专利名称：不可逆电路装置,通信设备和制造不可逆电路装置的方法
技术领域：
本发明涉及不可逆电路装置，例如，在像微波频带的高频频带中用的隔离器和循环器。用不可逆电路的通讯设备；和制造不可逆电路装置的方法。
通常，像通信设备的设备用不可逆电路装置，如集总参数型隔离器和循环器，用它们在信号传输方向的衰减量极小而在反方向中的衰减量极大的特性。
图21是常规隔离器的展开透视图，图22A是它的内部结构图。但是，图22B只是沿图22A中A-A线切面的剖视图。
如图21至22B所示，隔离器由有中心导体51、52和53和铁氧体元件54的磁性组件5，永磁铁3和树脂外壳7逐一放置在主要由上部磁轭2和下部磁轭8构成的闭合磁路中而构成的。中心导体51和52的端部P1和P2连接到树脂外壳7中构成的输入/输出端71和72，并连到匹配电容C1和C2，中心导体53的端部P3接到匹配电容C3和终端电阻R。每个电容C1,C2和C3和终端电阻R的一端接到地线73。
如图22A和22B所示，电阻R的个电极接到地线73。另一电极接到设在树脂外壳7中的电极。而且，中心导体53的端部P3接到电极和匹配电容C3的上电极，跨在两个电极上。
图23A和23B分别是与图22A和22B所示结构不同的隔离器的顶视图和视图。图23A和23B所示状态的结构是从图22A和22B所示结构去掉顶部磁轭2的结构。本例中，终端电阻R的一个电极接到地线73，另一电极接到匹配电容C3的上电极，把终端电阻R设置在高于匹配电容C的位置中。
有图22A和22B所示结构的常规隔离器中，由于终端电阻R和匹配电容C3设置在相同高度，所以终端电阻R限制了匹配电容C3的尺寸。具体地说，外壳7的内径不能减小到小于终端电阻R的长度和匹配电容C的长度之和。因而，隔离器不能小型化。
有图23A和23B所示结构的常规隔离器，由于终端电阻R放在比匹配电C3的地方，因此，匹配电容C3的大小不受终端电阻R的限制。因此，隔离器能小型化，它的尺寸要比图22A和22B所示结构的隔离器小。但是，图23A和23B所示隔离器在制造时要把焊料加到底表面(接地面)上，因此，当粘接剂组分熔化和挥发和焊粒熔化时会使匹配电容C3歪斜。因此，匹配电容C3底表面上的焊料变成不均匀的熔化状态时，歪斜的匹配电容C3又回到最初的状态。但是，在最初状态下当匹配电容由于焊料熔化而歪斜时，也会引起终端电阻R歪斜。此外，终端电阻R的下表面单独接触可移动的地线73，使匹配电容C3歪斜。因此，焊料熔化时会出现所说的墓碑现象。具体地说，熔化焊料的表面张力会使片式元件升高，造成接触不充分。
本发明的目的是提供一种能克服上述缺点的不可逆电路装置，它容易小型化并能提高可靠性。
本发明的另一目的是提供用不可逆电路装置的通信设备。
本发明还有一个目的是提供制造不可逆电路装置的方法。
按本发明的一个方案，按本发明的不可逆电路装置的构形是，接收直流磁场的磁体和设在磁体上相互交叉的多个中心导体放在外壳中。有高频元件的基板放在外壳中，多个中心导体的至少一部分电连接到高频元件的一个电极和基板上的电极，它电连接到高频元件的电极。
按上述结构，高频元件，例如电阻，预装在基板上，由此可克服上述的基板重叠在匹配电容上时出现的缺点。按上述结构，能获得高可靠的不可逆电路装置，该装置中，高频元件如电阻，电感或电容在外壳中不会出现由例如墓碑现象造成的连接不充分的缺点。
不可逆电路装置中，可在基板的一个边和角上形成切掉部分。当基板放在不可逆电路装置用的外壳中时，在设置中能用进行存放处理的机器按切掉部分，自动检测基板的正面、反面和方向。
此外，不可逆电路装置中，正面和反面上的电极可经切掉部分的端面电连接在一起。由此，切掉部分通常用作通孔。
