(57)【要約】【課題】フェライトに対する直流磁界の印加効率に優れかつ放熱性にも優れた非可逆回路素子を提供する。【解決手段】非可逆回路素子１は、実装基板１０と、実装基板１０上に設けられた素子本体２０と、を備え、素子本体２０は、実装基板１０の一方主面上に配置された第１のヨーク３０と、第１のヨーク３０上に配置され、フェライト４１および複数の中心導体４２を含む磁気素子４０と、磁気素子４０を挟んで第１のヨーク３０の反対側に配置された第２のヨーク５０と、第１のヨーク３０および第２のヨーク５０を介してフェライト４１に直流磁界を印加する永久磁石６０と、を有し、実装基板１０の他方主面上の、平面視でフェライト４１と重複する領域の少なくとも一部に放熱用電極１１が設けられている。【選択図】図２
2019050546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板上に設けられた素子本体と、を備え、
前記素子本体は、
前記実装基板の一方主面上に配置された第１のヨークと、
前記第１のヨーク上に配置され、フェライトおよび複数の中心導体を含む磁気素子と、
前記磁気素子を挟んで前記第１のヨークの反対側に配置された第２のヨークと、
前記第１のヨークおよび前記第２のヨークを介して前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
を有し、
前記実装基板の他方主面上の、平面視で前記フェライトと重複する領域の少なくとも一部に放熱用電極が設けられている、
非可逆回路素子。
【請求項２】
前記放熱用電極は、前記非可逆回路素子に配置された他の導体と電気的に接続されていない、
請求項１に記載の非可逆回路素子。
【請求項３】
前記放熱用電極は、さらに、前記実装基板の前記他方主面上の前記領域外にも設けられている、
請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
前記永久磁石は、前記第１のヨーク上に前記磁気素子から離間して配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記放熱用電極は、さらに、前記実装基板の他方主面上であって、平面視で前記永久磁石と重複する領域の少なくとも一部にも設けられている、
請求項４に記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
マザー基板と、
前記マザー基板に実装された請求項１から５の何れか１項に記載の１以上の非可逆回路素子と、
を備える高周波モジュール。
【請求項７】
複数の前記非可逆回路素子が互いに異なるアンテナ素子に対応して設けられている、
請求項６に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非可逆回路素子および高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、複数のポートを有し、ポート間であらかじめ定められた特定方向にのみ信号を伝達し、逆方向には信号を伝達しない特性を有している。非可逆回路素子は、例えば、直流磁界が印加されたフェライトによってポート間での高周波信号の伝達特性が非可逆的になる現象を利用して構成される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示される非可逆回路素子は、フェライトに複数の中心導体が配置されている磁気回転子と、磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石と、磁気回転子の天面側および実装面側にそれぞれ配置されたヨークと、を備えている。磁気回転子の天面側に配置されたヨークおよび実装面側に配置されたヨークの少なくとも一方が、平板部と、平板部に対して磁気回転子側に突出した凸部と、を有している。
【０００４】
特許文献１によれば、このように構成された非可逆回路素子では、永久磁石からの直流磁界をフェライトに効率よく印加できるので、フェライト内部での磁束密度が増大し、素子および装置の小型化が可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０９０３０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非可逆回路素子に電力が印加されると、フェライトは発熱する。フェライトの温度上昇、および発熱したフェライトが永久磁石を加熱することによって生じる永久磁石の温度上昇は、非可逆回路素子の特性を劣化させる要因になり得る。