アイソレータ

【課題】小型、かつ、薄型であって、放熱性に優れ、高電力に耐え得るアイソレータを提供する。
【解決手段】外装体１は、少なくとも一端側を開口させた内部空間１０を有している。容量基板２は、中心部に孔２０を有し、孔２０の周りの基板部に中心導体４の入出力端子に接続されるコンデンサを有し、外装体１の内部空間１０内に配置されている。フェリ磁性体３は、孔２０の内部に配置されている。中心導体４は、フェリ磁性体３の上に配置されている。永久磁石５は、フェリ磁性体３に直流磁界を印加する。基板６は、外装体１の開口側とは反対側に備えられている。終端用抵抗７は、反射電力を吸収すべく中心導体４の入力端子の一つに接続されていて、基板６の上に備えられている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】アイソレータは、中心導体の入出力端子の１つを、特性インピーダンス（通常は５０Ω）の抵抗体（終端用抵抗と称する）で終端させると共に、残りの２つの入出力端子間において、信号を一方向のみに通過させるものであり、高周波信号伝送において、インピーダンスマッチングのとりにくいところに使用されるのが常である。最近では自動車電話、携帯電話、コードレス電話等の通信システム等において移動体通信端末や、基地局に使用されることが多い。この場合、この種の通信システムでは、通信方式がデジタル化されたため、各チャンネルの出力電力は数十ｍＷでも、複数チャンネルが重畳されることが多いので、アイソレータの出力電力は重畳チャンネル倍になる。
【０００３】アイソレータは、移動体通信端末や基地局の小型化に対応すべく、小型化重視の中で、技術開発が進められており、現在では、7×7×4(mm)のサイズのものが主に使用されている。小型で、面実装の可能なアイソレータとしては、実開平3ー115406号公報、実開平6ー77310号公報等に開示されているように、構成部品をモジュール化すると共に基板化し、これらの構成部品を積み重ね、得られた積層体を外装体内に組み込んで構成したものが知られている。この場合、終端用抵抗は、アイソレータの小型化に対応すべく、チップ抵抗を使用し、これを容量基板上に実装するか、または、容量基板上に厚膜印刷にて形成するのが一般的であった。
【０００４】しかし、この種のアイソレータでは、小型化及び面実装の要請から、容量基板は外装体の内部に組み込まれるのが普通であるから、チップ抵抗や厚膜印刷抵抗を容量基板上に形成する従来構造では、反射電力吸収時に終端用抵抗の発する熱を、外装体の外部に放出することができない。
【０００５】特に、終端用抵抗が容量基板上に厚膜印刷に設けられた場合、容量は使用周波数によって大きな値を必要とするため、容量基板の材質や厚さが優先的に決定されてしまい、放熱に寄与する終端用抵抗の位置や面積を優先させることはできない。このため、終端用抵抗の放熱性が悪くなり、その発熱温度が上昇してしまう。発熱温度をある許容限界値に押さえるためには、電力を押さえるほかはなく、このため、より高電力のアイソレータを実現することが困難になっていた。
【０００６】しかも、上述したように、通信方式がデジタル化されたことに伴い、アイソレータの内部で、複数チャンネルが重畳され、出力電力が重畳チャンネル倍になるから、終端用抵抗で吸収すべき電力も重畳チャンネル倍になり、終端用抵抗の発熱がより一層増大する。
【０００７】また、終端用抵抗の発熱により、部品相互間を接合するためのハンダが溶融するなどの問題が発生するため、この面からも、許容電力を抑制せざるを得なかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、小型、かつ、薄型のアイソレータを提供することである。
