非可逆回路素子
【課題】複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることのできる非可逆回路素子を得る。
【解決手段】永久磁石により直流磁界が印加されるフェライト32に互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極35,36を設けたハイパスタイプの第1及び第2アイソレータ1,2を備えた非可逆回路素子。第1アイソレータ1の通過周波数帯域は第2アイソレータ2の通過周波数帯域よりも高い。アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。
【解決手段】永久磁石により直流磁界が印加されるフェライト32に互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極35,36を設けたハイパスタイプの第1及び第2アイソレータ1,2を備えた非可逆回路素子。第1アイソレータ1の通過周波数帯域は第2アイソレータ2の通過周波数帯域よりも高い。アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。
【0003】
この種の非可逆回路素子として使用される2ポート型アイソレータとしては、特許文献1,2に記載のように、フェライトの表面に第1中心電極及び第2中心電極を互いに絶縁状態で交差して配置し、入力ポートに接続された第1中心電極の一端と、出力ポートに接続された第2中心電極の一端との間に抵抗が接続され、かつ、該抵抗と直列にインダクタを接続したことを基本的な構成とするものが知られている。いずれも、挿入損失やアイソレーション特性の向上を図っている。
【0004】
ところで、近年では、1台の携帯電話で複数の周波数帯域での通信が可能となっている。これに対応するため、従来では、一つの周波数帯域ごとに一つのアイソレータを使用していたが、これでは部品点数が増加してしまう。そこで、複数の周波数帯域で使用可能な非可逆回路素子が求められている。つまり、入力ポートが一つで、出力ポートは複数の周波数帯域を少なくとも二つにまとめた2出力の形態である。
【0005】
本発明者は、複数の周波数帯域で使用するために、前記特許文献1又は特許文献2に記載の2ポート型アイソレータを一対組み合わせて一つの非可逆回路素子を構成することを考慮した。この2ポート型アイソレータは、ハイパスタイプであって、図14に示すように、周波数f1,f2で動作するように組み合わせると、周波数f2の高調波帯域が周波数f1と重畳してしまい、通信不良が発生する。
【0006】
一方、特許文献3には、3ポート型アイソレータの動作周波数帯域を広げるために、第1、第2周波数で動作する第1、第2非可逆回路と、該第1、第2非可逆回路の入出力ポートに接続され、第2、第1周波数で略開放となる第1、第2位相変換回路とを備え、該第1、第2位相変換回路及び第1、第2非可逆回路を並列接続して一つの回路素子ユニットを構成した非可逆回路素子が記載されている。
【0007】
特許文献3に記載の3ポート型アイソレータは本来的にローパスタイプであり、第2位相変換回路を備えることで第1、第2周波数が混信するおそれはない。しかし、動作周波数帯域を広げるために四つの位相変換回路を設けると、挿入損失が大きくなり、かつ、部品点数が増加して小型化を阻害してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第4155342号公報
【特許文献2】特許第4197032号公報
【特許文献3】特開平9−93004号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで、本発明の目的は、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることのできる非可逆回路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極を設けた、ハイパスタイプの第1及び第2アイソレータを備え、
第1アイソレータの通過周波数帯域は第2アイソレータの通過周波数帯域よりも高く、
第1及び第2アイソレータの互いに入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、
前記入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されていること、
を特徴とする。
【0011】
本発明に係る非可逆回路素子は、第1及び第2アイソレータの互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、一つの非可逆回路素子として機能する。しかも、入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されているため、通過周波数帯域が低い第2アイソレータの高調波帯域が減衰され、通過周波数帯域が高い第1アイソレータとの混信が防止される。また、ローパスフィルタの挿入箇所は入力ポートと第2アイソレータの入力部との間の一箇所であり、挿入損失の増大や部品点数の増加が抑制される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第1実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図2】第1実施例である非可逆回路素子の外観を示す斜視図である。
【図3】フェライト・磁石素子を示す分解斜視図である。
【図4】中心電極付きフェライトを示す斜視図である。
【図5】第1実施例である非可逆回路素子の入力反射特性を示すグラフである。
【図6】第1実施例である非可逆回路素子のアイソレーション特性を示すグラフである。
