JPS63260201A - 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】 本発明は超高周波帯のアイソレータに関しとくに磁気共
鳴型小型アイソレータに係る。

超高周波帯、とくにＵＨ，Ｆ帯、における通信装置ある
いは放送装置を構成するにはシステムあるいは個別回路
相互間の接続部での不要反射の影響を避けるための小型
のアイソレータが不可欠である。しかし従来とくに低い
マイクロ波帯用の小型で安価なアイソレータが少く、時
には伝送損失の犠牲を払っても上記不要反射の影響を少
くするために小型の減衰器を挿入することも多かった。

このような用途のアイソレータとして、第１図（ａ）の
斜視図および（ｂ）のＡｘ断面図に示したような従来の
磁気共鳴型アイソレータは構造が簡単であるので安価に
なり、広く使用し得る可能性を有している。第１図に示
した従来の磁気共鳴型アイソレータは、誘電体基板１の
中心部の孔にフェリ磁性体板２を挿入し、これらの一方
の面上に接地導体３を設け、他の面上には主線路１１お
よび終端開放の分岐線路１２、短絡導体３０に終端短絡
の分岐線路１３が形成され、これらがフェリ磁性体板２
上の接合電極４に接続され互いに交叉する形となってい
る。

この接合部分に外部磁石５により所定の磁気共鳴直流磁
界が印加される。

この場合電子通信学会マイクロ波研究会資料７４−８９
（第１２９頁〜１３７頁）に記載されているように、主
線路１１は入出力の導入線路であってその特性インピー
ダンスはシステムおよび個別回路の人出力インピーダン
ス２゜に設定され、通常その値は５０Ωである。また分
岐線路１２および１３の接合電極から見たインピーダン
ス、それぞれｚｃおよびｚＬは、次式で表わされる。

ＺＣ＝−ｊＺ、ｏｃｏｔｐｌｏ（１） ｚＬ＝ｊｚＱｔａｎｐＩＬ（２） 但しｚｃｏ、ｚＬＯは分岐線路特性インピーダンス、ｐ
は伝播定数、ｌｏ、ＩＬはそれぞれの長さである。ここ
では簡単のため接合電極端からの長さを用いるが、これ
を接合部中心あるいは主線路端からの長さとしても、式
（１）、（２）が少し複雑になるのみで、論旨に大幅な
変動は生じない。而して分岐線路１２．１３の幅および
長さを Ｚｏ：１ＺＪ＝＝ｌＺｏｌ：ＺｃｏＣＯｔ１３１ｃ、：
ＺＬｏｔａｎ１３１Ｌ（３）の条件を満たすように設定
すると入出力ＶＳＷＲは１となり、同時に接合部に回転
磁界が励起され、印加直流磁界によりアイソレータ特性
を示すとされている。上記（３）式の条件は、ｚｏ＝ｚ
ｏｏ＝ｚ、ｏにしたときには、１ｏ、ｌＬをともに動作
周波数の１７８の長さに設定することである。

ところが上記の条件を満たす従来のアイソレータを試作
したところ、第２図曲線Ａのような特性しか得られなか
った。すなわち、接合電極４を直径８ｍｍの円板とし、
フェリ磁性体２として直径８ｍｍ厚み１ｍｍ、　４ｏＭ
ｓ４８０ガウスのものを用い、さらに誘電体基板として
テフロン（商品名、以下同様）−ガラスプリント板を用
いて２゜＝ｚｏｏ＝ｚ、ｏ＝５０Ω、１ｏ＝ＩＬ＝２７
ｍｍに設定したときの特性が第２図Ａであり、ある周波
数ｆ。付近でＶＳＷＲはほぼ１となり、順方向損失も０
．５ｄＢと良好であるが、逆方向損失は最大でも約１０
ｄＢ程度しか得られないことが判明した。

したがって従来構成のアイソレータは、構造が単純であ
っても、特性が悪く、実用に供するには問題がある。

このような小さな逆方向損失をより大きくするために、
上記のようなアイソレータを２個直列に接続して使用す
る方法も考えられているが、構造は複雑、大壁化、し、
順方向損失は倍加する。

さらに従来の上記のごときアイソレータは、分岐線路を
折り曲げて小型化を計っても、例えば９００ＭＨｚ帯で
２０ｍｍ前後の基板寸法に納めるにはかなり困難が伴い
、より低い周波数では寸法的にさらに大きくなるので、
大きな実用上の欠点となる。

本発明の目的は上記のような従来構成の欠点、問題点を
克服し、充分実用に供しうる特性上、寸法上、経済性の
改良を計った新らしい構成のアイソレータを提供するこ
とにある。

