不可逆電路模塊的製作方法
2023-11-11 03:04:57 2
專利名稱：不可逆電路模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及便攜電話等微波通信裝置等使用的環行器、隔離器等不可逆電路模塊。
背景技術：
近年來無線通信裝置、例如便攜電話的普及非常驚人，便攜電話的功能及服務日益提高。以便攜電話為例，作為便攜電話的制式，例如有主要在歐洲盛行的EGSM(Extended Global System for Mobile Communications，擴展全球移動通信系統)制式及DCS1800(Digital Cellular System 1800，數字蜂窩系統1800)制式、在美國盛行的PCS(Personal Communication Service，個人通信系統)制式、在日本採用的PDC(Personal Digital Cellular，個人數字蜂窩)制式等各種制式。在使用這種制式的便攜電話中，因天線的阻抗變動而等使發送輸出功率的一部分反射，需要防止該反射功率損壞放大器，或者相鄰信道的信號從天線進入而發生互調。此外，例如在PDC等中，規定從基站向便攜電話發送用於限制發送輸出的發送輸出控制信號來進行便攜電話的發送輸出功率的控制。
因此，假設便攜電話的發送電路部採用圖18所示的結構，來自調製電路部(未圖示)的高頻信號由放大器1放大，定向耦合器2取出與高頻信號成正比的輸出，將該輸出提供給自動增益控制電路7來控制放大器1的輸出功率。此外，定向耦合器2的後級一側配置的不可逆電路元件(隔離器)3防止因天線6、低通濾波器4及天線共用器5等各部件的特性阻抗和線路阻抗之間的不匹配等而產生的反射波進入放大器1。
圖19是現有不可逆電路元件的分解透視圖。該不可逆電路元件具有中心導體組合體10；樹脂殼體12；作為負載電容的介質50a、50b、50c；永久磁鐵9；以及金屬殼體7、8。中心導體組合體10由一體化的中心導體部件和圓盤狀石榴石(ガ—ネット)(磁性體)13構成，該一體化的中心導體部件由薄銅板構成的接地電極和從其向3個方向呈放射狀延伸的中心導體14a、14b、14c構成，中心導體部件包裹圓盤狀石榴石(磁性體)13，中心導體14a、14b、14c互相保持絕緣並被摺疊而在石榴石(磁性體)13的頂面中央以120°交叉。中心導體組合體10被配置在樹脂殼體12的大致中央部形成的凹部15內，在凹部15的周圍形成的3個矩形凹部中配置介質50a、50b、50c。中心導體部件的接地電極被焊接在樹脂殼體12的接地板上，而中心導體部件的中心導體14a、14b、14c(輸入輸出電極)則被焊接在介質50a、50b、50c頂面的外部電極上。用於對石榴石13上的中心導體14a、14b、14c施加直流磁場的永久磁鐵9被配置在中心導體組合體10上。將這些部件整體容納在上下一對的金屬殼體7、8內。上下一對的金屬殼體7、8兼作磁軛，構成磁路，成為外形尺寸為5mm×5mm×1.7～2.0mm的不可逆電路元件。
然而，在將定向耦合器2或耦合電容器、不可逆電路元件3及低通濾波器4分別作為獨立的部件來組裝的情況下，具有這種結構的便攜電話的發送電路部有下述問題。
對於便攜電話來說，下述要求日益提高為了小型化，儘量減小低通濾波器4及放大器1所佔的面積，而為了廉價化，儘量降低與功能相應的價格，並且削減部件個數。對於這種要求，雖然通過使定向耦合器2、不可逆電路元件3、低通濾波器4及放大器1小型化，可以減少這些部件所佔的面積，但這自然也是有限度的。此外，如果簡單地通過中心導體組合體10及介質50a、50b、50c的小型化來使不可逆電路元件3小型化，則產生以下問題。即，如果使中心導體組合體小型化，則偏離不可逆電路元件最佳工作的磁性體尺寸，而如果為了使介質小型化而使用高介電常數的介質材料，則介質造成的損耗相對增加，使不可逆電路元件的電性能惡化。
如果使定向耦合器2小型化，則隔離特性顯著惡化。由於隔離特性的惡化，不能充分得到作為定向耦合器2重要特性之一的方向性(directivity)，其結果還有下述問題與發送信號的行進方向相反的反射波的一部分或全部流入耦合取出端子P5，不能得到期望的耦合度。此外，為了取得定向耦合器和不可逆電路元件之間的阻抗匹配，有時也必須新附加匹配電路。由下式來求方向性，必須至少在10dB以上。
方向性＝輸出端子·耦合取出端子間的隔離-耦合量再者，定向耦合器2有主要由耦合損耗和導體損耗構成的一定的插入損耗，不可逆電路元件3或低通濾波器4也有插入損耗。因此，在將它們分別作為獨立的部件來使用的情況下，各個損耗量相加而使發送電路部整體的損耗量增大。發送電路部的損耗導致耗電增加，在電池容量有限的便攜電話中，不能忽略該損耗。
