(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁された状態で交差する複数の中心導体と、該複数の中心導体に近接して設けられた磁性体と、該複数の中心導体の一端に共通に接続されたグランド導体とを備えており、入出力端とグランドとの間にそれぞれ入出力容量が形成されている非可逆回路素子であって、前記グランド導体と前記グランドとの間に同相励振固有値のみを調整する容量であって、その容量値をＣＳ［ｐＦ］、当該非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐＦ］とした場合に、ＣＳ×Ｃ≦１５００を満たす容量を設けたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記中心導体は、前記磁性体上に折り重ねて配置したストリップラインである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】
前記中心導体は、前記磁性体内に一体的に形成された導体である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】
前記容量は、電極間の誘電体材料として樹脂材料を用いた容量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記容量は、電極間の誘電体材料としてセラミックスを用いた容量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
前記容量は、前記磁性体と一体的に形成された容量であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項７】
前記容量は、該容量の容量値をＣＳ［ｐＦ］、当該非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐＦ］とした場合に、ＣＳ×Ｃ≦９００を満たす容量であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域等で用いられる無線機器、例えば携帯電話のごとき移動体無線機器等に使用される非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の移動体通信機器の小型化に伴い、これら通信機器に使用されるアイソレータ、サーキュレータ等の非可逆回路素子の小型化への要求がますます強くなってきている。
【０００３】
従来の集中定数型サーキュレータは、図１の分解斜視図に示すごとき基本構造を有しており、平面形状が円形の組立式の磁気回転子を備えていた。
【０００４】
同図において、１００はガラス・エポキシ樹脂等からなる円形の非磁性体基板であり、この非磁性体基板１００の上下面には中心導体１０１及び１０２が形成されている。中心導体１０１及び１０２は、非磁性体基板１００を貫通するビアホール１０３で互いに接続されている。中心導体１０１及び１０２を形成したこの非磁性体基板１００を両側から挟むように、円形の磁性体部材１０４及び１０５を積み重ねて接着した構造で組立式に取り付けられており、中心導体１０１及び１０２に印加される高周波電力によってこれら磁性体部材１０４及び１０５内に高周波磁束が生じるように構成されている。
【０００５】
サーキュレータ全体としては、図２の分解斜視図に示すように、中心導体１０１（１０２）を形成したこの非磁性体基板１００の両側に、磁性体部材１０４及び１０５、グランド電極１０６及び１０７、励磁用永久磁石１０８及び１０９、並びに上下に分割されており励磁用永久磁石１０８及び１０９からの磁束用磁路を構成する分割式の金属製ハウジング１１０及び１１１をこの順序でそれぞれ積み重ねて組み立て固定することによって形成される。
【０００６】
図示されていない入出力端子を介して中心導体１０１及び１０２に高周波電力を与えると、磁性体部材１０４及び１０５内に中心導体１０１及び１０２の回りを回転する高周波磁束が発生する。この高周波磁束と直交する直流磁界を永久磁石１０８及び１０９から印加すると、磁性体部材１０４及び１０５は、図３に示すように、高周波磁束の回転方向に応じて異なる透磁率μ+ 及びμ- を示すこととなる。サーキュレータは、高周波信号の伝播速度がこのような透磁率の違いによって回転方向によって異なり、その結果、磁気回転子内の打ち消し効果で特定の端子への信号の伝播を止め得ることを利用しているのである。
【０００７】
非伝播端子は、透磁率μ+ 及びμ- の性質から、駆動端子に対する角度関係で設定される。例えば、ある回転方向に沿って端子Ａ、Ｂ及びＣがこの順序で配置されているとすると、駆動端子Ａに対する非伝播端子が端子Ｂである場合に、駆動端子Ｂに対する非伝播端子は端子Ｃとなる。アイソレータは、このようにして構成されたサーキュレータの一端子を終端して構成される。終端するには、整合する抵抗を接続すれば良く、従来は、チップ抵抗又は共振容量を形成するための基板上に設けた厚膜抵抗で形成されている。非可逆回路素子を構成する部品の中で、永久磁石の占める割合は大きく、この永久磁石の占める容積が非可逆回路素子を小型化する上で問題となっている。
【０００８】
また、従来の集中常数型サーキュレータは、図４に示す等価回路の構造が用いられてきた。この場合、サーキュレータの各インダクタの一端４００（外部導体）は、グランドに直接接続されていた。
【０００９】
