专利名称：不可逆电路装置和安装有该电路装置的通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及不可逆(单向)电路装置，更具体地说，涉及诸如用于微波频段的隔离器(单向器)和循环器这样的不可逆电路装置，以及安装有这种不可逆电路装置的通信设备。
总的来讲，在诸如移动电话之类的移动通信设备中采用的集总常数(lumped-constant)隔离器只是在一个方向上传递信号，而在相反方向上阻止信号的传递。另外，在最新的通信设备中，更需要小型、轻质和低成本的产品。根据这种趋势，就需要有一种小型、轻质和低成本的隔离器。
作为集总常数隔离器，诸如在图13中所示的集总常数隔离器11之类的装置是已知的。在这个集总常数隔离器11中，一个树脂端子盒13放置在一个有左右壁12a和底壁12b的金属下部外壳单元12上，端子盒13中有一个中央电极组件14，并且一个金属上部外壳单元15放置在这个结构上。一个永磁体16装在金属上部外壳单元15的内表面上。通过永磁体16，一个直流磁场作用在中央电极组件14上。
中央电极组件14是在一个微波铁氧体部件20的上表面以120度角使三个相互电绝缘的中央电极21-23交叉设置而成的。三个中央电极21-23的端部的端口P1-P3是水平地引出的，并且另一端的一个公共屏蔽部分与铁氧体部件20的下表面接触。完全覆盖下表面的公共屏蔽通过端子盒13的窗口13a连接到下部外壳单元12的底壁12b上。
中央电极21-23的端口P1-P3与匹配电容器C1-C3的高电位侧电容器电极相连。终接(terminating)电阻器R的一端与匹配电容器C3的高电位侧电容器电极连接。中央电极组件14和电容器C1-C3安装在端子盒13中。然后，如图14所示，上部外壳单元15和下部外壳单元12互相靠近的两个部分的边缘(由图14中的垂直线所示的区域)通过焊料18相连(见图15)。
同时，这种常规隔离器11形成了围绕上部外壳单元15和下部外壳单元12中的永磁体16和中央电极组件14的一个框型环路结构。因而，如图15所示，高频电流i就可以围绕上部外壳单元15和下部外壳单元12流动，其结果是由于焦耳损失而带来能量消耗问题。还有，流过外壳单元15和12的高频电流i起到了抵消流经中央电极21-23的正常信号电流I的作用。换句话说，高频电流i起到了减弱由铁氧体部件20产生的高频磁场的作用。结果是，降低了中央电极21-23的有效电感和铁氧体部件20的有效磁导率，从而使隔离器11的工作频带宽度变窄。
因此，本发明的目的是要提供一种不可逆电路装置，它包括高频电流难以流过的金属外壳。此外，本发明的另一个目的是提供一种安装有这种不可逆电路装置的通信设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种不可逆电路装置，它包括一个永磁体；一个适于接收由永磁体施加的直流磁场的铁氧体部件，该铁氧体部件包括多个中央电极；和一个金属外壳，此外壳包容永磁体、铁氧体部件和多个中央电极。在这种不可逆电路装置中，金属外壳具有一个间隙，用来阻断围绕铁氧体部件和多个中央电极流动的环路电流。
在这种情况下，“间隙”是指电性间隙，本发明中的间隙还包括其中填充绝缘材料的间隙。在这种条件下，尽管没有物理意义上的间隙，但实际上没有电连接。
例如，金属外壳的截面可以呈大致矩形的框架形状或筒状，这是通过对大致矩形的金属板在平行于金属板的一个边缘的四个位置处进行弯曲实现的。另外，金属外壳可能由上部外壳单元和下部外壳单元组成。至少可以在上部外壳单元的一个边缘和下部外壳单元的与上部外壳单元的此边缘对置的一个边缘之间设置一个间隙。此外，金属外壳优选设定为相对于永磁体的轴线旋转对称。
采用上述结构，由于流经金属外壳的高频电流被金属外壳中设置的间隙所阻断，高频电流难以流过金属外壳。
此外，由于通信设备采用了根据本发明的上述不可逆电路装置，因而能获得良好的频率特性。
图1是根据本发明的第一实施例的不可逆电路装置的分解透视图；图2是图1所示的不可逆电路装置的中央电极组件的平面图；图3是显示图1所示的不可逆电路装置的外观形状的透视图；图4是图1所示的不可逆电路装置的剖视图；图5是图1所示的不可逆电路装置的等效电路图；图6是图1所示的不可逆电路装置的正向传递特性和隔离特性的曲线图表；图7是根据本发明的第二实施例的不可逆电路装置的分解透视图；图8是显示图7所示的不可逆电路装置的外观形状的透视图；图9是图7所示的不可逆电路装置的剖视图；图10是根据本发明的一个实施例的通信设备的方框图；图11A和11B是显示根据本发明的第三实施例的不可逆电路装置的剖视图；图12是根据本发明的第四实施例的不可逆电路装置的剖视图；图13是一个常规的不可逆电路装置的分解透视图；图14是显示图13所示的不可逆电路装置的外观形状的透视图；图15是图13所示的不可逆电路装置的剖视图。
