WO2013088618A1

WO2013088618A1 - 非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子の製造方法

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Abstract

　サーキュレータ（１０）は、ＰＣＢ（１１）上に設けられたフェライト（１３）と、フェライト（１３）の上面を覆い、一体として形成される金属カバー（１４）と、金属カバー（１４）とＰＣＢ（１１）上の複数の信号伝送線のそれぞれとを電気的に接続する複数の接続部（１４１、１４２、１４３）と、フェライト（１３）に対して磁界をかける永久磁石（１５）とを備える。これにより、例えば、部品数が少なく回路基板への実装が容易な非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子の製造方法を提供することができる。

Description

非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子の製造方法

　本発明は、回路基板上の部品数が少なく実装が容易な非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子の製造方法を提供することに関する。

　非可逆回路素子であるサーキュレータ又はアイソレータの簡素化は、高周波回路において大きな課題である。サーキュレータには、導波管型、ＳＭＴ（Surface Mount Technology）型のサーキュレータがある。

　導波管型のサーキュレータとは、導波管内部にフェライトを配置する方式のサーキュレータである。このサーキュレータの構造では導波管内部に高周波信号が閉じ込められているため、放射損失による影響を考慮する必要がない。

　ＳＭＴ型のサーキュレータとは、誘電体基板に構成された伝送線路上に構成される方式のサーキュレータである。ＳＭＴ型のサーキュレータは、伝送線路を使用しているので、導波管型のサーキュレータに比べて非常に小型である。誘電体基板にＰＣＢ（Printed Circuit Board；プリント回路基板）と同一の材料を使用すれば、ＰＣＢ内にサーキュレータを集積することが可能である。従って、ＳＭＴ型のサーキュレータは小型であり、ＰＣＢへの実装性が高いという特徴を有する。

　一方で、ＳＭＴ型のサーキュレータは導波管型のサーキュレータに比較して、挿入損失が大きくなりやすいという問題が存在する。ＳＭＴ型のサーキュレータは伝送線路を使用しているため、その伝送線路より入力された高周波信号によって生じる電磁界をサーキュレータ内部に閉じ込めることができない場合には、放射損失が生じて挿入損失が大きくなってしまう。

　特許文献１には、そのような放射損失を防ぐための構造が開示されている。特許文献１に開示されたサーキュレータの斜視図を図１９に示す。図１９におけるサーキュレータは、外導体１０１、フェリ磁性体１０２、内導体１０３、フェリ磁性体１０４及び外導体１０５を備える。内導体１０３は、中心導体部１０６及び伝送線路導体部１０７を有する。放射損失を抑圧するために、フェリ磁性体１０２、１０４及び内導体１０３は、外導体１０１、１０５により覆われている。フェリ磁性体１０２は外導体１０１と内導体１０３との間に、フェリ磁性体１０４は内導体１０３と外導体１０５との間に、それぞれ挿入されている。図１９におけるサーキュレータには、下方から上方に向けて、直流磁界Ｈがかけられている。

特開昭６２－８２８０２号公報

　上述の導波管型サーキュレータ、および、特許文献１に示したＳＭＴ型のサーキュレータは、それぞれ以下の問題を有する。

　導波管型のサーキュレータは、立体的な構造であるため小型化が難しい。更に、高周波回路における回路部品のほとんどはＰＣＢ上に実装されており、ＰＣＢ上の伝送線路から導波管へ高周波信号を伝達する際には信号の変換が必要となる。すなわち、導波管型のサーキュレータは信号変換のための回路が必要となる。このため、導波管型のサーキュレータは構造の簡素化や小型化が難しい。

　ＳＭＴ型のサーキュレータにおいては、放射損失を防ぐ必要がある。そのため、図１９のように、信号を入出力する内導体１０３、フェリ磁性体１０２、１０４の他に、フェリ磁性体を覆う外導体１０１、１０５を取り付ける必要がある。このように、ＳＭＴ型のサーキュレータにおいても、部品が多くなり、構造が簡素になりにくいといった問題点がある。

　本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、部品数が少なく回路基板への実装が容易な非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明にかかる非可逆回路素子は、回路基板上に設けられたフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体の上面を覆い、一体として形成される導体カバーと、前記導体カバーと前記回路基板上の複数の信号伝送線のそれぞれとを電気的に接続する複数の接続部と、前記フェリ磁性体に対して磁界をかける磁石を備える。

　本発明にかかる非可逆回路素子の製造方法は、回路基板上にフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体の上面を覆い、前記回路基板上の複数の信号伝送線のそれぞれと電気的に接続され、一体として形成される導体カバーを設け、前記フェリ磁性体に対して磁界をかける位置に磁石を設ける製造方法である。