特に、フェライトに対する直流磁界の印加効率が改善され小型化された非可逆回路素子では、電力密度が増加し発熱が生じ易くなるため、より優れた放熱性が要求される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、フェライトに対する直流磁界の印加効率を改善することに主眼が置かれ、非可逆回路素子の放熱性については特に検討されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、フェライトに対する直流磁界の印加効率に優れかつ放熱性にも優れた非可逆回路素子、およびそのような非可逆回路素子を用いた高周波モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る非可逆回路素子は、実装基板と、前記実装基板上に設けられた素子本体と、を備え、前記素子本体は、前記実装基板の一方主面上に配置された第１のヨークと、前記第１のヨーク上に配置され、フェライトおよび複数の中心導体を含む磁気素子と、前記磁気素子を挟んで前記第１のヨークの反対側に配置された第２のヨークと、前記第１のヨークおよび前記第２のヨークを介して前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、を有し、前記実装基板の他方主面上の、平面視で前記フェライトと重複する領域の少なくとも一部に放熱用電極が設けられている。
【００１０】
この構成によれば、永久磁石で発生する直流磁界を、第１のヨークおよび第２のヨークを介してフェライトに効率よく印加することができる。放熱については、磁気素子が第１のヨーク上に配置され、かつ第１のヨークが実装基板の一方主面上に配置されているので、磁気素子で発生した熱は実装基板へ効率よく導かれる。さらには、実装基板の他方主面に放熱用電極を設けたので、実装基板と、非可逆回路素子が実装されるモジュール基板などのマザー基板との間の熱抵抗が低減する。これにより、実装基板へ導かれた熱は、放熱用電極を介してマザー基板へ効率よく排出される。その結果、フェライトに対する直流磁界の印加効率に優れかつ放熱性にも優れた非可逆回路素子が得られる。
【００１１】
また、前記放熱用電極は、前記非可逆回路素子に配置された他の導体と電気的に接続されていないとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、放熱用電極と他の導体との間に生じる寄生容量が低減されるので、非可逆回路素子の良好な特性が得られる。
【００１３】
また、前記放熱用電極は、さらに、前記実装基板の前記他方主面上の前記領域外にも設けられていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、より大きな放熱用電極により、より優れた放熱効果が得られる。
【００１５】
また、前記永久磁石は、前記第１のヨーク上に前記磁気素子から離間して配置されていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、磁気素子から永久磁石への熱伝導が妨げられ、永久磁石の温度上昇が抑制されるので、永久磁石の温度上昇による非可逆回路素子の特性劣化が改善される。
【００１７】
また、前記放熱用電極は、さらに、前記実装基板の他方主面上であって、平面視で前記永久磁石と重複する領域の少なくとも一部にも設けられていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、放熱用電極によって永久磁石からの放熱が促進され、永久磁石の温度上昇が抑制されるので、永久磁石の温度上昇による非可逆回路素子の特性劣化が改善される。
【００１９】
本発明の一態様に係る高周波モジュールは、モジュール基板と、前記モジュール基板に実装された前記１以上の非可逆回路素子と、を備える。
【００２０】
この構成によれば、フェライトに対する直流磁界の印加効率および放熱性の双方に優れた前述の非可逆回路素子を用いることにより、小型でかつ回路特性に優れた高周波モジュールが得られる。
【００２１】
また、前記高周波モジュールにおいて、複数の前記非可逆回路素子が互いに異なるアンテナ素子に対応して設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、複数のアンテナ素子を用いるＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）に対応する高周波モジュールが得られる。Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯに対応する高周波モジュールでは、複数のアンテナ素子に対応して複数の非可逆回路素子が比較的高密度で配置されるため、非可逆回路素子に対してより高い放熱性が要求される。