(57)【要約】【課題】  フェライト材料の改善に依存することなく、小型化および低背化が可能で、かつ１個で複数の周波数帯に対応が可能なアイソレータの提供。【解決手段】  パワーアンプ１１の出力信号が方向性結合器５へ入力されると、方向性結合器５からの結合電流３１の方が方向性結合器６の結合電流３２よりも大きいため、制御電流７は方向性結合器５から６の方向（７ａ）へ流れ、磁気抵抗素子２のフリー層２−４の磁化の向きは揃い、磁気抵抗素子２の抵抗値は低い状態４１となる。一方、送信時にアンテナ１２からの反射波が存在する場合、アンテナ１２側の方向性結合器６の結合電流７１の方がパワーアンプ１１側の方向性結合器５の結合電流７２よりも大きくなるため、制御電流７は方向性結合器６から５の方向（７ｂ）へ流れ、磁気抵抗素子２のフリー層２−４の磁化は反転し、磁気抵抗素子２の抵抗値は高い状態４２となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の入力側に第１の信号線路を介して接続される第１の方向性結合器と、前記磁気抵抗素子の出力側に第２の信号線路を介して接続される第２の方向性結合器とを含むアイソレータであって、
前記第１および第２の方向性結合器の結合電流に基づき前記磁気抵抗素子の磁気抵抗を制御する制御手段を含み、かつ前記第１および第２の方向性結合器は相互に逆方向に接続されることを特徴とするアイソレータ。
【請求項２】
入力側に第１の信号線路が、出力側に第２の信号線路がそれぞれ接続される磁気抵抗素子と、前記第２の信号線路へ入力される反射波を検出する反射波検出手段と、前記反射波検出手段で検出された反射波に基づき前記磁気抵抗素子の磁気抵抗を制御する制御手段とを含むことを特徴とするアイソレータ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子はスピンバルブ型ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：巨大磁気抵抗）素子で構成されることを特徴とする請求項１または２記載のアイソレータ。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子はスピンバルブ型ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）素子で構成されることを特徴とする請求項１または２記載のアイソレータ。
【請求項５】
入力側に複数個のパワーアンプと、前記パワーアンプの出力のうちいずれか１つを選択する選択手段とが接続され、出力側にアンテナが接続されることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のアイソレータ。
【請求項６】
携帯電話等の情報通信機器に用いられることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のアイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイソレータ（ｉｓｏｌａｔｏｒ）に関し、特に携帯電話等の情報通信機器に用いるアイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の情報通信機器では、一般に、送信時にアンテナからの反射波が送信用パワーアンプに入力されるのを防止するためにアイソレータが用いられている。アイソレータは一方向にのみ信号を通過させる装置であり、これを送信用パワーアンプとアンテナ間に設けることにより、送信用パワーアンプからアンテナ方向の信号（進行波）は通過させるが、アンテナから送信用パワーアンプ方向の信号（反射波）は阻止することが可能となる。
【０００３】
一方、この種のアイソレータの一例として、磁気抵抗素子を有する磁気センサを備えたアイソレータが開示されている（特許文献１参照）。また、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）素子の入力側に方向性結合器が接続された磁気センサが開示されている（特許文献２参照）。また、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：巨大磁気抵抗）素子を用いたアイソレータが開示されている（特許文献３参照）。さらに、スピンバルブ構造の電流センサを用いたアイソレータで、電流センサに巨大磁気抵抗効果を用いたものが開示されている（特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１５６６７号公報（段落０００１，００１２、図１）
