CN101785140B - 不可逆电路元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不可逆电路元件，能够减少铁氧体内部的磁场分布的散乱、改善插入损耗特性以及隔离特性。该不可逆电路元件具有：铁氧体(32)，由永久磁铁施加直流磁场；第1以及第2中心电极，其配置于该铁氧体(32)。在形成于铁氧体(32)的上面(32c)、下面(32d)的凹部(37)、(38)中填充导电材料，第1以及第2中心电极以构成规定电路的方式与该导电材料电连接。凹部(37)、(38)的临近于第1以及第2主面(32a)、(32b)的开口部与由永久磁铁产生的直流磁场的施加方向(A)的上游侧的开口部相比下游侧的开口部形成得大。

Description

不可逆电路元件

技术领域

本发明涉及一种不可逆电路元件，特别涉及一种在微波频带中使用的隔离器或循环器等的不可逆电路元件。

背景技术

以往，隔离器(isolator)或循环器(circulator)等的不可逆电路元件具有仅在预先规定的方向传输信号、在反方向不传输的特性。利用该特性，例如隔离器应用于汽车电话、便携式电话等的移动通信设备的发送电路部。

作为这种的不可逆电路元件，在双端口型隔离器中，如专利文献1所述可知：在铁氧体彼此相对的第1以及第2主面形成第1以及第2中心电极，经由设置于铁氧体端面的凹部中填充的导电材料，使第1以及第2中心电极分别与第1主面侧与第2主面侧电连接。另外，在三端口型隔离器中，如专利文献2所述可知：使设置于铁氧体端面的凹部中填充的导电材料与中心材料电连接。

另外，在隔离器中从永久磁铁对铁氧体施加直流磁场，但是若在铁氧体设置凹部并填充导电材料，则存在如下的问题，即：由于凹部的形状而铁氧体内的磁场分布散乱，插入损耗特性或隔离特性劣化。

[专利文献1]国际公开第2007/046229号公报

[专利文献2]特开2002-076711号公报

发明内容

因此，本发明的目的是为了填充导电材料而恰当地设定设置于铁氧体的凹部的形状，由此提供一种能够减少铁氧体内部的磁场分布的散乱从而改善插入损耗特性以及隔离特性的不可逆电路元件。

为了实现所述目的，本发明的一种方式即不可逆电路元件其特征在于，具有：永久磁铁；铁氧体，其由所述永久磁铁施加直流磁场；以及多个中心电极，在所述铁氧体的彼此相对的第1以及第2主面由彼此在电绝缘状态下交叉而配置的导体膜构成，在与所述铁氧体的第1以及第2主面垂直的端面所形成的凹部中填充导电材料，所述中心电极与该导电材料电连接，所述凹部的临近于第1以及第2主面的开口部，对于所述永久磁铁产生的直流磁场的施加方向下游侧的开口部比上游侧的开口部形成得大。

根据本发明，通过填充导电材料并恰当地设定设置于铁氧体的凹部的形状，减少铁氧体内部的磁场分布的散乱，减小插入损耗并且提高隔离性。

附图说明

图1是表示本发明中的不可逆电路元件的第1实施例(双端口型隔离器)的分解立体图。

图2是表示带有中心电极的铁氧体的立体图。

图3是表示所述铁氧体的立体图。

图4是表示铁氧体/磁铁组合体的分解立体图。

图5是表示双端口型隔离器的第1电路例子的等效电路图。

图6是表示双端口型隔离器的第2电路例子的等效电路图。

图7是表示用于模拟铁氧体内部的磁场分布的模型的说明图。

图8是铁氧体内部的磁场分布的示意图，(A)表示第1实施例，(B)表示比较例1，(C)表示比较例2。

图9(A)是表示插入损耗特性的曲线图，(B)是表示隔离特性的曲线图。

图10表示本发明中的不可逆电路元件的第2实施例(三端口型隔离器)的主要部分的立体图。

图11是三端口型隔离器的等效电路。

图中：

20-等效电路

30-铁氧体/磁铁组合体

32、132-铁氧体

32a、32b、132a、132b-主面

35-第1中心电极

36-第2中心电极

37、38、137、138-凹部

41-永久磁铁

121、122、123-中心电极

P1-输入端口

P2-输出端口

P3-接地端口

具体实施方式

下面，参照附图对本发明中的不可逆电路元件的实施例进行说明。

(第1实施例、参考图1～图9)