サーキュレータを広帯域化するための手法として、図５の等価回路に示すような同相励振固有値を調整するための直列共振回路５０１をサーキュレータの各インダクタの一端を共通に接続した共通接続点５００（外部導体）とグランドとの間に付加することが公知である。
【００１０】
一般に、サーキュレータの成立条件として、同相励振、正相励振及び逆相励振の各アドミッタンスが、互いに１２０度の関係を保つことが必要である。通常、周波数の変化と共に正相励振及び逆相励振のアドミッタンスは変化するが、同相励振のアドミッタンスは変化しない。このため、周波数が大きく変化すると各アドミッタンスが１２０度の関係を保てなくなり、サーキュレータとして動作できなくなる。これが、サーキュレータの動作周波数帯域が制限される理由である。それ故、同相励振にのみ寄与する直列共振回路を付加すれば、アドミッタンスが互いに１２０度の角度を長く維持することができ、サーキュレータの動作周波数を広帯域化できるのである。しかしながら、ＬＣの直列共振回路を付加することは、部品点数を増加させることになり、これは近年の小型化の要求に対して反するものとなっている。特に、小型、高性能のインダクタを構成することは非常に困難なことであった。
【００１１】
特公昭４９−２８２１９号公報には、中心導体の一端と地導体との間に容量を形成することが提案されている。この場合の等価回路は、図６のように、３つの中心導体の一端にそれぞれ容量６０１、６０２及び６０３が接続された構成になると考えられる。これら容量は、同相励振固有値だけではなく、正相励振及び逆相励振の固有値にも共に影響を与えることになる。このため、図４の従来技術の場合と同様に、周波数が大きく変化すると各アドミッタンスが１２０度の関係を保てなくなり、サーキュレータとして動作できなくなるので、動作周波数帯域が制限されることとなる。
【００１２】
非可逆回路素子の温度特性について説明する。サーキュレータ等の非可逆回路素子の温度特性に影響を与える要因としては、種々のものが考えられるが、支配的な要因としては、磁気回転子に使用されるＹＩＧ等の磁性体の飽和磁化の温度特性や、バイアス磁界を与えるための永久磁石の温度特性が考えられる。一般に、ＹＩＧ等の磁性体の温度特性変化は、バイアス磁界の温度特性変化より大きい。このため、温度が高くなるほどサーキュレータの動作周波数が増加してしまい、実質的に使用可能周波数帯域を狭めている。このため、ＹＩＧにガドリニウムを置換しＹＩＧの飽和磁化の温度特性を改善することが一般に行われている。しかしながら、ガドリニウムを置換すると、ＹＩＧの損失が増加し、サーキュレータの挿入損失の増加を招くという欠点がある。また、このような方法は、温度特性を完全に調整できるものではなかった。
【００１３】
以上述べたように、移動体通信機器の小型化に伴って非可逆回路素子の小型化、軽量化及び低背化の要求がますます強くなっている。この要求に応えるには、非可逆回路素子を構成する部品の中でも、永久磁石を小型化することが重要となる。また、非可逆回路素子の小型化を行うと、動作周波数が上がってしまい所望の動作収斂が得られないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、非可逆回路素子の動作磁界を下げて永久磁石を小型化すると共に動作周波数を下げることができ、これによって小型化、軽量化及び低背化を図ることのできる非可逆回路素子を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、使用する材料を変更せずに、しかも挿入損失の悪化を招くこと無しに任意に温度特性を調整することができる非可逆回路素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、互いに絶縁された状態で交差する複数の中心導体と、該複数の中心導体に近接して設けられた磁性体と、該複数の中心導体の一端に共通に接続されたグランド導体とを備えており、入出力端とグランドとの間にそれぞれ入出力容量が形成されている非可逆回路素子であって、前記グランド導体と前記グランドとの間に同相励振固有値のみを調整する容量であって、その容量値をＣＳ［ｐＦ］、当該非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐＦ］とした場合に、ＣＳ×Ｃ≦１５００を満たす容量を設けた非可逆回路素子が提供される。
【００１８】
中心導体の一端に共通に接続されたグランド導体とグランドとの間に同相励振固有値のみを調整する容量を設けたので、動作周波数及び印加磁界を同時に下げることができる。動作周波数が下がればより小型の磁気回転子を使用することが可能となり、非可逆回路素子の小型化が可能となる。また、印加磁界が下がればより小型の永久磁石を使用することが可能となり、非可逆回路素子のさらなる小型化が可能となる。しかも、容量のみを追加するのみでよいため、その意味からも非可逆回路素子の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、この付加容量の容量値を選ぶことにより、単位磁界当りの周波数変化量ｄＦ／ｄＨの値を任意に変化させることができる。ｄＦ／ｄＨが増加すれば、バイアス磁界の温度特性の影響が非可逆回路素子の温度特性により強く寄与することとなり、バイアス磁界の温度特性が見かけ上大きくなったような効果を得ることができ、その結果、非可逆回路素子の温度特性が改善される。容量の容量値によりｄＦ／ｄＨが任意に変化させられるため、非可逆回路素子の温度特性も任意に調整できることとなり、ほとんど温度特性のない非可逆回路素子を実現できることになる。
【００２０】
