CN106663854A

CN106663854A - 不可逆电路元件

Info

Publication number: CN106663854A
Application number: CN201580041886.7A
Authority: CN
Inventors: 中池勇树; 中嶋礼滋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-05-10
Also published as: US20170133993A1; JPWO2016021352A1; WO2016021352A1; JP6249104B2

Abstract

本发明提供一种集中常数型的不可逆电路元件，其插入损耗特性在宽频带内变小。不可逆电路元件(循环器)中，在施加了直流磁场的铁氧体(20)中配置第1中心导体(21)、第2中心导体(22)以及第3中心导体(23)使其分别在绝缘状态下交叉，将第1中心导体(21)的一端作为第1端口(P1)，第2中心导体(22)的一端作为第2端口(P2)，第3中心导体(23)的一端作为第3端口(P3)。第1端口(P1)与第1端子(41)连接，第2端口(P2)与第2端子(42)连接，第3端口(P3)与第3端子(43)连接，中心导体(21)、(22)、(23)各自的另一端彼此连接并且接地。与中心导体(21)、(22)、(23)分别并联地连接电容器元件(C1)、(C2)、(C3)，第1中心导体(21)、第2中心导体(22)以及第3中心导体(23)分别串联或并联地设有电容器(C1’)、(C2’)、(C3’)。

Description

不可逆电路元件

技术领域

本发明涉及不可逆电路元件，尤其涉及在微波波段中所使用的隔离器、循环器等不可逆电路元件。

背景技术

以往，隔离器、循环器等不可逆电路元件具有仅向预先确定的特定方向传输信号而无法向反方向传输信号的特性。利用此特性，例如将循环器使用于移动电话等的移动通信设备的发送接收电路部中。

作为这种不可逆电路元件，在专利文献1的图1中记载有如下的集中常数型循环器，该集中常数型循环器在第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的另一端接地的同时，在该另一端与接地之间串联连接了电感器元件与电容器元件。然而，这样的循环器中，插入损耗特性不一定能充分满足宽频带的需求。

此外，在所述循环器中，构成为第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的另一端分别通过独立的接地端子连接至搭载了形成有第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的铁氧体的基板的接地电极，因此，包括各中心导体的一端即3个信号连接端子在内一共设置了6个端子。然而，若在安装用基板上设置用于连接总计6个端子的连接盘，则会有使安装用基板的设计产生诸多制约的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/168771号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种在宽频带内插入损失特性较小的集中常数型的不可逆电路元件。此外，本发明的其他目的在于提供一种使连接端子的数量减少并使安装用基板的设计自由度提高的不可逆电路元件。

作为本发明的一个方式的不可逆电路元件，其特征在于，

在施加了直流磁场的铁氧体中设置第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体使其分别在绝缘状态下交叉，

将第1中心导体的一端作为第1端口，第2中心导体的一端作为第2端口，第3中心导体的一端作为第3端口，

第1端口与第1端子连接，第2端口与第2端子连接，第3端口与第3端子连接，

第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体各自的另一端彼此连接并且接地，

与第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体分别并联地连接电容器元件，

第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体分别串联或并联地设有电容器。

所述不可逆电路元件是在施加了直流磁场的铁氧体中配置第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体使其分别在绝缘状态下交叉的集中常数型不可逆电路元件。从第2端口输入的高频信号将从第1端口输出，从第1端口输入的高频信号将从第3端口输出，从第3端口输入的高频信号将从第2端口输出。此外，高频信号的输入输出关系随着由永磁体施加的直流磁场反转而逆转。

所述不可逆电路元件中，由于第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体分别串联或并联地设有电容器，因此插入损耗特性在宽频带内变小。

所述不可逆电路元件优选在所述铁氧体的正反表面层叠多个导电体层以及绝缘层，由所述导电体层形成第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体，并且第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体各自的另一端经由仅一个导电体层接地。第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的另一端通过仅一个导电体层就可汇集，只需一个连接端子即可，因此减少了连接端子的设置个数。其结果是，提高了安装用基板的设计自由度。

