(57)【要約】【課題】中心導体のインダクタンス値を可変可能にした非可逆回路素子を提供することを目的とする。【解決手段】第１の中心導体Ｌ１は、複数の互いに平行な線路導体Ｌ１１〜Ｌ１３からなり、その線路導体の両端にはスイッチ素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ３ｂがそれぞれ接続され、一端側がスイッチ素子を介して高周波信号が入出力される入・出力ポートＰ１とされ、他端側がスイッチ素子を介して線路導体を接地電位導体に接続する接地電極Ｌ１Ｅに接続され、その第１の中心導体と同一構成の第２中心導体Ｌ２が、第１の中心導体に対して１２０°の角度で交差して絶縁されて配置され、第１の中心導体Ｌ１と同一構成の第３の中心導体Ｌ３が、第２の中心導体Ｌ２に対して１２０°の角度で交差して絶縁されて配置され、それぞれの入・出力ポートＰ１〜Ｐ３と接地電位導体１２との間にそれぞれ接続される整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３が接続される。【選択図】図１
2007295195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイソレータやサーキュレータとして用いられる非可逆回路素子において、
複数の互いに平行な線路導体と、上記複数の線路導体の両端にそれぞれ接続されるスイッチ素子と、上記一端側のスイッチ素子を介して上記線路導体と接続され、信号が入出力される入・出力ポートと、上記他端側のスイッチ素子を介して上記線路導体を接地電位導体に接続する接地電極とから成る第１の中心導体と、
上記第１の中心導体と同一構成であり、上記第１の中心導体に対して１２０°の角度で交差して互いに絶縁されて配置される第２の中心導体と、
上記第１の中心導体と同一構成であり、上記第１の中心導体と第２の中心導体の交差位置において上記第１の中心導体と第２の中心導体のそれぞれに対して１２０°の角度で交差し、上記第１及び上記第２の中心導体と互いに絶縁されて配置される第３の中心導体と、
上記それぞれの入・出力ポートと接地電位導体との間にそれぞれ接続される整合用コンデンサ素子と、
を具備した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、
上記第１乃至第３の中心導体の上記交差部においてこれら中心導体を構成する上記複数の線路導体が、互いに編まれて一体化されていることを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非可逆回路素子において、
上記第１乃至第３の中心導体は、上記複数の線路導体の本数が奇数であり、かつ同一面内に配列され、配列方向の中央の線路導体と、その中央の線路導体を挟んで左右対称の位置の複数の線路導体から構成されるものであることを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の非可逆回路素子において、
上記第１乃至第３の中心導体は、上記複数の線路導体の本数が偶数であり、かつ同一面内に配列され、配列方向の中央の２本の線路導体と、その中央の２本の線路導体を挟んで左右対称の位置の複数の線路導体から構成されるものであることを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項５】
請求項３に記載の非可逆回路素子に対する制御方法であって、
上記左右対称位置の線路導体を組みとして、組ごとにそれぞれに接続されるスイッチ素子を同時にオン／オフ制御する非可逆回路素子の制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載の非可逆回路素子に対する制御方法であって、
上記非可逆回路素子の動作周波数を一方向に間隔を空けて変化させる際に、上記中央の２本の線路導体に接続されるスイッチ素子をオンにしたままの状態で、その中央の２本の線路導体を挟んで左右対称の位置の組となる線路導体に接続されるスイッチ素子同士を、順次オン状態に制御することを特徴とする非可逆回路素子の制御方法。
【請求項７】
請求項５に記載の非可逆回路素子の制御方法において、
上記非可逆回路素子の動作周波数を一方向に間隔を空けて変化させる際に、隣接する周波数間において、上記中央の線路導体に接続されるスイッチ素子のオン／オフ制御の関係を逆にすることを特徴とする非可逆回路素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波帯及び準マイクロ波帯で使用され、第１乃至第３の中心導体が互いに１２０°の角度間隔で交差し、その交差部に対して直流磁界が印加され、アイソレータやサーキュレータとして動作する非可逆回路素子の動作周波数の可変範囲を拡大する技術と、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動体通信機器やその端末にアイソレータやサーキュレータとして使用される非可逆回路素子としては、例えば特許文献１に開示されている。これは図９に示すように、フェライト５０の上面に、３本の中心導体５１を絶縁シート５３を介在させて電気的絶縁状態で、かつ、１２０°ごとに交差させて配置し、この交差部分に直流磁界を印加するように構成される。また、その非可逆回路素子の動作周波数を広帯域化する方法としては、例えば特許文献２に開示されている。この方法は、図１０に電気的等価回路で示されるように、非可逆回路素子にＲＦスイッチ５を介して接続される容量素子Ｃ２を設けることで、動作周波数を変更するようにしたものである。
