WO2001078187A1

WO2001078187A1 - Module de circuit irreversible

Info

Publication number: WO2001078187A1
Application number: PCT/JP2001/003001
Authority: WO
Inventors: Yasushi Kishimoto; Hiroyuki Itoh; Hideto Horiguchi; Manabu Yumoto; Youichi Takahashi; Shinichirou Takeuchi
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2002-10-06
Also published as: CN1381077A; CN1257574C; KR20020021645A; US6894578B1; EP1276168A1; JP4711038B2

Description

明細書

非可逆回路モジュール

発明の分野

本発明は携帯電話等のマイクロ波通信機器等に使用されるサーキュレー夕、アイソレー夕等の非可逆回路モジュールに関する。背景技術

近年の無線通信装置、例えば携帯電話の普及には、目を見張るものがあり、携帯電話の機能及びサービスの向上が益々図られている。携帯電話を例にとると、携帯電話のシステムとしては、例えば主に欧州で盛んな EGSM (Extended Global System for Mobile Communications) 方式及び DCS 1800 (Digital Cellular System 1800) 方式、米国で盛んな PCS (Personal Communications Service) 方式、日本で採用されてレる PDC (Personal Digital Cellular) 方式等の様々なシステムがある。このようなシステムに用いられる携帯電話においては、アンテナのインピーダンス変動等により送信出力電力の一部が反射し、この反射電力により増幅器が損傷したり、あるいは隣接チャンネルの信号がアンテナから進入して相互変調が発生することがないようにする必要がある。また例えば PDC等においては、基地局から携帯電話に送信出力を規制するための送信出力制御信号を送って携帯電話の送信出力電力の制御を行うことが定められている。

そのため、携帯電話の送信回路部を図 18に示す構成とし、変調回路部（図示せず）からの高周波信号を増幅器 1で増幅し、方向性結合器 2 により高周波信号に比例する出力を取り出し、その出力を自動利得制御回路 7に供給して増幅器 1の出力電力を制御する。また方向性結合器 2 の後段側に配置する非可逆回路素子（アイソレータ） 3により、アンテナ 6、ローパスフィル夕 4及びアンテナ共用器 5の各部品の特性ィンピ一ダンスと線路ィンピーダンスとの不整合等により生じる反射波が増幅器 1に進入するのを防いでいる。

図 19は従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。この非可逆回路素子は中心導体組立体 10と、樹脂ケース 12と、負荷容量となる誘電体 50a, 50b , 50cと、永久磁石 9と、金属製ケース 7， 8とを有する。中心導体組立体 10は、薄い銅板からなるグランド電極とそれから 3方向に放射状に延びた中心導体 14a， 14b , 14cとからなる一体的な中心導体部材と、円板状ガーネット（磁性体） 13からなり、中心導体部材は円板状ガーネット（磁性体） 13を包み込み、中心導体 14a, 14b , 14cは互いに絶縁を保ちながらガーネット（磁性体） 13の上面中央で 120 ° で交差するように折り込まれる。中心導体組立体 10は樹脂ケース 12のほぼ中央部に形成された凹部 15内に配置され、凹部 15の周囲に形成された 3つの矩形凹部に誘電体 50a, 50b , 50cが配置される。中心導体部材のグランド電極は樹脂ケース 12のグランド板に半田付けにより接続され、また中心導体部材の中心導体 14a, 14b, 14c (入出力電極）は誘電体 50a, 50b , 50c上面の外部電極に半田付けにより接続される。ガーネット 13 上の中心導体 14a， 14b , 14cに直流磁界をかけるための永久磁石 9は中心導体組立体 10上に配置されている。これらの部品全体は上下一対の金属製ケース 7， 8内に収容されている。上下一対の金属製ケース 7， 8は磁気ヨークを兼ねており、磁気回路を構成し、外形寸法が 5 mm X 5 mm X 1.7〜2.0 mmの非可逆回路素子となる。

しかしながらこのような構成を有する携帯電話の送信回路部には、方向性結合器 2や結合コンデンサ、非可逆回路素子 3及びローパスフィル夕 4をそれぞれ個別の部品として組み込む場合に次のような不具合がある。

携帯電話に対して、小型化のために方向性結合器 2、ローパスフィル夕 4及び増幅器 1の占有面積をできるだけ小さくし、低価格化のために機能当たりの価格をできるだけ下げ、かつ部品点数を削減するといつた要求が益々高まっている。このような要求に対し、方向性結合器 2、非可逆回路素子 3、ローパスフィル夕 4及び増幅器 1を小型化することにより、これらの部品の占有面積を低減できるが、それにも自ずと限界がある。また単に中心導体組立体 10及び誘電体 50a, 50b , 50cの小型化により非可逆回路素子 3を小型化しょうとすると、以下の問題が生じる < すなわち、中心導体組立体 10 を小型化すると、非可逆回路素子として最適動作する磁性体寸法から逸脱し、また誘電体を小型化するために高誘電率の誘電体材料を用いると、誘電体材料による損失が相対的に増加して非可逆回路素子としての電気的特性が劣化してしまう。

方向性結合器 2は、小型化するとアイソレーション特性が著しく劣化する。アイソレーション特性の劣化により、方向性結合器 2の重要な特性の一つである方向性（directivity) が十分に得られず、その結果送信信号の進行方向とは逆の反射波の一部あるいは全部が結合取出し端子 P5 に流れ込み、所望の結合度が得られないといった問題もあった。また方向性結合器と非可逆回路素子とのィンピーダンス整合を取るために、新たに整合回路を付加しなければならないこともあった。なお方向性は次式により求められ、少なくとも 10 dB以上である必要がある。方向性 =出力端子 ·結合取出し端子間のアイソレーションーカツプリング量

