(57)【要約】【課題】  中心電極を透過し、フェライト板に印加される直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制された非可逆回路素子を提供する。【解決手段】  第１磁石１０と、第１磁石１０の下に配置された第２磁石１１と、第２磁石１１の下に配置された中心電極８と、中心電極８から延出された複数の伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと、中心電極８の下に配置されたフェライト板４と、を備え、上方から平面視したとき、第１磁石１０の面積が、第２磁石１１の面積よりも大きく、かつ、中心電極８の面積よりも大きいものとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁石と、
前記第１磁石の下に配置された第２磁石と、
前記第２磁石の下に配置された中心電極と、
前記中心電極から延出された複数の伝送線路と、
前記中心電極の下に配置されたフェライト板と、を備え、
上方から平面視したとき、
前記第１磁石の面積が、前記第２磁石の面積よりも大きく、かつ、前記中心電極の面積よりも大きい、非可逆回路素子。
【請求項２】
上方から平面視したとき、
前記第１磁石の外形の内側に、前記第２磁石の外形および前記中心電極の外形がそれぞれ配置された、請求項１に記載された非可逆回路素子。
【請求項３】
上方から平面視したとき、
前記第１磁石の重心と、前記第２磁石の重心と、前記中心電極の重心とが重なっている、請求項１または２に記載された非可逆回路素子。
【請求項４】
前記中心電極の幅であって、上方からの平面視における前記中心電極の重心を含み、かつ、前記中心電極の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、前記仮想直線と前記中心電極の外形が接する２つの点の間の長さを中心電極幅と規定し、
前記第１磁石の幅であって、上方からの平面視における前記第１磁石の重心を含み、かつ、前記第１磁石の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、前記仮想直線と前記第１磁石の外形が接する２つの点の間の長さを第１磁石幅と規定したとき、
前記中心電極幅に対する前記第１磁石幅の倍率が、１．１５倍以上、１．６倍以下である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【請求項５】
前記第１磁石が希土類磁石であり、
前記第２磁石がフェライト磁石である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【請求項６】
前記第２磁石の電気抵抗率ρが、１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【請求項７】
前記第２磁石と前記伝送線路とが接触していないか、または、
前記伝送線路の総面積に対する、前記第２磁石と前記伝送線路との接触面積の比率が、２０％以下である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【請求項８】
板状の下ヨークを備え、
前記下ヨークが前記フェライト板の下に配置された、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【請求項９】
Ｕ字状の断面を有する上ヨークを備え、
前記上ヨークが、前記フェライト板の上に配置され、前記第１磁石と前記第２磁石と前記中心電極とを囲んだ、請求項１ないし８のいずれか１項に記載された非可逆回路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
携帯電話やスマートフォンなどの電子機器に、信号を伝送方向のみに通過させ、逆方向への伝送を阻止する、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子が広く使用されている。
【０００３】
特許文献１（特開昭５５-１０５４０４号公報）に、そのような非可逆回路素子が開示されている。
【０００４】
図１２に、特許文献１に開示された非可逆回路素子１０００を示す。ただし、図１２は、非可逆回路素子１０００の分解斜視図である。
【０００５】
非可逆回路素子（ストリップライン・サーキュレータ）１０００は、上から順番に、金属磁石１０１、フェライト磁石１０２、中心電極（中心導体）１０３、フェライト板（フェライトコア）１０４、グランド導体（地導体）１０５、金属磁石１０６が積層された構造からなる。中心電極１０３からは、３本の伝送線路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが延出されている。
【０００６】
非可逆回路素子１０００は、金属磁石１０１、フェライト磁石１０２、金属磁石１０６が発生させた直流磁界がフェライト板１０４に印加されることによって、伝送線路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを入出力ポートにして、非可逆回路素子として機能する。
【０００７】
なお、金属磁石１０１、１０６は、一般に、大きい（強い）直流磁界を発生させるが、中心電極１０３や伝送線路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの近くに配置すると大きな渦電流を発生させてしまい、挿入損失が大きくなるという特徴がある。一方、フェライト磁石１０２は、一般に、中心電極１０３や伝送線路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの近くに配置しても渦電流を発生させにくいが、発生させる直流磁界が小さい（弱い）という特徴がある。そこで、非可逆回路素子１０００では、フェライト磁石１０２を中心電極１０３の近くに配置し、金属磁石１０１、１０６を中心電極１０３から離して配置しているものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５-１０５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非可逆回路素子１０００には、中心電極１０３を透過し、フェライト板１０４に印加される直流磁界の磁束密度が、中心電極１０３の部分（位置）によって大きくばらついてしまうという問題があった。すなわち、中心電極１０３の中心部分を透過する直流磁界の磁束密度は大きいが、中心電極１０３の周縁部分を透過する直流磁界の磁束密度が小さいという問題があった。