【０００３】
３本の中心電極２（図９の中心導体５１のこと）の各一端は接地電位点に接続されており、各他端は入出力ポートＰ１〜Ｐ３に接続されている。各ポートＰ１〜Ｐ３には整合容量素子Ｃ１が並列接続されており、この整合容量素子Ｃ１と中心電極２のインダクタンス成分Ｋ１とで３つの第１共振器３，３，３がそれぞれ形成されている。また一つの入出力ポートＰ３には終端抵抗素子Ｒが接続され、これによってポートＰ１からの信号をポートＰ２にのみ伝送し、ポートＰ２に反射して侵入する反射波を終端抵抗素子Ｒで吸収するようになっている。つまりアイソレータとして機能するように構成されている。それぞれの整合容量素子Ｃ１の中心電極側に容量素子Ｃ２の一端が接続され、その容量素子Ｃ２の他端は、ＰＩＮダイオードであるＲＦスイッチ５によって接地されるようになっている。容量素子Ｃ２とＲＦスイッチ５との接続点は、高周波信号を遮断する目的のインダクタンスＫ２と、ＲＦスイッチ５をオンさせる電流を決定する抵抗素子Ｒ´と、スイッチ６を介して電源７に接続されている。
【０００４】
スイッチ６がオフ状態において、アイソレータとして機能する周波数は、中心電極２（以下、中心導体と称する）のインダクタンス成分Ｋ１のインダクタンス値と整合容量素子Ｃ１の素子容量とによって決定される。スイッチ６をオンさせると、スイッチ６のオフ状態に対して、容量素子Ｃ２の静電容量が容量素子Ｃ１の静電容量に付加されてアイソレータとして機能する周波数が低くなる。
【特許文献１】特開平５−３７２０６号公報
【特許文献２】特開平９−９３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように非可逆回路素子において、動作周波数を可変にするには、従来においては静電容量値だけを変えていた。その結果、動作周波数を大きく変えることが出来なかった。
【０００６】
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、動作周波数を大きく可変可能にした非可逆回路素子と、その制御方法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】
【０００７】
この発明の非可逆回路素子は、アイソレータやサーキュレータとして用いられる非可逆回路素子において、第１の中心導体は、複数の互いに平行な線路導体からなり、その各線路導体の両端にはスイッチ素子がそれぞれ接続され、一端側がスイッチ素子を介して高周波信号が入出力される入・出力ポートとされ、他端側がスイッチ素子を介して線路導体を接地電位導体に接続する接地電極に接続され、その第１の中心導体と同一構成の第２と第３の中心導体が交差位置において第１の中心導体に対して１２０°，２４０°の角度でそれぞれ交差し、かつ互いに絶縁されて配置される。そして、それぞれの入・出力ポートと接地電位導体との間に整合用コンデンサがそれぞれ接続される。
【０００８】
また、この発明の制御方法によれば、上記第１乃至第３の中心導体が、同一面内に配列される複数本の線路導体から成り、配列方向の中央の線路導体と、その中央の線路導体を挟んで左右対称の位置の複数の線路導体から構成され、上記左右対称位置の線路導体を組みとして、組ごとにそれぞれに接続されるスイッチ素子を同時にオン／オフ制御する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のようにこの発明の非可逆回路素子及びその制御方法によれば、中心導体のインダクタンス値を切替えることが可能になるので、従来の非可逆回路素子よりも非可逆特性を示す周波数を大きく変えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１１】
図１にこの発明の実施例１を示す。例えばセラミックス材料から成る円板状誘電体基板９の表面全面に接地電位導体１２が蒸着されて地板１０が構成され、この接地電位導体１２の上に、例えばフェライト材料からなる高周波磁性板１４が配置されている。高周波磁性板１４は、この例では第１の中心導体Ｌ１を成す３本の互いに平行な線路導体Ｌ１１とＬ１２とＬ１３とが高周波磁性板１４の上に近接して配置されている。線路導体Ｌ１２を中心に線路導体Ｌ１１とＬ１３は、同一面内で左右対称の位置に配置されている。その線路導体Ｌ１１〜Ｌ１３の両端にそれぞれスイッチ素子ＳＷ１ａ１〜ＳＷ１ｂ３の一端が接続され、一端側のスイッチ素子ＳＷ１ａ１〜ＳＷ１ａ３の各他端は高周波信号が入出力される入・出力ポートＰ１と接続され、他端側のスイッチ素子ＳＷ１ｂ１〜ＳＷ１ｂ３の各他端は接地電極Ｌ１Ｅに接続されている。