　本発明により、部品数が少なく回路基板への実装が容易な非可逆回路素子、その非可逆回路素子を備えた通信装置及び非可逆回路素子を提供することができる。

実施の形態１にかかるサーキュレータの構成例を示す断面図である。実施の形態１にかかるサーキュレータの構成例を示す斜視図である。実施の形態１にかかるサーキュレータの構成例を示す上面図である。実施の形態１にかかるサーキュレータの挿入損失特性例を示すグラフである。実施の形態１にかかるサーキュレータのアイソレーション特性例を示すグラフである。実施の形態１にかかるサーキュレータの他のバリエーションを示す断面図である。実施の形態２にかかる第１のサーキュレータの断面図である。実施の形態２にかかる第２のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第１のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第２のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第３のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第４のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第５のサーキュレータの断面図である。実施の形態３にかかる第６のサーキュレータの断面図である。実施の形態４にかかるサーキュレータの構成例を示す断面図である。実施の形態５にかかるサーキュレータの構成例を示す断面図である。実施の形態６にかかるサーキュレータの構成例を示す上面図である。実施の形態６にかかるサーキュレータの構成例を示す断面図である。関連するサーキュレータの斜視図である。

　実施の形態１
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態にかかるサーキュレータの構成例を示す断面図を図１に、その斜視図を図２に、上面図を図３に示す。サーキュレータ１０は、パターン１２が表面に形成されたＰＣＢ１１上に設けられている。サーキュレータ１０は、フェライト１３、金属カバー１４、接続部１４１～１４３及び永久磁石１５を備える３ポートのＳＭＴ型のサーキュレータである。

　サーキュレータ１０において、フェライト１３はＰＣＢ１１上に設けられている。フェライト１３の上面は、金属カバー１４により覆われている。金属カバー１４に接続された接続部１４１、１４２、１４３は、金属カバー１４と、後述するＰＣＢ１１上の伝送線路１６、１７、１８のそれぞれとを電気的に接続する。永久磁石１５は、ＰＣＢ１１のフェライト１３の搭載面とは反対側の面に設けられている。この永久磁石１５は、フェライト１３に対して磁界をかける。この構成により、サーキュレータ１０において高周波信号の伝達を行う導体部が金属カバー１４によって構成されるため、サーキュレータ１０における必要な部品数を少なくすることができる。さらに、サーキュレータ１０をＰＣＢ１１上へ容易に実装することができる。

　以下、サーキュレータ１０の各部について詳細に説明する。ＰＣＢ１１は、サーキュレータ１０が実装される誘電体回路基板であり、誘電体層及び金属層が多層積層されることにより構成されている。なお、サーキュレータ１０が実装される回路基板は、ＰＣＢに限られず、その他の構成を有する回路基板でもよい。

　パターン１２は、ＰＣＢ１１の上面及びＰＣＢ１１の下面に形成された導体パターンである。パターン１２は、信号線及びグラウンドパターンを有しており、これによって信号の伝送線路が形成されている。パターン１２は、ＰＣＢ１１の上面の中央部（即ち、フェライト１３の搭載部分）においては形成されていない。ＰＣＢ１１の上面の中央部は、パターンが中断された状態（抜きパターン）になっている。

　フェライト１３は、円柱状の形状であり、ＰＣＢ１１の上面の中央部（抜きパターン上）に配置されている。フェライト１３は、ＰＣＢ１１と金属カバー１４との間に挟み込まれている。フェライト１３は、フェリ磁性を有するフェリ磁性体であり、例えばＹＩＧ（Yttrium Iron Garnet）、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の物質である。なお、フェリ磁性を有し、後述するジャイロ磁気効果が発生するフェリ磁性体であれば、ＰＣＢ１１の上面の中央部に配置される物質はフェライトに限られない。また、フェライト１３の形状は円柱である必要はなく、多角柱等でもよい。

　金属カバー１４は、円形の金属板で構成される（一体となって形成されている）導体カバーである。なお、金属カバー１４はフェライト１３の上面（主面）を覆う。フェライトは一般的に誘電率１０を超える高誘電率の誘電体であるので、高周波電界が上面（空気層）よりも下面（フェライト層）に集中する。このため、上面から放射される電磁波を抑制することができる。なお、金属カバー１４の代わりに、導電性を有する材料で構成された導体カバーによって、フェライト１３の上面が覆われていてもよい。金属カバー１４は、一体となって形成されているのであれば、円形の金属板で構成されていなくともよい。

　図１～図３においては、金属カバー１４はフェライト１３の上面全体を覆っている。しかし、本実施の形態では、金属カバー１４がフェライト１３の上面の一部分でも覆っていれば、フェライト１３の上面の大部分が露出した状態も、「フェライト１３の上面を覆う」状態に含まれうる。本実施の形態にかかる構造において、下面の電界強度が上面に比べて大きいことで放射損失が小さくできる。そのため、ＰＣＢ１１における伝送線路とフェライト１３の特性インピーダンスを整合させることができるのであれば、金属カバー１４の形状に制限は無い。

