JPH09121104A - 非可逆回路素子及びその非可逆回路素子によるアイソレーション特性調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイソレーション特性の改善と調整工程の簡
略化が図れる非可逆回路素子及びアイソレーション特性
調整方法を提供することである。 【解決手段】 フェライト１とそれを取り囲んでいる誘
電体２とで形成された一体化基板と、該一体化基板の上
面に密着形成され、１２０度の角度間隔で放射状に延在
する３つの導体枝４からなる中心導体５とを有し、前記
一体化基板及び中心導体５は、それらの中心軸が一致す
るように密着形成され、さらに中心導体５の中心軸から
放射状に、かつ、各導体枝４の間から左右の導体枝との
角度が６０度になるように分岐電極部１１が延在形成さ
れている。

Description

【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通信機器
及び移動体通信機器等に使用される非可逆回路素子及び
その非可逆回路素子によるアイソレーション特性調整方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の非可逆回路素子としてサーキュレ
ータを例にとって図５〜図８を参照して説明する。図５
に示すように、従来のサーキュレータは、内側部材とし
てのフェライト１０２とそれを取り囲んでいる外側部材
としての誘電体１０３とで形成され、下面の前面に導体
層１１０が密着形成された一体化基板１０１と、一体化
基板１０１の上面に密着形成され、先端部における幅が
中心付近の幅より広い１２０度の角度間隔で放射状に延
在する３つの導体枝１０５からなる中心導体１０４と、
導体層１１０と接合され、各導体枝１０５に対応した入
出力電極パッド１０７を有した接地基板１０６と、中心
導体１０４の上面に配置された永久磁石１０８と、永久
磁石１０８の上面に配置された磁性ヨーク１０９とで構
成されている。このサーキュレータは、一体化基板１０
１と永久磁石１０８の中心軸が一致するように組み立て
られる。接地基板１０６は磁性ヨーク１０９と共に閉磁
路を形成する機能も兼ねるように構成されている。この
ため接地基板１０６の少なくとも一面は磁性金属膜で覆
われている。図示しないが、本実施例においては各導体
枝１０５と入出力電極パッド１０７との接続はワイヤー
ボンディングにて行った。尚、一体化基板１０１は、接
地基板１０６の上面領域の内入出力電極パッド１０７を
除く領域に、換言すれば、入出力電極パッド１０７に接
触しないように接地基板１０６の上面中央領域に接合さ
れる。

【０００３】図６は図１における一体化基板の構造を示
す図である。この一体化基板１０１を構成するフェライ
ト１０２はその比誘電率が１５であり、直径は３．５ｍ
ｍである。誘電体３には比誘電率が１１５の希土類添加
のＢａＯ−ＴｉＯ₂ 系セラミックが用いられ、一体化基
板１０１の外径は５．５ｍｍ、厚さは０．６ｍｍであ
る。この寸法によれば外側の誘電率の大きい部分、即ち
誘電体１０３の接合面の面積の一体化基板１０１全体に
占める割合は５９．５％である。

【０００４】図７は図１における中心導体の構造を示し
た図である。図７では点線によって一体化基板１との位
置関係を示した。中心導体１０４の外形形状は中心軸か
ら１２０度の角度間隔で放射状に延在したいわゆる３回
対称形状である。３つの導体枝１０５の先端部は、その
幅ａが誘電体１０３の円周部における幅ｂに等しくなる
ような形状を有している。ここで、一体化基板１の裏面
（下面）に形成された導体層１１０と、誘電体１０３
と、導体枝１０５の内誘電体１０３と重なり合った部分
とでコンデンサを形成している。

【０００５】中心導体１０４及び導体層１１０は銅を用
いてスパッタ法で２０μｍの厚さで密着形成した。中心
導体１０４の材質は特に問わないかが、中心導体の厚さ
はマイクロ波領域での表皮効果を考慮して決定する必要
がある。又、中心導体１０４及び導体層１１０の形成方
法も密着形成が可能であればドライプロセスによる方法
の他にメッキや印刷焼成などで形成しても差し支えな
い。但し、中心導体１０４と誘電体１０３の間並びに導
体層１１０と誘電体１０３の間に、誘電体１０３の誘電
率よりも誘電率の小さいもの、例えば空気層や接着剤等
があると、等価的に直列に容量の小さいコンデンサが接
続されることとなるので好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の中心導体パター
ンでは、インサーションロスは使用可能な特性が確保さ
れたとしても、図８に示すように非可逆性を示すアイソ
レーションの値はバラツキのあることがあった。考えら
れる要因として、３回対称とするための整合容量、各導
体枝の微妙な幅の違い、若しくは中心導体と一体化基板
の略同一中心への設置精度の問題が挙げられ、特ににサ
ーキュレータとして用いる場合はその調整に時間を要
し、コスト面でも生産性の点においても非常に厄介であ
った。