上述の容量値ＣＳは、ＣＳ×Ｃ≦９００を満たす容量であることが好ましい。
【００２１】
本発明の一実施態様においては、上述の中心導体は、磁性体上に折り重ねて配置したストリップラインである。この場合、付加する容量は、電極間の誘電体材料として樹脂材料又はセラミックスを用いた容量であることが好ましい。
【００２２】
本発明の他の実施態様においては、上述の中心導体は、磁性体内に一体的に形成された導体である。この場合、付加する容量は、電極間の誘電体材料としてセラミックス又は樹脂材料を用いた容量であることが好ましい。本発明のさらに他の実施態様においては、この付加する容量は、磁性体と一体的に形成された容量である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非可逆回路素子の実施形態として、集中定数型アイソレータの一例を説明する。なお、この実施形態は、集中定数型アイソレータの場合であるが、本発明は、分布定数型アイソレータ、集中定数型サーキュレータ及び分布定数型サーキュレータにも適用することができる。
【００２５】
図７は本発明の非可逆回路素子の一実施形態である集中定数型アイソレータにおける全体構成及び組み立て順序を概略的に示す分解斜視図であり、図８は図７の実施形態における中心導体及びグランド導体部分の折り重ね前の展開した状態を示す平面図であり、図９は図７の実施形態における中心導体をフェライトコアに折り重ねて構成される組立体を示す平面図、図１０は図７の実施形態における集中定数型アイソレータを組み立てた後の構成を示す斜視図である。
【００２６】
これらの図において、７００はグランド導体（シールド板）、７０１ａ、７０１ｂ及び７０１ｃは３つの中心導体を構成するストリップライン、７０２はＹＩＧによる円板状のフェライトコアをそれぞれ示している。
【００２７】
このグランド導体７００とストリップライン７０１ａ、７０１ｂ及び７０１ｃとは、図８に示すように、銅箔の打ち抜き加工によってグランド導体７００から３つのストリップライン７０１ａ、７０１ｂ及び７０１ｃを放射方向に突出伸長させて形成される。ストリップライン７０１ａ及び７０１ｂは先端部が入出力端となり、ストリップライン７０１ｃは先端部が終端するように構成されている。なお、グランド導体７００は、図７及び図９に示すごとく、この上に載置する円板状フェライトコア７０２とほぼ同じ寸法の円板形状となっている。
【００２８】
グランド導体７００上に円板状フェライトコア７０２を載置後、円板状フェライトコア７０２の外周縁に沿って、入出力端を持つストリップライン７０１ａ及び７０１ｂのうちの一方を折り曲げ、次に他方を折り曲げ、最後に終端抵抗接続端を持つストリップライン７０１ｃを折り曲げる。これにより、図７及び図９に示すように、円板状フェライトコア７０２の上面に３つのストリップライン７０１ａ、７０１ｂ及び７０１ｃを折り重ねて交差させ、３つの中心導体としてのストリップライン及び円板状フェライトコアの組立体７０３が形成される。
【００２９】
図示されていないが、各ストリップライン７０１ａ、７０２ｂ及び７０１ｃを円板状フェライトコア７０２に折り重ねる際に、ストリップライン７０１ａ、７０２ｂ及び７０１ｃ相互間の絶縁をとるために、ポリイミド系の絶縁シートが互いの間に挟み込まれている。
【００３０】
図７及び図１０から理解できるように、集中定数型アイソレータは、組立体７０３の他に、終端抵抗や所要の静電容量が形成されている内部基板７０４と、方形枠状の樹脂ケース７０５と、フェライトコア７０２の厚み方向に直流磁界を印加する永久磁石７０６と、樹脂ケース７０５の上下に一体化される軟磁性体ヨークとしての上カバー７０７及び下カバー７０８と、面装着用の端子基板７０９と、本発明の同相励振固有値のみを調整する付加容量（容量値Ｃs ）を形成するための絶縁シート７１０とを備えている。
【００３１】
誘電体絶縁シート７１０は組立体７０３と下カバー７０８との間に挟み込まれ、組立体７０３のグランド導体７００と下カバー７０８とを容量電極として、容量値Ｃs の付加容量を形成している。絶縁シート７１０を構成する誘電体としては、例えば樹脂材料が用いられるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
内部基板７０４は、組立体７０３を内部に取り付けるための抜き穴７１１を誘電体材料によるこの基板７０４の中央部に有している。基板７０４の上面には、ストリップライン７０１ａ、７０２ｂ及び７０１ｃの先端部が載置され接続される所定形状の容量電極７０４ａ、７０４ｂ及び７０４ｃが形成されている。さらに、この上面には、ストリップライン７０１ｃの先端部が接続される容量電極７０４ｃとグランド電極７０４ｄとの間に、酸化ルテニウム等による終端抵抗７１２が厚膜印刷によって形成されている。図示されていないが、基板１０４の下面には、容量電極７０４ａ、７０４ｂ及び７０４ｃとの間で所要の入出力容量を形成するグランド電極に形成されている。このグランド電極は直接的にグランドされている。
【００３３】
組立体７０３は、基板７０４の穴７１１に嵌め込まれ、その基板７０４上の容量電極７０４ａ、７０４ｂ及び７０４ｃに、ストリップライン７０１ａ、７０２ｂ及び７０１ｃの先端部がハンダ付けでそれぞれ接続される。
【００３４】
鉄等の軟磁性金属による下カバー７０８上に絶縁シート７１０を挟んで組立体７０３を取り付けた内部基板７０４が載置される。
【００３５】