【図7】第1実施例である非可逆回路素子の挿入損失特性を示すグラフである。
【図8】第1実施例である非可逆回路素子の出力反射特性を示すグラフである。
【図9】第2実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図10】第3実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図11】第4実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図12】第5実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図13】第6実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図14】従来の2ポート型アイソレータを一対組み合わせた場合の挿入損失特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る非可逆回路素子の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各実施例において、同じ部品、部分に関しては共通した符号を付し、重複する説明は省略する。
【0015】
(第1実施例、図1〜図8参照)
第1実施例である非可逆回路素子は、図1の等価回路に示すように、2ポート型の第1アイソレータ1及び第2アイソレータ2を一体的なユニットとして構成したものである。第1及び第2アイソレータ1,2は、それぞれ、集中定数型アイソレータであり、フェライト32に、インダクタL1H,L1Lを構成する第1中心電極35とインダクタL2H,L2Lを構成する第2中心電極36とが互いに絶縁状態で交差して配置されている。
【0016】
第1アイソレータ1の通過周波数帯域f1は、第2アイソレータ2の通過周波数帯域f2よりも高く設定されており、第1及び第2アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、それぞれは出力ポートP2H,P2Lを有している。さらに、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。
【0017】
以下に、第1及び第2アイソレータ1,2の回路構成を説明する。なお、各回路部品の符号の末尾に、第1アイソレータ1にあっては“H”を、第2アイソレータ2にあっては“L”を付し、以下の説明は第1アイソレータ1について行うが、第2アイソレータ2に関しても同様の構成である。
【0018】
第1中心電極35の一端は整合用コンデンサCS1Hを介して入力ポートP1に接続されている。第1中心電極35の他端と第2中心電極36の一端は整合用コンデンサCS2Hを介して出力ポートP2Hに接続され、第2中心電極36の他端はグランドに接続されている。
【0019】
入力ポートP1と出力ポートP2Hとの間には第1中心電極35と並列に整合用コンデンサC1Hが接続され、出力ポートP2Hとグランドとの間には第2中心電極36と並列に整合用コンデンサC2Hが接続されている。入力ポートP1と出力ポートP2Hとの間には、抵抗R1HとLC直列共振回路(インダクタL3HとコンデンサC3Hとからなる)とが第1中心電極35と並列に接続されている。
【0020】
以上の回路構成からなる2ポート型アイソレータ1においては、入力ポートP1に高周波電流が入力されると、第2中心電極36に大きな高周波電流が流れ、第1中心電極35にはほとんど高周波電流が流れず、挿入損失が小さく、広帯域で動作する。この動作時において、抵抗R1HやLC直列共振回路(インダクタL3HとコンデンサC3H)にも高周波電流はほとんど流れないため、該LC直列共振回路による損失は無視でき、挿入損失が増大することはない。一方、出力ポートP2Hに高周波電流が入力されると、抵抗R1HとLC直列共振回路のインピーダンス特性によって広帯域に整合され、アイソレーション特性が向上する。
【0021】
さらに、本第1実施例においては、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。このローパスフィルタLPFは、インダクタL4LとコンデンサC4LとからなるL型の共振回路から構成されている。このローパスフィルタLPFを挿入したことによる本第1実施例での挿入損失特性は図7に示すとおりであり、第1アイソレータ1の通過周波数帯域f1に対して、第2アイソレータ2の通過周波数帯域f2は低く設定されており、かつ、ローパスフィルタLPFの挿入によって第2アイソレータ2の周波数帯域f1に相当する帯域が大きく減衰されている。ちなみに、本第1実施例における入力反射特性を図5に示し、アイソレーション特性を図6に示し、出力反射特性を図8に示す。
【0022】
換言すれば、周波数帯域f2から見た周波数帯域f1に相当する帯域を減衰させることで略開放端とし、第1及び第2アイソレータ1,2の入力部を結合しても電気特性が大きく劣化することはない。一方、周波数帯域f1から見た周波数帯域f2は、第2アイソレータ2がハイパスタイプであるため、略開放端となり、合成を阻害しない。
【0023】
以上のごとく、第1実施例においては、第1及び第2アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、一つの非可逆回路素子としてユニット化されている。しかも、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されているため、通過周波数帯域f2が低い第2アイソレータ2の高調波帯域が減衰され、通過周波数帯域f1が高い第1アイソレータ1との混信が防止される。また、ローパスフィルタLPFの挿入箇所は入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間の一箇所であり、挿入損失の増大や部品点数の増加が抑制される。