下面参照
根据本发明的不可逆电路装置和通信设备的实施例。
(第一实施例图1-图6)图1是显示根据本发明的一个实施例的不可逆电路装置的结构的分解透视图。通过将本发明应用到图13所示的集总常数隔离器得到了不可逆电路装置41。如图1所示，集总常数隔离器41包括一个树脂端子盒13、一个中央电极组件14、一个永磁体16和一个金属外壳42。
如图2所示，输入/输出端子51和52与接地端子53是插接模压(insert-molded)在端子盒13中的。输入/输出端子51和52各自一端暴露在盒13的外表面上，另一端暴露于盒13的内表面，从而形成输入/输出连接电极部分51a和52a。与此相似地，接地端子53的两端暴露于盒13的相对的外壁表面上，其它端暴露于盒13的内表面上，从而形成接地电极部分53a(见图1)。
中央电极组件14是通过使三个彼此电绝缘的中央电极21-23以120度的角度在微波铁氧体部件20的上表面交叉设置而成的，微波铁氧体部件20的上表面作为第一主表面和一个磁极表面。三个中央电极21-23的端部的端口P1-P3是水平地引出的，其它端部的公共屏蔽部分与铁氧体部件20的下表面接触，铁氧体部件20的下表面作为第二主表面和另一磁极表面。完全覆盖铁氧体部件20下表面的公共屏蔽部分，利用诸如焊接之类的方法，通过端子盒13的一个窗口13a连接至金属外壳42的底部42b，金属外壳42将在下面予以说明。
匹配电容器C1-C3的高电位侧电容器电极通过焊接与中央电极21-23的端口P1-P3相连，其低电位侧电容器电极通过焊接与暴露于端子盒13内表面的接地电极部分53a连接。一个终接电阻器R的一端与匹配电容器C3的高电位侧电容器电极连接，其另一端与接地电极部分53a相连。因此，匹配电容器C3与终接电阻器R在中央电极23的端口P3和地之间是并联电连接的。
金属外壳42是由一块大致矩形的磁性金属板构成的。金属板预先以90度的角度在平行于金属板短边的两个位置处弯曲。金属外壳42的中央部分是底部42b，金属外壳42的左右部分是两个臂42a。端子盒13放置在金属外壳42的底部42b上，以便将中央电极组件14、匹配电容器C1-C3等包含在其中。随后，沿着端子盒的外部形状，金属外壳42的两个臂42a沿着虚线K(见图1)以90度向内折叠，以覆盖端子盒13的开口部分。在这种情况下，永磁体16安装在两个臂42a之一的内表面上。通过永磁体16，一个直流磁场就加在了中央电极组件14上。金属外壳42和中央电极组件14构成了一条磁路。
图3和图4都显示出具有按上述设置得到的结构的集总常数隔离器41。图5是隔离器41的等效电路图。金属外壳42的断面大致呈矩形形状，并且金属外壳42呈框架形状或筒状，这种形状是通过在平行于金属板的短边的四个位置上以90度的角度使大致矩形的金属板向内弯曲形成的。金属外壳42的两个臂42a的上端互相对置并留出具有预定距离的一个间隙5。换句话说，金属外壳42不会形成围绕永磁体16和中央电极组件14的环路。结果是，围绕永磁体16和中央电极组件14流动的环路电流，即，流经金属外壳42的高频电流i被间隙45所阻断。因此，高频电流i难以流过金属外壳42，并且可以抑制由于焦耳损失造成的能量消耗。例如，间隙45的尺寸应当是0.001mm或更大。
流经金属外壳42的高频电流i抵消了流经中央电极21-23的正常信号电流I，并且起到了减弱由铁氧体部件20所产生的高频磁场的作用。然而，由于间隙45是位于金属外壳42中的，所以高频磁场的减弱可以得到防止。结果是，中央电极21-23的有效电感和铁氧体部件20的有效磁导率得以增大，由此隔离器41的工作频带宽度得以扩展。图6的图表显示出通过测量隔离器41的正向传递(forward pass)方向特性A1和反向特性(隔离特性)A2所获得的结果。作为比较，图6还显示出图13的常规隔离器11的正向传递特性B1和反向特性B2。正如图6所示，很明显，隔离器41的工作频带宽度比隔离器11的宽。
另外，具有间隙45的金属外壳42被设计成相对于永磁体16的中心轴L(参见图3和图4)旋转对称，以便使作用于铁氧体部件20的直流磁场得以有效地分布。
此外，由于金属外壳42有一个整体形成的结构，与图13所示的常规绝缘器11所采用的上部和下部金属外壳单元12和15的组合结构比较，本发明的隔离器能减少更多的磁阻。还有，通过焊接连接这两部分金属外壳的步骤已无必要。(第二实施例图7-9)图7-9显示出根据本发明的另一实施例的不可逆电路装置。不可逆电路装置61与参照图13所述的集总常数隔离器11是等同的。不过，在该不可逆电路装置61中，采用一个分成两部分的上部外壳单元62替代上部外壳单元15。