而且，高频元件包括在板状正面和反面上的多个电极，可安置成把高频元件反面上的电极电连接到基板上的电极。高频元件正面上的电极和基板上的电极经台阶式金属板连接一起。按此安置，有在它自己的板状正面和反面上的电极的高频元件能安装在基板上，用小高频元件更进一步实现总体小型化。
关于高频元件，可用电阻，电容和电感中的一种。例如，可在基板上安装构成滤波器的电感和电容，也可安装作为滤波器一个零件的电感。因此，能容易地构成有作为终端电阻器的电阻的不可逆电路装置和有用电感和电容构成滤波器电路的不可逆电路装置。
按本发明的另一方案，在天线公用电路的发送/接收电路部分中，用上述的不可逆电路装置构成通信设备。可允许通信设备小型化。
按本发明的又一个方案，制造不可逆电路装置的方法，包括以下步骤在厚基板上按多个部分的多个单元来安装高频元件；由于按多个部分的多个单元来从原基板切出基板；把其上安装了高频元件的每个基板，接收直流磁场的磁体，设置在磁体上的相互交叉的多个中心导体存放到外壳中。按该制造方法，由于高频元件装在原基板上，并在方块上制成多个基板，因此能提高生产率。
按本发明的另一方案，制造不可逆电路装置的方法，包括以下步骤按多个部分的多个单元从原基板切出单个基板，高频元件安装到单个基板上，把各个基板，接收直流磁场的磁体，设在磁体上的相互交叉的多个中心导体，存放到外壳中。按上述方法，本发明可用于把高频元件逐一安装到基板上的制造系统中。
按本发明的又一方案，制造不可逆电路装置的方法，包括以下步骤，在原基板的多个部分的边缘上设开口，按多个部分多个单元从原基板切割基板形成切掉部分。按上述方法，在方块上构成切掉部分，因此能提高生产率。
而且，按本发明的又一方案，制造不可逆电路装置的方法包括按所述的切掉部分的位置检测有切掉部分的所述基板的正面和反面和方向的步骤，和按预定方向安置基板预定面把基板存放到外壳中的步骤。用这种安置，基板能牢固地放在不可逆电路装置用的外壳中，而不会出现基板的正面和反面和方向放错位置的事情。
图1是按第1实施例的隔离器的展开透视图；图2A和2B分别是去掉上部磁轭的隔离器的顶视图和剖视图；图3是隔离器的等效电路图；图4A和4B是用于隔离器的基板制造步骤状态图；图5A和5B是用于第2实施例的隔离器的基板的制造步骤的状态图；图6是第3实施例的隔离器的基板的平面图；图7A和7B是用于第4实施例隔离器的基板的制造步骤的状态图；图8A和8B是用于第5实施例隔离器的基板的制造步骤的状态图9A和9B是用于第6实施例隔离器的基板的制造步骤的状态图；图10A和10B是用于第7实施例隔离器的基板的制造步骤的状态图；图11是第8实施例隔离器的展开透视图；图12A和12B分别是去掉上部磁轭的隔离器的顶视图和剖视图；图13是隔离器的等效电路图；图14是第9实施例的隔离器的展开透视图；图15A和15B分别是去掉上部磁轭的隔离器的顶视图和剖视图；图16是隔离器的等效电路图；图17A和17B分别是去掉上部磁轭的第10实施例隔离器的顶视图和剖视图；图18A和18B分别是去掉上部磁轭的第11实施例隔离器的顶视图和剖视图；图19是第12实施例隔离器的等效电路图；图20是通信设备的结构方框图；图21是常规隔离器的展开透视图；图22A和22B分别是隔离器的顶视图和剖视图；图23A和23B分别是去掉上部磁轭的另一常规隔离器的顶视图和剖视图。参见图1至4说明按第1实施例的隔离器构形。
图1是隔离器的展开透视图；图2A和2B分别是去掉上部磁轭的隔离器的顶视图和剖视图。
如图1至2B所示，隔离器中，盘形永磁铁3放在磁性材料制成的盒形上部磁轭2的内表面上；上部磁轭2和相同材料构的下部U形磁轭8形成闭合磁路；树脂外壳放在下部磁轭8的底表面8a上。另外，磁性组件5，已装有终端电阻R的基板11，和匹配电容C1、C2和C3放在树脂外壳7中。
