JP3673512B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ共用器等に適用されるサーキュレータ、アイソレータ等の非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非可逆回路素子の構成を図７に基づいて説明すると、従来の非可逆回路素子は、コ字状の第１のヨーク５１と、この第１のヨーク５１内に配置された磁石５２と、この磁石５２の下部に配置された円板状のフェライト部材５３と、１２０度の間隔でフェライト部材５３に取り付けられ、一部が互いに電気的絶縁状態で交叉した金属板からなり、１２０度の間隔で配置された３個の中心導体５４、５５，５６と、フェライト部材５３を保持する保持部材５７と、コ字状の第２のヨーク５８とで構成されている。
【０００３】
また、保持部材５７の孔５７ａには、中心導体５４、５５，５６を取り付けたフェライト部材５３が挿入されると共に、このフェライト部材５３上に磁石５２を配置した状態で、上下から第１，第２のヨーク５１，５８を被せる。
そして、第１，第２のヨーク５１，５８で磁石５２，フェライト部材５３、及び保持部材５７を挟持した状態で、コ字状が互い違いに配置された第１，第２のヨーク５１，５８を結合して、第１，第２のヨーク５１，５８とで磁気閉回路が形成された構成となっている。
【０００４】
また、図７に示すように、３個の中心導体５４、５５，５６は、薄い金属板で形成され、一端側はそれぞれコンデンサ（図示せず）が接続され、更に外部回路（図示せず）に接続される第１導体部５４ａ、５５ａ、５６ａと、他端側がこの第１導体部５４ａ、５５ａ、５６ａに一直線状に繋がれ、接地回路に接続される第２導体部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂとで構成されていると共に、３個の中心導体５４，５５，５６のそれぞれは、第１導体部５４ａ、５５ａ、５６ａ、及び第２導体部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂがフェライト部材５３上に位置した状態となっている。
【０００５】
そして、例えば、図示せぬ外部回路から第１の中心導体５４に信号を入力すると、前記磁気閉回路によってバイアスがかかっているため、信号はフェライト部材５３状を回転し、その結果、中心導体５５に電流が発生して、第１導体部５５ａから出力されるようになる。
また、中心導体５５から入力して、中心導体５６から出力する場合、及び中心導体５６から入力して、中心導体５４から出力する場合も、前記と同様の原理によって動作する。
【０００６】
３個の中心導体５４，５５，５６のそれぞれは１２０度の間隔で配置されているため、それぞれの中心導体５４，５５，５６相互のインピーダンスがほぼ同一であるため、出力端子から入力端子への信号減衰量（アイソレーション）特性が大きくできる長所を有する。
しかし、信号が磁気閉回路によるバイアスによってフェライト部材５３を伝送する際の損失は、１２０度では最小値ではないため、入力端子から出力端子への信号伝送による挿入損失（インサーションロス）特性が大きくなるという欠点を有する。
【０００７】
また、別の従来例として、中心導体間の間隔を１２０度より大きな約１５０度に配置し、バイアスを１５０度に適した値にすることによって、挿入損失を最小値にできることは公知となっている。（例えば、特許文献１参照）
【０００８】
しかし、このように１５０度に配置すると、アイソレーション特性は、１２０度に配置した場合に比べて悪化する。
【０００９】
以上の従来例における挿入損失とアイソレーション特性を図４，図５に示す。
図４は、入力端から入力される信号に対して出力端から出力される信号の利得（符号がマイナスであるので損失）を周波数毎に示したものである。