【特許文献２】特開昭２００２−０８４０１４号公報（段落００８３、図１０）
【特許文献３】特表２００１−５２１１６０号公報（段落０００６〜０００７）
【特許文献４】特表２００３−５２６０８３号公報（段落０００９〜００２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話等の情報通信機器は、近年加速的に小型化が進んでおり、それに求められるデバイスの小型化要求は強い。その中でもアイソレータは大きい部品の部類に入り、その小型化が課題であった。また、アイソレータとしての特性を満足するためには、所望のフェライト材料の磁束密度、保持力等が必要である。さらに小型化するためには、所望のフェライト材料の磁束密度、保持力等を得るために、フェライト材料の改善が必要であるが、その材料改善には限界が見えており、ある一定以上の大きさが必要であった。
【０００６】
また、従来のアイソレータは一つの周波数に特化した部品であり、複数の周波数帯を使用する場合は各々の周波数帯用のアイソレータが必要であったため、部品コストがかかり、複数個分の実装面積が必要となっていた。
【０００７】
一方、上記特許文献１〜４にアイソレータとして磁気抵抗素子、特にＴＭＲまたはＧＭＲを用い、さらにその入力側に方向性結合器を接続したものが開示されているものの、入力側および出力側の両方に方向性結合器を接続したものはこれらの文献に全く記載されていない。
【０００８】
また、特許文献２開示の発明は磁気センサに関する発明で本発明と異なる。また制御方法も本発明と異なる。また、特許文献３開示の発明はアイソレータの定義が本発明と異なる。さらに、特許文献４開示の発明は電流判定器に関するものであり、システム構成が本発明と異なる。
【０００９】
すなわち、本発明の特徴は磁気抵抗素子の入力側および出力側の両方に方向性結合器を接続したアイソレータの構成にあり、これは新規である。
【００１０】
そこで本発明の目的は、フェライト材料の改善に依存することなく、小型化および低背化が可能で、かつ１個で複数の周波数帯に対応が可能なアイソレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明によるアイソレータは、磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の入力側に第１の信号線路を介して接続される第１の方向性結合器と、前記磁気抵抗素子の出力側に第２の信号線路を介して接続される第２の方向性結合器とを含むアイソレータであって、前記第１および第２の方向性結合器の結合電流に基づき前記磁気抵抗素子の磁気抵抗を制御する制御手段を含み、かつ前記第１および第２の方向性結合器は相互に逆方向に接続されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による他のアイソレータは、入力側に第１の信号線路が、出力側に第２の信号線路がそれぞれ接続される磁気抵抗素子と、前記第２の信号線路へ入力される反射波を検出する反射波検出手段と、前記反射波検出手段で検出された反射波に基づき前記磁気抵抗素子の磁気抵抗を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、第１および第２の方向性結合器の結合電流、または反射波検出手段で検出された反射波に基づき磁気抵抗素子の磁気抵抗が制御される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来のようなフェライト材料の改善に依存した設計ではなく、薄膜および多層技術でアイソレータを作成できるため、アイソレータの小型化および低背化が可能となる。また、１個のアイソレータで複数の周波数帯に対応するため、生産コストおよび実装面積の削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明に係るアイソレータの第１実施例の構成図である。なお、同図には便宜上アイソレータ以外の要素も表示されている。同図を参照すると、本発明に係るアイソレータ１は、磁気抵抗素子２と、絶縁層３と、配線４と、方向性結合器５及び６とを含んで構成される。
【００１７】
また、方向性結合器５の入力側にパワーアンプ１１が接続され、方向性結合器６の出力側にアンテナ１２が接続されている。さらに、パワーアンプ１１は複数個（本実施例では一例としてパワーアンプ１１−１および１１−２の２個）で構成され、これらを切り換えるためのスイッチまたはダイプレクサ１３が設けられている。