【０００７】例えば略中心に構成を完了したとしても、
微妙な容量または中心導体としてのストリップライン
（導体枝）の幅の違い等により、アイソレーション特性
として、あるポート間では最大でも１５ｄＢ程度（図８
（ａ）、（ｂ）参照）、しかしながら他のポート間では
ゆうに１５ｄＢ以上確保でき、かつその帯域幅も十分確
保される（図８（ｃ）参照）というような、バランスの
とれていないサーキュレータができてしまう。ここで、
同一磁界による従来の中心導体による特性を図７に示
す。仮に、バランスをとろうと整合容量の調整を行って
も調整量が大きく、結果的に中心周波数が大きく高周波
側にシフトしてしまい、また一体化基板と中心導体との
略中心が多少ずれているため調整しきれないものになっ
てしまうという問題が生ずる。

【０００８】又、印加磁界を調整することによって、ア
イソレーションの充分確保されるポイントに設定するこ
とは可能であるが、そうした場合、インサーションロス
が大きくなってしまうため、サーキュレータとしての非
可逆回路素子の製作が困難であった。

【０００９】本発明の課題は、中心周波数等の他の特性
に大きな影響を与えることなくアイソレーション特性の
改善と調整工程の簡略化が図れる非可逆回路素子及びア
イソレーション特性調整方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内側部
材とそれを取り囲んでいる外側部材とで形成され、下面
に導体層が密着形成され、前記内側部材の実効透磁率が
前記外側部材の実効透磁率よりも大きく、前記外側部材
の誘電率が前記内側部材の誘電率よりも大きい一体化基
板と、該一体化基板の上面に密着形成され、先端部にお
ける幅が中心付近の幅より広い１２０度の角度間隔で放
射状に延在する３つの導体枝からなる中心導体とを有
し、前記一体化基板及び前記中心導体は、それらの中心
軸が一致するように密着形成されている非可逆回路素子
において、さらに前記中心導体の中心軸から放射状に、
かつ、前記各導体枝の間から左右の導体枝との角度が６
０度になるように分岐導体が延在形成されていることを
特徴とする非可逆回路素子が得られる。

【００１１】さらに、本発明によれば、前記非可逆回路
素子を構成している前記分岐導体の延在方向の長さを変
化させることによって所望のアイソレーション特性を得
ることを特徴とするアイソレーション特性調整方法が得
られる。

【００１２】

【作用】本発明によれば、従来の３ポート間で不安定で
あったアイソレーションの均一化が図られ、また、バラ
ンスが悪く調整を要するような場合でも中心導体の延長
部分を削除するなどの方法によって容易に調整が可能で
ある。

【００１３】又、当然ながらインサーローションロスに
ついては十分使用可能であり、かつアイソレーションも
微量な整合容量の調整で所要の特性を確保でき、中心周
波数も大きく変えることなく十分安定した特性を確保で
きるため、特性がよく、量産性を向上させることが可能
な非可逆回路素子ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による一実施の形態
について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発
明の非回路逆回路素子を構成する中心導体及び一体化基
板の構造を示した図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は中心
導体の変形例を示した図である。