本発明によれば、接地面上に、該接地面に平行な面を有
しかつ互いに９０度の角度間隔をなす４個の開口を有す
る接合電極を配置し、上記接地面と上記接合電極の間に
、フェリ磁性体板と該フェリ磁性体板の誘電率より大き
な誘電率を有し、該フェリ磁性体板を中央部の穴に挿入
した環状の誘電体板とを挿入し、さらに前記接合電極の
相対する２開口に正および負のりアクタンス回路を負荷
し、上記フェリ磁性体板全体をそれに垂直な磁界により
磁気共鳴磁界に磁化し、上記接合部の残りの２開口を入
出力としたことを特徴としたアイソレータが得られる。

前述の従来構成のアイソレータにおいて、直流印加磁界
を弱め、磁気共鳴周波数を下降させると、第２図点線ｐ
に沿って逆方向損失のピークは増大し、ある周波数ｆ、
において第２図曲線Ｂに示したような特性が得られるこ
とを見出した。この場合、逆方向損失は２０ｄＢ以上の
充分大きな大きさとなり、かつ１０ｄＢ帯域も約１０％
以上に増大する。しかしながら、この場合、直流磁界の
増大に伴って入出力ＶＳＷＲもほぼ点線ｑに沿って移行
し、上記逆方向損失が大きな所でＶＳＷＲは２以上に劣
化する。したがって挿入損失もまた１、５ｄＢ程度に劣
化する。入出力反射特性をアドミッタンススミスチャー
ト上で示すと第３図曲線Ｂとなる。第２図点線ｑは、フ
ェリ磁性体板がほぼ誘電体と見なせるように印加磁界を
充分強くしたときのＶＳＷＲの周波数特性を示すもので
、これが最小値１を示す周波数は先のｆ。である。第３
図で言えば、点線ｑはスミスチャートの中心と、左端を
直径とする円ｑ′上にあり、周波数ｆ。において中心部
を通る。

上記のような新らしい実験的事実は、式（３）による従
来の設計法では説明できないものである。そこで従来の
アイソレータの条件（３）を無効とし、分岐線路１２お
よび１３の寸法および印加磁界を変化させｒ。およびｆ
ｒの変化を実験的に求めた。その結果例えば第４図のよ
うな結果を見出した。図の横軸は終端短絡分岐線路１３
の長さＩＬであり、縦軸は周波数、パラメータは終端開
放分岐線路１２の長さｌ。である。

図において点ＡおよびＢは、それぞれ第２図の特性Ａお
よび第２図、第３図の特性Ｂが得られた状態を示してい
る。

第２図〜第４図の実験結果から従来構成のアイソレータ
ではＶＳＷＲ１挿入損失の良い周波数ｆ。と逆方向損失
の良い周波数ｆｒが存在し、ｆｏ近傍では逆方向損失が
悪く、ｆ、近傍においてはＶＳＷＲおよび挿入損失が悪
くなり、ＶＳＷＲあるいは挿入損失と逆方向損失の両方
を同時に良好になし得ない場合が大部分であることを見
出した。また、第４図より、ｆｏ＜　ｆ、となるＨ領域
のみならずｆ。＞ｆ、となるＬ領域の両方が存在するこ
とも見出した。

従来構成のアイソレータの接合部は、模型的に第５図（
ａ）のように表わされ、その等何回路は同図（ａ′）の
ように表わされると考えられる。第５図に示したように
接合部は必ず有限の寸法を有し、この寸法が動作周波数
の波長に比してたとえ１１１０以下の小さなものであっ
ても、同図等価回路パラメータのインダクタンスＬｊに
は磁気共鳴状態のフェリ磁性体の透磁率が負荷され、ま
たキャパシタンスＣｊには通常のフェリ磁性体の比誘電
率１２〜１５が負荷されるため、それぞれ周波数、フェ
リ磁性体材料によって大きく影響され、前述のような従
来設計法では説明できない大きな欠点を呈するものと考
えられる。例えば第４図り領域では、フェリ磁性体によ
る大きなキャパシタンスＣｊが、分岐線路によって回転
磁界を励起するためにはあまり寄与しないが、入出力Ｖ
ＳＷＲには大きく影響を与え、したがって前者によって
決まるｆ、と、後者によって決まるｒ。の大きな離反が
生ずるものと考えられる。

本発明によればこのようなｆ。およびｆ、の離反を無く
し、大きな逆方向損失を保ったまま入出力ＶＳＷＲおよ
び順方向損失を充分小さくでき、したがって小型安価で
充分に耐えるアイソレータを提供できる。

第６図は本発明の実施例を示す図であり（ａ）は斜視図
、（ｂ）はそのＡＡ’断面図である。第４図の説明にお
いて、分岐線路パラメータを変えることにより、ｆｏ＞
−となるＬ領域の存在することを見出した。この場合に
従来の接合部すなわち第５図（ａ）の接合部を用いると
例えば第４図Ｂ点では充分大きな逆方向損失は得られる
が、ＶＳＷＲ１挿入損失は悪化している。

