专利名称：不可逆电路装置、不可逆电路和通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及不可逆电路装置，例如，在包括微波频带的高频频带中用的隔离器和循环器与不可逆电路一起构成的不可逆电路，和使用这些元件的通信装置。
迄今为止，不可逆电路装置，例如，用于通信装置的集总恒定隔离器和集总恒定循环器，它们的特性优点是在传输方向的信号衰减极小，在反方向的衰减极大。
图7是现有的隔离器的分解图，图8A和8B分别是它的内部结构的顶视图和剖视图。图9是等效电路图。
如图7、8A和8B所示，该隔离器中，包括中心导体51、52和53和铁氧体54的磁组件5、永久磁铁3和树脂外壳7，它们被放在主要包括顶部磁轭2和底部磁轭8的闭合磁路中。中心导体51和52的端部P1和P2连接到在树脂外壳7中构成的输入/输出端71和72以及匹配电容器C1和C2。中心导体53的端部连接到匹配电容C3和终端电阻R1电容器C1、C2和C3的一端，并且终端电阻R的一端接到地线73。
图9所示的等效电路中，铁氧体是盘形，DC磁场是H，中心导体51、52和53分别是等效电感L。
通用通信装置中，电路中用的放大器无疑地会出现一些失真，引起不希望有的辐射，例如，基波的二次和三次谐波分量。由于通信装置的不希望有的辐射引起放大器的不正常运行和无线电干扰，因此，预先制定了规则和标准，而且，不希望有的辐射量要低于规定量。为了防止不希望有的辐射，使用线性化优异的放大器是有效的，但它价格贵。因此，用在放大器的位置设置滤波器来衰减不希望有的频率分量的方法。但是，使用滤波器会使通信装置的费用和尺寸增大。而且滤波器还会有损耗。
另一方面，通信装置中，用隔离器和循环器来使电路中的放大器稳定运行并保持放大器，特别是，隔离器和集总恒定循环器具有在远离通带的频带中在传输方向有信号衰减均匀的带通滤波器的特性。但是，在只有图7至9所示现有基本结构的不可逆电路装置在不希望有的频带中不能获得充分的衰减特性。
相当于美国专利6020793的日本特许公开No.10-93308中给出了例如在基波的二次和三次谐波分量的不希望有的辐射的频带中能得到大衰减的不可逆电路装置。
图10是隔离器的展开图，图11A和11B分别是它的内部结构的顶视图和剖视图，图12是它的结构的等效电路图。
图10至11B所示装置与图7至8B所示现有装置的差别是，设置了用于带通滤波器的电感Lf。该电感Lf连接在中心导体51的端部P1，匹配电容器C1与输入/输出端71之间。
如图12所示的等效电路，带通滤波器是该电容器Cf和电感Lf把电容器Cf串联到输入/输出端71来构成的。
与为了衰减不可逆电路装置中的不希望有的频带，而为滤波器设置至少一个电感的外部设置的信号滤波器相比，整个通信装置的尺寸可以减小。但是，当要求进一步减小最新的移动通信设备的尺寸时，设置有用于滤波器的这种电感的不可逆电路装置本身也需减小尺寸。用于滤波器的电感也应减小尺寸。但是，如果要减小螺线管形的电感尺寸，它的电感量也会减小，基波的二次和三次谐波分量的衰减也会减小。要减小螺线管形电感的尺寸而不减小它的电感量，则应适当设计所构成的螺线管结构中的磁性元件；但是，这种结构中，新要求的磁性元件的问题是它不易制造，而且成本加大。
本发明的目的是，提供一种不可逆的电路装置，带有至少一个构成滤波器的小型电感，能在规定的频带中获得大衰减，但不增大成本。与不可逆电路装置一起构成的不可逆电路，和使用它的通信装置。
按本发明的不可逆电路装置包括多个相互重叠交叉并设在磁性元件上用于接收DC磁场的中心导体，连接在中心导体的至少一部分与信号输入/输出端之间的螺线管形电感，电感设置成电感产生和贯穿的磁性元件的磁力线方向基本垂直于DC磁场的方向。