為了解決這種問題，特開平9-270608號(日本專利)提出從分路連接到隔離器輸入端子上的電容器(輸出檢測電容)取出與高頻信號成正比的輸出，將該輸出提供給自動增益控制電路來控制放大器的輸出功率，進而將上述輸出檢測電容與隔離器的負載電容一起構成於介質薄片疊層而成的一體化疊層體中。
然而，在使用輸出檢測電容的情況下，由於寄生電容的影響而不能得到足夠的方向性，所以有下述問題如果不將充分考慮了電極圖案間的幹擾而設計的輸出檢測電容形成於疊層體內，則不能得到期望的耦合度。此外，如果要得到20dB的耦合度，則必須構成0.15pF這樣非常小的輸出檢測電容，所以難以控制，並且還有製造上的偏差或寄生電容使耦合度有偏差的問題。此外，由於電極圖案間的幹擾的問題，實質上難以進一步小型化。
發明目的因此，本發明的目的在於提供一種具有不可逆電路元件及定向耦合器功能的不可逆電路模塊，以便抑制部件個數、安裝面積及製造成本。
本發明的另一個目的在於提供一種損耗小、並且還附加了低通濾波器功能的不可逆電路模塊。
本發明的再一個目的在於提供一種還包括高頻放大器的不可逆電路模塊。
發明內容
本發明的第1不可逆電路模塊的特徵在於，包括(a)永久磁鐵，對磁性體施加直流磁場，(b)組合體，將一端為公共端、另一端為高頻信號輸入輸出端的多個中心導體配置到上述磁性體上，(c)多個負載電容，形成於具有導體層的多個介質層構成的疊層體中，被連接到上述中心導體上，(d)第1傳輸線路，被連接到上述中心導體的某一個上，以及(e)第2傳輸線路，與上述第1傳輸線路磁耦合；上述第1傳輸線路及第2傳輸線路被疊層形成於疊層體內。
在該不可逆電路模塊中，來自放大器的高頻信號輸入到上述疊層體內形成的第1傳輸線路的端子P1。在上述疊層體上形成與第1傳輸線路磁耦合的第2傳輸線路，在第2傳輸線路上出現高頻信號的一部分，從不可逆電路模塊上形成的端子P5將與高頻信號成正比的高頻功率提供給自動增益控制電路。另一方面，上述高頻信號被傳輸到端子P2，輸入到不可逆電路元件。從端子P2輸入的高頻信號通過上述組合體的中心導體傳輸到石榴石，通過永久磁鐵對石榴石施加的直流磁場的作用，使高頻信號的行進方向彎曲120°，被傳輸到與端子P3相連的中心導體，從端子P3被輸出。
共同構成定向耦合器的第1及第2傳輸線路與構成不可逆電路元件的多個負載電容一起在具有導體層的多個介質層構成的疊層體內作為疊層結構來形成。通過該結構，能夠很容易地進行不可逆電路元件和定向耦合器之間的阻抗匹配。
即，定向耦合器的阻抗取決於構成定向耦合器的傳輸線路的線路寬度及其距接地面的距離等。而不可逆電路元件的阻抗取決於構成中心導體組合體的磁性體及中心導體的材料及形狀、以及永久磁鐵的磁力。定向耦合器及不可逆電路元件的特性阻抗一般被設定為50Ω，但是在分別構成定向耦合器和不可逆電路元件的情況下，由於製造上必然產生的偏差(例如介質層的厚度的偏差、傳輸線路的線路寬度的偏差、磁性體的磁力的偏差等)，所以特性阻抗的偏差也在某種程度上存在。
因此，如果簡單地組合定向耦合器和不可逆電路元件，則在輸入輸出端子P2中發生阻抗不匹配，插入損耗特性惡化。然而，如果在疊層體內一體化形成構成定向耦合器的2個傳輸線路和構成不可逆電路元件的負載電容，則通過調整來自永久磁鐵的直流磁場能夠使不可逆電路元件的特性阻抗與定向耦合器的特性阻抗相匹配，能夠使端子P2中的阻抗不匹配極小。此外，通過在具有導體層的多個介質層構成的疊層體內將負載電容、第1傳輸線路及第2傳輸線路作為疊層結構來形成，能夠實現不可逆電路模塊的小型化。
本發明的第2不可逆電路模塊的特徵在於，具有(a)永久磁鐵，對磁性體施加直流磁場，(b)組合體，將一端為公共端、另一端為高頻信號輸入輸出端的多個中心導體配置到上述磁性體上，以及(c)疊層體；上述疊層體具有與上述組合體電連接、分別由經介質層對置的導體層形成的多個負載電容，被連接到上述中心導體的某一個上的第1傳輸線路，以及與上述第1傳輸線路磁耦合的第2傳輸線路；多個負載電容的熱端及接地端的導體層被分割為每個負載電容。
該不可逆電路模塊具有與第1不可逆電路模塊相同的效果，並且通過將負載電容的熱端及接地端的導體分割為每個負載電容，防止負載電容上寄生的阻抗及等價串聯電阻的增加，使負載電容具有高Q值(低損耗)，從而實現低損耗。
在疊層體的大致中央形成容納組合體的孔部。該孔部可以是貫通孔，也可以是凹陷。
