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JP2003017904A - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

非可逆回路素子及び通信装置

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JP2003017904A
JP2003017904A JP2001203871A JP2001203871A JP2003017904A JP 2003017904 A JP2003017904 A JP 2003017904A JP 2001203871 A JP2001203871 A JP 2001203871A JP 2001203871 A JP2001203871 A JP 2001203871A JP 2003017904 A JP2003017904 A JP 2003017904A
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JP
Japan
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permanent magnet
metal case
magnetic pole
circuit device
contact
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JP2001203871A
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Yasushi Asai
裕史 浅井
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数が少なく、組み立てが容易で、小型
かつ高性能の非可逆回路素子及び通信装置を提供する。 【解決手段】 非可逆回路素子1は、概略、金属ケース
5と永久磁石9,10と中心電極組立体13とからな
る。永久磁石9の側面9dは金属ケース5の側壁5bの
内側面6aに、磁極面9bは内側面6cに当接される。
永久磁石10の側面10cは金属ケース5の側壁5bの
内側面6bに、磁極面10aは内側面6dに当接され
る。中心電極組立体13のフェライト20は永久磁石
9,10の間に、かつ、金属ケース5の中心に配置され
る。永久磁石9,10は、永久磁石9の磁極面9aから
永久磁石10の磁極面10bに向かって直流磁界を形成
する。永久磁石9の中心線L1と永久磁石10の中心線
L2とフェライト20の中心線L3は互いに平行にずれ
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、非可逆回路素子及
び通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、携帯電話等の移動用の通信装置
に採用される集中定数型アイソレータは、信号を伝送方
向にのみ通過させ、逆方向への伝送を阻止する機能を有
している。このような集中定数型アイソレータは、永久
磁石と、フェライト及びフェライトに配置された複数の
中心電極とからなる中心電極組立体と、中心電極組立体
と永久磁石を収容する金属ケース等を備えている。この
アイソレータの電気的性能を向上させるために、従来よ
り、フェライトを充分に覆う大きさの永久磁石が用いら
れていた。
【0003】しかしながら、近年の通信装置の小型化、
低背化に伴い、永久磁石を小さくすることが考えられて
いる。また、近年、通信装置の高周波化も進んでいる。
非可逆回路素子においては、高周波で動作させようとす
ると、それに伴って高い磁力を印加しなくてはならな
い。しかし、小型化、低背化のために永久磁石を小さく
すると、所望周波数で動作させるために必要な磁界の強
度が得にくくなる。また、フェライトに印加される磁場
分布も悪くなり、その結果、特性(挿入損失等)が悪く
なる。まして、図10に示す特開平6−260812号
公報に記載のアイソレータ200のように、永久磁石2
09,210の両側の側面209b,210bを金属ケ
ース205にそれぞれ当接した構造の場合には、永久磁
石209,210の磁極面209a,210aの金属ケ
ース205に近い部分(エッジ部)から出た磁力線がフ
ェライト220に印加されず、金属ケース205に漏れ
てしまう。これは、空気より金属ケース205の方が透