この図４中のＫ２は、前記中心導体の間隔を１２０度に設定した従来例の特性を示し、Ｋ１は、前記中心導体の間隔を１５０度に設定した別の従来例の特性を示し、１５０度に設定した従来例の方が挿入損失が小さいので、良好な特性が得られる。
【００１０】
一方、図５は、出力端から入力した信号に対して入力端から出力される信号の減衰を周波数毎に示したものである。
この図５中のＬ２は、前記中心導体の間隔を１２０度に設定した従来例の特性を示し、Ｌ１は、前記中心導体の間隔を１５０度に設定した別の従来例の特性を示し、１２０度に設定した従来例の方がアイソレーションが大きいので、良好な特性が得られる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−１０２７０４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非可逆回路素子において、中心導体５４、５５，５６は、それぞれ１２０度の間隔で配置されているため、アイソレーション特性が良好であるが、挿入損失特性が悪化する問題があり、また、別の従来例のように中心導体の間隔を１５０度に配置すると、挿入損失特性は良好になるが、アイソレーション特性が悪化するという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は挿入損失特性とアイソレーション特性のバランスを、適用される回路の要求に応じて適宜調整できるようにした非可逆回路素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の解決手段として、磁石、及びこの磁石に対向して配置された平板状のフェライト部材とで形成された直流磁界と、この直流磁界内に位置し、互いに電気的絶縁状態で上下方向の異なる面に設けられて、上下方向で一部が交叉した状態で、１２０度の間隔で配置された第１，第２，第３の中心導体とを備え、前記第１，第２，第３の中心導体は、外部回路と接続される入力用、或いは出力用の第１導体部と、接地回路に接続される接地用の第２導体部をそれぞれ有し、前記第１，第２，第３の中心導体の少なくとも一つの前記第２導体部は、前記直流磁界内で、前記第１導電体に対して交叉する部分で曲げられて、１２０度より大きな一つの第１の交叉角度を有すると共に、前記中心導体のそれぞれの前記第１導体部間には、３つの１２０度の第２の交叉角度を有した構成とした。
【００１５】
また、第２の解決手段として、前記中心導体のそれぞれの前記第２導体部間には、１２０度より大きな一つの前記第１の交叉角度と、１２０度より小さく、同じ交叉角度の２つの第３の交叉角度を有した構成とした。
【００１６】
また、第３の解決手段として、前記中心導体のそれぞれの前記第２導体部間には、１２０度より大きな一つの前記第１の交叉角度と、１２０度より小さく、互いに異なる交叉角度の２つの第３の交叉角度を有した構成とした。
また、第４の解決手段として、前記第１の交叉角度が１５０度に設定された構成とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の非可逆回路素子の図面を説明すると、図１は本発明の非可逆回路素子の分解斜視図、図２は本発明の非可逆回路素子の要部の断面図、図３は本発明の非可逆回路素子の中心導体の配置を示す説明図、図４は本発明の非可逆回路素子における挿入損失特性を示すグラフ、図５は本発明の非可逆回路素子におけるアイソレーション特性を示すグラフ、図６は本発明の非可逆回路素子をサーキュレータに適用した等価回路図である。
【００１８】
次に、本発明の非可逆回路素子の構成を図１〜図５に基づいて説明すると、コ字状の磁性板（鉄板等）からなる第１のヨーク１は、四角状の上板１ａと、この上板１ａの対向する辺から下方に折り曲げられた対向する一対の側板１ｂとを有する。
円板状の磁石２は、第１のヨーク１の内面に配置され、上板１ａに適宜手段によって取り付けられている。
【００１９】