本發明的第3不可逆電路模塊的特徵在於，包括(a)永久磁鐵，對板狀磁性體施加直流磁場，(b)組合體，由中心導體部件和上述磁性體構成，該中心導體部件具有中心導體從薄銅板構成的接地電極向多個方向呈放射狀延伸的形狀，上述中心導體在被相互絕緣的狀態下包圍上述磁性體，在上述磁性體的大致中央交叉，以及(c)疊層體，由具有導體層的多個介質層構成，在大致中央具有容納組合體的孔部；上述疊層體具有在上述孔部的周圍形成的多個負載電容(分別由經上述介質層對置的導體層構成)，被連接到上述中心導體的某一個上的第1傳輸線路，以及與上述第1傳輸線路磁耦合的第2傳輸線路；上述負載電容與上述組合體電連接，上述負載電容之一與上述第1傳輸線路經上述中心導體電連接，而其他負載電容不與上述第1傳輸線路電連接。
通過這種結構，除了上述效果之外，可得到能夠分別確認不可逆電路和定向耦合器的電特性這一效果。因此，在作為不可逆電路模塊而發生電故障的情況下，能夠很容易地鑑別原因是哪個功能部。
在本發明的不可逆電路模塊中，最好在上述第1傳輸線路的至少一端與負載電容並聯地連接靜電電容，構成低通濾波器。最好與上述第1傳輸線路並聯地連接靜電電容來形成並聯諧振電路，在上述並聯諧振電路的諧振頻率上設置衰減極點。這樣將低通濾波器和定向耦合器一體化後，與分別連接低通濾波器和定向耦合器的情況相比，能夠減少電路元件的數目，能夠使整個高頻電路部小型化，插入損耗也只是定向耦合器的損耗，所以整體上為低損耗。
在本發明中，最好由經介質層沿疊層方向對置的導體層來構成負載電容，並且將導體層的一部分形成於與上述永久磁鐵對置的疊層體的正面上。通過這種結構，即使偏離不可逆電路的中心頻率，只要修整導體層的一部分，就能夠調整電容值。
此外，在本發明中，構成定向耦合器的第1傳輸線路和上述第2傳輸線路經上述介質層沿疊層方向被對置配置。通過這種結構，與將2個傳輸線路配置在同一平面上來構成定向耦合器相比，能夠減小平面範圍。而且，如果將上述傳輸線路纏繞成線圈狀，則能夠避免疊層時的位置偏離造成的耦合量的偏差，因此是優選的。
第1及/或第2傳輸線路也可以通過用通孔將不同介質層上形成的多個導體層電連接來構成。定向耦合器的耦合度可以通過增減經介質層對置的沿第1及第2傳輸線路用導體層的疊層方向重疊的面積來調整。
此外，在本發明的不可逆電路模塊所用的疊層體的背面設有大面積的導體層構成的接地電極，接地電極成為第1及第2傳輸線路和負載電容的公共接地。通過這種結構，能很容易地取得疊層體的接地電位，並且通過焊接能得到足夠的固定強度。
在本發明的優選的一實施例的疊層體中，為了防止第1及第2傳輸線路和不可逆電路之間的幹擾，將構成第1及第2傳輸線路的導體層形成於第1疊層區域，並且將構成不可逆電路的多個負載電容形成於與第1疊層區域不同的第2疊層區域。
此外，為了防止幹擾，將第1傳輸線路及第2傳輸線路進行配置來使得與構成負載電容的導體層沿疊層方向不重疊。也可以用接地電極來分離上述第1疊層區域和上述第2疊層區域。
在本發明中，也可以在疊層體上搭載高頻放大器。高頻放大器的輸出端通過疊層體中的導體層與第1傳輸線路的一端相連。高頻放大器包括具有電晶體的放大電路、被連接到放大器輸入端的輸入匹配電路、以及被連接到放大電路輸出端的輸出匹配電路；輸入匹配電路及輸出匹配電路分別具有電容器及電感器。放大電路的電晶體最好被搭載在疊層體上，電感器作為傳輸線路被形成於疊層體的內部。電容器最好由對置夾置疊層體內介質層的電容器電極來形成。放大電路的電晶體最好由場效應電晶體構成，高頻放大器最好由砷化鎵GaAs電晶體構成，最好將這些部件安裝到疊層體上。
不可逆電路的特性阻抗被設定為50Ω，但是電晶體的輸入輸出阻抗是幾Ω～十幾Ω左右，所以兩者的連接需要輸入·輸出匹配電路，但如圖17的等效電路所示，如果將低通濾波器用作放大電路的輸出端連接的輸出匹配電路，則與另外設置輸出匹配電路的情況相比，能夠削減電路元件的數目，並且還能夠提高插入損耗特性。
圖1是本發明一實施例的不可逆電路模塊的等效電路圖；圖2是本發明一實施例的不可逆電路模塊的分解透視圖；圖3是構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的電路結構的展開圖；圖4(a)是實施例1的不可逆電路模塊的插入損耗特性的曲線圖；圖4(b)是實施例1的不可逆電路模塊的耦合特性的曲線圖；圖4(c)是實施例1的不可逆電路模塊的隔離特性的曲線圖；圖5是本發明另一實施例的不可逆電路模塊的等效電路圖；圖6是構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的另一電路結構的展開圖；圖7(a)是實施例2的不可逆電路模塊的插入損耗特性的曲線圖；圖7(b)是實施例2的不