(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト上に複数の中心電極を互いに絶縁状態で配置した中心電極組立体と、
前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、
前記中心電極のそれぞれに接続された整合用コンデンサと、
一つの中心電極の終端に接続され、抵抗値の温度係数が負である抵抗と、
を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記フェライトの飽和磁化の温度係数が前記永久磁石の残留磁束密度の温度係数よりも小さい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】
前記整合用コンデンサの容量値の温度係数が正であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
−３５℃から＋８５℃の範囲において、前記フェライトの飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃以上で−２０００ｐｐｍ／℃未満、前記抵抗の抵抗値の温度係数が−２４００ｐｐｍ／℃以上で０ｐｐｍ／℃未満であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記抵抗と前記整合用コンデンサの少なくとも一つが同一の基板に形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
前記抵抗がケーシングの外部で前記中心電極の一つと接続されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の非可逆回路素子。
【請求項７】
前記抵抗は温度特性の異なる２以上の抵抗素子からなることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の非可逆回路素子。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７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、例えば、マイクロ波帯で使用される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該素子を備えた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の移動体通信装置に採用される集中定数型アイソレータ（非可逆回路素子）は、周知の如く、フェライトと複数の中心電極からなる中心電極組立体、永久磁石、ヨーク、抵抗、整合用コンデンサ等から構成されている。通常、永久磁石はその残留磁束密度の温度係数が−１８００ｐｐｍ／℃のもの、中心電極組立体のフェライトはその飽和磁化の温度係数が−２０００〜−３５００ｐｐｍ／℃のものが使用されている。これに対して、抵抗としては、５０〜３００Ωで０〜１００ｐｐｍ／℃の正の温度係数を持つものが使用されている。
【０００３】
永久磁石及びフェライトの特性が前記数値を有し、抵抗が５０Ωで＋５０ｐｐｍ／℃の正の温度係数を持つものである場合、そのアイソレーションの温度特性を図２３に示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２３に示す温度特性から明らかなように、前記アイソレータのポートインピーダンスは温度依存性を有しており、抵抗とポートインピーダンスの温度特性が合わず、アイソレーションの温度特性が悪いという問題点を有している。このような温度特性は、フェライトの飽和磁化の温度係数とフェライトに印加される直流磁界の温度係数（永久磁石の残留磁束密度の温度係数）とが一致しないことに起因する。
【０００５】
両者の温度係数を一致させるためには、整磁材を用いる方法などが考えられるが、携帯電話等の移動体通信装置に用いられるアイソレータは小型化、低コスト化を求められているため、追加部品を使用することはできない。従って、現状ではアイソレーションの温度依存性は未解決の課題として残されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、新たな部品を追加することなくアイソレーションの温度特性を改善することのできる非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係る非可逆回路素子は、フェライト上に複数の中心電極を互いに絶縁状態で配置した中心電極組立体と、前記フェライトに直流磁界を印加する永久磁石と、前記中心電極のそれぞれに接続された整合用コンデンサと、一つの中心電極の終端に接続され、抵抗値の温度係数が負である抵抗とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る非可逆回路素子においては、抵抗値の温度係数が負である抵抗を使用したため、たとえフェライトの飽和磁化の温度係数と永久磁石の残留磁束密度の温度係数とが一致しない場合であっても、アイソレーションの温度依存性がほぼ解消され、良好な温度特性を有する。即ち、フェライトの飽和磁化の温度係数が永久磁石の残留磁束密度の温度係数よりも小さくてもよく、整磁材の使用を考慮する必要がなくなる。
