JPS617701A - 層状素子、フィンライン素子およびマイクロ波アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波エネルギの伝搬路に用いられる非
相反性の素子に関する。さらに、このような非相反性の
素子をフィンラインおよび導波路に取り付けて、良好な
アイソレーションを与えるマイクロ波アイソレータ、す
なわち一方向には相対的に低い減衰量を、また反対方向
には比較的高い減衰量を与える素子に関する。

〔概要〕

本発明は、導波路内の電界面に沿って非相反素子を配置
して形成したマイクロ波アイソレータにおいて、 上記非相反素子の材料および層の配列を特別に選択する
ことにより、 マイクロ波アイソレータの性能、すなわち良好な方向選
択性および順方向に対する低挿入損失性を増大させるも
のである。

〔従来の技術〕

フィンライン（ｆｉｎｌｉｎｓ）構造については、（ａ
ｌ　　第１１　回ヨーロッパマイクロ波コンファレンス
会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　’ｔｈｅ　１１
ｔｈ　ＥｕｒｉｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ）　　（開催地１アムステルダム、開催日
、１９８１年９月７日ないし１０日）第３２１〜３２６
頁、 ｆｂｌ　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ会報、第ＭＴＴ−２９巻第２
０号＜１９８１年１２月）第１３４４〜１３４８頁 に説明されている。

従来のマイクロ波アイソレータは、フェライト層および
エネルギ吸収層を備えた層状の非相反素子が、フィンラ
インまたは導波路の電界面に沿って配置された構造をし
ている。特に、フィンラインに非相反素子を取り付けた
ものを、非相反フィンライン素子という。従来の非相反
フィンライン素子は、誘電体基板に導電体、例えば銅の
層が形成され、誘電体基板の反対側の面にフェライト層
およびエネルギ吸収層が形成された構造をしている。

マイクロ波アイソレータの特性としては、（ａｌ　　順
方向に伝搬するマイクロ波信号の減衰量ができるだけ小
さく、 ｆｂ）　　逆方向に伝搬するマイクロ波信号の減衰量が
できるだけ大きく、 （Ｃ）　　これらの二つの特性ができるだけ広い周波数
帯域で満足できる ことが要求される。

上記の（ａｌおよびｆｂｌの特性は、マイクロ波アイソ
レータの定義として重要である。また、マイクロ波アイ
ソレータの動作が周波数に依存するため、ｆｃｌの特性
が重要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来のマイクロ波アイソレータは、狭い周波数
帯域または単一の周波数帯域で良好な特性を示すことが
できるが、広い周波数帯域では良好な特性が得られない
欠点があった。

本発明は、広い周波数帯域に対して良好なアイソレーシ
ョン特性を示すマイクロ波アイソレータを提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の発明者は、導波路内の電界面に沿って非相反素
子を配置して形成したマイクロ波アイソレータにおいて
、その非相反素子の材料および層の配列を特別に選択す
ること番こより、マイクロ波アイソレータの性能、すな
わち良好な方向選択性および順方向に対する低挿入損失
性を増大させることができることを発見した。

本発明の非相反素子は、フェライト層およびエネルギ吸
収層とを備えた非相反素子において、上記フェライト層
および上記エネルギ吸収層の間に誘電体のスペーサ層を
備えたことを特徴とする。

この非相反素子は、上記フェライト層と上記スペーサ層
との間に、さらにもう一つのエネルギ吸収層を備えるこ
とが望ましい。

四つの層、すなわち二つのエネルギ吸収層、こられのエ
ネルギ吸収層に挟まれこれらに接触しているスペーサ層
および上記エネルギ吸収層の一方に接触したフェライト
層を備えた非相反素子が、特に優れた性能を示す。

本発明の非相反素子は、フィンライン、例えばアンチラ
テラル、パイラテラル、アンチボーダルおよび絶縁素子
と共に用いることができる。非相反素子は、リッジ型導
波路を備えた導波路内に備えることもできる。

非相反素子に最適な磁場を印加して動作周波数を合わせ
るために、導波路の外側の非相反素子の近傍に磁石を組
み込んでもよい。゛ 本発明の範囲は、非相反素子そのものに加えて、この非
相反素子を含む非相反フィンライン素子およびマイクロ
波アイソレータを包含する。