发明效果

根据本发明，集中常数型的不可逆电路元件的插入损耗特性在宽频带内变小，此外，也可使安装用基板的设计自由度提高。

附图说明

[图1]是示出第1实施例的不可逆电路元件(3端口型循环器)的等效电路图。

[图2]是示出第1实施例的不可逆电路元件的分解立体图。

[图3]是示出构成第1实施例的不可逆电路元件的中心导体组装体的分解立体图。

[图4]是示出第1实施例的不可逆电路元件的特性的曲线图。

[图5]是示出第2实施例的不可逆电路元件(3端口型循环器)的等效电路图。

[图6]是示出第2实施例的不可逆电路元件的特性的曲线图。

[图7]是示出第2实施例的不可逆电路元件中的捆束电极的大小变更后的特性的曲线图。

[图8]是示出构成第3实施例的不可逆电路元件(3端口型循环器)的中心导体组装体的分解立体图。

[图9]是示出第3实施例的不可逆电路元件的特性的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的不可逆电路元件的实施例进行说明。此外，各图中，对相同构件付上相同的标号，并省略重复说明。

(实施例1，参照图1～图4)

第1实施例的不可逆电路元件是具有如图1所示的等效电路的3端口型循环器。即，在利用永磁体沿箭头A方向施加直流磁场的铁氧体20中配置第1中心导体21(L1)、第2中心导体22(L2)以及第3中心导体23(L3)使其分别在绝缘状态下以规定的角度交叉，将第1中心导体21的一端作为第1端口P1，第2中心导体的一端作为第2端口P2，第3中心导体23的一端作为第3端口P3。

并且，各中心导体21、22、23各自的另一端彼此连接(第4端口P4)，并且经由串联连接的电感器元件Lg与电容器元件Cg接地。电容器元件C1，C2，C3分别与各中心导体21、22、23并联连接。此外，设置电容器C1’、C2’、C3’分别与各中心导体21、22、23并联连接。此处，电容器C1’、C2’、C3’连接在各端口P1、P2、P3与接地之间。

并且，第1端口P1与第1外部连接端子41之间连接电容器元件Cs1，第2端口P2与第2外部连接端子42之间连接电容器元件Cs2，第3端口P3与第3外部连接端子43之间连接了电容器元件Cs3。此外，第1外部连接端子41与第2外部连接端子42之间串联连接了电容器元件Cj。

对于由上述等效电路构成的3端口型循环器，具体而言，如图2以及图3所示，由安装用基板30、中心导体组装体10以及永磁体25构成。

中心导体组装体10如图3所示，通过在矩形的微波铁氧体20的上下表面层叠导电体层11a～11g以及绝缘体层12a～12e而形成。即，在铁氧体20的上表面形成导电体层11a，在其上形成绝缘层12a并形成导电体层11b，在其上形成绝缘层12b并形成导电体层11c。此外，在铁氧体20的下表面形成导电体层11d，在其下形成绝缘层12c并形成导电体层11e，在其下形成绝缘层12d并形成导电体层11f，在其下形成绝缘层12e并形成导电体层11g。

详细而言，自上而下，导电体层11c中包含形成第1中心导体21的5个导体21a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P1与导体21a的一端连接。导电体层11b包含形成第3中心导体23的5个导体23a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P3与导体23a的一端连接。导电体层11a包含形成第2中心导体22的5个导体22a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P2与导体22a的一端连接。导电体层11d包含形成第2中心导体22的4个导体22b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11e包含形成第3中心导体23的4个导体23b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11f包含形成第1中心导体21的4个导体21b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11g包含俯视时呈圆形的捆束电极14、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。

导体21a、21b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第1中心导体21。导体22a，22b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第2中心导体22。导体23a、23b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第3中心导体23。捆束电极14配置为在导电体层与绝缘体层的层叠方向上与各中心导体21、22、23的交叉部分重叠，在其与各中心导体21、22、23之间形成电容器C1’、C2’、C3’。

