(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第１永久磁石と、
磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第２永久磁石と、
前記第１永久磁石の磁極面と前記第２永久磁石の磁極面との間に配置され、前記第１永久磁石から前記第２永久磁石に向かって形成される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で構成された中心電極組立体と、
前記第１及び第２永久磁石の側面と平行であって互いに対向する第１内側面及び第２内側面と、前記第１及び第２永久磁石の磁極面と平行であって互いに対向する第３内側面及び第４内側面とを有し、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石と前記中心電極組立体とを収容する金属ケースとを備え、
前記第１及び第２永久磁石の磁極面の長辺長さは前記金属ケースの第３及び第４内側面の長辺長さより小さく、前記フェライトの長辺長さは前記第１及び第２永久磁石の磁極面の長辺長さより小さく、
前記第１永久磁石の磁極面及び側面が前記金属ケースの第３内側面及び第１内側面に当接し、前記第２永久磁石の磁極面及び側面が前記金属ケースの第４内側面及び第２内側面に当接し、前記第１永久磁石の中心位置及び前記第２永久磁石の中心位置との間に前記中心電極組立体の中心位置が配置されていること、
を特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
請求項１に記載の非可逆回路素子を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、非可逆回路素子及び通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯電話等の移動用の通信装置に採用される集中定数型アイソレータは、信号を伝送方向にのみ通過させ、逆方向への伝送を阻止する機能を有している。このような集中定数型アイソレータは、永久磁石と、フェライト及びフェライトに配置された複数の中心電極とからなる中心電極組立体と、中心電極組立体と永久磁石を収容する金属ケース等を備えている。このアイソレータの電気的性能を向上させるために、従来より、フェライトを充分に覆う大きさの永久磁石が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、近年の通信装置の小型化、低背化に伴い、永久磁石を小さくすることが考えられている。また、近年、通信装置の高周波化も進んでいる。非可逆回路素子においては、高周波で動作させようとすると、それに伴って高い磁力を印加しなくてはならない。しかし、小型化、低背化のために永久磁石を小さくすると、所望周波数で動作させるために必要な磁界の強度が得にくくなる。また、フェライトに印加される磁場分布も悪くなり、その結果、特性（挿入損失等）が悪くなる。まして、図１０に示す特開平６−２６０８１２号公報に記載のアイソレータ２００のように、永久磁石２０９，２１０の両側の側面２０９ｂ，２１０ｂを金属ケース２０５にそれぞれ当接した構造の場合には、永久磁石２０９，２１０の磁極面２０９ａ，２１０ａの金属ケース２０５に近い部分（エッジ部）から出た磁力線がフェライト２２０に印加されず、金属ケース２０５に漏れてしまう。これは、空気より金属ケース２０５の方が透磁率が高いからである。これにより、フェライトに印加される磁場分布がより悪くなってしまう。なお、図１０において、２２１は複数の中心電極を表面に設けた配線基板、２１２はアース板、Ｃは整合用コンデンサ素子である。
【０００４】
このため、アイソレータ等の非可逆回路素子においては、図１１に示すように、金属ケース２３５の内側面２３５ａと永久磁石２３９，２４０の側面２３９ｂ，２４０ｂとの間にそれぞれ隙間ｔ１を等しく設けた構造が提案されている。このとき、永久磁石２３９，２４０の磁極面２３９ａ，２４０ａの中心位置と中心電極組立体２５０の中心位置とは、略直線Ｌ上に配置されている。
【０００５】
さらに、永久磁石２３９と永久磁石２４０の間の中心位置に、中心電極組立体２５０が配置されている。中心電極組立体２５０の中心位置から永久磁石２３９，２４０の磁極面２３９ａ，２４０ａまでの距離はそれぞれ距離ｄである。
【０００６】
以上の構成からなるアイソレータ２３１は、永久磁石２３９，２４０の磁極面２３９ａ，２４０ａの縁部から出る磁力線が、金属ケース２３５に漏れず、直流磁界を中心電極組立体２５０に効率良く印加することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアイソレータ２３１は、永久磁石２３９，２４０の中心位置と中心電極組立体２５０の中心位置とを略直線Ｌ上に配置するため、永久磁石２３９，２４０の側面２３９ｂ，２４０ｂと金属ケース２３５の内側面２３５ａとの間の隙間ｔ１が等間隔になるようにしなければならない。
