JPH11112208A - 非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非可逆特性が良好でかつ薄型化が可能な非可
逆回路素子を提供する。 【解決手段】 所定の形状を有するフェライト板と、上
記フェライト板に対向して設けられ、上記フェライト板
に直流磁界を印加する磁石と、上記フェライト板及び上
記永久磁石を内包し磁気回路の一部を構成するケースと
を備えた非可逆回路素子において、上記フェライト板内
部に印加される上記直流磁界の厚さ方向成分の大きさが
上記フェライト板全体にわたって略均一になるように、
上記フェライト板の周辺部を薄くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主にマイクロ波帯に
おいて使用されるサーキュレータおよびアイソレータ等
の非可逆回路素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯において使用されるサーキ
ュレータ及びアイソレータは、携帯電話等の無線通信に
おける基地局、端末の両方に用いられている。基地局用
としては分布定数型のものが、端末用としては集中定数
型が主に使用される。従来例の分布定数型のサーキュレ
ータは、例えば図１５に示すように、中心導体部１７４
と、その中心導体部１７４を挟むように設けられた円板
形状のフェライト板１７１と、その上下にそれぞれ接地
導体板１７５を介して設けられた永久磁石１７２と、さ
らにその上下に支持体１７６を介して設けられたケース
１７３とによって構成される。また、従来例の集中定数
型のサーキュレータは、例えば図１６に示すように、互
いに対向して設けられたフェライト板１８１と永久磁石
１８２と、フェライト板１８１と永久磁石１８２との間
に設けられた、中心導体１８４ａ，１８４ｂ，１８４ｃ
からなる中心導体部１８４と、それらを収納するケース
１８３ａ，１８３ｂとによって構成される。ここで、図
１５又は図１６のサーキュレータにおいて、永久磁石１
７２，１８２が生じる磁界強度、フェライト板１７１，
１８１と永久磁石１７２，１８２との間の距離は、フェ
ライト板１７１，１８１の厚み方向に所定の強度の磁界
が印加されるように設定される。これによって、フェラ
イト板１７１，１８１は、その厚み方向に、使用周波数
に対応した所定の率で磁化される。

【０００３】以上のように構成されたサーキュレータ
は、入出力端子Ｔａから入力される高周波信号を入出力
端子Ｔｂから出力し、入出力端子Ｔｂから入力される高
周波信号を入出力端子Ｔｃから出力し、入出力端子Ｔｃ
から入力される信号を入出力端子Ｔａから出力する。ま
た、アイソレータは、上述の構成において、いずれか１
つの入出力端子を終端することにより構成され、例え
ば、図１５，１６において、入出力端子Ｔｃを終端する
と、入出力端子Ｔａから入力される高周波信号を入出力
端子Ｔｂから出力させることができる一方、入出力端子
Ｔｂから入力される高周波信号を入出力端子Ｔａからは
出力されないようにできる。以上がサーキュレータ及び
アイソレータの基本的な動作であるが、分布定数型、集
中定数型のいずれのタイプにおいても、図１５，１６以
外に、中心導体に対してフェライト板が１枚のものや２
枚のもの、あるいは上記フェライト板に直流磁界を印加
する永久磁石が１枚のものや２枚のものと様々なタイプ
が存在する。いずれにしても、上述のサーキュレータ又
はアイソレータとして良好な非可逆特性を得るために
は、フェライト板の厚み方向に均一に直流磁界を印加
し、フェライト板を均一に磁化することが重要である。

【０００４】また、近年、機器の小型化の要請からサー
キュレータ、アイソレータといった個々のデバイスも小
型化・薄型化が要求されているが、小型化・薄型化する
と、均一な磁界強度が得られにくくなり、いかにしてフ
ェライト板内部に均一な磁界を印加してフェライト板を
均一に磁化するかがさらに重要な課題となっている。従
来、フェライト板の磁化状態の均一性を得る方法として
は、特開昭４９−７３９４９号公報に開示されているよ
うに、永久磁石１９２のフェライト板１９１との対向面
を中央部が厚くなるように丸みを持たせたものや（図１
７）、特開平７−３２６９０８号公報に開示されている
ように、シールドケース２０１の底面に、図１８に示す
ように窪み２０２を持たせる方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の、サーキュレータ（又はアイソレータ）では、図１９
に示すように、フェライト板の中心に近い部分では、ほ
ぼ均一な磁界強度が得られるが、フェライト板の周辺部
には磁束が集中して周辺部の磁界強度が大きくなり、磁
化が周辺部で不均一になるという問題があった。この周
辺部への磁束の集中は、サーキュレータ及びアイソレー
タを小型化・薄型化しようとして、フェライト板−永久
磁石間、フェライト板−ケース間の距離を短くしていく
とさらに顕著になり、図１９において点線で示すよう
に、周辺部の磁界強度がさらに強くなり、より大きな磁
化の不均一を生じていた。このために非可逆特性をさら
に悪化させていた。