コ字状の磁性板（鉄板等）からなる第２のヨーク３は、四角状の底板３ａと、この底板３ａの対向する辺から上方に折り曲げられた対向する一対の側板３ｂとを有する。
そして、この第２のヨーク３は、その一対の側板３ｂが第１のヨーク１の一対の側板１ｂと結合されて、磁気閉回路が形成される。
【００２０】
ＹＩＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ ｉｒｏｎ ｇａｒｎｅｔ）等からなる円板状のフェライト部材４は、第２のヨーク３の底板３ａ上に載置された状態で、取り付けられている。
【００２１】
また、チップ型のコンデンサＣ１は、板状のセラミック等からなる絶縁体２１と、この絶縁体２１の対向する平坦な二つの外面に設けられた銀等からなる第１，第２の電極部２２，２３とで構成され、そして、互いに対向する第１，第２の電極部２２，２３との間で容量が形成されている。
【００２２】
そして、３個のチップ型のコンデンサＣ１は、第１の電極部２２が第２のヨーク３の底板３ａに半田付けされ、第２のヨーク３に取り付けられると共に、第２のヨーク３に接地された構成となっている。
【００２３】
銅等の薄い導電板からなる第１，第２，第３の中心導体５，６、７は、それぞれ両端部に設けられた一対の折り曲げ部５ａ、６ａ、７ａと、一方の折り曲げ部５ａ、６ａ、７ａの端部に設けられた接続部５ｂ、６ｂ、７ｂと、他方の折り曲げ部５ａ、６ａ、７ａの端部において折り曲げ形成された端子部５ｃ、６ｃ、７ｃと、端子部５ｃ、６ｃ、７ｃ側に位置する入力用、或いは出力用の第１導体部５ｄ、６ｄ、７ｄと、接続部５ｂ、６ｂ、７ｂ側に位置する第２導体部５ｅ、６ｅ、７ｅとを有する。
【００２４】
また、第１の中心導体５の第１，第２導体部５ｄ、５ｅは、一直線状に形成されると共に、第２、第３の中心導体６，７は、それぞれ第２導体部６ｅ、７ｅが後述する交叉部を境として、第１導体部６ｄ、７ｄに対して円周方向に曲げられている。
【００２５】
そして、１２０度の間隔で配置された第１，第２，第３の中心導体５，６、７は、それぞれ絶縁材からなる絶縁体８を挟んで、上下方向の異なる面に配置され、且つ、第１導体部５ｄ、６ｄ、７ｄが互いに１２０度の間隔を置いて配設されると共に、上下方向において一部が交叉した状態となっている。
また、これ等の第１，第２，第３の中心導体５，６、７は、絶縁体８を介してフェライト部材４上に載置される。
【００２６】
この時、第１，第２，第３の中心導体５，６，７の端子部５ｃ、６ｃ、７ｃは、それぞれがチップ型のコンデンサＣ１の第２の電極部２３上に半田付けされて、電気的に接続され、また、接続部５ｂ、６ｂ、７ｂは、第２のヨーク３の底板３ａに半田付けされて、接地状態で電気的に接続される。
【００２７】
即ち、入力用、或いは出力用の第１導体部５ｄ、６ｄ、７ｄ側には、コンデンサＣ１が接続され、また、接地用の第２導体部５ｅ、６ｅ、７ｅ側が接地された構成となっている。
【００２８】
また、フェライト部材４上に配置された第１，第２，第３の中心導体５，６、７が載置された際、図３に示すように、第１，第２，第３の中心導体５，６、７のそれぞれの第１導体部５ｄ、６ｄ、７ｄ間は、１２０度の交叉角度で等間隔に配置されると共に、第２，第３の中心導体６，７の第２導体部６ｅ、７ｅは、第１の中心導体５の第２導体部５ｅとの間における交叉角度が１２０度よりも小さい交叉角度（例えば１０５度）で配置された構成となっている。
【００２９】
そして、第２導体部５ｅ、６ｅの交叉角度（例えば１０５度）と第２導体部５ｅ、７ｅの交叉角度（例えば１０５度）は、等しくなっていると共に、この実施例では、第１の中心導体５の第１導体部５ｄが位置する側において、第２，第３の中心導体６，７の第２導体部６ｅ、７ｅ間でなす交叉角度が１５０度となして配置されている。
【００３０】
