不可逆電路元件和通信裝置的製作方法
2023-05-27 21:44:01
專利名稱：不可逆電路元件和通信裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如用於微波頻段的隔離器和循環器等的不可逆電路元件和通信裝置。
背景技術：
歷來，在平衡輸出電路的輸出端，尤其在推挽放大器(具有以180度相位差工作的一對放大器的組件)的輸出端，插入平衡—不平衡變換器、混合電路和功率組合器。然後，利用這些平衡—不平衡變換器等，將平衡信號變成單端信號。
通常，在微波頻段以下(HF頻段、VHF頻段、UHF頻段以下採用平衡—不平衡變換器。微波頻段以上(UHF頻段以上)則採用混合電路和功率組合器。平衡—不平衡變換器多數採用寬帶鐵氧體芯，這時，可使用的頻率上限高達UHF頻段。混合電路和功率組合器通常用分布常數電路構成，因而如果在UHF頻段以上，其尺寸在實用上不成為大問題。
在通信設備，尤其在包含調幅部分為QPSK等的發送電路和可靠性要求高的發送電路，變換成單端信號的發送信號通過隔離器後，經天線切換裝置(或天線共用裝置)等送到天線。如果不經過隔離器，則來自天線和天線裝置等的反射會回到平衡輸出電路(尤其是放大器)，使從平衡輸出電路看的負載阻抗發生變化。而且，負載阻抗變化，則發送信號波形失真大，或者放大器工作不穩定，產生振蕩，情況欠佳。
然而，以往那樣，將平衡—不平衡變換器(或混合電路，功率組合器)和隔離器加以組合，則放大電路部分體積大且成本高，不能適應最近移動通信設備小型化和低成本的要求。而且，發送信號通過平衡—不平衡變換器和隔離器這兩部分，因而插入損耗大。又，發送電路部分處理的功率大，因而組成部件數量多，連接處增加，則容易產生雜散輻射，通信設備內部相互幹擾的可能性高，存在問題。平衡—不平衡變換器和隔離器各自的工作帶寬又使發送電路部分的工作帶寬變窄，因而也存在可工作頻帶變成窄帶的問題。
此外，通信設備為了防止來自功率放大器的2次諧波，3次諧波等的發射，經常除隔離器外，還設置低通濾波器和帶通濾波器，將高次諧波抑制到基波比為-60dB左右。然而，這種電路結構中，體積、價格、插入損耗增大。因此，期望隔離器有效抑制高次諧波。當然也希望不設置濾波器而抑制高次諧波。
隔離器中，確實具有衰減比工作頻率(基波)高的頻率的信號的高次諧波抑制效果。尤其如3次諧波那樣偏離基波遠的信號，能使其充分衰減，例如3-～40dB以上等，然而，該器件往往本來就不是濾波器，2次諧波那樣比較靠近基波的頻率信號衰減15～25dB左右，與3次諧波相比，衰減量不能說是充分的。
常規(不平衡，即單端)輸出的放大器中，與3次諧波信號(基波比為-40dB左右)相比，2次諧波信號較強(基波比為-30dB左右)，因而與隔離器組合也不能使2次諧波充分衰減(基波比約-50dB)，常常需要添加濾波器，使基波比為-60dB以下。
平衡型(推挽)放大器，以2次諧波的發生少為特性(例如基波比約-40dB至-50dB)。因此，3次諧波(基波約-40dB)的抑制反而成為課題。另一方面，如上所述，隔離器抑制3次諧波的能力大。因此，利用平衡型放大器與隔離器組合，有希望將2次、3次諧波抑制到基波比為-60dB以下，而且具有餘量，又不增加濾波器，然而，以往的隔離器需要在與平衡型放大器之間插入平衡—不平衡變換器。
因此，本發明要解決的技術問題是提供一種不可逆電路元件和通信裝置。能不通過平衡—不平衡變換器和混合電路等而連接平衡輸出電路。
發明內容
為解決前述技術問題，本發明所涉及的不可逆電路元件，包括a.永久磁鐵，b.由所述永久磁鐵施加直流磁場的鐵氧體，以及c.配置在所述鐵氧體上的多個中心電極；d.分別連接所述多個中心電極的多個埠中，至少一個埠是平衡型埠。具體而言，利用使中心電極的2個端部為饋電端，形成平衡型埠。這裡，中心電極的電長度最好是1/2波長。
以上結構組成的不可逆電子元件不通過平衡—不平衡變換器和混合電路等就可連接到平衡輸出電路的輸出端。
為了使不可逆電子元件與連接該不可逆電子元件的平衡輸出電路阻抗匹配，例如在平衡型埠的中心電極的兩端分別串聯匹配電容，或者用匹配電容連接在平衡型埠中心電極的兩端之間，或者用匹配電容分別電連接在平衡埠中心電極各端與地之間。或者，通過匹配電容將平衡埠中心電極的兩端分別電連接平衡輸入輸出端，或用匹配電容電連接在平衡輸入輸出端之間，或用匹配電容電連接在各平衡輸入輸出端與地之間。
