(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流磁界が印加される平面視四角形状の磁性体に、３つの中心導体を互いに電気的絶縁状態でかつ所定の角度で交差させて配置した非可逆回路素子において、２つの中心導体を同数のラインで構成し、１つの中心導体を前記２つの中心導体のライン数よりも多くのラインで構成し、前記２つの中心導体よりも多くのライン数で構成した中心導体を磁性体の一辺と平行に配置したことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
２つの中心導体を２つのラインで構成し、１つの中心導体を３つのラインで構成したことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
【請求項３】
２つの中心導体を１つのラインで構成し、１つの中心導体を２つのラインで構成したことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
前記２つの中心導体よりも多くのライン数で構成した中心導体を磁性体から最も離れた位置に配置したことを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３に記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記２つの中心導体よりも多くのライン数で構成した中心導体のポートに終端抵抗を接続したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４に記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、または請求項５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機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯等の高周波帯域で使用される非可逆回路素子、例えばアイソレータ、サーキュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の非可逆回路素子は、例えば図７に示すような磁性組立体５を備えている。この磁性組立体５は磁性体５５の下面に中心導体５１〜５３の共通のアース部を当接し、３つの中心導体５１〜５３を磁性体５５の上面に絶縁シート（図示省略）を介在させて互いに略１２０度の角度で交差するように折り曲げて配置し、各中心導体５１〜５３の先端部にあたる各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を磁性体５５の外周から突出して構成されている。この磁性体５５は小型化、低コスト化を実現するために四角形板状のものを用いており、１つの中心導体５３は磁性体５５の一辺と平行に配置され、他の２つの中心導体５１，５２は各辺と傾斜するように配置されている。また、各中心導体５１〜５３はそれぞれ２つのラインで構成されている。
【０００３】
上記磁性組立体５は永久磁石等とともに磁気回路を構成する磁性体ヨーク内に収納され、各中心導体５１〜５３のポートＰ１〜Ｐ３に整合用のコンデンサを接続し、永久磁石により磁性組立体５に直流磁界を印加して３ポートのサーキュレータが構成される。また、いずれか１つのポートに終端抵抗を接続してアイソレータを構成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、これら非可逆回路素子が用いられる回路の入出力部のインピーダンスは所定のインピーダンス値（通常、５０Ω）となっている。しかしながら、上記のように四角形状の磁性体を用いた場合、磁性体は１２０度方向において回転非対称の形状であり磁性体と中心導体との配置関係が各中心導体で異なり、磁性体５５の一辺と平行な中心導体５３のポートＰ１でのインピーダンス（以下、ポートインピーダンスと記す）は、他の２つの中心導体５１，５２のポートインピーダンスよりも高くなる。例えば、上記従来の非可逆回路素子において、中心導体５１，５２のポートインピーダンスを５０Ωとしたとき、中心導体５３のポートインピーダンスが７５Ωとなる場合がある。つまり、中心導体５１，５２は磁性体と中心導体との関係において対称的な配置となっているが、中心導体５３は他の２つの中心導体５１，５２と非対称な配置関係となっている。
【０００５】
このため、上記従来の非可逆回路素子おいては、磁性体の一辺と平行な中心導体のポートの反射特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