【０００６】本発明の目的は、非可逆特性が良好でかつ
薄型化が可能な非可逆回路素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記目的を
達成するために、フェライト板に均一に磁界を印加しフ
ェライト板を均一に磁化できる構造を検討を行った結果
完成させたものである。すなわち、本発明に係る非可逆
回路素子は、所定の形状を有するフェライト板と、上記
フェライト板に対向して設けられ、上記フェライト板に
直流磁界を印加する磁石と、上記フェライト板及び上記
永久磁石を内包し磁気回路の一部を構成するケースとを
備えた非可逆回路素子において、上記フェライト板内部
に印加される上記直流磁界の厚さ方向成分の大きさが上
記フェライト板全体にわたって略均一になるように、上
記フェライト板の周辺部を薄くしたことを特徴とする。

【０００８】上記非可逆回路素子は、上記フェライト板
の上面又は下面のうちの少なくとも一方の面を中央部に
向かって滑らかに膨らんだ凸形状に形成することにより
容易に構成できる。

【０００９】上記非可逆回路素子において、上記フェラ
イト板の他方の面が上記永久磁石に対向して設けられる
場合には、上記フェライト板を、該フェライト板の一方
の面と対向する凹形状に形成された面を有する非磁性体
からなる支持体を介して上記ケースに固定することが好
ましい。これによって、上記フェライト板を安定して固
定できる。

【００１０】上記非可逆回路素子は、上記永久磁石の上
記フェライト板との対向面が、中央部に向かって滑らか
に膨らんだ凸形状に形成され、上記フェライト板の上記
永久磁石との対向面が中央部に向かって滑らかに窪んだ
凹形状に形成されることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明に係る実施の形態１の
１．５ＧＨｚ帯集中定数型アイソレータの模式断面図で
ある。本実施の形態１のアイソレータは、金属ケース１
３の内部に永久磁石１２とフェライト板１１とが中心導
体１４を介して対向するように設けられて構成される。
ここで、特に実施の形態１のアイソレータでは、フェラ
イト板１１の厚さが周辺部で薄くなるように、フェライ
ト板１１のケース１３の底面に対向する面が凸面状に形
成されていて、周辺部に磁束が集中することを防止して
いる。これによって、永久磁石１２によって生じる磁界
が、フェライト板１１内部において厚さ方向成分がほぼ
均一になるように印加され、フェライト板１１が厚さ方
向に均一に磁化される。言い換えれば、実施の形態１の
アイソレータでは、永久磁石１２によって印加される磁
界が、フェライト板１１内部において厚さ方向成分がほ
ぼ均一になるようにフェライト板１１の各部分の厚さを
設定している。尚、本実施の形態１のアイソレータで
は、薄型化のためフェライト板１１とケース１３の底面
間の距離及び永久磁石１３と金属ケース１３の上面との
距離を無くしている。

【００１２】次に、本実施の形態１において、フェライ
ト板１１を周辺部で薄くなるように形成することによ
り、該周辺部に磁束が集中することを防止でき、フェラ
イト板１１を厚さ方向に均一に磁化できる理由を説明す
る。まず、一般的に磁束は、透磁率の大きい部分を通過
しようとする性質がある。従って、フェライト板が無い
状態では均一な磁界強度を有していた空間に、透磁率の
大きいフェライト板を設けるとフェライト板の外側に位
置する磁束が、フェライト板に吸い込まれるようにフェ
ライト板を通過するようになる。また、磁束は最短距離
で空間を通過しようとする性質があり、このためにフェ
ライト板が径方向に均一の透磁率を有する場合、この外
側からフェライト板内部に吸い込まれた磁束は、フェラ
イト板の周辺部に集中することになる。