さらに方向性結合器 2には、主として結合損失と導体損失とからなる一定の挿入損失があり、非可逆回路素子 3やローパスフィル夕 4にも揷入損失がある。従ってそれぞれを個別の部品として使用した場合には、各々の損失量が加算されて送信回路部全体の損失量が大きくなる。送信回路部の損失は消費電力の増加を招き、バッテリ容量に制限のある携帯電話ではこの損失を無視することができない。

このような問題を解消するために、特開平 9-270608号には、ァイソレー夕の入力端子に分岐して接続されたコンデンサ（出力検出用容量）から高周波信号に比例する出力を取出し、その出力を自動利得制御回路に供給して増幅器の出力電力を制御すること、さらに前記出力検出用容量をアイソレー夕の負荷容量とともに、誘電体シートを積層してなる一体的積層体中に構成することが提案されている。

しかしながら、出力検出用容量を用いる場合には寄生容量の影響により十分な方向性が得られないため、電極パターン間の干渉を十分に考慮した設計の出力検出用容量を積層体内に形成しなければ所望の結合度が得られないという問題がある。また 20 dBの結合度を得ようとすると、出力検出容量を 0.15 pFと非常に小さく構成しなければならないため制御が難しく、また製造上のバラツキや寄生容量により結合度がばらつくという問題もある。また電極パターン間の干渉の問題から、更なる小型化は実質的に困難であった。発明の目的

従って本発明の目的は、部品点数、実装面積及び製造コストの抑制のために非可逆回路素子及び方向性結合器の機能を有する非可逆回路モジュールを提供することである。

本発明の別の目的は、少ない損失でさらにローパスフィル夕の機能を付加した非可逆回路モジュールを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、さらに高周波増幅器を具備する非可逆回路モジュールを提供することである。発明の開示

本発明の第 1の非可逆回路モジュールは、（a) 磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) —端を共通端とし他端を高周波信号の入出力端とする複数の中心導体を前記磁性体に配した組立体と、（c) 導体層を有する複数の誘電体層からなる積層体中に形成され、前記中心導体に接続された複数の負荷容量と、（d) 前記中心導体のいずれかに接続された第 1の伝送線路と、（e) 前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを具備し、前記第 1の伝送線路及び第 2の伝送線路は積層体内に積層形成されていることを特徴とする。この非可逆回路モジュールにおいては、増幅器からの高周波信号は前記積層体内に形成された第 1の伝送線路の端子 P1に入力する。前記積層体には第 1の伝送線路と磁気結合するように第 2の伝送線路が形成されており、第 2の伝送線路に高周波信号の一部が現れ、非可逆回路モジュールに形成された端子 P5から高周波信号に比例する高周波電力が自動利得制御回路に供給される。一方、前記高周波信号は端子 P2に伝送され、非可逆回路素子に入力する。端子 P2から入力した高周波信号は、前記組立体の中心導体によりガーネットに伝送され、永久磁石によりガーネッ卜に加えられる直流磁界の作用により、高周波信号は進行方向が 120° 曲げられて、端子 P3と接続する中心導体に伝送され、端子 P3から出力される。

共同して方向性結合器を構成する第 1及び第 2の伝送線路は、非可逆回路素子を構成する複数の負荷容量とともに、導体層を有する複数の誘電体層からなる積層体内に積層構造として形成される。この構成により，非可逆回路素子と方向性結合器のィンピーダンスマッチングを容易に行うことができる。

すなわち、方向性結合器のインピーダンスは、方向性結合器を構成する伝送線路のライン幅及びそのグランド面からの距離等により決定される。また非可逆回路素子のインピーダンスは、中心導体組立体を構成する磁性体及び中心導体の材質及び形状、並びに永久磁石の磁力より決定される。方向性結合器及び非可逆回路素子の特性インピーダンスは一般に 50 Ωに設定されるが、方向性結合器と非可逆回路素子を別体で構成する場合には、製造上必然的に起こるバラツキ（例えば誘電体層の厚さのバラツキ、伝送線路のライン幅のバラツキ、磁性体の磁力のバラツキ等）により、特性インピーダンスのバラツキもある程度やむを得ない。

このため、単に方向性結合器と非可逆回路素子を組み合わせると、入出力端子 P2においてインピーダンスの不整合が生じ、挿入損失特性が劣化してしまう。しかし、積層体内に方向性結合器を構成する 2つの伝送線路と非可逆回路素子を構成する負荷容量とを一体的に形成すると、永久磁石からの直流磁界を調整することにより非可逆回路素子の特性ィンピーダンスを方向性結合器の特性ィンピーダンスに合わせることができ、端子 P2におけるインピーダンスの不整合を極めて小さくできる。また導体層を有する複数の誘電体層からなる積層体内に負荷容量、第 1の伝送線路及び第 2の伝送線路を積層構造として形成することにより、非可逆回路モジュールの小型化を達成できる。

本発明の第 2の非可逆回路モジュールは、（a) 磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) —端を共通端とし他端を高周波信号の入出力端とする複数の中心導体を前記磁性体に配した組立体と、（c) 積層体とを有し、前記積層体は、前記組立体と電気的に接続されそれぞれ誘電体層を介して対向する導体層により形成された複数の負荷容量と、前記中心導体のいずれかに接続される第 1の伝送線路と、前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを有し、複数の負荷容量のホット側及びグランド側の導体層は負荷容量ごとに分割されていることを特徴とする。