【0024】
次に、前記第1及び第2アイソレータ1,2の具体的な構成について、図2〜図4を参照して説明する。図2に示すように、アイソレータ1,2は基板20上に搭載されており、それぞれ、フェライト32と永久磁石41とからなるフェライト・磁石素子30と、チップタイプの各素子で構成されている。
【0025】
フェライト32には、図3及び図4に示すように、互いに電気的に絶縁された状態で第1中心電極35及び第2中心電極36が巻回されている。永久磁石41はフェライト32に対して直流磁界を厚み方向に印加するように、例えば、エポキシ系の接着剤42を介して接着されている。
【0026】
第1中心電極35は導体膜にて形成されている。即ち、図4に示すように、フェライト32の表面側において右下から立ち上がって2本に分岐した状態で左上に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成され、左上方に立ち上がり、上面の中継用電極35aを介して裏面側に回り込み、裏面側において表面側と透視状態で重なるように2本に分岐した状態で形成され、その一端は下面に形成された接続用電極35bに接続されている。また、第1中心電極35の他端は下面に形成された接続用電極35cに接続されている。このように、第1中心電極35はフェライト32に1ターン巻回されている。そして、第1中心電極35と以下に説明する第2中心電極36とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。
【0027】
第2中心電極36は導体膜にて形成されている。まず、0.5ターン目36aが表面側において右下から左上に長辺に対して比較的大きな角度で傾斜して第1中心電極35と交差した状態で形成され、上面の中継用電極36bを介して裏面側に回り込み、1ターン目36cが裏面側において略垂直に第1中心電極35と交差した状態で形成されている。1ターン目36cの下端部は下面の中継用電極36dを介して表面側に回り込み、1.5ターン目36eが表面側において第1中心電極35と交差した状態で形成され、上面の中継用電極36fを介して裏面側に回り込んでいる。以下同様に、2ターン目36g、中継用電極36h、2.5ターン目36i、中継用電極36j、3ターン目36k、中継用電極36l、3.5ターン目36m、中継用電極36n、4ターン目36o、がフェライト32の表裏面及び上下面にそれぞれ形成されている。また、第2中心電極36の両端は、それぞれフェライト32の下面に形成された接続用電極35c,36pに接続されている。なお、接続用電極35cは第1中心電極35及び第2中心電極36のそれぞれの端部の接続用電極として共用されている。
【0028】
即ち、第2中心電極36はフェライト32に螺旋状に4ターン巻回されていることになる。ここで、ターン数とは、中心電極36が表裏面をそれぞれ1回横断した状態を0.5ターンとして計算している。そして、中心電極35,36の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。
【0029】
前記各部品は回路基板20上で図示しない配線によって図1に示した回路に結線されている。
【0030】
(第2実施例、図9参照)
第2実施例である非可逆回路素子は、図9に示すように、基本的には前記第1実施例と同様の回路構成を有しており、図1に示した等価回路からLC直列共振回路(インダクタL3H,L3L、コンデンサC3H,C3L)を省略したものである。入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にはL型の前記ローパスフィルタLPFが挿入されており、その作用効果は前記第1実施例と同様である。
【0031】
(第3実施例、図10参照)
第3実施例である非可逆回路素子は、図10に示すように、基本的には前記第1実施例と同様の回路構成を有しており、さらに、第1中心電極35の一端にグランドに接続されたインピーダンス調整用コンデンサCAH,CAL、及び、第1アイソレータ1に入力部と出力部との間に挿入損失とアイソレーションを調整するためのコンデンサCJHが追加されている。入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にはL型の前記ローパスフィルタLPFが挿入されており、その作用効果は第1実施例のローパスフィルタLPFと同様である。
【0032】
(第4実施例、図11参照)
第4実施例である非可逆回路素子は、図11に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間に挿入したローパスフィルタLPFを、インダクタL4LとコンデンサC4L,C5Lとからなるπ型の共振回路で構成している。π型のローパスフィルタLPFの作用効果もL型の前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0033】
(第5実施例、図12参照)
第5実施例である非可逆回路素子は、図12に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にストリップラインSLLを挿入している。ストリップラインSLLはローパスフィルタとして機能し、その作用効果は前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0034】
(第6実施例、図13参照)