【０００８】
一方、アイソレータ２３１自体の小型化が進んでおり、例えば、金属ケース２３５の内寸法Ｗ２＝２．２ｍｍに対して、永久磁石２３９，２４０の長さ寸法Ｗ１＝２．０ｍｍであると、隙間ｔ１は僅か０．１ｍｍとなる。このため、実際にアイソレータ２３１を組み立てる際、正確に左右０．１ｍｍの隙間ｔ１を設けて永久磁石２３９，２４０を金属ケース２３５内に配置することは非常に困難である。従って、アイソレータ２３１の組み立て作業性が悪く、かつ、永久磁石２３９，２４０の配置位置のばらつきも大きい。また、このばらつきにより、特性ばらつきも多くなり、この結果、製品の良品率も低下する問題がある。
【０００９】
この不具合を解消するために、特開平１１−３０８０１３号公報に記載のアイソレータのように、永久磁石を樹脂モールド等で位置決めすることが考えられる。しかし、この方法は、アイソレータを構成する部品点数が増え、生産に手間がかかり、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、部品点数が少なく、組み立てが容易で、小型かつ高性能の非可逆回路素子及び通信装置を提供することにある。
【００１１】
【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）磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第１永久磁石と、
（ｂ）磁極面と前記磁極面に略垂直な側面とを有する第２永久磁石と、
（ｃ）前記第１永久磁石の磁極面と前記第２永久磁石の磁極面との間に配置され、前記第１永久磁石から前記第２永久磁石に向かって形成される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で構成された中心電極組立体と、
（ｄ）前記第１及び第２永久磁石の側面と平行であって互いに対向する第１内側面及び第２内側面と、前記第１及び第２永久磁石の磁極面と平行であって互いに対向する第３内側面及び第４内側面とを有し、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石と前記中心電極組立体とを収容する金属ケースとを備え、
（ｅ）前記第１及び第２永久磁石の磁極面の長辺長さは前記金属ケースの第３及び第４内側面の長辺長さより小さく、前記フェライトの長辺長さは前記第１及び第２永久磁石の磁極面の長辺長さより小さく、
（ｆ）前記第１永久磁石の磁極面及び側面が前記金属ケースの第３内側面及び第１内側面に当接し、前記第２永久磁石の磁極面及び側面が前記金属ケースの第４内側面及び第２内側面に当接し、前記第１永久磁石の中心位置及び前記第２永久磁石の中心位置との間に前記中心電極組立体の中心位置が配置されていること、
を特徴とする。 
【００１２】
以上の構成により、金属ケースの第１〜第４内側面が、第１永久磁石と第２永久磁石を配置する際の基準面になり、第１永久磁石や第２永久磁石の側面をこの基準面に当接するだけで第１永久磁石と第２永久磁石が容易にかつ精度良く配置される。また、第１永久磁石の中心位置及び第２永久磁石の中心位置との間に中心電極組立体の中心位置が配置されているため、第１及び第２永久磁石の磁力線が最も強く出ているエッジ部がフェライトに近づき、フェライトは第１及び第２永久磁石から強力な直流磁界を印加されることになり、挿入損失特性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る非可逆回路素子及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。なお、各実施形態において、同一部品及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。
【００１４】
［第１実施形態、図１〜図６］
本発明に係る非可逆回路素子の一実施形態の構成を示す分解斜視図を図１に示す。該非可逆回路素子１は、集中定数型アイソレータである。
【００１５】
図１に示すように、アイソレータ１は、概略、金属ケース５と内部電気部品８と回路基板４０等から構成されている。内部電気部品８は、概略、二つの永久磁石９，１０と中心電極組立体１３と整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４と抵抗素子Ｒとアース板３０から構成されている。
【００１６】
金属ケース５は、上壁５ａと四つの側壁５ｂを有している。ここで、四つの側壁５ｂの対向する一組の内側面（長辺方向の内側面）を６ａ，６ｂとし、もう一組の対向する内側面を６ｃ，６ｄとする（図２参照）。金属ケース５は金属板を打ち抜き、曲げ加工して形成される。
【００１７】
二つの永久磁石９，１０は、それぞれ略矩形状を有している。この永久磁石９は、磁極面９ａ，９ｂと磁極面９ａに垂直な側面９ｃ，９ｄを有する。同様に、永久磁石１０は、磁極面１０ａ，１０ｂと磁極面１０ｂに垂直な側面１０ｃ，１０ｄを有する。
【００１８】