如图10至11B所示，电感器产生的贯穿磁性元件(铁氧化磁力线方向与DC磁场方向平行；但是，由于在平行于磁性元件产生的DC磁场的方向中的相对导磁率是1，电感器只能作为空芯螺线管形电感器工作。但是，在垂直于磁性元件的DC磁场的方向中的相对导磁率大于1，高相对导磁率物体放在按本发明结构的电感器的磁路中，而且，电感器的电感量增大。使要获得规定电感量的电感器的尺寸减小，并使不可逆电路装置的总尺寸减小。
本发明的不可逆电路包括不可逆电路装置和与它的电感器串联的电容器，和用电容器和电感器构成的带通滤波器。由此能显著衰减例如二次和三次谐波的寄生分量。
按本发明的不可逆电路构成低通滤波器，它包括连接在不可逆电路装置的两端与地之间的电容器，和电感器。由此能明显衰减不希望有的频率分量。
按本发明的通信装置是用例如天线公用电路的发送/接收电路的不可逆电路装置或不可逆电路构成的。能获得小型通信装置和优良的寄生特性。
按本发明，高相对导磁率物体放在本发明的电感器的磁路中。增大了电感器的电感量，能减小获得规定的电感量的电感器的尺寸，并能减小不可逆电路装置的总尺寸。
按本发明，不用分开设置任何滤波器就能获得不可逆电路的特性和带通滤波器的特性，并能抑制不希望有的频率分量，能减小用该不可逆电路装置的装置的尺寸。
按本发明，在抑制来自装置的不希望有的辐射的同时能减小装置的尺寸。
图1是第1实施例的隔离器的展开透视图；图2A是去掉顶部磁轭的隔离器的顶面图；图2B是沿图2A中A-A线的剖视图；图3是按本发明的隔离器和现有隔离器的衰减的频率特性曲线图；图4是用第2实施例的隔离器的不可逆电路的构成图；图5A是用第3实施例的隔离器的不可逆电路结构的等效电路图；图5B是用第3实施例的隔离器的不可逆电路的另一结构的等效电路图；图6是第4实施例的通信装置的构成方框图；图7是现有隔离器的展开透视图；图8A是除去顶部磁轭的隔离器的顶面图；图8B是沿图8A中A-A线的剖视图；图9是隔离器的等效电路图；图10是另一现有隔离器的展开透视图；图11A是去掉顶部磁轭的隔离器的顶面图；图11B是沿图11A中A-A线的剖视图12是隔离器的等效电路图。
以下参见图1至3说明按第1实施例的隔离器的结构。图1是隔离器的展开透视图；图2A是它的顶面图，图2B是沿图2A中A-A线的剖视图。
如图1至2B所示，该隔离器中，盘形永磁铁3放在用磁性材料制成的顶部磁轭盒2的内表面上，如图1和2所示，该顶部磁轭盒2和用相同材料制成的基本上是U形的底部磁轭8构成闭合磁路，树脂外壳7放在底部磁轭8的底表面上，磁性组件5，匹配电路C1、C2和C3，终端电阻R和电感Lf放在树指外壳7中。
磁性组件5中，作为铁氧体54的底表面的相同形状的3个中心导体51、52和53的公共接地部分邻接在直角平行六面体板形铁氧体54的下表面上。从接地部分伸出的3个中心导体51、52和53放在铁氧体54的上表面上，使3个中心导体折叠，与绝缘层(图中没画)之间相互形成120°角。每个中心导体51、52和53的前端一边上的端部P1、P2和P3向外凸出。用永磁铁3给该磁性组件5加DC磁场，磁力线按其厚度方向穿过铁氧体54。
用电绝缘材料制成树脂外壳7，它的底壁7b和矩形框架形侧壁7a制在一起，输入/输出端71和72和接地线73的一部分埋在树脂中。底壁7b的中心形成通孔7c，磁性组件插入并放在该通孔7c中。在该磁性组件5的下表面上的中心导体51、52和53的接地部分焊到底部磁轭的底表面8a。输入/输出端71和72放在树脂外壳7的一个侧表面上的两个角部，接地端73和73位于另一侧表面上的两个角部。这些输入/输出端71和72的一端，和接地线73、73的一端分别设置成露到底壁7b的上表面，另一端分别设置成露到底壁7b的下表面和侧壁7a的外表面。