　金属カバー１４は、３本の接続部１４１、１４２、１４３によってＰＣＢ１１上に固定されている。この３本の接続部１４１、１４２、１４３は、パターン１２の伝送線路１６、１７、１８にそれぞれ電気的に接続されている。この構成により、金属カバー１４は接続部を介して入力された高周波信号を伝達し、他の接続部に出力する。

　なお、図１において、ＰＣＢ１１の上面、フェライト１３の上面、金属カバー１４は、略平行の位置関係にある。ただし、金属カバー１４とＰＣＢ１１の間に生じる磁界が、永久磁石１５が印加する外部直流磁界と直交するならば、ＰＣＢ１１、フェライト１３及び金属カバー１４の位置関係はこの通りに限られない。

　接続部１４１～１４３は、金属カバー１４と同じ材料で構成され、金属カバー１４と一体となって形成されている。接続部１４１、１４２、１４３は、金属カバー１４と、ＰＣＢ１１上のパターン１２に形成された伝送線路１６、１７、１８のそれぞれとを、電気的に接続する。さらに、接続部１４１～１４３は、ＰＣＢ１１上に固定され、金属カバー１４を支持している。なお、図１では、接続部１４１の１本のみ図示しており、接続部１４２、１４３の図示は省略している。

　接続部１４１～１４３は、一端が金属カバー１４の外縁部にあり、他端がＰＣＢ１１上に固定された状態にある。接続部１４１～１４３は、金属カバー１４の側面に突出し、途中で垂直方向（図２における下方）に曲げられることによって、前記他端がＰＣＢ１１上に位置されるように形成される。金属カバー１４において、接続部１４１と接続部１４２とのなす中心角は略１２０°である。接続部１４２と接続部１４３とのなす中心角、接続部１４３と接続部１４１とのなす中心角も、同様に略１２０°である。図１、２において、接続部１４１～１４３の垂直方向に曲げられた部分とフェライト１３との間に隙間が存在しているが、これは必ずしも必要ではない。この部分の折り曲げは、必ずしも１段である必要はなく、何段に分けて折り曲げてもよい。折り曲げの角度は垂直である必要はない。接続部１４１、１４２、１４３は、最終的にＰＣＢ１１上の伝送線路１６、１７、１８と電気的に接続されていれば良い。

　永久磁石１５は、ＰＣＢ１１の下面（ＰＣＢ１１において、フェライト１３を配置している第１の面に対向する第２の面）に設置されている。図１において、永久磁石１５は、フェライト１３に対向する位置に設置されており、フェライト１３に対して磁界をかける。具体的には、フェライト１３内部において、図１又は図２では上方から下方、又は下方から上方に向かう直流磁界が、永久磁石１５により発生する。図３においては、紙面の表側から裏側、又は、裏側から表側に貫く方向の直流磁界が永久磁石１５により発生する。この直流磁界の向きは、金属カバー１４を高周波信号が通過する際に生じるフェライト１３内の高周波磁界に対して垂直な方向である。なお、図１において永久磁石１５の主面の面積は、フェライト１３の上面の面積よりも大きいが、必ずしもこの通りでなくてもよい。

　なお、永久磁石１５は、金属カバー１４を高周波信号が通過する際に生じるフェライト１３内の高周波磁界に対して垂直な方向に直流磁界を発生できるのであれば、ＰＣＢ１１の下面以外の位置に設けられてもよい。例えば、フェライト１３と同じＰＣＢ１１の面上に永久磁石１５が設けられてもよい。永久磁石１５の数についても、１個とは限らない。例えば、フェライト１３の上方と下方に、永久磁石を複数個直列に配置してもよい。さらに、フェライト１３に磁場をかけるためにサーキュレータ１０に設けられる磁石は、永久磁石でなくともよい。

　伝送線路１６、１７、１８は、高周波信号を伝送する配線である。伝送線路１６、１７、１８は、それぞれ、サーキュレータ１０における外部からの高周波信号の入力端となる給電点１９、２０、２１を有する。

　以下、サーキュレータ１０の動作について説明する。サーキュレータ１０に対して、高周波信号が給電点１９より伝送線路１６、接続部１４１を介して金属カバー１４へと入力される。金属カバー１４へと入力された高周波信号は、金属カバー１４とＰＣＢ１１との間に（フェライト１３内部に）高周波電磁界を発生する。具体的には、ＰＣＢ１１の面に垂直な方向（図１におけるフェライト１３の高さ方向）に電界が発生し、ＰＣＢ１１の面に平行な方向に磁界が発生する。

