谐振器,滤波器,不可逆电路装置和通信设备.pdf

谐振器，滤波器，不可逆电路装置和通信设备
技术领域
本发明涉及用于诸如微波段或毫米波段的无线通信或者电磁波的发射和接收的谐振器、滤波器、不可逆电路装置和通信设备。
技术背景
非专利文献1和专利文献1和2公开了几种磁共振隔离器。相关领域中的这种磁共振隔离器利用了这样一种现象，即当幅度相等而相位差为π/2弧度的高频电流在二条垂直导线中流过时，在其交点上会产生一个旋转磁场(圆偏振波)，且该圆偏振波的旋转方向取决于电磁波沿两根导线的行进方向而反转。具体地说，在此交点上安装一个亚铁磁部件，并施加一个磁共振所需的静磁场。当在主线上传播的电磁波的行进方向是逆向时，在交点处产生的圆偏振波是正圆偏振波，且而发生共振吸收。而当在主线上传播的电磁波的方向是正向时，该圆偏振波是负圆偏振波，且不发生共振吸收，所以电磁波可被发射。
图28示出了非专利文献1中公开的这种结构。在图28所示的实例中，由导电层6a、6b和6c组成的导线从其上下两面固定在各自带有屏蔽电极7的电介质衬底1a和1b之间，以形成一平衡的带状线，而十字交叉形的λ/4谐振器置于导电层6a上。在谐振器和在水平方向上延伸的主线的交点处产生一个圆偏振波，该圆偏振波的旋转方向取决于在主线中传播的电磁波的行进方向而在正向和逆向中变化。通过向铁氧体磁芯16施加一个磁共振所需的静磁场，那么，在正圆偏振波的情况下发生共振吸收；而在负圆偏振波的情况下，不发生共振吸收而发射电磁波。这种装置担当隔离器。
图29示出了专利文献1中公开的隔离器的结构。在图29所示的示例中，铁氧体磁芯16置于电介质板1的中央部分，带有互相垂直的4个端口的粘合的导体17置于铁氧体磁芯16之上。四个端口中的两个相对的端口之一装有集总常数电容19，而另一个端口装有集总常数电感20。剩余的相对的端口用作输入/输出端子18。
图30示出了专利文献2中公开的不可逆电路装置的结构。在图30所示的示例中，盘状的铁氧体磁芯16被嵌在拐角形状的介质板1的中央部分中。在介质板1的上表面，匹配线路18a和18b置于粘合的导体17的四个端口中，该导体的末端用作输入/输出端子。余下的两个端口装有与终端开路线相连的导线18c和18d，构造该终端开路线，使得导线18c′和18d′置于介质板1′和1′上。
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开号63-260201
专利文献2：日本未经审查的专利申请公开号2001-326504
非专利文献1：Tadashi Hashimoto的“Maikuroha Feraito to sono Oyo Gijutsu(微波铁氧体及其应用技术)”，第1版，Sogo Denshi Shuppansha，1997年5月10日，第83-84页
发明公开
本发明要解决的问题
专利文献1或2，或者非专利文献1公开了一种实质上由相交的微带线形成的十字形带状线谐振隔离器。基模是一种双模且在交叉点附近的磁场矢量相互正交，即以某个特定频率产生圆偏振波的这一事实用于形成磁共振隔离器。然而，相关领域中这样的不可逆电路装置被设计成因为采用了微带线而工作于半波长或1/4波长。由于模式大小是基于衬底的介电常数来确定的，因此难以减小尺寸。此外，磁场分布是分布常数型的，而产生具有磁共振吸收效应的圆偏振波的区域也是分布常数型的。因此，相对于磁性材料部件的体积而言，其吸收效率低，也难以减小该磁性材料部件的尺寸。
在相关领域中由不可逆电路装置组成的微带线谐振器中，磁场矢量延伸到不再有微带线电极存在的外部。这也限制了电路的紧凑性和集成化。