【００１３】しかし、本実施の形態１のように、フェラ
イト板１１を周辺部程薄くなるように構成すると、フェ
ライト板が薄い分の周辺部の実効的な透磁率が中央部に
比べて低くでき、周辺部の磁束の集中を緩和させること
ができるのである。本願発明では、このような性質を利
用し、フェライト板内部に磁界が均一の強度で印加され
るように構成している。本実施の形態１のアイソレータ
では、非可逆回路素子の非可逆特性が、フェライト板の
厚さ方向の磁化の均一性に依存することを考慮して、特
にフェライト板に印加される磁界のうち厚さ方向成分が
均一になるようにフェライト板の厚さに変化を持たせて
いる。

【００１４】以上説明したように、本発明に係る実施の
形態１のアイソレータは、永久磁石１２によって印加さ
れる磁界が、フェライト板１１内部において厚さ方向成
分がほぼ均一になるようにフェライト板１１の各部分の
厚さを設定しているので、フェライト板１１が厚さ方向
に均一に磁化でき、伝送方向の損失を小さくできしかも
逆方向損失を小さくできる。すなわち、実施の形態１の
アイソレータは非可逆特性を良好にできる。

【００１５】以上説明した実施の形態１のアイソレータ
では、フェライト板１１のケース１３の底面に対向する
面を凸面状に形成したが、本願発明はこれに限らず、図
２に示すように、凸面状に形成された面を、永久磁石１
２に対向するように構成してもよい（以下、変形例１と
いう）。以上のように構成しても実施の形態１と同様に
動作し同様な効果を有する。

【００１６】また、実施の形態１のアイソレータでは、
図３に示すように、フェライト板の凸面状の面と対向す
る凹面を有する非磁性体からなる支持体１５を介してケ
ース１３の底面に固定することが好ましい。このような
形状の非磁性の支持体１５を設けることによりフェライ
ト板を安定させて固定することができ、例えば、位置ず
れ等による特性劣化を防ぐことができる。

【００１７】以上の実施の形態１、変形例１に基づい
て、１．５ＧＨｚ帯集中定数型アイソレータを作製し
て、評価した結果について説明する。尚、この例では、
フェライト板１１及び永久磁石１２とは、円板形状に形
成したが、本願発明においてはフェライト板１１及び永
久磁石１２は円板形状に限定されるものではない。図５
は、フェライト板の径方向の位置に対する磁界強度の厚
み方向成分の分布を示すグラフである。尚、図５におけ
る比較例１は、図４に示すように、厚さを一定にした単
純な円板形状のフェライト板１１ａを用いた従来例の構
成による測定例である。ここで、比較例１において、フ
ェライト板１１ａ以外の要素は、実施の形態１及び変形
例１と同様に構成し、図４においては同一の符号を付し
て示している。図５から明らかなように、本願発明に係
る実施の形態１及び変形例１においては、フェライト板
１１の周辺部における磁束の集中が緩和され、磁界強度
の厚み方向成分がフェライト板の径方向にほぼ均一に分
布していることがわかる。また、実施の形態１と比較例
１のアイソレータの電気的特性を図６に示す。フェライ
ト板１１の周辺部への磁束集中の緩和によりデバイス特
性が良好になっていることが分かる。 以上説明した実
施の形態１及び変形例では、１．５ＧＨｚ帯集中定数型
アイソレータを用いて説明したが、他の周波数、分布定
数型又はサーキュレータであっても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。

【００１８】（実施の形態２）図７は、本発明の実施の
形態２の９００ＭＨｚ帯分布定数型サーキュレータの模
式断面図である。本実施の形態２のサーキュレータは、
金属ケース７３内に、所定の間隔を隔てて互いに対向す
るように１対の永久磁石７２を設け、この１対の永久磁
石の間に、一対のフェライト板７１に挟設された中心導
体を設けて構成する。ここで、上記１対のフェライト板
７１はそれぞれ、一方の面が凸面状に形成され、それぞ
れの他方の面（平坦面）が対向するように中心導体７４
を挟んで構成している。また、実施の形態２のサーキュ
レータでは、実施の形態１のアイソレータと同様に、永
久磁石７２によって印加される磁界が、フェライト板７
１内部において厚さ方向成分がほぼ均一になるようにフ
ェライト板７１の各部分の厚さを設定している。