回路基板４０は、略矩形状の基板である。回路基板４０の長辺方向の側面にはそれぞれ２分割されたスルーホール４６が三つ形成され、短辺方向の側面には２分割されたスルーホール４６が一つ形成されている。この回路基板４０の上面４１には、アース用電極パターン４５、入力用電極パターン４３及び出力用電極パターン４４が形成されている。そして、電極パターン４３〜４５は、回路基板４０の側面に形成されたスルーホール４６を介して、下面４２まで延在している。
【００１９】
整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４は、上下面に接続用コンデンサ電極を有している。
【００２０】
抵抗素子Ｒは、直方体の形状を有し、その左右には接続用電極を有している。
この抵抗素子Ｒは、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４と略同じ厚みに設定される。
【００２１】
アース板３０は、直方体の形状を有している。アース板３０は、銅板等から形成され、導通性を有する。このアース板３０は、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４と略同じ厚みに設定される。
【００２２】
中心電極組立体１３は、略矩形状のマイクロ波フェライト２０と、絶縁体を被覆した二つの導線（例えば、銅線や銀線等）を交差角度が略９０度になるように交差させてフェライト２０の表面に巻回してなる中心電極２１，２２とで構成されている。
【００２３】
以上の構成部品は、以下のようにして組み立てられる。回路基板４０の上に、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４、アース板３０及び抵抗素子Ｒを載置し、はんだ付け等の方法により実装する。このとき、整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２の下面の接続用コンデンサ電極は回路基板４０の上面４１に形成されているアース用電極パターン４５に、整合用コンデンサ素子Ｃ３の下面の接続用コンデンサ電極は上面４１に形成されている入力用電極パターン４３に、整合用コンデンサ素子Ｃ４の下面の接続用コンデンサ電極は上面４１に形成されている出力用電極パターン４４に、それぞれはんだ付け等の方法によって電気的に接続する。
【００２４】
抵抗素子Ｒは、回路基板４０の非電極パターン部４９に載置される。つまり、アース用電極パターン４５と抵抗素子Ｒは、電気的に非接触状態である。
【００２５】
次に、中心電極組立体１３を整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４、抵抗素子Ｒ、アース板３０の上に載置し、はんだ接合等の方法により実装する。このとき、中心電極２１の一端が整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ３の上面の接続用コンデンサ電極と抵抗素子Ｒの一方の端子電極に電気的に接続される。中心電極２２の一端が整合用コンデンサ素子Ｃ２，Ｃ４の上面の接続用コンデンサ電極及び抵抗素子Ｒの他端の端子電極に電気的に接続される。中心電極２１，２２の他端がアース板３０に電気的に接続される。これにより、中心電極組立体１３は、素子Ｃ１〜Ｃ４，Ｒやアース板３０に固定される。
【００２６】
次に、図２に示すように、二つの永久磁石９，１０を金属ケース５内に貼着して、金属ケース５を回路基板４０に被せる。このとき、永久磁石９，１０は、それぞれ金属ケース５の側壁５ｂの内側面６ａ，６ｂを基準面にして偏在して配置される。つまり、永久磁石９の側面９ｄは金属ケース５の側壁５ｂの内側面６ａに当接され、永久磁石１０の側面１０ｃは金属ケース５の側壁５ｂの内側面６ｂに当接される。永久磁石９，１０の磁極面９ｂ，１０ａは内側面６ｃ，６ｄにそれぞれ当接される。ここで、例えば、金属ケース５の内寸法Ｗ２＝２．２ｍｍ、永久磁石９，１０の長さ寸法Ｗ１＝２．０ｍｍである。
【００２７】
中心電極組立体１３のフェライト２０は、二つの永久磁石９，１０の間の中心位置に、かつ、金属ケース５の内側面６ａ，６ｂからそれぞれ等距離の位置に配置される。従って、永久磁石９の中心線Ｌ１と永久磁石１０の中心線Ｌ２とフェライト２０の中心線Ｌ３は互いに平行にずれている。また、中心電極組立体１３の中心位置から永久磁石９，１０の磁極面９ａ，１０ｂまでの距離はそれぞれ距離ｄである。このフェライト２０には、永久磁石９の磁極面９ａから永久磁石１０の磁極面１０ｂに向かって形成される直流磁界が印加される。なお、素子Ｃ１〜Ｃ４，Ｒやアース板３０の厚みが略同じであるので、これら素子Ｃ１〜Ｃ４，Ｒの上面及びアース板３０の上面はそれぞれ、回路基板４０に対して略平行な同一面を構成する。従って、この同一面上に搭載される中心電極組立体１３のフェライト２０は、回路基板４０に対して略垂直に配置することができる。
【００２８】