また、一般的に中心導体が磁性体から離れるほど磁性体との結合及び隣接する中心導体間の結合が弱くなり、磁性体から最も離れた位置に配置された中心導体のポートインピーダンスが他の中心導体のポートインピーダンスよりも高くなる傾向があり、例え円板状の磁性体を用いた場合にも、磁性体から最も離れた位置に配置された中心導体の反射特性が他の中心導体のものより劣化する場合がある。
【０００７】
また、通常、上ヨークと下ヨークを接合して上記磁性体ヨークを構成するが、この接合は４側面のうち２側面で行われるため、ヨーク上を流れる電流はヨークの接合方向には流れるが、これと垂直方向には流れにくくなる。このため、ヨークの接合方向に延びるように配置された中心導体はヨークの影響を大きく受けインピーダンスが高くなる。一方接合方向と垂直方向に延びるように配置された中心導体はヨークの影響が小さいためインピーダンスが変化しない。このように磁気回路を構成する磁性体ヨークの接合方法によってもポートインピーダンスが異なる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、特定の中心導体のライン数を他の２つの中心導体よりも多くすることにより、この中心導体のポートの反射特性を向上した非可逆回路素子及びこれを用いた通信機装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る非可逆回路素子は、直流磁界が印加される平面視四角形状の磁性体に、３つの中心導体を互いに電気的絶縁状態でかつ所定の角度で交差させて配置した非可逆回路素子において、２つの中心導体を同数のラインで構成し、１つの中心導体を前記２つの中心導体のライン数よりも多くのラインで構成し、前記２つの中心導体よりも多くのライン数で構成した中心導体を磁性体の一辺と平行に配置する。
【００１０】
この構成によれば、ライン数を多くした中心導体のポートインピーダンスは低くなり、この中心導体のポートの反射特性を向上することができる。ここに、ライン数を多くした中心導体は、３つの中心導体を全て同じライン数で構成した場合にポートインピーダンスが最も大きくなる中心導体が選定される。すなわち上記構成により、ライン数を多くした中心導体のポートインピーダンスを回路系のインピーダンスにより近づけるようにして、３つの中心導体のポートインピーダンスを回路系のインピーダンスと実質的に同じ値とすることができる。したがって、各ポートで適正なインピーダンスマッチングをとることができるので、各中心導体のポートでの反射特性を向上することができる。
【００１１】
本発明は、磁性体の形状が略１２０度方向において回転非対称なものにおいて有効に作用すものであり、磁性体の形状としては小型化、低コスト化の観点から平面視四角形状のものが採用される。この場合、磁性体の一辺と平行に配置した中心導体が他の中心導体よりも多くのラインで構成される。
【００１２】
また、磁性体から最も離れた位置に配置した中心導体が他の中心導体よりも多くのラインで構成される。
【００１３】
また、多くのライン数で構成した中心導体のポートに終端抵抗を接続することによりアイソレータを構成する。
【００１４】
また、本発明に係る通信機装置は上記の特徴を有する非可逆回路素子を備えて構成される。これにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態に係る非可逆回路素子の構成を図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の非可逆回路素子は、図１に示すような平面視四角形の角板状の磁性体５５に３つの中心導体５１，５２，５３を配置した磁性組立体５を有している。中心導体５１，５２，５３は、銅等の金属導体板を打ち抜き加工して形成されたものであり、図２の展開図で示すように、共通のアース端となるアース部５４で連接一体化され、アース部５４から外方に突出して設けられている。
【００１６】
磁性組立体５は、共通のアース部５４上に磁性体５５を載置し、磁性体５５を包み込むように各中心導体５１〜５３を磁性体５５の上面に絶縁シート（図示省略）を介在させて互いに略１２０度の角度をなすように折り曲げて配置して構成されている。各中心導体５１〜５３の先端部にあたる各ポートＰ１〜Ｐ３は他の部材との接続に適した形状とされ、磁性体５５の外周から外方に突出するように構成されている。
【００１７】
中心導体５１，５２は２つのラインで構成され、磁性体５５の各辺に対して傾斜するように配置されている。中心導体５３は３つのラインで構成され、磁性体５５の一辺と平行に配置されている。また中心導体５３は磁性体５５から最も離れた位置に配置されている。すなわち、本実施形態の磁性組立体５では、磁性体５５の一辺と平行に配置された中心導体５３を他の２つの中心導体５１，５２の中心導体よりも多くのラインで構成している。