第6実施例である非可逆回路素子は、図13に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間に2段のローパスフィルタLPF1,LPF2を挿入している。ローパスフィルタLPF1,LPF2はそれぞれインダクタL4L,L5LとコンデンサC4L,C5LからなるL型の共振回路を構成している。その作用効果は前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0035】
(他の実施例)
なお、本発明に係る非可逆回路素子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することができる。
【0036】
特に、図2に示した基板上への各部品の搭載形態は任意である。また、各アイソレータの回路構成やフェライト・磁石素子の構成も任意である。
【産業上の利用可能性】
【0037】
以上のように、本発明は、非可逆回路素子に有用であり、特に、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることができる点で優れている。
【符号の説明】
【0038】
30…フェライト・磁石素子
32…フェライト
35…第1中心電極
36…第2中心電極
41…永久磁石
P1…入力ポート
P2H,P2L…出力ポート
LPF,LPF1,LPF2…ローパスフィルタ
L4L,L5L…インダクタ
C4L,C5L…コンデンサ
SLL…ストリップライン
C1H,C1L…第1整合容量
C2H,C2L…第2整合容量
R1H,R1L…抵抗
【技術分野】
【0001】
本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。
【0003】
この種の非可逆回路素子として使用される2ポート型アイソレータとしては、特許文献1,2に記載のように、フェライトの表面に第1中心電極及び第2中心電極を互いに絶縁状態で交差して配置し、入力ポートに接続された第1中心電極の一端と、出力ポートに接続された第2中心電極の一端との間に抵抗が接続され、かつ、該抵抗と直列にインダクタを接続したことを基本的な構成とするものが知られている。いずれも、挿入損失やアイソレーション特性の向上を図っている。
【0004】
ところで、近年では、1台の携帯電話で複数の周波数帯域での通信が可能となっている。これに対応するため、従来では、一つの周波数帯域ごとに一つのアイソレータを使用していたが、これでは部品点数が増加してしまう。そこで、複数の周波数帯域で使用可能な非可逆回路素子が求められている。つまり、入力ポートが一つで、出力ポートは複数の周波数帯域を少なくとも二つにまとめた2出力の形態である。
【0005】
本発明者は、複数の周波数帯域で使用するために、前記特許文献1又は特許文献2に記載の2ポート型アイソレータを一対組み合わせて一つの非可逆回路素子を構成することを考慮した。この2ポート型アイソレータは、ハイパスタイプであって、図14に示すように、周波数f1,f2で動作するように組み合わせると、周波数f2の高調波帯域が周波数f1と重畳してしまい、通信不良が発生する。
【0006】
一方、特許文献3には、3ポート型アイソレータの動作周波数帯域を広げるために、第1、第2周波数で動作する第1、第2非可逆回路と、該第1、第2非可逆回路の入出力ポートに接続され、第2、第1周波数で略開放となる第1、第2位相変換回路とを備え、該第1、第2位相変換回路及び第1、第2非可逆回路を並列接続して一つの回路素子ユニットを構成した非可逆回路素子が記載されている。
【0007】
特許文献3に記載の3ポート型アイソレータは本来的にローパスタイプであり、第2位相変換回路を備えることで第1、第2周波数が混信するおそれはない。しかし、動作周波数帯域を広げるために四つの位相変換回路を設けると、挿入損失が大きくなり、かつ、部品点数が増加して小型化を阻害してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第4155342号公報
【特許文献2】特許第4197032号公報
【特許文献3】特開平9−93004号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで、本発明の目的は、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることのできる非可逆回路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極を設けた、ハイパスタイプの第1及び第2アイソレータを備え、
第1アイソレータの通過周波数帯域は第2アイソレータの通過周波数帯域よりも高く、
第1及び第2アイソレータの互いに入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、
前記入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されていること、
を特徴とする。
【0011】
本発明に係る非可逆回路素子は、第1及び第2アイソレータの互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、一つの非可逆回路素子として機能する。しかも、入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されているため、通過周波数帯域が低い第2アイソレータの高調波帯域が減衰され、通過周波数帯域が高い第1アイソレータとの混信が防止される。また、ローパスフィルタの挿入箇所は入力ポートと第2アイソレータの入力部との間の一箇所であり、挿入損失の増大や部品点数の増加が抑制される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第1実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図2】第1実施例である非可逆回路素子の外観を示す斜視図である。