そこで、フェライトに対する直流磁界の印加効率および放熱性の双方に優れた前述の非可逆回路素子を用いることにより、高周波モジュールの小型化および特性の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る非可逆回路素子によれば、フェライトに対する直流磁界の印加効率に優れかつ放熱性にも優れた非可逆回路素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係る非可逆回路素子の等価回路の一例を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係る非可逆回路素子の構造の一例を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る非可逆回路素子の構造の一例を示す分解斜視図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る放熱用電極および端子電極の配置の一例を示す平面図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る放熱用電極および端子電極の配置の一例を示す平面図である。
【図４Ｃ】実施の形態１に係る放熱用電極および端子電極の配置の一例を示す平面図である。
【図４Ｄ】実施の形態１に係る放熱用電極および端子電極の配置の一例を示す平面図である。
【図５】実施の形態１に係る非可逆回路素子の効果を説明する断面図である。
【図６】比較例に係る端子電極の配置の一例を示す平面図である。
【図７】入力電力とフェライトの温度との関係の一例を示すグラフである。
【図８】非可逆回路素子の挿入損失の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図９】実施の形態２に係る高周波モジュールの一例を示す機能ブロック図である。
【図１０】実施の形態２に係る高周波モジュールの構造の一例を示す側面図である。
【図１１】実施の形態３に係る高周波モジュールの一例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
【００２６】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る非可逆回路素子について、サーキュレータの例を挙げて説明する。サーキュレータは、複数のポートを有し、ポート間であらかじめ定められた特定方向にのみ信号を伝達し、逆方向には信号を伝達しない非可逆回路素子である。サーキュレータは、信号伝達の非可逆性から、アイソレータとして用いることができる。したがって、本明細書における非可逆回路素子は、サーキュレータには限られず、アイソレータを含む。
【００２７】
図１は、実施の形態１に係る非可逆回路素子１の等価回路の一例を示す回路図である。図１では、非可逆回路素子１の一例として、３ポートの集中定数型のサーキュレータを示している。
【００２８】
図１に示されるように、非可逆回路素子１は、フェライトＦ、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、中心導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３を有している。中心導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、フェライトＦ上において、互いに絶縁され、かつ互いに交差して配置されている。フェライトＦには、図示していない永久磁石から直流磁界Ｂが印加される。
【００２９】
中心導体Ｌ１の一方端は、容量素子Ｃｓ１を介してポートＰ１に接続され、他方端はグランドＧＮＤに接続されている。容量素子Ｃ１は、中心導体Ｌ１と並列に接続されている。中心導体Ｌ２の一方端は、容量素子Ｃｓ２を介してポートＰ２に接続され、他方端はグランドＧＮＤに接続されている。容量素子Ｃ２は、中心導体Ｌ２と並列に接続されている。中心導体Ｌ３の一方端は、容量素子Ｃｓ３を介してポートＰ３に接続され、他方端はグランドＧＮＤに接続されている。容量素子Ｃ３は、中心導体Ｌ３と並列に接続されている。
【００３０】
容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、共振周波数の調整に用いられ、容量素子Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３は、インピーダンスの整合に用いられる。
【００３１】
非可逆回路素子１では、直流磁界Ｂが印加されたフェライトＦによって生じる非可逆性のために、例えば、ポートＰ１に供給された送信信号は、実質的にポートＰ３へのみ伝達され、ポートＰ２へは伝達されない。また、ポートＰ３に供給された受信信号は、実質的にポートＰ２へのみ伝達され、ポートＰ１へは伝達されない。
