(57)【要約】【課題】  中心導体の端部処理に伴う寄生インダクタンスや、高耐電力の抵抗器による浮遊容量などの組立てばらつきを低減でき、逆方向損失に優れたアイソレータを提供する。【解決手段】  金属ケースと、金属ケース内に配置した板状ガーネット部材と、板状ガーネット部材上に配置したストリップライン部材と、板状ガーネット部材に直流磁界を与える永久磁石とを備えたサーキュレータと、ストリップライン部材でなるストリップ線路を終端する矩形状の抵抗器と、サーキュレータと抵抗器を実装する金属プレートを備えた非可逆回路素子であって、金属プレートの一面には、サーキュレータを配置する窪み部と、窪み部とは異なる部位に、抵抗器の位置決めとなる突起部を備えた。【選択図】      図４
2008113154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケースと、前記金属ケース内に配置された板状ガーネット部材と、前記板状ガーネット部材上に配置されるストリップライン部材と、前記板状ガーネット部材に直流磁界を与える永久磁石とを備えたサーキュレータと、前記ストリップライン部材でなるストリップ線路を終端する矩形状の抵抗器と、前記サーキュレータと前記抵抗器を実装する金属プレートを備えた非可逆回路素子であって、  前記金属プレートの一面には、前記サーキュレータを配置する窪み部と、前記窪み部とは異なる部位に、前記抵抗器の位置決めとなる突起部を備えることを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記窪み部は略円形状に形成されており、その側面から窪み内側へ突する位置決めを備えるとともに、前記金属ケースは、前記位置決めに対応する窪みを備え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】
前記突起部は、前記抵抗器の少なくとも２辺を支持するように、異なる部位に２箇所以上形成され、その形状は矩形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
前記突起部の抵抗器を支持する一辺側の底部には、前記一辺に沿って前記突起部の長さ以上の長さの窪みを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記金属プレートは、金属材料としてアルミニウム、亜鉛、鉄のいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車電話、携帯電話等のマイクロ波帯の高周波部品として採用されるアイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アイソレータは非可逆回路素子と呼ばれ、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機能を有し、この種のアイソレータとして、分布定数型と集中定数型があるのが知られている。
図６は特許文献１に開示された分布定数型非可逆回路素子の外観図であり、図７は、その分解斜視図である。この非可逆回路素子１は、金属ケース９の最上部に蓋２が配置され、上から順に上鉄板３、その下に永久磁石４、その下に下鉄板５、更にアース板６が配置され、その下に２枚のフェライト７（板状ガーネット部材）と、この２枚のフェライト７の間に挟まれ、中心から放射状（例えば中心より１２０°間隔に３方向）に分岐して設けられた中心導体８を有し、フェライト７の下部にはアース板６が収納されており、分布定数型の非可逆回路素子は、通常このような構造を採るのが一般的である。
そして、この中心導体８の端部は、それぞれ、金属ケース９の周囲から突き出るように入出力端子８ａ、８ｂ、８ｃを形成している。この入出力端子８ａ、８ｂ、８ｃは、通常０．１〜０．２５ｍｍの薄い銅板などで形成されていることが多く、先端を折り曲げて、回路基板に半田付けする構成になっている。
【０００３】
前記ストリップライン部材８は、中央のＴＭ１１０モードで共振する共振器部（図中の略三角形部であり接合部とも言う。円形等の他の形状を採ることもある。）と、共振器部から三方向に形成された入出力接続用の電極とからなり、共振器部と入出力接続用の電極との間にはインピーダンスの整合をとるためλ／４長のインピーダンス変換器が形成されている。そして、ストリップライン部材８に電流を流すと、板状ガーネット部材７にストリップライン部材８を取り囲む高周波磁界が生じる。永久磁石４によって板状ガーネット部材中に回転磁界を生じさせることで、分岐路に入力された高周波磁界は、板状ガーネット部材７を通過する際に偏波面が回転し、所定の分岐路にのみ出力され、回路として非可逆性を持たせている。
