(57)【要約】【課題】整合用コンデンサを必要とせず、しかも、一般的な増幅器との整合性に優れた非可逆回路素子および通信装置を提供する。【解決手段】アイソレータ１は、概略、金属製下側ケース４と金属製上側ケース８とからなる金属ケースと、永久磁石９と中心電極組立体１３と、終端抵抗Ｒを搭載した端子基板３を備えている。中心電極組立体１３は、平面視形状が長方形のマイクロ波フェライト２０の上面に中心電極２１，２２，２３を略１２０度で交差するように配置している。中心電極２１〜２３の電気長はそれぞれ略１／４波長に設定されている。ただし、実際の物理長は自由空間の長さより短くなる。具体的には、例えば９２６ＭＨｚの場合、自由空間における１／４波長の電気長は約８０ｍｍとなり、実際の中心電極２１〜２３の物理長は３０〜４０ｍｍとなる。【選択図】  図１
2004349943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、
前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
前記フェライトに配置された複数の中心電極とを備え、
前記中心電極のそれぞれの一方の端部が開放端であること、
を特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記中心電極の電気長が略１／４波長であ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】
前記中心電極のうち少なくとも一つの中心電極が、前記フェライトに０．７５回以上巻回されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
前記中心電極の開放端側の電極幅が太くなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記中心電極の入力端子に接続される給電端側の電極幅が太くなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
前記永久磁石が２個であり、該２個の永久磁石が前記フェライトを間に挟んで配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項７】
１個以上の補助フェライトをさらに備え、前記補助フェライトと補助フェライトとの間、もしくは、前記補助フェライトと前記永久磁石との間に前記フェライトが配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の非可逆回路素子を少なくとも一つ備えたことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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および通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、集中定数型アイソレータとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。このアイソレータは、図１８に示すように、円板状のフェライト２２０を包むように、三つの中心電極２２１，２２２，２２３がフェライト２２０の上面に相互に電気的絶縁状態で折り重ねられている。中心電極２２１〜２２３の共通のアース電極２２５は、フェライト２２０の下面を略覆うように設けられている。
【０００３】
中心電極２２１〜２２３のアース電極２２５との接続部は、高周波電圧が最小あるいは０Ｖであり、コールドエンドとも称される。中心電極２２１，２２２，２２３のそれぞれの他端Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、高周波信号の入出力端（給電端）であり、ポート部と称される。ポート部Ｐ１は整合用コンデンサを介して入力端子に接続される。ポート部Ｐ２は整合用コンデンサを介して出力端子に接続される。ポート部Ｐ１〜Ｐ３は、高周波電圧が最大の部分であり、ホットエンドとも称される。そして、従来の中心電極２２１〜２２３の長さ（電気長）は、１／４波長より短い寸法に設定されていた。
【０００４】
