(57)【要約】【課題】本発明によれば、電磁波漏洩を極小化するとともに、組み立てを容易化した薄型の非可逆回路素子及びこれを用いた通信装置を提供すること。  【解決手段】第１金属部材１は、連続する金属体でなり、第１導波路１１と、第２導波路１３と、第３導波路１５と、部材挿入孔１７とを含んでいる。第１導波路１１乃至第３導波路１５は、第１金属部材１の内部において、同一平面上に形成され互いに交差し第１金属部材１の異なる３側面１０１，１０２，１０３に開口している。強磁性体３は、第１導波路１１乃至第３導波路１５の交差領域に配置されている。部材挿入孔１７は、側面１０１，１０２，１０３と交差する上面１０５から交差領域の方向に向かい、強磁性体３の上方で開口している。第２金属部材５は、永久磁石５１を内蔵し、部材挿入孔１７内に挿入されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と、強磁性体と、第２金属部材とを含む非可逆回路素子であって、
第１金属部材は、連続する金属体でなり、第１導波路と、第２導波路と、第３導波路と、部材挿入孔とを含んでおり、
前記第１導波路乃至第３導波路は、前記第１金属部材の内部において、同一平面上に形成され互いに交差し、前記第１金属部材の異なる３側面に開口しており、
前記強磁性体は、前記第１導波路乃至第３導波路の交差領域に配置されており、
前記部材挿入孔は、前記側面と交差する上面から前記交差領域の方向に向かい、前記強磁性体の上方で開口しており、
前記第２金属部材は、永久磁石を内蔵し、前記部材挿入孔内に挿入されている、
非可逆回路素子。
【請求項２】
請求項１に記載された非可逆回路素子であって、
前記第１導波路及び前記第２導波路は、一直線上にあり、
前記第３導波路は、前記第１導波路及び前記第２導波路との交差部分において幅拡大方向に傾斜する内壁面を有しており、
前記部材挿入孔は、その孔内に前記内壁面を含む、
非可逆回路素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された非可逆回路素子であって、前記第２金属部材は、下端面が前記第１導波路乃至第３導波路の上面を構成する、非可逆回路素子。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された非可逆回路素子であって、前記第２金属部材は、孔を有しており、前記孔内に永久磁石が挿入されている、非可逆回路素子。
【請求項５】
非可逆回路素子と、送信部または受信部とを含む通信装置であって、
前記非可逆回路素子は、請求項１乃至４の何れかに記載されたものであり、前記送信部または前記受信部と電気的に組み合わされている、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子及びこれを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、一般的に、携帯電話等の移動体通信装置や、その基地局等に用いられ、これらの普及とともに、急激に需要が伸びている。この非可逆回路素子には、マイクロ波やミリ波などの電波を伝搬する第１金属部材型のものが存在し、主に携帯電話の中継局内に配設される電波伝送路に用いられている。
【０００３】
導波管型の非可逆回路素子は、一般に、特許文献１に記載されているように、内部に３分岐の導波路が形成された導波管と、導波路の交差領域に設けられた強磁性体と、強磁性体に磁界を印加する永久磁石とを備えている。この非可逆回路素子は導波管が一体成形されているため、その成形後に、開口部を介して内側の導波路を加工することが難しく、精度の向上の障害となっていた。また、強磁性体を配置するための台座を導波管と一体成形する場合に型枠の隙間のためにバリが生ずることがあるが、これを除去することも容易ではなかった。ロストワックス法等の高精度鋳造法によれば成形は可能であるが、ロストワックス法では、量産性に欠け、コスト高になる。
【０００４】
この問題に対して、発明者は、特許文献１に記載された導波管を上下に分割して成形することとし、導波路等を接合面に形成して露出させることによって、これを加工し易くする方法を考えた。しかし、この導波管は、板状導波管の対向する一組の板面に２つのポート（開口）を設け、側面に残り１つのポートを設けて構成され、上記の２つのポート間を結ぶ方向において薄型化されている。したがって、この導波管は、固定に必要となる十分な肉厚の確保が難しく、分割成形された個々の部分を、位置精度よく接合して、安定に固定し、さらには接合部からの電波の漏洩を低減するのは困難であった。
【０００５】