磁率が高いからである。これにより、フェライトに印加
される磁場分布がより悪くなってしまう。なお、図10
において、221は複数の中心電極を表面に設けた配線
基板、212はアース板、Cは整合用コンデンサ素子で
ある。
【0004】このため、アイソレータ等の非可逆回路素
子においては、図11に示すように、金属ケース235
の内側面235aと永久磁石239,240の側面23
9b,240bとの間にそれぞれ隙間t1を等しく設け
た構造が提案されている。このとき、永久磁石239,
240の磁極面239a,240aの中心位置と中心電
極組立体250の中心位置とは、略直線L上に配置され
ている。
【0005】さらに、永久磁石239と永久磁石240
の間の中心位置に、中心電極組立体250が配置されて
いる。中心電極組立体250の中心位置から永久磁石2
39,240の磁極面239a,240aまでの距離は
それぞれ距離dである。
【0006】以上の構成からなるアイソレータ231
は、永久磁石239,240の磁極面239a,240
aの縁部から出る磁力線が、金属ケース235に漏れ
ず、直流磁界を中心電極組立体250に効率良く印加す
ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アイソレータ231は、永久磁石239,240の中心
位置と中心電極組立体250の中心位置とを略直線L上
に配置するため、永久磁石239,240の側面239
b,240bと金属ケース235の内側面235aとの
間の隙間t1が等間隔になるようにしなければならな
い。
【0008】一方、アイソレータ231自体の小型化が
進んでおり、例えば、金属ケース235の内寸法W2=
2.2mmに対して、永久磁石239,240の長さ寸
法W1=2.0mmであると、隙間t1は僅か0.1m
mとなる。このため、実際にアイソレータ231を組み
立てる際、正確に左右0.1mmの隙間t1を設けて永
久磁石239,240を金属ケース235内に配置する
ことは非常に困難である。従って、アイソレータ231
の組み立て作業性が悪く、かつ、永久磁石239,24
0の配置位置のばらつきも大きい。また、このばらつき
により、特性ばらつきも多くなり、この結果、製品の良
品率も低下する問題がある。
【0009】この不具合を解消するために、特開平11
−308013号公報に記載のアイソレータのように、
永久磁石を樹脂モールド等で位置決めすることが考えら
れる。しかし、この方法は、アイソレータを構成する部
品点数が増え、生産に手間がかかり、製造コストが高く
なるという問題がある。
【0010】そこで、本発明の目的は、部品点数が少な
く、組み立てが容易で、小型かつ高性能の非可逆回路素
子及び通信装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段及び作用】前記目的を達成
するため、本発明に係る非可逆回路素子は、(a)磁極
面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第1永久磁石
と、(b)磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有す
る第2永久磁石と、(c)前記第1永久磁石の磁極面と
前記第2永久磁石の磁極面との間に配置され、前記第1
永久磁石から前記第2永久磁石に向かって形成される直
流磁界が印加される、フェライトと前記フェライトに配
置された複数の中心電極とで構成された中心電極組立体
と、(d)対向する二つの内側面を有し、前記第1永久
磁石と前記第2永久磁石と前記中心電極組立体とを収容
する金属ケースとを備え、(e)前記第1永久磁石の側
面及び前記第2永久磁石の側面が、それぞれ前記金属ケ
ースの対向する二つの内側面のいずれかの内側面に当接
し、前記第1永久磁石の中心位置及び前記第2永久磁石
の中心位置が、それぞれ前記中心電極組立体の中心位置
と異なっていること、を特徴とする。より具体的には、
第1永久磁石の側面及び第2永久磁石の側面が、金属ケ
ースの対向する二つの内側面の一方の内側面に当接して
いることを特徴とする。あるいは、第1永久磁石の側面
が金属ケースの対向する二つの内側面の一方の内側面に
当接し、かつ、第2永久磁石の側面が金属ケースの他方
の内側面に当接していることを特徴とする。
【0012】以上の構成により、金属ケースの内側面
が、第1永久磁石と第2永久磁石を配置する際の基準面