【０００９】
本発明に係る非可逆回路素子にあっては、前記整合用コンデンサの容量値の温度係数が正であることが好ましく、必要な周波数帯域でのアイソレーションの温度依存性がさらに改善される。
【００１０】
特に好ましい数値は、−３５℃から＋８５℃の範囲において、前記フェライトの飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃以上で−２０００ｐｐｍ／℃未満、前記抵抗の抵抗値の温度係数が−２４００ｐｐｍ／℃以上で０ｐｐｍ／℃未満である。
【００１１】
前記抵抗と整合用コンデンサの少なくとも一つが同一の基板に形成されていてもよく、組立ての作業性が向上する。また、抵抗がケーシングの外部で前記中心電極の一つと接続されるように構成してもよい。サーキュレータに抵抗を外付けすることで所望特性のアイソレータを得ることができる。また、抵抗は温度特性の異なる２以上の抵抗素子から構成してもよい。２以上の抵抗素子を組み合わせることで、得られる温度特性の範囲が広がり、また、単体の抵抗にはない特性を得ることができる。さらに、耐電力の向上を図ることもできる。
【００１２】
また、本発明に係る通信装置は、前述の特徴を有する非可逆回路素子を備え、温度依存性のない好ましい特性を発揮するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態、図１〜７参照）
図１は本発明の第１実施形態である非可逆回路素子１の各構成部品を示し、図２はそれらを組み立てた外観を示す。さらに、図３は内部構成を平面的に示し、図４は内部構成の垂直断面を示し、図５は等価回路を示す。
【００１５】
この非可逆回路素子１は、集中定数型アイソレータとして構成したもので、基本的な構成及び各種部品の特性は、以下に説明する抵抗Ｒ以外は、従来のアイソレータと同じである。即ち、１０は中心電極組立体で、マイクロ波フェライト１１上に３本の中心電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けたものである。１５は樹脂製枠体、１６は永久磁石、Ｒは抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は整合用コンデンサである。以上の各部品は図５に示す回路を構成するようにケース２０に組み付けられる。また、ケース２０には上方からヨーク２５が被せられる。
【００１６】
ケース２０は、樹脂部分２０ａと金属部分２０ｂとからなり、入出力端子２１，２２やグランド端子２３、前記抵抗やコンデンサを接続するための導電体が設けられている。なお、各図において導電体部分には明瞭化のために斜線を付しており、以下の実施形態を示す各図においても同様である。
【００１７】
図５を参照して回路を説明すると、中心電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれの一端側が入出力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３とされ、他端側はグランドに落とされている。整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、ホット側電極がポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれはんだ付けされ、コール側電極がグランド電極にそれぞれはんだ付けされている。
【００１８】
抵抗Ｒは、その一方の端子部が整合用コンデンサＣ３のホット側電極に接続され、他方はグランド電極に接続されている。即ち、整合用コンデンサＣ３と抵抗Ｒとは、中心電極１２ｃのポートＰ３とグランド電極との間に並列に接続されている。
【００１９】
本第１実施形態において、抵抗Ｒは抵抗値の温度係数が−１２００ｐｐｍ／℃であるものが使用されている。抵抗の温度特性は、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）やバイロクロア型ルテニウム酸塩（Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7）等のルテニウム系ペーストに、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｆｅ3Ｏ4、Ｓｂ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＡｇＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、Ｖ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5等の温度特性調整剤を所定量添加することにより、任意の値に設定することが可能である。
【００２０】
また、永久磁石１６は残留磁束密度の温度係数が−１８００ｐｐｍ／℃であり、フェライト１１は飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃であり、これらの数値は従来のアイソレータと同じである。