【０００９】本発明のもう一つの課題は、高電力に耐え得るアイソレータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するため、本発明に係るアイソレータは、外装体と、容量基板と、フェリ磁性体と、中心導体と、永久磁石と、基板と、終端用抵抗とを含む。前記外装体は、少なくとも一端側を開口させた内部空間を有している。前記容量基板は、中心部に孔を有し、前記孔の周りの基板部に前記中心導体に接続されるコンデンサを有し、前記外装体の前記内部空間内に配置されている。前記フェリ磁性体は、前記孔の内部に配置されている。前記中心導体は、前記フェリ磁性体の上に配置されている。前記永久磁石は、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加する。前記基板は、前記外装体の前記開口側とは反対側に備えられている。前記終端用抵抗は、反射電力を吸収すべく前記中心導体の入出力端子の一つに接続されていて、前記基板の上に備えられている。
【００１１】上述のように、中心導体をフェリ磁性体の上に配置し、永久磁石によりフェリ磁性体に直流磁界を印加し、終端用抵抗を反射電力を吸収すべく中心導体の入出力端子に接続してあるから、中心導体の入出力端子の一つを終端用抵抗の特性インピーダンスで終端させると共に、残りの入出力端子間において、信号を一方向のみに通過させるアイソレータが得られる。
【００１２】容量基板は、中心導体の入出力端子に接続されるコンデンサを有するから、容量基板によって与えられる容量値に従った周波数特性を有するアイソレータが得られる。
【００１３】外装体は、少なくとも一端側を開口させた内部空間を有しており、容量基板は外装体の内部空間内に配置されているから、容量基板を外装体の内部に配置して位置決めできる。外装体は、内部空間の少なくとも一端側を開口させてあるから、容量基板を開口部を通して、外装体の内部空間内に容易に組み込むことができる。しかも、外装体及び容量基板のそれぞれの厚みが互いに加算されることがない。このため、小型、かつ、薄型のアイソレータが得られるフェリ磁性体は容量基板に設けられた孔の内部に配置されている。この構造によれば、フェリ磁性体及び容量基板のそれぞれの厚みが互いに加算されることがない。このため、小型、かつ、薄型のアイソレータが構成される。
【００１４】外装体の開口側とは反対側に基板が備えられており、終端用抵抗は基板の上に備えられている。したがって、反射電力吸収時に終端用抵抗から発生する熱が基板を通して外部に導出される。このため、放熱性に優れ、高電力に耐え得るアイソレータが得られる。電力が一定であるとすれば、発熱温度を低減させ、部品相互間を接合するためのハンダが溶融するなどの問題を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るアイソレータの分解斜視図、図２は本発明に係るアイソレータの平面図及び図３は図２のＡ３−Ａ３線上における正面断面図である。図に示すように、本発明に係るアイソレータは、外装体１と、容量基板２と、フェリ磁性体３と、中心導体４と、永久磁石５と、基板６と、終端用抵抗７とを含む。外装体１は、少なくとも一端側を開口させた内部空間１０を有している。外装体１は、絶縁材料、例えば、絶縁樹脂で構成される。外装体１に備えられた端子１２、１４は入出力端子であり、端子１３は接地端子である。端子１１も接地端子として用いることができる。
【００１６】容量基板２は、中心部に孔２０を有し、孔２０の周りの基板部２１に中心導体４の入出力端子に接続されるコンデンサを有し、外装体１の内部空間１０内に配置されている。フェリ磁性体３は、孔２０の内部に配置されている。フェリ磁性体３は、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）などからなる。
【００１７】中心導体４は、フェリ磁性体３の上に配置されている。本発明においては使用できる中心導体に特に制限がない。これまで提案され、これから提案されることのある種々のタイプのものを用いることができる。実施例では、中心導体４は、３つのストリップライン４１〜４３を有し、ストリップライン４１〜４３のそれぞれが互いに約１２０度の角度で交叉している。
【００１８】永久磁石５は、フェリ磁性体３に直流磁界を印加する。実施例では、薄型化、小型化のために、１個の永久磁石５を有する場合を示しているが、２個の永久磁石を備えていてもよい。