しかも、導波管を上下に分割してあるから、分割線からの電磁波漏洩を皆無にすることはできない。特に、外部導波管の接続される接続面（側面）には、本来、高度の平面度が要求されるのであるが、この接続面に分割線が表れてしまうという問題を抱えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５１−１２１１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、電磁波漏洩を極小化するとともに、組み立てを容易化した薄型の非可逆回路素子及びこれを用いた通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子は、第１金属部材と、強磁性体と、第２金属部材とを含む。前記第１金属部材は、連続する金属体でなり、第１導波路と、第２導波路と、第３導波路と、部材挿入孔とを含んでいる。前記第１導波路乃至第３導波路は、前記第１金属部材の内部において、同一平面上に形成され互いに交差し、前記第１金属部材の異なる３側面に開口する。前記強磁性体は、前記第１導波路乃至第３導波路の交差領域に配置されている。部材挿入孔は、前記側面と交差する上面から前記交差領域の方向に向かい、前記強磁性体の上方で開口している。前記第２金属部材は、永久磁石を内蔵し、部材挿入孔内に挿入されている。
【０００９】
上述したように、本発明に係る非可逆回路素子は、第１金属部材を含み、第１金属部材は連続する金属体でなる。即ち、従来の分割構造ではなく、非分割構造である。このため、分割構造の場合に生じる問題点、例えば、固定に必要となる十分な肉厚の確保の困難性、分割成形された個々の部分を、位置精度よく接合して、安定に固定することの困難性、さらには接合部からの電波の漏洩を低減する困難性等を、基本的に回避することができる。特に、外部第１金属部材の接続される接続面（側面）は、分割の影響を受けずに、本来要求される高度の平面度に設定することができる。
【００１０】
第１導波路乃至第３導波路は、第１金属部材の内部において、同一平面上に形成され互いに交差し、第１金属部材の異なる３側面に開口する。第１導波路乃至第３導波路の交差領域には強磁性体が配置されている。即ち、３ポートのサーキュレータ、あるいはアイソレータの基本構成を備える。もっとも、アイソレータとして使用する場合、非可逆回路素子は、第３導波路に電波吸収体をさらに設ける必要がある。
【００１１】
更に、特徴的な構成として、第１金属部材は部材挿入孔を有しており、部材挿入孔は、側面と交差する上面から交差領域の方向に向かい、強磁性体の上方で開口している。この構成に適合するため、本発明に係る非可逆回路素子は、更に、第２金属部材を含む。第２金属部材は、永久磁石を内蔵し、部材挿入孔内に挿入されている。したがって、第１乃至第３導波路の交差領域に配置された強磁性体の上方で開口している部材挿入孔が、第２金属部材によって埋められ、それによって、第１乃至第３導波路が完成するとともに、第２金属部材によって保持された永久磁石の磁界が強磁性体に印加されることになる。
【００１２】
この構造によれば、第１乃至第３導波路を有する第１金属部材の部材挿入孔内に、永久磁石を有する第２金属部材を嵌めこむだけでよいので、組み立て作業が容易になる。しかも、分割位置が、側面、特に、外部導波管との接続面に現れることがないので、電磁波漏洩が極小化される。また、第１金属部材は、部材挿入孔の側壁が、必要な強度を確保できる程度に薄くし得るから、薄型化に寄与することができる。
【００１３】
しかも、第１乃至第３導波路の交差領域には、型抜き困難部分が生じるのが普通であり、一体成形が困難である。本発明に係る非可逆回路素子では、この交差領域に部材挿入孔が開口していて、部材挿入孔に第２金属部材を挿入し、第１乃至第３導波路を完成させる。したがって、第１乃至第３導波路に型抜き困難部分があっても、第１金属部材と第２金属部材との組合せによって、そのような型抜き困難を回避することができる。
【００１４】
具体的な形態として、第１導波路及び第２導波路は一直線上にあり、第１金属体の側面に開口し、それぞれの開口部が入出力ポートとなる。第３導波路は、電波吸収体を配置する導波路となる。第３導波路は、第１導波路及び第２導波路との交差部分に、幅拡大方向に傾斜する内壁面を有しており、この内壁面が、型抜き困難部となる。本発明では、部材挿入孔は、その孔内に内壁面を含む。したがって、第３導波路に型抜き困難部分に相当する内壁面があっても、第１金属部材と第２金属部材との組合せによって、型抜き困難性を回避することができる。
【００１５】
具体的には、第２金属部材は、下端面が前記第１導波路乃至第３導波路の上面を構成する。これにより、上面を第２金属部材で閉じた導波路が形成される。第２金属部材は、好ましくは、孔を有しており、孔内に永久磁石が挿入されている。