【００１２】
第１の中心導体Ｌ１は線路導体Ｌ１１〜Ｌ１３とスイッチ素子ＳＷ１ａ１〜ＳＷ１ｂ３と入・出力ポートＰ１と接地電極Ｌ１Ｅとにより構成される。接地電極Ｌ１Ｅは接地電位導体１２と接続されている。
【００１３】
第１の中心導体Ｌ１と同一構成の第２の中心導体Ｌ２が第１の中心導体Ｌ１に対し１２０°の角度で交差して互いに絶縁されて配置される。この交差位置において、第１の中心導体Ｌ１と同一構成の第３の中心導体Ｌ３が第２の中心導体Ｌ２に対し１２０°の角度で交差して互いに絶縁されて配置される。これら第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３の交差部は高周波磁性板１４の中心部上に位置している。第２の中心導体Ｌ２は線路導体Ｌ２１〜Ｌ２３、ＳＷ２ａ１〜ＳＷ２ｂ３、入・出力ポートをＰ２、接地電極Ｌ２Ｅとにより構成される。第３の中心導体Ｌ３は線路導体Ｌ３１〜Ｌ３３、ＳＷ３ａ１〜ＳＷ３ｂ３、入・出力ポートをＰ３、接地電極Ｌ３Ｅとにより構成されている。第１乃至第３の中心導体は、このように同様に構成されている。添え字は各中心導体を構成する複数の線路導体の番号に対応している。例えばＳＷ１ａ１は、第１の中心導体Ｌ１の線路導体Ｌ１１の一端側に接続されるスイッチ素子である。
【００１４】
それぞれの入・出力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３と接地電位導体１２との間には、それぞれ整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が接続されている。更に高周波磁性板１４の第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３側の面に対向する位置に図示しない直流磁界を印加する磁石が配置されて非可逆回路素子を構成する。誘電体基板９上に接地電位導体１２と絶縁されて端子２０，２１，２２が形成され、そこにワイヤーボンド１９ａと１９ｂと１９ｃによって、入・出力ポートＰ１〜Ｐ３がそれぞれ接続されている。この非可逆回路素子は、サーキュレータ及びアイソレータとして機能するものである。以降は、入・出力ポートＰ３を終端抵抗素子Ｒ１を介して接地させることで、入・出力ポートＰ１に入力された高周波信号が低損失で入・出力ポートＰ２に伝達され、その逆方向（すなわちＰ２からＰ１へ）の高周波信号の伝達が阻止されるアイソレータとして、この発明の非可逆回路素子の説明を行なう。
【００１５】
この発明による非可逆回路素子の一例として示した実施例１では、アイソレータの非可逆特性を示す周波数を可変することが可能であり、その可変はスイッチ素子のオン／オフを制御することで行なう。スイッチ素子ＳＷ１ａ１〜ＳＷ１ｂ３は、ＳＰＳＴ（Single Pole singleThrow）スイッチであり、例えば３端子のＦＥＴである。このスイッチ素子は、ＰＩＮダイオードスイッチやＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）スイッチなどでもよい。誘電体基板９上に接地電位導体１２と絶縁された制御端子Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２が形成され、スイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ〜ＳＷ１ａｓ３（ＦＥＴのゲート）は、ワイヤーボンド１９ｄ〜１９ｆによって制御端子Ｍ０〜Ｍ２にそれぞれ接続されている。制御端子Ｍ０〜Ｍ２は、それぞれ図示しないスルーホールによって誘電体基板９の反対側の面上に形成された配線２３１，２３２，２３３に接続されている。配線２３１〜２３３は、第１の中心導体Ｌ１の他端側に配置される接地電極Ｌ１Ｅの方向に延長され、誘電体基板９上に接地電位導体１２と絶縁されて形成された制御端子Ｍ０´，Ｍ１´，Ｍ２´に図示しないスルーホールを通して接続されている。スイッチ素子ＳＷ１ａ１のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ１は、配線２３１及び制御端子Ｍ０´とワイヤーボンド１９ｇを介して、線路導体Ｌ１１の他端側に接続されたスイッチ素子ＳＷ１ｂ１のスイッチ制御端子ＳＷ１ｂｓ１に接続されている。同様にスイッチ素子ＳＷ１ａ２のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ２は、配線２３２及び制御端子Ｍ１´の図示しないスルーホールとワイヤーボンド１９ｈを介して、他端側のスイッチ素子ＳＷ１ｂ２のスイッチ制御端子ＳＷ１ｂｓ２に接続される。同様にスイッチ素子ＳＷ１ａ３のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ３は、配線２３３及び制御端子Ｍ２´の図示しないスルーホールとワイヤーボンド１９ｉを介して、他端側のスイッチ素子ＳＷ１ｂ３のスイッチ制御端子ＳＷ１ｂｓ３に接続される。第２の中心導体Ｌ２及び第３の中心導体Ｌ３の両端のスイッチ素子についても同様に構成されている。第２，第３の中心導体Ｌ２，Ｌ３の各スイッチ素子のスイッチ制御端子は、地板１０の裏面に形成される配線２３ａ〜２３ｃと同じ図示しない配線によって第１の中心導体Ｌ１の制御端子Ｍ０〜Ｍ２に並列に接続されている。なお、それらの配線関係の表記は、図が煩雑になるので省略している。