【特許文献１】特開２００３−１２４７１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような分布定数型の非可逆回路素子を携帯電話等の移動体通信用基地局に用いる場合には、耐電力に優れ、高い逆方向損失が要求される場合がある。例えば、入力電力１００Ｗのハイパワーで、逆方向損失６０ｄＢ以上等の特性が要求される。このような非可逆回路素子では、送信電力の全電力が戻ってきた場合、即ち全反射する場合には、抵抗器は１００Ｗに絶える必要がある。また、一つの非可逆回路素子で逆方向損失が６０ｄＢ以上の特性を得るのは、実質的に不可能である。そこで図１０に示すように、アイソレータを２段以上直列に連結して、高逆方向損失アイソレータとすることが行なわれている。この場合であっても、一つのアイソレータが受け持つ逆方向損失は３０ｄＢ以上であって、通常のアイソレータの仕様よりも厳しい特性が要求される。
大きな逆方向損失を得ようとすれば、その周波数特性を狭帯域なものとし、二個以上のアイソレータ特性を合わせることが必要である。
しかしながら侠帯域で高い逆方向損失を維持し、なおかつ二個以上のアイソレータ特性を合わせることは難しく、組立ての際に生じる中心導体の端部処理に伴う寄生インダクタンスや、高耐電力の抵抗器による浮遊容量などの組立てばらつき等の要因によって、高い逆方向損失を得るのは困難である場合が多い。
そこで本発明は、中心導体の端部処理に伴う寄生インダクタンスや、高耐電力の抵抗器による浮遊容量などの組立てばらつきを低減でき、よって逆方向損失に優れたアイソレータ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】
【０００５】
本発明は、金属ケースと、前記金属ケース内に配置された板状ガーネット部材と、前記板状ガーネット部材上に配置されるストリップライン部材と、前記板状ガーネット部材に直流磁界を与える永久磁石とを備えたサーキュレータと、前記ストリップライン部材でなるストリップ線路を終端する矩形状の抵抗器と、前記サーキュレータと前記抵抗器を実装する金属プレートを備えた非可逆回路素子であって、前記金属プレートの一面には、前記サーキュレータを配置する窪み部と、前記窪み部とは異なる部位に、前記抵抗器の位置決めとなる突起部を備えることを特徴とする非可逆回路素子である。
前記金属プレートは抵抗器からの発熱を放熱するヒートシンクとしても機能するため、アルミニウム合金、などの高熱伝導率金属材料を用いるのが好ましい。この金属プレートに設けた位置決めによって、サーキュレータと抵抗器とを精度良く実装可能となる。このため抵抗器とサーキュレータの中心導体の端部との接続位置が安定するのでインダクタンスが安定し、終端ポートのインピーダンスばらつきを低減し、逆方向損失を劣化させる事が最小限となる。
【０００６】
本発明においては、前記窪み部は略円形状に形成し、その側面から窪み内側へ突する位置決めを備えるようにし、前記金属ケースは、前記位置決めに対応する窪みを備えるのが好ましい。この位置決めによって、サーキュレータの回転位置ずれを防ぐことができる。
前記突起部は、前記抵抗器の少なくとも２辺を支持するように、異なる部位に２箇所以上形成し、その形状は矩形状とするのが好ましい。
前記突起部の抵抗器を支持する一辺側の底部には、前記一辺に沿って前記突起部の長さ以上の長さの窪みを備えるのが好ましい。抵抗器を精度よく実装可能であるため、浮遊容量のばらつきも減じることが出来、逆方向損失を劣化させる事が無い。
前記金属プレートは銅、鉄、アルミ等を板金加工するか、アルミニウム、亜鉛を鋳型鋳造して形成するか、鉄の粉末成型でも可能である。金属プレートの突起部や窪み部の形成方法は、切削加工方法等も当然採用可能であるが、安価にかつ精度よく形成可能な点で鋳型鋳造は優れる。
【発明の効果】
【０００７】
中心導体の端部処理に伴う寄生インダクタンスや、高耐電力の抵抗器による浮遊容量などの組立てばらつきを低減でき、もって逆方向損失に優れたアイソレータを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施例に係るアイソレータについて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる金属プレートの平面図であり、図２はその側面部分拡大図である。また図３はａ−ａ‘断面図であり、図４は非可逆回路素子の外観を示す平面図、図５は非可逆回路素子の構成を示す分解斜視図である。
【０００９】
この非可逆回路素子は、板状の金属プレート１００の一面上にサーキュレータ１と抵抗器５００を実装してなるものである。金属プレート１００は、抵抗器５００の発熱を考慮して熱伝導率の大きいアルミニウム合金を用いて形成されている。亜鉛・銅・鉄などの金属材料も使用しても良い。また金属プレート１００はアイソレータ１のグランドを形成するため、電気伝導率を向上するように、その表面には、下地Ｎｉめっき、その上に１μｍ以下のＡｕめっきが施されている。
金属プレートは、平面視が矩形状であり、２つ並んでサーキュレータを配置するための窪み１０５ａ、１０５ｂが形成されている。前記窪みは略円形状に形成されており、それぞれの窪みには、丁度２時と１０時の位置に、側面から窪み内側へ突する位置決め１１０ａ〜１１０ｄが形成されている。この位置決めは、サーキュレータが窪み内で回転し、位置ずれを防ぐためのものである。前記サーキュレータの金属ケース９には、前記位置決め１１０ａ〜１１０ｄに対応した窪み（図示せず）が形成されている。なお本実施例では、一つの窪み内に２箇所の位置決めを設けているが、１箇所であっても良く、回転位置ずれを防ぐ効果は、同様に発揮される。さらに位置決めが３箇所以上あれば、効果はさらに大きくなる。なお、金属プレートの外観形状は矩形状に限定されるものでは無く、他の形状であっても適用することが出来る。