この非可逆回路モジュールは、第 1の非可逆回路モジュールと同じ効果を有するとともに、負荷容量のホット側及びグランド側の導体を負荷容量ごとに分割して、負荷容量に寄生するィンダク夕ンス及び等価直列抵抗の増加を防ぎ、負荷容量を高 Q値（低損失）にすることにより、低損失化されている。

積層体のほぼ中央には、組立体を収容する孔部が形成されている。この孔部は貫通孔でも凹みでも良い。

本発明の第 3の非可逆回路モジュールは、（a) 板状の磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) 薄い銅板からなるグランド電極から複数の方向に中心導体が放射状に延びた形状を有する中心導体部材と、前記磁性体からなる組立体であって、前記中心導体は互いに絶縁された状態で前記磁性体を包み、前記磁性体のほぼ中央で交差する組立体と、（c) 導体層を有する複数の誘電体層からなり、ほぼ中央に組立体を収容する孔部を有する積層体とを具備し、前記積層体は、前記孔部の周囲に形成された複数の負荷容量（前記誘電体層を介して対向する複数の導体層からなる）と、前記中心導体のいずれかに接続された第 1の伝送線路と、前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを有し、前記負荷容量は前記組立体と電気的に接続され、前記負荷容量の一つは前記第 1の伝送線路と前記中心導体を介して電気的に接続されており、他の負荷容量は前記第 1の伝送線路と接続されていないことを特徴とする。

このような構成により、上記効果の他に、非可逆回路と方向性結合器の電気特性を別々に確認することができるという効果が得られる。そのため、非可逆回路モジュールとして電気的な不具合が生じた場合、どちらの機能部が原因かを容易に特定することができる。

本発明の非可逆回路モジュールにおいては、前記第 1の伝送線路の少なくとも一端に負荷容量と並列に静電容量を接続し、ローパスフィル夕を構成するのが好ましい。前記第 1の伝送線路と並列に静電容量を接続して並列共振回路とし、前記並列共振回路の共振周波数において減衰極を設けるのがより好ましい。このようにローパスフィル夕と方向性結合器とを一体化すると、ローパスフィル夕と方向性結合器を個別に接続する場合よりも、回路素子の数を少なくでき、高周波回路部全体を小型化できるとともに、挿入損失も方向性結合器のみの損失となるため、全体的に低損失となる。

本発明においては、誘電体層を介して積層方向に対向した導体層により負荷容量を構成するとともに、導体層の一部を永久磁石と対向する積層体の主面に形成するのが好ましい。このような構成により、非可逆回路の中心周波数がずれても、導体層の一部をトリミングすれば容量値を調整することができる。

また本発明において、方向性結合器を構成する第 1の伝送線路と第 2 の伝送線路は、誘電体層を介して積層方向に対向して配置される。このような構成により、 2つの伝送線路を同一平面上に配置して方向性結合器を構成するよりも、平面的な広がりを小さくできる。更に前記伝送線路をコイル状に巻回すれば、積層時の位置ずれによる結合量のバラツキを回避できるため好ましい。

第 1及び Z又は第 2の伝送線路は、異なる誘電体層に形成された複数の導体層をスルーホールで電気的に接続することにより構成しても良レ方向性結合器の結合度は、誘電体層を介して対向する第 1及び第 2 の伝送線路用導体層の積層方向に重畳する面積を増減させることにより、調整することができる。

また本発明の非可逆回路モジュールに用いる積層体の裏面には、広い面積の導体層からなるグランド電極が設けられており、グランド電極は第 1及び第 2の伝送線路と負荷容量の共通のグランドとなる。このような構成により、積層体のグランド電位が取り易くなるとともに、半田付けにより十分な固着強度が得られる。

本発明の好ましい一実施例による積層体においては、第 1及び第 2の伝送線路と非可逆回路との干渉を防止するために、第 1及び第 2の伝送線路を構成する導体層を第 1の積層領域に形成するとともに、非可逆回路を構成する複数の負荷容量を第 1の積層領域と異なる第 2の積層領域に形成する。

また干渉を防止するために、第 1の伝送線路及び第 2の伝送線路を、負荷容量を構成する導体層と積層方向に重ならないように配置したり、前記第 1の積層領域と前記第 2の積層領域をグランド電極で分離しても良い。

本発明においては、積層体に高周波増幅器を搭載することも可能である。高周波増幅器の出力端は、積層体中の導体層により第 1の伝送線路の一端と接続される。高周波増幅器は、トランジスタを有する増幅回路と、増幅回路の入力側に接続された入力整合回路と、増幅回路の出力側に接続された出力整合回路とを備え、入力整合回路及び出力整合回路はそれぞれコンデンサ及びィンダクタを有する。増幅回路のトランジス夕は積層体上に搭載されており、ィンダク夕は伝送線路として積層体の内部に形成されているのが好ましい。コンデンサは積層体内で誘電体層を挟んで対向するコンデンサ電極により形成されているのが好ましい。増幅回路のトランジスタは電界効果型トランジスタからなり、高周波増幅器はガリウム砒素 GaAs トランジスタからなるのが好ましく、これらの部品は積層体上に実装するのが好ましい。