さらに、金属ケース５と回路基板４０のアース用電極パターン４５とをはんだ付けによって接合する。こうして、図３に示すようなアイソレータ１が形成される。図４は図３に示したアイソレータ１の電気等価回路図である。
【００２９】
なお、永久磁石９，１０は、必ずしも金属ケース５の異なる内側面６ａ，６ｂにそれぞれ当接される必要はなく、例えば、図５に示すように、永久磁石９，１０の側面９ｄ，１０ｄを同じ内側面６ａに当接させたものであってもよい。
【００３０】
以上のアイソレータ１は、金属ケース５の内側面６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが、永久磁石９，１０を配置する際の基準面になる。すなわち、内側面６ａ，６ｂが、永久磁石９の側面９ｃ（又は９ｄ）や永久磁石１０の側面１０ｃ（又は１０ｄ）の当接基準面となる。さらに、内側面６ｃ，６ｄが、永久磁石９の磁極面９ｂや永久磁石１０の磁極面１０ａの当接基準面となる。従って、金属ケース５内に永久磁石９，１０を容易にかつ精度良く配置することができる。この結果、永久磁石９，１０の配置位置のばらつきがなくなるので、電気的特性のばらつきがなくなり、高性能なアイソレータ１が得られる。
【００３１】
また、従来のアイソレータのように樹脂モールド等で永久磁石９，１０を位置決めする必要がなくなるので、部品点数が少なく、組み立てが容易なアイソレータ１を得ることができ、その生産性及び良品率を向上させることができる。
【００３２】
また、永久磁石９，１０や金属ケース５のサイズを小さくしても、永久磁石９，１０は、金属ケース５の内側面６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを当接の基準面にしているので、金属ケース５内に永久磁石９，１０を容易に配置することができる。
【００３３】
さらに、永久磁石９，１０を金属ケース５の内側面６ａ，６ｂに当接させて、内側面６ａ，６ｂ側に片寄って配置させることにより、金属ケース５内の磁場分布を改善することができる。すなわち、永久磁石９，１０の磁極面９ａ，１０ｂのエッジ部ｅからは磁力線が最も強く出ている。永久磁石９，１０を内側面６ａや内側面６ｂに片寄らせることにより、この最も強く磁力線が出るエッジ部ｅが、図１１に示した従来のアイソレータ２３１と比較して、フェライト２０に近づく。この結果、フェライト２０は永久磁石９，１０から強力な直流磁界を印加されることになり、アイソレータ１の挿入損失特性を向上させることができる。
【００３４】
図６は、永久磁石９，１０の配置位置を変えた種々のアイソレータ１（試験体Ｎｏ１〜Ｎｏ４）の挿入損失を測定したグラフである。比較のため、図１１に示した従来のアイソレータ２３１（試験体Ｎｏ５）の挿入損失も併せて記載している。永久磁石９，１０をそれぞれ異なる内側面６ａ，６ｂに当接させた試験体Ｎｏ１，２のアイソレータ１の挿入損失は、試験体Ｎｏ５の従来のアイソレータ２３１の挿入損失に比べて、約０．２ｄＢ改善されている。また、永久磁石９，１０を同じ内側面６ａ（又は６ｂ）に当接させた試験体Ｎｏ３，４のアイソレータ１の挿入損失は、試験体Ｎｏ５の従来のアイソレータ２３１の挿入損失に比べて、約０．１〜０．１５ｄＢ改善されている。
【００３５】
［第２実施形態、図７及び図８］
図７に示すように、本第２実施形態では、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４、抵抗素子Ｒ及び回路基板４０の替わりに、これら素子Ｃ１〜Ｃ４，Ｒを内蔵したＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）多層基板５０を用いたアイソレータ２を示す。
【００３６】
ＬＴＣＣ多層基板５０の上面には、アース用電極パターン４５と接続用電極パターン５１，５２が形成されている。ＴＬＣＣ多層基板５０の縁部には、それぞれ２分割されたスルーホール４６を有した入力用外部電極パターン５３、出力用外部電極パターン５４及びアース用外部電極パターン５５が設けられている。接続用電極パターン５１，５２は中心電極２１，２２の一端と接続し、アース用電極パターン４５は中心電極２１，２２の他端と接続している。
【００３７】
ここで、ＬＴＣＣ多層基板５０は、低温焼結材料や低温焼成セラミックからなる層を、内部導体膜や内部抵抗膜を間に配置して、積層して形成されている。さらに、特定の層には、ビアホールが形成されており、ＬＴＣＣ多層基板５０の内部で、内部導体膜や内部抵抗膜と電気的に接続して、抵抗素子Ｒ及び整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４からなる電気回路を形成している。
【００３８】
図８に示すように、アイソレータ２は、多層基板５０に中心電極組立体１３が載置される。永久磁石９及び永久磁石１０は、前記第１実施形態の図２のアイソレータ１と同様に、金属ケース５の内側面６ａ，６ｂに当接され、貼着されている。
【００３９】