【図3】フェライト・磁石素子を示す分解斜視図である。
【図4】中心電極付きフェライトを示す斜視図である。
【図5】第1実施例である非可逆回路素子の入力反射特性を示すグラフである。
【図6】第1実施例である非可逆回路素子のアイソレーション特性を示すグラフである。
【図7】第1実施例である非可逆回路素子の挿入損失特性を示すグラフである。
【図8】第1実施例である非可逆回路素子の出力反射特性を示すグラフである。
【図9】第2実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図10】第3実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図11】第4実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図12】第5実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図13】第6実施例である非可逆回路素子を示す等価回路図である。
【図14】従来の2ポート型アイソレータを一対組み合わせた場合の挿入損失特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る非可逆回路素子の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各実施例において、同じ部品、部分に関しては共通した符号を付し、重複する説明は省略する。
【0015】
(第1実施例、図1〜図8参照)
第1実施例である非可逆回路素子は、図1の等価回路に示すように、2ポート型の第1アイソレータ1及び第2アイソレータ2を一体的なユニットとして構成したものである。第1及び第2アイソレータ1,2は、それぞれ、集中定数型アイソレータであり、フェライト32に、インダクタL1H,L1Lを構成する第1中心電極35とインダクタL2H,L2Lを構成する第2中心電極36とが互いに絶縁状態で交差して配置されている。
【0016】
第1アイソレータ1の通過周波数帯域f1は、第2アイソレータ2の通過周波数帯域f2よりも高く設定されており、第1及び第2アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、それぞれは出力ポートP2H,P2Lを有している。さらに、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。
【0017】
以下に、第1及び第2アイソレータ1,2の回路構成を説明する。なお、各回路部品の符号の末尾に、第1アイソレータ1にあっては“H”を、第2アイソレータ2にあっては“L”を付し、以下の説明は第1アイソレータ1について行うが、第2アイソレータ2に関しても同様の構成である。
【0018】
第1中心電極35の一端は整合用コンデンサCS1Hを介して入力ポートP1に接続されている。第1中心電極35の他端と第2中心電極36の一端は整合用コンデンサCS2Hを介して出力ポートP2Hに接続され、第2中心電極36の他端はグランドに接続されている。
【0019】
入力ポートP1と出力ポートP2Hとの間には第1中心電極35と並列に整合用コンデンサC1Hが接続され、出力ポートP2Hとグランドとの間には第2中心電極36と並列に整合用コンデンサC2Hが接続されている。入力ポートP1と出力ポートP2Hとの間には、抵抗R1HとLC直列共振回路(インダクタL3HとコンデンサC3Hとからなる)とが第1中心電極35と並列に接続されている。
【0020】
以上の回路構成からなる2ポート型アイソレータ1においては、入力ポートP1に高周波電流が入力されると、第2中心電極36に大きな高周波電流が流れ、第1中心電極35にはほとんど高周波電流が流れず、挿入損失が小さく、広帯域で動作する。この動作時において、抵抗R1HやLC直列共振回路(インダクタL3HとコンデンサC3H)にも高周波電流はほとんど流れないため、該LC直列共振回路による損失は無視でき、挿入損失が増大することはない。一方、出力ポートP2Hに高周波電流が入力されると、抵抗R1HとLC直列共振回路のインピーダンス特性によって広帯域に整合され、アイソレーション特性が向上する。
【0021】
さらに、本第1実施例においては、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されている。このローパスフィルタLPFは、インダクタL4LとコンデンサC4LとからなるL型の共振回路から構成されている。このローパスフィルタLPFを挿入したことによる本第1実施例での挿入損失特性は図7に示すとおりであり、第1アイソレータ1の通過周波数帯域f1に対して、第2アイソレータ2の通過周波数帯域f2は低く設定されており、かつ、ローパスフィルタLPFの挿入によって第2アイソレータ2の周波数帯域f1に相当する帯域が大きく減衰されている。ちなみに、本第1実施例における入力反射特性を図5に示し、アイソレーション特性を図6に示し、出力反射特性を図8に示す。
【0022】
換言すれば、周波数帯域f2から見た周波数帯域f1に相当する帯域を減衰させることで略開放端とし、第1及び第2アイソレータ1,2の入力部を結合しても電気特性が大きく劣化することはない。一方、周波数帯域f1から見た周波数帯域f2は、第2アイソレータ2がハイパスタイプであるため、略開放端となり、合成を阻害しない。
【0023】