になり、第1永久磁石や第2永久磁石の側面をこの基準
面に当接するだけで第1永久磁石と第2永久磁石が容易
にかつ精度良く配置される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る非可逆回路
素子及び通信装置の実施の形態について添付の図面を参
照して説明する。なお、各実施形態において、同一部品
及び同一部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略
する。
【0014】[第1実施形態、図1〜図6]本発明に係
る非可逆回路素子の一実施形態の構成を示す分解斜視図
を図1に示す。該非可逆回路素子1は、集中定数型アイ
ソレータである。
【0015】図1に示すように、アイソレータ1は、概
略、金属ケース5と内部電気部品8と回路基板40等か
ら構成されている。内部電気部品8は、概略、二つの永
久磁石9,10と中心電極組立体13と整合用コンデン
サ素子C1〜C4と抵抗素子Rとアース板30から構成
されている。
【0016】金属ケース5は、上壁5aと四つの側壁5
bを有している。ここで、四つの側壁5bの対向する一
組の内側面(長辺方向の内側面)を6a,6bとし、も
う一組の対向する内側面を6c,6dとする(図2参
照)。金属ケース5は金属板を打ち抜き、曲げ加工して
形成される。
【0017】二つの永久磁石9,10は、それぞれ略矩
形状を有している。この永久磁石9は、磁極面9a,9
bと磁極面9aに垂直な側面9c,9dを有する。同様
に、永久磁石10は、磁極面10a,10bと磁極面1
0bに垂直な側面10c,10dを有する。
【0018】回路基板40は、略矩形状の基板である。
回路基板40の長辺方向の側面にはそれぞれ2分割され
たスルーホール46が三つ形成され、短辺方向の側面に
は2分割されたスルーホール46が一つ形成されてい
る。この回路基板40の上面41には、アース用電極パ
ターン45、入力用電極パターン43及び出力用電極パ
ターン44が形成されている。そして、電極パターン4
3〜45は、回路基板40の側面に形成されたスルーホ
ール46を介して、下面42まで延在している。
【0019】整合用コンデンサ素子C1〜C4は、上下
面に接続用コンデンサ電極を有している。
【0020】抵抗素子Rは、直方体の形状を有し、その
左右には接続用電極を有している。この抵抗素子Rは、
整合用コンデンサ素子C1〜C4と略同じ厚みに設定さ
れる。
【0021】アース板30は、直方体の形状を有してい
る。アース板30は、銅板等から形成され、導通性を有
する。このアース板30は、整合用コンデンサ素子C1
〜C4と略同じ厚みに設定される。
【0022】中心電極組立体13は、略矩形状のマイク
ロ波フェライト20と、絶縁体を被覆した二つの導線
(例えば、銅線や銀線等)を交差角度が略90度になる
ように交差させてフェライト20の表面に巻回してなる
中心電極21,22とで構成されている。
【0023】以上の構成部品は、以下のようにして組み
立てられる。回路基板40の上に、整合用コンデンサ素
子C1〜C4、アース板30及び抵抗素子Rを載置し、
はんだ付け等の方法により実装する。このとき、整合用
コンデンサ素子C1,C2の下面の接続用コンデンサ電
極は回路基板40の上面41に形成されているアース用
電極パターン45に、整合用コンデンサ素子C3の下面
の接続用コンデンサ電極は上面41に形成されている入
力用電極パターン43に、整合用コンデンサ素子C4の
下面の接続用コンデンサ電極は上面41に形成されてい
る出力用電極パターン44に、それぞれはんだ付け等の
方法によって電気的に接続する。
【0024】抵抗素子Rは、回路基板40の非電極パタ
ーン部49に載置される。つまり、アース用電極パター
ン45と抵抗素子Rは、電気的に非接触状態である。
【0025】次に、中心電極組立体13を整合用コンデ
ンサ素子C1〜C4、抵抗素子R、アース板30の上に
載置し、はんだ接合等の方法により実装する。このと
き、中心電極21の一端が整合用コンデンサ素子C1,
C3の上面の接続用コンデンサ電極と抵抗素子Rの一方
の端子電極に電気的に接続される。中心電極22の一端
が整合用コンデンサ素子C2,C4の上面の接続用コン
デンサ電極及び抵抗素子Rの他端の端子電極に電気的に
接続される。中心電極21,22の他端がアース板30
に電気的に接続される。これにより、中心電極組立体1
3は、素子C1〜C4,Rやアース板30に固定され
る。