　フェライト１３の内部は、永久磁石１５によりフェライト１３の高さ方向（フェライト上面の法線方向）に直流磁界が印可されている。この直流磁界の方向は、高周波信号によってフェライト１３の内部に生じた高周波磁界と垂直な方向である。この直流磁界及び高周波磁界により、フェライト１３の内部においてジャイロ磁気効果が発生するため、高周波信号がフェライト１３の内部におけるＰＣＢ平面で回転する。直流磁界が図３の下方から上方にかけられている場合には、高周波信号は接続部１４２を介して伝送線路１７に出力される。直流磁界が図２、３の上方から下方にかけられている場合には、高周波信号は接続部１４３を介して伝送線路１８に出力される。このようにして、高周波信号は一方向のみに出力される。

　高周波信号が給電点２０より伝送線路１７、接続部１４２を介して金属カバー１４に入力された場合や、給電点２１より伝送線路１８、接続部１４３を介して金属カバー１４に入力された場合にも、同様の原理により、高周波信号は一方向のみに出力される。

　以上に示したサーキュレータ１０の効果をシミュレーションにより確認した。このシミュレーションでは、永久磁石１５は図１、３において下方から上方に（図２３においては、紙面裏側から表側へ貫く方向に）直流磁界が印可されるようにＮ極とＳ極が配置されている。このときに、給電点１９より高周波信号を入力した場合の給電点２０への通過特性を解析した。

　給電点１９から給電点２０への高周波信号の挿入損失特性を図４に示す。図４において、周波数帯域の中央部２２．５ＧＨｚ付近で挿入損失は０．８ｄＢ程度である。

　給電点１９から給電点２１に漏れ出す高周波信号の程度を示すアイソレーション特性の結果を図５に示す。周波数帯域の中央部２２．５ＧＨｚ付近の周波数帯域において、アイソレーションは２５ｄＢ程度が得られた。以上、図４、５より、実施の形態１にかかるサーキュレータ１０において、サーキュレータに必要な特性が得られたことが示された。

　実施の形態１にかかるサーキュレータ１０は、高周波信号を伝達する導体部としても機能している。そのため、サーキュレータ１０は、ＰＣＢ１１の上面において、フェライト１３と金属カバー１４が実装されるだけの簡易な構造を有する。つまり、サーキュレータ１０は、部品数が少なく、かつ、ＰＣＢ１１上への実装が容易である。

　さらに、図１～３に示したサーキュレータ１０は、金属カバー１４と接続部１４１～１４３とが一体となって形成されている。そのため、サーキュレータ１０のＰＣＢ１１上への実装がより容易になる。接続部１４１～１４３は、金属カバー１４と同じ金属材料で構成されてＰＣＢ１１上に固定されているため、金属カバー１４を安定して支持することができる。また、接続部１４１～１４３の垂直方向に折り曲げられた３本の足によりフェライト１３の位置を保持する効果が得られる。３本の足が、いわばフェライト挿入の為のガイドの役割を果たすことでフェライト１３の位置を決定する。フェライト１３の位置を保持する効果により、フェライト１３の脱落や位置ズレが防止される。そのため、サーキュレータ１０において、アイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化の低減という効果が奏する。

　さらに、永久磁石１５は、ＰＣＢ１１の下面に設けられている。そのため、永久磁石１５をＰＣＢ１１の上面に設ける場合と比較して、ＰＣＢ１１の上面において素子を搭載可能な面積を広くすることができる。

　フェライト１３の上面を覆う金属カバー１４は一体として形成されている。このため、実施の形態１にかかるサーキュレータ１０は、フェライト１３の上面に複数の導体が設けられている構造のサーキュレータと比較すると、必要な部品数を削減することができる。さらに、フェライト１３上面への金属カバー１４の取り付けをより容易に行うことができる。

　金属カバー１４はフェライト１３の上面を覆っているため、放射損失を小さくすることができる。さらに、金属カバー１４の下面には、フェライト１３及びＰＣＢ１１の誘電体基板があるので、下面は空気層しかない上面に比べて実効誘電率が高い。下面の実効誘電率が高いので、金属カバー１４に発生する高周波電界は下面側に集中する。これにより、空気層への電界の放射が押さえられて放射損失が低く抑えられる。一方、ＰＣＢ１１上の伝送線路も下面に誘電体が存在するので、高周波電界は下面に集中している。つまり、ＰＣＢ側とフェライト側の電界分布の差異が少ないので、インピーダンス整合が取りやすく、ＰＣＢ１１とフェライト１３の両者を接続しやすい。したがって、全体として挿入損失の小さなＳＭＴサーキュレータを実現することができる。

　なお、サーキュレータ１０において、接続部１４１～１４３、永久磁石１５の構成又は配置は、図１～３に示した例に限られない。図６は、その他のサーキュレータのバリエーションを示した断面図である。