【００１６】
本発明に係る非可逆回路素子は、送信部または受信部と組み合わせて、通信装置を構成する。この通信装置は、上述した非可逆回路素子を含むため、これと同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、電磁波漏洩を極小化するとともに、組み立てを容易化した薄型の非可逆回路素子及びこれを用いた通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。
【図２】本発明に係る非可逆回路素子の外観斜視図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図１〜図３に示した非可逆回路素子を構成する第１金属部材の平面図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】図１〜図３に示した非可逆回路素子を構成する第１金属部材の側面図である。
【図７】図６の７−７線断面図である。
【図８】図１〜図３に示した非可逆回路素子を構成する第２金属部材の平面図である。
【図９】図８の９−９線断面図である。
【図１０】本発明に係る通信装置の構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図３に図示された非可逆回路素子は、第１金属部材１と、強磁性体３と、第２金属部材５とを含む。まず、第１金属部材１は、連続する金属体、即ち、分割型ではなく、非分割型でなる。第１金属部材１は、典型的には、アルミニウムで構成され、全体として、六面体状である。もっとも、必ずしも六面体状である必要はなく、他の多面体状、または、部分的に曲面を含むような外観を有していてもよい。
【００２０】
図示の第１金属部材１は、第１側面１０１、第２側面１０２、第３側面１０３及び第４側面１０４の４つの側面と、第１側面１０１乃至第４側面１０４と直交する関係にある上面１０５及び底面１０６とを有する。第１側面１０１乃至第４側面１０４の内、平面積の大きな第１側面１０１及び第２側面１０２は、外部導波管の接続される接続面であって、高度の平面度を持つ研磨面となっている。第１側面１０１及び第２側面１０２の間には、外部導波管を接続するためのネジなどを通す貫通孔１０７が形成されている。
【００２１】
第１金属部材１は、第１導波路１１と、第２導波路１３と、第３導波路１５と、部材挿入孔１７とを含んでいる。第１導波路１１乃至第３導波路１５は、第１金属部材１の内部において、同一平面上に形成され、互いに交差し、第１金属部材１の異なる３側面１０１，１０２及び１０３に開口する。図示の第１導波路１１乃至第３導波路１５は、4角形状の口形を持っている。第１導波路１１乃至第３導波路１５の幅と高さは、伝搬する電波の波長などに従って決定されている。
【００２２】
図４〜図７を参照すると、第１導波路１１及び第２導波路１３は、一直線上にあり、第１金属部材１の第１側面１０１及び第２側面１０２にそれぞれ開口し、それぞれの開口部が入出力ポートとなる。第３導波路１５は、第１導波路１１及び第２導波路１３に対して、その路程の中間部で交差している。即ち、第１導波路１１乃至第３導波路１５は、略Ｔ状の導波路を形成している。第３導波路１５は、第１導波路１１及び第２導波路１３との交差部分に、幅拡大方向に傾斜する傾斜内壁面１５１，１５２を有している。
【００２３】
図４及び図５を参照すると、傾斜内壁面１５１，１５２の上方には、傾斜内壁面１５１，１５２から若干後退させた第２傾斜内壁面１５３，１５４があり、第２傾斜内壁面１５３，１５４は、上面１０５まで伸びている。第３導波路１５の一端は、第３側面１０３に開口している。この第３導波路１５は、アイソレータとして用いる場合は、電波吸収体を配置する導波路となる。
【００２４】
強磁性体３は、第１導波路１１乃至第３導波路１５の交差領域に配置されている。強磁性体３は、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等などの材料からなり、例えば三角柱形状に成形されている。一般には、強磁性体３は台座３１の上に取り付けられる。強磁性体３を台座３１に固定するにあたって、必要に応じ、接着剤などの接着手段を用いる。
【００２５】
部材挿入孔１７は、側面１０１〜１０４と交差する上面１０５から交差領域の方向に向かい、強磁性体３の上方で開口している。このような関係を満たし、次に述べる第２金属部材５の外形形状に適合するものであれば、その口形は、図示の形状に限らない。
【００２６】