【００１５】図１において、フェライト１と誘電体２か
らなる一体化基板３上の一面に中心導体５をスパッタ等
で密着形成し、対する反対面は、全面に同様な方法によ
るアース電極（図中裏側になるため図示せず）を密着形
成する。一体化基板３の中心から１２０度の角度間隔で
放射状に延在する、すなわち３回対称放射状に延び、一
体化基板３の縁辺部分近傍で３回対称形を保ちつつその
先端部における幅の全部または一部が中心近傍での幅と
比較して広くなっている導体枝４と、各々３回対称形を
保つよう延ばされた導体枝４の分岐点から放射状にか
つ、左右の導体枝４との角度が６０度になるように分岐
電極部（分岐導体枝）１１とで中心導体５を形成する。
さらに中心から延長した分岐電極部１１は、後ほどその
長さを調整して所望の特性を得られるようアイソレーシ
ョン特性を調整することが可能となる。尚、図２（ａ）
は図１で使用される中心導体の一形状例である、図２
（ｂ）、（ｃ）に示すように分岐電極の長さ、又は形状
を変えることによってアイソレーション特性を調整す
る。

【００１６】図３は本発明による非可逆回路素子の一実
施の形態を示す分解斜視図である。図３において、中心
導体５を形成した一体化基板３を入出力端子８を備えた
基板７の貫通孔１２に配置し、閉磁路のための導電性の
下側磁性ヨーク１４を一体化基板５の裏面に形成されて
いるアース電極と導通させ、さらに上方には、磁界を印
加するための永久磁石６と、閉磁路を形成し３つのアー
ス端子９を備えた導電性の上側磁性ヨーク１０を配置
し、上方と下方の磁性ヨークを導通させる。

【００１７】また前記一体化基板の誘電体部分における
電極部１３と前記各々の入出力端子８はワイヤボンディ
ング等によってその導通が確保される。

【００１８】このようにして組み立てられた非可逆回路
素子の特性を図４に示す。図４の（ａ）〜（ｃ）は３つ
の電極部１３間の特性を示している。図４から明らかな
ように各ポート間で、従来の１５ｄＢ以上の中心周波数
に対する比帯域幅が１０％以上改善され、かつピーク値
となる中心周波数のポイントにおいては２０ｄＢ以上の
アイソレーション特性を得ることができるようになっ
た。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば中心周波数等の他の特性
に大きな影響を与えることなくアイソレーションの改善
と大幅に調整工程の簡略化が可能になり、量産性を向上
させることができる。

【００２０】また、特性面では、所定の減衰量以上の中
心周波数に対する比帯域幅で１０％以上の改善を達成
し、ピーク値においても従来より格段に減衰量を大きく
することが可能となり、従来と比較して高性能の非可逆
回路素子を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非可逆回路素子を構成する中心導体及
び一体化基板の構造を示した斜視図である。

【図２】中心導体の変形例を示した平面図である。

【図３】本発明の非可逆素子の構造を示した分解斜視図
である。

【図４】本発明の非可逆回路素子の各ポート間における
アイソレーション特性を示した図である。

【図５】従来の非可逆回路素子の構造を示した分解斜視
図である。

【図６】（ａ）は一体化基板の平面図であり、（ｂ）は
（ａ）の縦断面図である。

【図７】中心導体を一体化基板に接合した状態を示した
図である。

【図８】従来の非可逆回路素子の各ポート間におけるア
イソレーション特性を示した図である。

【符号の説明】

１ フェライト ２ 誘電体 ３ 一体化基板 ４ 導体枝 ５ 中心導体 ６ 永久磁石 ７ 基板 ８ 入出力端子 ９ アース端子 １０ 上側磁性ヨーク １１ 分岐電極部 １２ 貫通孔 １３ 電極部 １４ 下側磁性ヨーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側部材とそれを取り囲んでいる外側部
   材とで形成され、下面に導体層が密着形成され、前記内
   側部材の実効透磁率が前記外側部材の実効透磁率よりも
   大きく、前記外側部材の誘電率が前記内側部材の誘電率
   よりも大きい一体化基板と、該一体化基板の上面に密着
   形成され、先端部における幅が中心付近の幅より広い１
   ２０度の角度間隔で放射状に延在する３つの導体枝から
   なる中心導体とを有し、前記一体化基板及び前記中心導
   体は、それらの中心軸が一致するように密着形成されて
   いる非可逆回路素子において、さらに前記中心導体の中
   心軸から放射状に、かつ、前記各導体枝の間から左右の
   導体枝との角度が６０度になるように分岐導体が延在形
   成されていることを特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非可逆回路素子を構成し
   ている前記分岐導体の延在方向の長さを変化させること
   によって所望のアイソレーション特性を得ることを特徴
   とするアイソレーション特性調整方法。