　図６におけるサーキュレータ１０は、図１～３に示した接続部１４１～１４３に代わり、導線１４４～１４６を備える。なお、図６において、導線１４５、１４６は図示を省略している。導線１４４～１４６は、接続部１４１～１４３と同様、ＰＣＢ１１上の伝送線路１６～１８と金属カバー１４とを電気的に接続する。導線１４４～１４６は、金属カバー１４と一体となって形成されず、サーキュレータ１０の実装時に金属カバー１４の外縁部に固定される。

　永久磁石１５は、フェライト１３の高さ方向（高周波信号によってフェライト１３内部に生じる磁界と垂直な方向）に直流磁界を発生させている。ただし、永久磁石１５は、ＰＣＢ１１の下面に設けられてはいるが、フェライト１３に対向する位置には設けられていない。その他の図６におけるサーキュレータ１０の構成は、図１～３に示したサーキュレータ１０の構成と同じであるため、説明を省略する。

　図６に示したサーキュレータ１０においても、金属カバー１４が、フェライト１３上面から放射される電磁波を抑制するほか、サーキュレータ１０において高周波信号を伝達する導体部としても機能している。そのため、図６に示すサーキュレータ１０は、部品数が少なく、かつ、ＰＣＢ１１上への実装が容易である。

　ただし、永久磁石１５からフェライト１３により強い磁界を印加するためには、フェライト１３に対向する位置に永久磁石１５を配置する方がより望ましい（フェライト１３と永久磁石１５との距離がより短くなるためである。）。

　実施の形態２
　次に、本発明の実施の形態２にかかるサーキュレータについて説明する。実施の形態２にかかる第１のサーキュレータ１０の断面図を図７に示す。ここで、サーキュレータ１０は、図１に示した構成のほか、さらに金属筐体２２を有する。金属筐体２２は、アルミ合金など電磁シールドとして機能する金属材料から構成されており、ＰＣＢ１１の上面にビス２３によって固定されている。金属筐体２２において、金属カバー１４の上面にはキャビティ構造が形成されている。金属筐体２２は、キャビティ構造によってフェライト１３、金属カバー１４、接続部１４１～１４３の上面、及び、金属カバー１４、接続部１４１～１４３の周囲を覆っている。金属筐体２２はフェライト１３端面からの放射電磁波を抑制することができるため、サーキュレータ１０の挿入損失をより低減させることができる。

　実施の形態２にかかる第２のサーキュレータ１０を図８に示す。図８において、サーキュレータ１０は、図７に示した構成のほか、さらに金属筐体２４を有する。金属筐体２４は、ＰＣＢ１１の下面にビス２３によって固定されている。ここで、金属筐体２４は、ＰＣＢ１１の下面において、フェライト１３、金属カバー１４に対向する部分を少なくとも覆っている。永久磁石１５は金属カバー１４と対向する金属筐体２２の金属壁（前述のキャビティ構造の内側）に取り付けられている。ただし、永久磁石１５は、フェライト１３に適切な磁界が印可されるのであれば、どこに設置されていてもよい。例えば、永久磁石１５は、キャビティの内部に限らず外部に取り付けられていても良い。ただし、永久磁石１５からフェライト１３により強い磁界を印加するためには、キャビティ構造の内側であって、フェライト１３に対向する位置に永久磁石１５を配置する方がより望ましい。以上の構成により、図８のサーキュレータ１０において、形状変化によるアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化、および、素子の経年劣化を抑える効果が得られる。図７に図示したサーキュレータ１０の構成に加えて金属筐体２４を加えることにより、ＰＣＢが下面より支持されるためである。ＰＣＢの形状が保たれるので、この結果、ＰＣＢの形状変動による特性の劣化を抑えることができる。

　なお、金属筐体２２又は２４は、電磁シールドとしての機能を果たすのであれば、金属材料以外の材料から構成されていてもよい。例えば、キャビティ構造を有するプラスチックの筐体において、そのキャビティ構造の内部に電磁シールドの機能を有するフィルムを張り付けたような場合でも、その筐体はフェライト１３端面からの放射電磁波を抑圧することができる。金属筐体２４においては、ＰＣＢ１１における金属パターンにより下面への電磁波の遮蔽がされているのであれば、電磁シールド効果がない材料を用いてもよい。

　実施の形態３
　本発明の実施の形態３にかかる第１のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第１のサーキュレータ１０の断面図を図９に示す。図９におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３と金属カバー１４とが導電性の接着剤２５により固定されている。フェライト１３の上面には、接着剤２５を接着しやすくするための導電性の部材２６が固定されている。接着剤２５は、この導電性の部材２６と金属カバー１４とを接着することによりフェライト１３と金属カバー１４とを固定する。これにより、フェライト１３と金属カバー１４との間の隙間が無くなるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化を抑制することができる。導電性の部材２６は、フェライト１３に直接パターンニングされた金属パターンでもよいし、その他の導電材料でもよい。フェライト１３と金属カバー１４が固着されるのであれば、導電性の部材２６は必ずしも必要ない。