方形枠状の樹脂ケース７０５は、先端部が入出力端となる２つのストリップライン７０１ａ及び７０１ｂのそれら先端部に対応する位置に２つの接続電極７０５ａ及び７０５ｂを有すると共に、終端抵抗７１２の一端をグランドに落すためにグランド電極７０４ｄに対応する位置にグランド接続電極７０５ｄを有している。この樹脂ケース７０５の下側には、組立体７０３を取り付けた下カバー７０８が組み付けられ、接続電極７０５ａ及び７０５ｂのケース内側端部に、ストリップライン７０１ａ及び７０１ｂの先端部並びに容量電極７０４ａ及び７０４ｂがハンダ付けでそれぞれ接続され、グランド接続電極７０５ｄのケース内側端部にグランド電極７０４ｄがハンダ付けで接続される。
【００３６】
鉄等の軟磁性金属による上カバー７０７の内側には、永久磁石７０６が固定されている。この永久磁石７０６を内蔵する上カバー７０７が樹脂ケース７０５の上側に組み付けられ、上カバー７０７及び下カバー７０８が相互にかしめられて一体化されている。その結果、上カバー７０７及び下カバー７０８で構成される磁気ヨークの内側に、永久磁石７０６とストリップライン７０１ａ、７０２ｂ及び７０１ｃを上側に設けたフェライトコア７０２とが配置されることとなり、これらは磁気ヨークによって囲まれている。
【００３７】
端子基板７０９は、入出力端を持つ２つのストリップライン７０１ａ及び７０１ｂの先端部に対応する位置に２つの外部回路接続用面装着端子電極７０９ａ及び７０９ｂをその下面に有すると共に、グランド電極７０９ｄをその下面に有する。さらに、その上面に、図示されていないビアホールを介して外部回路接続用面装着端子電極７０９ａ及び７０９ｂに接続される電極７０９ａ′及び７０９ｂ′と、図示されていないビアホールを介してグランド電極７０９ｄに接続される電極７０９ｄ′とを有している。この端子基板７０９は、下カバー７０８の下面に装着され、樹脂ケース７０５の接続電極７０５ａ及び７０５ｂのケース外側端部が電極７０９ａ′及び７０９ｂ′にそれぞれハンダ付けで接続され、下カバー７０８の下面が電極７０９ｄ′にハンダ付けで接続される。
【００３８】
このようにして、入出力端となる２つのストリップライン７０１ａ及び７０１ｂの先端部が、端子基板７０９の外部回路接続用面装着端子電極７０９ａ及び７０９ｂに引き出され、ストリップライン７０１ｃの先端部が終端抵抗７１２を介してグランド電極７０９ｄに接続されて終端された集中定数型アイソレータが組み立てられる。
【００３９】
本実施形態のごとき構造を有する集中定数型アイソレータについて、Ｃs ×Ｃの値を変化させたサンプルを実際に作成した。このとき、円板形状のフェライトコア７０６の寸法は、直径３．５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍとした。アイソレーションの中心周波数、バイアス磁界の相対強度、及び温度を−２５℃から＋８５℃まで変化させたときのアイソレーションの中心周波数の変化量をそれぞれ測定した。その測定結果を表１に示す。比較のために付加容量（容量値Ｃs ）を設けないアイソレータを作成し、同様に測定した。
【００４０】
【表１】
0003807071.tif 000002
【００４１】
また、円板形状のフェライトコア７０６の寸法を直径２．５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍとして同様の実験をした。その測定結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
0003807071.tif 000003
【００４３】
これら表１及び表２から明らかのように、付加容量（容量値Ｃs ）を追加することによって、アイソレーションの中心周波数が低下し、かつバイアス印加磁界が低下することが分かる。しかも温度特性も改善されている。
【００４４】
以上述べた実施形態をも含む本発明の非可逆回路素子のアイソレーション特性、温度特性等について、シミュレーションによる計算結果をも参照し、以下詳細に説明する。
【００４５】
一般に、３端子の非可逆回路素子に対する同相励振のアドミッタンスｙ1 、正相励振のアドミッタンスｙ2 、及び逆相励振のアドミッタンスｙ3 は、
【数１】
0003807071.tif 000004
のように表わすことができる。ここで、Ｃは並列共振容量、Ｌ1 は同相励振のインダクタンス、Ｌ2 は正相励振のインダクタンス、Ｌ 3は逆相励振のインダクタンスを表わしている。
【００４６】
この式より、Ｃ、Ｌ1 、Ｌ2 及びＬ3 を実測すれば、ｙ1 、ｙ2 及びｙ3 から次式によりアイソレーション特性を計算することができる。
【数２】
0003807071.tif 000005
ただし、ｙ0 は回路の固有アドミッタンス、ｓは散乱行列固有値、Ｓ31はアイソレーションをそれぞれ表わしている。
【００４７】
図４の等価回路で表わされる従来のサーキュレータに対し、本実施形態による非可逆回路素子（サーキュレータ）の等価回路が図１１に示されている。両図を比較すれば明らかのように、本実施形態では、３つのインダクタを構成する中心導体の一端が結線された後に、グランドとの間に同相励振固有値を調整するための容量値がＣs である容量１１００が付加されている。この場合、容量値Ｃs は、同相励振のアドミッタンスのみに作用し、
【数３】
0003807071.tif 000006
となる。容量１１００の容量値Ｃs を変えた場合のアイソレーション特性を計算した結果が、図１２に示されている。同図は、実測したＣ、Ｌ1 、Ｌ2 及びＬ3 よりアイソレーション特性を計算したものであり、Ｃs ×Ｃ＝３０、３００、３０００［ｐＦ2 ］の各場合と容量１１００を付加しない場合とを示している。
