JP5338921B2

JP5338921B2 - 磁気共鳴型アイソレータ

Info

Publication number: JP5338921B2
Application number: JP2011547367A
Authority: JP
Inventors: 隆長谷川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-12-26
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: WO2011077803A1; US8319576B2; JPWO2011077803A1; CN102668235B; US20120242422A1; CN102668235A

Description

本発明は、磁気共鳴型アイソレータ、特に、マイクロ波帯などで使用される磁気共鳴型アイソレータに関する。

一般に、アイソレータは信号を特定方向にのみ伝送し、逆方向には伝送しない特性を有し、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に搭載されている。そして、磁気共鳴型アイソレータとしては特許文献１，２に記載のものが知られている。磁気共鳴型アイソレータは、直交する二つの線路（四つの開口を有している）に、振幅が等しく位相が１／４波長だけ異なる高周波電流が流れたとき、交点に回転する磁界（円偏波）が生じ、二つの線路の電磁波進行方向に応じて円偏波の旋回方向が逆転する現象を利用している。即ち、交点にフェライトを配置するとともに永久磁石によって磁気共鳴に必要な静磁界を印加し、主線路を伝搬する電磁波の進行方向に応じて副線路からの反射波によって正の円偏波又は負の円偏波が生じる。正の円偏波が生じるとフェライトの磁気共鳴によって信号が吸収され、負の円偏波が生じると磁気共鳴は発生せずに信号はそのまま通過する。副線路の端部には信号を反射させるリアクタンス素子が接続される。

しかしながら、従来の磁気共鳴型アイソレータは、主線路が共振するために１／４波長の長さを有しており、かつ、二つのリアクタンス素子を搭載するために、例えば、約２ＧＨｚではサイズが２０ｍｍ×２０ｍｍと大型化している。このことは、移動体通信機器が近年小型化、実装密度が高度化している現状に適合していない。

特開昭６３−２６０２０１号公報特開２００１−３２６５０４号公報

そこで、本発明の目的は、小型化された低インピーダンスの磁気共鳴型アイソレータを提供することにある。

本発明の第１の形態である磁気共鳴型アイソレータは、
互いに対向する第１主面及び第２主面を有するフェライトと、
前記フェライトの第１主面に配置された、第１開口、第２開口及び第３開口を有する接合導体と、
前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
を備え、
前記接合導体は、第１開口と第２開口との間に配置された主線路と、該主線路から分岐して第３開口に至る副線路とからなり、前記主線路は共振することがなく、
前記副線路は第２主面に前記主線路と直交する方向に延在された対向導体とされ、該対向導体の端部を第３開口とし、第３開口とグランドとの間にリアクタンス素子が接続されていること、
を特徴とする。

第１の形態である磁気共鳴型アイソレータにおいて、リアクタンス素子が接続されている副線路からの反射波が第１及び第２開口からの入射波に対して接合導体の交点で９０度位相がずれるように調整されている。これにより、交点に正又は負の円偏波が発生する。正又は負の円偏波が発生することによる信号の吸収、通過は従来と同様である。第１の形態である磁気共鳴型アイソレータは、主線路が共振することはないので、主線路を１／４波長以下に短くすることができ、かつ、３開口タイプであるためにリアクタンス素子は一つでよい。これにて、非常に小型で低インピーダンスの磁気共鳴型アイソレータとすることができる。また、フェライトの第２主面に主線路と直交する方向に延在する対向導体が副線路から延長された状態で配置されているため、対向導体によって高周波磁界がフェライトに閉じ込められて磁束の漏れが小さくなり、挿入損失が改善される。

また、フェライトを第１及び第２主面にそれぞれ対向する一対の永久磁石によって挟まれた状態で実装用基板上にいわば縦置きすることにより、縦置きされているフェライトに設けた接合導体は、その厚み分だけで実装用基板に配置されているグランド導体と対向するため、インピーダンスが高くなり、挿入損失が小さくなる。