　本発明の実施の形態３にかかる第２のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第２のサーキュレータ１０の断面図を図１０に示す。図１０におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３とＰＣＢ１１とが導電性の接着剤２７により固定されている。フェライト１３の下面及びＰＣＢ１１の上面には、それぞれ接着剤２７を接着しやすくするための導電性の部材２８、２９が固定されている。接着剤２７は導電性の部材２８と導電性の部材２９とを接着することによって、フェライト１３とＰＣＢ１１とを固定する。これにより、フェライト１３とＰＣＢ１１との間の隙間がなくなるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化を抑制することができる。導電性の部材２８、２９は、フェライト１３に直接パターンニングされた金属パターンでもよいし、その他の導電材料でもよい。フェライト１３とＰＣＢ１１とが固着されるのであれば、導電性の部材２８、２９は必ずしも必要ない。

　本発明の実施の形態３にかかる第３のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第３のサーキュレータ１０の断面図を図１１に示す。図１１におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３とＰＣＢ１１のそれぞれの外周部及び中心部が、導電性の接着剤３０により固定されている。フェライト１３の下面及びＰＣＢ１１の上面には、それぞれ接着剤３０を接着しやすくするための導電性の部材３１、３２が固定されている。ここで、導電性の部材３１、３２は、フェライト１３の下面の外周部及び中心に設けられている。接着剤３０は導電性の部材３１と導電性の部材３２とを接着することによって、フェライト１３とＰＣＢ１１とを固定する。これにより、フェライト１３とＰＣＢ１１との間の間隔が固定されるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０の特性の劣化を抑制することができる。導電性の部材３１、３２は、フェライト１３に直接パターンニングされた金属パターンでもよいし、その他の導電材料でもよい。フェライト１３と金属カバー１４が固着されるのであれば、導電性の部材３１、３２は必ずしも必要ない。

　本発明の実施の形態３にかかる第４のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第４のサーキュレータ１０の断面図を図１２に示す。図１２におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３と金属カバー１４とが不導性の接着剤３３により固定されている。接着剤３３はフェライト１３と金属カバー１４とを固定する。これにより、フェライト１３と金属カバー１４との間の隙間が固定されるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化を抑制することができる。

　本発明の実施の形態３にかかる第５のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第５のサーキュレータ１０の断面図を図１３に示す。図１３におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３とＰＣＢ１１とが不導性の接着剤３４により固定されている。これにより、フェライト１３とＰＣＢ１１との間の隙間が固定されるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化を抑制することができる。

　本発明の実施の形態３にかかる第６のサーキュレータについて説明する。実施の形態３にかかる第６のサーキュレータ１０の断面図を図１４に示す。図１４におけるサーキュレータ１０は、図１に示した構造において、フェライト１３とＰＣＢ１１のそれぞれの外周部及び中心部が、不導性の接着剤３５により固定されている。これにより、フェライト１３とＰＣＢ１１との間の間隔が固定されるので、この隙間により生じるサーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性劣化を抑制することができる。

　なお、図１０又は図１１に示したフェライト１３とＰＣＢ１１との固定は、図９に示したフェライト１３と金属カバー１４との固定と合わせて適用してもよい。図１１においては、フェライト１３の外周部又は中心部のいずれかを、ＰＣＢ１１上面に固定するようにしてもよい。接着剤２５、２７、３０は、例えば銀ペーストでもよいし、半田付けによるものでもよい。

　実施の形態４
　次に、本発明の実施の形態４にかかるサーキュレータについて説明する。実施の形態４にかかるサーキュレータ１０の断面図の構成例を図１５に示す。ここで、図１５は、図７に示した金属筐体２２において、金属カバー１４の上方の金属壁に金属ビス３６が埋め込まれている。この金属ビス３６は金属筐体２２によって支持されており、ねじ山の部分を回すことによって、金属ビス３６と金属カバー１４との距離の調整が可能である。

　金属ビス３６は、金属カバー１４上方に発生する電界分布に対して影響を及ぼす。金属ビス３６が金属カバー１４に近づくと、金属カバー１４から金属筐体２２を結ぶ電気力線に加えて金属カバー１４から金属ビス３６を結ぶ電気力線が生じる。この電気力線は、金属カバー１４を導波する高周波電界の伝送モードに影響を与える。伝送モードが変わることで金属カバー１４の特性インピーダンスに変化が生じる。以上の理由から、金属ビス３６の金属カバー１４からの距離を適宜変更することにより、サーキュレータ１０への入力インピーダンスの調整が可能となる。

　なお、金属カバー１４との距離の調整が可能であれば、ビスではない金属性の部品が金属カバー１４上方の金属筐体２２の金属壁に埋め込まれていてもよい。あるいは、金属カバー１４との距離の調整が可能な金属性の部品が、金属筐体２２ではなく、支持棒等の支持部品によって金属カバー１４上方に支持されていてもよい。このようにしても、金属性の部品の金属カバー１４に対する距離を調整することにより、金属カバー１４上方に発生する電磁界の強度を変更することができる。それにより、サーキュレータ１０への入力インピーダンスの調整が可能となる。