つまり、従来のアイソレータは、例えば中心周波数が９２６ＭＨｚの場合、中心電極２２１〜２２３の実際の長さ（物理長）を３ｍｍ〜６ｍｍ程度に設定するとともに、入出力インピーダンス（一般に５０Ω程度）との整合をとるために、整合用コンデンサを必要としていた。従って、従来の中心電極２２１〜２２３は、電気等価回路で表示した場合、インダクタ（コイル）として表示されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−８５０９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアイソレータは整合用コンデンサを備えているため、その分だけ大型で高価であった。また、整合用コンデンサの電気定数を正確に調整する必要があり、製造工程も複雑であった。
【０００７】
さらに、中心周波数付近で周波数を低周波から高周波に変化させた場合、入力インピーダンスのリアクタンス分は正の値から負の値へ減少する。ところが、この変化は、多くの増幅器の出力部が要求する最適負荷インピーダンスの周波数変化と逆である。そのため、従来のアイソレータを増幅器と組み合わせて用いると、良好な整合がとれる周波数範囲が狭かった。すなわち、使用周波数帯域の端近くで増幅器の消費電流が大幅に増加したり、出力の歪成分が増加したりすることがあった。このため、良好な動作条件を比較的広い周波数範囲（例えば比帯域幅４〜５％以上）にわたって実現したい場合には、アイソレータの外部に電気長が１／４波長の回路（π型低域通過フィルタなど）を付加する必要があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、整合用コンデンサを必要とせず、しかも、一般的な増幅器との整合性に優れた非可逆回路素子および通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
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、
（ａ）永久磁石と、
（ｂ）永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
（ｃ）フェライトに配置された複数の中心電極とを備え、
（ｄ）中心電極のそれぞれの一方の端部が開放端であること、
を特徴とする。より具体的には、中心電極の電気長は略１／４波長である。
【００１０】
以上の構成からなる非可逆回路素子において、入力端子に接続された中心電極は、入力端子側の一端（給電端）での高周波電流が最大で、かつ、高周波電圧が最小であり、この入力端子側の一端（給電端）をコールドエンドと称することもできる。一方、開放端は、高周波電流が最小で、かつ、高周波電圧が最大であり、ホットエンドと称することもできる。入力端子に接続された中心電極の開放端では、インピーダンスは例えば９２６ＭＨｚで１００Ω以上である。そして、入力端子に接続されている一端（給電端）に近づくほどインピーダンスが下がり、給電端では約５０〜７５Ω程度となる。そのため、整合用コンデンサを設けなくても、入力端子経由で特性インピーダンスが５０〜７５Ωの回路に接続することができる。
【００１１】
また、中心電極の電気長を略１／４波長に設定することにより、中心電極の実際の物理長が従来より長くなるが、中心電極をフェライトに０．７５回以上巻回させることにより、非可逆回路素子の大型化を防止できる。
【００１２】
また、中心電極の開放端側の電極幅を太くすることにより、静電容量負荷による波長短縮効果が生じ、中心電極の実際の物理長が短くなる。
【００１３】
また、中心電極の給電端側の電極幅を太くすることにより、高周波電流が最大となっている給電端の電気抵抗が最小となり、非可逆回路素子の挿入損失を小さくすることができる。
【００１４】
さらに、２個の永久磁石でフェライトを間に挟んだ構造や、補助フェライトと補助フェライトの間、もしくは、補助フェライトと永久磁石との間にフェライトを配設する構造を採用することにより、適切なバイアス磁界が均一にフェライトに印加され、加えて中心電極間の結合係数が大きくなることから、より広帯域で低挿入損失な非可逆回路素子が得られる。
【００１５】
また、本発明に係る通信装置は、前述の特徴を有する非可逆回路素子を備えることにより、小型で損失が少なく、信頼性の優れたものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非可逆回路素子および通信装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。各実施形態では、非可逆回路素子として集中定数型アイソレータを例にして説明し、同一部品および同一部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
［第１実施形態、図１〜図７］
図１に示すように、３ポート型アイソレータ１は、概略、金属製下側ケース４と金属製上側ケース８とからなる金属ケースと、永久磁石９と中心電極組立体１３と、終端抵抗Ｒを搭載した端子基板３を備えている。