片式匹配电容C1、C2和C3，片式终端电阻R和Lf构成带通滤波器一部分的电感放在通孔7c的周边，电容C1、C2和C3的下表面电极和终端电阻R的一个端边上的电极分别连接到接地端93、73。中心导体51、52和53的端部P1、P2和P3接到电容C1、C2和C3，的上表面电极，终端电阻R的另一端边接到端部P3。端部P1、P2和P3构成台阶形，使端部P1、P2和P3分别在电容C1、C2和C3，的上表面高度上。
图1至2B所示的电感Lf是用直径为0.1mm的铜线绕8匝外径为0.8mm而制成的，无铁氧体时的电感量规定为24nH。用有优异耐热性的聚酰胺，聚酰胺酯，聚酯或聚酰亚胺制成的膜覆盖该铜丝，绕组是电绝缘的。它的引出丝的铜部分露出，一个端边接到中心导体51的端部P1，另一端边接到输入/输出端71。这就是说端部P1经电感Lf接到输入/输出端71。
如图2A所示，为了提高端部P1和输入/输出端71的焊接稳定性和提高合格率，电感Lf的两端不在一直线上。引出该电感Lf的两端，使电感的螺线管的轴高基本上等于铁氧体54的中心高度的位置。此外，把电感Lf放置成使它的轴按铁氧体54的表面方向延伸，即，按垂直于永磁铁3产生的DC磁场方向的方向延伸。因此，电感Lf产生的磁力线按垂直于铁氧体54相关的DC磁场方向的方向穿过。如图2中虚线箭头所指。铁氧体54的导磁率是张量导磁率，平行于永磁铁产生的DC磁场的方向中的分量按相对导磁率是1，这与真空中的量相同。另一方面，垂直于DC磁场方向的方向中的相对导磁率接近2至3。因此，电感Lf的电感量大于电感器的轴处于垂直于铁氧体54的表面的状态下的电感量。
隔离器安装在安装板上时，电容Cf接到隔离器的输入/输出端。如图12所示，带通滤波器由电容Cf和电感Lf一起构成。
本实施例的隔离器是基本尺寸为宽7.0mm，深7.0mm，高2.0mm的最小型化元件，例如，在1.5GHz频带，匹配电容C1、C2和C3的静电电容量约为5pf，用于滤波器的电容Cf的静电电容量规定约为0.5pf，电感Lf的电感量规定约为20nH，而在900MHz频带内，规定匹配电容C1、C2和C3的电容量约为10pf，电容Cf的电容量约为1.0pf，电感Lf的电感量约为30nH。
图3示出同电感Lf一起构成带通滤波器的电容器接到隔离器的输入/输出端时的隔离器在传输方向的衰减特性曲线。图3中实线是本实施例的隔离器特性，虚线是没有电感和电容器的隔离器的特性。假设基波是900MHz，不设带通滤波器时二次谐波分量的衰减约为19dB，三次谐波分量的衰减约为28dB。但是，按本实施例的二次谐波分量的衰减约为28dB，三次谐波分量的衰减约为40dB，因此，用本实施例能得到更大的衰减。
图10和11所示现有结构，铜丝直径和隔离器外径不变，只是绕9匝，所得到的特性如图3中实线所示。换句话说，用本实施例可减小隔离器厚度，能使隔离器尺寸减小。
上述实施例中，带通滤波器用设在隔离器里边的电感Lf和向外串联到输入/输出的电容器Cf构成，等效电路如图12所示；但是，换一种方式，有低通特性的不可逆电路可用电感器Lf构成的低通滤波器构成。图4是这种情况下的等效电路，没画出铁氧体，与本例相同，设置了电感器Lf。符号Cf是指匹配电容器C1的一部分，为了方便，与等效电路的C1分开画。因此，实际上，与第1中心导体的端部P1连接的匹配电容C1的电容量实际上是，把用于滤波器的电容Cf的容量匹配所加的最初的静电电容量Cp是安装基上的并连接到输入/输出端71的电极与地之间产生的分布电容量。π形低通滤波器包括Lf、Cp和Cf。例如，在1.0GHz频带中，电容器Cf和Cp的电容量分别为1.5pf，电感Lf的电感量约为5nH，在900MHz频带中，Cf和Cp的容量分别为2pf，电感器Lf的电感量是8nH，Cp也可以构成为片式元件。