上部外壳单元62是由一对互相对称的部件62a和62b组成的。这对部件62a和62b是相互对置的，并留出预定距离的间隙65，并且一个永磁体16安装在由部件62和62b所组成的上部外壳单元62的内表面上。上部外壳单元62和下部外壳单元12相互靠近的两个边缘(图8中用斜线所表示的区域)通过焊料18相连(参见图9)。
在具有上述结构的隔离器61中，流经外壳单元12和62的高频电流i被间隙65所阻断。结果是，因焦耳损失而引起的能量消耗可以被抑制。(第三实施例图10)在本发明的第三实施例中，下面将对作为本发明的通信设备的移动电话进行说明。
图10是一部移动电话120的RF部分的电路方框图。在图10中，参考数字122表示天线装置，参考数字123表示天线共用器，参考数字131表示发送侧隔离器，参考数字132表示发送侧放大器，参考数字133表示发送侧级间带通滤波器，参考数字134表示发送侧混频器，参考数字135表示接收侧放大器，参考数字136表示接收侧级间带通滤波器，参考数字137表示接收侧混频器，参考数字138表示压控振荡器(VCO)，参考数字139表示本机带通滤波器。
在这种情况下，可以使用第一实施例的集总常数隔离器41或第二实施例的集总常数隔离器61作为发送侧隔离器131。通过使用这些隔离器41和61之一，就能获得具有良好的通信特性的移动电话。(其它实施例)根据本发明的不可逆电路装置和通信设备并不局限于上述那些实施例。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以作出多种更换和变化。例如，在第一实施例的隔离器41中，不必将间隙45设置在金属外壳42的上表面的中央。间隙45也可设置在如图11A和11B所示的偏离中央的一个位置。另外，如图12所示，在常规隔离器11中，上部外壳单元15和下部外壳单元12互相靠近部分的边缘之一可以用绝缘材料70代替焊料18来粘结而形成间隙1。当两部分的边缘用绝缘材料粘结时，中央电极组件14的直流磁场可以大大地减小。
根据本发明的不可逆电路装置可以被用作隔离器之外的其它类型的高频元件，诸如循环器。此外，与上述的通过冲压和折叠金属板形成中央电极的方式不同，另一选择是通过将图形(pattem)电极设置在基片上来构成中央电极，基片诸如电介质基片、磁性基片或多层基片。
如上所述，根据本发明，由于金属外壳有一间隙，流经金属外壳的高频电流被间隙所阻断。结果是，因焦耳损失而造成的能量消耗得到了抑制。
另外，尽管流经金属外壳的高频电流起到了减弱由铁氧体部件所产生的高频磁场的作用，但金属外壳的间隙能防止高频磁场的减弱。因此，由于铁氧体部件的有效磁导率和中央电极的有效电感的增大，不可逆电路装置的工作频带宽度就得以扩展。结果是，根据本发明的不可逆电路装置和装有这种电路装置的通信设备可以具有良好的频率特性。
权利要求
1．一种不可逆电路装置，包括一块永磁体；一个铁氧体部件，它适于接收由永磁体施加的直流磁场，所述铁氧体部件包括多个中央电极；和一个金属外壳，它包容永磁体、铁氧体部件和多个中央电极；其中，金属外壳具有一个间隙，用于阻断围绕铁氧体部件和多个中央电极流动的环路电流。
2．根据权利要求1的不可逆电路装置，其中，金属外壳是整体形成的。
3．根据权利要求1的不可逆电路装置，其中，金属外壳是由多个元件形成的。
4．根据权利要求1的不可逆电路装置，其中，金属外壳相对于永磁体的轴线旋转对称。
5．根据权利要求2的不可逆电路装置，其中，金属外壳的截面呈大致矩形的框架形状，它是通过对大致矩形的金属板在平行于金属板的一个边缘的四个位置处进行弯曲形成的。
6．根据权利要求3的不可逆电路装置，其中，金属外壳是由一个上部外壳单元和一个下部外壳单元组成的，并且至少在上部外壳单元的一个边缘和下部外壳单元的与上部外壳单元的此边缘相对的一个边缘之间设有一个间隙。
7．一种通信设备，它包括至少一个根据权利要求1-6的不可逆电路装置。
全文摘要
本发明涉及一种不可逆电路装置,它包括一个金属外壳,高频电流难以流经该外壳,本发明还涉及安装有这种不可逆电路装置的通信设备。金属外壳的截面呈矩形框架形状,它是通过将大致矩形的金属板在平行于金属板的短边的四个位置处以90度的角度向内弯曲形成的。金属外壳的两个臂的上端按预定的距离相互对置。结果是,金属外壳不形成环绕永磁体和中央电极组件的环路。
文档编号H01P1/32GK1301054SQ0013750
公开日2001年6月27日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月17日
发明者牧野敏弘, 森征克 申请人:株式会社村田制作所