【００１８】
中心電極組立体１３は、平面視形状が長方形のマイクロ波フェライト２０の上面に中心電極２１，２２，２３を絶縁層（図示せず）を介在させて略１２０度で交差するように配置している。本第１実施形態では、中心電極２１〜２３をそれぞれ１本のラインで構成したが、図１８に示した従来例のように２本以上のラインで構成してもよい。マイクロ波フェライト２０としては、ＹＩＧ系の材料が主に用いられる。フェライト２０の厚みとしては、０．２０〜０．５０ｍｍが多く用いられる。
【００１９】
中心電極２１〜２３は、銅箔を用いてフェライト２０に貼り付けてもよいし、フェライト２０上にＡｇ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕなどの導電ペーストをスクリーン印刷やフォトリソグラフの手法を用いて形成してもよい。フォトリソグラフの導電ペーストには感光性樹脂が含まれており、導電ペーストをフェライト２０の全面に印刷した後、露光、現像して不要部分を除去してから焼成する。これにより、位置精度の高い厚膜の中心電極２１〜２３が形成されるので、安定な電気特性が得られる。
【００２０】
ここに、中心電極２１〜２３の電気長はそれぞれ略１／４波長に設定されている。ただし、実際の物理長は自由空間の長さより短くなる。具体的には、例えば９２６ＭＨｚの場合、自由空間における１／４波長の電気長は約８０ｍｍとなり、実際の中心電極２１〜２３の物理長は３０〜４０ｍｍとなる。
【００２１】
また、本第１実施形態の場合、中心電極２１〜２３の厚さは３〜１５μｍ程度である。３μｍ未満では、薄過ぎて電極損失が増えるからである。一方、１５μｍを超えると、高周波信号の表皮効果の影響で電極損失の改善が殆ど見込めないからである。従って、中心電極２１〜２３の厚さは、移動体通信機で多く用いられる動作周波数（８００〜２０００ＭＨｚ）の表皮効果厚の１〜３倍以上の寸法で、かつ、１５μｍ程度以下であることが好ましい。
【００２２】
端子基板３には、入力端子１４と出力端子１５とアース端子１６と接続電極部１８がインサートモールドされている。端子１４〜１６は、一端が端子基板３の下面に露出し、他端が端子基板３の上面に露出してそれぞれ入力接続電極部１４ａ、出力接続電極部１５ａおよびアース接続電極部１６ａを形成している。この端子基板３上に中心電極組立体１３がはんだ付けされる。すなわち、フェライト２０の下面に廻り込んでいる中心電極２１の一方の端部２１ａ（ポート部Ｐ１）が入力接続電極部１４ａに電気的に接続され、中心電極２２の一方の端部２２ａ（ポート部Ｐ２）が出力接続電極部１５ａに電気的に接続され、中心電極２３の一方の端部２３ａ（ポート部Ｐ３）が接続電極部１８に電気的に接続されている。さらに、チップ型終端抵抗Ｒは、接続電極部１８とアース接続電極部１６ａとの間にはんだ付けされている。
【００２３】
端子基板３の材料には、ＬＣＰ（液晶ポリマ）、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの耐熱性樹脂が用いられる。各端子１４〜１６の材料には、銅、あるいは、黄銅やベリリウム銅やりん青銅などの銅合金が用いられ、その表面に銀などの良導体の皮膜がめっきや蒸着などの方法で形成されている。この場合、皮膜と母材の間に銅やニッケルなどの下皮膜を形成すると、皮膜の付着強度が安定するとともに、防錆効果も得られる。
【００２４】
なお、端子基板３は、端子１４〜１６や終端抵抗Ｒなどを表面に設けた誘電体シートなどを複数枚積み重ねて積層して構成した多層基板であってもよい。Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄなどからなる端子１４〜１６は、スクリーン印刷やフォトリソグラフなどの方法により誘電体シートに形成される。ルテニウムなどからなる終端抵抗Ｒはスクリーン印刷などの方法により誘電体シートに形成される。
【００２５】
端子基板３の下面に配設されている端子１４〜１６や上面に配設されている電極部１４ａ〜１６ａ，１８の表面には、Ｎｉめっきを下地とする金めっきが施されている。これは、はんだ付け性（はんだ漏れ性）改善、はんだへの溶融（はんだ喰われ）防止、マイグレーション防止を目的としている。
【００２６】
平面視矩形の永久磁石９には、通常、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン系のフェライト磁石が使用される。
【００２７】