【００２１】
以上の各数値を有する抵抗Ｒ、フェライト１１及び永久磁石１６を備えたアイソレータ１のアイソレーションの温度特性を図６に示す。この図６と従来例の温度特性を示す図２３とを比較すると、本第１実施形態の特性が低温域から高温域に渡って向上していることが明らかである。
【００２２】
即ち、抵抗Ｒとして抵抗値の温度係数が負のものを使用することにより、たとえフェライト１１の飽和磁化の温度係数と永久磁石１６の残留磁束密度の温度係数とが一致しない場合であっても（換言すれば、フェライト１１の飽和磁化の温度係数が永久磁石１６の残留磁束密度の温度係数よりも小さくても）、アイソレーションの温度依存性がほぼ解消され、良好な温度特性を有することになる。そして、整磁材の使用が不要となり、アイソレータ自体の大型化やコストの上昇を回避することができる。
【００２３】
ところで、フェライト１１の飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃より小さいと、温度による周波数ずれが大きくなりすぎ、−２０００ｐｐｍ／℃以上であると、フェライト１１のΔＨが大きくなり、挿入損失が大きくなりすぎる。従って、フェライト１１の飽和磁化の温度係数は−３５００ｐｐｍ／℃以上で−２０００ｐｐｍ／℃未満が望ましい。
【００２４】
さらに、本第１実施形態において、抵抗Ｒの抵抗値の温度係数を０〜−３０００ｐｐｍ／℃の範囲で変化させてアイソレーションの温度特性を調べた結果を図７に示す。図７からは、フェライト１１の飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃のとき、抵抗Ｒの抵抗値の温度係数は−１２００ｐｐｍ／℃がほぼ最適であり、−２４００ｐｐｍ／℃以下では温度係数が正である従来例と同様に悪くなることが理解できる。
【００２５】
また、フェライト１１の飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃よりも大きい場合には、フェライト１１の飽和磁化とフェライト１１に印加される直流磁界の温度係数の差が小さくなり、抵抗Ｒの抵抗値の温度係数の適値範囲が小さくなる。
【００２６】
以上の点に鑑みると、−３５℃から＋８５℃の範囲において、フェライト１１の飽和磁化の温度係数が−３５００ｐｐｍ／℃以上で−２０００ｐｐｍ／℃未満である場合には、抵抗Ｒの抵抗値の温度係数が−２４００ｐｐｍ／℃以上で０ｐｐｍ／℃未満であることが望ましい。
【００２７】
（第２実施形態、図８参照）
本第２実施形態は、図１〜５に示した前記第１実施形態と同様の構成を有している。抵抗Ｒの抵抗値の温度係数、フェライト１１の飽和磁化の温度係数及び永久磁石１６の残留磁束密度の温度係数は第１実施形態と同様である。但し、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３には容量値の温度係数が正のもの、具体的には５００ｐｐｍ／℃のものを使用した。
【００２８】
本第２実施形態である非可逆回路素子のアイソレーションの温度特性を図８に示す。この図８から明らかなように、第２実施形態の温度特性は、図２３に示した従来のアイソレータの特性、さらに、図６に示した第１実施形態の特性よりも向上している。即ち、抵抗の温度特性をポートインピーダンスの実部の温度特性に合わせ、整合用コンデンサの容量の温度特性をポートインピーダンスの虚部に合わせることにより、第１実施形態よりもアイソレーションの温度特性が向上した。
【００２９】
ちなみに、以下に示す表１に、−３５℃及び＋８５℃の場合における２０００ＭＨｚでのアイソレーションの値を、従来例、第１実施形態及び第２実施形態ごとに示す。この表１からも本第２実施形態の特性が優れていることが明らかである。なお、従来例及び第１実施形態において、整合用コンデンサの容量値の温度係数は共に０ｐｐｍ／℃である。
【００３０】
【表１】
0004348875.tif 000002
【００３１】
（第３実施形態、図９〜１１参照）
図９は本発明の第３実施形態である非可逆回路素子３の各構成部品を示し、図１０は内部構成を平面的に示し、図１１は内部構成の垂直断面を示す。この非可逆回路素子３は基本的には前記第１実施形態と同様の構成を有し、図９〜１１に示す各部品に対しては図１〜５に示した同じ部品の符号が付されている。
【００３２】
この非可逆回路素子３が第１実施形態と異なるのは、抵抗Ｒと整合用コンデンサＣ３を一つの誘電体基板に形成した点にある。そして、抵抗Ｒの抵抗値の温度係数、フェライト１１の飽和磁化の温度係数、永久磁石１６の残留磁束密度の温度係数、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量値の温度係数は、第１実施形態と同様である。
【００３３】
従って、本第３実施形態におけるアイソレーションの温度特性は第１実施形態と同じである。さらに、第３実施形態においては、抵抗ＲとコンデンサＣ３とを一つの基板に形成したため、ケース２０への組み込みが容易になり、作業性が向上する。また、第１実施形態では必要であった、抵抗ＲとコンデンサＣ３との間の仕切り壁２４（図１参照）が不要となり、その分、大きな容量のコンデンサを使用できる。