すなわち、本発明のマイクロ波アイソレータは、マイク
ロ波信号の伝搬路を決定する導波手段と、この導波手段
内の電界面に沿って取り付けられたフェライト層および
エネルギ吸収層を含む層状の非相反素子とを備えたマイ
クロ波アイソレータにおいて、上記非相反素子には、上
記フェライト層および上記エネルギ吸収層の間に誘電体
スペーサ層を含むことを特徴とする。非相反素子は、ス
ペーサ層とフェライト層との間にさらに別のエネルギ吸
収層を含むことが望ましい。

さらに、本発明の非相反フィンライン素子は、マイクロ
波エネルギの伝搬路を決定する導電体層と、この導電体
層を支える一つ以上の基板とを備えた非相反フィンライ
ン素子において、上記基板の上記導電体層と反対側の面
に、フェライト層、エネルギ吸収層および上記フェライ
ト層および上記エネルギ吸収層との間に設けられた誘電
体スペーサ層とを含む非相反素子が設けられたことを特
徴とする。非相反素子のフェライト層が基板に隣接する
ことが望ましい。

〔作用〕

本発明の非相反素子は、マイクロ波エネルギとフェライ
トによる電磁場の間との非対称干渉、および一つまたは
複数の層に吸収されるエネルギの分散により、一方向に
伝搬するマイクロ波信号を減衰させることができると考
えられる。スペーサ層は、非相反効果が増大するように
、電磁場の分布に影響を与えるものと考えられる。

本発明の非相反素子をマイクロ波導波路内の電界面に沿
って取り付けることにより、良好な方向選択性および順
方向に対する低挿入損失性を示し、良好なマイクロ波ア
イソレータが得られる。このマイクロ波アイソレータの
特性は、周波数依存性が少なく、広い周波数帯域で用い
ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例の非相反フィンライン素子を
示す。

本実施例の素子は、フィンライン構造として導電体層１
０およびこれを支える基板１１を備え、非相反性を実現
するため、基板用に接したフェライト層１２を備え、さ
らに、フェライト層１２に接したエネルギ吸収層１３と
、フェライト層１２からエネルギ吸収層１３を分離する
スペーサ層１４とを備えている。

第２図は本発明第二実施例の非相反フィンライン素子を
示す。

この実施例は、第一実施例よりさらに優れた性能を示す
ように改良されている。改良点は、二つのエネルギ吸収
層１３八および１３Ｂを、スペーサ層１４７Ｌ　１妾し
−ご備えたことにある。フェライト層１２は、エネルギ
吸収層１３Ｂと、基板１１とに接している。

基板１１および導電体層１ｏが、フィンライン構造を形
成する。導電体層１ｏは、マイクロ波エネルギの通路と
なる。

上述したように、本発明は、層状構造の非相反素子の層
配列だけでなく、層を形成する材料の選択にも特徴があ
る。この材料について、以下に説明する。

本発明の非相反素子で非相反フィンライン素子を形成し
た場合には、一つ以上の導電体層１ｏと、この導電体層
１０を保持する一つ以上の基板１１とを備える。導電体
層１ｏの材料としては、例えば銅を用いる。基板１１は
、低損失誘電体の材料、例えばフルオロカーボンのポリ
マを用いる。

本発明の非相反素子は、フェライト層１２と、一つまた
は複数のエネルギ吸収層１３．１３Ａ、１３Ｂと、スペ
ーサ層１４とを備える。

エネルギ吸収層１３．１３八、１３Ｂは、（ａｌ　　ｔ
ａｎ　δで示される誘電損の因子の値が０．０１以上の
誘電体材料、 （ｂ）　　ｔａｎ　６ｍで示される磁気損の因子の値が
０．０１以上の材料、例えば、磁性粉末を含むエポキシ
樹脂（このような樹脂は、例えば商品名「ＥＣＣ０５Ｏ
ＲＢ　ＣＲ１２４Ｊとして市販されている）、ｆｃｌ　
　面積抵抗が１０ないし３０００Ω／□、望ましくば５
０ないし５００Ω／□の範囲の抵抗体材料、のいずれで
もよい。抵抗体材料を用いる場合には、上記の範囲より
面積抵抗の大きい材料でも、複数の抵抗体材料の層を重
ねて全体として上記の範囲になるようにすることができ
る。