以上の構成からなる各部品は、例えば次のようにして組み立てられる。金属製下側ケース４の上に、中心電極組立体１３を実装した端子基板３を装着し、金属製上側ケース８を被せる。金属製上側ケース８と中心電極組立体１３の間には、永久磁石９が配置される。永久磁石９は中心電極組立体１３に直流磁界Ｈを印加する。下側ケース４と上側ケース８は接合して金属ケースをなし、磁気回路を構成しており、ヨークとしても機能している。
【００２８】
図２はアイソレータ１の電気回路図である。中心電極２１の一端２１ａ（ポート部Ｐ１）は入力端子１４に接続され、他端２１ｂは開放端となっている。中心電極２２の一端２２ａ（ポート部Ｐ２）は出力端子１５に接続され、他端２２ｂは開放端となっている。中心電極２３の一端２３ａ（ポート部Ｐ３）は終端抵抗Ｒを介してアース端子１６に接続されている。中心電極２１〜２３のそれぞれの一端２１ａ〜２３ａ（ポート部Ｐ１〜Ｐ３）は、高周波信号の電流の振幅が最大でかつ電圧の振幅が最小であり、コールドエンドと称することもできる。一端２１ａ〜２３ａ（ポート部Ｐ１〜Ｐ３）はインピーダンス最小点である。一方、他端２１ｂ〜２３ｂは、高周波信号の電流の振幅が最小でかつ電圧の振幅が最大であり、ホットエンドと称することもできる。他端２１ｂ〜２３ｂはインピーダンス最大点である。
【００２９】
これは、従来のアイソレータと全く逆の状態である。すなわち、従来のアイソレータにおいては、入力端子や出力端子に接続された中心電極端は電圧の振幅が最大で、ホットエンドと称すべき位置であった。
【００３０】
アイソレータ１において、例えば、中心周波数が９２６ＭＨｚの高周波信号がこのアイソレータ１を流れた場合、中心電極２１の開放端２１ｂでのインピーダンスは１００Ω以上である。そして、入力端子１４に接続されている一端（給電端）２１ａに近づくほどインピーダンスが下がり、給電端２１ａでは約５０〜７５Ω程度となる。そのため、整合用コンデンサを設けなくても、アイソレータ１の入力端子１４と特性インピーダンスが５０〜７５Ωの回路とを良好な整合状態で接続することができる。
【００３１】
なお、中心電極２１〜２３の設計項目としては、導体長さ、幅、厚み、巻き間隔、交差角度などがあり、これらを適切に設計することで、５０〜７５Ω前後の所望の特性インピーダンスに整合させることができる。このうち、整合に関して特に支配的な要素である導体長さは、他のパラメータと比較して値そのものが大きく、管理が容易である。他のパラメータは特性に与える影響が小さいため、相対的に厳密な管理が不要である。そのため、トリミングなどの特殊な管理をすることなく、高い良品率を維持することができる。また、アイソレータ１の入出力インピーダンス（前後に接続する増幅器などのインピーダンス）が極端に小さいものであれば、中心電極２１〜２３の物理長は短くてよい。
【００３２】
高周波信号が入力端子１４から入り、出力端子１５から出る通常の動作では、フェライト２０内部の高周波磁束φは図３に示すようになる。高周波磁束φは、フェライト２０の左右縁部において、入出力端子１４，１５に接続された中心電極端２１ａ，２２ａに集中する。その結果、中心電極２１の一端２１ａでは、中心電極２１にのみ鎖交し、かつ、他の中心電極２２，２３に鎖交しない磁束φ１が生じる。同様に、中心電極２２の一端２２ａでも、中心電極２２にのみ鎖交し、かつ、他の中心電極２１，２３に鎖交しない磁束φ２が生じる。従って、中心電極２１と２２の間の結合係数は低くなる。一方、終端抵抗Ｒに接続されている中心電極２３に鎖交する磁束はない。
【００３３】
以上の構成からなるアイソレータ１は、整合回路が不要である。また、フェライト２０の片面にのみ中心電極２１〜２３を形成しているため、中心電極構造が簡素であり、低コストである。特に、整合用コンデンサは高精度に製作されていないと、アイソレータの中心周波数がばらつく原因となるため、高価な精密印刷機を用いたり、使用するコンデンサを一定の容量値の範囲ごとに区分けしたり、コンデンサを製作した後にトリミングを行ったりする必要がある。結果として、整合用コンデンサを用いると、アイソレータが高価となる。さらに、Ｃ−Ｌ−Ｃのπ型回路による整合回路やＬＣ直列の整合回路が用いられると、インダクタが大きいため大型化する。また、インダクタは一般にコンデンサより高価である。加えて、インダクタは同等サイズのコンデンサと比較してＱ値が小さいため、インダクタを整合用途に用いたアイソレータは、挿入損失値が悪化する傾向がある。
【００３４】
また、アイソレータ１の周波数変化に対する入力インピーダンス（Ｓ１１）の軌跡は、図４に示すように、中心周波数（９２６ＭＨｚ）付近において、レジスタンス分の変化が小さい（実線２５参照）。図４において、矢印Ｋの方向は周波数変化の方向を表示している。一方、リアクタンス分は負から正の方向に変化している。
