JP5201370B2 - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Description

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。

アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、携帯電話、無線機等の移動体通信装置や、その基地局等に用いられており、その一般的な構造は、例えば、特許文献１に記載されているように、ヨークとして機能する金属ケースの内部に、永久磁石、及び、磁気回転子を含む組立体を収容して構成される。

近年、この種の非可逆回路素子では、移動体通信装置における形状の小型化とともに、デジタル変調波の信号伝送特性である相互変調歪み（ＩＭＤ；Inter Modulation Distortion）の改善要求が厳しくなっている。相互変調歪みとは、正常な周波数成分の信号の大きさに対する、歪みの原因となる周波数成分の信号の大きさであり、単位はｄＢｃで表される。これは、言い換えれば、正常な信号伝送の指標であり、入力損失・出力損失・挿入損失に並ぶ重要な特性である。

特許文献１には、接着手段によって非可逆回路素子の特性のばらつきを低減する技術が開示されているが、相互変調歪みを改善する技術は何ら開示されていない。

特開２００７−２８８７０１号公報

本発明の課題は、相互変調歪みを改善し得る非可逆回路素子、及び、これを用いた通信装置を提供することである。

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、ケースと、このケース内に積み重ねられた複数の収納物と、前記複数の収納物を押さえつける蓋とを含む。

前記ケースと前記複数の収納物と前記蓋は、磁気回路を構成している。前記複数の収納物は、永久磁石と、磁気回転子と、非磁性体シートとを含む。

本発明によると、ケースと、このケース内に積み重ねられた複数の収納物と、複数の収納物を押さえつける蓋とが磁気回路を構成し、複数の収納物には、永久磁石と、磁気回転子が含まれるから、永久磁石から磁気回転子に磁界が印加される。

本発明の特徴的部分は、複数の収納物に非磁性体シートが含まれる点にある。この非磁性体シートは磁気回路における磁気抵抗として機能する。これにより、磁気回転子に与えられる磁界を弱めるとともに、その一様性が増すように作用するものと推測される。

したがって、この作用が電気的特性の安定化をもたらし、結果的に相互変調歪みが改善されるものと考えられる。

しかも、この非磁性体シートの厚みを適宜に設定することによって、上記の磁気抵抗の値を制御することが可能となることから、特性を容易に調整することができる。

一方、本発明に係る通信装置は、非可逆回路素子と、送信部または受信部とを含む。本発明に係る非可逆回路素子は、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通信装置を構成する。

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。

以上述べたように、本発明によれば、相互変調歪みを改善し得る非可逆回路素子、及び、これを用いた通信装置を提供することができる。

本発明に係る非可逆回路素子の斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の部分断面図である。 電圧定在波比を示すグラフである。 本発明に係る非可逆回路素子を用いた通信装置のブロック図である。

図１は、本発明に係る非可逆回路素子の斜視図、図２は分解斜視図、図３は図１の３−３線に沿って切断した部分断面図である。非可逆回路素子は、ケース１と、このケース１内に積み重ねられた複数の収納物２と、複数の収納物２を押さえつける蓋３とを含む。

ケース１は、略円柱形状の収納部１４を有する略直方体形状の部材であり、好ましくは鉄等の磁性金属材料で構成されている。ケース１は、収納部１４を規定する内壁と、この内壁の周面の略等間隔な位置に形成された３つの溝部１１〜１３とを含む。

ケース１は、収納部１４に複数の収納物２を積み上げて収納し、その上方で蓋３と螺合することによって複数の収納物２が押さえつけられるように、収納部１４を規定する周壁に螺子溝１５が設けられている。

蓋３は、鉄などの磁性材料からなる円板状体であって、ヨークとして用いられる。蓋２は、ケース１に組みつけられたとき、収納部１４に備えられた磁気回転子組立体４に荷重を印加する。蓋３の周面には、ケース１と螺合するための螺子３１が形成されている。

複数の収納物２は、上部磁極板２１と、非磁性体シート２２と、第１の永久磁石２３１と、第１の中間磁極板２４１と、磁気回転子４と、第２の中間磁極板２４２と、第２の永久磁石２３２と、下部磁極板２７とを含み、この順序でケース１内に積み重ねられている。