【００１８】
パワーアンプ１１の出力信号はスイッチまたはダイプレクサ１３を介して方向性結合器５に入力され、方向性結合器５からの出力信号は信号線路２１を介して磁気抵抗素子２へ入力される。磁気抵抗素子２からの出力信号は信号線路２２を介して方向性結合器６に入力される。方向性結合器６からの出力信号はアンテナ１２に入力される。
【００１９】
一方、方向性結合器５の結合電流は結合線路３１、配線４および結合線路３２を介して方向性結合器６へ入力される。
【００２０】
ここで、磁気抵抗素子２の構成の一例について説明する。図２は磁気抵抗素子２の構成の一例を示す断面図である。磁気抵抗素子２は一例としてスピンバルブ型ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：巨大磁気抵抗）素子で構成される。
【００２１】
同図を参照すると、磁気抵抗素子２は多層構造を成しており、反強磁性層２−１と、その上に積層され強磁性層で構成されるピン層２−２と、その上に積層される非磁性層２−３と、その上に積層され強磁性層で構成されるフリー層２−４とから成る。すなわち、ピン層２−２および反強磁性層２−１と、フリー層２−４とで非磁性層２−３を挟んだ構成となっている。
【００２２】
また、フリー層２−４の上に絶縁層３が積層され、その上に配線４が設けられている。
【００２３】
強磁性層のピン層２−２は反強磁性層２−１との交換結合により磁化の向きが固定されており、フリー層２−４の磁化の向きを変えることにより後述するＧＭＲ効果を奏する。また、配線４に流れる制御電流７（方向性結合器５から６方向の制御電流を７ａと表示する）は、右ねじの法則による磁場８で、フリー層２−４の磁化の向きを制御する（図１参照）。
【００２４】
次に、磁気抵抗素子２の動作について説明する。制御電流７ａの流れる方向が磁気抵抗素子２の磁化の方向と直交するように配線４が設けられている。また、配線４は絶縁層３により磁気抵抗素子２と絶縁されている。さらに、磁気抵抗素子２は例えば３０ｄＢｍ以上の電力に耐えられるような材料や層構成で作成されている。
【００２５】
図３は磁気抵抗素子２の動作の一例を示すグラフである。同図において、縦軸は抵抗値（Ω）、横軸は磁場（Ｏｅ）を示す。いま、配線４の制御電流７の向きが図１の方向性結合器５から６の方向（７ａ）であるとする。このとき、フリー層２−４の磁化の向きは揃い、磁気抵抗素子２の抵抗値は図２の低い状態４１となる。
【００２６】
これに対し、配線４の制御電流７の向きが図１の方向性結合器６から５の方向（これを制御電流７ｂと表示する）である場合は、フリー層２−４の磁化の向きは反転し、磁気抵抗素子２の抵抗値は図２の高い状態４２となる。
【００２７】
このように、配線４の制御電流７の向きを変えることにより、磁気抵抗素子２の抵抗値を制御することが可能となる。また、従来のアイソレータは一定の周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタ的な周波数特性を有していたが、本発明に係る磁気抵抗素子２はそのような周波数依存性を有しないという特徴がある。
【００２８】
次に、方向性結合器５及び６について説明する。図４は方向性結合器の構成の一例を示す図である。なお、方向性結合器５及び６は同様の構成であるため、一例として方向性結合器５について説明する。
【００２９】
同図を参照すると、方向性結合器５はパワーアンプ１１の出力信号５１を入力させるポート６１と、その出力信号５１を出力させるポート６２と、出力信号５１の結合電流３１を出力させるポート６３とを有している。
【００３０】
そして、パワーアンプ１１からアンテナ１２方向の出力信号５１に対しては、同方向の一定の結合電流３１がポート６３から出力されるが、反対方向の結合電流３１は打ち消されて出力されない。一方、アンテナ１２からパワーアンプ１１方向の出力信号に対しては、同方向の一定の結合電流が発生するものの出力すべきポートが存在しないため出力されず、また反対方向の結合電流は打ち消されポート６３から出力されない。
【００３１】
すなわち、方向性結合器５はパワーアンプ１１からアンテナ１２方向の出力信号５１に対しては、同方向の一定の結合電流３１をポート６３から出力するが、アンテナ１２からパワーアンプ１１方向の出力信号に対しては、結合電流をポート６３から出力しない非可逆素子である。
【００３２】
次に、アイソレータ１の動作について説明する。図１を参照すると、方向性結合器５および６は相互に逆方向に接続されている。また、方向性結合器５および６の入出力インピーダンスは例えば５０Ωで整合されている。