【００３５】
通常、増幅回路において、高周波信号の周波数が上がった場合でも、後段に接続される負荷の入力インピーダンスのレジスタンス分が変化しないで、かつ、リアクタンス分が負から正に変化すると、良好な動作条件を保つことができる。すなわち、アイソレータ１を増幅器と組み合わせて用いると、増幅器の負荷電力を高効率に保ちながら、増幅器の出力歪や隣接チャンネル漏洩電力（ＡＣＰＲ）を小さくすることができる。
【００３６】
さらに、アイソレータ１によれば、良好な動作条件を比較的広い周波数範囲（例えば比帯域幅で４〜５％以上）にわたって実現したい場合にも、特別な回路を付加する必要がない。
【００３７】
また、中心周波数ｆ（０）で１／４波長共振器を形成する導体パターンなどからなる分布定数型整合回路の場合、通常、その３倍周波数３ｆ（０）においても高周波信号が通過し易い回路となる。これは３倍周波数３ｆ（０）で導体パターンが３／４波長共振器となり、そのコールドエンド付近のインピーダンスは、１／４波長共振器と略同様の５０〜１００Ω程度の比較的低い値となるからである。３ｆ（０）は増幅器で発生し易い３倍高周波でもあり、これは好ましくない性質である。
【００３８】
しかしながら、本第１実施形態では、フェライト２０へのバイアス磁界が中心周波数ｆ（０）で適切なように設定してあるため、３倍周波数３ｆ（０）でのフェライト２０の低損失な動作には弱過ぎる状態となる。すなわち、３倍周波数３ｆ（０）においては、フェライト２０において低磁界損失が発生する程度に弱いバイアス磁界が印加されている状態となる。そのため、分布定数型整合回路（具体的には電気長が略１／４波長の中心電極２１〜２３）を使っているにもかかわらず、３倍周波数３ｆ（０）の信号を少なくとも１０ｄＢ以上減衰させることができる。図５は、アイソレータ１の順方向透過特性（Ｓ２１）および逆方向透過特性（Ｓ１２）を示すグラフである。
【００３９】
また、中心電極２１〜２３のパターン形状を、開放端２１ｂ〜２３ｂで太くするとともに、給電端２１ａ〜２３ａでテーパ状に細くしたり（図６参照）、ステップ状に細くしたり（図７参照）してもよい。テーパ形状は直線的（比例関数的）テーパでもよいし、対数関数などの種々の関数的テーパでもよい。ステップは３段以上でもよい。これにより、中心電極２１〜２３のそれぞれとアース接続電極部１６ａとの間に形成される静電容量負荷が増え、波長短縮効果が生じ、中心電極２１〜２３の実際の物理長を短くできる。この結果、フェライト２０を小型にでき、より一層小型で安価なアイソレータ１を得ることができる。
【００４０】
［第２実施形態、図８〜図１１］
本発明に係るアイソレータは、中心電極の実際の物理長が従来より長くなる。そこで、図８に示すように、第２実施形態のアイソレータ１Ａは、中心電極２１〜２３をそれぞれフェライト２０に巻回させることにより、大型化を防止したものである。中心電極２１〜２３の電気長はそれぞれ略１／４波長に設定されている。
【００４１】
フェライト２０の平面視の形状は、矩形に限るものではなく、円形であってもよいし、多角形であってもよい。さらに、フェライト２０に樹脂などで製作したワク（ホルダー、ボビン）を嵌めて巻き付け性を向上させ、その上から中心電極２１〜２３を巻回してもよい。端子基板３には、入力端子１４と出力端子１５とアース端子１６と接続電極部１８がインサートモールドされている。端子基板３の上面のアース接続電極部１６ａは、フェライト２０の下面に形成されている中心電極２１〜２３とショートしない位置に狭面積で形成されている。
【００４２】
図９はアイソレータ１Ａの電気回路図である。中心電極２１の一端２１ａ（ポート部Ｐ１）は入力端子１４に接続され、他端２１ｂは開放端となっている。中心電極２２の一端２２ａ（ポート部Ｐ２）は出力端子１５に接続され、他端２２ｂは開放端となっている。中心電極２３の一端２３ａ（ポート部Ｐ３）は終端抵抗Ｒを介してアース端子１６に接続されている。中心電極２１〜２３のそれぞれの一端２１ａ〜２３ａ（ポート部Ｐ１〜Ｐ３）は、高周波信号の電流の振幅が最大でかつ電圧の振幅が最小であり、コールドエンドと称することもできる。一端２１ａ〜２３ａ（ポート部Ｐ１〜Ｐ３）はインピーダンス最小点である。一方、他端２１ｂ〜２３ｂは、高周波信号の電流の振幅が最小でかつ電圧の振幅が最大であり、ホットエンドと称することもできる。他端２１ｂ〜２３ｂはインピーダンス最大点である。
【００４３】