【００４８】
図１２から明らかなように、この位置に容量１１００を付加することによって、アイソレーションの中心周波数が低下していることが分かる。しかしながら、この図１２の場合、磁界が一定であるとしてアイソレーションを計算しているため、アイソレーションの最大値は、容量値が小さいほど低下する。
【００４９】
このため、アイソレーションの最大値が一番大きくなるように印加磁界を下げて計算した結果を図１３に示す。図１３から明らかなように、印加磁界を低下させることによって、アイソレーションの中心周波数はさらに低下する。
【００５０】
図１４は、Ｃs ×Ｃとアイソレーションの中心周波数との関係を示しており、図１５は、Ｃs ×Ｃと印加磁界との関係を示している。ただし、これらの図１４及び図１５は、本実施形態と後述する図２２の実施形態における特性をも合わせて示している。これらの図から明らかなように、容量値Ｃs の容量１１００を付加することにより、サーキュレータの動作周波数及び印加磁界を同時に下げられることが分かる。動作周波数を低下させる効果は、図１４より、Ｃs ×Ｃ≦１５００［ｐＦ2 ］の場合に顕著となることが分かる。従って、好ましいＣs ×Ｃの範囲は、１５００［ｐＦ2 ］以下となる。また、印加磁界を低下させる効果は、図１５より、Ｃs ×Ｃ≦９００［ｐＦ2 ］の場合に顕著となることが分かる。従って、より好ましいＣs ×Ｃの範囲は、９００［ｐＦ2 ］以下となる。
【００５１】
一般に、磁気回転子の大きさは動作周波数に逆比例する。つまり、動作周波数が低下すれば、より小型の磁気回転子を使用することが可能となり、サーキュレータ全体の小型化が可能となる。また、印加磁界が下がれば、より小型の永久磁石を使用することが可能となり、サーキュレータのさらなる小型化が可能となるのである。
【００５２】
図１６は、印加磁界を種々変化させると共にＣs ×Ｃを変化させて周波数変化量を計算した結果として、Ｃs ×Ｃと単位磁界当りの周波数変化量ｄＦ／ｄＨとの関係を示している。同図から明らかなように、容量値Ｃs の容量１１００を付加すると、付加しない場合よりｄＦ／ｄＨが増加する。しかも、容量値Ｃs が小さい方が、印加磁界の変化に対して周波数の変化が大きいことが分かる。また、Ｃs の値を適切に選ぶことにより、ｄＦ／ｄＨの値を任意に変化させることができる。
【００５３】
サーキュレータ等の非可逆回路素子の温度特性に影響を与える要因としては、種々のもの考えられるが、支配的な要因としては、磁気回転子に使用されるＹＩＧ等の磁性体の飽和磁化の温度特性、及びバイアス磁界を与えるための永久磁石の温度特性が考えられる。通常は、ＹＩＧ等の磁性体の温度特性がバイアス磁界の温度特性よりも大きいため、温度が高くなるほどサーキュレータの動作周波数が増加してしまい、実質的に使用可能周波数帯域を狭めているのである。
【００５４】
本発明のように容量値Ｃs の容量１１００を付加することによってｄＦ／ｄＨが増加するということは、バイアス磁界の温度特性の影響がより強くサーキュレータの温度特性に寄与していることを意味している。即ち、見かけ上バイアス磁界の温度特性が大きくなったような効果が現われるので、サーキュレータの温度特性が改善されるのである。容量値Ｃs を選択することにより、ｄＦ／ｄＨが任意に変化させられるため、サーキュレータの温度特性も任意に調整できることになる。また、Ｃs の値を適当に選ぶことにより、ほとんど温度特性のないサーキュレータを実現できることにもなる。
【００５５】
図１７は、容量値Ｃs ＝１ｐＦの容量１１００を付加し、印加磁界を変化させた場合の特性を示している。比較のために容量１１００を付加しない場合の特性を図１８に示す。これらの図１７及び図１８から、容量１１００を付加した場合は、印加磁界を変化させてもアイソレーションの最大値の劣化が比較的小さいことが分かる。このため、アイソレーションの帯域幅の劣化も押さえることができ、さらにサーキュレータの温度特性を改善することができるのである。
【００５６】
図１９は本発明の非可逆回路素子の他の実施形態である集中定数型アイソレータにおける磁気回転子の部分の構成を概略的に示す斜視図であり、図２０は図１９のＡ−Ａ線断面図、図２１は図１９の実施形態における全体構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、この実施形態は、集中定数型アイソレータの場合であるが、本発明は、分布定数型アイソレータ、集中定数型サーキュレータ及び分布定数型サーキュレータにも適用することができる。
【００５７】
これらの図において、１９００は３回対称のパターンを有する中心導体（内部導体）１９０１と磁性体とを一体的に焼成して形成された磁気回転子、１９０２は磁気回転子１９００の一方の面全体及び側面の一部に形成されたグランド導体、１９０３ａ、１９０３ｂ及び１９０３ｃは磁気回転子１９００の側面に形成され、各中心導体１９０１の一端に接続されている端子電極、１９０４は内部基板、１９０５は励磁用永久磁石、１９０６は鉄等の軟磁性金属によるヨーク、１９０７はグランド導体１９０２の下面に形成されており、本発明の同相励振固有値のみを調整する付加容量（容量値Ｃs ）を形成するための誘電体層をそれぞれ示している。
【００５８】
誘電体層１９０７はグランド導体１９０２とその下に位置するヨーク１９０６の一面との間に挟み込まれ、磁気回転子１９００のグランド導体１９０２とヨーク１９０６の一面とを容量電極として、容量値Ｃs の付加容量を形成している。誘電体層１９０７を構成する誘電体材料としては、例えばセラミックスが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００５９】