非可逆回路の特性インピーダンスは 50 Ωに設定されているが、トランジス夕の入出力ィンピーダンスは数 Ω〜十数 Ω程度であるため、両者の接続には入力 ·出力整合回路が必要であるが、図 17の等価回路に示すようにローパスフィル夕を増幅回路の出力側に接続される出力整合回路として用いれば、出力整合回路を別途設ける場合と比べて回路素子の数を削減できるとともに、挿入損失特性も向上することができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示す図であり、

図 2は本発明の一実施例による非可逆回路モジュールを示す分解斜視図であり、

図 3は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の回路構成を示す展開図であり、

図 4 (a) は実施例 1の非可逆回路モジュールの挿入損失特性を示すグラフであり、

図 4 (b) は実施例 1の非可逆回路モジュールの力ップリング特性を示すグラフであり、

図 4 (c) は実施例 1の非可逆回路モジュールのアイソレーション特性を示すグラフであり、

図 5は本発明の他の実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示す図であり、

図 6は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の他の回路構成を示す展開図であり、

図 7 (a) は実施例 2の非可逆回路モジュールの挿入損失特性を示すグラフであり、図 7 (b) は実施例 2の非可逆回路モジュールの力ップリング特性を示すグラフであり、

図 7 (c) は実施例 2の非可逆回路モジュールのアイソレーション特性を示すグラフであり、

図 8は本発明の他の実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示す図であり、

図 9は本発明の非可逆回路モジュールの積層体の他の例を示す斜視図であり、

図 10 は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の他の回路構成を示す展開図であり、

図 11 は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の他の回路構成を示す展開図であり、

図 12 は本発明の非可逆回路モジュールに構成する方向性結合器の結合量の調整を説明するための第 1の伝送線路の構成を示す展開図であり、図 13 は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の他の回路構成を示す展開図であり、

図 14 は本発明の非可逆回路モジュールの積層体において、非可逆回路と方向性結合器との接続の一例を示す平面図であり、

図 15 は本発明の非可逆回路モジュールの組立体の他の例を示す斜視図であり、

図 16 は本発明の非可逆回路モジュールの組立体を構成する各層の回路構成を示す展開図であり、

図 17 は本発明の他の実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示す図であり、

図 18は携帯電話の送信回路部を示すブロック図であり、

図 19は従来の非可逆回路素子を示す分解斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下添付図面を参照して本発明の非可逆回路モジュールの具体的な構造例を説明する。

図 1は本発明の一実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示し、図 2は本発明の一実施例による非可逆回路モジュールを示し、図 3は本発明の非可逆回路モジュールの積層体を構成する各層の回路構成を示す。この非可逆回路モジュールは非可逆回路と方向性結合器の機能を備え、非可逆回路部分における磁性体 13には永久磁石 9により外部磁界を印加され、所望のインピーダンス Zoで動作する。

図 1において、端子 P2， P3, P4とグランド GND と間に接続された負荷容量 C 1は非可逆回路の動作周波数を決定する。中心導体 14a、14b、 14cに包まれた磁性体 13のィンダク夕ンス Lは永久磁石 9からの外部磁界により変化する。この非可逆回路をアイソレー夕として動作させるために、端子 P4とグランド間に抵抗 Riが接続されている。端子 P2 と端子 P1との間に配置された第 1の伝送線路 200と、第 1の伝送線路 200 と磁気結合するように対向して配置され、抵抗 Rcと接続した端子 P6 を有する第 2の伝送線路 201とは、方向性結合器を構成する。

負荷容量 C 1 と第 1及び第 2の伝送線路 200, 201は、樹脂ベース 12 上に配置される積層体 11内に導体層により積層構造で形成されており、また印刷抵抗ゃチップ抵抗素子等からなる抵抗 Ri, Rcは積層体 11上に配置されている。

積層体 11 は低温焼成が可能なセラミック誘電体材料からなり、例えば比誘電率が約 8であり、 900 で焼成可能な誘電材料を用いる。積層体 11 は、例えばドクターブレード法により厚さ 30 m〜100 z mのグリーンシートを作製し、各グリーンシート上に A_g、 Cu等の導体を主体とする導電ペーストを印刷することにより、それぞれ方向性結合器用の第 1及び第 2の伝送線路 200, 201 と、非可逆回路用の負荷容量を構成する電極（導体層）を形成し、それらを形成した複数のグリーンシートを一体的に積層し、焼結することにより製造することができる。

組立体 10は、例えば薄い銅板からなるグランド電極から一体的に放射状に延びる 3本の中心導体 14a、 14b、 14cからなる構造を有する中心導体部材と、中心導体部材のグランド電極部の上に配置された円板状ガ

—ネット等の磁性体 13とからなる。中心導体 14a、 14b、 14cは円板状磁性体 13の側面に沿って折り曲げられ、絶縁フィルム等を介して絶縁状態で 120° 間隔で重ねられる。組立体 10は積層体 11の中央孔部 15 内に配置される。中心導体 14aの一端は積層体 11の上面に形成された負荷容量を構成する電極 50aに接続され、中心導体 14bは電極 50bに接続される。中心導体の一端は積層体 11の上面の電極 50cに接続され、各中心導体の他端は円板状磁性体 13の下面に位置するグランド電極を介して樹脂ベース 12のグランド電極（導体板） 18に接続される。樹脂ベース 12の側面には、実装基板と接続するための複数の外部端子 17a 〜17fが形成されている。