图1中表示本发明中的不可逆电路元件的第1实施例即双端口型隔离器的分解立体图。该双端口型隔离器是集中常数型隔离器，大致由平板状磁轭10、电路基板20、由铁氧体32与永久磁铁41形成的铁氧体/磁铁组合体30构成。再有，在图1中赋予斜线的部分是导电体。

在铁氧体32中，如图2所示在表里的主面32a、32b形成彼此电绝缘的第1中心电极35以及第2中心电极36。在此，铁氧体32呈具有彼此相对的平行的第1主面32a以及第2主面32b的长方体形状，并具有端面(上面32c以及下面32d)。

另外，永久磁铁41以在大致垂直于主面32a、32b的方向施加直流磁场的方式与主面32a、32b相对，例如通过环氧系的粘合剂42(参照图4)相对于铁氧体32进行粘结，形成铁氧体/磁铁组合体30。永久磁铁41的主面41a与所述铁氧体32的主面32a、32b是同一尺寸，主面32a、41a主面32b、41a彼此相对而配置，以使彼此的外形一致。

第1中心电极35由导体膜形成。也就是说，如图2所示在铁氧体32的第1主面32a中从右下向上以分岔为2条的状态至左上以相对于长边比较小的角度倾斜从而形成，在左上方向上经由上面32c上的转接用电极35a绕至第2主面32b，在第2主面32b以分岔为2条的状态形成、并使其在透视状态中与第1主面32a重合，其一端连接于在下面32d形成的连接用电极35b。另外，第1中心电极35的另一端连接于在下面32d形成的连接用电极35c。这样，第1中心电极35在铁氧体32上卷绕一圈。然后，第1中心电极35和以下说明的第2中心电极36在其间形成绝缘膜以相互绝缘的状态下交叉。

第2中心电极36由导体膜形成。首先第0.5圈36a在第1主面32a中从右下至左上相对于长边以较大的角度倾斜并以与第1中心电极35交叉的状态形成，并经由上面32c上的转接用电极36b绕至第2主面32b，第1圈36c在第2主面32b中以大致垂直地与第1中心电极35交叉的状态形成。第1圈36c的下端部经由下面32d的转接用电极36d绕至第1主面32a，第1.5圈36e在第1主面32a以平行于第0.5圈36a地与第1中心电极35交叉的状态形成、并经由上面32c上的转接用电极36f绕至第2主面32b。以下同样地在铁氧体32的表面分别形成第2圈36g、转接用电极36h、第2.5圈36i、转接用电极36j、第3圈36k、转接用电极36l、第3.5圈36m、转接用电极36n、第4圈36o。另外，第2中心电极36的两端分别连接于在铁氧体32的下面32d形成的连接用电极35c、36p。再有，连接用电极35c作为第1中心电极35以及第2中心电极36的各自端部的连接用电极而共用。

也就是说，第2中心电极36以螺旋状在铁氧体32卷绕4圈。在此，所谓圈数是分别将中心电极36横穿一次主面32a、32b的状态作为0.5圈来计算。再有，中心电极35、36的交叉角根据需要而设定，以调整输入阻抗或插入损耗。

另外，连接用电极35b、35c、36p或转接用电极35a、36b、36d、36f、36h、36j、36l、36n以如下方式形成，即：在形成于铁氧体32的上下面32c、32d的凹部37(参考图3)中填充银、银合金、铜、铜合金等的电极用导电材料而形成。另外，在上下面32c、32d与各种电极平行地形成虚设凹部38，并且形成虚设电极39a、39b、39c。这种电极通过在母铁氧体(mother ferrite)基板预先形成贯通孔、由电极用导电材料填充该贯通孔之后，在分割贯通孔的位置切断而形成。

凹部37、38在相邻于第1以及第2主面32a、32b而开口的截面呈大致半圆形成、或者呈大致椭圆形状，相对于由永久磁铁41、41产生的直流磁场的施加方向A，与上游侧(第2主面32b侧)的开口部相比，下游侧(第1主面32a侧)的开口部形成得较大。具体而言，从上游侧(第2主面32b侧)的开口部向下游侧(第1主面32a侧)的开口部以锥状变宽。由具有这种形成的凹部37、38产生的作用效果将在后面叙述。