又，使平衡型埠中心電極的電極寬度不同於其餘中心電極的電極寬度，從而可在非可逆電路元件與平衡輸出電路之間得到最佳阻抗匹配。尤其在平衡輸出電路阻抗低時，使平衡型埠中心電極的電極寬度比其餘中心電極的電極寬度大，從而中心電極端中的導體損耗減小，可得到插入損耗低的不可逆電路元件。
此外，本發明的通信裝置包含具有上述特徵的不可逆電路元件和以大致180度相位差驅動的一對放大器，並且一對放大器的輸出端連接不可逆電路元件的平衡型埠。利用以上結構，可得到小型且具有優良頻率特性的通信裝置。
圖1為示出本發明不可逆電路元件一實施形態的分解立體圖。
圖2為圖1所示不可逆電路元件的內部平面圖。
圖3為示出圖1所示不可逆電路元件內部連接狀態的概略結構圖。
圖4為圖1所示不可逆電路元件的外觀立體圖。
圖5為示出將圖1所示不可逆電路元件連接到平衡輸出電路的通信裝置中發送電路部分的電路圖。
圖6為示出圖1所示不可逆電路元件變換例的內部平面圖。
圖7為示出本發明不可逆電路元件另一實施形態的概略結構圖。
圖8為示出平衡輸出電路連接圖7所示不可逆電路元件的通信裝置中發送電路部分的電路圖。
圖9為示出本發明不可逆電路元件和通信裝置又一實施形態的電路圖。
圖10為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖11為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖12為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖13為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖14為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖15為示出本發明不可逆路電路元件又一實施形態的等效電路圖。
圖16為示出平衡輸出電路連接圖1所示為不可逆電路元件的另一通信裝置中發送電路部分的電路圖。
圖17為示出平衡輸出電路連接圖1所示為不可逆電路元件的另一通信裝置中發送電路部分的電路圖。
附圖中，1、1a、41、51、61、71、81、91、101、111為幾種常數型隔離器，9為永久磁鐵，14、15為平衡輸入端，20為鐵氧體，21～23、21a為中心電極，26～29為連接部，40、40a、40b、40c、40d為便攜電話機，31為推挽放大器，32、33為放大器，C1～C8為匹配電容。
具體實施形態下面，參照
本發明不可逆電路元件和通信裝置的實施形態。各實施形態中，不可逆電路元件以集總常數型隔離器為例進行說明，同一組件和同一部分標註相同的標號，省略重複說明。
(第1實施形態圖1～圖6)如圖1所示，隔離器1大致具有金屬制下側盒4、樹脂制端盒3、中心電極組裝體13、金屬制上側盒8、永久磁鐵9、絕緣性構件7、電阻R和匹配電容C1～C4。
中心電極組裝體13，在圓極狀微波鐵氧體的上表面將中心電極21～23以電絕緣狀態配置成相互間的交叉角約為120度。中心電極22、23在各自的一端具有連接部28、29，另一端連接地電極25。中心電極22、23共用的地電極25設置成大致覆蓋鐵氧體20的下表面。中心電極21在兩端具有連接部26、27。中心電極組裝體13、其鐵氧體20背面上設置的接地電極25穿通樹脂制端盒3的窗部3C，利用焊接等方法連接金屬制下側盒4的底壁4b，從而接地。
如圖2所示，樹脂制端盒3模壓鑲嵌平衡輸入端(二差動輸入端)14和15、不平衡輸入端16以及3個接地端17。這些端14～17的一端從樹脂制端盒3中對置的側壁3a分別往外導出，另一端露出在樹脂制端盒3的底部3b，從而分別形成平衡輸入引出電極部14a和15a、不平衡輸出引出電極部16a以及接地引出電極部17a。平衡輸入引出電極部14a、15a和不平引出電極部16a分別焊接到中心電極21、22的連接部26、27、28。
匹配電容C1～C4的高電位側的電容電極分別焊接到中心電極21～23的連接部26～29，低電位側電容電極則分別焊接到露出樹脂制端盒3上的接地引出電極部17a。電阻R的一端過中心電極23的連接部29連接匹配電容C4的高電位側電容電極，另一端連接露出樹脂制端盒3的底部3b的接地引出電極部17a。即，匹配電容C4和電阻R並聯在中心電極23的連接部29與地之間。圖3示出隔離器1的內部電連接狀態。
