JP2023067826A - 非可逆回路素子及びこれを備える通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体基板に設けられた貫通孔に磁気回転子が収容された構造を有する非可逆回路素子において挿入損失を低減する。【解決手段】非可逆回路素子１は、貫通孔１１ａを有する誘電体基板１０と、貫通孔１１ａに収容された磁気回転子Ｍと、磁気回転子Ｍに磁界を印加する永久磁石２０とを備える。磁気回転子Ｍは、貫通孔１１ａの内壁と接することなく誘電体基板１０に支持されている。このように、非可逆回路素子１は、磁気回転子Ｍが貫通孔１１ａの内壁と接していないことから、挿入損失を低減することが可能となる。【選択図】図８

Description

本開示は非可逆回路素子及びこれを備える通信装置に関し、特に、誘電体基板に設けられた貫通孔に磁気回転子が収容された構造を有する非可逆回路素子及びこれを備える通信装置に関する。

磁気装置の一種であるアイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、上部ヨークと下部ヨークによって磁気回転子及び永久磁石を挟み込む構成を有している。特許文献１～３に記載された非可逆回路素子は、誘電体基板に設けられた貫通孔の内部に磁気回転子を収容した構造を有している。

特開２００２－０４３８０８号公報 特開平９－３２１５０４号公報 特開平１１－２３４００３号公報

しかしながら、本発明者らの研究によれば、磁気回転子が貫通孔の内壁に接すると、挿入損失が増加することが明らかとなった。

したがって、本開示は、誘電体基板に設けられた貫通孔に磁気回転子が収容された構造を有する非可逆回路素子において、挿入損失を低減することを目的とする。また、本開示は、このような非可逆回路素子を備える通信装置を提供することを目的とする。

本開示による非可逆回路素子は、貫通孔を有する誘電体基板と、貫通孔に収容された磁気回転子と、磁気回転子に磁界を印加する永久磁石とを備え、磁気回転子は、貫通孔の内壁と接することなく誘電体基板に支持されている。

また、本開示による通信装置は、上記の非可逆回路素子を備える。

本開示に係る技術によれば、磁気回転子が貫通孔の内壁と接していないことから、挿入損失を低減することが可能となる。

本開示において、磁気回転子と貫通孔の内壁との最小距離は、５０μｍ以上であっても構わない。これによれば、挿入損失を十分に低減することが可能となる。また、磁気回転子と貫通孔の内壁との最小距離は、１００μｍ以上であっても構わない。これによれば、挿入損失の低減効果を最大限に得ることが可能となる。さらに、磁気回転子と貫通孔の内壁との最小距離は、１５０μｍ以下であっても構わない。これによれば、誘電体基板の有効面積を確保しつつ、挿入損失を低減することが可能となる。

本開示による非可逆回路素子は、誘電体基板の上面に形成され、磁気回転子に接続される接続パターンと、誘電体基板の下面に形成され、接続パターンに接続される端子電極と、誘電体基板の下面に形成されたグランドパターンとをさらに備え、接続パターンとグランドパターンの重なりによって整合容量を構成しても構わない。これによれば、誘電体基板の下面を実装面として用いることができることから、インサートモールド成型が必要な複合パーツが不要となる。また、誘電体基板自体にキャパシタパターンが設けられていることから、整合用のチップコンデンサを用いる必要がなく、部品点数を削減することができる。

本開示による非可逆回路素子は、誘電体基板、磁気回転子及び永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、誘電体基板の下面は、下部ヨークの一部を収容する凹部を有していても構わない。これによれば、表面実装する際に下部ヨークと実装基板の干渉が生じない。

このように、本開示に係る技術によれば、誘電体基板に設けられた貫通孔に磁気回転子が収容された構造を有する非可逆回路素子において、挿入損失を低減することが可能となる。

図１は、本開示に係る技術の一実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、上側から見た状態を示している。 図２は、本開示に係る技術の一実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、下側から見た状態を示している。 図３は、非可逆回路素子１から下部ヨーク４０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図４は、非可逆回路素子１から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。 図５は、誘電体基板１０の略斜視図である。 図６は、磁気回転子Ｍの構造を説明するための略平面図である。 図７は、磁気回転子Ｍから中心導体８１を除去した状態を示す略斜視図である。 図８は、貫通孔１１ａと磁気回転子Ｍの位置関係を説明するための略平面図である。 図９は、磁気回転子Ｍと貫通孔１１ａの内壁の距離Ｌと挿入損失との関係を説明するためのグラフである。 図１０は、非可逆回路素子を用いた通信装置２００の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る技術の実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本開示に係る技術の一実施形態による非可逆回路素子１の外観を示す略斜視図であり、図１は上側から見た図、図２は下側から見た図である。

本実施形態による非可逆回路素子１は表面実装型の非可逆回路素子であり、図１及び図２に示すように、誘電体基板１０及び永久磁石２０と、これらを挟み込む上部ヨーク３０及び下部ヨーク４０を備えている。誘電体基板１０の下面１２には、端子電極５１～５６と、グランドパターン５０が設けられている。上部ヨーク３０は、ｘｙ平面を有する天板部３１と、ｙｚ平面を有する折り曲げ部３２，３３を有している。下部ヨーク４０は、ｘｙ平面を有する底板部４１と、ｘｚ平面を有する折り曲げ部４２，４３を有している。下部ヨーク４０の折り曲げ部４２，４３は、上部ヨーク３０の天板部３１と嵌合し、これにより閉磁路が形成される。