图5A和5B是按第3实施例的不可逆电路。上述实施例中，带通滤波器或低通滤波器放在隔离器的输入端部，同样的滤波器可同样被放置在输出端部。图5A和5B是等效电路，图中没画出铁氧体。图5A所示例中，电感Lf1和Lf2分别连接在第1和第2中心导体的端部P1和P2与输入/输出端71和72之间。电容Cf1和Cf2外连到隔离器的输入/输出端71和72，用Lf1和Cf1构成第1带通滤波器，用Lf2和Cf2构成第2带通滤波器。构成有两级带通滤波器的不可逆电路。由此得到消除频带中的大衰减。
图5B所示实施例中，电感Lf1，Lf2同样连接在第1和第2中心导体的端部P1和P2与输入/输出端71和72之间。分布电容量构成的电容器Cp1和Cp2分别设置在输入/输出端71和72与地之间。π形低通滤波器分别放在输入端一边和输出端一边。而且在该情况下，不可逆电路有两级低通滤波器在消除频带中能得到大衰减。
带通滤波器或低通滤波器可以不放在隔离器的输入端一边，而只放在输出端一边。
以下参见图6说明用隔离器的通信装置的实施例。图中，符号ANT指收发天线，DPX指天线收发两用转换开关，BPFa、BPFb和BPFc指带通滤波器，AMPa和AMPb指放大器，MIXa和MIXb指混频器，OSC指振荡器，DIV指功率分配器。MIXa用调制信号对以DIV输出的信号调频，BPFa只通过传输频率频带，AMPa放大信号功率，ANT经隔离器ISO和DPX发送信号，BPFb只通过由DPX供给的信号中的接收频率频带，AMPb将它放大，MIXb混合由BPFc输出的频率信号和接收信号，输出中频信号IF。
图1至5所示装置和电路用于隔离器ISO。由于该隔离器ISO有带通特性和低通特性，因此可省去只通过传输频率频带的带通滤波器BPFa。因此能构成总尺寸减小了的通信装置。
上述实施例中，是以隔离器为例进行说明，但是，本发明也能用于以端部P3作为第3I/O部分而不用把任何终端电阻R连到第3中心导体的端部P3的循环器。
在实施例中，用空芯螺线管作电感器Lf进行说明；但是，也可在介电体或磁体上绕电导丝制成螺线管形绕卷，也可制成螺线管形导体图形。或者，在介电体或磁体中构成螺线管形电极。用这些结构，按磁力线穿过垂直于要与中心导体耦连的磁性元件(铁氧化)相关的DC磁场方向的方式放置电感，使电感器的电感量增大，因而能使装置的总尺寸减小。
此外，本发明不限于图1和2所示的总体结构，也可以是在中间层基体内形成中心导体的结构。
权利要求
1．一种不可逆电路装置，包括多个相互重叠交叉放在磁性元件上用于接收DC磁场的中心导体，其中，螺线管形电感连接在至少一个所述中心导体的端部与信号输入/输出端之间，所述电感放置成使其产生的磁力线按基本上垂直于所述DC磁场方向的方向通过所述磁性元件。
2．一种不可逆电路，包括按权利要求1的不可逆电路装置；串联到所述不可逆电路装置的电感的电容，其中，带通滤波器包括所述的电容和电感。
3．一种不可逆电路，包括按权利要求1的不可逆电路装置；和连接在所述不可逆电路装置的电感的两端与地之间的电容；其中，低通滤波器包括所述电容和电感。
4．一种通信装置，包括按权利要求1的不可逆电路装置，或权利要求2和3之1的不可逆电路装置，或权利要求2和3之1的不可逆电路。
全文摘要
提供一种小型的在规定频带中能得到大衰减但不增大成本的不可逆电路装置,设有至少一个用于滤波器的内构电感,不可逆电路与不可逆电路装置构在一起。和用电路的通信装置中心电极以相互交叉方式放在提供DC磁场的铁氧体上,分别接在中心电极端部与地之间的匹配电容构成不可逆电路,螺线管形电感接在中心导体端部与信号输入/输出端之间,按电感产生的磁力线贯穿铁氧体的方向基本上垂直于加到铁氧化的DC磁场方向的方式放置电感。
文档编号H01P1/387GK1299155SQ0013749
公开日2001年6月13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