上述結構組成的各組件例如組裝如下。如圖1所示，從樹脂制端盒3的下方安裝金屬制下側盒4。接著，在該樹脂制端盒3內收裝中心電極組裝體13，匹配電容C1～C4和電阻R等，並且裝上金屬制上側盒8。在金屬制上側盒8與中心電極組裝體13之間配置永久磁鐵9和絕緣性構件7。永久磁鐵9對中心電極組裝體13施加直流磁場H。下側盒4與上側盒8結合後，形成金屬盒，從而構成磁路，也起軛鐵的作用。
這樣，就回到圖4所示的隔離器1。圖5是便攜電話機40組裝該隔離器1時的電路圖。圖5中30為為示出平衡輸出電路，31為具有按180度相位差工作的一對放大器32和33的推挽放大器，34為天線開關，35為開線元件。
隔離器1的中心電極21的2個端部(具體為連接部26和27)作為饋電端，連接該中心電極21的輸入埠1是平衡型輸入埠。連接該隔離器1的中心電極21的平衡型輸入埠1電連接到推挽放大器31的平衡輸出端。連接隔離器1的中心電極22的輸出埠2是不平衡型輸出埠。該不平衡型輸出埠2電連接天線開關34。連接隔離器1的中心電極23的埠3則為終端埠。
該隔離器1可不通過平衡—不平衡變換器和混合電路等而連接推挽放大器31(平衡輸出電路)的輸出端。因此，能使發送電路部分體積小且成本低。又能省平衡—不平衡變換器省和混合電路等因而能得到插入損耗和雜散輻射小且工作頻帶寬的便攜電話機40。
如果調整使位於平衡型輸入埠1的中心電極21兩端的各連接部26、27與地之間電連接的匹配電容C1、C3的靜電容值，能使發送電路部分的工作中心頻率符合目的頻率。而且，不是中心電極21兩端之間用電容電連接的結構，因而不產生導線等帶來的雜散寄生電感分量。
中心電極21～23的電長度最好設定為1/2波長。平衡型端中1的口心電極21的電長度設定為1/2波長時，中心電極21兩端的連接部26與27之間的阻抗無限大，從而插入平衡型傳輸線路之間的電抗無限大。也就是說，中心電極21不需要連接匹配電容。平衡型性傳輸線路之間插入的電抗為接近無限大的狀態。則利用匹配電容變換阻抗的程度小即可，從而隔離器的工作頻帶也為寬頻帶。
利用使平衡埠1的中心電極21a的電極寬度不同於其他中心電極22，23的電極寬度，與推挽放大器31之間得到最佳阻抗匹配。尤其在推挽放大器31的阻抗低時，如圖6所示的隔離器1a那樣使平衡型輸入埠1的中心電極21a的電極寬度大於其他中心電極21a中的導體損耗減小，能得到插入損耗小的隔離器1a。
推挽放大器31的性質使2次諧波的發生少(例如基波比為-40至-50dB左右)。因此，3次諧波(基波比約-40dB)的抑制反而成為課題。反之，隔離器1抑制3次諧波的能力大。因此，利用推挽放大器31與隔離器1組合，能抑制2次、3次諧波至基準比為-60dB以下，而且具有餘量，又不增加濾波器或平衡—不平衡變換器。
表1示出推挽放大器31與隔離器1組合時測定2次、3次諧波抑制程度和插入損耗的結果。為了比較，一起示出不平衡放大器與已有型隔離器組合時和不平衡放大器與已有型隔離器及低通濾波器組合時各自的測定結果。這樣，由於防止雜散諧波發射，同時使成本，尺寸和重量部減小，而且插入損耗也減小，實現低耗電型通信設備。在移動通信設備中實現小型、重量輕、價格低且電池工作時間長。
表1 (第2實施形態圖7和圖8)圖7示出第2實施形態的隔離器41的內部電連接狀況。匹配電容C2、C4的高電位側電容電極分別焊接到中心電極22、23的連接部28、29，低電位側電容電極分別焊接到接地引出電極部17a。匹配電容C5下表面的電容電極焊接到中心電極21的一個連接部26，上表面電容電極通過導線42電連接中心電極21的另一連接部27。
電阻R的一端通過中心電極23的連接部29連接匹配電容C4的高電位側電容電極，另一端連接接地引出部17a。
圖8是便攜電話機41a的發送電路部分組裝該隔離器41時的電路圖。圖8中，45是具有分布常數線路(帶狀線)46、47和電阻48的功率分配器。隔離器41的中心電極21的2個端部(具體為連接部26和27)作為饋電端，連接該中心電極21的輸入埠1是平衡輸入埠。連接該隔離器41的中心電極21的平衡型輸入埠1電連接到推挽放大器31的平衡輸出端。推挽放大器31中的一個放大器33串聯移相器33。