本发明的目的是提供一种能在不增加总体结构的复杂性的情况下紧凑而集成的谐振器、滤波器和不可逆电路装置，以及包括它们的通信设备。
用于解决问题地装置
本发明的谐振器包括衬底，以及置于衬底上的导体层，其中，该导电层上装有经由第一狭缝彼此相通的第一和第二导体开口，以及通过第二狭缝彼此相通的第三和第四导体开口，且第一和第二狭缝相交。
本发明的谐振器还包括一靠近该导体层的形成电容的导体层，一绝缘层在其厚度方向上处于两导体层之间，其中该形成电容的导体层被安放在面向该导体层中被相交的第一和第二狭缝划分的四个部分的位置上。
在本发明的谐振器中，使两种共振模(其中磁场矢量在第一至第四导体开口处进入或离开)的磁场或电场不平衡，以消除两种共振模的简并。
在本发明的谐振器中，第一至第四导体开口中的至少一个包含了具有以下结构的谐振元件。
该谐振元件包含一个或多个环状谐振单元，每个谐振单元是由一条或多条导线形成的，且具有一电容区和一电感区，其中导线的一端在宽度或厚度方向上接近该导线的另一端或接近包含在同一谐振单元内的另一根导线的一端，以形成电容区。
本发明的滤波器包括谐振器以及与该谐振器耦合的信号输入/输出装置。
本发明的不可逆电路装置包括谐振器，以及向铁氧体部件施加直流磁场的磁铁，该铁氧体部件被限定在第一到第四导体开口所包围的区域内。
在本发明的不可逆电路装置中，第一狭缝和第二狭缝正好实质上以直角相交。
本发明的通信设备包括该谐振器、该滤波器和该不可逆电路装置的至少一个。
优点
根据本发明的谐振器，衬底上的导体层置有经由第一狭缝彼此相通的第一和第二导体开口，以及经由第二狭缝彼此相通的第三和第四导体开口，且第一狭缝和第二狭缝彼此相交。因此，由于缝隙，相交的第一和第二狭缝用作电容区，而第一到第四导体开口用作电感区。这些电容区和电感区用于作为狭缝谐振器而工作。该谐振模中的磁场矢量进入或离开这四个狭缝，且在导体开口的平面图方向上不会延伸到外面，其结果是减少了到谐振器外部的能量泄漏。这在增强电路的紧凑性和集成化方面是有效的。
另外，根据本发明，构成电容的导体层与该导体层相对，绝缘层在它们中间，且构成电容的导体层放在面向该导体层中由相交的第一和第二狭缝划分的四个部分的位置上。有了该导体层、绝缘层以及导体层的结构，在厚度方向上产生电容，且得到了一个与形成电容的导体层尺寸成正比的大电容，这允许减小谐振器的大小。
此外，根据本发明，使两种共振模(其中的磁场矢量在第一至第四导体开口处进入或离开)中的磁场或电场不平衡，以消除这两种共振模的简并，从而得到耦合的二级共振器。这就使提供包括谐振器和输入/输出装置的滤波带设计成为可能。
此外，根据本发明，第一至第四的导体开口中的至少一个包含步进环谐振元件。该步进环谐振元件的存在允许减少由于在导体开口处发生的边缘效应而引起的电流集中，且达到了减少损失的效果。
此外，按照本发明，该滤波器包含具有上述结构的任一种的谐振器和与该谐振器耦合的输入/输出装置，因而实现了紧凑的、集成的设计。
此外，按照本发明，一铁氧体部件放置在具有上述结构的任一种的谐振器的第一至第四导体开口包围的区域中，还提供了一个为铁氧体部件施加直流磁场的磁铁。因此，提供了一种诸如隔离器等不可逆电路装置。
此外，按照本发明，第一狭缝和第二狭缝实质上以直角相交。这可获得通过四个导体开口没有偏差的磁场分布，且在奇模和偶模中达到同样的高Q因子。
此外，按照本发明，可获得一种紧凑的、轻量的、低成本的通信设备，它包括谐振腔、滤波器和不可逆电路装置的至少一个，该通信设备是紧凑且集成的，而不会增加总体结构的复杂性。

附图简述
[图1]图1是示出按照第一实施例的谐振器的结构的示意图。
[图2]图2是示出该谐振器的两种谐振模的示意图。
