(57)【要約】【課題】  小型化で順方向時の伝送損失が大きくならない非可逆回路素子を提供する。【解決手段】  互いに絶縁された状態で交差する様に配置された複数の中心電極10a、10bと、前記交差部分に配置された磁性体２を備える非可逆回路素子であって、前記磁性体は磁性体層11〜13を積層して構成され、前記中心電極10a、10bは前記磁性体層間に配置されており、前記中心電極10a、10bの交差部分にある磁性体層の一部に穴を明ける等して空隙部20を設けた磁性体部を有する非可逆回路素子である。空隙部20を設けた磁性体部には非磁性誘電体を充填しても良い。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁された状態で交差する様に配置された複数の中心電極と、前記交差部分に配置された磁性体を備える非可逆回路素子であって、前記磁性体は複数の磁性体層を積層して構成され、前記中心電極は前記磁性体層間に配置されており、前記中心電極の少なくとも１つの交差部分に挟まれた磁性体層に空隙部を設けた磁性体部を有す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において、前記空隙部に配置されて交差する前記中心電極の一方の端部は、非可逆回路素子の入出力ポートに接続されたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項３】
互いに絶縁された状態で交差する様に配置された複数の中心電極と、前記交差部分に配置された磁性体を備える非可逆回路素子であって、前記磁性体は少なくとも３層の磁性体層を積層して構成され、第１の磁性体層の上面に第１の中心電極を配し、第２の磁性体層の一部に貫通穴を設け、第３の磁性体層の下面に第２の中心電極を配し、これらを積層して構成した磁性体部を有することを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の非可逆回路素子において、前記空隙部あるいは貫通穴に、非磁性誘電体を充填した構造の磁性体部を有することを特徴とする非可逆回路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの高周波無線通信機器に用いられるアイソレータ、サーキュレータ等の非可逆回路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
集中定数型の非可逆回路素子は、例えばアイソレータとして携帯電話の送信回路の安定性向上のために採用されており、このアイソレータは減衰量が信号の伝送方向には極めて小さく、逆方向には極めて大きいという非可逆性を有している。昨今の携帯電話の小型化に伴い、使用されている部品にも小型化、低コスト化の要求が強く、非可逆回路素子に関しても例外ではない。このような要求に対応するために、従来帯状の中心電極を折りたたんで構成していた中心電極部を、積層構造にすることが例えば特許文献１等で提案されている。図１０に特許文献１で提案されている磁性体部の概略を示す。中心電極10a,10b,10cは磁性体２を構成する複数の磁性体層に配置され、内部で互いに絶縁された状態になっている。また中心電極はかならずしも３本必要ではなく、特許文献２や特許文献３によれば２本の中心電極による非可逆回路素子も可能である。図１１には中心電極を２本で構成した場合を示しており、中心電極10aと10bは磁性体2内部に印刷手段などで配置され、互いに絶縁されている。尚、図は模式的な概略を示すだけのものあり、例えば中心電極は磁性体の中央部で交差し、その交差角度も60〜120度など可変することが出来る。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２９１５１４号公報
【特許文献２】米国特許第４０１６５１０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小型化、低コスト化するためには、磁性体を積層して特許文献１のような磁性体と中心電極の一体構造を実現することが極めて有効であるが、このような磁性体部を用いた非可逆回路素子においては、下述する理由により順方向時の伝送損失が大きいという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、小型化、低コスト化に対応するために磁性体を積層し、中心電極と一体となった磁性体部を採用した構造であっても、順方向時の伝送損失が大きくならない非可逆回路素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の非可逆回路素子は、互いに絶縁された状態で交差する様に配置された複数の中心電極と、前記交差部分に配置された磁性体を備える非可逆回路素子であって、前記磁性体は複数の磁性体層を積層して構成され、前記中心電極は前記磁性体層間に配置されており、前記中心電極の少なくとも１つの交差部分に挟まれた磁性体層に空隙部を設けた磁性体部を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の非可逆回路素子は、前記空隙部に配置されて交差する中心電極の一方の端部を、非可逆回路素子の入出力ポートに接続することができる。