このような条件の二つまたは三つを満足する材料は多数
あるが、ただ一つの条件を満足するだけで十分である。

スペーサ層１４は、誘電損角δの値が、エネルギ吸収層
１３．１３Ａ　、　１３Ｂの誘電損角の値より小さい誘
電体である。その比誘電率は、１．５ないし２ｏの範囲
であることが望ましい。スペーサ層１４に通した材料と
しては、ポリテトラフルオロエチレンにより補強された
ガラスマイクロファイバ（例えば、商品名ｒＲＴ／ＤＵ
ＲＯＩＤ　５８８０Ｊとして市販されているもの）およ
びエポキシ鋳造樹脂（ｅｐｏｘｙ　ｃａｓｔｉｎｇｒｅ
ｓｉｎｓ）　（例えば、商品名ｒＥｃｃＯ５ＯＲＢ　Ｃ
Ｒ１１０Ｊとして市販されているもの）などを用いるこ
とができる。

第１図および第２図では、各層を機能的に分割している
が、複数の同等の層を重ねて一つの層を形成することが
、機械的にを利である。例えば、低抵抗層が必要な場合
に、十分に低い面積抵抗の単一層を得ることは困難であ
る。このような場合には、高い面積抵抗の層を複数枚重
ねて、所望の面積抵抗を実現することができる。

第一実施例および第二実施例では、導電体層１０および
基板１１がフィンライン構造を形成し、残りの層が本発
明の非相反素子を形成する。非相反素子の厚さは均一で
あり、それぞれの層は、厚さ方向に均一である。

第３図は第二実施例の平面図である。

平面構造としては、長方形の中心部２０と、傾斜した終
端部２１．２２とを備え、図面上の左右が対称な形状で
ある。終端部２１．２２の傾斜角θは、１０゜ないし１
５°の範囲が最も適しているが、もっと鋭くてもゆるや
かでもよい。幅（第３図では半幅をＷで示す）は、用い
る導波路に一致するように選択し、長さしは、順方向損
失が大きくなり過ぎない程度に長（、十分な逆方向減衰
が得られる程度に短く選択する。

第４図は、導波路内に非相反フィンライン素子を取り付
けたマイクロ波アイソレータを示す。

導波路は、非相反フィンライン素子を挿入できるように
、二つの部分３０Ａ　、　３０Ｂを備えている。

これらの部分３０Ａ　１．３０Ｂでフィンラインの部分
、すなわち導電体層１０および基板１１を挟み込む。フ
ィンラインには、非相反素子１６が隣接している。

第５図は、リッジ導波路に非相反素子を取り付けたマイ
クロ波アイソレータを示す。

リッジ型導波路は、本体３０にリッジ３１．３２を備え
ている。非相反素子１６のフェライト層が、リッジ３１
．３２に接している。

電気通信の分野では、通常は、２９ＧＨｚの周波数帯域
で動作するマイクロ波無線リンクを用いるので、この周
波数を用いて実験を行った。三種類の非相反フィンライ
ン素子を準備し、これらを第４図に示したようにそれぞ
れ導波路に取り付けて、三つのマイクロ波アイソレータ
の性能測定を導波路上で行った。それぞれのマイクロ波
アイソレータを、以下では実施例Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３とす
る。

また、従来例の非相反フィンライン素子を用いてマイク
ロ波アイソレータを形成し、同様に性能測定を行った。

これを以下では比較例ＰＡとする。

この比較例ＰＡは、ＩＥＥＥ　ｒマイクロ波理論および
技術に関する会報（↑ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　
Ｍｉｃｒｏ−ＩＩｌａｖｅＴｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ　）　Ｊ第ＭＴＴ−２９巻、第１２号
（１９８１年１２月）、第１３４４ないし第１３４８頁
、「集積されたミリメートル波回路のための新しいフィ
ンライン・フェライトアイソレータ（ａ　Ｎｅｗ　Ｆｉ
ｎ−Ｌ、１ｎｅＦｅｒｒｉｔｅ　ｌ５ｏｒａｔｏｒ　ｆ
ｏｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ−
Ｗａｖｅ　Ｃ１ｒｃｕｊｔｓ）　Ｊに従って製造した。

実施例Ｅ１は、第一実施例の非相反フィンライン素子を
用いたもので、エネルギ吸収層１３は、誘電損角が０．
１　ラジアンより大きく、損失の多い誘電体である。

実施例Ｅ２およびＥ３は、第二実施例の非相反フィンラ
イン素子を用いたもので、エネルギ吸収層１３Ａおよび
１３Ｂは、抵抗体である。これらのエネルギ吸収層１３
Ａ　、１３Ｂの抵抗値を第１表に示す。単位はΩ／□で
ある。