【００３４】
なお、コンデンサＣ３以外のコンデンサＣ１又はＣ２を抵抗Ｒと一体に形成してもよく、あるいはコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の二つ又は三つを抵抗Ｒと一体に形成してもよい。
【００３５】
（第４実施形態、図１２〜１７参照）
本第４実施形態は、抵抗Ｒをケース２０の外部に、いわゆる外付けしたものであり、非可逆回路素子４はサーキュレータとして構成されている。
【００３６】
図１２にこの非可逆回路素子４を回路基板３０上に実装した状態を示す。回路基板３０上には、グランド電極３１、入出力電極３２，３３、中継電極３４が形成されている。非可逆回路素子４の入出力端子２１，２２は入出力電極３２，３３に接続され、グランド端子２３ａはグランド電極３１に接続されている。さらに、グランド端子２３ｂは中継電極３４及び抵抗Ｒを介してグランド電極３１に接続されている。
【００３７】
この非可逆回路素子（サーキュレータ）４の回路は図１３に示すとおりであり、グランド端子２３ｂに抵抗Ｒが外付け状態で接続されることになる。図１４は非可逆回路素子（サーキュレータ）４の各構成部品を示し、図１５は内部構成を平面的に示し、図１６は内部構成の垂直断面を示す。図１４〜１６に示す各部品に対しては図１〜図５に示した同じ部品の符号が付されている。
【００３８】
内部構成において、ケース２０に抵抗Ｒが挿入されていた箇所には接続導体２６が挿入されている。この導体２６としては、銅、鉄、真鍮、アルミニウム等の板状体を用いることができる。銅板は導電率が高く、安価でもあり、好ましい。
【００３９】
また、接続導体２６としては、図１７に示すように、セラミック基板２６ａの表面に導体皮膜２６ｂを形成したものを用いてもよい。導体皮膜２６ｂには銅、金、銀、ニッケルなど種々の金属材料が使用可能であり、成膜方法は印刷、蒸着など任意である。
【００４０】
本第４実施形態では、サーキュレータに対して抵抗Ｒを外付けすることでアイソレータとして使用することができる。なお、外付けされる抵抗Ｒの特性は前記第１実施形態と同様であり、さらに、フェライト１１や永久磁石１６の特性も第１実施形態と同様である。従って、本第４実施形態におけるアイソレーションの温度特性は第１実施形態と同じである。
【００４１】
（第５実施形態、図１８〜２１参照）
図１８は本発明の第５実施形態である非可逆回路素子５の各構成部品を示し、図１９は内部構成を平面的に示し、図２０は内部構成の垂直断面を示す。この非可逆回路素子５は基本的には前記第１実施形態と同様の構成を有し、図１８〜２０に示す各部品に対しては図１〜５に示した同じ部品の符号が付されている。
【００４２】
この非可逆回路素子５が第１実施形態と異なるのは、温度特性の異なる２種類の抵抗Ｒ１，Ｒ２を並列接続した点にある。２種類の抵抗Ｒ１，Ｒ２を組み合わせることで所望の温度特性に調整することができ、単体の抵抗では得ることのできない特性とすることも可能である。また、並列接続することで、サイズを大きくすることなく耐電力の向上を図ることができる。
【００４３】
前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の温度特性は、共に負の温度係数である必要はなく、並列接続した状態で負の温度係数を示せばよい。また、直列に接続してもよい。さらに、図２１に示すように、セラミック基板２７の表裏面に抵抗皮膜Ｒ１，Ｒ２を成膜し、該抵抗被膜Ｒ１，Ｒ２を導体皮膜２８で電気的に接続したものであってもよい。
【００４４】
なお、フェライト１１の飽和磁化の温度係数、永久磁石１６の残留磁束密度の温度係数、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量値の温度係数は、第１実施形態と同様であっても、異なっていてもよい。
【００４５】
（通信装置、図２２参照）
次に、本発明に係る通信装置の一実施形態として携帯電話を例にして説明する。図２２は携帯電話のＲＦ部分の電気回路１２０を示し、１２２はアンテナ素子、１２３はデュプレクサ、１３１は送信側アイソレータ、１３２は送信側増幅器、１３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、１３４は送信側ミキサ、１３５は受信側増幅器、１３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、１３７は受信側ミキサ、１３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１３９はローカル用帯域通過フィルタである。
【００４６】
ここに、送信側アイソレータ１３１として、前記第１〜５実施形態として示した非可逆回路素子（集中定数型アイソレータ）を使用することができる。これらの非可逆回路素子を実装することにより、電気特性の優れた携帯電話を実現することができる。
【００４７】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００４８】