磁気回転子４は、第１のフェライト基体２５１と、中心導体２６と、第２のフェライト基体２５２とを含み、それぞれが上述した順序で積み重ねられている。第１及び第２のフェライト基体２５１，２５２は、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等の軟磁性材料からなる円板状のフェライト部２５１ａ，２５２ａと、その外周に設けられた円環板状の誘電体部２５１ｂ，２５２ｂとを有している。なお、フェライト基体２５１，２５２，３５１，３５２の形状は、この形状に限定されず、角板等であってもよい。

中心導体２６は、好ましくは、厚さが０．０５〜１．０（ｍｍ）程度の銅板を加工した導体板あって、外周に突設された第１〜第３の端子２６１〜２６３を有する。中心導体２６は、第１のフェライト基体２５１と、第２のフェライト基体２５２とにより挟持されている。

第１及び第２の中間磁極板２４１，２４２及び下部磁極板２７は、厚さ０．１〜０．３（ｍｍ）程度の導体板であって、例えば鉄よりなる。中間磁極板２４１，２４２は、それぞれ、フェライト基体２５１，２５２と永久磁石２３１，２３２の間に各々と隣接して配置され、磁気特性の安定化に寄与する。また、下部磁極板２７は、ケース１の底面と第２の永久磁石２３２との間に各々と隣接して配置され、磁気特性の安定化に寄与する。

一方、上部磁極板２１は、厚さ０．１〜０．３（ｍｍ）程度の導体板であって、例えば鉄とニッケルの合金（整磁鋼など）よりなる。上部磁極板２１は蓋３と非磁性体シート２２の間に各々と隣接して配置される。上部磁極板２１は、永久磁石２３１，２３２とフェライト基体２５１，２５２の温度変化に対する磁気特性の変化を相殺することにより特性を安定化させる効果を奏する。

また、上部磁極板２１には、外周の略等間隔な位置に３つの凸部２１１〜２１３が設けられている。この凸部２１１〜２１３は、ケース１の溝部１１〜１３に係合することによって回転止めとして機能する。これにより、蓋３を螺子止めするとき、蓋３の回転につられて収納物２が回転し、調整済みの特性が変化してしまうことを防止することができる。

第１及び第２の永久磁石２３１，２３２は、磁気回転子４の両面と隣接して配置され、図３に示されるように、磁気回転子４に直流磁界Ｈを印加する。直流磁界Ｈは、収納物２からケース１の底部、そして側壁に沿って、ヨークである蓋３から収納物２へと戻る経路の閉ループをなす。すなわち、ケース１と複数の収納物２と蓋３は、磁気回路を構成している。

本発明の特徴的部分は、非磁性体シート２２を備える点にある。非磁性体シート２２は、蓋３と第１の永久磁石２３１の間に各々と隣接して備えられ、典型的には、テフロン（登録商標）や銅板などの非磁性体材料を用いて形成される。実験によって、この非磁性体シート２２は相互変調歪みの改善に寄与することが見出された。図４は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Racio）を示すグラフである。

図中の符号ａは、非磁性体シート２２を備えていない非可逆回路素子（すなわち、従来技術に係る非可逆回路素子）の特性を表し、符号ｃは、非磁性体シート２２を備えた非可逆回路素子（すなわち、本発明に係る非可逆回路素子）の特性を表す。図示されるように、本発明に係る非可逆回路素子に適宜に調整を行えば、全体的に相互変調歪みの値が減少して、特性が改善されていることが理解される。実験によると、最大で５（ｄＢｃ）程度の改善が確認された。

また、符号ｂは、非磁性体シート２２を備えた非可逆回路素子の特性であって、フェライト基体２５１，２５２を透過する磁束数の調整を行う前のものを表している。この磁束数の調整が必要となる理由は次の通りである。

まず、符号ａに示されるように、中心周波数ｆｃ（例えば２Ｇ（Ｈｚ））に合わせて特性を調整された非可逆回路素子に非磁性体シート２２を追加すると、上述した磁気抵抗の効果により磁界Ｈが弱まるので、特性全体が周波数ｆｒｃを中心とするように低周波側にずれてしまう（符号ｂを参照）。このため、符号ｃに示される特性を得るべく、永久磁石２３１，２３２を着磁することによって、磁気回転子４を透過する磁束数を、符号ａに示す特性の場合と同数にすることが必要となるのである。そして、その結果として、相互変調歪みが改善される。

このように、従来、改善が困難であった相互変調歪みを、非磁性体シート２２を備えるだけで、簡便に向上させることができる。その理由としては、非磁性体シート２２は磁気回路における磁気抵抗として機能するため、これにより、磁気回転子４に与えられる磁界Ｈを弱めるとともに、その一様性が増すように作用するものと推測される。