【００１８】
上記磁性組立体５を用いて構成した非可逆回路素子の一例を図３及び図４に示す。図３は全体構造を示す分解斜視図、図４は永久磁石及び上ヨークを除いた状態での平面図である。この非可逆回路素子は、磁性体５５の一辺と平行な中心導体すなわち３つのラインで構成された中心導体５３のポートＰ３に終端抵抗Ｒを接続してアイソレータとしたものであり、ポートＰ１からポートＰ２方向を順方向とし、ポートＰ２からポートＰ１方向を逆方向としている。
【００１９】
このアイソレータは、磁性体金属からなる箱状の上ヨーク２の内面に永久磁石３を配置するとともに、該上ヨーク２に同じく磁性体金属からなる概略コ字状の下ヨーク８を装着して磁気閉回路を形成し、下ヨーク８内の底面８ａ上に端子ケース７を配設し、該端子ケース７内に磁性組立体５、整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３、終端抵抗Ｒを配設し、磁性組立体５に永久磁石３により直流磁界を印加して構成されている。
【００２０】
端子ケース７は、電気的絶縁部材からなり、矩形枠状の側壁７ａに底壁７ｂを一体形成した構造のもので、入出力端子７１、７２、アース端子７３がその一部を樹脂内に埋設して設けられ、底壁７ｂの略中央部には挿通孔７ｃが形成され、挿通孔７ｃの周縁部には所定の箇所に複数の凹部が形成されている。
【００２１】
挿通孔７ｃの周縁に形成された凹部には整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３、終端抵抗Ｒが配置され、挿通孔７ｃ内には磁性組立体５が挿入配置され、磁性組立体５の上部に永久磁石３が配設されている。
【００２２】
磁性組立体５下面の共通のアース部５４は下ヨーク８の底面８ａに接続されている。各整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３の下面電極、及び終端抵抗Ｒの一端側の電極はそれぞれアース端子７３、７３に接続されている。各整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３の上面電極にはそれぞれ各中心導体５１〜５３のポートＰ１〜Ｐ３が接続され、終端抵抗Ｒの他端側はポートＰ３に接続されている。
【００２３】
なお、ポートＰ３に終端抵抗Ｒを接続することなく、ポートＰ３を第３の入出力ポートとすればサーキュレータとなる。
【００２４】
次に、本発明の効果を図５を参照して説明する。図５は磁性体の一辺と平行な中心導体５３のポートの実施形態例（図１の構成）と従来例（図７の構成）の反射特性を示す図である。磁性体の寸法はいずれも３．１ｍｍ×２．７ｍｍ、厚み０．５ｍｍであり、飽和磁化は１０００００μＴに設定している。なお、測定系のインピーダンスは５０Ωである。従来例のものでは、ポートＰ１，Ｐ２のインピーダンスは約５０Ω、ポートＰ３のインピーダンスは約７５Ωとなり、実施形態例のポートＰ１，Ｐ２のインピーダンスは５０Ω、Ｐ３のインピーダンスは約５５Ωとなる。
【００２５】
図５に示すように、実施形態の反射特性は、所要の周波数帯域において従来例のものに比べ大幅に向上されている。例えば中心周波数での反射損失は、実施形態のものは２６．４ｄＢ、従来例のものは１４．０ｄＢであり、約１２．４ｄＢの改善となっている。
【００２６】
このように、本実施形態においては、従来のように２つのラインで構成した場合にポートインピーダンスが最も大きくなる中心導体、すなわち磁性体の一辺と平行に配置された中心導体５３を３つのラインで構成することにより、この中心導体５３のポートインピーダンスは低くなり、このポートの反射特性が向上する。すなわち、ライン数を多くすることにより中心導体５３のポートインピーダンスを下げて、回路系のインピーダンスにより近づくようにし、他の中心導体５１，５２のポートインピーダンスとほぼ同様の値となるようにしている。これにより、全ての中心導体のポートインピーダンスを回路の特性インピーダンスに合致するように設定することができる。したがって、上記実施形態の磁性組立体を用いれば、挿入損失及びアイソレーション特性が良好な非可逆回路素子を得ることができる。つまり、ライン数を多くした中心導体のポートを入出力ポートとした場合、挿入損失を向上することができる。また、ライン数を多くした中心導体のポートを終端ポートとした場合、アイソレーション特性を向上することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、中心導体５１，５２を２つのライン、また中心導体５３を３つのラインで構成したもので説明したが、これに限るものではなく、磁性体と平行に配置された中心導体のライン数を他の中心導体よりも多くなるように設定すればよい。例えば、中心導体５３を４つ以上のラインで構成してもよく、また、中心導体５１，５２を１つのラインで構成し、中心導体５３を２つ以上のラインで構成してもよい。中心導体５３のライン数は他の２つの中心導体５１，５２のポートインピーダンスに最も近づくライン数に設定される。