磁性组件5有以下结构。安置有3个中心电导体51、52和53的公共接地部件是平行六面体铁氧体元件54是下表面。公共接地部件的形状和铁氧体元件54的下表面形状相同。铁氧体元件54的上表上设置从接地部件伸出的3个中心导体51、52和53，导体按120°相互弯曲并经绝缘层(没画)而设置。中心导体51、52和53的末端上形成向外凸出的端部P1,P2和P3。用永磁铁3给磁性组件5加直流磁场，使磁力线按它的厚度方向通到铁氧体元件54。
用电绝缘零件构成树脂外壳7，它的底壁7b和矩形侧壁7a一起构成，输入/输出端71和72和地线73部分埋在树脂中。在底壁7b的中心部分形成插孔7c，磁性组件5插入插孔7c中。磁性组件5的下表面上的中心导体51、52和53的接地部分焊接到下部磁轭8的底面8a。树脂外壳7的一个侧面的两个角部安置输入/输出端71和72，地线71安置在树脂外壳7的另一边的两个角部。输入/输出端71和地线73的一端伸到底壁7b的上表面上，它们的另一端伸到底壁的下表面上和侧壁7a的外表面上。
在插孔7c周围安置已装有片式电阻R的基板11和片式匹配电容C1、C2和C3。每个匹配电容C1、C2和C3的下表面电极接到地线73。匹配电容C1、C2和C3的上表面电极分别接到中心导体51、52和53的端部P1,P2和P3。
基板11上形成连接终端电阻R的两个电极导体图形12和13。另外，在导体图形13的一端在基板11的反面上形成电连接通孔13′的导体图形。而且，在导体图形12中在基板11背面形成电连接通孔的导体图形。安装在基板11上的终端电阻R的单个电极经导体图形和通孔电连接到地线73和匹配电容C3的上表面电极。用焊接法在所述单个部分中进行内电极电连接。
图3是上述隔离器的等效电路图。
图中，铁氧体元件是盘形，用H表示DC磁场，用等效电感L表示上述的中心导体51、52和53。按该结构，从有低插入损耗的输入/输出端72输出加到输入/输出端71的信号。而且用连接在地与中心导体53的端部P3之间的终端电阻R阻挡并终止加给输入/输出端72的信号，而且，几乎没有信号返回到输入/输出端71一边。
图4A和4B展示出基板11的制造工艺步骤。图4A展示的是原基板的状态，在很多部分中均形成有导体图形。图4B是相当于一部分的图；它展示出从原基板1切下的基板11的结构。基板11的表面上形成导体图形12和13；图2A和2B中，终端电阻R焊在导体图形12与13之间。导体图形13的一端形成电连接到反面上的导体图形的通孔13′，而且，在导体图形12中形成电连接到背面上的导体图形的通孔。
由于用基板11在连续整板上进行片式元件的表面贴装，因此，装终端电阻R时不会出现墓碑现象。而且，已安装了终端电阻R的基板11放在隔离器的树脂外壳7中时，基板11的背面上的导体图形焊接安装到地线73和匹配电容C3的上表面电极，底面积大于终端电阻阻R的元件(基板11)，本例中，用面积大于下面的匹配电容C3的基板。因此，焊料熔化的基板11不会倾斜。因此容易安装。此外，由于基板11的长度基本上与树脂外壳7的内部宽度相同，因此容易定位到树脂外壳7。
下文中，图5A和5B展示出第2实施例隔离器中用的基板的结构。图5A展示出原基板的状态，图5B是从原基板1切掉一部分的结构。本例中，与图4A和4B所示结构不同，在原基板的许多部分的每个边缘上设有开口14′；从原基板切下许多单个部分，把相当于开口14′的部分设置成切掉部分14。