組立体 10は上記以外の方法により作製することもできる。例えば図 15及び図 16に示すように、ドクターブレード法等のシー卜形成技術を用いてシート状磁性体を作製し、これに中心導体となる電極パターンを形成して積層一体化し、焼結しても良い。また焼結した磁性体に薄膜技術を用いて中心導体を形成しても良い。

積層体 11の孔部 15内に組立体 10を配置し、その上に組立体 10に直流磁界を印加するための磁石 9を配置し、それらを上下から磁気ヨークを兼ねる金属ケース 7， 8で囲むことにより、本発明の非可逆回路モジユールが得られる。実施例 1

積層体 11の内部構造の一例を、図 3を用いて積層順に説明する。積層体 11は W-CDMA(Wideband CDMA 送信周波数 TX 1.92 GHz〜： 1.98 GHz) の非可逆回路モジュールに用いられるものである。ここでは説明の簡略化のために、無線通信装置のシステムとして W-CDMAを例にとるが、他のシステムであっても本発明の効果に変わりはない。

まず最下層のグリーンシート 112の裏面のほぼ全面にグランド電極 63を形成するとともに、樹脂ベース 12に形成した接続電極 30a〜30c に接続するための電極 80a〜80cを形成する。グリーンシート 112の上に電極パターンが印刷されていないグリーンシート 111， 110を積層した後、第 1の伝送線路を構成するライン電極 73が形成されたグリーンシート 109を積層する。その上にスルーホール電極（図中黒丸で示す）が形成されたグリーンシート 108を積層し、さらに第 2の伝送線路を構成するライン電極 72とスルーホール電極が形成されたグリーンシート 107を積層する。ライン電極 72の一端は積層体 11の側面に形成された外部電極 19cと接続し、ライン電極 73の一端は積層体 11の側面に形成された外部電極 19aと接続する。

グリーンシート 106上に形成された接続電極 70の一端をスルーホール電極を介してライン電極 73と接続し、他端をグリーンシート 100〜 105のスルーホール電極を介して積層体 11上面のパターン電極 50dと接続する。ライン電極 72はグリーンシー卜 100〜： 106に形成されたスル一ホール電極を介して積層体 11上面のパターン電極 50e と接続する。グリーンシート 106の上に、グランド電極 62とスルーホール電極が形成されたグリーンシート 105、負荷容量用の電極パターン 52a〜52c 及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 104、グランド電極 61 とスルーホール電極が形成されたグリーンシート 103、負荷容量用の電極パターン 51a〜51c及びスルーホール電極が形成されたグリーンシ —ト 102、グランド電極 60とスルーホール電極が形成されたグリーンシート 101、及び負荷容量用の電極パターン 50a〜50c、接続用の電極 50d〜50f及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 100を順に積層する。

電極パターン 50b , 51b , 52b、電極パターン 50c， 51c, 52c及び電極パターン 50a， 51a, 52aと、グランド電極 60， 61， 62 とにより、それぞれ端子 P3、端子 P2, 端子 P4に接続する負荷容量 C 1を構成する。積層体 11の上面に抵抗 Ri， Rcを印刷 · 焼き付け法により形成する。抵抗 Riはアイソレー夕用終端抵抗であり、抵抗 Rcは方向性結合器用の終端抵抗である。印刷抵抗の代わりにチップ抵抗を用いることも可能であり、また積層体との同時焼成によって各々の抵抗を形成することも可能である。

積層体 11の下面に、樹脂ベース 12の接続電極 30a, 30b, 30cと接続する入出力用電極 80a， 80b , 80c、及び樹脂ベース 12のグランド電極 18と接続するグランド電極 63を形成する。

良好な方向性結合器の機能を得るために、主線路となるライン電極 73 とグランド電極 63、副線路となるライン電極 72 とグランド電極 62の層間距離、及びライン幅を適宜設定することにより、線路の特性インピ一ダンスを 50 Ωに維持することが必要である。本実施例では、比誘電率 ε_Γが約 8の誘電体材料を用いて積層体 11を構成し、前記ライン電極を挟んだ上下のグランド電極間距離をとし、ライン電極の幅を各々 100 z mとし、線路長を約 1 / 16波長とした。

第 1及び第 2の伝送線路を構成するライン電極 72， 73は、それぞれ 1ターン巻回されたコイル型とし、誘電体層を介して積層方向に 100 mの間隔で対向させ、結合度が 20 dBとなるようにした。方向性結合器をこのようなコイル結合型構造とすると、主線路と副線路との層間距離及び重畳部分の線路長の両方により、結合度を容易に制御できるので好ましい。もちろん積層体 11の形状に応じてライン電極を 1ターン以上巻回しても良い。本実施例の積層体はさらに方向性結合器用のライン電極と負荷容量用の電極をグランド電極を挟んで積層体の別の層に形成することにより.、これらの部品の干渉を低減している。

方向性結合器用の第 1の伝送線路（ライン電極 73) と負荷容量用の電極パターン 50b とを積層体 11の外面上で接続し、非可逆回路及び方向性結合器の電気的特性を個別に確認できるようにする。これにより、非可逆回路に電気的な不具合が生じても、どちらの機能部が原因かを容易に特定することができる。例えば非可逆回路部で中心周波数がずれた場合でも、その発見が容易であり、また積層体 11の外面に形成した負荷容量用の電極 50a， 50b, 50cをトリミングして容量値を調整すれば、中心周波数を変化させることができる。このようにして外形寸法が 4 mm X 3.5 mm X 0.5 mmの積層体 11を得た。積層体 11を用いて、図 1に示す等価回路を有し、図 2に示す構造で外形寸法が 4 mm X 4 mm X I.7 mmの超小型非可逆回路モジュールを作製した。