そのときの入出力インピーダンス特性は、第３図アドミ
ッタンススミスチャートで示した特性となる。したがっ
て、本発明により接合部の構造を第５図（ｂ）のように
、フェリ磁性体板２と、それを中央部の穴に挿入した環
状の誘電体板７とで構成し、さらにこの環状の誘電体板
７の比誘電率をフェリ磁性体板２よりより大きくすると
、等何回路的に第５図（ｂ′）のようになり、接合部の
４個の開口部に新らしく、Ｃｄ’の並列キャパシタンス
が付加されたこととなり、入出力インピーダンス特性を
スミスチャートの中心部に近づけることができ、したが
って逆方向損失を大きくしたままＶＳＷＲ１挿入損失が
大幅に改善された実用的なアイソレータ特性、すなわち
第２図の特性Ｃに類似のものが得られる。

第６図に示した本発明の実施例はフェリ磁性体板２と、
この周囲に配置された環状の誘電体板７とにより構成さ
れた上記原理による本発明のアイソレータを示すもので
、第６図において軟鉄等の磁性金属板１０の中央部に接
地導体３、フェリ磁性体板２、その周囲に配置された環
状の誘電体板７、接合電極４とからなる接合部が固定配
置され、その相対する２個の開口端子には、それぞれ接
地端子３１との間に集中定数インダクタ１３０、集中定
数キャパシタ１２０が接続され、接合電極４の残りの２
開口端子はそのまま延長され入出力端子２００となって
いる。さら′　　にこれら全体に、下側に永久磁石５０
を取り付けた磁性金属からなる上蓋５１が上部よりかぶ
せられ、固定されることによりフェリ磁性体板２が磁気
共鳴磁界を印加される磁気回路が構成されるとともに取
り付は孔１０２を有するアイソレータが構成される。さ
らにこの実施例の場合、回転磁界励振用キャパシタ１２
０は誘電体基板１自体を誘電体として用いた集中定数単
板型キャパシタであり、回転磁界励振用インダクタ１３
０は蛇行する細いストリップ線路によるものである。環
状の誘電体板７としては、例えばＢａｄ−Ｔｉｅ２系Ｃ
ａＯ−ＴｉＯ２系等の比誘電率が２０程度以上の誘電他
セラミック等であれば、フェリ磁性体の比誘電率１２〜
１４より大きく適当である。

また、比誘電率ととくに制限の無い、誘電体基板１とし
て、環状の誘電体板７と同一のものを用いると、これら
が連続する単一部品とすることができるので、非常に好
都合である。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のアイソレータを示す図で（ａ）は斜視図
、（ｂ）はそのＡＡ’に関する断面図である。図におい
て、 １・、・誘電体基板、２・・・フェリ磁性体板、３・・
・接地導体、４・・・接合電極、５・・・外部磁石、１
１・・・主線路、１２・・・終端開放分岐線路、１３・
・、終端短絡分岐線路、３０・・・短絡導体、である。 第２図〜第４図は本発明の詳細な説明するための特性図
面である。 第５図は（ａ）は従来の接合部、（ｂ）は本発明の接合
部を示す図で、（ａ′）、（ｂ′）はそれぞれの等価回
路図である。図において共通に、２・・・フェリ磁性体
板、３・・・接地導体、４・・・接合電極、７・・・本
発明によるフェリ磁性体板より比誘電率の大きな環状の
誘電体板である。 第６図は本発明の実施例を示す図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）はそのＡＮに関する断面図である。第６図におい
て、第１図および第５図と同一合成要素は同一番号を用
いて示した。その他に１ｏ、−１ｔｉ性金属板、５０・
・・外部磁石、５１・・・上蓋、１２０・・・集中定数
キャパシタ、１３０・・・集中定数インダクタ、２００
・・・入出力端子、１０２、１０２’・・・取り付は孔
である。 第　２　図 −０，１ 答４図 Ｉｔ（ｙｎｍ） 図面の弁舌 第５図 手続補正書（方パノ １．事件の表示　　　昭和６２年　特許　願第２６７４
３１号２、発明の名称　　アイソレータ ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 電話　東京（０３）４５６−３１１１（大代表）−一５
、補正命令の日付 昭和６３年２月２３日（発送日） ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄および図面７、補正の内
容 （１）明細書の第１２ｊｌ第１４行目にｒ（ａ’、）、
（ｂ’）Ｊとあるのをｒ　（ａ）、（ｄ）　Ｊと補正す
る。 （２）図面の第５図を別紙のとおシ補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　接地面上に、該接地面に平行な面を有しかつ互いに９
   ０度の角度間隔をなす４個の開口を有する接合電極を配
   置し、上記接地面と上記接合電極の間に、フェリ磁性体
   板と該フェリ磁性体板の誘電率より大きな誘電率を有し
   、該フェリ磁性体板を中央部の穴に挿入した環状の誘電
   体板とを挿入し、さらに前記接合電極の相対する２開口
   に正および負のリアクタンス回路を負荷し、上記フェリ
   磁性体板全体をそれに垂直な磁界により磁気共鳴磁界に
   磁化し、上記接合部の残りの２開口を入出力としたこと
   を特徴としたアイソレータ。