そして、第１，第２，第３の中心導体５，６，７上には、第１のヨーク１に位置決めされた磁石２が配置され、この状態で、第１，第２のヨーク１，３の側板１ｂ、３ｂ同士が結合されると、第１，第２のヨーク１，３間で磁石２，フェライト部材４等を挟持すると、サーキュレータ、或いはアイソレータからなる非可逆回路素子が形成される。
【００３１】
また、このような構成を有する本発明の非可逆回路素子は、ここでは図示しないが、導電パターンを有する回路基板上に搭載されて、面実装されるようになっている。
【００３２】
このような構成を有する本発明の非可逆回路素子は、図３に示すように、例えば、第２の中心導体６に信号を入力すると、前記磁気閉回路によってバイアスがかかっているため、信号はフェライト部材４上を回転し、その結果、第３の中心導体７に電流が発生して、第１導体部７ａから出力されるようになる。
【００３３】
この時、第２の中心導体６と第３の中心導体７間の第１導体部６ｄ、７ｄ間の交叉角度は、１２０度に設定され、第２導体部６ｅ、７ｅ間の交叉角度は、１５０度に設定されているので、両者の中間の特性を得ることができる。
そして、本発明の構成における特性は、図４で挿入損失特性をカーブＫ３で示し、また、図５でアイソレーション特性をカーブＬ３で示したが、何れも従来例の中間の値を示している。
【００３４】
また、上記の実施例では、第２，第３の中心導体６，７との関係で説明したが、第１，第２の中心導体間、及び第３，第１の中心導体間においても同様の交叉角度に設定すれば、同様の特性を得ることができる。
また、上記実施例では、第１導体部６ｄ、７ｄ間の交叉角度を１２０度に設定し、且つ、第２導体部６ｅ、７ｅ間の交叉角度を１５０度に設定したが、逆に第１導体部６ｄ、７ｄ間の交叉角度を１５０度に設定し、第２導体部６ｅ、７ｅ間の交叉角度を１２０度に設定しても、同様の特性を得ることができる。
【００３５】
また、上記実施例では、第２導体部６ｅ、７ｅ間の交叉角度を１５０度に設定したが、１５０度に限定することなく、１２０度より大きな交叉角度に設定することによって、使用される回路特性の要求に合致した特性を得ることができる。また、１２０度より小さい１０５度の２組の交叉角度は、互いに異なる交叉角度にしても良い。
【００３６】
また、図５は、本発明の非可逆回路素子をサーキュレータに適用した等価回路図を示し、第１，第２，第３の中心導体５，６，７のそれぞれの一端側に入出力端子となる端子部５ｃ、６ｃ、７ｃが設けられ、また、それぞれの他端側である接続部５ｂ、６ｂ、７ｂが接地されると共に、第１，第２，第３の中心導体５，６，７の端子部５ｃ、６ｃ、７ｃには、接地されたチップ型のコンデンサＣ１が接続された構成となっている。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の非可逆回路素子は、磁石、及びこの磁石に対向して配置された平板状のフェライト部材とで形成された直流磁界と、この直流磁界内に位置し、互いに電気的絶縁状態で上下方向の異なる面に設けられて、上下方向で一部が交叉した状態で、１２０度の間隔で配置された第１，第２，第３の中心導体とを備え、第１，第２，第３の中心導体は、外部回路と接続される第１導体部と、接地回路に接続される第２導体部をそれぞれ有し、第１，第２，第３の中心導体の少なくとも一つは、直流磁界内で、第１導体部、又は第２導体部が円周方向に曲げられ、第１，第２，第３の中心導体のそれぞれの第１導体部間で形成される３つの交叉角度と第２導体部間で形成される３つの交叉角度とで構成される６組の交叉角度において、１２０度より大きな一つの第１の交叉角度を設けた構成とした。
このような構成によって、使用される回路特性の要求に合致した挿入損失特性とアイソレーション特性を、最も近い特性を有するものが容易な構造で任意に調整して得ることができるので、伝送効率の良い非可逆回路素子を実現できる。
【００３８】
また、１２０度より大きな第１の交叉角度と、１２０度の第２の交叉角度と、１２０度より小さい２組の第３の交叉角度を有し、２組の第３の交叉角度が同じ交叉角度に設定されたため、第１，第２，第３の中心導体を１２０度の間隔で配置すれば良く、その製造が容易となる。
