された導体層および、該導体層間を導通接続する
２列のバイアホール群であって配列方向に遮断周波数よ
り小さい間隔で形成された２列のバイアホール群とによ
って囲まれた領域を、前記誘電体基板を平面的に見たと
きにＹ分岐形になるよう形成してなる導波管部と、前記
導波管部のＹ分岐部の中央部に埋め込まれた柱状のフェ
ライトと、を有するサーキュレータをも提供する。この
発明の場合においても、前記対向する導体層と前記２列
のバイアホール群で囲まれた領域の形状がサーキュレー
タの特性に影響を与えるため、ストリップライン用いた
サーキュレータの場合のようにフェライトの埋め込み位
置の精度を厳しくしないで済む。さらに、導体層を有す
る誘電体基板にバイアホールを形成するという簡単な構
成なので、歩留りの観点から製造が容易である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１５】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態によるサーキュレータを示す分解斜視図、
図２は本発明の第１の実施の形態によるサーキュレータ
を誘電体部に沿って切断した縦断面図である。

【００１６】本実施形態のサーキュレータは図１に示す
ように、非磁性体の金属からなるベースプレート１と、
ベースプレート１上に設けられたＹ分岐形の誘電体部２
と、誘電体部２におけるＹ分岐部の中央部に埋め込まれ
た柱状のフェライト３と、誘電体部２のＹ分岐部に設け
られ、誘電体部２とフェライト３とのインピーダンス整
合を図るための整合部４と、ベースプレート１上に接合
された非磁性体の金属ケース５であって、フェライト３
及び整合部４を設けた誘電体部２がはめ込まれた溝部５
ａを有する金属ケース５とから構成されている。インピ
ーダンス整合部４は誘電体部２の一部であり、誘電体部
２と同じ誘電体材料で一体的に形成されている。

【００１７】この形態の場合、インピーダンス整合部４
を含む誘電体部２と、インピーダンス整合部４を含む誘
電体部２を囲む、金属ケース５の溝部５ａの壁と、ベー
スプレート１の誘電体部２が設けられた部分とによって
導波管が構成されている。このような構造を以下では、
誘電体導波管と呼ぶ。なお本発明は、導波管の内部全体
に誘電体部が設置された構造、言い換えれば誘電体部が
非磁性体の金属の壁部で囲まれた構造であれば、どのよ
うな構成でも構わない。

【００１８】上記のような誘電体導波管において、例え
ば比誘電率ε_r＝１０程度の誘電体材料であるアルミナ
セラミックが内部に配置されている場合、内部が空気の
通常の導波管に比べ、３０％位の寸法で同じ特性の導波
管を作製することができる。そのため、例えば「Ｅバン
ド（ＷＲ−１２）」と呼ばれる幅３．１ｍｍの導波管は
１ｍｍ位の幅で作ることが可能である。なお、マイクロ
波、ミリ波帯の導波管は周波数別に略称が用いられてお
り、６０〜９０ＧＨｚ帯の導波管はＥバンドという他、
５０ＧＨｚ〜７５ＧＨｚ帯のものはＶバンド、４０ＧＨ
ｚ〜６０ＧＨｚ帯のものはＵバンドと呼ばれている。ま
た別の表記としてインチ寸法表記もあり、Ｅバンドは
１．２インチなのでＷＲ−１２という表記もできる。導
波管としてはＷＲの表記をするのが一般的である。

【００１９】ここで、上記の形態のサーキュレータの製
法を簡単に述べる。まず、ベースプレート１上に、イン
ピーダンス整合部４を含む誘電体部２を形成する。次
に、インピーダンス整合部４を含む誘電体部２における
Ｙ分岐部の中央部にフェライト３を挿入する穴を開け
て、その穴にフェライト３を装着する。最後に、金属ケ
ース５の溝部５ａの中に、フェライト３及び整合部４を
設けた誘電体部２をはめ込み、金属ケース１をベースプ
レート１に接合する。

【００２０】この形態ではフェライト３として、六方晶
型フェライトでマグネトプランバイト型フェライトを用
いている。このフェライトによればフェライト自体が磁
化しているためマグネットが不要であり、その結果、実
装スペースがコンパクトにできる。また、非磁性体の金
属ケース５の上部にマグネットを装着すれば、通常のＮ
ｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｍｇ系といったフェライトを用いる
ことも可能である。

【００２１】また、この形態の場合、金属ケース５の溝
部５ａの中に、フェライト３及び整合部４を設けた誘電
体部２をはめ込むため、インピーダンス整合部４を持つ
誘電体部２の外側面と金属ケース５の溝部５ａの壁との
間にクリアランスが必要になる。本発明に適用された誘
電体導波管の構造では、誘電体部の形状がサーキュレー
タの特性に影響を与えるため、上記のクリアランスは最
低でも５０μｍ程度のラフな寸法でよい。したがって、
金属ケース５の溝部５ａと誘電体部２との公差、すなわ
ち溝部５ａの加工精度をあまり厳しくしないで済む。さ
らに誘電体部２のフェライト埋め込み部においては、埋
め込み穴の形状と高さが、特性に影響を与えるパラメー
タとして重要になるため、フェライトとその埋め込み穴
との公差（フェライト形状の加工精度）もあまり厳しく
しないで済む。以上のように、本実施形態のサーキュレ
ータは歩留まりの観点から製造が容易である。