各导电体层11a～11g能形成为薄膜导体、厚膜导体或导体箔。各种电容器元件和电感器元件使用了贴片元器件(参照图2)。绝缘体层12a～12e可适当使用感光性玻璃。

安装用基板30的上表面上形成有用于安装连接端子电极P1～P4或各种贴片类型的电容器元件以及电感器元件的电极(未图示)，如图2所示，通过将中心导体组装体10以及永磁体25层叠安装于安装用基板30上，形成了图1所示的等效电路的3端口型循环器。此外，在安装用基板30的下表面上，虽然没有图示，但形成有第1外部连接端子41、第2外部连接端子42、第3外部连接端子43以及接地端子44。

第1实施例的3端口型循环器中，从第2外部连接端子42(第2端口P2)输入的高频信号将从第1外部连接端子41(第1端口P1)输出，从第1外部连接端子41(第1端口P1)输入的高频信号将从第3外部连接端子43(第3端口P3)输出，从第3外部连接端子43(第3端口P3)输入的高频信号将从第2外部连接端子42(第2端口)输出。

在将该3端口型循环器设置于移动电话的发送接收电路部与天线之间的情况下，第1外部连接端子41连接发送电路，第2外部连接端子42连接接收电路，第3外部连接端子43连接天线。因此，构成为不会从第2外部连接端子42向第1外部连接端子41传输信号。

该3端口型循环器中，从第1外部连接端子(TX)41到第3外部连接端子(ANT)43的插入损耗特性如图4(A)的曲线X所示，从第3外部连接端子(ANT)43到第2外部连接端子(RX)42的插入损耗特性如图4(B)的曲线X所示。图4(A)、(B)中，曲线Y示出省略了电容器C1’、C2’、C3’时的特性来作为比较例。若比较曲线X、Y，则可清楚地观察到在插入了电容器C1’、C2’、C3’的情况下的特性X在宽频带的衰减量得到改善。并且，如本第1实施例所述，通过配置电容器C1’、C2’、C3’，能对各中心导体21、22、23中的每一个进行电容的最优化，能更好地改善在宽频带内的插入损耗特性。

从第1外部连接端子(TX)41到第2外部连接端子(RX)42的隔离特性如图4(C)的曲线X所示，同一图中以曲线Y示出省略了电容器C1’、C2’、C3’的情况下的特性来作为比较例。若比较曲线X、Y，则观察不到隔离特性的劣化。

此外，第1中心导体21、第2中心导体22以及第3中心导体23的另一端通过仅一个导电体层(捆束电极14)就汇集于一个连接端子电极P4。因此，中心导体组装体10中只需总计四个的连接端子电极P1～P4即可，因此减少了连接端子电极的设置个数。其结果是，提高了安装用基板30的设计自由度。

然而，在该3端口型循环器中，为了满足看频带的插入损耗，需要提高由中心导体组装体10和永磁体25构成的磁性转子与各输入输出端口P1、P2、P3的匹配精度。若将电容器C1’、C2’、C3’的串联连接与并联连接进行组合，则该匹配精度得以提高。本实施例中，通过与各中心导体21、22、23分别并联设置电容器C1’、C2’、C3’，协同电容器元件Cs1、Cs2、Cs3的连接，能够在各输入输出端口P1、P2、P3中获得高精度的匹配。其结果是，磁性转子与各输入输出端口P1、P2、P3的匹配精度得以提高，进而能使插入损耗特性在宽频带中得到满足。

特别地，如本实施例所述，在铁氧体20中层叠中心导体21、22、33来构成中心导体组装体10的情况下，由于中心导体21、22、23等的层叠顺序等的关系，磁性转子与输入输出端口之间的匹配精度有降低的倾向。电容器C1’、C2’、C3’正能弥补该匹配精度的降低。

此外，在该3端口型循环器中，插入能损耗获得宽频带的特性也有助于各中心导体21、22、23的另一端经由由电感器元件Lg与电容器元件Cg构成的串联谐振电路接地。此外，电容器元件Cj有助于改善第1外部连接端子41到第3外部连接端子43的插入损耗特性。

(实施例2，参照图5～图7)

第2实施例的不可逆电路元件是具有如图5所示的等效电路的3端口型循环器，具有如图1所示的与所述第1实施例基本相同的电路结构。不同点在于，各中心导体21、22、23的各自的另一端经由电容器C1’、C2’、C3’彼此连接(第4端口P4)，并且经由串联连接的电感器元件Lg与电容器元件Cg接地。