第２金属部材５は、永久磁石５１を内蔵し、部材挿入孔１７内に挿入されている。第２金属部材５は、第１金属部材１と同様の非磁性金属材料、典型的にはアルミニウムによって構成される。第２金属部材５は、下端面が第１導波路１１乃至第３導波路１５の上面を構成するようにして、部材挿入孔１７の内部に、できるだけ隙間なく嵌めこまれる。第２金属部材５と、部材挿入孔１７との間は、導電性接着剤等で接合してもよい。これにより、第１導波路１１〜第３導波路１３の交差領域を、第２金属部材５で閉じた導波路が形成される。
【００２７】
図８及び図９を参照すると明らかなように、第２金属部材５は、孔５２を有している。図３に図示されているように、孔５２の内部には、永久磁石５１が挿入される。孔５２は、孔形及び深さが、挿入される永久磁石５１の外形に応じて変化するもので、図示に限定されない。孔５２は、図示の実施例では、底部５３を有する有底孔であり、その底部５３の内面で永久磁石５１を支持する共に、底部５３の外面である下端面で、部材挿入孔１７によって開口された第１導波路１１乃至第３導波路１５の上面を閉じるようになっている。第２金属部材５には、第１金属部材１に取り付けたときの固定用孔５４が開けられており、また、永久磁石５１には、押え板５５が配置されている。
【００２８】
第２金属部材５は、第１金属部材１に開けられた部材挿入孔１７に挿入されるものであるので、その側面の外形形状が部材挿入孔１７の内壁面の形状に一致する。部材挿入孔１７は、その内壁面に、第３導波路１５の傾斜内壁面１５１，１５２から若干後退させて形成した第２傾斜内側面１５３，１５４を有するので、第２金属部材５の外側面には、傾斜内壁面１５３，１５４によって案内される傾斜側面５６１，５６２が設けられている。傾斜内壁面１５３，１５４は、第３導波路１５の傾斜内壁面１５１，１５２から若干後退させて形成してあり、両者間に三角形状の段差部が生じているので、第２金属部材５の下端面が、この三角形状の段差部によって支えられる。
【００２９】
また、第２金属部材５を、部材挿入孔１７の内部おける所定位置に位置決めするため、第２金属部材５の周辺の適当な位置に、第１金属部材１の部材挿入孔１７の周り見設けられた凹部１０９に嵌めあわされる凸部５６３が設けられている。
【００３０】
更に、実施例では、第１金属部材１の底面１０６にも、部材取付孔１９が設けられ、この部材取付孔１９の内部に、もう一つの永久磁石５７が配置され、永久磁石５７を押え板５８によって支持する構造となっている（図３参照）。
【００３１】
上述したように、本発明に係る非可逆回路素子は、第１金属部材１を含み、第１金属部材１は連続する金属体でなる。即ち、従来の分割構造ではなく、非分割構造である。このため、分割構造の場合に生じる問題点、例えば、固定に必要となる十分な肉厚の確保の困難性、分割成形された個々の部分を、位置精度よく接合して、安定に固定することの困難性、さらには接合部からの電波の漏洩を低減する困難性等を、基本的に回避することができる。特に、外部導波管の接続される第１側面１０１，１０２は、分割の影響を受けずに、本来要求される高度の平面度に設定することができる。
【００３２】
第１導波路１１乃至第３導波路１５は、第１金属部材１の内部において、同一平面上に形成され互いに交差し、第１金属部材１の異なる３側面１０１，１０２，１０３に開口する。第１導波路１１乃至第３導波路１５の交差領域には強磁性体３が配置されている。即ち、３ポートのサーキュレータ、あるいはアイソレータの基本構成を備える。もっとも、アイソレータとして使用する場合、非可逆回路素子は、第３導波路１５に電波吸収体をさらに設ける必要がある。
【００３３】
更に、特徴的な構成として、第１金属部材１は部材挿入孔１７を有しており、部材挿入孔１７は、側面と交差する上面１０５から交差領域、即ち強磁性体３の配置領域の方向に向かい、強磁性体３の上方で開口している。
【００３４】
この構成に適合するため、本発明に係る非可逆回路素子は、更に、第２金属部材５を含む。第２金属部材５は、永久磁石５１を内蔵し、部材挿入孔１７内に挿入されている。したがって、第１導波路１１乃至第３導波路１５の交差領域に配置された強磁性体３の上方で開口している部材挿入孔１７が、第２金属部材５によって埋められ、それによって、第１導波路１１乃至第３導波路１５が完成するとともに、第２金属部材５によって保持された永久磁石５１及び第１金属部材１に設けられた永久磁石５７の磁界が強磁性体３に印加されることになる。
【００３５】
この構造によれば、第１導波路１１乃至第３導波路１５を有する第１金属部材１の部材挿入孔１７内に、永久磁石５１を有する第２金属部材５を嵌めこむだけでよいので、組み立て作業が容易になる。しかも、分割位置が、側面、特に、外部導波管との接続面に現れることがないので、電磁波漏洩が極小化される。また、第１金属部材１は、部材挿入孔１７の側壁が、必要な強度を確保できる程度に薄くし得るから、薄型化に寄与することができる。