【００２８】
また、磁性体の形状は上記実施形態のものに限定されるものではなく、本発明は、１２０度方向において回転非対称な磁性体を用い、全ての中心導体を同数のラインで構成した場合に１つのポートインピーダンスが他の２つのインピーダンスよりも高くなる構成の非可逆回路素子に適用した場合に有効である。
【００２９】
また、例えば、円板、正三角形等の１２０度方向において回転対称な形状の磁性体を用いたものにも本発明を適用することが可能である。この場合、全ての中心導体を同数のラインで構成した場合に最もポートインピーダンスが高くなる中心導体を他の２つの中心導体よりも多くのラインで構成する。
【００３０】
また、上記実施形態では金属導体板からなる各中心導体を磁性体に折り曲げて配置した構造のもので説明したが、磁性体及び中心導体の構造はこれに限るものではなく、中心導体を誘電体や磁性体の内部または表面に電極膜で形成した構造のものであってもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態に係る通信機装置の構成を図６に示す。この通信機装置は、送信用フィルタＴＸ及び受信用フィルタＲＸからなるデュプレクサＤＰＸのアンテナ端にアンテナＡＮＴが接続され、送信用フィルタＴＸの入力端とと送信回路との間にアイソレータＩＳＯが接続され、受信用フィルタＲＸの出力端に受信回路が接続されて構成されている。送信回路からの送信信号はアイソレータＩＳＯを経由し、送信用フィルタＴＸを通してアンテナＡＮＴから発信される。また、アンテナＡＮＴで受信された受信信号は受信用フィルタＲＸを通して受信回路に入力される。
【００３２】
ここに、アイソレータＩＳＯとして、第１実施形態のアイソレータを使用することができる。本発明に係る反射特性を向上した非可逆回路素子を用いることにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る非可逆回路素子によれば、３つの中心導体を同数のラインで構成した場合に最もポートインピーダンスが高くなる中心導体を他の２つの中心導体のライン数よりも多くのラインで構成することにより、１つの中心導体のポートインピーダンスを低くして、このポートでの反射特性を向上することができる。したがって、本発明によれば、挿入損失及びアイソレーション特性が良好な非可逆回路素子を得ることができる。
【００３４】
また、本発明に係る非可逆回路素子を実装することにより、特性が良好な通信機装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る磁性組立体の平面図である。
【図２】第１実施形態に係る中心導体の展開図である。
【図３】第１実施形態に係る非可逆回路素子の全体構造を示す分解斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る非可逆回路素子の永久磁石及び上ヨークを除いた状態での平面図である。
【図５】第１実施形態及び従来の非可逆回路素子の反射損失の周波数特性を示す図である。
【図６】第３実施形態に係る通信機装置のブロック図である。
【図７】従来の磁性組立体の平面図である。
【符号の説明】
２                上ヨーク
３                永久磁石
５                磁性組立体
５１〜５３        中心導体
５４              アース部
５５              磁性体
７                端子ケース
７１、７２        入出力端子
７３              アース端子
８                下ヨーク
Ｃ１〜Ｃ３        整合用コンデンサ
Ｒ                終端抵抗
Ｐ１〜Ｐ３        ポート
【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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