[图3]图3是示出该谐振器中其他两种谐振模的示意图。
[图4]图4是示出按照第二实施例的谐振器的结构的示意图。
[图5]图5是示出该谐振器的两种谐振模的示意图。
[图6]图6是示出按照第三实施例的谐振器的结构的示意图。
[图7]图7是示出该谐振器中形成电容的导电层的形状的示意图。
[图8]图8是示出按照第四实施例的谐振器的结构的示意图。
[图9]图9是示出按照第五实施例的谐振器的结构的示意图。
[图10]图10是示出按照第六实施例的谐振器的结构的示意图。
[图11]图11是示出该谐振器中所使用的谐振元件的工作的示意图。
[图12]图12是该谐振器中所使用的谐振元件的等效电路图。
[图13]图13是示出按照第七实施例的谐振器的结构的示意图。
[图14]图14是示出按照第八实施例的谐振器的结构的示意图。
[图15]图15是示出按照第九实施例的谐振器的结构的示意图。
[图16]图16是示出按照第十实施例的谐振器的结构的示意图。
[图17]图17是示出按照第十一实施例的谐振器的结构的示意图。
[图18]图18是示出按照第十二实施例的谐振器的结构的示意图。
[图19]图19是示出按照第十三实施例的谐振器的结构的示意图。
[图20]图20是示出按照第十四实施例的谐振器的结构的示意图。
[图21]图21是示出磁场矢量的交角的示意图。
[图22]图22是示出磁场矢量的交角的示意图。
[图23]图23是示出磁场共振吸收的示意图。
[图24]图24是示出按照第三实施例的谐振器的奇模和偶模的磁场分布的示意图。
[图25]图25是示出按照第三实施例的谐振器的奇模和偶模的电场分布的示意图。
[图26]图26是示出相关技术的谐振器与微带线谐振器之间的关系的示意图。
[图27]图27是示出按照第十五实施例的通信设备的结构的示意图。
[图28]图28是相关技术的十字型带状线谐振隔离器的结构的分解透视图。
[图29]图29是专利文献1中公开的不可逆电路装置的结构的示意图。
[图30]图30是专利文献2中公开的不可逆电路装置的结构的示意图。
参考标号
1 电介质衬底
2 导线
2′ 导线集合
3 绝缘层
4 导体层
5 构成电容的导体层
6 导体层
7 屏蔽电极
8 输入/输出端子
9 输出/输出耦合电极
10 通孔
11 电容耦合电极
13 屏蔽盒
14 屏蔽罩
15 衬底
16 铁氧体磁芯
17 磁铁
100 谐振元件
120 通信设备
AP 导体开口
SL 狭缝
SLL 槽
实现本发明的最佳方式
将参照图1至图3描述按照第一实施例的谐振器。
图1(A)是移去屏蔽罩的谐振器的顶视图，图1(B)是当附加了屏蔽罩时，沿图1(A)中的A-A线的剖面图。导体层4带有经由第一狭缝SL1相通的第一和第二导体开口AP1和AP2，以及经由第二狭缝SL2相通的导体开口AP3和AP4，该导体层被安置在一矩形平面状的电介质衬底1的上表面上。屏蔽电极7在5个表面上形成，即电介质衬底1的侧表面和底表面。
覆盖其中放置导体开口AP1至AP4以及狭缝SL1和SL2的区域，且通过DC连接到导体层4的屏蔽电极14附着在电解质衬底1的上面。
图2示出了由谐振器的四个导体开口AP1至AP4所产生的两种谐振模的磁场分布。在图2中，虚线箭头表示磁场矢量。图2(A)示出了一种后文中称为“偶模”的模式，在此模式中，磁场矢量从第一导体开口AP1指向第三导体开口AP3，且在该模式中，磁场矢量从第四导体开口AP4指向第二导体开口AP2。图2(B)示出了一种后文中称为“奇模”的模式，在此模式中，磁场矢量从第一导体开口AP1指向第四导体开口AP4，且在此模式中，磁场矢量从第三导体开口AP3指向第二导体开口AP2。