【００１０】
そして、非可逆回路素子１０００には、中心電極１０３を透過する直流磁界の磁束密度が、中心電極１０３の部分によって大きくばらつくことにより、中心電極１０３の磁気モーメントが不揃いになり、挿入損失が大きくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本願の発明者は、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度のばらつきの抑制をはかるために、種々の検討、実験をおこなった。そして、上から順番に、第１磁石、第２磁石、中心電極、フェライト板を積層した場合に、上方からの平面視における、第１磁石の面積を、第２磁石の面積よりも大きくし、かつ、中心電極の面積よりも大きくすることにより、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきを抑制できる（小さくできる）ことを見出した。
【００１２】
具体的には、本発明の非可逆回路素子は、第１磁石と、第１磁石の下に配置された第２磁石と、第２磁石の下に配置された中心電極と、中心電極から延出された複数の伝送線路と、中心電極の下に配置されたフェライト板と、を備え、上方から平面視したとき、第１磁石の面積が、第２磁石の面積よりも大きく、かつ、中心電極の面積よりも大きいものとする。
【００１３】
上方から平面視したとき、第１磁石の外形の内側に、第２磁石の外形および中心電極の外形がそれぞれ配置されることが好ましい。この場合には、より確実に、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきを抑制することができる。また、上方から平面視したとき、第２磁石の外形と中心電極の外形とが重なっているか、または、第２磁石の外形の内側に中心電極の外形が配置されることも好ましい。すなわち、このような配置ではなく、中心電極の外形の内側に第２磁石の外形が配置されると、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが大きくなる虞があるからである。なお、たとえば、第２磁石の外形が正方形であり、中心電極の外形が円形であり、第２磁石の外形と中心電極の外形とが４点で接しているような場合も、第２磁石の外形の内側に中心電極の外形が配置される場合に該当する。
【００１４】
また、上方から平面視したとき、第１磁石の重心と、第２磁石の重心と、中心電極の重心とが重なっていることが好ましい。この場合には、第１磁石および第２磁石が発生させた直流磁界を、水平方向においていずれかの方向に偏らせずに中心電極を透過させることができる。なお、重心とは、数学的に求められる重心をいう。また、重心は、製品の設計段階における重心をいい、製造ばらつきに等に起因して若干のずれが発生しているような場合においても、なお第１磁石の重心と第２磁石の重心と中心電極の重心は重なっているものとみなす。
【００１５】
また、中心電極の幅であって、上方からの平面視における中心電極の重心を含み、かつ、中心電極の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、仮想直線と中心電極の外形が接する２つの点の間の長さを中心電極幅と規定し、第１磁石の幅であって、上方からの平面視における第１磁石の重心を含み、かつ、第１磁石の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、仮想直線と第１磁石の外形が接する２つの点の間の長さを第１磁石幅と規定したとき、中心電極幅に対する第１磁石幅の倍率が、１．１５倍以上、１．６倍以下であることも好ましい。中心電極幅に対する第１磁石幅の倍率が、１．１５倍よりも小さいと、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきを、十分に抑制する（小さくする）ことができないからである。また、中心電極幅に対する第１磁石幅の倍率を、１．６倍より大きくしても、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきは、それ以上は小さくはならず、第１磁石の平面方向の大きさが大きくなってしまうだけだからである。
【００１６】
また、第１磁石が希土類磁石であり、第２磁石がフェライト磁石であることも好ましい。第１磁石が希土類磁石であれば、大きい（強い）直流磁界を発生させることができるからである。また、第２磁石がフェライト磁石であれば、第２磁石が中心電極や伝送線路の近くに配置されても、渦電流が発生しないか、あるいは発生する渦電流を小さく抑えることができるからである。
【００１７】
また、第２磁石の電気抵抗率ρが、１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上であることも好ましい。第２磁石の電気抵抗率ρが１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上であれば、第２磁石が中心電極や伝送線路の近くに配置されても、渦電流が発生しないか、あるいは発生する渦電流を小さく抑えることができるからである。
【００１８】
第２磁石と伝送線路とが接触していないか、または、伝送線路の総面積に対する、第２磁石と伝送線路との接触面積の比率が２０％以下であることも好ましい。第２磁石と伝送線路とが接触すると、第２磁石に渦電流が発生し、挿入損失が大きくなる虞があるが、伝送線路の総面積に対する第２磁石と伝送線路との接触面積の比率が２０％以下であれば、第２磁石に渦電流が発生しないか、あるいは発生する渦電流を小さく抑えることができ、挿入損失の劣化（増大）を許容範囲内に抑制することができるからである。なお、伝送線路の総面積とは、フェライト板の上に配置された、複数の伝送線路の合計面積をいう。
【００１９】