切掉部分14在上、下、左、右位置(正面和反面)上的各部分的形状不同。因此，即使从原基板1切下的多个基板11成了分离件，也能按切掉部分检测每个基板11的上、下、左、右各个方向。具体地说，工艺进行到基板11放到隔离器的树脂外壳7的阶段，当把许多基板11安装在托架中时。托架中设置的开口的形状应能与基板11啮合。而且，用振动式送料机按相同的上、下、左、右方向使单个基板11对齐，并将它们送到托架上，即使基板11进到托架中的开口时它的上、下、左、右方向与正确方向不同，由于振动送料机的振动也会强制基板11从开口中出来，只有按正确的上、下、左、右方向与单个开口啮合的基板才能留在要啮合的开口中总固定在该开口中。之后，用自动贴片机单个吸取基片11并将它们放入单个的隔离器的树脂外壳7中。允许基板11按预定方向存放在树脂外壳7中。
图6A和6B示出用于第2实施例隔离器中的基板11的结构，与图5B的差别是，形成的导体图形13延伸到切掉部分14，并经切掉部分14的端面电连接到反面上的导电图形。按该结构，切掉部分14可同时用作通孔，由此能减少制造工艺步骤，降低生产成本。
图7A和7B展示出用于第4实施例隔离器的基板11的结构，图中，图7A是原基板的平面图；图7B是从原基板切下的基板的平面图。如图7A所示，终端电阻R首先安装在原基板1的各个部分中，之后，切下各部分，制成已装有终端电阻R的基板11，如图7B所示。
为了把终端电阻R装到原基板上，首先，在原基板1上印刷并加焊料，之后用安装机安装电阻R，这后，它通过回流炉，在原基板1上一次焊接许多终端电阻R。
在原基板1的状态下，由于每个部分的相对位置精度极高，因此，能把电阻R，极小的片式元件以极高的相对位置精度安装在每个部分的预定位置。之后，用工具，如切片机，切割原基板1，制成基板11。按上述方法，能提高生产率、降低成本。
用焊料代替导电连接材料，也可用导电粘接剂，把电阻R连接到基板11上的导体图形上。此外，在原基板11的状态下，基板1上的电极与电阻R的电极之间不导电，用绝缘粘接剂把电阻R的底面固定到基板11上没有形成电极的部分，隔离器装在树脂外壳7中，之后，电阻R的电极焊到导体图形上去。
而且，从原基板1切下单个部分，制成单个的分开基板11，电阻和其它高频元件可安装在基板11的多个单元上。该方法可用于把高频元件逐一安装到基片11的制造系统中。
图8A和8B示出用于第5实施例隔离器的基板11的结构。本例中，在原基板1的相邻部分的各缘部分形成开口14′，电阻R安装在原基板1的状态中的各部分上，之后从原基板切出单个的部分，如图8B所示，制成有切掉部分14′的基板11。本例中，即使基板11的左右方向(正面和反面)反了，仅管基板11的外形相同，由于基板11从原基板1切下时基板11的表面上已经装了电阻R，因此，不会发生它进入上述托架的开而逆返电阻R落下的情况。具体地说，由于电阻R有凸出部分，当它放进开口时，因此它不会与开口正确啮合，振动送料机立即强迫它从托架上掉下来，而只让上表面上有电阻R的基板11留在并固定在托架的开口中。
图9A和9B示出用于第6实施例隔离器中的基板11的结构。本例中，在原基板1中各单个部分的短边边缘部分形成开口14′；电阻R逐一安装在单个部分上后切下单个部分。由此制成短边上有切掉部分14的基板11，如图9B所示。这种情况下，根据基板11上是否存在电阻R来检测基板11的正面和反面。
图10A和10B示出第7实施例隔离器中用的基板11的结构。本例中，在要从它切出单个基板11的原基板1上，设置按彼此相反方向的奇数列导体图形和偶数列导体图形，在相邻的4个部分的中心部分形成开口14′。电阻R安装在原基板1上之后，切下单个基板11，制成图10B所示基板11。
以下参见图11至13说明按第8实施例的隔离器。
图11是隔离器的展开透视图。图12A和12B分别是去掉上部磁轭2的状态的顶视图和剖视图。如图11至12B所示，隔离器中，磁性材料制成的盒形上部磁轭2的里面上设置盘形永磁铁3；上部磁轭2和用上述相同材料制成的基本上是U形的下部磁轭8构成闭合磁路；树脂外壳7放在下部磁轭8的底面8a上；磁性组件5，已安有电感Lf的基板21，匹配电容C1、C2和C3，电阻R放在树脂外壳7中。