図 4 (a) 〜（c) にこの非可逆回路モジュールの挿入損失特性、カツプリング（結合度）特性、出力端子 P3—入力端子 P1間のアイソレーション特性を示す。図 4 (a) 〜(c) から明らかなように、本実施例の非可逆回路モジュールは所望の周波数帯域で優れた挿入損失特性、力ップリング特性及びアイソレーション特性を有し、また方向性も 18 dB以上であった。これから、本実施例の非可逆回路モジュールは十分小型，高性能であることが分かる。実施例 2

図 5は本発明の別の実施例による非可逆回路モジュールの等価回路を示す。この非可逆回路モジュールは、方向性結合器の機能の他に口一パスフィル夕の機能も備える。

本実施例の非可逆回路モジュールは実施例 1のものと同じ部分を有するので、ここでは異なる部分のみ説明する。実施例 1 との相違は、（1) 第 1の伝送線路の両端とグランドとの間に第 1及び第 2の静電容量 C3， C4を接続して、第 1の伝送線路と第 1及び第 2の静電容量 C3， C4とによりローパスフィルタを構成し、（2) 減衰が急峻となるように、第 1 の伝送線路に第 3の静電容量 C2が並列に接続されている点である。図 6は本実施例の積層体 11の分解斜視図である。実施例 1 との相違は、グリーンシート 106に静電容量 C3用の電極 300を形成し、ダリーンシート 110に静電容量 C2用の電極 400を形成し、グリーンシート 111 に静電容量 C2用の電極 401を形成し、グリーンシート 112に静電容量 C4用の電極 301を形成している点である。このような構成により、第 1の伝送線路 200をローパスフィル夕のィンダク夕として利用できるのみならず、単に実施例 1の非可逆回路モジュールにローパスフィルタを加える場合と比較して、挿入損失及びサイズを実施例 1 と同程度に維持したまま、非可逆回路モジュールを多機能化することができる。そのため、更なる部品点数の削減及び実装面積の低減が可能となる。

第 1の伝送線路 200ではローパスフィル夕として十分なィンダクタンスが得られない場合、第 2の伝送線路 201との対向関係を維持しながら、第 1の伝送線路 200を構成するライン電極 73を適宜長くして、図 8に示すように第 1の分布定数線路 200にィンダクタンスを付与すればよい図 7 (a) 〜（c) にこの非可逆回路モジュールの挿入損失特性、カツプリング特性、及び出力端子 P3—入力端 P1間のアイソレーション特性を示す。図 7 (a) 〜(c) から明らかなように、所望の周波数帯域で優れた挿入損失特性、カップリング特性、アイソレーション特性が得られ、また 2 倍波減衰量も 30dB以上、方向性も 19dB以上であった。これから、本実施例の非可逆回路モジュールは十分小型かつ高性能であることが分かる。実施例 3

実施例 1 , 2では W-CDMA用の非可逆回路モジュールを説明したが、本実施例では、 D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone Service 送信周波数 T X 824 MHz〜849 MHz) で用いられる非可逆回路モジユールを説明する。

一般に取り扱う周波数が低下するのに伴い、インダク夕ンス、負荷容量及び方向性結合器のライン長のいずれも大きくする必要があり、小型化が困難となる。そこでこの実施例では、図 9に示すように積層体 11 の円形孔部 16の一部を埋めた形状とした。これにより、グリーンシー卜上での電極パターンの面積を増加でき、負荷容量 C1の容量値を増大させ、グランドを安定化し得るという利点が得られる。このため本実施例では、磁性体 13の形状を直径 2.5 mmとし、端部から 0.75 mmで截断した変形円形とした。

積層体 11の内部構造を図 10により積層順に説明する。最下層のグリーンシート 112の裏面のほぼ全面にグランド電極 63を形成するとともに、樹脂ベース 12に形成された接続電極と接続するパターン電極を設ける。グリーンシー卜 112の上に第 2の伝送線路を構成する一つのライン電極 73bを形成する。グリーンシート 112の上に、第 2の伝送線路を構成するもう一つのライン電極 73aを形成したグリーンシート 111を積層する。グリーンシート 111にはスルーホール電極が形成されており、ライン電極 73aとライン電極 73bを前記スルーホール電極により接続し、 1夕一ン巻回した第 2の伝送線路を構成する。

グリーンシート 111の上に電極パターンが印刷されていないグリーンシート 110を積層し、さらにその上に第 1の伝送線路を構成する一つのライン電極 72bを形成したグリーンシ一ト 109を積層する。グリーンシ —ト 109の上に第 1の伝送線路を構成するもう一つのライン電極 72aを形成したグリーンシート 108を積層する。グリーンシート 108にはスル一ホール電極が形成されており、ライン電極 72aとライン電極 72b とを前記スルーホール電極により接続し、 1ターン巻回した第 1の伝送線路を構成する。この第 1の伝送線路の一端は、グリーンシート 100〜107 に形成したスルーホール電極により、積層体 11上面のパターン電極 50d まで導出する。

グリーンシート 108の上に、スルーホール電極が形成されたグリーンシート 107及びグリーンシート 106、グランド電極 62及びスルーホ一ル電極が形成されたグリーンシート 105、負荷容量用の電極パターン 52 a〜52c及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 104、ダランド電極 61及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 103、負荷容量用の電極パターン 51a〜51c及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 102、グランド電極 60及びスルーホール電極が形成されたグリーンシート 101、負荷容量用の電極パターン 50a〜50c、接続用のパターン電極 50d、 50f及びスルーホール電極が形成されたグリ一 -ト 100を順に積層する。

