(57)【要約】【課題】  挿入損失を増加させることなく、アイソレータの小型化を図ることである。【解決手段】  複数の中心電極と、マイクロ波用磁性体と、永久磁石と、磁気ヨークを兼ねた金属ケースを備えた集中定数型非可逆回路素子であって、前記中心電極は前記マイクロ波用磁性体の主面に配置し、前記マイクロ波用磁性体側面から前記金属ケースまでの最も短い距離を、前記マイクロ波用磁性体の厚みの１倍以上２．３倍以下の範囲にした集中定数型非可逆回路素子。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中心電極と、マイクロ波用磁性体と、永久磁石と、磁気ヨークを兼ねた金属ケースを備えた集中定数型非可逆回路素子であって、前記中心電極は前記マイクロ波用磁性体の主面に配置されており、前記マイクロ波用磁性体側面から、前記マイクロ波用磁性体側面に対向する前記金属ケースまでの最も短い距離が、前記マイクロ波用磁性体の厚みの１倍以上２．３倍以下の範囲にあることを特徴とする集中定数型非可逆回路素子。
【請求項２】
請求項１記載の集中定数型非可逆回路素子において、前記マイクロ波用磁性体の前記金属ケースに最も近い側面が、対向する前記金属ケースの面と略平行であることを特徴とする集中定数型非可逆回路素子
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの高周波無線通信機器に用いられる集中定数型非可逆回路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される携帯用無線通信機器市場においては小型化及び低消費電力化が強く求められており、必然的に無線通信機器に使用される部品にも同様の性能が求められている。無線通信機器などの高周波回路に使用される集中定数型非可逆回路素子においても例外ではない。集中定数型非可逆回路素子は電力を消費しないものの、信号通過時における損失は、電力効率低下につながるため、低損失化が求められている。
【０００３】
図２は、現在アイソレータとして利用されている集中定数型非可逆回路素子の構成を、分解図を持って示した図である。図示されているように、永久磁石９の下に複数の中心電極6a、6bを交差した状態で配置し、マイクロ波用磁性体5に十分な静磁界が印加されるようにする。さらに閉磁路を形成するために磁気ヨークを兼ねた金属ケース１及び１０で全体を覆っている。なお、ここで図示した構造は、２本の中心導体を用いた集中定数型非可逆回路素子構造であるが、３本の中心導体を用いた集中定数型非可逆回路素子も磁気回路的に同様の構造を持つ。
例えば、特許文献１や特許文献２に示す集中定数型非可逆回路素子がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８０１１１号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集中定数型非可逆回路素子の小型化のために、マイクロ波用磁性体を小さくしていくと、挿入損失が増加していく。これはマイクロ波用磁性体の小型化のためにインダクタンスが低下し、共振電流が増加するために中心電極の抵抗成分による損失が増加するためと考えられる。
【０００６】
ところが、マイクロ波用磁性体を小型化せずに、集中定数型非可逆回路素子の小型化のために金属ケースのみを小さくしていくと、マイクロ波用磁性体と金属ケースが近づくため、永久磁石により発生したマイクロ波用磁性体内の磁界が中心付近で強く、周辺部で小さいという状況になる。これは永久磁石により発生した磁束が、高透磁率を持つ金属ケースに吸収されるため、金属ケースに近いマイクロ波用磁性体の端部では、印加される磁界が弱くなってしまうためである。このようなマイクロ波用磁性体内の磁界の不均一性は、集中定数型非可逆回路素子の高周波特性を劣化させると考えられ、好ましくない。特許文献１及び特許文献２をはじめ従来このような問題点に着目し、解決手段を開示した文献は見当たらない。
【０００７】