【0026】次に、図2に示すように、二つの永久磁石
9,10を金属ケース5内に貼着して、金属ケース5を
回路基板40に被せる。このとき、永久磁石9,10
は、それぞれ金属ケース5の側壁5bの内側面6a,6
bを基準面にして偏在して配置される。つまり、永久磁
石9の側面9dは金属ケース5の側壁5bの内側面6a
に当接され、永久磁石10の側面10cは金属ケース5
の側壁5bの内側面6bに当接される。永久磁石9,1
0の磁極面9b,10aは内側面6c,6dにそれぞれ
当接される。ここで、例えば、金属ケース5の内寸法W
2=2.2mm、永久磁石9,10の長さ寸法W1=
2.0mmである。
【0027】中心電極組立体13のフェライト20は、
二つの永久磁石9,10の間の中心位置に、かつ、金属
ケース5の内側面6a,6bからそれぞれ等距離の位置
に配置される。従って、永久磁石9の中心線L1と永久
磁石10の中心線L2とフェライト20の中心線L3は
互いに平行にずれている。また、中心電極組立体13の
中心位置から永久磁石9,10の磁極面9a,10bま
での距離はそれぞれ距離dである。このフェライト20
には、永久磁石9の磁極面9aから永久磁石10の磁極
面10bに向かって形成される直流磁界が印加される。
なお、素子C1〜C4,Rやアース板30の厚みが略同
じであるので、これら素子C1〜C4,Rの上面及びア
ース板30の上面はそれぞれ、回路基板40に対して略
平行な同一面を構成する。従って、この同一面上に搭載
される中心電極組立体13のフェライト20は、回路基
板40に対して略垂直に配置することができる。
【0028】さらに、金属ケース5と回路基板40のア
ース用電極パターン45とをはんだ付けによって接合す
る。こうして、図3に示すようなアイソレータ1が形成
される。図4は図3に示したアイソレータ1の電気等価
回路図である。
【0029】なお、永久磁石9,10は、必ずしも金属
ケース5の異なる内側面6a,6bにそれぞれ当接され
る必要はなく、例えば、図5に示すように、永久磁石
9,10の側面9d,10dを同じ内側面6aに当接さ
せたものであってもよい。
【0030】以上のアイソレータ1は、金属ケース5の
内側面6a,6b,6c,6dが、永久磁石9,10を
配置する際の基準面になる。すなわち、内側面6a,6
bが、永久磁石9の側面9c(又は9d)や永久磁石1
0の側面10c(又は10d)の当接基準面となる。さ
らに、内側面6c,6dが、永久磁石9の磁極面9bや
永久磁石10の磁極面10aの当接基準面となる。従っ
て、金属ケース5内に永久磁石9,10を容易にかつ精
度良く配置することができる。この結果、永久磁石9,
10の配置位置のばらつきがなくなるので、電気的特性
のばらつきがなくなり、高性能なアイソレータ1が得ら
れる。
【0031】また、従来のアイソレータのように樹脂モ
ールド等で永久磁石9,10を位置決めする必要がなく
なるので、部品点数が少なく、組み立てが容易なアイソ
レータ1を得ることができ、その生産性及び良品率を向
上させることができる。
【0032】また、永久磁石9,10や金属ケース5の
サイズを小さくしても、永久磁石9,10は、金属ケー
ス5の内側面6a,6b,6c,6dを当接の基準面に
しているので、金属ケース5内に永久磁石9,10を容
易に配置することができる。
【0033】さらに、永久磁石9,10を金属ケース5
の内側面6a,6bに当接させて、内側面6a,6b側
に片寄って配置させることにより、金属ケース5内の磁
場分布を改善することができる。すなわち、永久磁石
9,10の磁極面9a,10bのエッジ部eからは磁力
線が最も強く出ている。永久磁石9,10を内側面6a
や内側面6bに片寄らせることにより、この最も強く磁
力線が出るエッジ部eが、図11に示した従来のアイソ
レータ231と比較して、フェライト20に近づく。こ
の結果、フェライト20は永久磁石9,10から強力な
直流磁界を印加されることになり、アイソレータ1の挿
入損失特性を向上させることができる。
【0034】図6は、永久磁石9,10の配置位置を変
えた種々のアイソレータ1(試験体No1〜No4)の
挿入損失を測定したグラフである。比較のため、図11
に示した従来のアイソレータ231(試験体No5)の
挿入損失も併せて記載している。永久磁石9,10をそ
れぞれ異なる内側面6a,6bに当接させた試験体No
1,2のアイソレータ1の挿入損失は、試験体No5の
従来のアイソレータ231の挿入損失に比べて、約0.