【００１９】基板６は、外装体１の開口側とは反対側に備えられている。終端用抵抗７は基板６の上に備えられ、反射電力を吸収すべく中心導体４の入力端子の一つに接続されている。基板６は熱伝導性の良い電気絶縁材料で構成する。具体例としては、アルミナまたはベリリア等を挙げることができる。
【００２０】終端用抵抗７は、外装体１と対向する基板６の一面側に設けられている。終端用抵抗７は、通常は、酸化ルテニウム(RuO)等の抵抗材料、銀ーパラジウム(AgPd)等の電極材料を用い、これらの材料を基板６上に印刷することによって形成される。更に実施例では、図３に示すように、終端用抵抗７の表面に、レジストによって保護用絶縁膜７１が形成されている。終端用抵抗７は、基板６上に形成された端子電極６１ー６２間に形成されている。
【００２１】組み立てに当っては、基板６の上にヨーク８を載せ、ヨーク８の上に外装体１を載せる。基板６とヨーク８は接着または機械的結合手段によって、結合させる。外装体１の内部空間１０の中に容量基板２を挿入し、容量基板２の孔２０の内部にフェリ磁性体３を挿入し、フェリ磁性体３の上に中心導体４を配置する。更に、中心導体４の上方に、フェリ磁性体３に垂直に磁界を印加するように永久磁石５を配置し、更にその上にヨーク９を被せて、ヨーク９の止め金９１、９２とヨーク８の止め金８１、８２で外装体５を固定する（図２参照）。ただし、実際の組立順序は上記とは異なる。ヨーク９は、薄い鉄板にニッケルメッキしたものが使用でき、ヨーク８は鉄に銀メッキしたものにフッ素樹脂をコートしたものが使用できる。
【００２２】図４は本発明に係るアイソレータの回路図である。図４において、端子１４は、入力端子ＩＮとして用いられ、中心導体４のストリップライン４３に接続されている。端子１２は出力端子ＯＵＴとして用いられ、中心導体４のストリップライン４２に接続されている。終端用抵抗７は、接地用端子１３と中心導体４のストリップライン２１との間に接続されている。
【００２３】接地容量Ｃ01〜Ｃ03及び端子間容量Ｃ11〜Ｃ13は、容量基板２によって得られたコンデンサである。接地容量Ｃ01〜Ｃ03は、ストリップライン４３から導かれた入力端子431と、接地用端子１３との間に接続されている。接地容量Ｃ02は、ストリップライン４２から導かれた入力端子421と、接地用端子１３との間に接続されている。接地容量Ｃ03は、ストリップライン４１から導かれた入力端子411の接続点と、接地用端子１３との間に接続されている。端子間容量Ｃ11はストリップライン４２の入力端子421と、ストリップライン４３の入力端子431と間に接続されている。端子間容量Ｃ12はストリップライン４２の入出力端子421とストリップライン４１の入出力端子411との間に接続されている。端子間容量Ｃ13はストリップライン４１の入出力端子411と、ストリップライン４３の入出力端子431との間に接続されている。図１、図２に示したアイソレータにおいて、容量基板２、中心導体４及び基板６は図４に示すような回路構成が得られるように電気的に接続されている。かかる接続関係の具体例は、例えば、特開平6-163319号に開示されている。
【００２４】上述のように、中心導体４をフェリ磁性体３の上に配置し、永久磁石５によりフェリ磁性体３に直流磁界を印加し、終端用抵抗７を中心導体４の入力端子に接続してあるから、中心導体４の入出力端子411を終端用抵抗７の特性インピーダンスで終端させると共に、残りの２つの入出力端子431、 421間において、信号を一方向のみに通過させるアイソレータが得られる。
【００２５】容量基板２は、中心導体４の入出力端子411、 421、 431に接続されるコンデンサを有するから、容量基板２によって与えられる容量値に従った周波数特性を有するアイソレータが得られる。
【００２６】外装体１は少なくとも一端側を開口させた内部空間１０を有しており、容量基板２は外装体１の内部空間１０内に配置されているから、容量基板２を外装体１の内部に配置して位置決めできる。外装体１は、内部空間１０の一端側を開口させてあるから、容量基板２を開口部を通して、外装体１の内部空間１０内に容易に組み込むことができる。しかも、外装体１及び容量基板２のそれぞれの厚みが互いに加算されることがない。このため、小型、かつ、薄型のアイソレータが得られる。