内部基板１９０４は、磁気回転子１９００を内部に取り付けるための抜き穴１９０８を誘電体材料によるこの基板１９０４の中央部に有している。基板１９０４の上面には、磁気回転子１９００の端子電極１９０３ａ、１９０３ｂ及び１９０３ｃが接続される所定パターンの容量電極１９０４ａ、１９０４ｂ及び１９０４ｃが形成されている。さらに、この上面には、端子電極１９０３ｃが接続される容量電極１９０４ｃとグランド電極１９０４ｄとの間に、酸化ルテニウム等による終端抵抗１９０９が厚膜印刷によって形成されている。図示されていないが、基板１９０４の下面には全面にグランド電極が形成されており、容量電極１９０４ａ、１９０４ｂ及び１９０４ｃとの間で所要の静電容量が形成される。容量電極１９０４ａ及び１９０４ｂは入力端子及び出力端子をもそれぞれ構成しており、グランド電極１９０４ｄはグランド端子をも構成している。
【００６０】
磁気回転子１９００の形成方法について以下説明する。酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）と酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）をモル比で３：５の割合で混合し、混合粉を１２００℃で仮焼する。これによって得られた仮焼粉をボールミルにて粉砕したのち、有機バインダー及び溶剤を添加し、磁性体スラリーを作製する。得られた磁性体スラリーをドクターブレード法にて、グリーンシートに成形する。成形したグリーンシートにビアホール用の穴をパンチングマシーンで形成し、その後グリーンシートに厚膜印刷法で中心導体１９０１のパターンを形成する。このとき、ビアホールの充填も同時に行う。導体材料としては、例えば銀ペーストが使用される。
【００６１】
このように加工したグリーンシートを熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの形状に切断し、１４８０℃で焼成する。次いで、この焼成体の一方の面全面にグランド導体１９０２を銀ペーストを焼き付けることによって形成する。さらに、焼成体側面に、端子電極１９０３ａ、１９０３ｂ及び１９０３ｃとグランド導体１９０２及び中心導体の電極引き出し部分をつなぐ電極とを、銀ペーストを焼き付けることにより形成する。これにより、磁気回転子１９００が得られる。
【００６２】
次いで、磁気回転子１９００の全面グランド導体１９０２の面上に、セラミックスペーストを印刷し、焼成することにより誘電体層１９０７が形成される。
【００６３】
この磁気回転子１９００に、内部基板１９０４、永久磁石１９０５及び上下のヨーク１９０６を図２１のように組み立てることにより、集中定数型アイソレータが形成される。
【００６４】
セラミック材料で形成された誘電体層１９０７を挟むグランド導体１９０２とヨーク１９０６の一面とにより容量値Ｃs の付加容量が形成され、Ｃs ×Ｃの値は５０［ｐＦ2 ］である。アイソレーションの中心周波数、バイアス磁界の相対強度、及び温度を−２５℃から＋８５℃まで変化させたときのアイソレーションの中心周波数の変化量をそれぞれ測定した。その測定結果を表３に示す。比較のために付加容量（容量値Ｃs ）を設けないアイソレータを作成し、同様に測定した。
【００６５】
【表３】
0003807071.tif 000007
【００６６】
本実施形態においても、前述した実施形態の場合と同様に、付加容量（容量値Ｃs ）を追加することによって、アイソレーションの中心周波数が低下し、かつバイアス印加磁界が低下している。しかも温度特性も改善されている。
【００６７】
図２２は本発明の非可逆回路素子のさらに他の実施形態である集中定数型アイソレータの全体構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、この実施形態は、集中定数型アイソレータの場合であるが、本発明は、分布定数型アイソレータ、集中定数型サーキュレータ及び分布定数型サーキュレータにも適用することができる。
【００６８】
同図において、２２００は３回対称のパターンを有する中心導体（内部導体）と磁性体とを一体的に焼成して形成された磁気回転子、２２０２は磁気回転子２２００の一方の面全体及び側面の一部に形成されたグランド導体、２２０３ａ、２２０３ｂ及び２２０３ｃは磁気回転子２２００の側面に形成され、各中心導体の一端に接続されている端子電極、２２０４は内部基板、２２０５は励磁用永久磁石、２２０６は鉄等の軟磁性金属によるヨーク、２２０７は本発明の同相励振固有値のみを調整する付加容量（容量値Ｃs ）を形成するための誘電体層、２２１０は磁気回転子２２００の下面に形成されたグランド導体２２０２と内部基板２２０４の下面に形成された図示されていないグランド電極とに接続されるようにこれらグランド導体２２０２及びグランド電極の下に挿入されたグランド導体をそれぞれ示している。
【００６９】
誘電体層２２０７はグランド導体２２１０とその下に位置するヨーク２２０６の一面との間に挟み込まれ、このグランド導体２２１０とヨーク２２０６の一面とを容量電極として、容量値Ｃs の付加容量を形成している。誘電体層２２０７を構成する誘電体材料としては、例えばセラミックスが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００７０】