【００３２】
一例として、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、送信回路、受信回路、アンテナにそれぞれ接続される送信ポート、受信ポート、アンテナポートであり、非可逆回路素子１は、送信信号と受信信号とを分波するデュプレクサとして用いられてもよい。
【００３３】
次に、上述の等価回路を得るための非可逆回路素子１の構造について説明する。
【００３４】
図２および図３は、非可逆回路素子１の構造の一例を示す断面図および分解斜視図である。図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線における切断面を矢印方向に見た断面に対応する。
【００３５】
図２および図３に示されるように、非可逆回路素子１は、実装基板１０と、実装基板１０の一方主面上に設けられた複数の容量素子１５および素子本体２０とで構成される。容量素子１５は、例えば、チップコンデンサであってもよい。素子本体２０は、第１のヨーク３０と、フェライト４１および複数の中心導体４２を含む磁気素子４０と、第２のヨーク５０と、永久磁石６０と、を有している。実装基板１０を含む非可逆回路素子１の全体をサーキュレータと称する場合、区別のため、素子本体２０はコアサーキュレータと称される。
【００３６】
ここで、複数の容量素子１５は、図１の容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３として機能する。フェライト４１は、図１のフェライトＦとして機能する。複数の中心導体４２は、図１の中心導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３として機能する。永久磁石６０は、図１の直流磁界Ｂの発生源として機能する。
【００３７】
実装基板１０は、容量素子１５および素子本体２０を実装するための基板である。実装基板１０の一方主面には実装電極１３が設けられ、他方主面には放熱用電極１１および端子電極１２が配置されている。放熱用電極１１は、実装基板１０の他方主面上の、平面視でフェライト４１と重複する領域の少なくとも一部に設けられている。実装基板１０を貫通してビア導体１４が設けられている。ビア導体１４は、実装電極１３と端子電極１２とを電気的に接続する。
【００３８】
容量素子１５および素子本体２０は、はんだなどの導電性接着剤を介して、実装基板１０の実装電極１３に実装されている。また、端子電極１２を、はんだなどの導電性接着剤を介して、マザー基板（図示せず）の電極に接合することにより、非可逆回路素子１はマザー基板に実装される。
【００３９】
実装基板１０は、例えば、エポキシ系の樹脂で構成されてもよく、セラミックで構成されてもよい。放熱用電極１１、端子電極１２、実装電極１３、およびビア導体１４は、例えば、銅または銀を含有する金属材料で構成されてもよい。
【００４０】
第１のヨーク３０は、実装基板１０の一方主面上に配置された平板状の端子ヨークであり、３つの入出力端子３１と、入出力端子３１のそれぞれから間隔をあけて近接配置されているグランド端子３２とを有している。入出力端子３１は高周波信号の入出力に用いられる。グランド端子３２はグランド電位を与えられ、図１のグランドＧＮＤとして機能する。入出力端子３１とグランド端子３２との間には、絶縁部３３が設けられている。
【００４１】
入出力端子３１およびグランド端子３２は、例えば、鉄を含有する金属材料で構成されてもよい。入出力端子３１およびグランド端子３２の露出面には、例えば、銀めっきが施されていてもよい。絶縁部３３は、例えば、エポキシ系の樹脂で構成されてもよい。
【００４２】
磁気素子４０は、第１のヨーク３０上に配置され、平板状のフェライト４１と、フェライト４１に設けられた３つの中心導体４２と、６つのビア導体４３と、を有している。
【００４３】
フェライト４１は、永久磁石６０から直流磁界を印加される板状の磁性部材である。フェライト４１は、例えば、亜鉛、ニッケル、銅、マンガン、コバルト、マグネシウム、リチウムを主成分とした磁性材料で構成されてもよく、また、酸化鉄を主成分とし、亜鉛、ニッケルおよび銅のうち少なくとも１つ以上を含む磁性材料で構成されてもよい。
【００４４】
中心導体４２は、フェライト４１の第２のヨーク５０に向かう主面に設けられた薄膜導体、厚膜導体、または導体箔である。３つの中心導体４２は、絶縁体層（図示せず）を介在して互いに絶縁された状態で、かつ平面視で互いに交差して、積層配置されている。
【００４５】
ビア導体４３は、フェライト４１を厚さ方向に貫通して設けられている。６つのビア導体４３は、３つの中心導体４２それぞれの一方端および他方端に１対１対応で接続されている。
【００４６】