这四个导体开口AP1至AP4用作单独的电感区，而形成十字交叉的狭缝SL1和SL2用作电容区。当导体开口AP1至AP4以及狭缝SL1和SL2相对X轴和Y轴具有对称形状时，当偶模和奇模中的磁场矢量的分布在几何上旋转90度时它们的分布具有重叠的关系(90度旋转对称)。这种情况下，两种模式简并(处于其中两种独立的谐振模式具有相同的谐振频率且不耦合的状态)。
图3示出了使用导体开口和狭缝的组合的另外两种谐振模。图3(A)示出一种后文中被称为“X模”的谐振模的磁场分布平面图，它利用了导体开口AP1和AP2以及狭缝SL1；图3(C)是沿图3(A)中A-A线的剖面图。在图3(A)和图3(C)中，未示出第三和第四导体开口AP3和AP4以及第二狭缝SL2。图3(B)是示出一种后文中被称为“Y模”的谐振模的磁场分布的示意图，它利用了导体开口AP3和AP4以及狭缝SL2；图3(D)是沿图3(B)中B-B线的剖面图。在图3(B)和图3(D)中，未示出第一和第二导体开口AP1和AP2以及第一狭缝SL1。
在图3中，虚线箭头表示磁场矢量，而点和叉符号表示磁场矢量的方向。图2中所示的偶模和奇模可用图3中所示的X模和Y模耦合的方式来表示。在非专利文献1或专利文献1或2中公开的带状线谐振器中，磁场分布在电极周围。而在本实施例中，大多数磁场矢量分布在导体开口AP1至AP4中，而不会在平面图方向上从导体开口向外扩展。这将减少向谐振器外部的能量泄露，这在增强电路的紧凑性和集成度方面是有效的。
放置在导体薄片4上、由四个导体开口AP1至AP4以及两个狭缝SL1和SL2组成的谐振器被电介质衬底1的边上的屏蔽电极7和屏蔽罩14所屏蔽。因此防止谐振器与该谐振器附近的其他组件或电路之间的干扰是可能的。
下面参照图4和图5来描述根据第二实施例的谐振器。
与图1所示的谐振器不同，在图4(A)中，第一至第四导体开口AP1至AP4形成椭圆形，这四个导体开口AP1至AP4相对于X轴和Y轴对称地排列。在图4所示的示例中，导体开口AP1和AP3之间以及AP4和AP2之间的距离比导体开口AP1和AP4之间以及AP3和AP2之间的距离要小。
图5(A)示出谐振器的偶模的磁场矢量分布，图5(B)示出奇模的磁场矢量分布。偶模的磁场矢量从导体开口AP1指向导体开口AP3，以及从导体开口AP4指向AP2，而奇模的磁场矢量从导体开口AP1指向导体开口AP4，以及从导体开口AP3指向AP2。
如图3所示，偶模和奇模可被表达为两个重叠的谐振模，即，利用导体开口AP1、AP2和狭缝SL1的谐振模(X模)和利用导体开口AP3、AP4和狭缝SL2的谐振模(Y模)。在这一情况下，X模和Y模的谐振频率相等。对于偶模和奇模，在一对两个导体开口附近旋转的磁场矢量的路径长度在奇模中要比在偶模中来得长。因此奇模的频率比偶模的频率高。即，根据微扰理论，当开口间的距离增加时对磁场分布执行操作，会测得较高的频率。此外，当开口间的距离增加时，使磁场密度的分布被展平，且减少了电感量，因而也会测得较高的频率。
因此，通过消除简并，提供了一种其中两个谐振器耦合在一起的二级谐振器。正如下面将要讨论的，该谐振器装有输入/输出装置，由此形成了一个带有二级谐振器的滤波器。
接下来将参照图6、图7和图24至图26，描述根据第三实施例的谐振器。