本発明によれば、小型化された低インピーダンスの磁気共鳴型アイソレータを得ることができる。

第１実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す斜視図である。第１実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す分解斜視図である。第１実施例である磁気共鳴型アイソレータのフェライトを示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第１実施例である磁気共鳴型アイソレータの等価回路図である。第１実施例である磁気共鳴型アイソレータの特性を示すグラフである。第２実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す斜視図である。第２実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す分解斜視図である。第２実施例である磁気共鳴型アイソレータのフェライトを示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第２実施例である磁気共鳴型アイソレータの等価回路図である。第２実施例である磁気共鳴型アイソレータの特性を示すグラフである。第３実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す斜視図である。第３実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す分解斜視図である。第３実施例である磁気共鳴型アイソレータのフェライトを示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第３実施例である磁気共鳴型アイソレータの等価回路図である。第３実施例である磁気共鳴型アイソレータの特性を示すグラフである。第４実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す斜視図である。第４実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す分解斜視図である。第４実施例である磁気共鳴型アイソレータのフェライトを示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第４実施例である磁気共鳴型アイソレータの等価回路図である。第４実施例である磁気共鳴型アイソレータの特性を示すグラフである。第５実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す斜視図である。第５実施例である磁気共鳴型アイソレータを示す分解斜視図である。第５実施例である磁気共鳴型アイソレータのフェライトを示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第５実施例である磁気共鳴型アイソレータの等価回路図である。第５実施例である磁気共鳴型アイソレータの特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る磁気共鳴型アイソレータの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図において斜線を付した部分は導電体であることを示している。

（第１実施例、図１〜図５参照）
第１実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ａは、図１及び図２に示すように、フェライト１０と、フェライト１０の第１主面１１に配置されたＴ字形状をなす三つの開口Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有する接合導体１５と、フェライト１０に直流磁界を印加する永久磁石２０と、リアクタンス素子としてのコンデンサＣと、実装用基板３０と、を備えている。

接合導体１５は、導電性金属による蒸着などで形成された薄膜あるいは導電性ペーストの塗布・焼付けにて形成された厚膜である。図３及び図４に示すように、接合導体の三つの開口Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のうち、直線状に対向する第１開口Ｐ１と第２開口Ｐ２との間に配置された主線路は１／４波長以下の共振しない線路長とされている。第１主面１１上で接合導体１５の主線路から分岐した副線路は、主線路と直交する方向に延在され、その端部が第３開口Ｐ３とされている。そして、第３開口Ｐ３にはコンデンサＣの一端が接続される。なお、主線路の両端（第１及び第２開口Ｐ１，Ｐ２）及び副線路の端部（第３開口Ｐ３）はフェライト１０の側面から第２主面１２側に回り込んでいる（図３（Ｂ）参照）。ここで、主線路とは第１及び第２開口Ｐ１，Ｐ２間の導体を意味し、副線路とは主線路の中央部分から分岐して第３開口Ｐ３へ至る導体を意味する。

実装用基板３０には、入力端子電極３１、出力端子電極３２、中継端子電極３３、グランド端子電極３４がそれぞれ形成されている。フェライト１０と永久磁石２０は同じ面積であり、フェライト１０は第１主面１１上に永久磁石２０が貼着された状態で実装用基板３０上に搭載される。このとき、主線路の一端（第１開口Ｐ１）は入力端子電極３１に接続され、他端（第２開口Ｐ２）は出力端子電極３２に接続され、副線路の端部（第３開口Ｐ３）は中継端子電極３３に接続される。コンデンサＣは一端が中継端子電極３３に接続され、他端がグランド端子電極３４に接続される。

以上の構成からなる磁気共鳴型アイソレータ１Ａにおいて、コンデンサＣが接続されている副線路からの反射波が第１開口Ｐ１又は第２開口Ｐ２からの入射波に対して接合導体１５の交点で９０度位相がずれるように調整されている。詳しくは、第１開口Ｐ１からの入射波は、副線路からの反射波によって交点に負の円偏波が生じるので磁気共鳴が発生することはなく、入射波は第２開口Ｐ２に伝送される。一方、第２開口Ｐ２からの入射波は、副線路からの反射波によって交点に正の円偏波が生じるので磁気共鳴して吸収される。

第１実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ａの入力リターンロスを図５（Ａ）に示し、アイソレーションを図５（Ｂ）に示し、挿入損失を図５（Ｃ）に示し、出力リターンロスを図５（Ｄ）に示す。飽和磁化は１００ｍＴ、コンデンサＣの容量は４ｐＦである。入力端及び出力端の間のインピーダンスは２０Ωである。１９２０〜１９８０ＭＨｚで挿入損失が２．４ｄＢ、アイソレーションが９．６ｄＢである。