作为铁氧体32使用YIG铁氧体等。第1以及第2中心电极35、36或各种电极可以由印刷、转写(transferring)、光刻等方法形成为银或银合金的厚膜或者薄膜。作为中心电极35、36的绝缘膜可以使用玻璃或氧化铝等的电介质厚膜、聚酰亚胺等树脂模等，这些也可以由印刷、转写、光刻等的方法形成。

再有，可以使铁氧体32包含绝缘膜以及各种电极并使用磁性体材料烘焙为一体。该情况下，作为各种电极使用耐高温烘焙的Pd或者Pd/Ag。

永久磁铁41通常使用锶系、钡系、镧-钴系的铁氧体磁铁。作为粘合永久磁铁41与铁氧体32的粘合剂使用单组分(one part)的热硬化型环氧粘合剂是较合适的。

电路基板20是在多张的电介质薄板上形成规定的电极并进行层叠、然后进行煅烧的层叠型基板，在其内部等效电路即如图5以及图6所示内置匹配用电容器C1、C2、Cs1、Cs2、Cp1、Cp2，终端电阻R外装于电路基板20上。另外，分别在上面形成端子电极25a、25b、25c，在下面形成外部连接用端子电极26、27、28。

这些的匹配用电路元件与所述第1以及第2中心电极35、36之间的连接关系例如第1电路例子即图5以及第2电路例子即图6中所示。在此，基于图5所示的第1电路例子对连接关系进行说明。

形成于电路基板20的下面的外部连接用端子电极26作为输入端口P1而发挥作用，该端子电极26连接于匹配用电容器C1与终端电阻R。另外，该电极26经由形成于电路基板20上面的端子电极25a以及形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极35b连接于第1中心电极35的一端。

第1中心电极35的另一端以及第2中心电极36的一端经由形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极35c以及形成于电路基板20的上面的端子电极25b连接于终端电阻R以及电容器C1、C2，并且连接于在电路基板20的下面形成的外部连接用端子电极27。该电极27作为输出端口P2而发挥作用。

第2中心电极36的另一端经由形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极36p以及形成于电路基板20的上面的端子电极25c，与电容器C2以及形成于电路基板20的下面的外部连接用端子电极28连接。该电极28作为接地端口P3而发挥作用。

另外，在图6所示的第2电路例子中，在输入端口P1侧连接电容器Cs1、Cp1，在输出端口P2侧连接电容器Cs2、Cp2，这些的电容器作为阻抗调整用而使用。

所述铁氧体/磁铁组合体30载置于电路基板20上，铁氧体32的下面32d的各种电极通过与电路基板20上的端子电极25a、25b、25c进行回流焊接而成为一体，并且永久磁铁41的下面由粘合剂粘结于电路基板20上从而形成一体。

平板状磁轭10具有电磁屏蔽功能，其隔着电介质层(粘合剂层)15固定于所述铁氧体/磁铁组合体30的上面。平板状磁轭10的功能是：抑制从铁氧体/磁铁组合体30磁漏、高频电磁场的泄露，抑制来自外部的磁影响，在使用贴片机将本隔离器搭载于并未图示的基板时，提供由真空吸嘴拾取的场所。另外，平板磁轭10并非必须接地，但也可以由焊锡或导电性粘合剂等接地，若进行接地则会提高高频屏蔽的效果。

另外，在由以上的结构构成的双端口型隔离器中，由于第1中心电极35的一端连接于输入端口P1另一端连接于输出端口P2，第2中心电极36的一端连接于输出端口P2另一端连接于接地端口P3，因此能够形成插入损耗小的双端口型的集中常数型隔离器。再有，在动作时，第2中心电极36中流过较大的高频电流，在第1中心电极35中几乎没有高频电流流过。因而，由第1中心电极35以及第2中心电极36产生的高频磁场的方向由第2中心电极36的配置决定其方向。通过决定高频磁场的方向，容易进一步降低插入损耗。