また、板状で、フェライト板の下に配置される下ヨークを備えることも好ましい。さらに、Ｕ字状の断面を有し、フェライト板の上に配置され、第１磁石と第２磁石と中心電極とを囲む上ヨークを備えることも好ましい。これらの場合には、第１磁石および第２磁石が発生させた直流磁界を、効率的にフェライト板に印加させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の非可逆回路素子は、中心電極を透過し、フェライト板に印加される直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている（小さくなっている）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００の斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、非可逆回路素子１００の断面図である。図２（Ｂ）は、非可逆回路素子１００の透視平面図である。
【図３】非可逆回路素子１００の分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は、非可逆回路素子１００の直流磁界の磁束密度を示す模式図である。図４（Ｂ）は、比較例にかかる非可逆回路素子１１００の直流磁界の磁束密度を示す模式図である。
【図５】図５（Ａ）は、非可逆回路素子１００の断面図である。図５（Ｂ）は、非可逆回路素子１００および非可逆回路素子１１００の直流磁界の磁束密度を示すグラフである。
【図６】中心電極８の幅Ａに対する第１磁石１０の幅Ｂの倍率と、磁束密度ばらつき（％）との関係を示すグラフである。
【図７】第２磁石１１の電気抵抗率ρと挿入損失（ｄＢ）との関係を示すグラフである。
【図８】伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１の位置関係を示す、非可逆回路素子１１００の透視平面図である。
【図９】第２実施形態にかかる非可逆回路素子２００の分解斜視図である。
【図１０】第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００の断面図である。
【図１１】非可逆回路素子３００の分解斜視図である。
【図１２】特許文献１に開示された非可逆回路素子１０００の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２３】
なお、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、明細書の理解を助けるためのものであって、模式的に描画されている場合があり、描画された構成要素または構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。
【００２４】
［第１実施形態］
図１、図２（Ａ）、（Ｂ）、図３に、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００を示す。ただし、図１は、非可逆回路素子１００の斜視図である。図２（Ａ）は、非可逆回路素子１００の断面図であり、図１に一点鎖線で示したＸ-Ｘ部分を示している。図２（Ｂ）は、非可逆回路素子１００の透視平面図である。図３は、非可逆回路素子１００の分解斜視図である。なお、図２（Ｂ）では、上方から、直視または透視によって、中心電極８、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃ、第１磁石１０、第２磁石１１を見ている。
【００２５】
本実施形態の非可逆回路素子１００は、サーキュレータである。ただし、本発明の非可逆回路素子は、サーキュレータには限られず、アイソレータなどであっても良い。
【００２６】
非可逆回路素子１００は、下ヨーク１を備えている。下ヨーク１の材質は任意であるが、後述する第１磁石１０および第２磁石１１が発生させる直流磁界の磁束を効率的に回流させるためには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの強磁性体であることが望ましい。
【００２７】
また、下ヨーク１の表面は、高周波電流が流れるため、挿入損失を低減させるために、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの高導電率材料でメッキされていることが望ましい。
【００２８】
本実施形態においては、下ヨーク１を、縦３ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの板状とした。下ヨーク１は、上方からの平面視において正方形である。ただし、下ヨーク１の形状、寸法は任意であり、平面視において、長方形、菱形、台形、四角形以外の多角形、円形、楕円形など、他の形状であっても良い。また、下ヨーク１は、単純な板状ではなく、垂直部などを備えていても良い。
【００２９】
下ヨーク１の４つの辺のうち、３つの辺に、それぞれ切欠きが設けられ、それらの切欠きに、それぞれ絶縁体２が埋め込まれている。絶縁体２の材質は任意であるが、たとえば、樹脂を使用することができる。
【００３０】
下ヨーク１との間に絶縁体２を介在させて、入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。本実施形態においては、入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃとして、絶縁体２に、ＣｕやＡｇなどを主成分とする導電性樹脂を埋め込んだ。入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃは、絶縁体２を貫通して形成されており、絶縁体２の上面、側面、下面の３つの面において外部に露出している。なお、入出力端子３ａ、３ｂ、３ｃの構造は任意であり、上記に代えて、たとえば、ＣｕやＡｇなどの金属片を絶縁体２に埋め込んで、入出力端子としても良い。あるいは、絶縁体２の上面、側面、下面の３つの面にわたって、ＣｕやＡｇなどの金属膜を形成して、入出力端子としても良い。
【００３１】
非可逆回路素子１００は、フェライト板４を備えている。フェライト板４の組成は任意であるが、たとえば、ＮｉＺｎ系、ＭｎＺｎ系、ＹＩＧ系、ＣＶＧ系のフェライト等を使用することができる。
【００３２】