以上のアイソレータ２は、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、ＬＴＣＣ多層基板５０内に、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ４や抵抗素子Ｒを形成しているので、アイソレータ１に比べて、はんだ接合箇所を少なくすることができ、アイソレータ２の生産コストを安価にすることができる。
【００４０】
［第３実施形態、図９］
本第３実施形態では、携帯電話を例にして、通信装置の実施の形態を説明する。
【００４１】
図９は、携帯電話１２０のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図９において、１２２はアンテナ素子、１２３はデュプレクサ、１２４，１２６は送信側電力増幅器、１２５は送信側段間用帯域通過フィルタ、１２７は送信側ミキサ、１２８は受信側低ノイズ増幅器、１２９は受信側段間用帯域通過フィルタ、１３０は受信側ミキサ、１３１はアイソレータ、１３２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１３３はローカル用帯域通過フィルタである。
【００４２】
ここに、アイソレータ１３１として、前記第１実施形態及び第２実施形態のアイソレータ１，２を使用することができる。このアイソレータ１，２を実装することにより、低コストで高性能の携帯電話を実現することができる。
【００４３】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の構成に変更することができる。例えば、中心電極２１，２２は、導線（断面形状が略円形状）のものに限るものではなく、金属箔（断面形状が平板形状）のものであっても良い。また、中心電極組立体１３の形状は、矩形状の他に、円柱形状や変形角形状等任意である。また、永久磁石９，１０の形状は、永久磁石の側面が金属ケースの内側面に当接できればよく、矩形状の他に、例えば、角が丸い矩形状や円形状や変形角形状であってもよい。
【００４４】
また、アイソレータの他に、サーキュレータ等の各種非可逆回路素子にも本発明を適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第１永久磁石の側面と磁極面及び第２永久磁石の側面と磁極面を、それぞれ金属ケースの互いに対向する第１〜第４内側面に当接させているので、第１永久磁石と第２永久磁石を金属ケースの内側面に容易に位置決めすることができる。従って、組み立てが容易な非可逆回路素子及び通信装置を得ることができる。
【００４６】
さらに、第１永久磁石及び第２永久磁石の側面を金属ケースの第１及び第２内側面に当接させて、第１及び第２内側面側に片寄って配置させているので、金属ケース内の磁場分布を改善することができ、非可逆回路素子や通信装置の挿入損失特性を向上させることができる。
【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実施形態の分解斜視図。
【図２】図１に示した非可逆回路素子の金属ケースと永久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面図。
【図３】図１に示した非可逆回路素子の組み立て完成後の斜視図。
【図４】図３に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図５】図１に示した非可逆回路素子の変形例を示す、金属ケースと永久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面図。
【図６】図１、図５及び図１１に示した非可逆回路素子と挿入損失の関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係る非可逆回路素子の第２実施形態の分解斜視図。
【図８】図７に示した非可逆回路素子の金属ケースと永久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面図。
【図９】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１０】従来の非可逆回路素子の一実施形態を示す垂直断面図。
【図１１】従来の別の非可逆回路素子の金属ケースと永久磁石及びフェライトとの配置関係を示した模式平面図。
【符号の説明】
１，２…アイソレータ（非可逆回路素子）
５…金属ケース
５ｂ…金属ケースの側壁
６ａ，６ｂ…金属ケースの内側面
９，１０…永久磁石
９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ…永久磁石の磁極面
９ｃ，９ｄ，１０ｃ，１０ｄ…永久磁石の側面
１３…中心電極組立体
２０…マイクロ波フェライト
２１，２２…中心電極
１２０…携帯電話（通信装置）
【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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