また、主線路が共振することはないので、主線路を１／４波長以下に短くすることができ、第１実施例において、フェライト１０のサイズは縦横が０．６ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍである。このように、フェライト１０が従来よりも非常に小さなサイズであること、及び、リアクタンス素子として一つのコンデンサＣを用いていることと相俟って、小型で低インピーダンスの磁気共鳴型アイソレータが得られた。

この磁気共鳴型アイソレータ１Ａは、例えば、移動体通信機器の送信回路モジュールに組み込まれる。実装用基板３０は送信回路モジュールにおけるパワーアンプを搭載するためのプリント配線基板であってもよい。この場合、接合導体１５を備えかつ永久磁石２０を貼着したフェライト１０が送信モジュールの組立て工程に供給されることになる。この点は以下に示す第２〜第５実施例でも同様である。

（第２実施例、図６〜図１０参照）
第２実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｂは、図８（Ｂ）に示すように、フェライト１０の第２主面１２にグランド導体１６を形成し、グランド導体１６と接続するための中継端子電極３５を実装用基板３０に設けたもので、他の構成は前記第１実施例と同様である。従って、その作用効果は第１実施例と基本的に同様である。

第２実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｂの入力リターンロスを図１０（Ａ）に示し、アイソレーションを図１０（Ｂ）に示し、挿入損失を図１０（Ｃ）に示し、出力リターンロスを図１０（Ｄ）に示す。飽和磁化は１００ｍＴ、コンデンサＣの容量は４ｐＦである。入力端及び出力端の間のインピーダンスは２０Ωである。１９２０〜１９８０ＭＨｚで挿入損失が２．３ｄＢ、アイソレーションが１１．１ｄＢである。フェライト１０のサイズは縦横が０．６ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍである。

（第３実施例、図１１〜図１５参照）
第３実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｃは、第１主面１１上で接合導体１５の主線路から分岐した副線路の端部を、第２主面１２に主線路と直交する方向に延在された対向導体１７（図１３（Ｂ）参照）としたもので、対向導体１７の端部は第３開口Ｐ３とされ、中継端子電極３３に接続されている。コンデンサＣは中継端子電極３３とグランド端子電極３４間に接続されている。本第３実施例において他の構成は前記第１実施例と同様である。従って、その作用効果は第１実施例と基本的に同様である。

第３実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｃの入力リターンロスを図１５（Ａ）に示し、アイソレーションを図１５（Ｂ）に示し、挿入損失を図１５（Ｃ）に示し、出力リターンロスを図１５（Ｄ）に示す。飽和磁化は１００ｍＴ、コンデンサＣの容量は３ｐＦである。入力端及び出力端の間のインピーダンスは２０Ωである。１９２０〜１９８０ＭＨｚで挿入損失が０．８ｄＢ、アイソレーションが９．５ｄＢである。フェライト１０のサイズは縦横が０．６ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍである。

本第３実施例においては、挿入損失特性、アイソレーション特性が良好である。その理由は、第１及び第２開口Ｐ１，Ｐ２間の主線路と直交する方向に延在する対向導体１７が第３開口Ｐ３と接続した状態で配置されているため、対向導体１７によって高周波磁界がフェライト１０に閉じ込められて磁束の漏れが小さくなったためである。

（第４実施例、図１６〜図２０参照）
第４実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｄは、図１６、図１７に示すように、リアクタンス素子として前記コンデンサＣに代えてインダクタＬを設けたものであり、他の構成は前記第３実施例と同様である。従って、その作用効果は第３実施例と同様である。

第４実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｄの入力リターンロスを図２０（Ａ）に示し、アイソレーションを図２０（Ｂ）に示し、挿入損失を図２０（Ｃ）に示し、出力リターンロスを図２０（Ｄ）に示す。飽和磁化は１００ｍＴ、インダクタＬのインダクタンスは２ｎＨである。入出端及び出力端の間のインピーダンスは３０Ωである。１９２０〜１９８０ＭＨｚで挿入損失が１．４ｄＢ、アイソレーションが８．７ｄＢである。フェライト１０のサイズは縦横が０．６ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍである。