图6(A)是除去了屏蔽罩的谐振器的顶视图，图6(B)当附带了屏蔽罩时，沿图6(A)中A-A线的剖面图。图6(C)是示出在电介质衬底1的内层中的导体层的形状和位置的平面图。如在第一实施例中那样，带有四个导体开口AP1至AP4以及两个狭缝SL1和SL2的导体层4置于电介质衬底1的上表面上。屏蔽电极7在电介质衬底1的四个侧表面上以及电介质衬底1的四个侧表面和底表面上形成。电介质衬底1的内层还包含了一个构成电容的导体层5。该构成电容的导体层5被置于面向导体层4中由交叉的第一狭缝SL1和第二狭缝SL2划分的四个部分的位置处，在两个导体层之间置有绝缘层5。在构成电容的导体层5和导体层4之间产生一个电容。因此，中间有绝缘层3的构成电容的导体层5和导体层4之间的电容区要比仅提供狭缝SL1和SL2时的电容区大。
由于构成电容的导体层5允许增大电容区的电容量，因此允许减小谐振器的大小来获得所期望的谐振频率。
图7(A)示出安置构成电容的导体层5的位置处，导体层4中被交叉的第一和第二狭缝SL1和SL2划分的四个部分。当用第一至第四象限表示这四个部分时，在偶模和奇模中的电场矢量的方向有下列关系：
(表1)

                        象限  模式  第一  第二  第三  第四  偶模  奇模  0  +  -  0  0  -  +  0
表1示出了某特定时刻电场矢量的方向。在表1中，符号+(加号)代表向上，符号-(负号)代表向下，数字0代表平均值为0。如图7(A)所示，当构成电容的导体层5以两个狭缝SL1和SL2为对称轴对称地旋转90度(垂直和水平对称)时，该构成电容的导体层5用作在偶模和奇模中具有相等的电容量的电容区。例如，如图7(B)的示例所示，形成具有切去部分的构成电容的导体层5，使得在第二和第四象限中减少了构成电容的导体层5的尺寸，以减少第二和第四象限中的电容量。在这一情况下，偶模中的电场能量集中的区域中在电容量减少，但并不影响奇模。因此，偶模的频率变得高于奇模的频率。
图24和25示出包括如图7(B)所示的构成电容的导体层5的谐振器中的磁场分布和电场分布。为了便于模拟，示出了四个导体开口AP1至AP4，使得AP1-AP2方向以及AP3-AP4方向转过±45度角。图24(A)和(B)示出其中磁场矢量从导体开口AP1指向导体开口AP4以及从导体开口AP3指向导体开口AP2的模式(即上述的奇模)。在图24(A)中，磁场能量的强度用细密的点状图的集合来表示。在图24(B)中，箭头和点和叉的符号代表磁场矢量的方向。图25(A)和(B)示出了上述模式的电场分布。在图25(A)中，电场能量的强度由细密的点状图的集合来表示。在图25(B)中，点和叉的符号代表电场矢量的方向。
同样，图24(C)、24(D)、25(C)和25(D)示出了偶模。如可以从图25中清楚的，在本示例中，构成电容的导体层5上的切去部分c影响了偶模的电场强度，使频率增至3.40GHz。另一方面，奇模的电场的强度并不受构成电容的导体层5上的切去部分c的影响，频率仍维持在3.04GHz。
因此，如果四个导体开口AP1至AP4以及两个狭缝SL1和SL2是90度旋转对称(垂直和水平对称)的，就能消除简并以将X模和Y模耦合。
图26是用于将按照第三实施例的谐振器与相关技术的带状线谐振器比较的示意图。图26(A)示出本实施例的谐振器，而图26(B)示出相关技术的谐振器。在图26中，两个磁场矢量相交的区域被圆圈所包围。本发明的谐振器包含一个集总常数谐振电路，且在缩小图形大小方面更有效。例如，当电介质衬底的相对介电常数为30(MSL的有效相对介电常数为15)时，3GHz处的半波长的长度约为13mm。相反，在本实施例中，一边的长度a′为2.8mm，且大小减至约1/5(在尺寸方面减至约1/25)。
此外，正如下面要讨论的，由于谐振模式的电磁场分布的特性，产生圆偏振波的区域所占的比例也较大。
