JPH11234003A

JPH11234003A - 非可逆回路素子

Info

Publication number: JPH11234003A
Application number: JP10024079A
Authority: JP
Inventors: Takahide Kurahashi; 孝秀倉橋; Shusuke Ohata; 秀典大波多; Akito Watanabe; 明人渡辺; Yoshinori Matsumaru; 宜紀松丸
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: US6215371B1; EP0959520A4; JP3807071B2; CN1246966A; WO1999030382A1; CN1174519C; EP0959520A1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、軽量化及び低背化を図ることがで
き、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。【解決手段】互いに絶縁された状態で交差する複数の
中心導体と、これら複数の中心導体に近接して設けられ
た磁性体と、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た非可逆回路素子であって、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
する容量を挿入接続する。

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１０
４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１０
４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、非可逆
回路素子の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非可逆回路素子が提供
される。

【００１７】本発明によれば、さらに、互いに絶縁され
た状態で交差する複数の中心導体と、これら複数の中心
導体に近接して設けられた磁性体と、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た非可逆
回路素子であって、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挿入接続した非可逆
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】上述の付加する容量は、その容量値をＣ_s
［ｐＦ］、非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐ
Ｆ］とした場合に、Ｃ_s ×Ｃ≦１５００を満たす容量で
あることが好ましく、Ｃ_s ×Ｃ≦９００を満たす容量で
あることがより好ましい。

【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。

【００２３】本発明の実施態様においては、入出力端と
グランドとの間、又は入出力端とグランド電極との間に
それぞれ入出力容量が形成されているかもしれない。

【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７
０１ｃ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７０１
ａ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７０１
ａ、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７
０２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Ｃ_s ）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Ｃ_s 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７０
４ａ、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、７
０４ｂ及び７０４ｃに、ストリップライン７０１ａ、７
０２ｂ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７
０１ｂ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７
０５ａ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７０
４ａ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７０
５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７０９
ａ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７
０９ａ′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７０
９ｄ′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７０９
ａ′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、Ｃ_s ×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０．４
ｍｍ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Ｃ_s ）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】

【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】

【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Ｃ_s ）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】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】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Ｃ_s である容量１１００が付加されている。こ
の場合、容量値Ｃ_s は、同相励振のアドミッタンスのみ
に作用し、

【数３】となる。容量１１００の容量値Ｃ_s 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、Ｃ_s ×Ｃ＝
３０、３００、３０００［ｐＦ² ］の各場合と容量１１
００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、Ｃ_s ×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、Ｃ_s ×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Ｃ_s 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、Ｃ_s ×Ｃ≦１５００［ｐ
Ｆ² ］の場合に顕著となることが分かる。従って、好ま
しいＣ_s ×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、
Ｃ_s ×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Ｃ_s ×Ｃの範囲は、９０
０［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Ｃ_s ×Ｃを変化させて周波数変化量を計算した結果と
して、Ｃ_s ×Ｃと単位磁界当りの周波数変化量ｄＦ／ｄ
Ｈとの関係を示している。同図から明らかなように、容
量値Ｃ_s 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Ｃ_s 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、Ｃ_s 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Ｃ_s 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Ｃ_s 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、Ｃ_s 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Ｃ_s ＝１ｐＦの容量１１
００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、１９
０２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Ｃ
_s ）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Ｃ_s
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１
９０４の上面には、磁気回転子１９００の端子電極１９
０３ａ、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１９０４
ｃ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、１９０
４ｂ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１９
０４ｄ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１９
０４、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１９
０７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Ｃ_s の付加容量が形成され、Ｃ_s ×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Ｃ_s ）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】

【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Ｃ_s ）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Ｃ_s ）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Ｃ_s 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２
２０４の上面には、磁気回転子２２００の端子電極２２
０３ａ、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２２０４
ｃ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、２２０
４ｂ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２
２０４ｄ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２２
０４に取り付け、全面グランド電極及び内部基板２２０
４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２２
０７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Ｃ_s 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Ｃ_s である容
量２３００が付加されている。この場合、容量値Ｃ_s
は、同相励振のアドミッタンスのみに作用し、

【数４】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２２
１０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Ｃ_s 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、Ｃ_s ×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Ｃ_s ×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、Ｃ_s ×Ｃ≦９００［ｐＦ
² ］の場合に顕著となることが分かる。従って、より好
ましいＣ_s ×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Ｃ_s ）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Ｃ_s 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Ｃ_s 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Ｃ_s 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Ｃ_s 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Ｃ_s 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Ｃ_s ＝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Ｃ_s 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、１９０４
ｂ、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、２
２０３ｂ、２２０３ｃ端子電極１９０６、２２０６ヨーク１９０７、２２０７誘電体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松丸宜紀東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非可逆回路素子の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
ことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】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た非可逆回路素子であって、前記グ
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
整する容量を挿入接続したことを特徴とする非可逆回路
素子。
【請求項３】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又は２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】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又は
２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
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４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、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４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、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６のい
ずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項８】前記容量は、該容量の容量値をＣ_s ［ｐ
Ｆ］、当該非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐ
Ｆ］とした場合に、Ｃ_s ×Ｃ≦１５００を満たす容量で
あることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に
記載の非可逆回路素子。
【請求項９】前記容量は、該容量の容量値をＣ_s ［ｐ
Ｆ］、当該非可逆回路素子の並列共振容量値をＣ［ｐ
Ｆ］とした場合に、Ｃ_s ×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７のいずれか１項に記
載の非可逆回路素子。
【請求項１０】入出力端と前記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ことを特徴とする請求
項１から９のいずれか１項に記載の非可逆回路素子。
【請求項１１】入出力端と前記グランド電極との間に
それぞれ入出力容量が形成されていることを特徴とする
請求項１から９のいずれか１項に記載の非可逆回路素
子。