内部基板２２０４は、磁気回転子２２００を内部に取り付けるための抜き穴２２０８を誘電体材料によるこの基板２２０４の中央部に有している。基板２２０４の上面には、磁気回転子２２００の端子電極２２０３ａ、２２０３ｂ及び２２０３ｃが接続される所定パターンの容量電極２２０４ａ、２２０４ｂ及び２２０４ｃが形成されている。さらに、この上面には、端子電極２２０３ｃが接続される容量電極２２０４ｃとグランド電極２２０４ｄとの間に、酸化ルテニウム等による終端抵抗２２０９が厚膜印刷によって形成されている。図示されていないが、基板２２０４の下面には全面にグランド電極が形成されており、容量電極２２０４ａ、２２０４ｂ及び２２０４ｃとの間で所要の入出力容量が形成される。容量電極２２０４ａ及び２２０４ｂは入力端子及び出力端子をもそれぞれ構成しており、グランド電極２２０４ｄはグランド端子をも構成している。
【００７１】
磁気回転子２２００の形成方法について以下説明する。酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）と酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）をモル比で３：５の割合で混合し、混合粉を１２００℃で仮焼する。これによって得られた仮焼粉をボールミルにて粉砕したのち、有機バインダー及び溶剤を添加し、磁性体スラリーを作製する。得られた磁性体スラリーをドクターブレード法にて、グリーンシートに成形する。成形したグリーンシートにビアホール用の穴をパンチングマシーンで形成し、その後グリーンシートに厚膜印刷法で中心導体のパターンを形成する。このとき、ビアホールの充填も同時に行う。導体材料としては、例えば銀ペーストが使用される。
【００７２】
このように加工したグリーンシートを熱圧着し、積層体を得る。その後、所定の大きさの形状に切断し、１４８０℃で焼成する。次いで、この焼成体の一方の面全面にグランド導体を銀ペーストを焼き付けることによって形成する。さらに、焼成体側面に、端子電極２２０３ａ、２２０３ｂ及び２２０３ｃと全面グランド導体及び中心導体の電極引き出し部分をつなぐグランド導体２２０２とを、銀ペーストを焼き付けることにより形成する。これにより、磁気回転子２２００が得られる。
【００７３】
この磁気回転子２２００を、内部基板２２０４に取り付け、全面グランド電極及び内部基板２２０４の下面に形成されたグランド電極に接続されるグランド導体２２１０と、その下に誘電体層２２０７とを積層した後、永久磁石２２０５及び上下のヨーク２２０６を図２２のように組み立てることにより、集中定数型アイソレータが形成される。
【００７４】
セラミック材料で形成された誘電体層２２０７を挟むグランド導体２２１０とヨーク２２０６の一面とにより容量値Ｃs の付加容量が形成される。本実施形態による非可逆回路素子（サーキュレータ）の等価回路が図２３に示されている。３つのインダクタを構成する中心導体の一端が結線された後に、グランドとの間に同相励振固有値を調整するための容量値がＣs である容量２３００が付加されている。この場合、容量値Ｃs は、同相励振のアドミッタンスのみに作用し、
【数４】
0003807071.tif 000008
となる。また、この実施形態では、入出力容量の一方の端は直接的にグランドに接続されず、グランド導体２２１０側に接続され、容量２３００を介してグランドに接続されることとなる。
【００７５】
図１４及び図１５から明らかなように、容量値Ｃs の容量２３００を付加することにより、サーキュレータの動作周波数及び印加磁界を同時に下げられることが分かる。動作周波数を低下させる効果は、図１４より、Ｃs ×Ｃ≦１５００［ｐＦ2 ］の場合に顕著となることが分かる。従って、好ましいＣs ×Ｃの範囲は、１５００［ｐＦ2 ］以下となる。また、印加磁界を低下させる効果は、図１５より、Ｃs ×Ｃ≦９００［ｐＦ2 ］の場合に顕著となることが分かる。従って、より好ましいＣs ×Ｃの範囲は、９００［ｐＦ2 ］以下となる。
【００７６】
本実施形態においても、前述した実施形態の場合と同様に、付加容量（容量値Ｃs ）を追加することによって、アイソレーションの中心周波数が低下し、かつバイアス印加磁界が低下している。しかも温度特性も改善されている。
【００７７】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、中心導体の一端に共通に接続されたグランド導体とグランドとの間に同相励振固有値のみを調整する容量を設けたので、動作周波数及び印加磁界を同時に下げることができる。動作周波数が下がればより小型の磁気回転子を使用することが可能となり、非可逆回路素子の小型化、軽量化及び低背化を図ることが可能となる。また、印加磁界が下がればより小型の永久磁石を使用することが可能となり、非可逆回路素子のさらなる小型化が可能となる。しかも、容量のみを追加するのみでよいため、その意味からも非可逆回路素子の小型化を図ることができる。
【００７９】
また、この付加容量の容量値を選ぶことにより、単位磁界当りの周波数変化量ｄＦ／ｄＨの値を任意に変化させることができる。ｄＦ／ｄＨが増加すれば、バイアス磁界の温度特性の影響が非可逆回路素子の温度特性により強く寄与することとなり、バイアス磁界の温度特性が見かけ上大きくなったような効果を得ることができ、その結果、非可逆回路素子の温度特性が改善される。容量の容量値によりｄＦ／ｄＨが任意に変化させられるため、非可逆回路素子の温度特性も任意に調整できることとなり、ほとんど温度特性のない非可逆回路素子を実現できることになる。即ち、使用する材料を変更せずに、しかも挿入損失の悪化を招くこと無しに任意に温度特性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の集中定数型サーキュレータにおける磁気回転子の分解斜視図である。