中心導体４２およびビア導体４３は、例えば、銀を含有する金属材料で構成されてもよい。
【００４７】
第２のヨーク５０は、磁気素子４０を挟んで第１のヨーク３０の反対側に配置されている。第２のヨーク５０は、平板上の基部５１と、基部５１の中央において第１のヨーク３０へ向けて突出する凸部５２とを有している。ただし、凸部５２は必須ではなく、第２のヨーク５０は、基部５１のみで構成されてもよい。
【００４８】
第２のヨーク５０は、例えば、鉄を含有する金属材料で構成されてもよい。第２のヨーク５０の表面には、例えば、銀めっきが施されていてもよい。
【００４９】
永久磁石６０は、第１のヨーク３０上に配置され、厚さ方向に貫通孔６５を有する環状磁石であり、厚さ方向に着磁されている。永久磁石６０の互いに異なる磁極を持つ一方主面および他方主面が、例えば接着剤を介して、第１のヨーク３０および第２のヨーク５０にそれぞれ接合されている。永久磁石６０は、第１のヨーク３０および第２のヨーク５０を介してフェライト４１に直流磁界Ｂを印加する。永久磁石６０は、磁気素子４０から離間して配置されていてもよい。
【００５０】
次に、実装基板１０における放熱用電極１１および端子電極１２の配置について、より詳しく説明する。
【００５１】
図４Ａ〜図４Ｄは、実装基板１０における放熱用電極１１および端子電極１２の配置の一例を示す平面図である。図４Ａ〜図４Ｄでは、フェライト４１および永久磁石６０のそれぞれと重複する領域を破線で示し、放熱用電極１１および端子電極１２を灰色で示している。複数の端子電極１２は、実装基板１０の対向する辺に沿って配置され、各端子電極１２は、図１に示されるポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、およびグランドＧＮＤのいずれか１つに接続されている。
【００５２】
図４Ａでは、放熱用電極１１ａは、実装基板１０ａのフェライト４１と重複する領域の全部および永久磁石６０と重複する領域の一部に設けられている。放熱用電極１１ａは、非可逆回路素子１に配置された端子電極１２を含む他の導体と電気的に接続されていない。つまり、放熱用電極１１ａは、フローティングの状態で設けられている。
【００５３】
図４Ｂでは、放熱用電極１１ｂは、実装基板１０ｂのフェライト４１と重複する領域の全部および永久磁石６０と重複する領域の一部に設けられている。放熱用電極１１ｂは、端子電極１２を介してグランドＧＮＤに接続されている。つまり、放熱用電極１１ｂは、接地されている。
【００５４】
図４Ｃでは、放熱用電極１１ｃは、実装基板１０ｃのフェライト４１と重複する領域の全部に設けられ永久磁石６０と重複する領域には設けられていない。放熱用電極１１ｃは、フローティングの状態で設けられている。
【００５５】
図４Ｄの例では、放熱用電極１１ｄは、３つに分割され、実装基板１０ｄのフェライト４１と重複する領域の一部および永久磁石６０と重複する領域の一部に設けられている。放熱用電極１１ｄは、フローティングの状態で設けられている。
【００５６】
次に、非可逆回路素子１の効果について説明する。
【００５７】
図５は、非可逆回路素子１の効果を説明する断面図である。図５では、マザー基板９０に実装された状態での非可逆回路素子１が示されている。
【００５８】
図５に示されるように、非可逆回路素子１では、永久磁石６０で発生する直流磁界Ｂを、第１のヨーク３０および第２のヨーク５０を介してループさせることで磁気損失を減らし、磁気素子４０のフェライト４１に効率よく印加することができる。
【００５９】
放熱については、磁気素子４０が第１のヨーク３０上に配置され、かつ第１のヨーク３０が実装基板１０の一方主面上に配置されているので、磁気素子４０で発生した熱Ｈは実装基板１０へ効率よく導かれる。さらには、実装基板１０の他方主面に放熱用電極１１を設けたので、実装基板１０とマザー基板９０との間の熱抵抗が低減する。これにより、実装基板１０へ導かれた熱Ｈは、放熱用電極１１を介してマザー基板９０へ効率よく排出される。
【００６０】
その結果、フェライト４１に対する直流磁界の印加効率に優れかつ放熱性にも優れた非可逆回路素子１が得られる。
【００６１】
次に、非可逆回路素子１の有効性を検証したシミュレーションについて説明する。
【００６２】
図６は、シミュレーション用の比較例として設定した実装基板１０ｅにおける端子電極１２の配置の一例を示す平面図である。図６に示されるように、比較例に係る実装基板１０ｅは、放熱用電極１１を有せず、端子電極１２のみを有している。
【００６３】