本発明の課題は、上記のような問題を解決し、小型化においてもマイクロ波用磁性体内部の磁界の均一性が得られるような構造を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の集中定数型非可逆回路素子は、複数の中心電極と、マイクロ波用磁性体と、永久磁石と、磁気ヨークを兼ねた金属ケースを備えた集中定数型非可逆回路素子であって、前記中心電極は前記マイクロ波用磁性体の主面に配置されており、前記マイクロ波用磁性体側面から、前記マイクロ波用磁性体側面に対向する前記金属ケースまでの最も短い距離が、前記マイクロ波用磁性体の厚みｈの１倍以上２．３倍以下の範囲にあることを特徴とする。
このように、マイクロ波用磁性体の側面と、それに最も近い金属ケースの対向する面との距離を上記の範囲とすることにより、前記マイクロ波用磁性体の端部において反磁界が減少することによる磁界増強の効果と、前記金属ケースが前記マイクロ波用磁性体に近づくことにより磁束が吸収されることによる磁界減衰の効果を相殺させ、前記マイクロ波用磁性体内において均一な静磁界分布を得ることが可能となる。
【０００９】
なお、本発明の集中定数型非可逆回路素子において、前記マイクロ波用磁性体の前記金属ケースに最も近い側面が、対向する前記金属ケースの面と略平行であることが望ましい。
このように、前記マイクロ波用磁性体の前記金属ケースの最も近い側面と、その側面に対向する前記金属ケースの前記マイクロ波用磁性体に近い面とを略平行にすることにより、前記相殺の効果を広範囲にわたって発生させ、より均一な磁界分布を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明よれば、前記マイクロ波用磁性体の端部において反磁界が減少することによる磁界増強の効果と、前記金属ケースが前記マイクロ波用磁性体に近づくことにより磁束が吸収されることによる磁界減衰の効果を相殺させ、前記マイクロ波用磁性体内において均一な静磁界分布を得ることが可能となる。
【００１１】
また、近接する前記マイクロ波用磁性体の側面と、前記金属ケースの対向する面とを略平行にすることにより、前記相殺の効果を広範囲にわたって発生させ、より均一な磁界分布を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図２は本発明においても用いられる集中定数型非可逆回路素子の分解斜視図であり、図１は、本発明を説明するために、この第１の実施例の集中定数型非可逆回路素子のA-A’を含む垂直な断面を模式的に示した図である。
【００１３】
図中１は、金属ケースであり、閉磁路を形成するためのヨークを兼ねるため、鉄等の強磁性金属を主体とし、高周波渦電流による損失を低減するため通常銀などの良導体によりメッキが施されている。５はマイクロ波用磁性体であり、９はマイクロ波用磁性体５に静磁界を印加するための永久磁石である。６a、６bは中心電極であり、これらは非磁性体である。また、７は整合用のコンデンサを内臓した積層基板であり、８はチップ抵抗であり、２は、これら部品（中心電極、コンデンサ、抵抗、外部入出力端子）を接続するための電極パターンを形成した絶縁シートである。
【００１４】
ここで、本実施例においては、マイクロ波用磁性体５に飽和磁化０．０９T、厚み（ｔ）０．３mm、底面が１．４ｍｍ×１．４ｍｍの直方体のガーネットを使用した。
永久磁石９は、残留磁束密度0.41T、厚み0.6mmの直方体である。底面の形状は長方形であり、辺長は金属ケースに合うように大きさを調整した。
【００１５】
本発明の効果を最大限利用しようとするならば、マイクロ波用磁性体５と金属ケース１間の距離が、一定である部分がより多い方が望ましい。このような形状とするには、マイクロ波用磁性体５の側面のうち金属ケース１に最も接近している部分と、金属ケース１の最もマイクロ波用磁性体２に接近している部分を、略並行にすればよい。
この形状を実現するため、本実施例においては、マイクロ波用磁性体５を直方体とし、その側面を金属ケース１の側面と平行になるように配置した。
【００１６】
ここで、マイクロ波用磁性体５と金属ケース１間の距離をｄとし、d=0.2mmからd=0.95mmまで変化させ、マイクロ波用磁性体として用いたガーネット内部の静磁界をシミュレーションにより求めた結果を図３に示す。縦軸（H/H0）はマイクロ波用磁性体中央における磁界強度Ｈ０を１とした場合の、それぞれの位置での磁界強度Ｈとの磁界強度比であり、横軸（ｙ）はマイクロ波用磁性体の中央を０とした場合の、中央からの金属ケースに向かっての水平位置を示す。磁界が強い部分のマイクロ波用磁性体は、比透磁率は１に近づいていくため非可逆性に対する寄与が弱まる。また、磁界が弱い部分のマイクロ波用磁性体においては、共鳴周波数が低下し、エネルギーの吸収が大きくなるため、挿入損失増加の原因となる。望ましくはマイクロ波用磁性体のほとんどの部分において磁界強度比が±10%以下の変動に収まることが望ましい。