本実施形態においては、フェライト板４を、縦２．８ｍｍ、横２．８ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの板状とした。フェライト板４は、平面視において正方形である。ただし、フェライト板４の形状、寸法は任意であり、平面視において、長方形、菱形、台形、四角形以外の多角形、円形、楕円形、など他の形状であっても良い。
【００３３】
フェライト板４の下ヨーク１側の下側主面と、後述する中心電極８側の上側主面とを貫通して、６つのスルーホール導体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが形成されている。スルーホール導体の材質は任意であるが、たとえば、ＣｕやＡｇなどを使用することができる。
【００３４】
フェライト板４の下側主面にグランド導体７が配置され、さらにグランド導体７の縁に、グランド導体７から間隔を開けて３つの信号電極６ａ、６ｂ、６ｃが配置されている。信号電極６ａ、６ｂ、６ｃは、厚さ３０μｍの膜状に形成されている。信号電極６ａは、入出力端子３ａに対応する位置に形成されて、スルーホール導体５ａに電気的に接続されている。信号電極６ｂは、入出力端子３ｂに対応する位置に形成されて、スルーホール導体５ｂに電気的に接続されている。信号電極６ｃは、入出力端子３ｃに対応する位置に形成されて、スルーホール導体５ｃに電気的に接続されている。
【００３５】
また、グランド導体７も、厚さ３０μｍの膜状に形成されている。グランド導体７は、スルーホール導体５ｄ、５ｅ、５ｆに電気的に接続されている。ただし、本実施形態においては、スルーホール導体５ｄ、５ｅ、５ｆは、電気的な経路としては使用されていない。
【００３６】
フェライト板４の上側主面に、膜状の中心電極８が形成されている。本実施形態においては、中心電極８を、平面視において、直径１．２ｍｍの円形にした。中心電極８の厚さは、３０μｍとした。
【００３７】
中心電極８の外形は、一般的には、平面視において、円形の場合が多い。ただし、中心電極８の外形は任意であり、平面視において、楕円形や多角形など、円形以外の形状であっても良い。
【００３８】
また、フェライト板４の上側主面には、中心電極８に加え、中心電極８から延出された３本の膜状の伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃが形成されている。なお、図２（Ｂ）においては、中心電極８と、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃとの境界を、破線で示している。伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの厚さは、３０μｍとした。伝送線路９ａの先端が、スルーホール導体５ａに接続されている。伝送線路９ｂの先端が、スルーホール導体５ｂに接続されている。伝送線路９ｃの先端が、スルーホール導体５ｃに接続されている。伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃは、非可逆回路素子１００の入出力ポートを構成している。
【００３９】
なお、中心電極８および伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃは、フェライト板４の上側主面に膜状に形成されたものではなく、金属板を加工して作製した、フェライト板４とは別体の中心電極および伝送線路であっても良い。なお、上述した中心電極８の外形は、延出される伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃがなかった場合に形成される中心電極８の外形を指す。すなわち、延出される伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの始点を仮想線で結んだ場合に形成される中心電極８の外形を指す。
【００４０】
信号電極６ａ、６ｂ、６ｃ、グランド導体７、中心電極８、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの材質は、それぞれ任意であるが、たとえば、ＣｕやＡｇなどを使用することができる。
【００４１】
下ヨーク１の上側主面に、フェライト板４が配置されている。そして、入出力端子３ａと信号電極６ａ、入出力端子３ｂと信号電極６ｂ、入出力端子３ｃと信号電極６ｃが、それぞれ電気的に接続されている。また、下ヨーク１とグランド導体７が電気的に接続されている。
【００４２】
この結果、伝送線路９ａが、スルーホール導体５ａ、信号電極６ａを経由して、入出力端子３ａと電気的に接続されている。同様に、伝送線路９ｂが、スルーホール導体５ｂ、信号電極６ｂを経由して、入出力端子３ｂと電気的に接続されている。伝送線路９ｃが、スルーホール導体５ｃ、信号電極６ｃを経由して、入出力端子３ｃと電気的に接続されている。
【００４３】
非可逆回路素子１００は、中心電極８上に、第１磁石１０および第２磁石１１が配置されている。第１磁石１０および第２磁石１１は、第１磁石１０を上側にして、第２磁石１１を下側にして、重ねて配置されている。
【００４４】
本実施形態においては、第１磁石１０に、縦１．８ｍｍ、横１．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの正四角柱からなる、サマリウムコバルト系、ネオジム系などの希土類磁石を使用した。第１磁石１０は、平面視において正方形である。ただし、第１磁石１０の形状、寸法は任意であり、平面視において、長方形、菱形、台形、四角形以外の多角形、円形、楕円形など、他の形状であっても良い。
【００４５】
希土類磁石は、一般に、大きい（強い）直流磁界を発生させる。非可逆回路素子の動作周波数は、直流磁界の大きさに依存するため、動作周波数を高くするためには、たとえば、磁石の大きさを大きくして直流磁界を大きくすることが必要になる。しかし、希土類磁石を使用すれば、発生させる直流磁界が大きいため、磁石の大きさを大きくすることなく作動周波数を高くすることができる。
【００４６】