【００３３】
方向性結合器５および６の結合電流３１および３２は磁気抵抗素子２のフリー層２−４の磁化を反転できるような制御電流となるように方向性結合器５および６の結合度は調整されている。
【００３４】
まず、送信時にアンテナ１２からの反射波がほとんどない場合の動作について説明する。パワーアンプ１１の出力信号がスイッチまたはダイプレクサ１３を介して方向性結合器５へ入力されると、方向性結合器５からの結合電流３１の方が方向性結合器６の結合電流３２よりも大きいため、制御電流７は方向性結合器５から６の方向（７ａ）へ流れ、磁気抵抗素子２のフリー層２−４の磁化の向きは揃い、磁気抵抗素子２の抵抗値は低い状態４１となる（図３参照）。
【００３５】
次に、送信時にアンテナ１２からの反射波が存在する場合の動作について説明する。図５は反射波が存在する場合のアイソレータ１の動作を示す図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図５を参照すると、アンテナ１２側の方向性結合器６の結合電流７１の方がパワーアンプ１１側の方向性結合器５の結合電流７２よりも大きくなるため、制御電流７は方向性結合器６から５の方向（７ｂ）へ流れ、磁気抵抗素子２のフリー層２−４の磁化は反転し、磁気抵抗素子２の抵抗値は高い状態４２となる（図３参照）。
【００３７】
その結果、アンテナ１２からパワーアンプ１１方向の反射波の通過特性は減衰するため、パワーアンプ１１を反射波から保護することが可能となる。また、磁気抵抗素子２、とくにＧＭＲ素子は薄膜で作成され、また方向性結合器５および６は多層技術でできるため、小型化および低背化が可能となる。一方、方向性結合器５および６の周波数特性には依存するものの、ＧＭＲ素子自体は従来のアイソレータのようなバンドパスフィルタ的な周波数特性を有しないため、スイッチまたはダイプレクサ１３（図１参照）と併用すれば、１つのアイソレータで複数のパワーアンプ１１と接続することが可能となる。これにより、実装面積および部品コストの削減が可能となる。
【実施例２】
【００３８】
磁気抵抗素子２の他の例としてスピンバルブ型ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）素子が挙げられる。このＴＭＲ素子は絶縁膜を強磁性膜で挟んだ３層から構成される素子であり、２つの強磁性膜の相対的な磁化の向きを、電流を流すことで制御し、磁化の向きが同じ方向の場合と反対の場合とで磁気抵抗が大きく変化するものである。したがって、制御電流でＴＭＲ素子の磁気抵抗を制御し得るという点でＧＭＲ素子と共通する。このため、本発明の磁気抵抗素子２の他の例として、スピンバルブ型ＴＭＲ素子を採用することが可能である。
【実施例３】
【００３９】
図６は本発明に係るアイソレータの第３実施例の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図６を参照すると、本実施例は第１実施例（図１参照）の方向性結合器５および６の代わりに制御回路１５および反射波検出回路１６を採用したものであり、その他の構成は第１実施例と同様である。
【００４１】
すなわち、反射波検出回路１６でアンテナ１２側の異常反射を検出し、その異常反射に基づいて制御回路１５が制御電流１７の方向を制御する。なお、反射波検出回路１６は公知の回路である。本実施例によれば、方向性結合器の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るアイソレータの第１実施例の構成図である。
【図２】磁気抵抗素子２の構成の一例を示す断面図である。
【図３】磁気抵抗素子２の動作の一例を示すグラフである。
【図４】方向性結合器の構成の一例を示す図である。
【図５】反射波が存在する場合のアイソレータ１の動作を示す図である。
【図６】本発明に係るアイソレータの第３実施例の構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  アイソレータ
２  磁気抵抗素子
３  絶縁層
４  配線
５，６  方向性結合器
１１  パワーアンプ
１２  アンテナ
１３  スイッチまたはダイプレクサ
１５  制御回路
１６  反射波検出回路
【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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