【００２２】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態によるサーキュレータを示す分解斜視図、
図４は図３のサーキュレータの組み立て後を示す斜視
図、図５は図３のサーキュレータの組み立て後のものを
誘電体部に沿って切断した縦断面図である。

【００２３】本実施形態のサーキュレータは図３〜図５
に示すように、第１の実施の形態の構成に、マイクロス
トリップ線路と誘電体導波管との変換部６をさらに設け
た構造である。具体的には変換部６は、誘電体部２の先
端側の上面にマイクロストリップ線路を形成し、誘電体
部２の上面で導体パターンを前記マイクロストリップ線
路から連続して誘電体部２のＹ分岐部に向かって徐々に
太くしていき、誘電体部２の幅になったところで誘電体
部２の側面にもメタライズした構造である。この構造の
場合、誘電体部２の上面及び両側面に形成された導体パ
ターンと、ベースプレート１の誘電体部２が形成された
部分とによって誘電体導波管の管壁が構成される。また
変換部６はメッキやエッチング等の方法を用いて形成す
ることができる。

【００２４】このようなマイクロストリップ線路と誘電
体導波管との変換部６を付加すれば、第１の実施の形態
による効果に加え、マイクロストリップ線路がよく用い
られる高周波の集積回路への実装が容易になる。この場
合、特にマグネトプランバイト系のフェライトを用いる
ことでマグネットが不要になるため、マルチチップモジ
ュールへの実装も可能となり小型化が容易になる。

【００２５】なお、第１の実施形態と同様にこの形態に
おいても、変換部６を有する誘電体２の外側面と金属ケ
ース５の溝部５ａの壁との間にクリアランスが存在する
が、このクリアリンスの寸法精度は厳しくなくても特性
は劣化しないので、歩留まりの観点から製造が容易であ
る。

【００２６】（第３の実施の形態）図６は本発明の第３
の実施の形態によるサーキュレータを示す斜視図、図７
は図６のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。

【００２７】図６及び図７に示す形態のサーキュレータ
としては、例えばセラミック材料からなる誘電体基板１
１の両面に外層導体１２，１３が形成されている。外層
導体１２，１３間には、外層導体１２，１３同士を電気
的に接続するバイアホール１４が多数設けられている。
バイアホール１４は、２列に所定間隔ｂの幅でかつ、延
在方向に所定間隔ｃで形成されている。さらにバイアホ
ール１４の列はＹ分岐の形になるよう配設されている。
バイアホール１４の所定間隔ｃは遮断周波数よりも小さ
い間隔に設定され、これにより電気的な壁が形成されて
いる。

【００２８】このように、誘電体基板１の両面の外層導
体１２，１３がバイアホール１４の列で導通接続される
ことで、このバイアホール１４の列による擬似的な側壁
と外層導体１２，１３の上下壁とで誘電体材料の四方が
囲まれた構造の誘電体導波管が形成される。

【００２９】この誘電体導波管となる部分におけるＹ分
岐部の中央部には、柱状のフェライト１５が埋め込まれ
ている。このフェライト１５には、第１の実施の形態と
同様、六方晶型フェライトでマグネトプランバイト型フ
ェライトや、Ｎｉ−Ｚｎ系もしくはＭｎ−Ｍｇ系といっ
たフェライトを用いることができる。

【００３０】また、外層導体１２，１３の間の、前記誘
電体導波管となる部分以外に、擬似的な側壁を形成する
バイアホール１４と接続され且つ、外層導体１２，１３
と平行に形成された内層導体１７，１８が配設されてい
てもよい。これにより、バイアホール１４の列による擬
似的な壁が、内層導体１７，１８の接続によって細かな
網目状になるので、バイアホール１４の列での電磁波の
遮断効果を高めることができる。

【００３１】また、前記誘電体導波管となる部分内にあ
ってフェライト１５周辺のＹ分岐部を除いた部分に、バ
イアホール１４と接続され且つ、外層導体１２，１３と
平行に形成された内層導体１９が配設され、この内層導
体１９が前記誘電体導波管の上壁を構成していてもよ
い。この内層導体１９は内層導体１８と同一層で形成す
ることができる。この構成の場合、内層導体１９と外層
導体１２の間での電磁波の往来を遮断するため、内層導
体１９と外層導体１２の間を導通接続する複数のバイア
ホール１６が、遮断周波数よりも小さい間隔で配設され
ている。また、前記誘電体導波管となる部分のＹ分岐部
の誘電体の一部が、前記誘電体導波管となる部分の誘電
体とフェライト１５とのインピーダンス整合を図るため
の整合部１１ａを構成している。