　実施の形態５
　次に、本発明の実施の形態５にかかるサーキュレータについて説明する。実施の形態５にかかるサーキュレータ１０の断面図の構成例を図１６に示す。図１６は、図７に示した構成において、金属カバー１４と金属カバー１４の上方にある金属筐体２２の金属壁との間に、誘電体３７が挟み込まれている。この誘電体３７が金属カバー１４に加える圧力により、金属カバー１４とフェライト１３、フェライト１３とＰＣＢ１１とが押しつけられ、固定される。これにより、金属カバー１４とフェライト１３、フェライト１３とＰＣＢ１１における隙間をなくすことができるため、サーキュレータ１０のアイソレーションの劣化や反射特性の劣化などの特性の劣化を抑制することができる。

　なお、金属筐体２２は必ずしも設けられる必要はない。誘電体３７と金属カバー１４をまたぐように金属又は誘電体材料による板が設けられ、当該板によって上部から誘電体３７を押さえつけるようにサーキュレータ１０が構成されていても、上述と同様の効果を得ることができる。

　実施の形態６
　本発明の実施の形態６にかかるサーキュレータについて説明する。本実施形態にかかるサーキュレータ１０の上面図の構成例を図１７に示す。金属カバー１４には、３つの切り欠き部３８、３９、４０が設けられている。切り欠き部３８は、伝送線路１６の延長線と金属カバー１４の円周（外縁）との交点部に形成されている。切り欠き部３９は、伝送線路１７の延長線と金属カバー１４の円周との交点部に形成されている。切り欠き部４０は、伝送線路１８の延長線と、金属カバー１４の円周との交点部に形成されている。なお切り欠き部３８～４０は、図１７において略長方形の形状を有しているが、他の形状であってもよい。

　図１７に示したサーキュレータ１０をＸＶＩＩＩの切断面で切断した断面図を、図１８に示す。図１８では、フェライト１３と接触する金属カバー１４において、切り欠き部３８が形成されている状態が示されている。この切り欠き部３８により、フェライト１３の一部の上面が露出している。なお、切り欠き部３９、４０については、図１７では図示を省略している。図１７、１８に示したサーキュレータ１０のこれ以外の構成については、図１～３に示したサーキュレータ１０の構成と同様であるため、説明を省略する。

　金属カバー１４は、以上に示したように、フェライト１３の上面全体を覆う必要はない。フェライト１３上面からの放射電磁波が大きくなりすぎない（放射損失が大きくなりすぎない）程度であれば、金属カバー１４に切り欠き部を生成することにより、フェライト１３の一部の上面が露出した状態になってもよい。このように、金属カバー１４において、伝送線路１６～１８の延長線と、金属カバー１４の円周（外縁）との交点部に切り欠き部を形成することによって、フェライト１３内を導波する電磁波がスムースに回転することができる。切り欠き部の形成された金属カバー１４においては、切り欠き直下にＲＦ（Radio Frequency）電界が発生することができない。金属カバー１４下面の電界分布は、あたかも導波管のＴ分岐に切り欠きを入れた場合と同様の分布となる。これにより、フェライト１３への入力インピーダンスの周波数変動を小さくすることができる。

　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。換言すれば、本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、フェライト１３に接触する金属カバー１４の形状は必ずしも円形である必要はなく、Ｙ字形、三角形等の形でもよい。接続部１４１と１４２との金属カバー１４における中心角は、１２０°以外の値でもよい。他の接続部同士における中心角も同様である。

　上記実施の形態においては、サーキュレータを例にして説明したが、３つの接続部１４１～１４３のうち１つに整合の取れた負荷を接続することにより、アイソレータを構成してもよい。また、伝送線路が４本以上設けられたサーキュレータについても、上記実施の形態に示した構成を応用することができる。このように、上記実施の形態に示したサーキュレータは、一般化された非可逆回路素子に応用することができる。

　このような非可逆回路素子は、高周波信号の伝達を実行する伝達回路（高周波回路）に備えることができる。そして、そのような伝達回路は、通信装置内に備えることができる。例えば、無線通信を実行する通信装置が高周波信号を受信した場合には、高周波信号を受信した回路から、非可逆回路素子を有する伝達回路にその高周波信号が送出される。高周波信号を受信する回路だけでなく、高周波信号を生成する回路が、伝達回路に高周波信号を送出する送出回路として機能してもよい。

　非可逆回路素子は、送出された高周波信号を、所定のポートを介して、その高周波信号を受信する受信回路に伝達する。上述の非可逆回路素子を用いることにより、このような構成を有する通信装置を生成することができる。