【００１９】従って、以上のように構成された本発明に
係る実施の形態２のサーキュレータは、フェライト板７
１が厚さ方向に均一に磁化でき、伝送方向の損失を小さ
くできしかも逆方向損失を小さくできる。すなわち、実
施の形態２のサーキュレータは非可逆特性を良好にでき
る。以上の実施の形態２のサーキュレータに基づいてサ
ンプルを作製し、フェライト板７１に印加される磁界の
強度分布とサーキュレータの特性を評価した。その結果
をそれぞれ図９と図１０に示す。尚、この例では、フェ
ライト板７１及び永久磁石７２とは、円板形状に形成し
たが、本願発明においてはフェライト板７１及び永久磁
石７２は円板形状に限定されるものではない。また、実
施の形態２のサーキュレータと比較するために、図８に
示す比較例（以下比較例２という）のサーキュレータを
作製し同様に評価して図９，図１０に示した。ここで、
図８に示した比較例２は、厚さを一定にした単純な円板
形状のフェライト板７１ａを用いた以外は、実施の形態
２と同様に構成している。

【００２０】図９からあきらかなように、実施の形態２
のサーキュレータにおいては、フェライト板７１に対し
て径方向のいずれの位置にもほぼ均一に磁界が印加され
ているが、比較例２では、フェライト板の周辺部に集中
して磁界が印加されている。このことにより、本願発明
に係る実施の形態２のサーキュレータの電気特性は、図
１０に示すように、比較例２より優れている。なお本実
施の形態２では９００ＭＨｚ帯分布定数型サーキュレー
タを用いて説明したが、他の周波数、集中定数型、アイ
ソレータであっても同様の効果が得られることは言うま
でもない。

【００２１】（実施の形態３）図１１は、実施の形態３
のアイソレータの模式断面図である。この実施の形態３
のアイソレータは、図１の実施の形態１のアイソレータ
に比較して、永久磁石１３に代えて永久磁石１７を用
い、フェライト板１１に代えて、フェライト板１６を用
いた以外は、実施の形態１と同様に構成される。ここ
で、実施の形態３において、永久磁石１７は、フェライ
ト板１６との対向面が、中央部に向かって滑らかに膨ら
んだ凸形状に形成され、フェライト板１６の永久磁石１
７との対向面が中央部に向かって滑らかに窪んだ凹形状
に形成され、永久磁石１７とフェライト板１６とが一定
の間隔で対向するように構成している。さらに、フェラ
イト板１６の金属ケース１３との対向面は、中央部に向
かって膨らんだ凸形状に形成され、しかも、フェライト
板の周辺部の厚さは中央部に比較して薄くなるように形
成されている。

【００２２】以上のように構成することにより、永久磁
石１７から出る磁束線が、図１１において矢印で示すよ
うに、中心導体１４の全体にわたって垂直に通過するよ
うにできる。これによって、実施の形態１に同様の効果
を有する上さらに、中心導体上を伝送されるマイクロ波
により生じる磁界に対して、外部から印加される磁界が
常に一定の方向から加わる為に、伝送方向の損失をさら
に小さくでき、しかも逆方向損失もさらに小さくでき
る。すなわち、実施の形態３のアイソレータは非可逆特
性をさらに良好にできる。

【００２３】以上の図１１の実施の形態３に基づいて９
００ＭＨｚ帯集中定数型アイソレータを作製して、フェ
ライト板１６内部の磁界強度の厚み方向成分の分布、及
びアイソレータ特性を評価した。尚、この例では、フェ
ライト板１６及び永久磁石１７とは、円板形状に形成し
たが、本願発明においてはフェライト板７１及び永久磁
石７２は円板形状に限定されるものではない。その結果
をそれぞれ図１３，図１４に示す。図１３から明らかな
ように、実施の形態３においても、フェライト板１６内
部の磁界の強度分布はほぼ均一であることがわかる。ま
た、図１４から、実施の形態３のアイソレータは、順方
向挿入損失及び逆方向損失のいずれにおいても優れてい
ることがわかる。尚、図１３，図１４において比較例３
として示したものは、図１２の模式断面図に示す構成に
基づいて作製したアイソレータの評価結果である。すな
わち、図１２に示す比較例３のアイソレータは、フェラ
イト板として単純な円盤形状を有するフェライト板１６
ａを用いた以外は、実施の形態３と同様に構成されてい
る。