電極パターン 50b， 51b , 52b、電極パターン 50c， 51c, 52c及び電極パターン 50a， 51a, 52aと、グランド電極パターン 60, 61 , 62 とにより、それぞれ端子 P2、端子 P3 , 端子 P4に接続する負荷容量 C1を構成する。

積層体 8の上面に印刷 ·焼き付け法により、アイソレー夕用終端抵抗である抵抗 Riを形成する。印刷抵抗の代わりにチップ抵抗を用いることも可能であり、また積層体との同時焼成によって抵抗 Riを形成することも可能である。

このようにして、外形寸法が 4 mm X 3.5 mm X 0.5 mmの積層体 11を得た。本実施例では、第 1の伝送線路及び第 2の伝送線路を孔部 16を取り囲むように設けた。このような構成により積層体 11内の限られた領域で比較的長いラインを形成できるので、送信信号の周波数帯域内における結合度の変化が小さい線路長に分布定数線路を構成することができるとともに、方向性結合器の重要な特性の一つである方向性が 10 dB以上となることが分かった。

本実施例では、比誘電率が約 8の誘電体を用いて積層体 11を構成し，第 1及び第 2の伝送線路を挟んだグランド電極 62、 63間の距離を 400 mとし、各ライン電極の幅を 100 mとし、第 1及び第 2の伝送線路の線路長を約 1 Z 12波長とした。また第 1及び第 2の伝送線路 200， 201 をそれぞれ 1ターンのコイル型とし、誘電体層を介して対向する第 1及び第 2の分布定数線路用の電極パターンうち最も近接した電極パターン 72b， 73aを 100 mの間隔で対向させた。このようにして、方向性結合器の機能を備えながら外形寸法が 4 mm X 4 mm X 1.7 mmの超小型の非可逆回路モジュールが得られた。

上記構造により、 14.3 dBの結合度が得られた。このようなコイル結合型構造は、主線路と副線路の層間距離及び重畳部分の線路長の両方により結合度を容易に制御できるので好ましい。もちろん、積層体 11の形状に応じてライン電極を 1夕一ン以上巻回しても良い。実施例 4 本発明の非可逆回路モジュールの他の例を図 12により説明する。本実施例の非可逆回路モジュールは実施例 3の非可逆回路モジュールと同じ部分を有するので、説明の簡略化のため異なる部分についてのみ説明する。図 12は第 1の伝送線路 200を構成するライン電極 72a、 72b を具備するグリーンシート 108, 109の平面図である。

本実施例の第 1の伝送線路 200は実施例 3と同様に 2層にわたり形成したライン電極 72a, 72bをスルホール電極で接続したものである。スルーホール電極の位置、及びライン電極 72a， 72bの長さを適宜変えることにより、誘電体層を介して対向する第 1及び第 2の伝送線路の電極パターンのうち最も近接した電極パターンの面積を増減させた。図 12 のグリーンシート 108のスルーホール電極が点 A， B, C又は Dにある場合、グリーンシート 109上の点 A， B， C又は Dの部分と接続する。なお実施例 3では Bの部分にスルーホール電極を形成している。

スルーホール電極の位置の変更による方向性結合器の結合度の変化を測定したところ、各点 A〜Dに対して、結合度は 12.5dB、 14.3dB、 14.8dB、 15. OdBと変化することが分かった。このように一平面上でスルーホールの位置を調整するだけで、結合度を容易に調節できる。

本実施例では、結合度を変化させるために第 1の伝送線路 200におけるスルーホール電極の位置を変更させたが、第 2の伝送線路 201におけるスルーホール電極の位置、又は第 1及び第 2の分布定数線路の両方におけるスルーホール電極の位置を変更しても、同様の効果が得られる。方向性も実施例 3と同程度で、 10dB以上であった。実施例 5

本発明による非可逆回路モジュールの他の例を図 11により説明する。本実施例の非可逆回路モジュールは実施例 3の非可逆回路モジュールと同じ部分を有するので、説明の簡略化のため異なる部分についてのみ説明する。図 11に示す積層体では、第 2の伝送線路 201を短くし、グリーンシート 111のみで形成した。このような構成により、実施例 3よりも 20.7 dBと結合度を弱めることができた。方向性は実施例 1よりも劣るが、 10 dB以上であった。実施例 6

本発明による非可逆回路モジュールの他の例を図 13により説明する。本実施例は前記実施例と同じ部分を有するので、説明の簡略化のため異なる部分にのみ説明する。図 13に示す例では、負荷容量を構成するグランド電極を負荷容量ごとに分割し、グリーンシート 101にはグランド電極 60a, 60b , 60cを形成し、グリーンシート 103にはグランド電極 61a, 61b , 61cを形成している。このようにして、負荷容量を低損失のコンデンサとして構成した。

図 14は組立体 11の上面を示す。第 1の伝送線路 200の一端は組立体 11のスルーホール電極を介して外面まで導出されて電極 50dと接続され、図 1における端子 P2となる。このような構成により方向性結合器と非可逆回路は直流的に断続された状態となるので、方向性結合器の電気的特性を予め計測して問題ないことを確認した後で、負荷容量を構成する電極パターン 50bと電極 50dとの両方に組立体 10の中心導体 14b を半田付けすることができる。