図３は、非可逆回路素子１から下部ヨーク４０を取り外した状態を示す略斜視図である。図４は、非可逆回路素子１から永久磁石２０及び上部ヨーク３０を取り外した状態を示す略斜視図である。図５は、誘電体基板１０の略斜視図である。

図３～図５に示すように、誘電体基板１０はｘｙ平面を構成する上面１１及び下面１２を有するとともに、その略中央部には誘電体基板１０をｚ方向に貫通する貫通孔１１ａが設けられている。貫通孔１１ａには、磁気回転子Ｍが収容される。誘電体基板１０の上面１１は平坦であるのに対し、誘電体基板１０の下面１２にはｙ方向に延在する凹部１２ａが設けられており、この部分において誘電体基板１０の厚みが薄くなっている。凹部１２ａには、下部ヨーク４０の底板部４１が収容される。これにより、下部ヨーク４０の底板部４１が誘電体基板１０の下面１２から突出することがない。

誘電体基板１０の上面１１には、接続パターン６１～６３が設けられている。接続パターン６１～６３は、それぞれ磁気回転子ＭのポートＰ１～Ｐ３に接続される。また、接続パターン６１～６３のうち、下面１２のグランドパターン５０と重なる部分は、キャパシタの容量電極を兼用する。つまり、誘電体基板１０の上面１１に形成された接続パターン６１～６３と、誘電体基板１０の下面１２に形成されたグランドパターン５０は、キャパシタパターンを構成する。接続パターン６１は、誘電体基板１０の側面１３に設けられた接続パターン７１を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５１に接続される。接続パターン６２は、誘電体基板１０の側面１４に設けられた接続パターン７２を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５２に接続される。接続パターン６３は、誘電体基板１０の側面１３に設けられた接続パターン７３を介して、誘電体基板１０の下面１２に設けられた端子電極５３に接続される。側面１３，１４はｙｚ平面を構成する。端子電極５４～５６は、グランドパターン５０及び下部ヨーク４０の底板部４１を介して、磁気回転子Ｍに含まれるグランド導体８０に接続される。

図６は、磁気回転子Ｍの構造を説明するための略平面図である。

図６に示すように、磁気回転子Ｍは、中心導体８１～８３とフェライトコア９０を備えている。中心導体８１～８３はそれぞれ絶縁フィルムで覆われているが、図面の見やすさを考慮して、これら絶縁フィルムは図示されていない。また、図７には中心導体８１を除去した状態が示されている。中心導体８１～８３は、互いに略１２０°の角度で交差する複数の金属導体によって構成される。図６及び図７に示す例では、中心導体８１が４本の金属導体からなり、中心導体８２，８３がそれぞれ２本の金属導体からなる。中心導体８３の導体幅は、特性調整のため中心部において拡大されている。中心導体８１，８２の導体幅は一定である。中心導体８１～８３の一端はそれぞれポートＰ１～Ｐ３に接続され、他端はフェライトコア９０の裏面側に位置するグランド導体８０に共通に接続される。これにより、フェライトコア９０は、中心導体８１～８３とグランド導体８０に挟まれることになる。

かかる構成により、中心導体８１は接続パターン６１，７１を介して端子電極５１に接続され、中心導体８２は接続パターン６２，７２を介して端子電極５２に接続され、中心導体８３は接続パターン６３，７３を介して端子電極５３に接続される。さらに、グランド導体８０は、下部ヨーク４０の底板部４１及びグランドパターン５０を介して、端子電極５４～５６に接続される。

図８は、貫通孔１１ａと磁気回転子Ｍの位置関係を説明するための略平面図である。

図８に示すように、磁気回転子Ｍは、貫通孔１１ａの内壁と接することなく誘電体基板１０に支持されている。つまり、貫通孔１１ａの内部においては、磁気回転子Ｍが浮いた状態で支持されている。このような構造を採用しているのは、磁気回転子Ｍが貫通孔１１ａの内壁と接すると、挿入損失が増加するからである。

図９は、磁気回転子Ｍと貫通孔１１ａの内壁の距離Ｌと挿入損失との関係を説明するためのグラフである。

図９に示すように、挿入損失は、磁気回転子Ｍと貫通孔１１ａの内壁の距離Ｌが離れるほど低減する。特に、距離Ｌが５０μｍ以下の領域では、距離Ｌの増大による挿入損失の低減効果が顕著である。この点を考慮すれば、距離Ｌは５０μｍ以上であることが好ましい。また、距離Ｌが１００μｍ程度になると、距離Ｌの増大による挿入損失の低減効果がほぼ飽和する。この点を考慮すれば、距離Ｌは１００μｍ以上であることが好ましい。さらに、距離Ｌが１５０μｍ程度になると、距離Ｌの増大による挿入損失の低減効果は完全に飽和する。距離Ｌを１５０μｍ超に設計しても構わないが、この場合には、誘電体基板１０の平面サイズが増加するか、或いは、誘電体基板１０の有効面積が減少することから、距離Ｌは１５０μｍ以下であることが好ましい。