2dB改善されている。また、永久磁石9,10を同じ
内側面6a(又は6b)に当接させた試験体No3,4
のアイソレータ1の挿入損失は、試験体No5の従来の
アイソレータ231の挿入損失に比べて、約0.1〜
0.15dB改善されている。
【0035】[第2実施形態、図7及び図8]図7に示
すように、本第2実施形態では、整合用コンデンサ素子
C1〜C4、抵抗素子R及び回路基板40の替わりに、
これら素子C1〜C4,Rを内蔵したLTCC(Low
Temperature Cofired Cera
mic)多層基板50を用いたアイソレータ2を示す。
【0036】LTCC多層基板50の上面には、アース
用電極パターン45と接続用電極パターン51,52が
形成されている。TLCC多層基板50の縁部には、そ
れぞれ2分割されたスルーホール46を有した入力用外
部電極パターン53、出力用外部電極パターン54及び
アース用外部電極パターン55が設けられている。接続
用電極パターン51,52は中心電極21,22の一端
と接続し、アース用電極パターン45は中心電極21,
22の他端と接続している。
【0037】ここで、LTCC多層基板50は、低温焼
結材料や低温焼成セラミックからなる層を、内部導体膜
や内部抵抗膜を間に配置して、積層して形成されてい
る。さらに、特定の層には、ビアホールが形成されてお
り、LTCC多層基板50の内部で、内部導体膜や内部
抵抗膜と電気的に接続して、抵抗素子R及び整合用コン
デンサ素子C1〜C4からなる電気回路を形成してい
る。
【0038】図8に示すように、アイソレータ2は、多
層基板50に中心電極組立体13が載置される。永久磁
石9及び永久磁石10は、前記第1実施形態の図2のア
イソレータ1と同様に、金属ケース5の内側面6a,6
bに当接され、貼着されている。
【0039】以上のアイソレータ2は、前記第1実施形
態と同様の作用効果を奏する。さらに、LTCC多層基
板50内に、整合用コンデンサ素子C1〜C4や抵抗素
子Rを形成しているので、アイソレータ1に比べて、は
んだ接合箇所を少なくすることができ、アイソレータ2
の生産コストを安価にすることができる。
【0040】[第3実施形態、図9]本第3実施形態で
は、携帯電話を例にして、通信装置の実施の形態を説明
する。
【0041】図9は、携帯電話120のRF部分の電気
回路ブロック図である。図9において、122はアンテ
ナ素子、123はデュプレクサ、124,126は送信
側電力増幅器、125は送信側段間用帯域通過フィル
タ、127は送信側ミキサ、128は受信側低ノイズ増
幅器、129は受信側段間用帯域通過フィルタ、130
は受信側ミキサ、131はアイソレータ、132は電圧
制御発振器(VCO)、133はローカル用帯域通過フ
ィルタである。
【0042】ここに、アイソレータ131として、前記
第1実施形態及び第2実施形態のアイソレータ1,2を
使用することができる。このアイソレータ1,2を実装
することにより、低コストで高性能の携帯電話を実現す
ることができる。
【0043】[他の実施形態]本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種
々の構成に変更することができる。例えば、中心電極2
1,22は、導線(断面形状が略円形状)のものに限る
ものではなく、金属箔(断面形状が平板形状)のもので
あっても良い。また、中心電極組立体13の形状は、矩
形状の他に、円柱形状や変形角形状等任意である。ま
た、永久磁石9,10の形状は、永久磁石の側面が金属
ケースの内側面に当接できればよく、矩形状の他に、例
えば、角が丸い矩形状や円形状や変形角形状であっても
よい。
【0044】また、アイソレータの他に、サーキュレー
タ等の各種非可逆回路素子にも本発明を適用することが
できる。
【0045】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第1永久磁石の側面及び第2永久磁石の側面
をそれぞれ金属ケースの対向する二つの内側面のいずれ
かの内側面に当接させているので、第1永久磁石と第2
永久磁石を金属ケースの内側面に容易に位置決めするこ