可逆電路模塊的耦合特性的曲線圖；圖7(c)是實施例2的不可逆電路模塊的隔離特性的曲線圖；圖8是本發明另一實施例的不可逆電路模塊的等效電路圖；圖9是本發明的不可逆電路模塊的疊層體的另一例的透視圖；圖10是構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的另一電路結構的展開圖；圖11是構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的另一電路結構的展開圖；圖12是用於說明構成本發明的不可逆電路模塊的定向耦合器的耦合量調整的第1傳輸線路的結構的展開圖；圖13是構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的另一電路結構的展開圖；圖14是本發明的不可逆電路模塊的疊層體中不可逆電路和定向耦合器之間連接的一例的平面圖；圖15是本發明的不可逆電路模塊的組合體的另一例的透視圖；圖16是構成本發明的不可逆電路模塊的組合體的各層的電路結構的展開圖；圖17是本發明另一實施例的不可逆電路模塊的等效電路圖；圖18是便攜電話的發送電路部的方框圖；以及圖19是現有不可逆電路元件的分解透視圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發明的不可逆電路模塊的具體結構例。
圖1示出本發明一實施例的不可逆電路模塊的等效電路，圖2示出本發明一實施例的不可逆電路模塊，圖3示出構成本發明的不可逆電路模塊的疊層體的各層的電路結構。該不可逆電路模塊包括不可逆電路和定向耦合器功能，由永久磁鐵9對不可逆電路部分的磁性體13施加外部磁場，以期望的阻抗Zo來工作。
在圖1中，端子P2、P3、P4和地GND之間連接的負載電容C1決定不可逆電路的工作頻率。中心導體14a、14b、14c包裹的磁性體13的阻抗L根據來自永久磁鐵9的外部磁場而變化。為了使該不可逆電路作為隔離器來工作，在端子P4和地間連接有電阻Ri。第1傳輸線路200被配置在端子P2和端子P1之間，第2傳輸線路201與第1傳輸線路200對置配置以便進行磁耦合，第1傳輸線路200和具有與電阻Rc相連的端子P6的第2傳輸線路201構成定向耦合器。
負載電容C1和第1及第2傳輸線路200、201在樹脂底座12上配置的疊層體11內由導體層以疊層結構來形成，而由印刷電阻或晶片電阻元件等構成的電阻Ri、Rc被配置在疊層體11上。
疊層體11由可低溫燒制的陶瓷介質材料構成，例如使用相對介電常數εr約為8、可在900℃下燒制的介質材料。疊層體11例如可以如下製造通過刮片(ドクタ—ブレ—ド)法形成厚度為30μm～100μm的原始薄片(グリ—ンシ—ト)，通過在各原始薄片上印刷以Ag、Cu等導體為主體的導電膏(ペ—スト)來分別形成定向耦合器用的第1及第2傳輸線路200、201、和構成不可逆電路用的負載電容的電極(導體層)，將形成它們的多個原始薄片進行一體化疊層、燒結。
組合體10例如由中心導體部件、和中心導體部件的接地電極部上配置的圓盤狀石榴石等磁性體13構成，該中心導體部件由從薄銅板構成的接地電極一體化呈放射狀延伸的3個中心導體14a、14b、14c構成。中心導體14a、14b、14c沿圓盤狀磁性體13的側面彎曲，經絕緣膜等在絕緣狀態下以120°間隔來重疊。組合體10被配置在疊層體11的中央孔部15內。中心導體14a的一端被連接到疊層體11的頂面上形成的構成負載電容的電極50a上，中心導體14b被連接到電極50b上。中心導體的一端被連接到疊層體11的頂面的電極50c上，各中心導體的另一端經位於圓盤狀磁性體13底面的接地電極被連接到樹脂底座12的接地電極(導體板)18上。在樹脂底座12的側面形成用於與安裝基板相連的多個外部端子17a～17f。
組合體10也可以通過上述以外的方法來製作。例如也可以如圖15及圖16所示，用刮片法等薄片形成技術來製作薄片狀磁性體，在其上形成作為中心導體的電極圖案並一體化疊層、燒結。此外，也可以在燒結的磁性體上用薄膜技術來形成中心導體。
通過在疊層體11的孔部15內配置組合體10，在其上配置用於對組合體10施加直流磁場的磁鐵9，將它們從上下用兼作磁軛的金屬殼體7、8包圍，從而得到本發明的不可逆電路模塊。
實施例1用圖3按疊層順序來說明疊層體11的內部結構的一例。疊層體11被用於W-CDMA(Wideband CDMA(寬帶CDMA)發送頻率TX1.92GHz～1.98GHz)的不可逆電路模塊。這裡為了簡化說明，作為無線通信裝置的制式，以W-CDMA為例，但是即使是其他制式，本發明的效果也不變。