【００３２】以上のような形態のサーキュレータは、パ
ターン印刷及びホール形成を施したグリーンシートを積
層して焼結させてなるセラミック多層基板の製造技術を
用いれば容易に作製することができる。また、誘電体基
板１１内の任意の箇所にバイアホールを形成することで
誘電体導波管を自在に設定できるので、構成が簡単で、
小型化が図り得るサーキュレータを提供することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では誘電体
導波管構造を用いたことにより、誘電体部の形状がサー
キュレータの特性に影響を与えるため、誘電体部でのフ
ェライトの埋め込み位置の精度（フェライトとその埋め
込み穴との公差）をあまり厳しくしないで済む。また、
金属ケースの溝部と誘電体部とのはめ込み部において
も、導波管の管壁の一部を構成する金属ケースの溝部の
壁面と、この溝部内に配置する誘電体部との間隔寸法の
公差を厳しくしないで済む。したがって、本発明のサー
キュレータは加工精度を厳しくしないでも特性を劣化さ
せずに製造でき、歩留まりの観点から製造が容易であ
る。

【００３４】また、前記誘電体部にマイクロストリップ
線路との変換部をさらに設けたことにより、マイクロス
トリップ線路を用いた回路への実装において実装スペー
スの縮小化が図れる。

【００３５】また、導体層を有する誘電体基板にバイア
ホールを形成するという簡単な構成によっても誘電体導
波管構造を実現でき、これを使ったサーキュレータはそ
の製法が容易で歩留りの良いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるサーキュレー
タを示す分解斜視図である。

【図２】図１のサーキュレータの組み立て後のものを誘
電体部に沿って切断した縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態によるサーキュレー
タを示す分解斜視図である。

【図４】図３のサーキュレータの組み立て後を示す斜視
図である。

【図５】図３のサーキュレータの組み立て後のものを誘
電体部に沿って切断した縦断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態によるサーキュレー
タを示す斜視図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図である。

【図８】マイクロストリップ線路で構成した従来のサー
キュレータを示す斜視図である。

【図９】導波管で構成した従来のサーキュレータを示す
斜視図である。

【符号の説明】

１ベースプレート２誘電体部３フェライト４インピーダンス整合部５金属ケース５ａ溝部６マイクロストリップ線路と誘電体導波管との変換部１１誘電体基板１２，１３外層導体１４，１６バイアホール１５フェライト１７，１８，１９内層導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｙ分岐形の導波管の内部全体に設けられ
た誘電体部と、該誘電体部のＹ分岐部の中央部に埋め込
まれた柱状のフェライトとを有するサーキュレータ。
【請求項２】非磁性体の金属からなるベースプレート
と、前記ベースプレート上に設けられたＹ分岐形の誘電体部
と、前記誘電体部におけるＹ分岐部の中央部に埋め込まれた
柱状のフェライトと、前記ベースプレート上に接合された金属ケースであって
前記誘電体部がはめ込まれた溝部を有する非磁性体の金
属ケースとを備えたサーキュレータ。
【請求項３】前記誘電体部と、前記誘電体部を囲む前
記金属ケースの溝部の壁と、前記ベースプレートの前記
誘電体部が形成された部分とによって誘電体導波管が構
成されている請求項２に記載のサーキュレータ。
【請求項４】前記誘電体部にマイクロストリップ線路
との変換部がさらに設けられた請求項１から３のいずれ
かに記載のサーキュレータ。
【請求項５】前記フェライトと前記誘電体部とのイン
ピーダンス整合を図る整合部をさらに備えた請求項１か
ら４のいずれかに記載のサーキュレータ。
【請求項６】前記フェライトは六方晶型フェライトで
マグネトプランバイト型である請求項１から５のいずれ
かに記載のサーキュレータ。
【請求項７】前記誘電体部はセラミック材料からなる
請求項１から６のいずれかに記載のサーキュレータ。
【請求項８】ミリ波帯において使用される請求項１か
ら７のいずれかに記載のサーキュレータ。
【請求項９】誘電体基板に対向するように配設された
導体層および、該導体層間を導通接続する２列のバイア
ホール群であって配列方向に遮断周波数より小さい間隔
で形成された２列のバイアホール群とによって囲まれた
領域を、前記誘電体基板を平面的に見たときにＹ分岐形
になるよう形成してなる導波管部と、前記導波管部のＹ分岐部の中央部に埋め込まれた柱状の
フェライトと、を有するサーキュレータ。
【請求項１０】前記フェライトと前記導波管部とのイ
ンピーダンス整合を図る整合部をさらに備えた請求項９
に記載のサーキュレータ。
【請求項１１】前記フェライトは六方晶型フェライト
でマグネトプランバイト型である請求項９又は１０に記
載のサーキュレータ。
【請求項１２】前記誘電体基板はセラミック材料から
なる請求項９から１１のいずれかに記載のサーキュレー
タ。