【００３９】
また、１２０度より大きな第１の交叉角度と、１２０度の第２の交叉角度と、１２０度より小さい２組の第３の交叉角度を有し、２組の第３の交叉角度が互いに異なる交叉角度に設定されたため、第１，第２，第３の中心導体を１２０度の間隔で配置すれば良く、その製造が容易となる。
【００４０】
また、第１導体部に対して第２導体部が円周方向に曲げられたため、外部回路に接続される第１導体部の位置が一定となり、セット側での配線が容易なものが得られる。
【００４１】
また、第１の交叉角度が１５０度に設定されたため、アイソレーション特性の良好なものが得られる。
【００４２】
また、第２導電体は、第１導電体に対してそれぞれ中心導体が交叉する部分で曲げられたため、他の部分で曲げられたものに比べてインダクタンス部分が長くなるので、コンデンサとによって共振回路のＱ値が高くなり、周波数特性が良好な非可逆回路素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非可逆回路素子の分解斜視図。
【図２】本発明の非可逆回路素子の要部の断面図。
【図３】本発明の非可逆回路素子の中心導体の配置を示す説明図。
【図４】本発明の非可逆回路素子における挿入損失特性を示すグラフ。
【図５】本発明の非可逆回路素子におけるアイソレーション特性を示すグラフ。
【図６】本発明の非可逆回路素子をサーキュレータに適用した等価回路図。
【図７】従来の非可逆回路素子の分解斜視図。
【符号の説明】
１ 第１のヨーク
１ａ 上板
１ｂ 側板
２ 磁石
３ 第２のヨーク
３ａ 底板
３ｂ 側板
４ フェライト部材
５ 第１の中心導体
５ａ 折り曲げ部
５ｂ 接続部
５ｃ 端子部
５ｄ 第１導体部
５ｅ 第２導体部
６ 第２の中心導体
６ａ 折り曲げ部
６ｂ 接続部
６ｃ 端子部
６ｄ 第１導体部
６ｅ 第２導体部
７ 第３の中心導体
７ａ 折り曲げ部
７ｂ 接続部
７ｃ 端子部
７ｄ 第１導体部
７ｅ 第２導体部
８ 誘電体
Ｃ１ チップ型のコンデンサ
２１ 絶縁体
２２ 第１の電極部
２３ 第２の電極部

Claims (4)

1. 磁石、及びこの磁石に対向して配置された平板状のフェライト部材とで形成された直流磁界と、この直流磁界内に位置し、互いに電気的絶縁状態で上下方向の異なる面に設けられて、上下方向で一部が交叉した状態で、１２０度の間隔で配置された第１，第２，第３の中心導体とを備え、前記第１，第２，第３の中心導体は、外部回路と接続される入力用、或いは出力用の第１導体部と、接地回路に接続される接地用の第２導体部をそれぞれ有し、前記第１，第２，第３の中心導体の少なくとも一つの前記第２導体部は、前記直流磁界内で、前記第１導電体に対して交叉する部分で曲げられて、１２０度より大きな一つの第１の交叉角度を有すると共に、前記中心導体のそれぞれの前記第１導体部間には、３つの１２０度の第２の交叉角度を有したことを特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記中心導体のそれぞれの前記第２導体部間には、１２０度より大きな一つの前記第１の交叉角度と、１２０度より小さく、同じ交叉角度の２つの第３の交叉角度を有したことを特徴とする請求項１記載の非可逆回路素子。
3. 前記中心導体のそれぞれの前記第２導体部間には、１２０度より大きな一つの前記第１の交叉角度と、１２０度より小さく、互いに異なる交叉角度の２つの第３の交叉角度を有したことを特徴とする請求項１記載の非可逆回路素子。
4. 前記第１の交叉角度が１５０度に設定されたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の非可逆回路素子。

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