第１のシミュレーションでは、放熱用電極がない図６の電極配置の非可逆回路素子を比較例とし、放熱用電極１１ａがある図４Ａの電極配置の非可逆回路素子を実施例とした。電極配置以外の非可逆回路素子の熱設計は比較例と実施例とで同一とした。比較例および実施例のそれぞれについて、フェライト４１に単位時間あたり同一量の熱を印加した場合の熱の印加開始から所定時間後のフェライト４１の温度を、シミュレーションにより求めた。なお、シミュレーションでは、フェライト４１に印加する単位時間あたりの熱量を、磁気素子４０への入力電力の大きさで表記した。
【００６４】
図７は、磁気素子４０への入力電力とフェライト４１の温度との関係の一例を示すグラフである。図７に見られるように、放熱用電極１１ａがある実施例では、放熱用電極がない比較例と比べて、フェライト４１の温度上昇は、磁気素子４０への入力電力が４０ｄＢｍのとき、最大で３２℃程度抑制された。
【００６５】
第２のシミュレーションでは、放熱用電極がない図６の電極配置の非可逆回路素子を比較例とした。また、フローティング状態の放熱用電極１１ａがある図４Ａの電極配置の非可逆回路素子を第１の実施例とし、接地された放熱用電極１１ｂがある図４Ｂの電極配置の非可逆回路素子を第２の実施例とした。比較例および第１、第２の実施例のそれぞれについて、非可逆回路素子の信号伝達方向における挿入損失をシミュレーションにより求めた。
【００６６】
図８は、非可逆回路素子の挿入損失の周波数特性の一例を示すグラフである。図８に見られるように、フローティング状態の放熱用電極１１ａがある第１の実施例では、放熱用電極がない比較例と比べて、挿入損失は実質的に同一であった。
【００６７】
これに対し、接地された放熱用電極１１ｂがある第２の実施例では、放熱用電極がない比較例と比べて、４．０ＧＨｚの信号に対する挿入損失が、最大で０．７ｄＢ程度劣化した。この劣化は、接地されている放熱用電極１１ｂと他の導体との間に生じた不要な容量に起因するものと考察される。そのため、挿入損失に対する要求によっては、放熱用電極１１をフローティングの状態で設けることとしてもよい。
【００６８】
これらのシミュレーションの結果から、放熱用電極１１を設けた非可逆回路素子では、放熱用電極がない非可逆回路素子と比べて、非可逆回路素子の挿入損失をあまり大きく劣化させることなく、放熱性を向上できることが確かめられた。
【００６９】
特に、放熱用電極１１をフローティングの状態で設けることで、挿入損失をほとんど劣化させずに放熱性を向上できることが確かめられた。
【００７０】
以上説明したように、非可逆回路素子１によれば、永久磁石６０で発生する直流磁界を、第１のヨーク３０および第２のヨーク５０を介してループさせることで磁気損失を減らし、磁気素子４０のフェライト４１に効率よく印加することができる。また、フェライト４１で生じた熱は、放熱用電極１１を介して、マザー基板へ効率よく排出される。その結果、小型でかつ過度の温度上昇による特性劣化が起こりにくい非可逆回路素子が得られる。
【００７１】
また、放熱用電極１１が、非可逆回路素子１に配置された他の導体と電気的に接続されていない構成によれば、放熱用電極１１と他の導体との間に生じる不要な容量が低減されるので、非可逆回路素子１の良好な特性が得られる。
【００７２】
また、放熱用電極１１が、実装基板１０の他方主面上の、平面視でフェライト４１と重複する領域の外にまで設けられている構成によれば、より大きな放熱用電極を設けることができるので、より優れた放熱効果が得られる。
【００７３】
また、永久磁石６０は、第１のヨーク３０上に磁気素子４０から離間して配置されている構成によれば、磁気素子４０から永久磁石６０への熱伝導が妨げられ、永久磁石６０の温度上昇が抑制されるので、永久磁石６０の温度上昇による非可逆回路素子１の特性劣化が改善される。
【００７４】
また放熱用電極１１が、さらに、実装基板１０の他方主面上の、平面視で永久磁石６０と重複する領域の少なくとも一部に設けられている構成によれば、放熱用電極１１によって永久磁石６０からの放熱が促進される。これにより、永久磁石６０の温度上昇が抑制され、永久磁石６０の温度上昇による非可逆回路素子１の特性劣化が改善される。
【００７５】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明した非可逆回路素子を備える高周波モジュールの一例として、通信装置のフロントエンド回路として用いられるフロントエンドモジュールについて説明する。
【００７６】
図９は、実施の形態２に係るフロントエンドモジュール１００の一例を示す機能ブロック図である。図９に示されるように、フロントエンドモジュール１００は、パワーアンプ１０１、非可逆回路素子１０２、フィルタ１０３、スイッチ１０４、ローノイズアンプ１０５、終端抵抗１０６、送信端子Ｔｘ、受信端子Ｒｘ、およびアンテナ端子ＡＮＴを備えている。
【００７７】
パワーアンプ１０１は、送信端子Ｔｘで取得された送信信号を増幅し、増幅された送信信号を非可逆回路素子１０２のポートＰ１へ供給する。