高周波信号が入力端子１４から入り、出力端子１５から出る通常の動作では、フェライト２０内部の高周波磁束φは図９に示すようになる。フェライト２０に巻回された中心電極２１〜２３の物理長がフェライト２０の１主面長より大きいため、フェライト２０全体に均一に高周波磁束φが分布している。
【００４４】
中心電極２１〜２３はフェライト２０に０．７５回以上巻き回されていれば中心電極２１〜２３の長さにかかわらず、フェライト２０を小型化できる。また、中心電極２１〜２３のうち、高周波電流が多く流れている部分（すなわち、高周波磁束φを近傍に多く生じさせる部分）をフェライト２０の中央部（全ての中心電極２１〜２３が集まっている部分）にも配置させることができる。しかも、各中心電極２１〜２３は、１本のラインで構成されているにもかかわらず、フェライト２０に巻回しているため、複数本のラインで構成されている場合と同様な均一な励振特性を示す。この結果、中心電極２１〜２３相互の結合係数が高くなり、広帯域で挿入損失、アイソレーションおよび反射損失などの各特性の優れたものが得られる。
【００４５】
また、中心電極２１〜２３のパターン形状を、開放端２１ｂ〜２３ｂで細くするとともに、給電端２１ａ〜２３ａでテーパ状に太くしたり（図１０参照）、ステップ状に太くしたり（図１１参照）してもよい。テーパの形状は直線的（比例関数的）テーパでもよいし、対数関数などの種々の関数的テーパでもよい。これにより、高周波電流が最大となっている中心電極給電端２１ａ〜２３ａの電気抵抗を最小とすることができる。その結果、トータルでの損失が減少して、アイソレータ１Ａの挿入損失を小さくすることができる。
【００４６】
また、フェライト２０の側面のみにおいては、そのルールに関係ない形状（例えば最も太い部分と最も細い部分の中間的な太さ）にしてもよい。フェライト２０の側面高さは、フェライト２０の主面と比べて小さい。そのため、電極幅漸減のルールに当てはまらないことによる影響は限定的である。一方、フェライト２０の側面の電極は、印刷や転写などの方法で形成されるが、主面と比較すると、狭いために作業性が悪く、高精度で複雑な形状のものは形成しにくい。そのため、面が狭くて電極形成作業性が悪く、電気特性への影響は小さい側面を、主面での電極形状にとらわれずに設計できることは、小型で高性能、かつ、安価なアイソレータを製作する上で有効である。
【００４７】
また、入出力端子１４，１５に接続された中心電極２１，２２のみを、図１０や図１１に示すようなパターン形状にしたアイソレータ１Ａであってもよい。アイソレータ１Ａを順方向に通る通過電力は、中心電極２３には電流を流さず、中心電極２３の損失はアイソレータ１Ａの挿入損失へ影響しないからである。
【００４８】
［第３実施形態、図１２および図１３］
第３実施形態のアイソレータは、図１２に示されている中心電極組立体４０を備えたものである。
【００４９】
中心電極組立体４０は、マイクロ波フェライト４５と、絶縁体で被覆した３本の導線を交差角が略１２０度になるように交差させてフェライト４５の表面に巻回してなる中心電極４１，４２，４３とで構成されている。フェライト４５の平面視形状は、四角形（正方形、長方形）または菱形がより好ましい。さらに、円形であってもよい。
【００５０】
中心電極４１〜４３の電気長はそれぞれ略１／４波長である。導線の材料としては、例えば、銅線、銀線、あるいは、アルミニウム線や鋼線を金や銀や銅で被覆したものが用いられる。また、導線は横断面が円形や矩形のものでもよい。導線は、ポリエステル、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリウレタン、エナメルなどの絶縁体で被覆されている。導線の線径としては、０．０１〜１．０ｍｍ程度まで使用可能であるが、０．０２５〜０．２０ｍｍが望ましく、損失、製品厚さ、結合係数、各電気特性（挿入損失、アイソレーション、反射損失など）の各ポートＰ１〜Ｐ３間でのバランスの点から決定される。この範囲より細いと、損失が増加する。この範囲より太いと、製品厚さが増大し、各ポートＰ１〜Ｐ３間の特性バランスが劣化する。
【００５１】
中心電極４１〜４３の一端４１ａ〜４３ａは導体面を露出する加工がなされており、接続電極部１４ａ，１５ａ，１８に半田付けあるいは熱圧着、溶接などの方法で接続される。熱圧着の場合は、加工条件によっては、あらかじめ絶縁体被覆を除去する必要はない場合もある。また中心電極４１〜４３相互間や、中心電極４１〜４３とフェライト４５間は、樹脂系の接着剤などで固定してサブアセンブリーとなっていると作業性が良い。接着剤の種類としては、熱硬化性や紫外線硬化性の接着剤、感圧性接着剤、嫌気性接着性などを用いるとよい。材質としては、エポキシ系、シリコン系、合成ゴム系、シアクリレート系などがある。