【００２４】なお本実施の形態３では９００ＭＨｚ帯集
中定数型アイソレータを用いて説明したが、他の周波
数、分布定数型、サーキュレータであっても同様の効果
が得られることはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る非可逆回路素子によれば、上記フェライト
板内部に印加される上記直流磁界の厚さ方向成分の大き
さが上記フェライト板全体にわたって略均一になるよう
に、上記フェライト板の周辺部を薄くしているので、上
記フェライト板を均一に磁化することができ、非可逆特
性が良好でかつ薄型化が可能な非可逆回路素子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態１のアイソレータの
模式断面図である。

【図２】 本発明に係る実施の形態１の変形例のアイソ
レータの模式断面図である。

【図３】 本発明に係る実施の形態１の図２とは異なる
変形例のアイソレータの模式断面図である。

【図４】 比較例１のアイソレータの模式断面図であ
る。

【図５】 実施の形態１のアイソレータにおけるフェラ
イト板の厚み方向成分磁界強度分布を示すグラフであ
る。

【図６】 実施の形態１のアイソレータの電気的特性を
示すグラフである。

【図７】 本発明に係る実施の形態２のサーキュレータ
の模式断面図である。

【図８】 比較例２のサーキュレータの模式断面図であ
る。

【図９】 実施の形態２のサーキュレータにおけるフェ
ライト板の厚み方向成分磁界強度分布を示すグラフであ
る。

【図１０】 実施の形態２のサーキュレータの電気的特
性を示すグラフである。

【図１１】 本発明に係る実施の形態３のアイソレータ
の模式断面図である。

【図１２】 比較例３のアイソレータの模式断面図であ
る。

【図１３】 実施の形態３のアイソレータにおけるフェ
ライト板の厚み方向成分磁界強度分布を示すグラフであ
る。

【図１４】 実施の形態３のアイソレータの電気的特性
を示すグラフである。

【図１５】 従来例の分布定数型サーキュレータの分解
斜視図である。

【図１６】 従来例の集中定数型サーキュレータの分解
斜視図である。

【図１７】 従来例において、フェライト板に均一に磁
界を印加する構造の一例を示す模式図である。

【図１８】 従来例において、フェライト板に均一に磁
界を印加する構造の他の一例を示す模式図である。

【図１９】 従来例において、フェライトとケースの間
を接近させた場合の磁界強度の厚み方向成分分布を示す
グラフである。

【符号の説明】

１１，１６，７１，１７１，１８１，１９１…フェライ
ト板、 １２，１７，７２，１７２，１８２，１９２…永久磁
石、 １３，７３，１７３，１８３，２０１…金属ケース １４，７４，１７４，１８４…中心導体、 １５…支持体、 １７５，１８５…接地板。

フロントページの続き (72)発明者 長谷 裕之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 加賀田 博司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の形状を有するフェライト板と、上
   記フェライト板に対向して設けられ、上記フェライト板
   に直流磁界を印加する磁石と、上記フェライト板及び上
   記永久磁石を内包し磁気回路の一部を構成するケースと
   を備えた非可逆回路素子において、 上記フェライト板内部に印加される上記直流磁界の厚さ
   方向成分の大きさが上記フェライト板全体にわたって略
   均一になるように、上記フェライト板の周辺部を薄くし
   たことを特徴とする非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 上記フェライト板の上面又は下面のうち
   の少なくとも一方の面が中央部に向かって滑らかに膨ら
   んだ凸形状に形成されている請求項１記載の非可逆回路
   素子。
3. 【請求項３】 上記フェライト板の他方の面が上記永久
   磁石に対向して設けられ、かつ上記フェライト板が、該
   フェライト板の一方の面と対向する凹形状に形成された
   面を有する非磁性体からなる支持体を介して上記ケース
   に固定されている請求項２記載の非可逆回路素子。
4. 【請求項４】 上記永久磁石の上記フェライト板との対
   向面が、中央部に向かって滑らかに膨らんだ凸形状に形
   成され、上記フェライト板の上記永久磁石との対向面が
   中央部に向かって滑らかに窪んだ凹形状に形成されてい
   る請求項１記載の非可逆回路素子。