首先在最下層的原始薄片112的背面的大致整個面上形成接地電極63，並且形成用於連接到樹脂底座12上形成的連接電極30a～30c上的電極80a～80c。在原始薄片112上疊層了未印刷電極圖案的原始薄片111、110後，疊層形成構成第1傳輸線路的線路電極73的原始薄片109。在其上疊層形成通孔電極(在圖中用黑點來表示)的原始薄片108，進而疊層構成第2傳輸線路的線路電極72和形成通孔電極的原始薄片107。線路電極72的一端與疊層體1l的側面上形成的外部電極19c相連，線路電極73的一端與疊層體11的側面上形成的外部電極19a相連。
將原始薄片106上形成的連接電極70的一端經通孔電極與線路電極73相連，將另一端經原始薄片100～105的通孔電極與疊層體11頂面的圖案電極50d相連。線路電極72經原始薄片100～106上形成的通孔電極與疊層體11頂面的圖案電極50e相連。
在原始薄片106上，依次疊層形成接地電極62和通孔電極的原始薄片105、形成負載電容電極圖案52a～52c及通孔電極的原始薄片104、形成接地電極61和通孔電極的原始薄片103、形成負載電容電極圖案51a～51c及通孔電極的原始薄片102、形成接地電極60和通孔電極的原始薄片101、及形成負載電容電極圖案50a～50c、連接電極50d～50f及通孔電極的原始薄片100。
電極圖案50b、51b、52b、電極圖案50c、51c、52c及電極圖案50a、51a、52a、和接地電極60、61、62分別構成連接到端子P3、端子P2、端子P4上的負載電容C1。
在疊層體11的頂面通過印刷·印相法來形成電阻Ri、Rc。電阻Ri是隔離器終端電阻，電阻Rc是定向耦合器終端電阻。也可以用晶片電阻來取代印刷電阻，此外也可以通過與疊層體同時燒制來形成各個電阻。
在疊層體11的底面，形成與樹脂底座12的連接電極30a、30b、30c相連的輸入輸出電極80a、80b、80c、及與樹脂底座12的接地電極18相連的接地電極63。
為了得到良好的定向耦合器功能，需要通過適當設定作為主線路的線路電極73和接地電極63、作為副線路的線路電極72和接地電極62的層間距離、及線路寬度，將線路的特性阻抗維持在50Ω。在本實施例中，用相對介電常數εr約為8的介質材料來構成疊層體11，使夾置上述線路電極的上下接地電極間距離為300μm，使線路電極的寬度分別為100μm，使線路長度約為1/16波長。
構成第1及第2傳輸線路的線路電極72、73分別為纏繞1匝的線圈型，經介質層沿疊層方向以100μm的間隔對置，耦合度為20dB。如果定向耦合器採用這種線圈耦合型結構，則通過主線路和副線路之間的層間距離及重疊部分的線路長度兩者能夠很容易地控制耦合度，所以是優選的。當然也可以按照疊層體11的形狀將線路電極纏繞1匝以上。本實施例的疊層體還通過夾置接地電極在疊層體的其他層上形成定向耦合器線路電極和負載電容電極，來減少這些部件的幹擾。
將定向耦合器用的第1傳輸線路(線路電極73)和負載電容電極圖案50b在疊層體11的表面上相連，可以單獨確認不可逆電路及定向耦合器的電特性。由此，即使不可逆電路發生電故障，也能夠很容易地鑑別原因是哪個功能部。例如即使在不可逆電路部偏離中心頻率的情況下，也很容易發現，而如果修整疊層體11的表面形成的負載電容電極50a、50b、50c來調整電容值，則能夠改變中心頻率。
這樣，得到外形尺寸為4mm×3.5mm×0.5mm的疊層體11。用疊層體11來製作具有圖1所示的等效電路、結構如圖2所示、外形尺寸為4mm×4mm×1.7mm的超小型不可逆電路模塊。
圖4(a)～(c)示出該不可逆電路模塊的插入損耗特性、耦合(耦合度)特性、輸出端子P3-輸入端子P1間的隔離特性。從圖4(a)～(c)可知，本實施例的不可逆電路模塊在期望的頻帶中具有優良的插入損耗特性、耦合特性及隔離特性，而方向性也在18dB以上。由此可知，本實施例的不可逆電路模塊足夠小型·高性能。
實施例2圖5示出本發明另一實施例的不可逆電路模塊的等效電路。該不可逆電路模塊除了定向耦合器功能之外還包括低通濾波器功能。
本實施例的不可逆電路模塊具有與實施例1的不可逆電路模塊相同的部分，所以這裡只說明不同的部分。與實施例1的不同點是(1)在第1傳輸線路的兩端和地之間的連接第1及第2靜電電容C3、C4，第1傳輸線路和第1及第2靜電電容C3、C4構成低通濾波器，(2)為了使衰減陡峭，在第1傳輸線路上並聯連接第3靜電電容C2。