【００５２】
中心電極組立体４０の上下には、フェライトマグネットなどの絶縁体（または誘電体）からなる永久磁石９ａ，９ｂを配設している。永久磁石９ｂは端子基板３に設けられた穴３ａに挿入され、金属製下側ケース４との間に磁気ギャップが生じない構成になっている。これにより、より強いバイアス磁界を発生させることが可能になる。そのため、より飽和磁化の高いフェライト４５を用いることができる。飽和磁化の高いフェライト４５を用いると、アイソレータ１Ｂの動作帯域幅を広帯域にできる。
【００５３】
また、永久磁石９ａ，９ｂを対向させていることから、バイアス磁界の強度と向きが広い範囲にわたって一定となり、フェライト４５内部の磁界が均一となる。そのため、フェライト４５内部の磁気バイアスを最良値とすることができ、アイソレータ１Ｂの動作周波数帯域幅が広くなり、挿入損失値も小さくなって、高性能化できる。また、磁石を１個のみ用いてフェライトの他主面側に磁気抵抗の原因である磁気ギャップを設ける構成と比較すると、薄い磁石を使用することができるため、アイソレータ１Ｂの低背化を図ることができる。
【００５４】
また、図１３に示すアイソレータ１Ｃは、中心電極組立体４０を二つの補助フェライト４８ａ，４８ｂで挟み、さらに外側をアース電極４９で挟んだ構造、いわゆるストリップライン構造のものである。これにより、中心電極４１〜４３間の結合係数が向上し、挿入損失やアイソレーションなどの動作帯域幅と挿入損失値が改善する。しかも、図１２に示したアイソレータ１Ｂと同様に、磁気回路ギャップが減少するので、低背化や高性能化の効果が得られる。
【００５５】
その際、補助フェライト４８ａ，４８ｂの平面視寸法と厚みを、フェライト４５と同じにすると、最も良好な性能が得られることが多い。しかし、小型化などの目的でより小さな補助フェライト４８ａ，４８ｂを用いる場合がある。その場合、補助フェライト４８ａ，４８ｂの平面形状をフェライト４５と略相似形とし、補助フェライト４８ａ，４８ｂの形状比（主面の面積と厚みの比）をフェライト４５の形状比と同じにすると、最も良好な電気特性が得られることが多い。これは、フェライトの反磁界係数がその形状比に比例する性質があることから、補助フェライト４８ａ，４８ｂの内部磁界をフェライト４５と同等にさせることで、両方のフェライト４８ａ，４８ｂと４５の動作磁界を同時に最良状態にさせることができるためである。
【００５６】
補助フェライト４８ａ，４８ｂは図１３に示すように上下に配置してもよいし、補助フェライト４８ａもしくは４８ｂのいずれか一方の補助フェライトを省略して中心電極組立体４０の片側にのみ補助フェライトがある構造、いわゆるマイクロストリップライン構造であってもよい。
【００５７】
［第４実施形態、図１４〜図１６］
第４実施形態は２ポート型アイソレータを例にして説明する。本第４実施形態では図１４に示すように、中心電極２１，２２をスクリーン印刷やフォトリソグラフで形成したものについて説明するが、導線を使用したものであってよいことは言うまでもない。
【００５８】
中心電極組立体５０は、平面視が矩形のマイクロフェライト２０の上面に中心電極２１，２２を絶縁層（図示せず）を介在させて略９０度で交差するように配置している。中心電極２１，２２の電気長はそれぞれ略１／４波長である。
【００５９】
図１５は２ポート型アイソレータ１Ｄの電気回路図である。中心電極２１の一端２１ａ（ポート部Ｐ１）は入力端子１４に接続され、他端２１ｂは開放端となっている。中心電極２２の一端２２ａ（ポート部Ｐ２）は出力端子１５に接続され、他端２２ｂは開放端となっている。中心電極２１，２２のそれぞれの一端２１ａ，２２ａ（ポート部Ｐ１，Ｐ２）は、高周波信号の電流の振幅が最大でかつ電圧の振幅が最小であり、コールドエンドと称することもできる。一端２１ａ，２２ａ（ポート部Ｐ１，Ｐ２）はインピーダンス最小点である。一方、他端２１ｂ，２２ｂは、高周波信号の電流の振幅が最小でかつ電圧の振幅が最大であり、ホットエンドと称することもできる。他端２１ｂ，２２ｂはインピーダンス最大点である。入力端子１４と出力端子１５の間には、抵抗Ｒ１が電気的に接続されている。
【００６０】
また、図１６に示すように、中心電極２１，２２の交差角θ２を制御し易いように、平面視平行四辺形のマイクロ波フェライト２０を使用し、フェライト２０の向かい合う対辺２組がなす角度θ１（＝θ２）を約８０〜１１５度に設定する。これにより、所望の電気特性のアイソレータ１Ｄを安定して容易に製造することができる。特に、導線をフェライト２０に巻回して電極２１，２２を形成するタイプのアイソレータの場合、導線を任意の相対的交差角度において安定的に巻回すことができる。