图8示出按照第四实施例的谐振器的结构。图8(A)是移去屏蔽罩的谐振器的顶视图，图8(B)是当附带屏蔽罩时，沿图8(A)中A-A线的剖面图。图8(C)是示出电介质衬底1的内层中的导体层的形状和位置的平面图。与图6所示的示例不同，该构成电容的导体层5足够大，以至能直接靠近导体开口AP1至AP4。其余部分与图6所示的谐振器相似。以此方式，构成电容的导体层5被限定在较大的区域内，导致电容区的电容量增大，从而实现了降低的频率和大小的进一步减小。
图9示出按第五实施例的谐振器的结构。图9(A)是移去了屏蔽罩的谐振器的顶视图，图9(B)是当附带屏蔽罩时沿图9(A)中A-A线的剖面图。如果放置在电介质衬底1上的导体层用第一层、第二层、第三层、…来表示，那么按照从其顶部开始的顺序，图9(C)示出了奇数层(第一、第三层、…)中的导体层图形，而图9(D)示出了偶数层(第二、第四层、…)中的构成电容的导体层5的图形。图9(E)示出多个层中多达第四层的导体层之间的电场矢量的方向和分布。同样在图9(B)中，也示出了多达第四层的各层。
通过交替地层压包含导体开口AP1至AP4和狭缝SL1、SL2的导体层以及构成电容的导体层5，能在有限的空间(体积)内形成大的电容。因此实现了降低的频率和减小的尺寸。
图10示出按照第六实施例的谐振器的结构。图10(A)是除去了屏蔽罩的谐振器的顶视图，图10(B)是当附带屏蔽罩时沿图10(A)中A-A线的剖面图。图10(C)是谐振器中形成导线的表面上使用的谐振元件的平面图。图10(D)是图10(B)中的部分B的放大后的局部剖面图。图10(E)表示在谐振元件100上形成导线图。
与图9的谐振器类似，导体层4被安置在电介质衬底1的奇数层上，而构成电容的导体层5被安置在偶数层上。在图10所示的示例中，谐振元件100被安装在四个导体开口AP1至AP4的每一个的顶上。
如图10(C)所示，谐振元件100包含在矩形平面形衬底15的一个主表面上的导线集合2′。正如图10(C)中的椭圆形虚线所指出的，导线集合2′包含导线2a、2b、2c、2d和2e，它们中的每一个的两端都在宽度方向彼此靠近。由椭圆虚线所指出的那部分对应于将在下面描述的步进环谐振元件的电容区。在本示例中，导线2a、2b、2c、2d和2e是这样排列的：使得每根导线的前端面对靠近它的另一根导体线的前端，它们之间的距离是预先确定的。
现在参考图11描述导线2a、2b、2c、2d和2e。
图11(A)是一个谐振单元的平面图。图11(B)示出导线2的两端彼此靠近的部分处的电场分布。图11(C)示出导线中的电流分布。
在电介质衬底1上，导线2以恒定宽度的间隔自身缠绕一次或多次，且导线2的两端在该导线的宽度方向上彼此靠近。
在图11(B)中，实线箭头代表电场矢量，空心箭头代表电流矢量。如图11(B)所示，电场在导线的两端x1和x2在宽度方向上彼此靠近的位置处集中。同样，在导线的一个前端和靠近它的另一近端部分x11之间，以及在另一前端与靠近它的另一近端部分x21之间，也有电场分布并产生电容。
关于电流的分布，正如如11(C)所示，从导线的A点到B点，电流密度迅速增加，而在B点到D点的范围内实质上维持在恒定值处，而从D点到E点则迅速减少。两端的值为0。导线两端在宽度方向彼此靠近的区域A到B以及D到E可称为电容区，剩下的区域B到D可称为电感区。电容区和电感区均用来完成谐振工作。当看作集总常数电路时，该谐振单元形成了LC共振电路。
谐振单元由高阻抗的电感区和低阻抗的电容区形成，且阻抗步进式地变化。因此，该谐振单元可称为步进环。谐振元件由多个谐振单元组成，且被称为是多步进环谐振元件。
这样，具有大量导线的导线集合2被排列在有限空间中，以形成含有许多条线的导线，且形成一个紧凑的谐振器。通过使步进环谐振元件的细小电极的线宽小于工作频率的趋肤深度，就能达到因降低了趋肤效应引起的衰减降低效果。