圖6是本實施例的疊層體11的分解透視圖。與實施例1的不同點是在原始薄片106上形成靜電電容C3用的電極300，在原始薄片110上形成靜電電容C2用的電極400，在原始薄片111上形成靜電電容C2用的電極401，在原始薄片112上形成靜電電容C4用的電極301。通過這種結構，不僅能夠將第1傳輸線路200用作低通濾波器的電感器，而且與只在實施例1的不可逆電路模塊上添加低通濾波器的情況相比，能夠將插入損耗及尺寸維持在與實施例1相同的程度，使不可逆電路模塊多功能化。因此，能夠進一步削減部件個數及減少安裝面積。
在用第1傳輸線路200不能得到低通濾波器所需的足夠的電感的情況下，一邊維持與第2傳輸線路201的對置關係，一邊適當延長構成第1傳輸線路200的線路電極73，如圖8所示，向第1分布參數線路200賦予電感即可。
圖7(a)～(c)示出該不可逆電路模塊的插入損耗特性、耦合特性、及輸出端子P3-輸入端子P1間的隔離特性。從圖7(a)～(c)可知，在期望的頻帶得到優良的插入損耗特性、耦合特性、隔離特性，而二次諧波衰減量也在30dB以上，方向性也在19dB以上。由此可知，本實施例的不可逆電路模塊足夠小型而且高性能。
實施例3在實施例1、2中說明了W-CDMA用的不可逆電路模塊，而在本實施例中，說明D-AMPS(Digital-Advanced Mobile Phone Service(數字高級行動電話系統)發送頻率TX824MHz～849MHz)中所用的不可逆電路模塊。
一般，隨著處理頻率降低，電感、負載電容及定向耦合器的線路長度都需要增大，難以小型化。因此，在本實施例中，採用如圖9所示填充疊層體11的圓形孔部16的一部分的形狀。由此，得到下述優點能夠增加原始薄片上的電極圖案的面積，增大負載電容C1的電容值，使接地穩定。因此，在本實施例中，磁性體13的形狀採用直徑為2.5mm、在距離端部0.75mm處截斷的變形圓形。
根據圖10按疊層順序來說明疊層體11的內部結構。在最下層的原始薄片112的背面的大致整個面上形成接地電極63，並且設置與樹脂底座12上形成的連接電極相連的圖案電極。在原始薄片112上形成構成第2傳輸線路的一個線路電極73b。在原始薄片112上，疊層形成構成第2傳輸線路的另一個線路電極73a的原始薄片111。在原始薄片111上形成通孔電極，線路電極73a和線路電極73b通過上述通孔電極相連，構成纏繞1匝的第2傳輸線路。
在原始薄片111上疊層未印刷電極圖案的原始薄片110，進而在其上疊層形成構成第1傳輸線路的一個線路電極72b的原始薄片109。在原始薄片109上疊層形成構成第1傳輸線路的另一個線路電極72a的原始薄片108。在原始薄片108上形成通孔電極，線路電極72a和線路電極72b通過上述通孔電極相連，構成纏繞1匝的第1傳輸線路。該第1傳輸線路的一端通過原始薄片100～107上形成的通孔電極導出到疊層體11頂面的圖案電極50d。
在原始薄片108上依次疊層形成通孔電極的原始薄片107及原始薄片106、形成接地電極62及通孔電極的原始薄片105、形成負載電容電極圖案52a～52c及通孔電極的原始薄片104、形成接地電極61及通孔電極的原始薄片103、形成負載電容電極圖案51a～51c及通孔電極的原始薄片102、形成接地電極60及通孔電極的原始薄片101、形成負載電容電極圖案50a～50c、連接圖案電極50d、50f及通孔電極的原始薄片100。
電極圖案50b、51b、52b、電極圖案50c、51c、52c及電極圖案50a、51a、52a、和接地電極60、61、62分別構成連接到端子P2、端子P3、端子P4上的負載電容C1。
在疊層體8的頂面通過印刷·印相法來形成作為隔離器終接電阻的電阻Ri。也可以用晶片電阻來取代印刷電阻，此外也可以通過與疊層體同時燒制來形成電阻Ri。
這樣，得到外形尺寸為4mm×3.5mm×0.5mm的疊層體11。在本實施例中，設置包圍孔部16的第1傳輸線路及第2傳輸線路。顯然，通過這種結構，由於在疊層體11內的有限區域內能夠形成比較長的線路，所以能夠在發送信號的頻帶內耦合度變化小的線路長度上構成分布參數線路，並且作為定向耦合器的重要特性之一的方向性在10dB以上。
在本實施例中，用相對介電常數εr約為8的介質材料來構成疊層體11，使夾置第1及第2傳輸線路的接地電極62、63間的距離為400μm，使各線路電極的寬度分別為100μm，使第1及第2傳輸線路的線路長度約為1/12波長。此外，使第1及第2傳輸線路200、201分別為纏繞1匝的線圈型，使經介質層對置的第1及第2分布參數線路用的電極圖案中最接近的電極圖案72b、73a以100μm的間隔對置。這樣，得到包括定向耦合器功能、並且外形尺寸為4mm×4mm×1.7mm的超小型不可逆電路模塊。