【００７８】
非可逆回路素子１０２は、３ポートのサーキュレータであり、例えば、実施の形態１で説明した非可逆回路素子１である。
【００７９】
非可逆回路素子１０２は、パワーアンプ１０１からポートＰ１へ供給された送信信号を実質的にポートＰ３へのみ伝達する。
【００８０】
フィルタ１０３は、非可逆回路素子１０２のポートＰ３から供給された送信信号に含まれる通信周波数帯域の信号を通過させ、アンテナ端子ＡＮＴを介してアンテナ１１０へ供給する。また、アンテナ１１０からアンテナ端子ＡＮＴを介して供給された受信信号に含まれる通信周波数帯域の信号を通過させ、非可逆回路素子１０２のポートＰ３へ供給する。
【００８１】
非可逆回路素子１０２は、アンテナ端子ＡＮＴからフィルタ１０３を介してポートＰ３へ供給された受信信号を実質的にポートＰ２へのみ伝達する。
【００８２】
スイッチ１０４は、図示していない制御信号に従って、非可逆回路素子１０２のポートＰ２と、ローノイズアンプ１０５および終端抵抗１０６のいずれか一方とを接続する。
【００８３】
ローノイズアンプ１０５は、非可逆回路素子１０２のポートＰ２からスイッチ１０４を介して供給された受信信号を増幅し、受信端子Ｒｘから出力する。
【００８４】
終端抵抗１０６は、非可逆回路素子１０２のポートＰ２を特性インピーダンスで終端する。
【００８５】
以上説明した構成により、フロントエンドモジュール１００は、送受信両用のフロントエンド回路として機能する。
【００８６】
図１０は、フロントエンドモジュール１００の構造の一例を示す側面図である。図１０に示されるように、パワーアンプ１０１、非可逆回路素子１０２、フィルタ１０３、スイッチ１０４、ローノイズアンプ１０５、および終端抵抗１０６は、それぞれ個別の実装部品であってもよい。各実装部品がモジュール基板１９０に実装されることで、フロントエンドモジュール１００は構成される。特に、非可逆回路素子１０２に実施の形態１で説明した非可逆回路素子１を用いることで、非可逆回路素子１０２で生じた熱を、モジュール基板１９０へ効率よく排出することが可能になる。
【００８７】
これにより、非可逆回路素子１０２において過度の温度上昇が起こりにくくなり、その結果、回路特性に優れたフロントエンドモジュール１００が得られる。
【００８８】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１で説明した非可逆回路素子を備える高周波モジュールの一例として、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）に対応するフロントエンドモジュールについて説明する。
【００８９】
Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯとは、複数のアンテナ素子を有するアンテナアレーを使用して複数の信号を同時に送信および受信する技術であり、信号ごとの位相およびゲインの調整によりアンテナアレー全体での指向性を形成するビームフォーミング技術を含む。
【００９０】
図１１は、実施の形態３に係るフロントエンドモジュール１００ａの一例を示す機能ブロック図である。図１１において、フロントエンドモジュール１００ａは、アンテナアレー２００およびＲＦ信号処理回路２１０とともに、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムを構成している。
【００９１】
アンテナアレー２００は、複数のパッチアンテナ２０１を有している。複数のパッチアンテナ２０１は、行列状に配置されていてもよい。パッチアンテナ２０１は、アンテナ素子の一例である。図１１では、４つのパッチアンテナ２０１（４つのアンテナ素子）で１つの信号を送信および受信するための送受信単位２０２が構成されているが、この例には限られない。例えば、１つのパッチアンテナ２０１で１つの信号の送受信単位が構成されてもよい。
【００９２】
フロントエンドモジュール１００ａには、アンテナアレー２００における送受信単位ごとに（つまり、アンテナアレー２００で送信および受信される信号ごとに）、図９のフロントエンドモジュール１００の構成が設けられている。これにより、フロントエンドモジュール１００ａの複数の非可逆回路素子１０２は、互いに異なるパッチアンテナ２０１に対応する。なお、図１１では、簡明のため、最上段の構成要素にのみ符号を付し、他の構成要素の符号を省略している。
【００９３】
フロントエンドモジュール１００ａは、ＲＦ信号処理回路２１０から送信単位ごとのＲＦ送信信号を取得し、パワーアンプ１０１で増幅して、アンテナアレー２００へ供給する。また、フロントエンドモジュール１００ａは、アンテナアレー２００から受信単位ごとのＲＦ受信信号を取得し、ローノイズアンプ１０５で増幅して、ＲＦ信号処理回路２１０へ供給する。