由这样的等效电路构成的3端口型循环器由如图2以及图3所示的安装用基板30、中心导体组装体10以及永磁体25构成。中心导体组装体10与第1实施例中的相同，电容器C1’、C2’、C3’也与第1实施例相同，形成于捆束电极14与各中心导体21、22、23之间。

第2实施例的3端口型循环器中的高频信号的传输方式与所述第1实施例相同，设置于移动电话等的发送接收电路部与天线之间。从第1外部连接端子(TX)41到第3外部连接端子(ANT)43的插入损耗特性如图6(A)的曲线X所示，从第3外部连接端子(ANT)43到第2外部连接端子(RX)42的插入损耗特性如图6(B)的曲线X所示。图6(A)、(B)中，曲线Y示出省略了电容器C1’、C2’、C3’的情况时的特性作为比较例。若比较曲线X、Y，则可清楚地观察到在插入了电容器C1’、C2’、C3’的情况时的特性X在宽频带中的衰减量得到改善。并且，如本第2实施例所述，通过配置电容器C1’、C2’、C3’，能对各中心导体21、22、23中的每一个进行电容的最优化，能更好地改善在宽频带内的插入损耗特性。

从第1外部连接端子(TX)41到第2外部连接端子(RX)42的隔离特性如图6(C)的曲线X所示，同一图中以曲线Y表示省略了电容器C1’、C2’、C3’的情况时的特性作为比较例。若比较曲线X、Y，则观察不到隔离特性的劣化。

此外，在该3端口型循环器中，插入损耗能获得宽频带的特性有助于在各端口P1、P2、P3连接电容器元件Cs1、Cs2、Cs3并且各中心导体21、22、23的另一端经由由电感器元件Lg与电容器元件Cg构成的串联谐振电路接地。此外，电容器元件Cj有助于改善从第1外部连接端子41到第3外部连接端子43的插入损耗特性。

(捆束电极的大小，参照图7)

所述第2实施例的不可逆电路元件中，将捆束电极14在俯视时的形状设为圆形状，将其直径变更为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm，模拟其特性。图7表示从第1外部连接端子(TX)41到第3外部连接端子(ANT)43的插入损耗特性。顺带一提，各中心导体21、22、23在俯视时交叉部分呈大致圆形状，其直径为0.5mm。该交叉部分在俯视时与捆束电极14重叠。

图7中，曲线X1示出将捆束电极14的直径设为0.6mm的情况时的插入损耗特性，曲线X2示出将直径设为0.5mm的情况时的插入损耗特性，曲线X3示出将直径设为0.4mm的情况时的插入损耗特性，曲线X4示出将直径设为0.3mm的情况时的插入损耗特性。曲线Y示出未配置捆束电极14的情况时即省略了电容器C1’、C2’、C3’的情况时的特性作为比较例。通过配置捆束电极14，其特性在每一个直径下均显示出良好的特性，特别地，在捆束电极14的面积比各中心导体21、22、23的交叉部分的面积相对较大(直径0.6mm)的情况下，插入损耗特性的改善较为显著(参照图7的曲线X1)。

(实施例3，参照图8以及图9)

图8表示第3实施例的不可逆电路元件的中心导体组装体10。该第3实施例的等效电路与图5所示的第2实施例相同。

即，电容器C1’、C2’、C3’分别串联设置于中心导体21、22、23。

该中心导体组装体10也与图3所示的相同，通过在矩形的微波铁氧体20的上下表面层叠导电体层11a～11g以及绝缘体层12a～12e而形成。即，在铁氧体20的上表面形成导电体层11a，在其上形成绝缘层12a并形成导电体层11b，在其上形成绝缘层12b并形成导电体层11c。此外，在铁氧体20的下表面形成导电体层11d，在其下形成绝缘层12c并形成导电体层11e，在其下形成绝缘层12d并形成导电体层11f，在其下形成绝缘层12e并形成导电体层11g。