通過上述結構，得到14.3dB的耦合度。這種線圈耦合型結構通過主線路和副線路之間的層間距離及重疊部分的線路長度兩者能夠很容易地控制耦合度，所以是優選的。當然也可以按照疊層體11的形狀將線路電極纏繞1匝以上。
實施例4
根據圖12來說明本發明的不可逆電路模塊的另一例。本實施例的不可逆電路模塊具有與實施例3的不可逆電路模塊相同的部分，所以為了簡化說明，只說明不同的部分。圖12是包括構成第1傳輸線路200的線路電極72a、72b的原始薄片108、109的平面圖。
本實施例的第1傳輸線路200與實施例3同樣用通孔電極來連接橫跨2層形成的線路電極72a、72b。通過適當改變通孔電極的位置、及線路電極72a、72b的長度，來增減經介質層對置的第1及第2傳輸線路的電極圖案中最接近的電極圖案的面積。在圖12的原始薄片108的通孔電極位於點A、B、C或D的情況下，與原始薄片109上的點A、B、C或D的部分相連。在實施例3中，在B的部分形成通孔電極。
在測定定向耦合器的耦合度隨通孔電極位置變更的變化時可知，對各點A～D，耦合度變化為12.5dB、14.3dB、14.8dB、15.0dB。這樣只需在一個平面上調整通孔的位置，就能夠很容易地調節耦合度。
在本實施例中，為了改變耦合度，變更了第1傳輸線路200中的通孔電極的位置，但是變更第2傳輸線路201中的通孔電極的位置、或第1及第2分布參數線路兩者中的通孔電極的位置，也能得到同樣的效果。方向性也與實施例3是同等程度，在10dB以上。
實施例5根據圖11來說明本發明的不可逆電路模塊的另一例。本實施例的不可逆電路模塊具有與實施例3的不可逆電路模塊相同的部分，所以為了簡化說明，只說明不同的部分。在圖11所示的疊層體中，縮短第2傳輸線路201，只用原始薄片111來形成。通過這種結構，與實施例3相比，能夠將耦合度減弱為20.7dB。方向性比實施例1差，但是在10dB以上。
實施例6根據圖13來說明本發明的不可逆電路模塊的另一例。本實施例具有與上述實施例相同的部分，所以為了簡化說明，只說明不同的部分。在圖13所示的例子中，將構成負載電容的接地電極分割為每個負載電容，在原始薄片101上形成接地電極60a、60b、60c，在原始薄片103上形成接地電極61a、61b、61c。這樣，將負載電容作為低損耗的電容器來構成。
圖14示出組合體11的頂面。第1傳輸線路200的一端經組合體11的通孔電極被導出到表面並與電極50d相連，成為圖1中的端子P2。通過這種結構，由於定向耦合器和不可逆電路處於直流斷續的狀態，所以可以在預先計測定向耦合器的電特性而確認沒有問題後，將組合體10的中心導體14b焊接到構成負載電容的電極圖案50b和電極50d兩者上。
在本實施例中，與其他實施例同樣，也能得到小型、而且具有優良電特性的不可逆電路模塊。
權利要求
1.一種不可逆電路模塊，其特徵在於，包括(a)永久磁鐵，對磁性體施加直流磁場，(b)組合體，將一端為公共端、另一端為高頻信號輸入輸出端的多個中心導體配置到上述磁性體上，(c)多個負載電容，形成於具有導體層的多個介質層構成的疊層體中，被連接到上述中心導體上，(d)第1傳輸線路，被連接到上述中心導體的某一個上，以及(e)第2傳輸線路，與上述第1傳輸線路磁耦合；上述第1傳輸線路及第2傳輸線路被疊層形成於疊層體內。
2.如權利要求1所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，在上述疊層體的大致中央具有容納上述組合體的孔部。
3.一種不可逆電路模塊，其特徵在於，具有(a)永久磁鐵，對磁性體施加直流磁場，(b)組合體，將一端為公共端、另一端為高頻信號輸入輸出端的多個中心導體配置到上述磁性體上，以及(c)疊層體；上述疊層體具有與上述組合體電連接、分別由經介質層對置的導體層形成的多個負載電容，被連接到上述中心導體的某一個上的第1傳輸線路，以及與上述第1傳輸線路磁耦合的第2傳輸線路；多個負載電容的熱端及接地端的導體層被分割為每個負載電容。
4.如權利要求3所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，在上述疊層體的大致中央具有容納上述組合體的孔部。