此隔離器41可不通過平衡—不平衡變換器或混合電路等而連接推挽放大器31(平衡輸出電路)的輸出端。因此，能使發送電路部分體積小且成本低。又能省省去平衡—不平衡變換器或混合電路等，因而能得到插入損耗和雜散輻射小且可工作頻帶寬的便攜電話機40a。
如果調整電連接在平衡型輸入埠的中心電極21兩端之間匹配電容C5的靜電容值，則能使發送電路部分的工作中心頻率符合目的頻率。
(第3實施形態圖9)圖9是便攜電話機40b的發送電路部分裝入第3實施形態的隔離器51時的電路圖。圖9中，53是具有分布常數線路(帶狀線)54～57的混合電路，58是終端電阻。隔離器51的中心電極21的兩個端部(具體為連接部26和27)作為饋電端，連接該中心電極21的輸入埠1是平衡型輸入埠。該隔離器51在中心電極21不預先連接匹配電容，適合於小型化。
(第4～第9實施形態圖10～圖15)圖10是第4實施形態的隔離器61的等效電路圖。此隔離器61將中心電極21的兩個端部作為饋電端，連接該中心電極21的埠1為平衡型輸入埠。中心電極21的兩個端部之間電連接匹配電容C5，而且中心電極21的各端部分別電串聯匹配電容C6和7。利用適當調整這些匹配電容C5～C7的靜電容值，能使發送電路部分的工作中心頻率符合目的頻率。而且，能使輸出阻抗大幅度偏離50Ω的平衡輸出電路取得阻抗匹配。
圖11是第5實施形態的隔離器71的等效電路圖。此隔離器71在將兩個端部作為饋電端的中心電極的各端部與地之間分別連接匹配電容C1、C3，同時在中心電極21的各端部分分別串聯匹配電容C6、C7。利用適當調整這些匹配電容C1、C3、C6和C7的靜電容值，能使發送電路部分的工作中心頻率符合目的頻率。而且，能使輸出阻抗大幅度偏離50Ω的平衡輸出電路取得阻抗匹配。
圖12是第6實施形態的隔離器81的等效電路圖。此隔離器81在將兩個端部作為饋電端的中心電極21的各端部與平衡輸入端14、15之間分別電連接匹配電容C6、C7。適當調整這些匹配電容C6、C7的靜電容值，能使輸出阻抗低(例如10Ω以下)的平衡輸出電路取得阻抗匹配。
圖13是第7實施形態的隔離器91的等效電路圖。此隔離器61在加兩個端面作為饋電端的中心電極21的各端部與平衡輸入端14、15之間電連接匹配電容C6、C7同時在平衡輸入端14與15之間電連接匹配電容C5，適當調整這些匹配電容C5～C7的靜電容值，能使發送電路部分的工作中心頻率符合目的頻率。而且，能使輸出阻抗幅度偏離50Ω的平衡輸出電路取得阻抗匹配。
圖14是第8實施形態的隔離器101的等效電路圖。此隔離器101在圖10所示的第4實施形態的隔離器61上，還將匹配電容C8連接在平衡輸入端14與15之間，圖15是第9實施形成的隔離器111的等效電路圖。此隔離器111在圖11所示的第5實施形態的隔離器71上，還將匹配電容C8電連接在平衡輸入端14與15之間。
(其它實施形態)本發明的不可逆電路元件和通信裝置不受上述實施形態限制，在其要旨的範圍內可作各種變換。例如，上述實施形態中，對將一個埠作為終端的集總常數型的隔離器的情況進行說明，但本發明也能用於3埠幾種常數型循環器等其他高次諧波組件。
中心電極和匹配電容等也可在介電基片和磁性體基片的表面上用圖案印刷等方法形成，還可在疊積介電片和磁性體片而構成的多層基片的內部用圖案印刷等方法進行疊層配置。在磁性體基片和疊積磁性體片面構成的磁性體多層基片形成中心電極時，能得到鐵氧體與中心電極一體化的結構。
本發明的通信裝置也不受上述實施形態限制。例如，圖16是便攜電話機40C的發送電路部分裝入第1實施形態的隔離器1時的電路圖。圖16中，Vcc是電源端，127是FET(也可以是電晶體)，123和124是阻抗元件(例如電阻器)，125和126是電容，31是具有以180度相位差工作的一對放大器32和33的推挽放大器，34是天線開關，35是天線元件。
隔離器1的中心電極的兩個端部(具體為連接部26和27作為饋電端，連接該中心是電極21的輸入埠1是平衡型輸入埠。連接此隔離器1的中心電極21的平衡型輸入埠1電連接到推挽放大器31的平衡輸出端。連接隔離器1的中心電極22的輸出埠2是不平衡型輸出埠。此不平衡型輸出埠2電連接天線天並34。連接隔離器1的中心電極23的埠3則為終端埠。