【００１６】
上記した構成にすることで、制御端子Ｍ０〜Ｍ２に与える制御信号によって、第１の中心導体Ｌ１の線路幅を可変することが出来る。第１の中心導体Ｌ１の線路幅を最小にする為には、制御端子Ｍ１だけにスイッチ素子ＳＷ１ａ２，ＳＷ１ｂ２をオンさせる制御信号を入力し、制御端子Ｍ０とＭ２にはスイッチ素子ＳＷ１ａ１，ＳＷ１ｂ１とＳＷ１ａ３，ＳＷ１ｂ３をオフさせる信号を入力する。すると、第１の中心導体Ｌ１は真ん中の線路導体Ｌ１２だけが第１の中心導体Ｌ１の線路として働く。同様に第２の中心導体Ｌ２では、真ん中の線路導体Ｌ２２及び、第３の中心導体Ｌ３でも真ん中の線路導体Ｌ３２だけが、第２、第３の中心導体Ｌ２、Ｌ３として働くように、それぞれスイッチ素子ＳＷ２ａ２，ＳＷ２ｂ２とＳＷ３ａ２，ＳＷ３ｂ２をオンさせ、他のスイッチ素子はオフになる制御信号を制御端子Ｍ０とＭ２に入力する。この結果、第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３として動作する線路導体Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２は、互いに１２０°で交差する条件が維持される。したがって、この時は、真ん中の線路導体Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２で得られる第１乃至第３の中心導体としての最大のインダクタンス値と整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のキャパシタンスとで決定される最も低い周波数でアイソレータが動作する。
【００１７】
次に制御端子Ｍ０とＭ２には、これらに接続されたスイッチ素子をオンさせる制御信号を入力し、制御端子Ｍ１にはこれらに接続されたスイッチ素子をオフさせる信号を入力する。すると、第１の中心導体Ｌ１は、両外側の線路導体Ｌ１１とＬ１３の２本が中心導体として機能する。つまり、中心導体の幅が倍になり、その分インダクタンス値が低下する。上記したように第２，第３の中心導体Ｌ２，Ｌ３のスイッチ素子も、第１の中心導体Ｌ１のスイッチ素子と同じ関係で並列に接続されているので、それぞれの両外側の線路導体の２本が中心導体として機能する。つまり、第２の中心導体Ｌ２は線路導体Ｌ２１とＬ２３、第３の中心導体Ｌ３は線路導体Ｌ３１とＬ３３が中心導体として働く。したがって、第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３が互いに１２０°の角度で交差する条件が維持され、上記最も低い周波数より高い周波数でアイソレータが動作する。
【００１８】
更に制御端子Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２に、全てのスイッチ素子をオンさせる制御信号を入力すると、それぞれの中心導体Ｌ１〜Ｌ３を構成する線路導体の全てが中心導体として働くので、各中心導体の幅は最大になり、インダクタンス値としては最小となる。導通する線路導体の関係については、上記した説明から明らかであるので、詳細な説明は省略する。この場合も、第１乃至第３の中心導体の１２０°の角度間隔は維持される。よって、更に高い周波数でアイソレータが動作することは、容易に理解ができる。
【００１９】
このように、各中心導体を例えば３本の線路導体で構成し、中心導体として作用する各線路導体の数を上記したように制御することで、各中心導体が互いに１２０°の角度で交差する条件を維持した状態で中心導体のインダクタンス値を変化させることが可能になる。この結果、動作周波数を可変可能な非可逆回路素子が実現できる。
［シミュレーション結果］
実施例１に示したアイソレータの線路導体の形状を、具体的な条件に設定して非可逆特性を示す動作周波数の変化をシミュレーションした。線路導体の材質は銅とし、線路長さを２.６ｍｍ、幅を０.１ｍｍ、厚み０.０１ｍｍ、線路の配列方向の間隔を０.１５ｍｍとした。その形状の第１の中心導体Ｌ１を高周波磁性板１４に密着させ、その上に５０μｍの空隙を空けて第３の中心導体Ｌ３を配置し、更に５０μｍの間隔を上に空けて第２の中心導体Ｌ２を配置する条件でシミュレーションした結果を図２、図３、図４に示す。第２，第３の中心導体Ｌ２，Ｌ３の形状は、第１の中心導体Ｌ１と同じである。
【００２０】