比較例ＰＡで用いた非相反フィンライン素子は、第一実
施例の非相反フィンライン素子と似ているが、フェライ
ト層とスペーサ層との位置が入れ替わり、フェライト層
がエネルギ吸収層に隣接している。比較例ＰＡでは、エ
ネルギ吸収層は実施例Ｅ１のエネルギ吸収層と同一の材
料で形成され、面積抵抗は１５０Ω／゛口であった。

比較例ＰＡおよび実施例Ｅ１、Ｅ２では、スペーサ層を
ｒ　ＤＩＪＲＯＩＤ　５８８０Ｊ　　（比誘電率約２．
２）で製造し、実施Ｅ３では、スペーサ層をｒ　ＥＣＣ
０５ＯＲＢ　ＣＲｌｌ０Ｊ（比誘電率約２．７）で製造
した。これらの材料は、同じような性質の樹脂であり、
双方とも低損失の材料である。フェライト層は、全ての
比較例および実施例で共通である。

マイクロ波アイソレータの特性としては、（ａｌ　　順
方向の減衰ができるだけ小さく、（ｂ）　　逆方向の減
衰ができるだけ大きく、（Ｃ）　　十分なアイソレーシ
ョ゛ン効果が可能な限り広い周波数帯域に拡がっている ことが要求される。

特性（ａｌおよび（ｂ）は、アイソレータの定義として
重要である。特性（ｅ）は、アイソレータとしての動作
が周波数に依存することに関連する。狭い周波数帯域ま
たは単一の周波数帯域でのみ良好な特性を示す゛マイク
ロ波アイソレータを製造することは比較的簡単である。

しかし、このようなアイソレータは、異なる周波数の信
号が同時または順番に入力されるような場合には、十分
な特性を示すことができない。

さらに、特性（ｂｌと特性（ａｌとの差、すなわち順方
向と逆方向との減衰の差も、基本的に重要な値となる。

この差は、特に、マイクロ波アイソレータにより、反射
したマイクロ波を減衰させるときに問題である。順方向
の減衰は、小さいが避けることができない。この減衰を
相殺するためにマイクロ波信号の電力を増加させると、
反射されるマイクロ波信号の電力も増大する。逆方向の
全電力を減衰させることはできないので、順方向に伝搬
するマイクロ波信号を減衰させてしまう。したがって、
特性ｆｂｌと特性＋ａ＋との差が、全体の性能を評価す
る有用なパラメータとなる。

２９ＧＨｚの周波数帯域で得られた特性パラメータを第
２表に示す。これらのパラメータは、実施例Ｅｌ。

Ｅ２、Ｅ３および比較例ＰＡのマイクロ波アイソレータ
で、それぞれ順方向おび逆方向の減衰を測定して得た。

測定は、２７．５ないし２９．５ＧＨｚの周波数帯域つ
いて行い、その周波数帯域での「最悪の値」を選んだ。

実際には、全ての帯域について情報を確実にするため、
これらの上記の周波数帯域よりわずかに高い周波数およ
び低い周波数についても測定した。最小の逆方向減衰を
第２表の［逆方向Ｊの項に示し、最大の順方向減衰を「
順方向」の項に示す。これらの差を「逆−順」の項に示
す。これらの値は全てｄＢ単位である。

さらに、許容できる性能が得られる帯域幅を、Ｇ）ｌｚ
単位で「帯域幅」の項に示す。許容できる特性の基準は
、「良好」な逆方向減衰が３０ｄＢ以上で、「良好」な
順方向減衰が２ｄＢより小さいことが満たされることで
ある。

第２表 「帯域幅」の項は、比較例ＰＡが狭い帯域幅、すなわら
０．４ＧＨｚまたは使用しようとする帯域幅の２０％で
しか、許容できる性能を示すことができないことを示す
。他の三つの欄も、問題としている周波数帯域、すなわ
ち２７．５ないし２９．５ＧＨｚの帯域で、十分な減衰
が得られないことを示している。

実施例Ｅ１は、フェライト層および吸収層の間にスペー
サ層を備え、順方向および逆方向の減衰に関しては実質
的に良好であるが、帯域幅は使用周波数帯域幅の約３０
％で、あまり良好ではない。

実施例Ｅ２およびＥ３は、フェライト層およびスペーサ
層の間にさらに吸収層を設けた望ましい実施例であり、
満足できる性能を示す帯域幅の実質的な増大を示す。こ
の特徴は、他の項の良好な減衰の反映である。