とができる。従って、組み立てが容易な非可逆回路素子
及び通信装置を得ることができる。
【0046】さらに、第1永久磁石及び第2永久磁石を
金属ケースの内側面に当接させて、内側面側に片寄って
配置させているので、金属ケース内の磁場分布を改善す
ることができ、非可逆回路素子や通信装置の挿入損失特
性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非可逆回路素子の第1実施形態の
分解斜視図。
【図2】図1に示した非可逆回路素子の金属ケースと永
久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面
図。
【図3】図1に示した非可逆回路素子の組み立て完成後
の斜視図。
【図4】図3に示した非可逆回路素子の電気等価回路
図。
【図5】図1に示した非可逆回路素子の変形例を示す、
金属ケースと永久磁石及びフェライトとの配置関係を示
した模式平面図。
【図6】図1、図5及び図11に示した非可逆回路素子
と挿入損失の関係を示すグラフ。
【図7】本発明に係る非可逆回路素子の第2実施形態の
分解斜視図。
【図8】図7に示した非可逆回路素子の金属ケースと永
久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面
図。
【図9】本発明に係る通信装置の一実施形態を示すブロ
ック図。
【図10】従来の非可逆回路素子の一実施形態を示す垂
直断面図。
【図11】従来の別の非可逆回路素子の金属ケースと永
久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面
図。
【符号の説明】 1,2…アイソレータ(非可逆回路素子) 5…金属ケース 5b…金属ケースの側壁 6a,6b…金属ケースの内側面 9,10…永久磁石 9a,9b,10a,10b…永久磁石の磁極面 9c,9d,10c,10d…永久磁石の側面 13…中心電極組立体 20…マイクロ波フェライト 21,22…中心電極 120…携帯電話(通信装置)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを
    有する第1永久磁石と、 磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第2永久
    磁石と、 前記第1永久磁石の磁極面と前記第2永久磁石の磁極面
    との間に配置され、前記第1永久磁石から前記第2永久
    磁石に向かって形成される直流磁界が印加される、フェ
    ライトと前記フェライトに配置された複数の中心電極と
    で構成された中心電極組立体と、 対向する二つの内側面を有し、前記第1永久磁石と前記
    第2永久磁石と前記中心電極組立体とを収容する金属ケ
    ースとを備え、 前記第1永久磁石の側面及び前記第2永久磁石の側面
    が、それぞれ前記金属ケースの対向する二つの内側面の
    いずれかの内側面に当接し、前記第1永久磁石の中心位
    置及び前記第2永久磁石の中心位置が、それぞれ前記中
    心電極組立体の中心位置と異なっていること、 を特徴とする非可逆回路素子。
  2. 【請求項2】 前記第1永久磁石の側面及び前記第2永
    久磁石の側面が、前記金属ケースの対向する二つの内側
    面の一方の内側面に当接し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. 【請求項3】 前記第1永久磁石の側面が前記金属ケー
    スの対向する二つの内側面の一方の内側面に当接し、か
    つ、前記第2永久磁石の側面が前記金属ケースの他方の
    内側面に当接し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。
  4. 【請求項4】 請求項1〜請求項3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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