３本の線路導体を中心導体として機能させた場合の通過特性を図２に示す。横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸はＳパラメータの伝達係数を（ｄＢ）で表す。以降に示す図３、図４も縦横軸の関係は同じである。入・出力ポートＰ１からＰ２への□印で示す通過特性は、２.６〜２.８ＧＨｚの範囲でほとんど損失がなく伝達している。一方、入・出力ポートＰ２からＰ１への△印で示す通過特性は、２.７ＧＨｚをピーク（約−２５ｄＢ）に大きく減衰している。非可逆特性を示す利得を例えば−２０ｄＢとすると、２.７ＧＨｚを中心として±約５０ＭＨｚの範囲でその特性を示している。
【００２１】
次に中心導体を構成する３本の線路導体の両外側の２本の線路導体を中心導体として機能させた場合のシミュレーション結果を図３に示す。中心導体として機能する線路導体が２本となり、中心導体のインダクタンス値が大きくなった分、非可逆特性を示す中心周波数が約２００ＭＨｚ低下して約２.５ＧＨｚに変化している。
【００２２】
真ん中の線路導体だけを中心導体として機能させた場合のシミュレーション結果を図４に示す。かなり特性が劣化し、非可逆特性を示していないが、入・出力ポートＰ２からＰ１への△印で示す通過特性の約２.３ＧＨｚ付近に約−１２ｄＢの減衰のピークが見て取れる。中心導体のインダクタンス値が更に大きくなった結果、信号の減衰を示す周波数が約２００ＭＨｚ低下していることが分かる。図５に示す特性が劣化している原因は、シミュレーションの都合によるものである。上記したように各中心導体Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれ５０μｍの空隙を空けて交差しており、中心導体Ｌ３が高周波磁性板１４から最も遠く位置している。これが、全体のバランスを崩し、特性劣化の原因になっていると思われる。これは、あくまでもシミュレーション上のことであり、後述するように各線路導体を編むようにして交差させることで改善することが可能である。
【００２３】
以上述べたように、中心導体として機能する線路導体の数を可変することでインダクタンス値を変え、非可逆特性を示す周波数範囲を変化させることができる。
［非可逆回路素子の組み立て手順］
実施例１に示した非可逆回路素子の組み立て手順について図５を用いて説明する。第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３を装着する前の非可逆回路素子を図５（ａ）に示す。最初に、誘電体基板９の表面全面に形成された接地電位導体１２の上に、高周波磁性板１４が接着固定される。次に、高周波磁性板１４を中心として角度間隔１２０°を置いて接地電位導体１２の表面上の位置に整合用コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の一方の電極が半田付けされる。整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３は、例えばチップコンデンサであり、この例では、第１の中心導体Ｌ１から第３の中心導体Ｌ３の各一端を支持する支持柱としての働きもする。次に、第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３の他端側を支持する接地電極Ｌ１Ｅ〜Ｌ３Ｅが、高周波磁性板１４を挟んで整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３と反対側の接地電位導体１２の表面に半田付けされる。各接地電極Ｌ１Ｅ〜Ｌ３Ｅは方形導電板の両端部が互いに反対方向に折り曲げられ、高周波磁性板１４の側面と対向して接地電位導体１２上に立てられている。この鉤状の接地電極Ｌ１Ｅ〜Ｌ３Ｅの地板１０と反対側の面の高さは、整合用コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の高さと一致している。
【００２４】
次に整合用コンデンサ素子の他方の電極上と鉤状の接地電極の遊端部上に線路支持基板の各一端部をそれぞれ半田付け若しくは導電性接着剤で接着固定する。各線路支持基板の他端は、それぞれ高周波磁性板１４側に向けられている。各線路支持基板は同様の構成である。たとえば整合用コンデンサ素子Ｃ１に固定された線路支持基板Ｌ１Ｐａは、整合用コンデンサ素子Ｃ１側の端部上に入・出力ポートＰ１が形成され、他端部が線路導体との接続部とされる。この例では、この線路導体接続部上に３個の線路接続電極１Ｐａ１，１Ｐａ２，１Ｐａ３が形成される。入・出力ポートＰ１と線路接続電極１Ｐａ１，１Ｐａ２，１Ｐａ３との間の線路支持基板Ｌ１Ｐａ上に３個のスイッチ素子ＳＷ１ａ１，ＳＷ１ａ２，ＳＷ１ａ３が実装されたものである。接地電極と接続される線路支持基板Ｌ１Ｐｂも、同様の構成であり、入・出力ポートＰ１の代わりに共通電極Ｃｍ１が接続され、実装されるスイッチ素子がＳＷ１ｂ１，ＳＷ１ｂ２，ＳＷ１ｂ３である点が異なるだけである。したがって、説明は省略する。
【００２５】