【００３６】
しかも、第１導波路１１乃至第３導波路１５の交差領域には、型抜き困難部分が生じるのが普通であり、一体成形が困難である。勿論、ロストワックス法等の高精度鋳造法によれば成形は可能であるが、前にも述べたように、ロストワックス法では、量産性に欠け、コスト高になる。
【００３７】
本発明に係る非可逆回路素子では、型抜き困難な領域となる交差領域に部材挿入孔１７が開口していて、部材挿入孔１７に第２金属部材５を挿入し、第１導波路１１乃至第３導波路１５を完成させる。したがって、第１導波路１１乃至第３導波路１５に型抜き困難部分があっても、第１金属部材１と第２金属部材５との組合せによって、そのような型抜き困難性を回避することができる。
【００３８】
具体的な形態として、第１導波路１１及び第２導波路１３は一直線上にあり、第１金属体の側面に開口し、それぞれの開口部が入出力ポートとなる。第３導波路１５は、電波吸収体を配置する導波路となる。第３導波路１５は、第１導波路１１及び第２導波路１３との交差部分に、幅拡大方向に傾斜する傾斜内壁面１５１，１５２を有しており、この傾斜内壁面１５１，１５２が、型抜き困難部となる。本発明では、部材挿入孔１７は、その孔内に傾斜内壁面１５１，１５２を含む。したがって、第３導波路１５に型抜き困難部分に相当する傾斜内壁面１５１，１５２があっても、第１金属部材１と第２金属部材５との組合せによって、そのような傾斜する傾斜内壁面１５１，１５２による型抜き困難性を回避することができる。
【００３９】
例えば、本発明に係る非可逆回路素子を、鋳造法で形成する場合を考えると、第２金属部材５に相当する中央中子に対して、第１導波路１１を形成する第１中子、第２導波路１３を形成する第２中子及び第３導波路１５を形成する第３中子を組み合わせる。第３導波路１５に含まれる傾斜内壁面１５１，１５２は、中央中子の外面に形成し、第１中子乃至第３中子は、断面４角形状の直線状棒体とする。したがって、中央中子及び第１乃至第３中子の何れも、容易に型抜することができる。
【００４０】
次に、本発明に係る通信装置について説明する。図１０は本発明に係る非可逆回路素子を用いた通信装置の構成を表すブロック図である。
【００４１】
この通信装置は、例えば、移動通信システムにおける中継局に備えられるものであって、送信部６と、上述した非可逆回路素子１０と、アンテナ８とを含む。送信部６は、音声信号、映像信号などを生成する送信回路６１と、電力増幅回路６２とを含んでいる。
【００４２】
また、非可逆回路素子１０は、第３導波路１５に電波吸収体９が設けられ、アイソレータとして機能する。すなわち、アイソレータ１は、送信部６からの電波Ｗｔを、アンテナ８へと伝搬し、一方、アンテナ８からの反射波Ｗｒを電波吸収体９により吸収して、これを電力増幅回路６２に伝搬させない。これにより、アイソレータ１は、大きなパワーを有する反射波Ｗｒから電力増幅回路６２を保護している。
【００４３】
本実施形態の構成には送信部６を例示しているが、これに代えて、あるいはこれに加えて受信部を備えてもよいことは言うまでもない。この場合、本発明に係る非可逆回路素子を、アイソレータとしてだけでなく、サーキュレータとしても機能させて用いる必要がある。
【００４４】
本発明に係る通信装置によると、上述した非可逆回路素子を含むので、既に述べた内容と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００４６】
１                            非可逆回路素子
１                            第１金属部材
３                            強磁性体
５                            第２金属部材
１１                          第１導波路
１３                          第２導波路
１５                          第３導波路
５１、５７                    永久磁石
【図１】
2013078053.tif 000003
【図２】
2013078053.tif 000004
【図３】
2013078053.tif 000005
【図４】
2013078053.tif 000006
【図５】
2013078053.tif 000007
【図６】
2013078053.tif 000008
【図７】
2013078053.tif 000009
【図８】
2013078053.tif 000010
【図９】
2013078053.tif 000011
【図１０】
2013078053.tif 000012