【０００８】
本発明の第２の非可逆回路素子は、互いに絶縁された状態で交差する様に配置された複数の中心電極と、前記交差部分に配置された磁性体を備える非可逆回路素子であって、前記磁性体は少なくとも３層の磁性体層を積層して構成され、第１の磁性体層の上面に第１の中心電極を配し、第２の磁性体層の一部に貫通穴を設け、第３の磁性体層の下面に第２の中心電極を配し、これらを積層して構成した磁性体部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の非可逆回路素子は、前記空隙部または第２の磁性体層に設けた貫通穴に、非磁性体を充填させた構造の磁性体部とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、順方向時の伝送損失を抑制することができて小型、低コスト化でかつ挿入損失の少ない非可逆回路素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の非可逆回路素子の動作を実施例に基づき説明する。
まず、図１０、図１１に示したような従来の磁性体、即ち、中心電極一体型の磁性体部では順方向時の伝送損失が大きくなる。その原因について説明する。図９は、図１１のB-B’における断面図である。この図において磁束Ｍ１、Ｍ２は中心電極10aに流れる電流に起因する磁束である。ここで、Ｍ２は中心電極10a、10bの外側を回っているが、Ｍ１は中心電極10aのみを囲んで回っている。したがって、磁束Ｍ２は中心電極10aから中心電極10bへ誘導起電力を発生させ信号伝送に寄与するが、磁束Ｍ１は中心電極10bを囲んでいないため誘導起電力を発生させず、信号伝送には寄与しない。かつ磁束Ｍ１は、透磁率の複素成分を持つ磁性体2の中にあるため、電力損失を発生させてしまう。
【００１２】
このような考えから本発明者らは、磁束Ｍ１を弱めても信号伝送には支障がなく、また電力損失を避けることができるのではないかと考えた。そのような構造として図１に示した構造に想到した。即ち、この構造では磁性体2内部に配置された中心電極10aと10bの間に非磁性体である空気で占められている空隙部20が配置されている。このような構造における信号伝送時の磁束の様子を図８に示す。図８は図１におけるA-A’の断面図である。この図においても磁束Ｍ１、Ｍ２は中心電極10aに流れる電流に起因する磁束であり、Ｍ２は中心電極10a、10bの外側を回っているが、Ｍ１は中心電極10aのみを囲んで回っている。したがって、磁束Ｍ２は中心電極10aから中心電極10bへ誘導起電力を発生させ信号伝送に寄与するが、磁束Ｍ１は中心電極10bを囲んでいないため誘導起電力を発生させず、信号伝送には寄与しない。ところが、図９に示した従来の非可逆回路素子と比べて、磁束Ｍ１が通る部分に非磁性体である空気が充填された空隙部20を設けているため、磁気抵抗が高まり、それだけ磁束Ｍ１は小さくなる。また非磁性体で充填されていると、空隙部20においては磁気的な損失が発生しない。これらのことにより電力損失を大幅に低減することができる。
【００１３】
本発明では、このような構造を実現するための構造を次のように考えた。これを図２に示す。即ち、まず第１の磁性体層11の上に、第１の中心電極10aを印刷等により形成する。次に第２の磁性体層12に対し、中心電極10a、10bが交差する部分に貫通穴20をあけ、その後磁性体層11上に重ねる。さらに今度は第３の磁性体層13に対し第２の中心電極10bを中心電極10aに対しほぼ直交するように印刷形成し、その後これを反転させ中心電極10bが下になるようにして、磁性体層12の上に重ねる。このようにして重ねて圧着した後に焼結すれば、図１に示す構造が実現可能となる。
【００１４】
ここで空隙部20は、図２に示すように必ずしも円形である必要はなく、例えば図３に示すように、スリット状の形状を持っていても良い。このようにスリット状の形状をとることは、円形の場合と比較して面積が小さくなるため磁気抵抗としては小さくなるが、空隙部の上部がたわみにくくなるため中心電極間のショート不良を避ける効果がある。
また或いは、図４に示すように、空隙部20は複数に分割された形状でもよい。このようにしても、空隙部でのたわみが少なくなり、ショート不良を避けることができる。
【００１５】