【００１７】
図３において明らかなように、d=0.95mmにおいては、マイクロ波用磁性体５端部において磁界が急激に大きくなっている。これは、マイクロ波用磁性体の形状からくる反磁界が弱まるために、外部磁界と反磁界の合計の磁界は強まるためである。
また、d=0.2mmにおいては、マイクロは磁性体端部に向かって静磁界が減少していく様子が分かる。これは、マイクロは磁性体端部に近づいた金属ケースに磁束が吸収されるために、磁界が弱まるためである。
d=0.3mm〜0.7mmでは、前記の双方の効果が相殺し、マイクロ波用磁性体内のほとんどの地点において、磁界強度比が0.9〜1.1の範囲内に均一に分布している様子が確認できる。したがって、マイクロ波用磁性体５と金属ケース１間の距離をこの範囲内にすることにより、非可逆回路素子の特性を劣化させることなく小型化することが可能となる。
このような効果を発生させるための距離dは、マイクロ波用磁性体の厚みｔに依存するが、磁気回路においては空間的には線形であるので、この結果を一般化する場合にはマイクロ波用磁性体の厚みｔ＝０．３ｍｍに対する比で距離ｄを規定すればよい。したがって距離ｄは、マイクロ波用磁性体の厚みｔの1〜2.3倍の範囲が望ましいと言える。
【００１８】
次に、上記シミュレーション結果を、高周波特性として確認した。図４及び図５に、本発明による構造であるd=0.45mm（厚みとの比1.5）の場合と、d=0.9mm（厚みとの比3）とした比較例の場合における集中定数型非可逆回路素子の反射損失と挿入損失の高周波特性を示す。両図において実線が本発明による場合であり、破線は比較例の場合の特性を示す。
両者の集中定数型非可逆回路素子において、飽和磁化0.09T、1.4mm×1.4mm×0.3mmのガーネット材をマイクロ波用磁性体として用いた。整合容量は、中心周波数が2GHｚとなるようにそれぞれ調整した。磁気ヨークを兼ねる金属ケースには厚さ0.15mmの鉄の表面に厚み10μｍの銀メッキを施したものを用いた。
図４において、挿入損失は両者とも中心周波数の2GHzにおいては約0.3dBであり、ほぼ同等であることが確認できる。2.2GHｚ近辺においては、本発明によるものがやや損失が小さくなっており、本発明が有効であることを確認できた。
図５において、反射損失が本発明の採用により広帯域化していることが確認できる。これは磁界が均一になったことにより実効的により大型のマイクロ波用磁性体を用いたのと同様の効果が得られたためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の集中定数型非可逆回路素子は、携帯電話、携帯端末などの高周波無線通信機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による集中定数非可逆回路素子の、第１の実施例の断面の模式図である。
【図２】本発明による集中定数非可逆回路素子の、第1の実施例の分解斜視図である。
【図３】本発明を説明するための、マイクロ波用磁性体（ガーネット）内部の静磁界強度分布を示した図である。
【図４】本発明による集中定数非可逆回路素子（実線）と比較例（点線）による挿入損失の高周波特性を示した図である。
【図５】本発明による集中定数非可逆回路素子（実線）と比較例（点線）による反射損失の高周波特性を示した図である。
【符号の説明】
【００２１】
1：金属ケース（下）
2：絶縁シート
3a,3b,3c,3d：銅貼電極
4a,4b,4c：スルーホール
5：マイクロ波用磁性体
6a,6b：中心導体
7：セラミック積層体
8：抵抗
9：永久磁石
10：金属ケース（上）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006135941.tif 000006
【図５】
2006135941.tif 000007