【００１０】
前記窪み１０５ａ、１０５ｂの底部の周縁側には、周縁に沿って窪み１０８ａ，１０８ｂが設けられており、サーキュレータの金属ケース９との干渉を防いでいる。このためサーキュレータ１を精度良く、安定した状態で金属プレート１００へ実装出来るとともに、安定したアース電位を得ることが出来る。また底部の中央領域には、後述するエジェクタピンによる窪み（図示せず）が形成されている。このエジェクタピンによる窪みは前記周縁部の窪み１０８ａ、１０８ｂとともに、はんだ溜まりとして機能し、サーキュレータと金属プレートとの接続の際に、はんだの一部をそこに溜めることで、余剰のはんだが金属プレートの主面側に現れるのを防いでいる。
【００１１】
また前記金属プレート１００の一面には、前記サーキュレータ１を配置する窪み部１０５ａ、１０５ｂとは異なる部位に、前記抵抗器の位置決めとなる突起部１２０ａ〜１２０ｃ、１３０ａ、１３０ｂを備えている。この位置決めによって、サーキュレータ１と抵抗器５００とを精度良く実装可能としている。前記抵抗器は平面視で矩形状に形成されており、前記突起部は、その抵抗器の少なくとも２辺を支持するように、異なる部位に２箇所以上形成されている。
抵抗器の側辺を支持する前記突起部の底部には、前記一辺に沿って前記突起部の長さ以上に形成された窪み１２５ａ〜１２５ｃ、１３５を備えている。この窪みは抵抗器と突起部の底部との干渉を防ぐためのものであり、抵抗器を精度良く、安定した状態で金属プレートへ実装出来る。さらに、金属プレート１００には筐体に取り付けるためのねじ穴２００が複数箇所設けられている。
【００１２】
前記金属プレート１００は、溶かしたアルミニウム合金、本実施例ではＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金のＡＤＣ１２材を、精密な金型に高速、高圧で注入するダイカスト法を用いて鋳型鋳造して形成されたものである。
アルミニウム合金ダイカスト鋳造のように金型に未凝固の材料を充填し成形品を成形し、成形品を金型より取り出すには、まず組み合わされた金型を分離し、複数のエジェクタピンにより突き出しながら成形品を離型する。通常、ダイカスト鋳造法で使用する金型は、前記の様に鋳造した成形品を取り出せるように少なくとも２つの部分よりなっており、一方は固定型、他方は可動型と呼ばれ、それぞれダイカストマシンの固定盤及び可動盤に取り付けられる。本実施例においては、可動型に所定形状の凹凸が形成されており、成形品には前記凹凸が転写され、突起部や窪みが形成される。またエジェクタピンは可動型を貫通するように設けられており、ダイカストマシンの押し出しシリンダーによって、エジェクタピンを摺動させて成形品を可動型から突き出す。エジェクタピンは可動型の成形品となる面内に僅かに突き出るように形成されているので、成形品においてはエジェクタピンに対応する部分が、僅かに窪んで形成される。
【００１３】
このように精密に形成された金属プレート１００にはサーキュレータ１、抵抗器５００が実装され、はんだ接続される。
前記サーキュレータは、一般的な構成のものであるので、以下図６、図７を基にしてその構造を説明する。このサーキュレータは金属ケースと、前記金属ケース内に配置された板状ガーネット部材と、前記板状ガーネット部材上に配置されるストリップライン部材と、前記ストリップライン部材上に配置される永久磁石とを備える。
３方が開口し、かつ外表面に前記金属プレートの位置決め１１０ａ〜１１０ｄに対応する窪み（図示せず）を有する略円形上の金属ケース９の内側底面に、薄銅板からなるアース板６が配置される。なお前記薄銅板は、その厚みが０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍのものを用い、その表面は酸化を防ぐようにＡｇめっき、Ａｕめっき等の保護めっきが施されている。なお保護めっきの導電率は、電気的特性を劣化させない様に、電気抵抗率の小さい金属めっきが選択され、その電気抵抗率は１．０×１０−７Ω・ｍ以下のものが好ましい。
【００１４】
前記アース板６上には、円板状のガーネット部材７が配置され、その上にマイクロストリップライン部材８が配置される。
このマイクロストリップライン部材８は、厚さ３０〜２５０μｍの薄板金属板をエッチングして形成される。その中央部は略三角形状に形成され、３方向に延びる分規線路が設けられ、さらに円板状ガーネット部材７の外周縁に到るまでの部分に整合回路として機能する帯状の低インピーダンス線路が設けられている。分岐線路はアース板６とで、ストリップラインを形成する。
なお、サーキュレータにおいては、接合部、分岐線路、低インピーダンス線路は回転対象に設ければよいが、サーキュレータの１つの入出力端に抵抗器を付加してアイソレータとして用いる場合、付加される抵抗器に動作周波数でリアクタンス成分が多く含まれると、インピーダンスのずれが生じて電気的特性の劣化を招く場合がある。そのような場合には、これを補償するため抵抗器と接続する分岐線路の幅を他の分岐線路と異ならせるとともに、低インピーダンス線路のデザインも他の低インピーダンス線路と異ならせて調整すればよい。