整合用コンデンサ素子Ｃ２の他方の電極には、第２の中心導体Ｌ２を構成する線路導体Ｌ２１〜Ｌ２３を支持する線路支持基板Ｌ２Ｐａが、整合用コンデンサＣ３の他方の電極には、第３の中心導体を構成する線路導体Ｌ３１〜Ｌ３３を支持する線路支持基板Ｌ３Ｐａが半田付け若しくは導電性接着剤で接着固定される。線路支持基板Ｌ２ＰａとＬ３Ｐａの、高周波磁性板１４を挟んで反対側には、線路支持基板Ｌ２ＰｂとＬ３Ｐｂがそれぞれ接地電極Ｌ２ＥとＬ３Ｅに接着固定される。
【００２６】
次に、線路支持基板Ｌ１Ｐａ上のスイッチ素子ＳＷ１ａ１，ＳＷ１ａ２，ＳＷ１ａ３のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ１〜ＳＷ１ａｓ３を、誘電体基板９上に接地電位導体１２と絶縁されて形成された制御端子Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２に、それぞれワイヤーボンド１９ｄ，１９ｅ，１９ｆで接続する。第１の中心導体Ｌ１の他端側の、線路支持基板Ｌ１Ｐｂ、及び第２，第３の中心導体Ｌ２，Ｌ３のスイッチ素子のスイッチ制御端子も、図示していないワイヤーボンドによって同じ関係で接続される。つまり、線路導体Ｌ１１とＬ２１とＬ３１と接続される各スイッチ素子ＳＷ１ａ１，ＳＷ１ｂ１，ＳＷ２ａ１，ＳＷ２ｂ１，ＳＷ３ａ１，ＳＷ３ｂ１のスイッチ制御端子が共に制御端子Ｍ０に接続され、線路導体Ｌ１２とＬ２２とＬ３２と接続される各スイッチ素子ＳＷ１ａ２，ＳＷ１ｂ２，ＳＷ２ａ２，ＳＷ２ｂ２，ＳＷ３ａ２，ＳＷ３ｂ３のスイッチ制御端子が共に制御端子Ｍ１に接続され、線路導体Ｌ１３とＬ２３とＬ３３と接続される各スイッチ素子ＳＷ１ａ３，ＳＷ１ｂ３，ＳＷ２ａ３，ＳＷ２ｂ３，ＳＷ３ａ３，ＳＷ３ｂ３のスイッチ制御端子が共に制御端子Ｍ２に接続される。このワイヤーボンディング工程で、各入・出力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３も端子２１，２２，２３にそれぞれ、ワイヤーボンドで接続される。
【００２７】
次に図５（ｂ）に示す各３本の線路導体から成る第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３を、線路支持基板の線路接続電極にそれぞれ、例えば導電性接着剤で一体化させる。第２の中心導体Ｌ２を構成する線路導体Ｌ２１の一端を、線路支持基板Ｌ２Ｐａの線路接続電極２Ｐａ１に接続し、その他端を、線路支持基板Ｌ２Ｐｂの線路接続電極２Ｐｂ１に接続する。他の線路導体の両端も同様に各線路支持基板上の線路接続電極に接続する。こうして一体化したものの第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３を挟んで高周波磁性板１４と対向する位置に、図示しない直流磁界を印加する磁石を配置し、更に各端子２０〜２３及び制御端子Ｍ０〜Ｍ２を図示しない外部接続電極に接続し、これら全体を図示しないケースで封止することで非可逆回路素子が完成する。
【００２８】
図５（ｂ）に示した線路導体は、図１に示した異なる面で交差する線路導体と異なり、交差する線路導体同士が高さ方向でも交差している。つまり編まれて構成されている。第１の中心導体Ｌ１を構成する線路導体Ｌ１１は、最初に交差する第３の中心導体Ｌ３の線路導体Ｌ３１を挟んで高周波磁性板１４と対向し、その次に交差する線路導体Ｌ３２に対しては、高周波磁性板１４側に位置し、次に交差する線路導体Ｌ３３に対しては、再び線路導体Ｌ３３を挟んで高周波磁性板１４と対向する位置に在る。この様に各線路導体を高さ方向でも交差させることで、第１乃至第３の中心導体の交差部において高周波磁性板１４からの各線路導体の平均的距離が互いに等しくなり、より良い非可逆特性が得られる。尚、各線路導体が交差する部分の線路導体の表面は、短絡しないように絶縁膜が形成されている。
【実施例２】
【００２９】
この実施例２は、実施例１の中心導体の構成を変えた例であり、また、この発明の非可逆回路素子の制御方法を説明するための例である。図６は、図１又は図５に示した第１の中心導体Ｌ１を例えば７本の線路導体Ｌ１１〜Ｌ１７で構成したものである。実際には実施例１と同様に第２、第３の中心導体Ｌ２、Ｌ３、高周波磁性板なども設けられる。線路支持基板Ｌ１Ｐａは、平面が長方形形状であり、一方の長辺側の表面には入・出力ポートＰ１が形成され、他方の長辺側の表面には線路導体の一端が接続される７個の線路接続電極１Ｐａ１〜１Ｐａ７が形成され、入・出力ポートＰ１と各線路接続電極１Ｐａ１〜１Ｐａ７との間にそれぞれスイッチ素子のスイッチ制御端子ＳＷ１ｓ１〜ＳＷ１ｓ７がそれぞれ接続されるボンディングパターン１ａＢＰ〜１ａＢＰ７が形成されている。その線路支持基板Ｌ１Ｐａの上に７個のスイッチ素子ＳＷ１ａ１〜ＳＷ１ａ７が、その一方の接点を入・出力ポートＰ１に、他方の接点をそれぞれの線路接続電極１Ｐａ１〜１Ｐａ７に、また、スイッチ制御端子ＳＷ１ｓ１〜ＳＷ１ｓ７をそれぞれのボンディングパターン１ａＢＰ１〜１ａＢＰ７に接続して実装されている。