本实施例中，设置的电感Lf作为用于滤波器的高频元件；它与图1所示隔离器的差别是如图21所示结构那样，电阻R是安放在树脂外壳7中，电感Lf安装在基板21上，该状态下，它是装在树脂外壳7中。形成的中心导体51的端部P1短，不与输入/输出端71接触。
基板21上形成与电感Lf的两个电极电连接的导体图形22和23。基板21的反面上在导体图形23的端部形成电连接到导体图形的通孔23′。通孔还电连接到基板21的反面上导体图形22中形成的导体图形。电感Lf的各个电极经基板21的导体图形和通孔电连接到输入/输出端和电容C的上表面上的电极。
图13是上述隔离器的等效电路图。图中画出了电容Cf串联到输入/输出端71的部分。电容Cf和上述电感Lf一起构成带通滤波器。图中，铁氧体元件是盘形，H表示DC磁场，电感L表示中心导体51、52和53。按该结构，从输入/输出端71输入的信号中如相对于基波的二次谐波分量和三次谐波分量被衰减时，之后再从输入/输出端72输出。而且，接在地与中心导体53的端部P3之间的电阻R抑制并终止从输入/输出端72输出信号，而且，几乎没有信号返回到输入/输出端71一边。如上所述，构成的隔离器有把不需要的频率分量衰减掉的滤波器功能。
图14是隔离器的展开透视图。图15A和15B分别是去掉上部磁轭2的状态的顶视图和剖视图。图16是等效电路图。本实施例中，电感Lf和电容Cf一起构成设在树脂外壳7中的带通滤波器。具体地说，电感Lf和电容Cf装在基板21上，电感Lf和电容Cf形成的串联电路接在端部P1与输入/输出端71之间。其它结构与第1和第8实施例的结构相同。
按上述结构，外边没加电路，构成有带通滤波器特性的隔离器。按照构成带通滤波器用的电感Lf和电容Cf的安置情况，匹配电容C1、C2上不需要保证元件和带通滤波器用的基体安置的具体空间。因此能使总体尺寸进一步小型化。
图17A和17B分别是去掉上部磁轭状态的第10实施例隔离器的顶视图和剖视图。与图15A和15B的差别是，本例中，用空芯线圈作电感Lf。电感Lf是用有高耐热性的材料，如聚酰胺，聚酰胺酯，聚酰亚胺，构成的膜包覆的铜丝构成的。每匝卷绕丝都是电绝缘的，它的每个引出线都有用焊料预镀的露铜线部分。此外，电感Lf的引出线部分的安置方式是，沿它延伸的方向不同单根直线重叠，使电感Lf不绕在基板21上。
图18A和18B分别是去掉上部磁轭的第11实施例隔离器的顶视图和剖视图。与图17A和17B的差别是，本例中，有在介电板的正面和反面上形成的电极的片式电容用作电容Cf。电容的反面上的电极接到基板21上面上的导体图形，它的正面上的电极经金属板(金属箔)9接到基板21的上面上的电极。用有台阶形的金属板9进行表面贴装在其正面和反面上有电极的小元件，能使总体尺寸进一步小型化。
上述的每个实施例中，仅管电感Lf是装在输入/输出端一边，但是电感Lf和电容Cf的安装顺序也可以反过来。此外，只有电容Cf可以存放在树脂外壳7中，电感Lf可装在外面。
上述某些实施例的隔离器中是用带通滤波器作为滤波器的实例，但上述电感Lf也可用来构成低通滤波器，可以构成有低通滤波器特性的隔离器。图19是外壳的等效电路，但没画铁氧体元件。在该图中，Lf是上述每个实施例中所设的同样的电感。Cf是电容C1的一部分，但是为了方便它与电容C1分开画。因此，连接到第1中心导体端部P1的匹配电容C1的电容量实际上是用作滤波器的电容Cf的容量加匹配所需的原来的静电电容量。Cp是安装在基片上与输入/输出端71连接的电极与地之间产生的分布电容量。按电感Lf，电容量Cp和电容Cf构成的π形电路，构成低通滤波器。上述的电容Cp可用片式元件。
上示的高频元件，如电感Lf和电容Cf安装在原基板1中的单个部分中之后，再切下它们，并把它们存放在树脂外壳7中，则能容易地制造含附加电路的隔离器。