图12是图10所示的谐振元件100的等效电路图。图12(B)示出一个槽式谐振器的等效电路，该谐振器包括带有导体开口AP1至AP4以及狭缝SL1和SL2的导体薄层4，而没有形成图10所示的导线2a、2b和2c。如图12(B)所示，当导体开口AP1至AP4形成的电感区用电感L0表示，且由狭缝SL1和SL2形成的电容区由C0表示时，当看作集总常数电路时，谐振器起LC并联共振电路的作用。
由图10所示的导线2a至2e形成的谐振单元的每一个被配置成使得电容区和电感区连接成一个环。如果每个谐振单元用包含一个电容器和一个电感器的并联电路来表示，那么整个谐振器的等效电路如图12(A)所示。
因此，将多步进环谐振元件放在用作槽式谐振器的电感区的导体开口内，从而使用作电感区的导体开口边缘处的电流集中有所缓和，以及减少导体的损耗。此外，通过使多步进环谐振元件的导线的宽度和线间隔等于或小于导体的趋肤深度并增加线的数量，就能全面降低由边缘效应引起的导体损耗。
在图10所示的示例中，每一个导体开口均配有谐振元件100。然而，也可以仅仅是一个预先确定的导体开口而不是所有的导体开口AP1至AP4均配有谐振元件100。
下面参考图13描述按照本发明的第七实施例的滤波器的结构。
图13(A)是滤波器的顶视图，图13(B)是它的前视图。图13(E)是沿13(A)中的A-A线所取的剖面图，图13(F)是沿13(B)中的B-B线所取的剖面图。图13(C)是沿13(E)中的C-C线所取的剖面图，图13(D)是沿13(F)中的D-D线所取的剖面图。
包含四个导体开口AP1至AP4和两个狭缝SL1和SL2的导体层4被安置在电介质衬底1的上表面。在本例中，一对导体开口AP3和AP4比另一对导体开口AP1和AP2大，以提供90度旋转对称。因此，其磁场矢量指向(x+y)轴方向的模式和其磁场矢量指向(x-y)轴方向的模式的频率是不同的；而其磁场矢量指向x轴方向的模式与其磁场矢量指向y轴方向的模式是耦合的
正如图6所示，构成电容的导体5被置放在面对导体层4中由交叉的第一和第二狭缝SL1和SL2分割的四部分的位置上。
在电介质衬底1内部的构成电容的导体层5的下方，放置了电容耦合电极11a和11b，用于在电容耦合电极11a和11b与构成电容的导体层5之间产生电容；与电容耦合电极11a和11b连接的通孔10a和10b；以及与通孔10a和10b连接的输入/输出耦合电极9a和9b。
与输入/输出耦合电极9连接的输入/输出端子8是在电介质衬底1的侧表面上以及底表面上形成的。如图13(C)至(F)所示，电容耦合电极11a在构成电容的导电层5的中心偏向X轴方向的位置处与构成电容的导体层5的电容性耦合，而电容耦合电极11b在电构成容的导体层5的中心偏向Y轴方向的位置处与电容导体层5的电容性耦合。因此，输入/输出端子8a、输入/输出耦合电极9a、通孔10a和电容耦合电极11a耦合到其中磁场矢量指向Y轴方向的谐振模。同样，输入/输出端子8b、输入/输出端子9b、通孔10b和电容耦合电极11b耦合到其中磁场矢量指向X方向的谐振模。
在图6和图7中，两个狭缝SL1和SL2延伸的方向由X轴和Y轴的方向来表示。然而在图13所示的示例中，位于垂直于Z轴(与X轴和Y轴相垂直的轴)的平面内且相对于图6和图7中所示的轴旋转45度的轴用X轴和Y轴来表示。
采用这一结构，该滤波器用作一个带通滤波器，它包含用作输入/输出单元的输入/输出端子8a、8b和一个二级谐振器。