したがって、この作用が電気的特性の安定化をもたらし、結果的に相互変調歪みが改善されるものと考えられる。

実験では、非磁性体シート２２の厚みを０．１〜１．０（ｍｍ）とした場合、良好な特性が得られた。この厚みを適宜に設定することによって、上記の磁気抵抗の値を制御することができるから、特性の調整を容易に行うことができる。

本実施形態では、非磁性体シート２２の形状として円板を例示したが、これに限定される必要はなく、収納部１４の形状に応じて、例えば矩形状としてもよいし、また、円環状としてもよいことは言うまでもない。ここで、非磁性体シート２２を環状とした場合、中心部分にエアギャップが形成され、このエアギャップも磁気抵抗として機能するから、同様の効果が得られると同時に、中心部分について材料の使用を削減できるから、製造コストを低減することもできる。

また、本実施形態では、非磁性体シート２２が蓋３と永久磁石２３の間に配置されているが、これに限定される必要はなく、磁気回路構成に応じて、永久磁石２３と磁気回転子４の間に配置する態様もとり得る。更に言えば、要求される特性に応じて、永久磁石２３１，２３２、磁極板２１，２４１，２４２，２７の使用数及び配置も適宜に変更することができるのは自明である。

次に、本発明に係る通信装置について説明する。図５は本発明に係る非可逆回路素子を用いた通信装置のブロック図である。

この通信装置は、例えば、移動通信システムにおける基地局に備えられるものであって、受信部６と、送信部７とを含み、両者は、送受信用アンテナ８に接続されている。受信部６は、受信用増幅回路６２と、受信された信号を処理する受信回路６１とを含んでいる。送信部７は、音声信号、映像信号などを生成する送信回路７１と、電力増幅回路７２とを含んでいる。上述した通信装置において、アンテナ８から受信部６及び送信部７に到る回路や、電力増幅回路７２の出力段に、本発明に係る非可逆回路素子７３、７４が用いられる。非可逆回路素子７３はサーキュレータとして機能し、非可逆回路素子７４は終端抵抗器Ｒ０を有するアイソレータとして機能する。

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。

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。

１ ケース
２ 複数の収納物
２１，２４１，２４２，２７ 磁極板
２２ 非磁性体シート
２３１，２３２ 永久磁石
２５１，２５２ フェライト基体
２６ 中心導体
３ 蓋
４ 磁気回転子
７ 送信部
Ｈ 直流磁界

Claims (9)

1. ケースと、このケース内に積み重ねられた複数の収納物と、前記複数の収納物を押さえつける蓋とを含む非可逆回路素子であって、
   前記ケースと前記複数の収納物と前記蓋は、磁気回路を構成し、
   前記複数の収納物は、永久磁石と、磁気回転子と、磁極板と、非磁性体シートとを含み、
   前記永久磁石は、前記磁気回転子と、前記蓋との間に配置されており、
   前記磁極板は、前記蓋と、前記永久磁石との間に配置されており、
   前記非磁性体シートは、前記磁極板と、前記永久磁石との間に配置されている、
   非可逆回路素子。
2. 請求項１に記載された非可逆回路素子であって、
   前記非磁性体シートは、テフロン（登録商標）からなる、
   非可逆回路素子。
3. 請求項１に記載された非可逆回路素子であって、
   前記非磁性体シートは、銅からなる、
   非可逆回路素子。
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、
   前記非磁性体シートは、環状である、
   非可逆回路素子。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載された非可逆回路素子であって、
   前記非磁性体シートは、厚みが０．１〜１．０（ｍｍ）である、
   非可逆回路素子。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載された非可逆回路素子であって、
   前記磁気回転子は、２つのフェライト基体と、中心導体とを含み、
   前記中心導体は、前記２つのフェライト基体の間に配置されている、
   非可逆回路素子。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載された非可逆回路素子であって、
   前記永久磁石は、前記磁気回転子の両面側に配置されている、
   非可逆回路素子。
8. 請求項７に記載された非可逆回路素子であって、
   前記複数の収納物は、さらに導体板を含み、
   前記導体板は、前記フェライト基体と、前記永久磁石との間に配置されている、
   非可逆回路素子。
9. 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８の何れかに記載されたものでなり、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。

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