【００３０】
線路導体の他端が接続される線路支持基板Ｌ１Ｐｂも、上記した線路支持基板Ｌ１Ｐａと全く同じ構成であり、入・出力ポートＰ１の代わりに共通電極Ｃｍ１が形成され、他の部分は参照符号が異なるだけである。したがって説明は省略する。この線路支持基板Ｌ１Ｐａの線路接続電極１Ｐａ１〜１Ｐａ７と、線路支持基板Ｌ１Ｐｂの線路接続電極１Ｐｂ１〜１Ｐｂ７との間に７本の線路導体Ｌ１１〜Ｌ１７がそれぞれ接続されて第１の中心導体Ｌ１を構成する。線路導体Ｌ１１〜Ｌ１７の配列方向における中央の線路導体Ｌ１４に対し、その両側の線路導体Ｌ１３とＬ１５、Ｌ１２とＬ１６、Ｌ１１とＬ１７はそれぞれ対称に配置されている。そして、中央の線路導体Ｌ１４の両端のスイッチ素子ＳＷ１ａ４とＳＷ１ｂ４のスイッチ制御端子同士のＳＷ１ａｓ４（１ａＢＰ４）とＳＷ１ｂｓ４（１ｂＢＰ４）とが接続され、更に制御端子Ｍ０に接続される。また、中央の線路導体Ｌ１４を中心として左右対称の位置の線路導体に対するそれぞれのスイッチ素子同士のスイッチ制御端子が接続されて対応する制御端子に接続される。中央の線路導体Ｌ１４の両隣の線路導体Ｌ１３とＬ１５のスイッチ素子のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ３，ＳＷ１ｂｓ３，ＳＷ１ａｓ５，ＳＷ１ｂｓ５が互いに接続されて制御端子Ｍ１に接続される。その外側両隣の線路導体Ｌ１４を中心に対称な線路導体Ｌ１２とＬ１６のスイッチ素子のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ２，ＳＷ１ｂｓ２，ＳＷ１ａｓ６，ＳＷ１ｂｓ６が互いに接続されて制御端子Ｍ２に接続される。両外側の線路導体Ｌ１１とＬ１７のスイッチ素子のスイッチ制御端子ＳＷ１ａｓ１，ＳＷ１ｂｓ１，ＳＷ１ａｓ７，ＳＷ１ｂｓ７が互いに接続されて制御端子Ｍ３に接続される。この線路導体Ｌ１１〜Ｌ１７の両端のスイッチ素子のスイッチ制御端子同士の接続は、実際は図１で説明したように例えば地板１０の裏面に形成された配線によって接続されるものである。図示しないが、今、この７本の線路導体から成る第１の中心導体Ｌ１と、同一構成の第２，第３の中心導体Ｌ２，Ｌ３とで非可逆回路素子が構成され、各線路導体の対称となる線路導体のスイッチ素子の各組のスイッチ制御端子は共に接続されて、上記したように対応する制御端子Ｍ０〜Ｍ３の互いに異なるものに接続されているものとする。
【００３１】
その非可逆回路素子の周波数可変制御の方法について説明する。複数の周波数帯において非可逆特性を得るためには、線路導体の組み合わせを変えても各中心導体が１２０°の角度で交差する条件を満たす必要がある。したがって、非可逆特性を示す周波数帯を可変するためには、各スイッチ素子をそのように制御する。スイッチ素子のオン／オフ制御は、素子ケース外に導出された制御端子Ｍ０〜Ｍ３を、原始的には４個のスイッチで切り替えて行う。一般的には、この例のように線路導体の本数が７本の場合は、そのスイッチ制御を３bitのディジタル信号で行う。つまり、３個のディジタル信号を４個の制御信号にデコードして非可逆回路素子に与える。
【００３２】
そのデコーダの動作真理値表を図７に示す。３bitのディジタル入力信号がｂ１，ｂ２，ｂ３であり、Ｍ０〜Ｍ３がその制御端子に接続されるデコーダ出力信号である（以降の説明ではＭ０〜Ｍ３は端子名でもあり信号名でもある）。入力が０の時は、制御端子Ｍ０に接続された中央に配置された線路導体Ｌ１４とＬ２４とＬ３４だけが中心導体として動作する。入力が１の時は、第１の中心導体Ｌ１では中央の線路導体Ｌ１４に隣接する線路導体Ｌ１３とＬ１５が、第２の中心導体Ｌ２では線路導体Ｌ２４と隣接する線路導体Ｌ２３とＬ２５が、第３の中心導体Ｌ３では線路導体Ｌ３４と隣接する線路導体Ｌ３３とＬ３５が線路導体として動作する。入力が２の時は、中央の線路導体Ｌ１４と隣接するＬ１３とＬ１５の３本の線路導体が中心導体として動作する。動作真理値表に示す○が、スイッチ素子をオンさせる状態を意味している。入力が７の時は、簡単のためこの例では未使用と定義している。入力が３以降の動作は、上記の説明と動作真理値表から明白であるので省略する。
【００３３】
中心導体の線路幅を増やしてインダクタンス値を小さくするには、入力を０から６に順次増加させればよい。そうすることで、インダクタンス値を所定の間隔で一方向に変化させることが可能である。この時、隣接する入力間、つまり周波数間において、中央の線路導体Ｌ１４，Ｌ２４，Ｌ３４に接続されるスイッチ素子に対してはオン／オフが交互に制御されるので、線路導体の組み合わせを変えても各中心導体が１２０°の角度で交差する条件が満たされる。
【００３４】