以上のごとく、第1実施例においては、第1及び第2アイソレータ1,2の互いの入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートP1とされ、一つの非可逆回路素子としてユニット化されている。しかも、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にローパスフィルタLPFが挿入されているため、通過周波数帯域f2が低い第2アイソレータ2の高調波帯域が減衰され、通過周波数帯域f1が高い第1アイソレータ1との混信が防止される。また、ローパスフィルタLPFの挿入箇所は入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間の一箇所であり、挿入損失の増大や部品点数の増加が抑制される。
【0024】
次に、前記第1及び第2アイソレータ1,2の具体的な構成について、図2〜図4を参照して説明する。図2に示すように、アイソレータ1,2は基板20上に搭載されており、それぞれ、フェライト32と永久磁石41とからなるフェライト・磁石素子30と、チップタイプの各素子で構成されている。
【0025】
フェライト32には、図3及び図4に示すように、互いに電気的に絶縁された状態で第1中心電極35及び第2中心電極36が巻回されている。永久磁石41はフェライト32に対して直流磁界を厚み方向に印加するように、例えば、エポキシ系の接着剤42を介して接着されている。
【0026】
第1中心電極35は導体膜にて形成されている。即ち、図4に示すように、フェライト32の表面側において右下から立ち上がって2本に分岐した状態で左上に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成され、左上方に立ち上がり、上面の中継用電極35aを介して裏面側に回り込み、裏面側において表面側と透視状態で重なるように2本に分岐した状態で形成され、その一端は下面に形成された接続用電極35bに接続されている。また、第1中心電極35の他端は下面に形成された接続用電極35cに接続されている。このように、第1中心電極35はフェライト32に1ターン巻回されている。そして、第1中心電極35と以下に説明する第2中心電極36とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。
【0027】
第2中心電極36は導体膜にて形成されている。まず、0.5ターン目36aが表面側において右下から左上に長辺に対して比較的大きな角度で傾斜して第1中心電極35と交差した状態で形成され、上面の中継用電極36bを介して裏面側に回り込み、1ターン目36cが裏面側において略垂直に第1中心電極35と交差した状態で形成されている。1ターン目36cの下端部は下面の中継用電極36dを介して表面側に回り込み、1.5ターン目36eが表面側において第1中心電極35と交差した状態で形成され、上面の中継用電極36fを介して裏面側に回り込んでいる。以下同様に、2ターン目36g、中継用電極36h、2.5ターン目36i、中継用電極36j、3ターン目36k、中継用電極36l、3.5ターン目36m、中継用電極36n、4ターン目36o、がフェライト32の表裏面及び上下面にそれぞれ形成されている。また、第2中心電極36の両端は、それぞれフェライト32の下面に形成された接続用電極35c,36pに接続されている。なお、接続用電極35cは第1中心電極35及び第2中心電極36のそれぞれの端部の接続用電極として共用されている。
【0028】
即ち、第2中心電極36はフェライト32に螺旋状に4ターン巻回されていることになる。ここで、ターン数とは、中心電極36が表裏面をそれぞれ1回横断した状態を0.5ターンとして計算している。そして、中心電極35,36の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。
【0029】
前記各部品は回路基板20上で図示しない配線によって図1に示した回路に結線されている。
【0030】
(第2実施例、図9参照)
第2実施例である非可逆回路素子は、図9に示すように、基本的には前記第1実施例と同様の回路構成を有しており、図1に示した等価回路からLC直列共振回路(インダクタL3H,L3L、コンデンサC3H,C3L)を省略したものである。入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にはL型の前記ローパスフィルタLPFが挿入されており、その作用効果は前記第1実施例と同様である。
【0031】
(第3実施例、図10参照)
第3実施例である非可逆回路素子は、図10に示すように、基本的には前記第1実施例と同様の回路構成を有しており、さらに、第1中心電極35の一端にグランドに接続されたインピーダンス調整用コンデンサCAH,CAL、及び、第1アイソレータ1に入力部と出力部との間に挿入損失とアイソレーションを調整するためのコンデンサCJHが追加されている。入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にはL型の前記ローパスフィルタLPFが挿入されており、その作用効果は第1実施例のローパスフィルタLPFと同様である。
【0032】
(第4実施例、図11参照)
第4実施例である非可逆回路素子は、図11に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間に挿入したローパスフィルタLPFを、インダクタL4LとコンデンサC4L,C5Lとからなるπ型の共振回路で構成している。π型のローパスフィルタLPFの作用効果もL型の前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0033】
(第5実施例、図12参照)
第5実施例である非可逆回路素子は、図12に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間にストリップラインSLLを挿入している。ストリップラインSLLはローパスフィルタとして機能し、その作用効果は前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0034】