（第５実施例、図２１〜図２５参照）
第５実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｅは、図２１〜図２３に示すように、直方体形状のフェライト１０の第１主面１１に接合導体１５を配置し、一端を第１開口Ｐ１とし、他端を第２開口Ｐ２とし、第１及び第２開口Ｐ１，Ｐ２間の主線路の中央部分から分岐した副線路をフェライト１０の上面から第２主面１２へ延長して主線路と直交する対向導体１７としたものである。対向導体１７の端部はフェライト１０の第２主面１２から下面を介して第１主面１１まで延在され、第３開口Ｐ３とされている。主線路は１／４波長以下の共振しない線路長とされている。

また、フェライト１０は第１及び第２主面１１，１２にそれぞれ対向する一対の永久磁石２０によって挟まれており、かつ、実装用基板３０上に第１及び第２主面１１，１２が実装用基板３０の表面と直交する方向に搭載（即ち、縦置き）されている

実装用基板３０には、入力端子電極３１、出力端子電極３２、中継端子電極３３、グランド端子電極３４がそれぞれ形成されている。接合導体１５の一端（第１開口Ｐ１）は入力端子電極３１に接続され、他端（第２開口Ｐ２）は出力端子電極３２に接続され、対向導体１７の他端（第３開口Ｐ３）は中継端子電極３３に接続される。コンデンサＣは一端が中継端子電極３３に接続され、他端がグランド端子電極３４に接続される。

本第５実施例である磁気共鳴型アイソレータ１Ｅの入力リターンロスを図２５（Ａ）に示し、アイソレーションを図２５（Ｂ）に示し、挿入損失を図２５（Ｃ）に示し、出力リターンロスを図２５（Ｄ）に示す。飽和磁化は１００ｍＴ、コンデンサＣの容量は２ｐＦである。入力端及び出力端の間のインピーダンスは２０Ωである。１９２０〜１９８０ＭＨｚで挿入損失が０．４２ｄＢ、アイソレーションが７．１ｄＢである。フェライト１０のサイズは縦横が０．４ｍｍ×０．８ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍである。第５実施例においては、挿入損失特性が良好であり、小型化、低背化が実現されている。

本第５実施例では、実装用基板３０上に縦置きされているフェライト１０に設けた接合導体１５は、その厚み分だけで実装用基板３０に配置されているグランド導体（図示せず）と対向するため、インピーダンスが高くなり、挿入損失が小さくなる。

なお、本発明に係る磁気共鳴型アイソレータ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できる。

例えば、接合導体は必ずしもＴ字形状である必要はなく、交点が９０度より若干大きいあるいは小さい角度を有していてもよい。また、実装用基板にあってはその大きさ、形状、構造などは任意である。

以上のように、本発明は、磁気共鳴型アイソレータに有用であり、特に、小型化、低インピーダンスを達成できる点で優れている。

１Ａ〜１Ｅ…磁気共鳴型アイソレータ
１０…フェライト
１１，１２…主面
１５…接合導体
１７…対向導体
２０…永久磁石
３０…実装用基板
Ｐ１…第１開口
Ｐ２…第２開口
Ｐ３…第３開口
Ｃ…コンデンサ
Ｌ…インダクタ

Claims

互いに対向する第１主面及び第２主面を有するフェライトと、
前記フェライトの第１主面に配置された、第１開口、第２開口及び第３開口を有する接合導体と、
前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
を備え、
前記接合導体は、第１開口と第２開口との間に配置された主線路と、該主線路から分岐して第３開口に至る副線路とからなり、前記主線路は共振することがなく、
前記副線路は第２主面に前記主線路と直交する方向に延在された対向導体とされ、該対向導体の端部を第３開口とし、第３開口とグランドとの間にリアクタンス素子が接続されていること、
を特徴とする磁気共鳴型アイソレータ。
さらに、実装用基板を備え、
前記フェライトは第１及び第２主面にそれぞれ対向する一対の永久磁石によって挟まれており、かつ、前記実装用基板上に第１及び第２主面が該実装用基板の表面と直交する方向に搭載されていること、
を特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴型アイソレータ。