详细而言，自上而下，导电体层11c包含形成第1中心导体21的5个导体21a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P1与导体21a的一端连接。导电体层11b包含形成第3中心导体23的5个导体23a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P3与导体23a的一端连接。导电体层11a包含形成第2中心导体22的5个导体22a、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13，连接端子电极P2与导体22a的一端连接。导电体层11d包含形成第1中心导体21的4个导体21b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11e包含形成第3中心导体23的4个导体23b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11f包含形成第2中心导体22的4个导体22b、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。导电体层11g包含呈大致三角形状的捆束电极14、连接端子电极(端口)P1～P4以及多个通孔导体13。

导体21a，21b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第1中心导体21。导体22a，22b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第2中心导体22。导体23a，23b经由规定的通孔导体13连接成线圈状从而形成第3中心导体23。通过将捆束电极14配置在各中心导体21、22、23的交叉部分的正下方，在其与各中心导体21、22、23之间形成电容器C1’、C2’、C3’，该电容器C1’、C2’、C3’以常数分布的方式附加到循环器电路，这点与所述第2实施例相同。

作为本第3实施例中的循环器的功能，其与所述第2实施例基本相同，起到同样的作用效果。尤其是在图9(A)、(B)中，曲线X11示出将捆束电极14设为三角形状的情况时的插入损耗以及隔离特性。图9(A)、(B)中，用曲线X1重叠地示出所述第2实施例中使用直径为0.6mm的捆束电极14的情况时的特性以供参考。对于插入损耗特性以及隔离特性，将捆束电极14的形状设为圆形状时能观察到最好的改善效果，但三角形状也能显示出良好的特性。此外，第3实施例中模拟图9所示的特性时的各种元件的数值与所述第2实施例所示的相同。

(其它实施例)

另外，本发明所涉及的不可逆电路元件不限于上述实施例，在其要点范围内能进行各种变更。

例如，中心导体的结构和形状等是任意的。关于电容器C1’、C2’、C3’，可将贴片型的电容器元件配置在安装用基板上来使用。此外，在元件C1、C2、C3等的各种电容器元件和元件Lg等的电感器元件以贴片型配置于安装用基板上以外，也可以用内置于安装用基板的内部导体来构成。并且，捆束电极在俯视时的形状和面积是任意的，在圆形状和大致三角形状以外，也可以是椭圆形状、多边形状等。

标号说明

10 中心导体组装体

14 捆束电极

20 铁氧体

21 第1中心导体

22 第2中心导体

23 第3中心导体

25 永磁体

41、42、43、44 端子

P1、P2、P3、P4 端口

C1、C2、C3 电容器元件

Lg 电感器元件

Cg、Cj、Cs1、Cs2、Cs3 电容器元件

C1’、C2’、C3’ 电容器

Claims

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，

在施加了直流磁场的铁氧体中配置第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体使其分别在绝缘状态下交叉，

第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体分别并联地连接有电容器元件，

2.如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

分别设置于第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的所述电容器与分别同第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体并联连接的所述电容器元件并联连接。

3.如权利要求1或2所述的不可逆电路元件，其特征在于，

第1端口与第1端子之间、第2端口与第2端子之间、第3端口与第3端子之间分别串联地连接电容器元件。

4.如权利要求1至3的任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，

分别与第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体串联设置的所述电容器与接地之间，连接有串联连接的电感器元件与电容器元件。

5.如权利要求1至4的任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，

第1端子与第2端子之间串联连接仅一个电容器元件。

6.如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

在所述铁氧体的正反表面层叠多个导电体层以及绝缘层，

由所述导电体层形成第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体，并且第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体各自的另一端经由仅一个导电体层接地。

7.如权利要求6所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述铁氧体与所述导电体层以及所述绝缘层形成层叠体，

第1端子、第2端子、第3端子以及连接至所述仅一个导电体层的第4端子形成于所述层叠体的侧面。

8.如权利要求6或7所述的不可逆电路元件，其特征在于，

第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的交叉部分与所述仅一个导电体层在俯视时重叠。

9.如权利要求6至8的任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述仅一个导电体层在俯视时呈圆形或椭圆形。

10.如权利要求6至9的任一项所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述仅一个导电体层的俯视面积比第1中心导体、第2中心导体以及第3中心导体的交叉部分的俯视面积更大。