非可逆回路素子１００は、第１磁石１０に大きい直流磁界を発生させる希土類磁石を使用しているため、磁石の大きさを大きくすることなく、動作周波数を高くすることができる。ただし、希土類磁石は、中心電極８や伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの近くに配置すると渦電流を発生させてしまい、挿入損失が増加する虞がある。そこで、非可逆回路素子１００では、中心電極８や伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃから離れた第１磁石１０に、希土類磁石を使用した。
【００４７】
また、本実施形態においては、第２磁石１１に、縦１．２ｍｍ、横１．２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの正四角柱からなる、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン系などのフェライト磁石を使用した。第２磁石１１は、平面視において正方形である。ただし、第２磁石１１の形状、寸法は任意であり、平面視において、長方形、菱形、台形、四角形以外の多角形、円形、楕円形など、他の形状であっても良い。なお、第２磁石１１の電気抵抗率ρは、１Ｅ＋５Ω・ｍとした。
【００４８】
フェライト磁石は、一般に、希土類磁石に比べて発生させる直流磁界が小さい（弱い）が、中心電極８や伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの近くに配置しても渦電流が発生しないか、あるいは発生する渦電流を小さく抑えることができる。そこで、非可逆回路素子１００では、中心電極８や伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの近くに配置される第２磁石１１に、フェライト磁石を使用した。
【００４９】
また、非可逆回路素子１００においては、上方から平面視した、第１磁石１０の重心および第２磁石１１の重心を、中心電極８の重心と重ねている。すなわち、図２（Ｂ）に示した点Ｐは、中心電極８、第１磁石１０、第２磁石１１のそれぞれの重心を共通して示している。この結果、非可逆回路素子１００は、第１磁石１０および第２磁石１１が発生させた直流磁界を、水平方向においていずれかの方向に偏ることなく、中心電極８に透過させることができる。
【００５０】
非可逆回路素子１００においては、第１磁石１０が発生させた直流磁界と、第２磁石１１が発生させた直流磁界とが加算されて、中心電極８を透過し、フェライト板４に印加される。この結果、非可逆回路素子１００は、中心電極８から延出された伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃを入出力ポートにして、非可逆回路素子として機能する。
【００５１】
以上の構造からなる、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００は、次のような特徴を備えている。
【００５２】
非可逆回路素子１００は、図２（Ｂ）に示すように、上方から平面視したとき、第１磁石１０の面積が、第２磁石１１の面積よりも大きく、かつ、中心電極８の面積よりも大きい。また、非可逆回路素子１００は、第１磁石１０の外形の内側に、第２磁石１１の外形および中心電極８の外形がそれぞれ配置されている。この結果、非可逆回路素子１００は、中心電極８を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている（小さくされている）。
【００５３】
図４（Ａ）に、非可逆回路素子１００における直流磁界の磁束密度を、破線矢印で模式的に示す。図において、破線の長さが磁束密度を表しており、破線の長さが長ければ磁束密度は大きく、破線の長さが短ければ磁束密度は小さい。第１磁石１０および第２磁石１１で発生した直流磁界は、中心電極８を透過して、フェライト板４に印加される。
【００５４】
また、比較のために、図４（Ｂ）に示す、比較例にかかる非可逆回路素子１１００を作製した。非可逆回路素子１００では、平面視における第１磁石１０の面積が第２磁石１１の面積よりも大きかったが、非可逆回路素子１１００では、平面視における第１磁石２０の面積と第２磁石２１の面積を同じにした。具体的には、第１磁石２０および第２磁石２１を、それぞれ、平面視において、縦１．２ｍｍ、横１．２ｍｍの正方形にした。そして、平面視において、第１磁石２０の外形と第２磁石２１の外形を重ねた。なお、非可逆回路素子１１００においても、中心電極８を平面視において直径１．２ｍｍの円形としたため、平面視における第１磁石２０の面積は中心電極８の面積よりも大きいままとした。
【００５５】
図４（Ｂ）に、比較例にかかる非可逆回路素子１１００の直流磁界の磁束密度を、破線矢印で模式的に示す。非可逆回路素子１１００においても、第１磁石２０および第２磁石２１で発生した直流磁界が、中心電極８を透過して、フェライト板４に印加される。
【００５６】
図４（Ａ）、（Ｂ）からわかるように、上方から平面視したとき、第１磁石１０の面積が第２磁石１１の面積よりも大きい非可逆回路素子１００は、第１磁石２０の面積と第２磁石２１の面積が同じである非可逆回路素子１１００に比べて、中心電極８を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている。すなわち、非可逆回路素子１００においても、中心電極８を透過する直流磁界の磁束密度に部分的な差があり、中心電極８の中心部分を透過する直流磁界の磁束密度は大きく、中心電極８の周縁部分を透過する直流磁界の磁束密度は小さいが、非可逆回路素子１１００に比べて、中心部分と周縁部分の磁束密度の差（破線の長さの差）が小さくなっている。非可逆回路素子１００は、非可逆回路素子１１００に比べて、中心電極８を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制され、中心電極８における磁気モーメントが揃っており、挿入損失が抑制されている。
【００５７】