次にこのようにして実現した磁性体部を用いて特許文献３に示されるような非可逆回路素子を構成し、その周波数特性を測定した。測定した非可逆回路素子の順方向の伝送特性（S21）を図７に示す。このとき用いたガーネットは飽和磁化90ミリテスラ、直径4mm、厚み0.5mmを用いた。図の実線が本発明による特性を示し、点線は従来の構造を持つ非可逆回路素子である。図から明らかなように、本発明により従来の構成による場合と比較して、800〜900MHzの全帯域で損失が約1dB改善していることが分かる。
【００１６】
本発明の第２の実施例は、実施例１の非可逆回路素子において、空隙部20部分に非磁性誘電体であるアルミナ、ガラスを混合したセラミックスを充填させた構造を持つ。このような構造をとるためには、前記の実施例１において貫通穴20をあけた磁性体層12を磁性体層11上に重ねたあと、圧力をかけて圧着し、その後スクリーン印刷によって貫通穴20の位置にアルミナ・ガラスを混合したペーストを印刷し穴に充填する。この後磁性体層13に第２の中心電極10ｂを印刷し、10bが下になるようにして重ね、圧着・焼結する。
【００１７】
このような構造をとることにより、磁性体層12を20μm以下に薄くしても空隙部20に何も充填しない場合に比べ、上下の磁性体層のたわみによる中心電極10a,10bの接触が避けられ、ショート不良が低減できる
【００１８】
本発明の第３の実施例では、中心電極を３本持つ非可逆回路素子の一種であるアイソレータに用いる磁性体部を実現した。その構造を示した分解図を図５に示す。中心電極10aは磁性体層11の上面に形成され、電極10bは磁性体層13の下面に形成されている。また電極10cは磁性体層14の上面に形成されている。磁性体層15は、磁性体層14の下に重ね磁性体部の一部を形成する。このとき中心電極10aの一方の端部は非可逆回路素子の入力ポートに接続され、また中心電極10bの一方の端部は出力ポートに接続されるようにする。中心電極10cは、一方の端部をダミー抵抗に接続する。尚、各中心電極の他方端は接地電極に接続する。
【００１９】
このような接続をすれば、順方向に信号を伝送するときに、磁束は中心電極10aと10bに挟まれた部分に最も集中するのであるから、この位置に空隙部20を配置することで効果を最大限に引き出すことができる。
【００２０】
また、３本の中心電極を用いた非可逆回路素子の場合に同様の効果を得られる構造として図６のような配置をとっても良い。このとき中心電極10aは磁性体層11の上面に形成され、電極10bは磁性体層13の下面に形成されている。また電極10cは磁性体層13の上面に形成されている。
このとき中心電極10aの一方の端部は非可逆回路素子の入力ポートに接続され、また中心導体10bの一方の端部は出力ポートに接続されるようにする。中心電極10cは、一方の端部をダミー抵抗に接続する。
【００２１】
このように接続すればやはり、空隙部20の効果を最大限得ることができると同時に、ダミー抵抗に接続される電極部を外部に置くことで熱抵抗を下げ、ダミー抵抗の温度上昇を抑え、信頼性の向上が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の非可逆回路素子は、携帯電話、携帯端末などの高周波無線通信機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による非可逆回路素子の第1の実施例を示した図である。
【図２】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の分解図である。
【図３】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の分解図である。
【図４】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の分解図である。
【図５】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の分解図である。
【図６】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の分解図である。
【図７】本発明による非可逆回路素子の特性を示した図である。
【図８】本発明による非可逆回路素子の磁性体部の説明をする断面図である。
【図９】従来の非可逆回路素子の磁性体部の説明をする断面図である。
【図１０】従来の非可逆回路素子の磁性体部を示した図である。
【図１１】従来の非可逆回路素子の別の磁性体部を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
2: 磁性体
10a,10b,10c: 中心電極
11,12,13,14,15: 磁性体層
20: 空隙部
M1: 中心電極10aから10bへの誘導起電力に寄与しない磁束
M2: 中心電極10aから10bへの誘導起電力に寄与する磁束
【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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