このデコーダの一例を図８に示す。デコーダ８０の３bitのディジタル入力信号が、ロータリースイッチ８１で与えられる例である。一般的に、このデコーダ８０とロータリースイッチ８１とで構成される非可逆回路素子の制御手段は、マイクロプロセッサ等で構成されることが多いものである。図８はその原理的な構成を示したものである。デコーダ８０の構成を簡単に説明する。制御信号Ｍ０が○になる条件は、ｂ１＝“０”（“０”論理レベルを表す）である。したがって、ロータリースイッチ８１のｂ１出力をインバータ８０ａで反転した信号をＭ０としている。制御信号Ｍ３が○になる状態は、ｂ１×ｂ２￣×ｂ３とｂ１￣×ｂ２×ｂ３（ｂ＊￣はｂ＊の反転）であるので、それを論理ゲート８０ｂで取り出したものである。他の制御端子Ｍ１とＭ２についても同様であり説明は省略する。
【００３５】
以上述べて来たように、この発明による非可逆回路素子によれば従来行なわれていなかった中心導体のインダクタンス値の可変が可能になるので、従来の容量性リアクタンスしか可変出来ない非可逆回路素子よりも非可逆性を示す周波数の可変範囲を拡大することが可能になる。
【００３６】
アイソレータが必要とされる周波数の可変範囲が広い場合、従来では複数のアイソレータを切替えて使用していた。アイソレータを構成する非可逆回路素子は、磁石の磁界を利用しているため、複数の非可逆回路素子を近接して配置すると相互に干渉し性能劣化の原因と成ることがある。そのために、通常の部品よりも分散して配置する必要があり、非可逆回路素子を用いる移動体通信機器の大型化とコストアップの原因になっていた。この問題を、この発明の非可逆回路素子によれば解決できる。
【００３７】
なお、線路支持基板を高周波磁性板１４の外側に配置する例を示して説明を行ったが、これは、線路支持基板の誘電率の影響を嫌ったためである。図示しないが、超小型のスイッチ素子を用いて、スイッチ素子と線路導体とを一体化させ、スイッチ素子を高周波磁性板１４上に対して間隔を設けた構造とすることで、高周波磁性板１４の直径よりも短い線路導体を用いることも可能である。例えばRENESAS社製のＰＩＮダイオードHV800等は、長さが０.６ｍｍ、幅が０.３ｍｍの通称０６０３と呼ばれる部品であり、その端子幅は、実施例１で示した線路導体の幅と凡そ同じ幅である。したがって、スイッチ素子を線路支持基板等で支持しなくともスイッチ素子を高周波磁性板１４の上に配置することができる。つまり、線路導体の長さを高周波磁性板１４の直径よりも短くすることもできる。
【００３８】
また、上記した実施例では、第１乃至第３の中心導体Ｌ１〜Ｌ３を構成する線路導体の本数を、３本または７本の奇数本として説明を行ったが、図１１に示す様に偶数本としてもよい。図１１に示す実施例の場合、各中心導体のインダクタンス値の最大値は、中央の２本の線路導体Ｌ１２とＬ１、若しくは外側の２本の線路導体Ｌ１１とＬ１４、を線路導体として機能させたときに得られる。他の中心導体Ｌ２及びＬ３も同様に制御することについては、今までの説明で明らかで在るので説明は省略する。インダクタンス値を小さくする場合は、中央の２本の線路導体を挟んで左右対称の位置の線路導体を組みとして増やすことで行う。このように偶数本の線路導体で各中心導体を構成してもよい。
【００３９】
この発明は、図１０に示した整合用容量素子の静電容量を変化させて動作周波数を可変する技術と組み合わせて使用することもできる。つまり、静電容量を変化させて動作周波数を変化させても要求される動作周波数に対応できない時に、中心導体のインダクタンス値を変化させ、更に動作周波数を変化させることもできる。
【００４０】
また、アイソレータを例に説明を行ってきたが、この発明の非可逆回路素子はサーキュレータ等にも適用できるものである事は言うまでもないことである。念のため追記しておく。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の非可逆回路素子の実施例１を示す斜視図。
【図２】実施例１において、線路導体が３本並列で動作したときのシミュレーション結果を示す図。
【図３】実施例１において、線路導体が２本並列で動作したときのシミュレーション結果を示す図。
【図４】実施例１において、中央の線路導体１本が動作したときのシミュレーション結果を示す図。
【図５ａ】実施例１に示した非可逆回路素子において第１乃至第３の中心導体が装着される前の状態を示す図。
【図５ｂ】第１乃至第３の中心導体を示す図。
【図６】実施例２における一つの中心導体を示す図。
【図７】デコーダの動作真理値表を示す図。
【図８】非可逆回路素子の制御手段の例を示す図。
【図９】特許文献１に開示された従来の非可逆回路素子を示す図。
【図１０】従来の非可逆回路素子の動作周波数を広帯域化する方法を示す図。
【図１１】偶数本の線路導体から成る中心導体の実施例を示す図。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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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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