特に、非可逆回路素子を構成する中心電極組立体や永久磁石、ケース等の各種部品は任意の形状、構成のものを使用することができる。また、各実施形態で示した特性の数値はあくまで一例であり、本発明の目的を達成可能な範囲で種々の数値を採用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、抵抗値の温度係数が負である抵抗を使用したため、たとえフェライトの飽和磁化の温度係数と永久磁石の残留磁束密度の温度係数とが一致しない場合であっても、アイソレーションの温度依存性がほぼ解消され、良好な温度特性を得ることができ、整磁材を使用する必要がなくなる。
【００５０】
抵抗と整合用コンデンサの少なくとも一つを同一の基板に形成すれば、組立ての作業性が向上する。また、抵抗をケーシングの外部で前記中心電極の一つと接続されるように外付け式とすれば、サーキュレータを用いて所望特性のアイソレータを得ることができる。また、温度特性の異なる２以上の抵抗素子で抵抗を構成すれば、得られる温度特性の範囲が広がり、単体の抵抗にはない特性を得ることができ、さらに、耐電力の向上を図ることもできる。
【００５１】
また、以上の利点を備えた非可逆回路素子を用いることによって、温度依存性の小さな優れたアイソレーション特性を備えた通信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である非可逆回路素子を示す分解斜視図。
【図２】第１実施形態である非可逆回路素子の外観を示す斜視図。
【図３】第１実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す平面図。
【図４】第１実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す立面図。
【図５】第１実施形態である非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図６】第１実施形態である非可逆回路素子のアイソレーションの温度特性を示すグラフ。
【図７】第１実施形態である非可逆回路素子の抵抗の特性を変化させた場合のアイソレーションの温度特性を示すグラフ。
【図８】第２実施形態である非可逆回路素子のアイソレーションの温度特性を示すグラフ。
【図９】本発明の第３実施形態である非可逆回路素子を示す分解斜視図。
【図１０】第３実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す平面図。
【図１１】第３実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す立面図。
【図１２】本発明の第４実施形態である非可逆回路素子を基板上に実装した状態を示す平面図。
【図１３】第４実施形態である非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図１４】第４実施形態である非可逆回路素子を示す分解斜視図。
【図１５】第４実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す平面図。
【図１６】第４実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す立面図。
【図１７】第４実施形態である非可逆回路素子で使用される接続導体の一例を示す断面図。
【図１８】本発明の第５実施形態である非可逆回路素子を示す分解斜視図。
【図１９】第５実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す平面図。
【図２０】第５実施形態である非可逆回路素子の内部構成を示す立面図。
【図２１】第５実施形態である非可逆回路素子で使用される抵抗の一例を示す断面図。
【図２２】本発明に係る通信装置（携帯電話）の電気回路を示すブロック図。
【図２３】従来の非可逆回路素子のアイソレーションの温度特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１，３，４，５…非可逆回路素子
１０…中心電極組立体
１１…フェライト
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…中心電極
１６…永久磁石
Ｒ…抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…整合用コンデンサ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…入出力ポート
１２０…携帯電話の電気回路
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004348875.tif 000021
【図２０】
0004348875.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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