【００６１】
［第５実施形態、図１７］
第５実施形態は、本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして説明する。
【００６２】
図１７は携帯電話１２０のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図１７において、１２２はアンテナ素子、１２３はデュプレクサ、１３１は送信側アイソレータ、１３２は送信側増幅器、１３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、１３４は送信側ミキサ、１３５は受信側増幅器、１３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、１３７は受信側ミキサ、１３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１３９はローカル用帯域通過フィルタである。
【００６３】
ここに、送信側アイソレータ１３１として、前記第１〜第４実施形態の集中定数型アイソレータ１〜１Ｄを使用することができる。このアイソレータ１〜１Ｄを実装することにより、通信特性が優れた薄型の携帯電話を実現することができる。
【００６４】
［他の実施形態］
なお、本発明は前記実施形態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。例えば、本発明に係る非可逆回路素子は、アイソレータ以外に、サーキュレータやカップラ内蔵の非可逆回路素子などであってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、中心電極のそれぞれの一方の端部を開放端にしているので、入力端子に接続された中心電極の開放端でのインピーダンスは１００Ω以上となり、入力端子に接続されている一端（給電端）に近づくほどインピーダンスが下がり、給電端では約５０〜７５Ω程度となる。そのため、整合用コンデンサを設けなくても、非可逆回路素子の入力端子と特性インピーダンスが５０〜７５Ωの回路とを良好な整合状態で接続することができ、小型の非可逆回路素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非可逆回路素子の第１実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した非可逆回路素子の電気回路図。
【図３】図１に示した非可逆回路素子の磁束分布図。
【図４】図１に示した非可逆回路素子のスミスチャート。
【図５】図１に示した非可逆回路素子の順方向透過特性（Ｓ２１）および逆方向透過特性（Ｓ１２）を示すグラフ。
【図６】図１に示した非可逆回路素子の変形例を示す電気回路図。
【図７】図１に示した非可逆回路素子の別の変形例を示す電気回路図。
【図８】本発明に係る非可逆回路素子の第２実施形態を示す分解斜視図。
【図９】図８に示した非可逆回路素子の電気回路図。
【図１０】図８に示した非可逆回路素子の変形例を示す斜視図。
【図１１】図８に示した非可逆回路素子の別の変形例を示す斜視図。
【図１２】本発明に係る非可逆回路素子の第３実施形態を示す分解斜視図。
【図１３】図１２に示した非可逆回路素子の変形例を示す分解斜視図。
【図１４】本発明に係る非可逆回路素子の第４実施形態を示す分解斜視図。
【図１５】図１４に示した非可逆回路素子の電気回路図。
【図１６】図１４に示した非可逆回路素子の変形例を示す電気回路図。
【図１７】本発明に係る通信装置の一実施形態を示すブロック図。
【図１８】従来の非可逆回路素子の中心電極組立体を示す斜視図。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｄ…アイソレータ
４…金属製下側ケース
８…金属製上側ケース
９，９ａ，９ｂ…永久磁石
１３…中心電極組立体
１４…入力端子
１５…出力端子
２０，４０…フェライト
２１，２２，２３，４１，４２，４３…中心電極
２１ａ，２２ａ，２３ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａ…給電端
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ…開放端
４８ａ，４８ｂ…補助フェライト
１２０…携帯電話
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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