【００１５】
ストリップライン部材８の上には、更に円板状ガーネット部材７が配置され、その上に、アース板６、磁気ヨーク５、永久磁石４が配置される。永久磁石４の上には鉄板３が配置され、最後に、前記金属ケース９と同様に磁性金属材料からなる蓋２で、金属ケース９内の収納物が動かないようして、サーキュレータ１が出来上がる。蓋２や金属ケース９は、高周波電流の経路となるため、表皮効果による電気的特性を向上するように、電気抵抗率の小さい金属めっき、例えばＡｕめっきなどが施される。その電気抵抗率は１．０×１０−７Ω・ｍ以下のものが好ましい。
【００１６】
前記抵抗器の外観を図８に示す。この抵抗器は、矩形状のアルミナ基板５０５の一端側に、前記分岐線路の入出力端子８ｃと接続される電極パターン５１０ａが形成されており、この電極パターン５１０ａと他端部側のアース電極パターン５１０ｂとの間に抵抗パターン５１５が形成され、この抵抗パターン５１５はオーバーガラスにより絶縁されている。また、この抵抗器５００の裏面は、ほぼ全面にアース電極パターン（図示せず）が形成されており、側面側に形成されたのビアホール５２０によって上面のアース電極パターン５１０ｂと接続されている。
【００１７】
このような抵抗器５００の少なくとも２側面を、抵抗器の位置決めとなる突起部１２０ａ〜１２０ｃ、１３０ａ、１３０ｂに当接するように配置し、その裏面アース電極パターンを金属プレートにはんだ付けして固定した。
さらに前記サーキュレータ１を、金属ケース９に設けられた窪み（図示せず）を前記突起部１１０ａ〜１１０ｄと対応するように位置を合わせて、金属ケースの裏面を金属プレートにはんだ付けし、前記分岐線路８ｃを抵抗器の電極パターン５１０ａにはんだ接続し、アイソレータの入出力端子８ａ、８ｂを中継基板を介して２段直列に連結して本実施例のアイソレータを得た。
【００１８】
得られたアイソレータについて、挿入損失、入力端子反射損失、逆方向損失、出力端子反射損失の各項目を、ネットワークアナライザを用いて評価し、その結果を図９に示した。なお、本実施例で作成したアイソレータは、通信方式がＧＳＭ１８００の基地局に用いられるものであり、使用される周波数は１８０５ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。
逆方向損失の周波数特性は単峰を示すが、６０ｄＢ以上が得られる周波数帯域は１５０ＭＨｚ程度と広帯域であり、使用周波数においても優れた逆方向損失が得られた。また他の諸特性も優れていた。試料は１０個作成したが、その諸特性はばらつきが小さく、安定した特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、従来のものと比べて、中心導体の端部処理に伴う寄生インダクタンスや、高耐電力の抵抗器による浮遊容量などの組立てばらつきを低減でき、もって逆方向損失に優れたアイソレータを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係るアイソレータに用いる金属プレートの平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るアイソレータに用いる金属プレートの側面部分拡大図である。
【図３】本発明の一実施例に係るアイソレータに用いる金属プレートののａ−ａ‘断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係るアイソレータの平面図である。
【図５】本発明の一実施例に係るアイソレータの分解斜視図である。
【図６】一般的なサーキュレータの外観斜視図である。
【図７】一般的なサーキュレータの内部構造を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の一実施例に係るアイソレータにも散る抵抗器の外観斜視図である。
【図９】本発明の一実施例に係るアイソレータの挿入損失、入力端子反射損失、逆方向損失、出力端子反射損失の各電気的特性を示す図である。
【図１０】アイソレータを２段直列に連結した高逆方向損失アイソレータを説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  サーキュレータ
１００  金属プレート
５００  抵抗器
【図１】
2008113154.tif 000003
【図２】
2008113154.tif 000004
【図３】
2008113154.tif 000005
【図４】
2008113154.tif 000006
【図５】
2008113154.tif 000007
【図６】
2008113154.tif 000008
【図７】
2008113154.tif 000009
【図８】
2008113154.tif 000010
【図９】
2008113154.tif 000011
【図１０】
2008113154.tif 000012