本実施例においても、他の実施例と同様に小型でありながら優れた電気的特性を有するの非可逆回路モジュールが得られた。

Claims

請求の範囲

1 . (a) 磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) —端を共通端とし他端を高周波信号の入出力端とする複数の中心導体を前記磁性体に配した組立体と、（c) 導体層を有する複数の誘電体層からなる積層体中に形成され、前記中心導体に接続された複数の負荷容量と、（d) 前記中心導体のいずれかに接続された第 1の伝送線路と、（_e) 前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを具備し、前記第 1の伝送線路及び第 2の伝送線路は積層体内に積層形成されていることを特徴とする非可逆回路モジュール。

2 . 請求項 1に記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記積層体のほぼ中央に前記組立体を収容する孔部を有することを特徴とする非可逆回路モジュール。

3 . (a) 磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) —端を共通端とし他端を高周波信号の入出力端とする複数の中心導体を前記磁性体に配した組立体と、（C) 積層体とを有し、前記積層体は、前記組立体と電気的に接続されそれぞれ誘電体層を介して対向する導体層により形成された複数の負荷容量と、前記中心導体のいずれかに接続される第 1 の伝送線路と、前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを有し、複数の負荷容量のホット側及びグランド側の導体層は負荷容量ごとに分割されていることを特徴とする非可逆回路モジュール。

4 . 請求項 1 に記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記積層体のほぼ中央に前記組立体を収容する孔部を有することを特徴とする非可逆回路モジュール。

5 . (a) 板状の磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、（b) 薄い銅板からなるグランド電極から複数の方向に中心導体が放射状に延びた形状を有する中心導体部材と、前記磁性体からなる組立体であって、前記中心導体は互いに絶縁された状態で前記磁性体を包み、前記磁性体のほぼ中央で交差する組立体と、（c) 導体層を有する複数の誘電体層からなり、ほぼ中央に組立体を収容する孔部を有する積層体とを具備し、前記積層体は、前記孔部の周囲に形成された複数の負荷容量（それぞれ前記誘電体層を介して対向する導体層からなる）と、前記中心導体のいずれかに接続された第 1の伝送線路と、前記第 1の伝送線路と磁気結合する第 2の伝送線路とを有し、前記負荷容量は前記組立体と電気的に接続され、前記負荷容量の一つは前記第 1の伝送線路と前記中心導体を介して電気的に接続されているが、他の負荷容量は前記第 1の伝送線路と接続されていないことを特徴とする非可逆回路モジュール。

6 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて，前記第 1の伝送線路の少なくとも一端に前記負荷容量と並列に静電容量が接続し、もってローパスフィル夕を構成することを特徴とする非可逆回路モジュール。

7 . 請求項 6に記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記第 1の伝送線路と並列に静電容量を接続して並列共振回路とし、前記並列共振回路の共振周波数において減衰極を設けることを特徴とする非可逆回路モジュール。

8 . 請求項 1〜 7のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記負荷容量は前記誘電体層を介して積層方向に対向した導体層により構成されており、前記導体層の一部は前記永久磁石と対向する積層体の主面に形成されていることを特徴とする非可逆回路モジュール。

9 . 請求項 1〜 8のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記第 1の伝送線路と前記第 2の伝送線路は前記誘電体層を介して積層方向に対向して配置されていることを特徴とする非可逆回路モジュール。

10. 請求項 1〜 9のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記第 1及び又は第 2の伝送線路は、分割されて複数の誘電体層に配置された複数の導体層をスルーホールを介して電気的に接続してなることを特徴とする非可逆回路モジュール。

11. 請求項 1〜： 10のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記第 1の伝送線路及び前記第 2の伝送線路を構成する導体層の積層方向に重畳する面積を増減させるこれにより、結合度を調整することを特徴とする非可逆回路モジュール。

12. 請求項 1〜： 11のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて. 前記積層体の裏面には広い面積を有する導体層からなるグランド電極が設けられており、前記グランド電極を前記第 1及び第 2の伝送線路と前記負荷容量の共通のグランドとすることを特徴とする非可逆回路モンュ—— レ。

13. 請求項 1〜12のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記積層体は前記第 1及び第 2の伝送線路を構成する導体層が形成された第 1の積層領域と、非可逆回路を構成する複数の負荷容量が形成された第 2の積層領域とを有することを特徴とする非可逆回路モジュール。

14. 請求項 1〜13のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記第 1の伝送線路と前記第 2の伝送線路とは、前記負荷容量を構成する導体層と積層方向に重ならないように配置されていることを特徴とする非可逆回路モジュール。

15. 請求項 1〜14のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記積層体はさらに高周波増幅器を有し、前記高周波増幅器の出力端は前記積層体中の前記導体層により前記第 1の伝送線路の一端と接続されていることを特徵とする非可逆回路モジュール。

16. 請求項 1〜15のいずれかに記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記高周波増幅器は、トランジスタを有する増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路とを備え、前記入力整合回路及び前記出力整合回路はコンデンサ及びインダク夕を有し、前記増幅回路のトランジスタは前記積層体上に搭載されており、前記ィンダク夕は伝送線路として前記積層体の内部に形成されていることを特徴とする非可逆回路モジユール。

17. 請求項 16に記載の非可逆回路モジュールにおいて、前記ローパスフィル夕を前記増幅回路の出力側に接続される出力整合回路として用いることを特徴とする非可逆回路モジュール。