図５（Ａ）に示すように、中心電極８の幅であって、上方からの平面視における中心電極８の重心を含み、かつ、中心電極８の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、仮想直線と中心電極８の外形が接する２つの点の間の長さを中心電極幅Ａと規定する。また、第１磁石１０の幅であって、上方からの平面視における第１磁石１０の重心を含み、かつ、第１磁石１０の厚み方向と直交する方向の長さが最短となる仮想直線を規定し、仮想直線と第１磁石１０の外形が接する２つの点の間の長さを第１磁石幅Ｂと規定する。そして、中心電極幅Ａに対する第１磁石幅Ｂの倍率が、１．５倍である。すなわち、中心電極８の中心電極幅Ａが１．２ｍｍであるのに対し、第１磁石１０の第１磁石幅Ｂが１．８ｍｍであるため、中心電極幅Ａに対する第１磁石幅Ｂの倍率は１．５倍になっている。なお、第１磁石１０の最短となる仮想直線は、第１磁石１０の平面視における形状が正方形であるため、第１磁石１０の平面視におけるいずれかの辺と平行な直線になる。
【００５８】
ちなみに、上述した比較例にかかる非可逆回路素子１１００における、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石２０の第１磁石幅Ｂの倍率は、中心電極幅Ａが１．２ｍｍであり、第１磁石幅Ｂも１．２ｍｍであるため、１．０倍である。
【００５９】
図５（Ｂ）に、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率が１．５倍である非可逆回路素子１００の中心電極８における直流磁界の磁束密度（Ｔ）と、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石２０の第１磁石幅Ｂの倍率が１．０倍である非可逆回路素子１１００の中心電極８における直流磁界の磁束密度（Ｔ）とを比較して示す。図５（Ｂ）から分かるように、非可逆回路素子１００および非可逆回路素子１１００は、いずれも、中心電極８の中心部分を透過する直流磁界の磁束密度は大きいが、中心電極８の周縁部分を透過する直流磁界の磁束密度が小さくなっている。しかしながら、非可逆回路素子１００は、非可逆回路素子１１００に比べて、周縁部分における直流磁界の磁束密度の落ち込みが小さい。すなわち、非可逆回路素子１００は、非可逆回路素子１１００に比べて、中心電極８を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている。なお、図５（Ｂ）は、図４（Ａ）、（Ｂ）において模式的に示した、非可逆回路素子１００および非可逆回路素子１１００の直流磁界の磁束密度の状態を、グラフで数値的に示したものということができる。
【００６０】
非可逆回路素子１００は、上述したとおり、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率が１．５倍である。中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率は、１．１５倍以上、１．６倍以下であることが好ましい。この好ましい範囲は、次の実験から導き出した。
【００６１】
まず、非可逆回路素子１００の構造において、第１磁石１０の第１磁石幅Ｂを１．２ｍｍ〜２．１６ｍｍの範囲で変化させて、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率が、１．０倍、１．１倍、１．２倍、１．３倍、１．４倍、１．５倍、１．６倍、１．７倍、１．８倍となる９種類の非可逆回路素子を作製した。なお、１．５倍が非可逆回路素子１００に該当し、１．０倍が非可逆回路素子１１００に該当する。
【００６２】
次に、９種類の非可逆回路素子につき、それぞれ、磁束密度のばらつき（％）を求めた。磁束密度のばらつき（％）は、（磁束密度の最大値−磁束密度の最小値）÷磁束密度の平均値（％）から求めた。図６に、９種類の非可逆回路素子から導き出された、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率と、磁束密度ばらつき（％）との関係をグラフで示す。
【００６３】
経験則上、磁束密度ばらつき（％）が３０％を超えると、非可逆回路素子の挿入損失が許容範囲を超えて劣化する（大きくなる）ことが知られている。図６から分かるように、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率が１．１５倍より小さいと、磁束密度ばらつき（％）が３０％を超えるため好ましくない。一方、同じく図６から分かるように、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率が１．６倍に達すると、磁束密度ばらつき（％）は約１３％まで低下するが、それ以上、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率を大きくしても、第１磁石１０の平面方向の大きさが大きくなってしまうだけで、磁束密度のばらつき（％）は小さくはならない。以上より、中心電極８の中心電極幅Ａに対する第１磁石１０の第１磁石幅Ｂの倍率は、１．１５倍以上、１．６倍以下の範囲が好ましいことが分かった。
【００６４】
また、非可逆回路素子１００は、図２（Ｂ）に示すように、上方から平面視したとき、第２磁石１１の外形の内側に、中心電極８の外形が配置されている。この関係も、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきを抑制するのに寄与している。仮に、上方から平面視したとき、中心電極８の外形の内側に、第２磁石１１の外形が配置されていると、中心電極を透過する直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが急激に大きくなってしまうものと考えられる。
【００６５】
また、非可逆回路素子１００は、上述したとおり、第２磁石１１の電気抵抗率ρが、１Ｅ＋５Ω・ｍと大きな値に設定されている。このため、非可逆回路素子１００は、第２磁石１１が中心電極８および伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと接触しているにも関わらず、第２磁石１１に渦電流が発生しないか、あるいは発生する渦電流が小さく抑えられている。
【００６６】
第２磁石１１の電気抵抗率ρは、１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上であることが好ましい。この値は、次の実験から導き出した。