(第6実施例、図13参照)
第6実施例である非可逆回路素子は、図13に示すように、基本的には前記第3実施例と同様の回路構成を有しており、入力ポートP1と第2アイソレータ2の入力部との間に2段のローパスフィルタLPF1,LPF2を挿入している。ローパスフィルタLPF1,LPF2はそれぞれインダクタL4L,L5LとコンデンサC4L,C5LからなるL型の共振回路を構成している。その作用効果は前記ローパスフィルタLPFと同様である。
【0035】
(他の実施例)
なお、本発明に係る非可逆回路素子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することができる。
【0036】
特に、図2に示した基板上への各部品の搭載形態は任意である。また、各アイソレータの回路構成やフェライト・磁石素子の構成も任意である。
【産業上の利用可能性】
【0037】
以上のように、本発明は、非可逆回路素子に有用であり、特に、複数の周波数帯域で動作が可能であるとともに、部品点数の増加や挿入損失の増大を極力抑えることができる点で優れている。
【符号の説明】
【0038】
30…フェライト・磁石素子
32…フェライト
35…第1中心電極
36…第2中心電極
41…永久磁石
P1…入力ポート
P2H,P2L…出力ポート
LPF,LPF1,LPF2…ローパスフィルタ
L4L,L5L…インダクタ
C4L,C5L…コンデンサ
SLL…ストリップライン
C1H,C1L…第1整合容量
C2H,C2L…第2整合容量
R1H,R1L…抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項1】
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極を設けた、ハイパスタイプの第1及び第2アイソレータを備え、
第1アイソレータの通過周波数帯域は第2アイソレータの通過周波数帯域よりも高く、
第1及び第2アイソレータの互いに入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、
前記入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されていること、
を特徴とする非可逆回路素子。
【請求項2】
第2中心電極が前記フェライトに1ターン以上巻回されていること、を特徴とする請求項1に記載の非可逆回路素子。
【請求項3】
第1及び第2アイソレータは、それぞれ、
第1中心電極の一端が入力部に電気的に接続され、他端が出力部に電気的に接続され、
第2中心電極の一端が出力部に電気的に接続され、他端がグランドに電気的に接続され、
前記入力部と前記出力部との間に第1整合容量が電気的に接続され、
前記出力部と前記グランドとの間に第2整合容量が電気的に接続され、
前記入力部と前記出力部との間に抵抗が電気的に接続されていること、
を特徴とする請求項2に記載の非可逆回路素子。
【請求項4】
前記ローパスフィルタはインダクタとコンデンサとからなるL型又はπ型であること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項5】
前記ローパスフィルタが2段に接続されていること、を特徴とする請求項4に記載の非可逆回路素子。
【請求項6】
前記ローパスフィルタはストリップラインからなること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項1】
永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差して配置された第1及び第2中心電極を設けた、ハイパスタイプの第1及び第2アイソレータを備え、
第1アイソレータの通過周波数帯域は第2アイソレータの通過周波数帯域よりも高く、
第1及び第2アイソレータの互いに入力部が電気的に接続されて一つの入力ポートとされ、
前記入力ポートと第2アイソレータの入力部との間にローパスフィルタが挿入されていること、
を特徴とする非可逆回路素子。
【請求項2】
第2中心電極が前記フェライトに1ターン以上巻回されていること、を特徴とする請求項1に記載の非可逆回路素子。
【請求項3】
第1及び第2アイソレータは、それぞれ、
第1中心電極の一端が入力部に電気的に接続され、他端が出力部に電気的に接続され、
第2中心電極の一端が出力部に電気的に接続され、他端がグランドに電気的に接続され、
前記入力部と前記出力部との間に第1整合容量が電気的に接続され、
前記出力部と前記グランドとの間に第2整合容量が電気的に接続され、
前記入力部と前記出力部との間に抵抗が電気的に接続されていること、
を特徴とする請求項2に記載の非可逆回路素子。
【請求項4】
前記ローパスフィルタはインダクタとコンデンサとからなるL型又はπ型であること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項5】
前記ローパスフィルタが2段に接続されていること、を特徴とする請求項4に記載の非可逆回路素子。
【請求項6】
前記ローパスフィルタはストリップラインからなること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2011−176668(P2011−176668A)
【公開日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−39864(P2010−39864)
【出願日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】
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