【００９４】
ＲＦ信号処理回路２１０は、図示していないベースバンド処理回路からベースバンドの送信信号を取得し、アンテナアレー２００における送信単位ごとのＲＦ送信信号に変換して、フロントエンドモジュール１００ａへ供給する。当該変換は、変調、アップコンバート、送信単位の送信信号への分波、ならびに分波された送信信号ごとの位相およびゲインの調整を含んでもよい。
【００９５】
また、ＲＦ信号処理回路２１０は、フロントエンドモジュール１００ａからアンテナアレー２００における受信単位ごとの受信信号を取得し、ベースバンドの受信信号に変換して、ベースバンド信号処理回路へ供給する。当該変換は、受信単位の受信信号ごとの位相およびゲインの調整、受信信号の合成、合成された受信信号のダウンコンバート、ならびに復調を含んでもよい。
【００９６】
ＲＦ信号処理回路２１０は、高周波集積回路（ＲＦＩＣ）で構成されてもよく、ＲＦＩＣは、フロントエンドモジュール１００ａに搭載されていてもよい。
【００９７】
以上説明した構成により、フロントエンドモジュール１００ａは、複数のアンテナ素子を用いるＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯに対応するフロントエンドモジュールとして機能する。
【００９８】
フロントエンドモジュール１００ａの構造は、図１０に示されるフロントエンドモジュール１００の構造と実質的に同一である。すなわち、モジュール基板１９０に各構成要素をそれぞれ複数実装することで、フロントエンドモジュール１００ａは構成される。フロントエンドモジュール１００ａでは、モジュール基板１９０に、さらにＲＦ信号処理回路２１０として機能するＲＦＩＣが実装されてもよい。
【００９９】
アンテナアレーに対応するフロントエンドモジュール１００ａでは、複数のアンテナ素子２１１に対応して複数の非可逆回路素子１０２が比較的高密度で配置されるため、非可逆回路素子１０２に対してより高い放熱性が要求される。その点、非可逆回路素子１０２に実施の形態１で説明した非可逆回路素子１を用いることにより、非可逆回路素子１０２で生じた熱を、モジュール基板１９０へ効率よく排出することが可能になる。
【０１００】
これにより、非可逆回路素子１０２において過度の温度上昇が起こりにくくなり、その結果、回路特性に優れたフロントエンドモジュール１００ａが得られる。
【０１０１】
以上、本発明の実施の形態に係る非可逆回路素子および高周波モジュールについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、通信装置に用いられる非可逆回路素子として、無線基地局などの通信装置に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１    非可逆回路素子
１０、１０ａ〜１０ｅ    実装基板
１１、１１ａ〜１１ｄ    放熱用電極
１２    端子電極
１３    実装電極
１４    ビア導体
１５    容量素子
２０    素子本体
３０    第１のヨーク
３１    入出力端子
３２    グランド端子
３３    絶縁部
４０    磁気素子
４１    フェライト
４２    中心導体
４３    ビア導体
５０    第２のヨーク
５１    基部
５２    凸部
６０    永久磁石
６５    貫通孔
９０    マザー基板
１００、１００ａ    フロントエンドモジュール
１０１    パワーアンプ
１０２    非可逆回路素子
１０３    フィルタ
１０４    スイッチ
１０５    ローノイズアンプ
１０６    終端抵抗
１１０    アンテナ
１９０    モジュール基板
２００    アンテナアレー
２０１    パッチアンテナ
２０２    送受信単位
２１０    ＲＦ信号処理回路
【図１】
2019050546.tif 000003
【図２】
2019050546.tif 000004
【図３】
2019050546.tif 000005
【図４Ａ】
2019050546.tif 000006
【図４Ｂ】
2019050546.tif 000007
【図４Ｃ】
2019050546.tif 000008
【図４Ｄ】
2019050546.tif 000009
【図５】
2019050546.tif 000010
【図６】
2019050546.tif 000011
【図７】
2019050546.tif 000012
【図８】
2019050546.tif 000013
【図９】
2019050546.tif 000014
【図１０】
2019050546.tif 000015
【図１１】
2019050546.tif 000016