圖17是便攜電話機40d的發送電路部分裝入第1實施形態的隔離器1時的電路圖。圖17中，131是平衡型混頻器，132是平衡型濾波器(例如聲表面波濾波器)，131是平衡型放大器，31是具有以180度相位差工作的一對放大器32和33的推挽放大器，134是天線共用器(雙工器)，35是天線元件。平衡型混頻器131對調製波或已調頻信號和載波或本機振蕩信號進行混頻。
從以上的說明可知，根據本發明，分別連接多個電極的多個埠中至少一個埠是平衡型埠，因而平衡輸出電路的輸出端連接不可逆電路元件時，可不通過平衡—不平衡變換器和混和電路等而進行連接。利用使平衡型埠中心電極的寬度不同於其餘中心電極的寬度，可在不可逆電路元件與平衡電路的阻抗低時，使平衡型埠中心電極的寬度大於其餘中心電極的寬度，從而中心電極中的導體損耗減小，能得到插入損耗低的不可逆電路元件。結果，降低製造成本、插入損耗和雜散輻射，能得到小型且具有良好頻率特性的通信裝置。
利用平衡型放大器與本發明的平衡輸入型隔離器組合，能將2次諧波和3次諧波抑制到基波比為-60dB以下，而且具有餘量，又不增加濾波器和平衡—不平衡變換器。這樣，可防止雜散高次諧波發射，同時使成本、體積和重減小，而且插入損耗也減小，從而成為低耗電型通信設備。在移動通信設備上實現小型、重量輕、價格低且電池工作時間長。
權利要求
1.一種不可逆電路元件，具有多個埠，其特徵在於，包括永久磁鐵，由所述永久磁鐵施加直流磁場的鐵氧體，以及配置在所述鐵氧體上的多個中心電極，分別連接所述多個中心電極的多個埠中，至少一個埠是平衡型埠。
2.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，將所述平衡型埠的中心電極的2個端部作為饋電端。
3.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，所述平衡型埠的中心電極的兩端分別電串聯連接匹配電容。
4.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，用匹配電容電連接在所述平衡型埠的中心電極的兩端之間。
5.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，分別用匹配電容電連接所述平衡型埠的中心電極的各端與地之間。
6.如權利要求4所述的不可逆電路元件，其特徵在於，分別通過匹配電容將所述平衡型埠的中心電極的兩端電連接到平衡輸入輸出端。
7.如權利要求6所述的不可逆電路元件，其特徵在於，用匹配電容電連接所述平衡輸入輸出端之間。
8.如權利要求6所述的不可逆電路元件，其特徵在於，分別用匹配電路電連接各所述平衡輸入輸出端與地之間。
9.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，所述中心電極的電長度為大致1/2波長。
10.如權利要求1所述的不可逆電路元件，其特徵在於，所述平衡型埠的中心電極的電極寬度不同於其餘中心電極的電極寬度。
11.如權利要求10所述的不可逆電路元件，其特徵在於，所述平衡型埠的中心電極的電極寬度大於其餘中心電極的電極寬度。
12.一種通信裝置，其特徵在於，包括以大致180度相位差驅動的一對放大器，以及將平衡型埠連接到所述一對放大器輸出端的如權利要求1所述的不可逆電路元件。
全文摘要
本發明揭示一種不可逆電路元件和通信裝置,可不通過平衡—不平衡變換器和混和電路等而連接平衡輸出電路。其中心電極組裝體(13)在圓極狀微波鐵氧體(20)的上表面以電絕緣狀態將中心電極(21～23)配置成相互間的交叉角為大致120度。中心電極(22,23)在各自的一端有連接部(28,29),另一端連到接地電極(25)。中心電極(21)兩端具有連接部(26,27)。該連接部為饋電端,連接中心電極(21)的輸入埠(1)為平衡型輸入埠,連接中心電極(22)的輸出埠(2)為不平衡型輸出埠,連接中心電極(23)的埠(3)為終端端。
文檔編號H01P1/387GK1367550SQ0210283
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月24日 優先權日2001年1月24日
發明者川浪崇 申請人:株式會社村田製作所