【図２】従来の集中定数型サーキュレータの組立の様子を示す分解斜視図である。
【図３】回転高周波磁界に対する磁性体の透磁率を示す特性図である。
【図４】従来のサーキュレータの等価回路図である。
【図５】同相励振固有値を調整するための直列共振回路を付加したサーキュレータの等価回路図である。
【図６】特公昭４９−２８２１９号公報に記載されているサーキュレータの等価回路図である。
【図７】本発明の非可逆回路素子の一実施形態である集中定数型アイソレータにおける全体構成及び組み立て順序を概略的に示す分解斜視図である。
【図８】図７の実施形態における中心導体及びグランド導体部分の折り重ね前の展開した状態を示す平面図である。
【図９】図７の実施形態における中心導体をフェライトコアに折り重ねて構成される組立体を示す平面図である。
【図１０】図７の実施形態における集中定数型アイソレータを組み立てた後の構成を示す斜視図である。
【図１１】図７の実施形態における非可逆回路素子の等価回路図である。
【図１２】容量値Ｃs の容量を付加した場合のアイソレーションの特性図である。
【図１３】容量値Ｃs の容量を付加し、印加磁界を最適化した場合のアイソレーションの特性図である。
【図１４】容量値Ｃs を変化させた場合の動作周波数の変化を示す図である。
【図１５】容量値Ｃs を変化させた場合の印加磁界の変化を示す図である。
【図１６】容量値Ｃs を変化させた場合のｄＦ／ｄＨの変化を示す図である。
【図１７】容量値Ｃs ＝１ｐＦの容量を付加し、印加磁化を変化させた場合のアイソレーションの変化を示す図である。
【図１８】容量値Ｃs の容量を付加しないで、印加磁化を変化させた場合のアイソレーションの変化を示す図である。
【図１９】本発明の非可逆回路素子の他の実施形態である集中定数型アイソレータにおける磁気回転子の部分の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線断面図である。
【図２１】図１９の実施形態における全体構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２２】本発明の非可逆回路素子のさらに他の実施形態である集中定数型アイソレータにおける全体構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２３】図２２の実施形態における非可逆回路素子の等価回路図である。
【符号の説明】
７００、１９０２、２２０２、２２１０  グランド導体
７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃ  ストリップライン
７０２  フェライトコア
７０３  組立体
７０４、１９０４、２２０４  内部基板
７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、１９０４ａ、１９０４ｂ、１９０４ｃ、２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ  容量電極
７０４ｄ、７０９ｄ  グランド電極
７０５  樹脂ケース
７０５ａ、７０５ｂ  接続電極
７０５ｄ  グランド接続電極
７０６、１９０５、２２０５  永久磁石
７０７  上カバー
７０８  下カバー
７０９  端子基板
７０９ａ、７０９ｂ  外部回路接続用面装着端子電極
７０９ａ′、７０９ｂ′、７０９ｄ′  電極
７１０  絶縁シート
７１１、１９０８、２２０８  穴
７１２、１９０９、２２０９  終端抵抗
１９００、２２００  磁気回転子
１９０１  中心導体
１９０３ａ、１９０３ｂ、１９０３ｃ、２２０３ａ、２２０３ｂ、２２０３ｃ端子電極
１９０６、２２０６  ヨーク
１９０７、２２０７  誘電体層
【図１】
0003807071.tif 000009
【図２】
0003807071.tif 000010
【図３】
0003807071.tif 000011
【図４】
0003807071.tif 000012
【図５】
0003807071.tif 000013
【図６】
0003807071.tif 000014
【図７】
0003807071.tif 000015
【図８】
0003807071.tif 000016
【図９】
0003807071.tif 000017
【図１０】
0003807071.tif 000018
【図１１】
0003807071.tif 000019
【図１２】
0003807071.tif 000020
【図１３】
0003807071.tif 000021
【図１４】
0003807071.tif 000022
【図１５】
0003807071.tif 000023
【図１６】
0003807071.tif 000024
【図１７】
0003807071.tif 000025
【図１８】
0003807071.tif 000026
【図１９】
0003807071.tif 000027
【図２０】
0003807071.tif 000028
【図２１】
0003807071.tif 000029
【図２２】
0003807071.tif 000030
【図２３】
0003807071.tif 000031