另外，在本第1实施例中，如图2所示，形成于铁氧体32的上面32c、下面32d的凹部37、38，相对于由永久磁铁41、41产生的直流磁场的施加方向A，与上游侧(第2主面32b侧)的开口部相比下游侧(第1主面32a侧)的开口部形成得大。具体而言，凹部37、38从上游侧(第2主面32b侧)的开口部向下游侧(第1主面32a侧)的开口部平滑地以锥状变宽。

这种凹部37、38在铁氧体32的母材形成贯通孔时、由喷砂(blasting)加工或者激光加工等形成。喷砂加工是通过在母材的表面隔着掩模喷涂微小粒子直径的粉体，在没有被遮盖的位置形成锥状的贯通孔，通过切断该贯通孔得到凹部37、38。激光加工是通过在铁氧体32的母材表面照射激光，在规定的位置形成锥状的贯通孔，通过切断该贯通孔得到凹部37、38。

由于对所述凹部37、38填充导电材料，并从开口部的面积较小侧向较大侧从永久磁铁41、41施加直流磁场，因此降低了铁氧体32内部的磁场分布的散乱。在此，图8中表示使用图7所示的模型本发明者进行模拟的磁场分布。

图7所示的模型假定如下的凹部37，该凹部37在铁氧体32的上面32c从第2主面32b向第1主面32a平滑地以锥状贯通，将第1主面32a侧的开口部设定得较大、将第2主面侧的开口部设定得较小在凹部中填充导电材料，并且观测锥形部的中央位置的平面B处的磁场分布。

图8(A)是表示将由永久磁铁41、41产生的直流磁场的施加方向A设定为从开口部较小侧朝向较大侧时(第1实施例)的所述平面B处的磁场分布的模拟结果。图8(B)是表示将由永久磁铁41、41产生的直流磁场的施加方向A反方向设定为从开口部较大侧朝向较小侧时(比较例1)的所述平面B处的磁场分布的模拟结果。图8(C)是表示将凹部37设定为不是锥状而是与第1主面32a的开口部相同直径的直体状时(比较例2)的所述平面B处的磁场分布的模拟结果。在比较例1、2(参考图8(B)、(C))中，在由任意的虚线C所围的部分(靠近凹部37的部分)，在磁场分布中产生散乱。与此相对，在第1实施例(参考图8(A))中并没有产生这种磁场的散乱。

图9(A)表示隔离器的插入损耗特性，图9(B)表示隔离特性。全部的曲线D1都是第1实施例(参考图8(A))中的特性，曲线D2是比较例1(参考图8(B))的特性。另外，比较例2的特性与曲线D2大体上一致。在第1实施例中，在与比较例1、2相比磁场散乱较少的部分，改善了800MHz频带中的插入损耗以及隔离性。特别地，通过以锥状平滑地形成凹部37、38，能够将铁氧体32中的磁场分布的散乱抑制到最小限度，从而获得良好的特性。

再有，在该第1实施例中，铁氧体/磁铁组合体30通过由粘合剂42使铁氧体32与一对的永久磁铁41成为一体，从而结构上变得稳定，成为在振动或冲击中没有变形/损坏的坚固的隔离器。

另外，电路基板20由多层电介质基板构成。由此，能够在内部内置电容器或电阻等的电路网，能够实现隔离器的小型化、薄型化，由于电路元件之间的连接在基板内进行，因此可以期待可靠性的提高。当然，电路基板20也未必是多层可以是单层，使匹配用电容器等为贴片类型来进行安装。

(第2实施例、参考图10以及图11)

图10中表示本发明中的不可逆电路元件的第2实施例即三端口型隔离器的主要部分，图11中表示其等效电路。图10中表示中心电极组合体130，在铁氧体132的第1主面132a上隔着绝缘膜125、126由导体膜形成各2条的中心电极121、122、123。

并未图示的永久磁铁配置于第1主面132a侧，在相对于第1主面132a大致垂直的方向(参照箭头标记A)，对于中心电极组合体130施加直流磁场。在铁氧体132的第2主面132b在大致整面形成接地图案，各中心电极121、122、123的两端部使用连接用电极延长至第2主面132b，该连接用电极由设置在铁氧体132的四个端面132c的凹部137、138中填充的导电材料构成。中心电极121、122、123的各自的一端经由填充于凹部137中的电极电连接于接地图案，虽然各自的另一端经由填充于凹部138的电极临近于第2主面132b，但由缝隙128使其与接地图案电气分离。