【００６７】
まず、非可逆回路素子１００の構造において、第２磁石１１の電気抵抗率ρを、１Ｅ−２（Ω・ｍ）〜１Ｅ＋６（Ω・ｍ）の範囲で変化させて、９種類の非可逆回路素子を作製した。
【００６８】
次に、９種類の非可逆回路素子につき、それぞれ、挿入損失（ｄＢ）を測定した。図７に、９種類の非可逆回路素子から導き出された、第２磁石１１の電気抵抗率ρと、挿入損失（ｄＢ）との関係をグラフで示す。
【００６９】
図７から分かるように、第２磁石１１の電気抵抗率ρが１Ｅ＋１（Ω・ｍ）に達するまでは、第２磁石１１の電気抵抗率ρが大きいほど、非可逆回路素子の挿入損失（ｄＢ）は小さくなっていく。これは、第２磁石１１の電気抵抗率ρが大きくなることによって、第２磁石１１における渦電流の発生が抑制され、非可逆回路素子の挿入損失（ｄＢ）が小さくなったものと考えられる。しかしながら、第２磁石１１の電気抵抗率ρが１Ｅ＋１（Ω・ｍ）に達すると、それ以上、第２磁石１１の電気抵抗率ρを大きくしても、非可逆回路素子の挿入損失（ｄＢ）は小さくならない。これは、第２磁石１１の電気抵抗率ρが１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上になると、第２磁石１１において渦電流が発生しなくなり、それ以上、第２磁石１１の電気抵抗率ρを大きくしても、非可逆回路素子の挿入損失（ｄＢ）が小さくならなくなったものと考えられる。以上より、第２磁石１１の電気抵抗率ρを１Ｅ＋１（Ω・ｍ）以上とすることにより、第２磁石１１に発生する渦電流を抑制し、非可逆回路素子１００の挿入損失の劣化を抑制できることが分かった。
【００７０】
また、非可逆回路素子１００は、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃ上に第２磁石１１が配置され、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１が接触している。図８に、平面視した、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１の位置関係を示す。図においては、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃをハッチングで示し、さらに伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１が接触している領域Ｃを着色して示している。
【００７１】
非可逆回路素子１００においては、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの総面積に対する、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１との接触面積の比率を１５％に設定した。伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの総面積に対する、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと第２磁石１１との接触面積は、２０％以下であることが好ましい。第２磁石１１と伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃとが接触すると、第２磁石１１に渦電流が発生し、挿入損失が劣化する虞があるが、伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃの総面積に対する第２磁石１１と伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃとの接触面積の比率が２０％以下であれば、挿入損失の劣化を許容範囲内に抑制することができるからである。
【００７２】
以上の構造および特徴を有する第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００は、従来から非可逆回路素子の製造において一般的に用いられている製造方法によって製造することができる。
【００７３】
［第２実施形態］
図９に、第２実施形態にかかる非可逆回路素子２００を示す。ただし、図９は、非可逆回路素子２００の分解斜視図である。
【００７４】
非可逆回路素子２００は、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００の構成の一部に変更を加えた。具体的には、非可逆回路素子１００では、第１磁石１０および第２磁石１１の形状が、それぞれ正四角柱であったが、非可逆回路素子２００ではこれを変更し、第１磁石３０および第２磁石３１の形状を、それぞれ円柱にした。
【００７５】
非可逆回路素子２００は、直径１．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの円柱からなる、希土類磁石の第１磁石３０を備えている。また、非可逆回路素子２００は、直径１．２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの円柱からなる、フェライト磁石の第２磁石３１を備えている。非可逆回路素子２００の他の構成は、非可逆回路素子１００と同じにした。したがって、非可逆回路素子２００の中心電極８は、平面視において、直径１．２ｍｍの円形である。
【００７６】
非可逆回路素子２００は、それぞれの重心を重ねて、中心電極８の上に第２磁石３１が配置され、第２磁石３１の上に第１磁石３０が配置されている。
【００７７】
非可逆回路素子２００は、上方から平面視したとき、第１磁石３０の面積が、第２磁石３１の面積よりも大きく、かつ、中心電極８の面積よりも大きい。また、第１磁石３０の外形の内側に、第２磁石３１の外形および中心電極８の外形がそれぞれ配置されている。
【００７８】