5.一種不可逆電路模塊，其特徵在於，包括(a)永久磁鐵，對板狀磁性體施加直流磁場，(b)組合體，由中心導體部件和上述磁性體構成，該中心導體部件具有中心導體從薄銅板構成的接地電極向多個方向呈放射狀延伸的形狀，上述中心導體在被相互絕緣的狀態下包圍上述磁性體，在上述磁性體的大致中央交叉，以及(c)疊層體，由具有導體層的多個介質層構成，在大致中央具有容納組合體的孔部；上述疊層體具有在上述孔部的周圍形成的多個負載電容(分別由經上述介質層對置的導體層構成)，被連接到上述中心導體的某一個上的第1傳輸線路，以及與上述第1傳輸線路磁耦合的第2傳輸線路；上述負載電容與上述組合體電連接，上述負載電容之一與上述第1傳輸線路經上述中心導體電連接，而其他負載電容不與上述第1傳輸線路電連接。
6.如權利要求1～5中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，在上述第1傳輸線路的至少一端與上述負載電容並聯地連接靜電電容，從而構成低通濾波器。
7.如權利要求6所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，與上述第1傳輸線路並聯地連接靜電電容來形成並聯諧振電路，在上述並聯諧振電路的諧振頻率上設置衰減極點。
8.如權利要求1～7中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述負載電容由經上述介質層沿疊層方向對置的導體層構成，上述導體層的一部分被形成於與上述永久磁鐵對置的疊層體的正面上。
9.如權利要求1～8中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述第1傳輸線路和上述第2傳輸線路經上述介質層沿疊層方向被對置配置。
10.如權利要求1～9中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述第1及/或第2傳輸線路經通孔電連接被分割配置到多個介質層上的多個導體層而成。
11.如權利要求1～10中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，通過增減構成上述第1傳輸線路及上述第2傳輸線路的導體層的沿疊層方向重疊的面積，來調整耦合度。
12.如權利要求1～11中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，在上述疊層體背面設有具有大面積的導體層構成的接地電極，將上述接地電極作為上述第1及第2傳輸線路和上述負載電容的公共接地。
13.如權利要求1～12中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述疊層體具有第1疊層區域，形成構成上述第1及第2傳輸線路的導體層；以及第2疊層區域，形成構成不可逆電路的多個負載電容。
14.如權利要求1～13中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，將上述第1傳輸線路和上述第2傳輸線路進行配置，使得與構成上述負載電容的導體層沿疊層方向不重疊。
15.如權利要求1～14中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述疊層體還具有高頻放大器，上述高頻放大器的輸出端通過上述疊層體中的上述導體層與上述第1傳輸線路的一端相連。
16.如權利要求1～15中任一項所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，上述高頻放大器包括具有電晶體的放大電路、被連接到上述放大器輸入端的輸入匹配電路、以及被連接到上述放大電路輸出端的輸出匹配電路；上述輸入匹配電路及上述輸出匹配電路具有電容器及電感器，上述放大電路的電晶體被搭載在上述疊層體上，上述電感器作為傳輸線路被形成於上述疊層體的內部。
17.如權利要求16所述的不可逆電路模塊，其特徵在於，將上述低通濾波器用作被連接到上述放大電路輸出端的輸出匹配電路。
全文摘要
不可逆電路模塊包括:(a)永久磁鐵,對磁性體施加直流磁場,(b)組合體,將一端為公共端、另一端為高頻信號輸入輸出端的多個中心導體配置到磁性體上,(c)多個負載電容,形成於具有導體層的多個介質層構成的疊層體中,被連接到中心導體上,(d)第1傳輸線路,被連接到中心導體的某一個上,以及(e)第2傳輸線路,與第1傳輸線路磁耦合;第1傳輸線路及第2傳輸線路被疊層形成於疊層體內。在疊層體的大致中央具有容納組合體的孔部。
文檔編號H01P1/32GK1381077SQ01801272
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月6日 優先權日2000年4月6日
發明者岸本靖, 伊藤博之, 堀口秀人, 由本學, 高橋洋一, 竹內紳一郎 申請人:日立金屬株式會社