距離Ｌは磁気回転子Ｍの全周に亘って一定であっても構わないし、ばらつきが存在していても構わない。挿入損失の低減効果は、磁気回転子Ｍと貫通孔１１ａの内壁との最小距離に依存することから、距離Ｌにばらつきが存在する場合には、距離Ｌを最小距離によって定義すれば良い。

ここで、上面１１に設けられた接続パターン６１～６３の一部は、下面１２に設けられたグランドパターン５０とｚ方向に重なりを有している。接続パターン６１～６３とグランドパターン５０の重なりによって得られる容量成分は、整合容量として利用される。これにより、誘電体基板１０に整合用のチップコンデンサを搭載する必要がなくなることから、部品点数を削減することができる。整合容量のキャパシタンスは、接続パターン６１～６３の形状や面積によって調整可能である。また、誘電体基板１０と下部ヨーク４０は別部材であることから、インサートモールド成型が必要な複合パーツを用いる必要がない。

しかも、本実施形態においては、誘電体基板１０に貫通孔１１ａが設けられ、貫通孔１１ａに磁気回転子Ｍが収容されていることから、非可逆回路素子１を低背化することが可能となる。

図１０は、上記実施形態による非可逆回路素子１を用いた通信装置２００の構成を示すブロック図である。

図１０に示す通信装置２００は、例えば移動体通信システムにおける基地局に備えられるものであって、受信回路部２００Ｒと送信回路部２００Ｔとを含み、これらが送受信用のアンテナＡＮＴに接続されている。受信回路部２００Ｒは、受信用増幅回路２０１と、受信された信号を処理する受信回路２０２とを含んでいる。送信回路部２００Ｔは、音声信号、映像信号などを生成する送信回路２０３と、電力増幅回路２０４とを含んでいる。

このような構成を有する通信装置２００において、アンテナＡＮＴから受信回路部２００Ｒに到る経路や、送信回路部２００ＴからアンテナＡＮＴに至る経路に、非可逆回路素子２１１，２１２が挿入される。非可逆回路素子２１１，２１２は、上記実施形態による非可逆回路素子１を用いることができる。図１０に示す例では、非可逆回路素子２１１がサーキュレータとして機能し、非可逆回路素子２１２が終端抵抗器Ｒ０を有するアイソレータとして機能する。

以上、本開示に係る技術の実施形態について説明したが、本開示に係る技術は、上記の実施形態に限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示に係る技術の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１ 非可逆回路素子
１０ 誘電体基板
１１ 誘電体基板の上面
１１ａ 貫通孔
１２ 誘電体基板の下面
１２ａ 凹部
１３，１４ 誘電体基板の側面
２０ 永久磁石
３０ 上部ヨーク
３１ 天板部
３２，３３ 折り曲げ部
４０ 下部ヨーク
４１ 底板部
４２，４３ 折り曲げ部
５０ グランドパターン
５１～５６ 端子電極
６１～６３，７１～７３ 接続パターン
８０ グランド導体
８１～８３ 中心導体
９０ フェライトコア
２００ 通信装置
２００Ｒ 受信回路部
２００Ｔ 送信回路部
２０１ 受信用増幅回路
２０２ 受信回路
２０３ 送信回路
２０４ 電力増幅回路
２１１，２１２ 非可逆回路素子
ＡＮＴ アンテナ
Ｍ 磁気回転子
Ｐ１～Ｐ３ ポート
Ｒ０ 終端抵抗器

Claims (7)

1. 貫通孔を有する誘電体基板と、
   前記貫通孔に収容された磁気回転子と、
   前記磁気回転子に磁界を印加する永久磁石と、を備え、
   前記磁気回転子は、前記貫通孔の内壁と接することなく前記誘電体基板に支持されている非可逆回路素子。
2. 前記磁気回転子と前記貫通孔の内壁との最小距離は、５０μｍ以上である請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 前記磁気回転子と前記貫通孔の内壁との最小距離は、１００μｍ以上である請求項２に記載の非可逆回路素子。
4. 前記磁気回転子と前記貫通孔の内壁との最小距離は、１５０μｍ以下である請求項２に記載の非可逆回路素子。
5. 前記誘電体基板の上面に形成され、前記磁気回転子に接続される接続パターンと、前記誘電体基板の下面に形成され、前記接続パターンに接続される端子電極と、前記誘電体基板の前記下面に形成されたグランドパターンとをさらに備え、
   前記接続パターンと前記グランドパターンの重なりによって整合容量が構成される請求項１に非可逆回路素子。
6. 前記誘電体基板、前記磁気回転子及び前記永久磁石を挟み込む上部ヨーク及び下部ヨークをさらに備え、
   前記誘電体基板の前記下面は、前記下部ヨークの一部を収容する凹部を有している請求項５に記載の非可逆回路素子。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の非可逆回路素子を備えた通信装置。

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