また、非可逆回路素子２００は、第２磁石３１の直径と中心電極８の直径とが同じであるため、上方から平面視したとき、第２磁石３１の外形と中心電極８の外形とが重なっている。そして、非可逆回路素子２００では、第２磁石３１が伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと接触していない（重なっていない）。非可逆回路素子２００は、第２磁石３１が伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと接触していないため、非可逆回路素子１００に比べて、第２磁石３１に発生する渦電流が小さい。あるいは、非可逆回路素子２００は、第２磁石３１が伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃと接触していないため、第２磁石３１に渦電流が発生しない。
【００７９】
第２実施形態にかかる非可逆回路素子２００も、非可逆回路素子１００と同様に、中心電極８を透過し、フェライト板４に印加される直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている（小さくなっている）。
【００８０】
［第３実施形態］
図１０、図１１に、第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００を示す。ただし、図１０は、非可逆回路素子３００の断面図である。図１１は、非可逆回路素子３００の分解斜視図である。
【００８１】
非可逆回路素子３００は、第１実施形態にかかる非可逆回路素子１００に構成を追加した。具体的には、非可逆回路素子３００は、非可逆回路素子１００には無かった、上ヨーク４０を備えている。
【００８２】
上ヨーク４０の材質は任意であるが、第１磁石１０および第２磁石１１が発生させる直流磁界の磁束を効率的に回流させるためには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの強磁性体であることが望ましい。
【００８３】
また、上ヨーク４０の表面は、高周波電流が流れるため、挿入損失を低減させるために、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの高導電率材料でメッキされていることが望ましい。
【００８４】
本実施形態においては、上ヨーク４０は、四角形で板状の天面部４０ａと、天面部４０ａに対して垂直な板状の２つの垂直部４０ｂ、４０ｃを備えている。この結果、上ヨーク４０は、垂直部４０ｂ、天面部４０ａ、垂直部４０ｃを繋いだＵ字状の断面を有している。ただし、上ヨーク４０の形状は任意であり、種々の変更を加えることができる。なお、垂直部４０ｂには、伝送線路９ｂとの接触を避けるために切欠き４０ｂｘが形成され、垂直部４０ｃには、伝送線路９ｃとの接触を避けるために切欠き４０ｃｘが形成されている。
【００８５】
フェライト板４の上側主面に、垂直部４０ｂ、天面部４０ａ、垂直部４０ｃによって、第１磁石１０、第２磁石１１、中心電極８を覆うように、上ヨーク４０が接合されている。より具体的には、上ヨーク４０の垂直部４０ｂ、４０ｃの底面が、フェライト板４の上側主面に接合されている。また、上ヨーク４０の垂直部４０ｂの底面とスルーホール導体５ｄ、上ヨーク４０の垂直部４０ｃの底面とスルーホール導体５ｆが、それぞれ電気的に接続されている。
【００８６】
非可逆回路素子３００は、上ヨーク４０の垂直部４０ｂ、４０ｃと下ヨーク１とが、フェライト板４を間に挟んで対向して配置されている。非可逆回路素子３００は、上ヨーク４０と下ヨーク１とが直接には接合されていないが、フェライト板４の比透磁率が１以上であり磁気抵抗が小さいため、図１０に破線矢印で示すように、第１磁石１０および第２磁石１１が発生させた直流磁界の磁束を、上ヨーク４０と下ヨーク１との間に十分に回流させることができる。したがって、非可逆回路素子３００は、第１磁石１０および第２磁石１１が発生させた直流磁界を、フェライト板４に効率的に印加することができる。
【００８７】
また、非可逆回路素子３００は、上ヨーク４０が、スルーホール導体５ｄ、５ｆおよびグランド導体７を経由して、下ヨーク１と電気的に接続されている。非可逆回路素子３００は、下ヨーク１をグランドと電気的に接続することによって、上ヨーク４０もグランドと電気的に接続されることになり、上ヨーク４０に非可逆回路素子３００の電気シールドとしての機能を持たせることができる。
【００８８】
第３実施形態にかかる非可逆回路素子３００も、非可逆回路素子１００、２００と同様に、中心電極８を透過し、フェライト板４に印加される直流磁界の磁束密度の部分的なばらつきが抑制されている（小さくなっている）。
【００８９】
以上、第１実施形態〜第３実施形態にかかる非可逆回路素子１００、２００、３００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
【００９０】
たとえば、非可逆回路素子１００、２００、３００は、いずれもサーキュレータであったが、これに代えて、アイソレータであっても良い。なお、アイソレータを構成するためには、入出力ポートである伝送線路９ａ、９ｂ、９ｃのうちの１つを、抵抗を挿入したうえでグランドに接続し、終端させれば良い。
【００９１】
また、非可逆回路素子１００、２００、３００では、中心電極８がフェライト板４の上側主面に膜状に形成されたものであったが、これに代えて、フェライト板４とは別体の、金属板を加工して作製した中心電極を使用しても良い。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・下ヨーク
２・・・絶縁体
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・入出力端子
４・・・フェライト板
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ・・・スルーホール導体
６ａ、６ｂ、６ｃ・・・信号電極
７・・・グランド導体
８・・・中心電極
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・伝送線路
１０、３０・・・第１磁石
１１、３１・・・第２磁石
４０・・・上ヨーク
４０ａ・・・天面部
４０ｂ、４０ｃ・・・垂直部
４０ｂｘ、４０ｃｘ・・・切欠き
１００、２００、３００・・・非可逆回路素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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