実施例Ｅ３は、プレーナ回路に適合できる簡単な構造で
優れた性能を示す。満足できる性能を示すことのできる
帯域幅も３　Ｇｌ（ｚ以上であり、２７．５ないし２９
．５ＧＨｚの２　ＧＨｚの周波数帯域幅を越えている。

大きい逆方向減衰（３７ｄＢ）および小さい順方向減衰
（１，２ｄＢ　）は、このマイクロ波アイソレータの性
能が優れていることを示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の非相反素子、非相反フィ
ンライン素子およびマイクロ波アイソレータは、製造が
容易であり、しかも広い周波数帯域に対して良好なアイ
ソレーション効果を示す。

したがって、本発明は、長゛距離通信用のマイクロ波無
線リンク用のアイソレータに用いて大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例非相反フィンライン素子を示
す図。 第２図は本発明第二実施例非相反フィンライン素子を示
す図。 第３図は第二実施例の平面図。 第４図は導波路内に非相反フィンライン素子を取り付け
たマイクロ波アイソレータを示す図。 第５図はリッジ導波路に非相反素子を取り付けたマイク
ロ波アイソレータを示す図。 １０・・・導電体層、１１・・・基板、１２・・・フェ
ライト層、１３．１３Ａ、１３Ｂ・・・エネルギ吸収層
、１４・・・スペーサ層、１６・・・非相反素子、２０
・・・中心部、２１．２２・・・終端部、３０・・・本
体、３０＾、３０Ｂ・・・部分、３１．３２・・・’Ｊ
　ｙジ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波信号の伝搬路を決定する導波手段と、 この導波手段内の電界面に沿って取り付けられたフェラ
   イト層およびエネルギ吸収層を含む層状の非相反素子と を備えたマイクロ波アイソレータにおいて、上記非相反
   素子には、上記フェライト層および上記エネルギ吸収層
   の間に誘電体スペーサ層を含む ことを特徴とするマイクロ波アイソレータ。
2. （２）非相反素子は、スペーサ層とフェライト層との間
   にさらに別のエネルギ吸収層を含む特許請求の範囲第（
   １）項に記載のマイクロ波アイソレータ。
3. （３）導波手段の外側には、非相反素子の近傍に磁場を
   供給する磁気手段を含む特許請求の範囲第（１）項また
   は第（２）項に記載のマイクロ波アイソレータ。
4. （４）フェライト層と、エネルギ吸収層と、上記フェラ
   イト層および上記エネルギ吸収層との間に設けられた誘
   電体スペーサ層とを備えた非相反素子。
5. （５）エネルギ吸収層は抵抗体の層である特許請求の範
   囲第（４）項に記載の非相反素子。
6. （６）エネルギ吸収層は、損失角が０．０１ラジアンを
   越える誘電体層である特許請求の範囲第（４）項に記載
   の非相反素子。
7. （７）スペーサ層は比誘電率が１．５ないし２０である
   特許請求の範囲第（４）項に記載の非相反素子。
8. （８）フェライト層と、エネルギ吸収層と、上記フェラ
   イト層および上記エネルギ吸収層との間に設けられた誘
   電体スペーサ層とを備えた非相反素子において、 フェライト層とスペーサ層との間にさらに別のエネルギ
   吸収層 を備えたことを特徴とする非相反素子。
9. （９）それぞれのエネルギ吸収層は抵抗体の層である特
   許請求の範囲第（８）項に記載の層状構造物。
10. （１０）それぞれのエネルギ吸収層の面積抵抗は１０な
    いし３０００Ω／□である特許請求の範囲第（９）項に
    記載の非相反素子。
11. （１１）それぞれのエネルギ吸収層は、損失角が０．０
    １ラジアンを越える誘電体層である特許請求の範囲第（
    ８）項に記載の非相反素子。
12. （１２）マイクロ波エネルギの伝搬路を決定する導電体
    層と、 この導電体層を支える一つ以上の基板と を備えた非相反フィンライン素子において、上記基板の
    上記導電体層と反対側の面に、フェライト層、エネルギ
    吸収層および上記フェライト層および上記エネルギ吸収
    層との間に設けられた誘電体スペーサ層とを含む非相反
    素子が設けられたこと を特徴とする非相反フィンライン素子。
13. （１３）非相反素子のフェライト層が基板に隣接する特
    許請求の範囲第（１２）項に記載の非相反フィンライン
    素子。