【００２７】フェリ磁性体３は容量基板２に設けられた孔２０の内部に配置されている。この構造によれば、フェリ磁性体３及び容量基板２のそれぞれの厚みが互いに加算されることがない。このため、小型、かつ、薄型のアイソレータが構成される。
【００２８】外装体１の開口側とは反対側に基板６が備えられており、終端用抵抗７は基板６の上に備えられている。したがって、反射電力吸収時に終端用抵抗７から発生する熱が基板６を通して外部に効率よく放熱される。このため、放熱性に優れ、高電力に耐え得るアイソレータが得られる。電力が一定であるとすれば、発熱温度を低減させ、部品相互間を接合するためのハンダが溶融するなどの問題を回避することができる。
【００２９】基板６を、熱伝導性の良好なアルミナまたはベリリア等で構成した場合には、より優れた放熱特性を得ることができる。
【００３０】表１は従来のアイソレータ（従来品）と、本発明に係るアイソレータ（本発明品）について、終端用抵抗の吸収反射電力と表面温度との関係を示すデータであり、図５はそれをグラフにしたものである。従来品は、終端用抵抗を容量基板の上に設けた構造のものである。

【００３１】表１及び図５を見ると明らかなように、本発明品において、従来品の発熱温度１９８℃とほぼ等しい発熱温度１９６℃まで使用した場合、吸収できる反射電力は４．５Ｗであり、従来品の約３倍の反射電力を吸収できる。従って、本発明に係るアイソレータは高電力に耐えることができる。
【００３２】また、１．５Ｗの反射電力吸収時の終端用抵抗の温度が、従来品では１９８℃にも達しているのに対して、本発明品では、８４℃と、従来品の半分にも満たない。従って、電力が一定であるとすれば、発熱温度を低減させ、部品相互間を接合するためのハンダが溶融するなどの問題を回避することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下のような効果が得られる。
（ａ）小型、かつ、薄型のアイソレータを提供することができる。
（ｂ）高電力に耐え得るアイソレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアイソレータの分解斜視図である。
【図２】本発明に係るアイソレータの平面図である。
【図３】図２のＡ３−Ａ３線上における正面断面図である。
【図４】本発明に係るアイソレータの回路図である。
【図５】従来のアイソレータと本発明に係るアイソレータとについて、反射電力吸収時における終端用抵抗の表面温度を、比較して示したグラフである。
【符号の説明】
１外装体
１０内部空間
２容量基板
２０孔
３フェリ磁性体
４中心導体
５永久磁石
６基板
７終端用抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項１】外装体と、容量基板と、フェリ磁性体と、中心導体と、永久磁石と、基板と、終端用抵抗とを含むアイソレータであって、前記外装体は、少なくとも一端側を開口させた内部空間を有しており、前記容量基板は、中心部に孔を有し、前記孔の周りの基板部に前記中心導体に接続されるコンデンサを有し、前記外装体の前記内部空間内に配置されており前記フェリ磁性体は、前記孔の内部に配置されており、前記中心導体は、前記フェリ磁性体の上に配置されており、前記永久磁石は、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加しており、前記基板は、前記外装体の前記開口側とは反対側に備えられており、前記終端用抵抗は、反射電力を吸収すべく前記中心導体に接続され、前記基板の上に備えられているアイソレータ。
【請求項２】請求項１に記載されたアイソレータであって、前記終端用抵抗は、前記外装体と対向する一面上に設けられているアイソレータ。
【請求項３】請求項１に記載されたアイソレータであって、前記中心導体は、３つのストリップラインを有し、前記ストリップラインのそれぞれが互いに約１２０度の角度で交叉する集中定数型であるアイソレータ。

【図１】