　なお、実施の形態１に記載したサーキュレータは、以下の通り製造することができる。まず、ＰＣＢ１１上に、フェライト１３と、フェライト１３の上面を覆い、パターン１２上にある伝送線路１６、１７、１８と、接続部１４１、１４２、１４３とのそれぞれを電気的に接続する金属カバー１４と、を設ける。永久磁石１５は、フェライト１３に対して磁界をかける位置に設けられる。以上により、サーキュレータ１０を製造することができる。ここで、永久磁石１５は、フェライト１３及び金属カバー１４がＰＣＢ１１上に設けられた後で設けられてもよいし、フェライト１３及び金属カバー１４がＰＣＢ１１上に設けられる前に設けられてもよい。永久磁石１５は、金属カバー１４を高周波信号が通過する際に生じるフェライト１３内の高周波磁界に対して垂直な方向に直流磁界を発生できるのであれば、どのような位置に設けてもよい。

　金属カバー１４は、フェライト１３がＰＣＢ１１上に設けられた後に、フェライト１３の上面を覆うように設けられてもよい。あるいは、フェライト１３と金属カバー１４が固定された状態（例えば接着された状態）で、ＰＣＢ１１上に設けられてもよい。

　接続部１４１～１４３は、金属カバー１４が設けられたのと同時に、伝送線路１６～１８と金属カバー１４とを電気的に接続してもよい。金属カバー１４に、接続部１４１～１４３の代わりに導線１４４～１４６が接続される場合には、金属カバー１４が設けられた後に、金属カバー１４の外縁部に固定された導線１４４～１４６を伝送線路１６～１８と電気的に接続するようにしてもよい。

　他の実施の形態に記載されたサーキュレータについても、同様に製造することができる。上述したアイソレータ、伝送線路が４本以上設けられたサーキュレータについても、同様に製造することができる。

　この出願は、２０１１年１２月１５日に出願された日本出願特願２０１１－２７４６２６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明にかかる技術は、非可逆回路素子、その非可逆回路素子を含む回路を備えた通信装置及び非可逆回路素子などに利用できる。

１０　サーキュレータ
１１　ＰＣＢ
１２　パターン
１３　フェライト
１４　金属カバー
１４１、１４２、１４３　接続部
１４４、１４５、１４６　導線
１５　永久磁石
１６、１７、１８　伝送線路
１９、２０、２１　給電点
２２、２４　金属筐体
２３　ビス
２５、２７、３０　導電性接着剤
２６、２８、２９、３１、３２　導電性部材
３３、３４、３５　不導性接着剤
３６　金属ビス
３７　誘電体
３８、３９、４０　切り欠き部

Claims

　回路基板上に設けられたフェリ磁性体と、
　前記フェリ磁性体の上面を覆い、一体として形成される導体カバーと、
　前記導体カバーと、前記回路基板上の複数の信号伝送線のそれぞれとを電気的に接続する複数の接続部と、
　前記フェリ磁性体に対して磁界をかける磁石と、
　を備える、非可逆回路素子。
　前記導体カバーと前記接続部とは一体になって形成されている、
　請求項１に記載の非可逆回路素子。
　前記フェリ磁性体は、前記回路基板の第１の面上に設けられ、
　前記磁石は、前記第１の面と対向する前記回路基板の第２の面の側に設けられる、
　請求項１又は２に記載の非可逆回路素子。
　前記磁石は、前記回路基板を挟んで前記フェリ磁性体と対向する位置に設けられる、
　請求項３に記載の非可逆回路素子。
　前記導体カバーにおいて、前記複数の信号伝送線の延長線と前記導体カバーの外縁との交点部に切り欠きが設けられている、
　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の非可逆回路素子。
　前記導体カバーの上方に設けられ、前記導体カバーとの距離の調整が可能な金属性の部品と、
　前記部品を支持する支持部と、
　をさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の非可逆回路素子。
　前記導体カバーの上方を覆う金属板と、
　前記導体カバーと前記金属板との間に挟まれた誘電体と、
　をさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の非可逆回路素子。
　前記フェリ磁性体と、前記導体カバー又は前記回路基板の少なくともいずれか一方とが固定されている、
　請求項１ないし５のいずれか一項に記載の非可逆回路素子。
　高周波信号を送出する送出回路と、
　請求項１ないし８のいずれか一項に記載した非可逆回路素子を含み、前記送出回路からの高周波信号を伝達する伝達回路と、
　前記伝達回路から前記高周波信号を受信する受信回路と、
　を備える通信装置。
　回路基板上にフェリ磁性体と、前記フェリ磁性体の上面を覆い、前記回路基板上の複数の信号伝送線のそれぞれと電気的に接続され、一体として形成される導体カバーを設け、
　前記フェリ磁性体に対して磁界をかける位置に磁石を設ける、
　非可逆回路素子の製造方法。