以下参见图20说明用一个上述隔离器的通信设备。图中，ANT是发送/接收电线；DPX是收发两用转换开关，BPFa、BPFb、BPFc是带通滤波器；AMPa、AMPb是放大器电路；MIXa、MIXb是混频器；OSC是振荡器；ISO是隔离器；DIV是功率分配器。混频器MIXa用调制信号对从功率分配器DIV输出的信号调频；带通滤波器BPFa只允许传输频率信号带中的信号通过；放大器电路AMPa进行信号的功率放大，并经隔离器ISO和收发两用转换开关发送来自天线ANT的信号。带通滤波器BPFb只通过从收发转换两用开关DPX输出的接收信号频带中的信号，放大电路AMPb将它们放大。混频器MIXb对从带通滤波器BPFc输出的信号和接收信号混频，并输出中频信号IF。
用上述实施例之一中的隔离器作隔离器ISO。结构中，隔离器ISO有一个带通滤波器和一个低通滤波器，可省去只通过传输频率频带的带通滤波器Bpa。因此，构成了总体尺寸很小的通信设备。
上述实施例中，是以隔离器为例来说明的。但本发明也能用在循环器中，该结构中，终端电阻R不接到每个实施例中的第3个中心导体的端部P3，但端部P3用作第3个输入/输出部分。
权利要求
1．不可逆电路器件，包括外壳；接收直流磁场的磁体；多个相互交叉的设在所述磁体上的中心导体；和有高频元件的基板，其中，所述磁体；所述多个中心导体和所述基板存放在所述外壳中；和所述多个中心导体的至少一部分电连接到所述高频元件的一个电极和所述基板上的电极，它电连接到所述高频元件的一个电极。
2．按权利要求1的不可逆电路，其中，在所述基板的一边和角构成掉去部分。
3．按权利要求2的不可逆电路装置，其中，所述基板的正面和反面上的电极经所述切掉部分的端面电连接在一起。
4．按权利要求1至3中任一项的不可逆电路装置，其中，所述高频元件包括设在其板形正面和反面上的电极；所述高频元件的反面上的电极与所述基板上的电极电连接，所述高频元件的正面上的电极经台阶形金属板与所述基板上的电极连接在一起。
5．按权利要求1至3之一的不可逆电路装置，其中，所述高频元件是电阻，电感和电容。
6．用按权利要求1至3之一的不可逆电路装置的通信设备。
7．制造按权利要求1至3之一的不可逆电路装置的方法，包括以下步骤高频元件安装在原基板的多个部分的多个单元中；从原基板按所述多个部分的单元切下基板；每个其上已安装了高频元件的基板，接收DC磁场的所述磁体，多个相互交叉的设在所述磁体上的中心导体，存放到所述外壳中。
8．制造按权利要求1至3之一的不可逆电路装置的方法，包括以下步骤从原基板按多个部分的多个单元切下单个基板；高频元件安装到单个基板上；每个其上已安装了所述高频元件的所述基板，接收DC磁场的所述磁体，和所述的相互交叉设在磁体上的多个中心导体，存放在外壳中。
9．制造按权利要求1的不可逆电路装置的方法，包括以下步骤在原基板的多个部分的边缘部分设开口；从原基板按所述多个部分的多个单元切下基板，构成切下部分。
10．制造按权利要求1的不可逆电路装置的方法，包括以下步骤；按所说掉下部分的位置检测有切掉部分的所述基板的正面和反面和方向。所述基板存放到所述外壳中，按预定方向安置所述基板的预定面。
全文摘要
不可逆电路装置和用它的通信设备。根据不可逆电路装置,不要增大它用的外壳尺寸,装在外壳中的高频元件能容易而可靠地安装。中心导体相互交叉;每个中心导体的端部与地线之间接每个匹配电容,由此构成不可逆电路。电阻预先安装在基板上,按该状态把基板装入树脂外壳中。
文档编号H01P1/36GK1309438SQ0013663
公开日2001年8月22日 申请日期2000年11月30日 优先权日1999年11月30日
发明者长谷川隆 申请人:株式会社村田制作所