另外，如图11的等效电路所示，在端口P1与接地图案之间与中心电极122并联地插入匹配用电容器C11。在端口P2与接地图案之间与中心电极121并联地插入匹配用电容器C12。在端口P3与接地图案之间与中心电极123并联地插入匹配用电容器C13。

此外，这种不可逆电路元件的结构在所述专利文献2(特开2002-076711号公报)中由详细记载。

另外，凹部137、138与所述第1实施例同样地相邻于铁氧体132的第1以及第2主面132a、132b而开口，相对于由永久磁铁产生的直流磁场的施加方向A，与上游侧(第1主面132a侧)的开口部相比下游侧(第2主面132b侧)的开口部形成得较大。具体而言，从上游侧(第1主面132a侧)的开口部向下游侧(第2主面132b侧)的开口部平滑地以锥状变宽。因而，与第1实施例同样地减少铁氧体内部的磁场分布的散乱，减小插入损耗并且提高隔离性。

(实施例的总结)

在所述不可逆电路元件中，为了填充与中心电极连接的导电材料，由于设置于与铁氧体的第1以及第2主面垂直的端面的凹部形成为如下的形状，即对于由永久磁铁产生的直流磁场的施加方向与上游侧的开口部相比下游侧的开口部形成得较大，因此减少了铁氧体内部的磁场分布的散乱，由此改善了插入损耗特性以及隔离特性。

特别地，通过使第1中心电极以及第2中心电极由填充于所述凹部的导电材料电连接并卷绕于铁氧体的周围，能够获得插入损耗小的双端口的集中常数型隔离器。

此外，所述凹部优选对于直流磁场的施加方向从上游侧的开口部向下游侧的开口部以锥状变宽。能够使铁氧体内部的磁场分布的散乱限制在最小限度。

(其他实施例)

再有，本发明中的不可逆电路元件并不限定于所述实施例，可以在其主要内容的范围内进行各种变化。

例如，若使永久磁铁41的N极与S极反转，则调换输入端口P1与输出端口P2。另外，第1以及第2中心电极35、36的形状可以进行各种变化。例如，在所述第1实施例中，虽然示例了第1中心电极35在铁氧体32的主面32a、32b上分岔为2条，但是也可以不分岔。另外，第2中心电极36也可以卷绕1圈以上。

(产业上的利用可能性)

如上述，本发明在不可逆电路元件中是有用的，特别地在能够减少铁氧体内部的磁场分布的散乱、改善插入损耗特性以及隔离特性这一点上较优异。

Claims (5)

1.一种不可逆电路元件，其特征在于，

具有：

永久磁铁；

铁氧体，其由所述永久磁铁施加直流磁场；以及

多个中心电极，其在所述铁氧体的彼此相对的平行的第1以及第2主面由彼此在电绝缘状态下交叉而配置的导体膜构成，

在与所述铁氧体的第1以及第2主面垂直的端面所形成的凹部中填充导电材料，所述中心电极与该导电材料电连接，

所述凹部的临近于第1以及第2主面的开口部中，由所述永久磁铁产生的直流磁场的施加方向下游侧的开口部比上游侧的开口部形成得大。

2.根据权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述多个中心电极由第1以及第2中心电极构成，

所述第1中心电极一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接，

所述第2中心电极一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接，

在所述输入端口与所述输出端口之间电连接有第1匹配电容，

在所述输出端口与所述接地端口之间电连接有第2匹配电容，

在所述输入端口与所述输出端口之间电连接有电阻。

3.根据权利要求1或者2所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述凹部从直流磁场的施加方向上游侧的开口部向下游侧的开口部以锥状变宽。

4.根据权利要求1或者2中所述的不可逆电路元件，其特征在于，

所述铁氧体与永久磁铁构成铁氧体/磁铁组合体，该铁氧体/磁铁组合体构成为与配置了所述第1以及第2中心电极的第1以及第2主面平行地从两侧由一对永久磁铁夹持。

5.根据权利要求4所述的不可逆电路元件，其特征在于，

具有在表面形成了端子电极的电路基板，

所述铁氧体/磁铁组合体在所述电路基板上配置于第1以及第2主面相对于该电路基板的表面垂直的方向。

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