图14是示出按照第八实施例的滤波器的结构的示意图。与图13所示的示例不同的是它的输入/输出装置部分。在图14所示的示例中，提供了从安装在电介质衬底1的侧表面上的输入/输出端子8a起在x轴方向上延伸的输入/输出耦合电极9a，以及从输入/输出耦合电极9a的一端起沿z轴方向延伸，并与安装在底表面上的屏蔽电极7相连的通孔10a。此外，提供了从安装在电介质衬底1的另一个侧表面上的输入/输出端子8b起沿y轴方向延伸的输入/输出耦合电极9b，以及从输入/输出耦合电极9b的一端起沿z轴方向延伸，并与安装在底表面上的屏蔽电极7相连的通孔10b。其回路表面连同输入/输出端子8a平行于x-z平面的输入/输出耦合电极9a和通孔10a与其中磁场矢量指向y轴方向的谐振模是磁场耦合的。其回路表面连同输入/输出端子8b平行于y-z平面的输入/输出耦合电极9b和通孔10b与其中磁场矢量指向x轴方向的谐振模是磁场耦合的。
采用这一结构，该滤波器用作一个带通滤波器，它包含用作输入/输出单元的输入/输出端子8a、8b和一个二级谐振器。
下面参照图15和图21至图23描述按第九实施例的隔离器的结构。
图15(A)是滤波器的顶视图，图15(B)是它的前视图。图15(E)是沿图15(A)中A-A线的剖面图，图15(F)是沿图15(A)中B-B线的剖面图。图15(C)是沿图15(E)中C-C截面的平面图，图15(D)是沿图15(F)中D-D截面的平面图。
在屏蔽罩14内，盘形铁氧体磁芯16放在电介质衬底1的上面，以使其在内置有四个导体开口AP1至AP4(相交的两个狭缝SL1和SL2形成十字形)的区域的中央部分上居中。其余部分与图13所示的谐振器的那些部分类似。因此，磁场矢量指向(x+y)轴方向的模式与磁场矢量指向(x-y)轴方向的模式的频率不同；而另两个模式，即磁场矢量方向指向x方向和磁场矢量指向y方向的两个模式是耦合的。因为输入/输出耦合电极9a和9b的方向是相互垂直的，所以，由两种模式产生的电磁场在其中安置了构成电容的导体层5(见图16)的区域内形成一个圆偏振波。
直流磁场在垂直于电介质衬底1和铁氧体磁芯16的主表面的方向上从外部施加给铁氧体磁心16(例如，通过在屏蔽罩14外放一块永久磁铁)。
图21示出了两种简并的谐振模中的磁场矢量间的交角。图21(A)是隔离器的平面图。图21(B)和图21(C)是示出图21(A)中所示的x轴方向的交角的示意图，其中，在图21(B)中，x坐标范围为-2到2，而在图21(C)中为从-0.2到0.2。相对于z轴(高度)方向，从表面上的电极层4的位置(z＝0)开始，以0.1mm的步长，在上至0.3mm的四个层上执行测量，且交角由这四点的平均值来表示。x轴上的交角实际上为90度。离x轴越远，交角偏离90度就越多。但可以看到，在-0.2≤x≤0.2的范围内(图21(A)中虚线S包围的区域)，其交角分布在60度至120度的范围内。因此，通过把铁氧体磁芯放置在这个区域内，可以获得由于圆偏振的共振吸收而得到的高隔离特性。
图22也示出了两种谐振模中的磁场矢量的交角。图22(A)是谐振器的顶视图。图22(B)是x-z平面的截面图。而图22(C)示出在x轴上相对于z＝0至1.5的四个位置处的交角。即，示出了高度方向上(z坐标)，两种简并模式中磁场矢量交角的依赖关系。从x坐标原点起，以0.1mm的步长，在上至0.3mm的四个层上执行测量，而y坐标恒为0。。图形中的偏差由有限元素分析法的网格稀疏引起。可以看到，在从底表面至顶表面的范围内(其中z＝0代表底表面，z＝1.5代表上表面)，获得了接近90度的交角。因此，正如所能看到的，在高度方向上放置铁氧体磁芯在从底表面至顶表面的整个区域内都是有效的。
图23示出通过向磁体施加直流磁场，在高频处的磁共振吸收的频率特性。当向磁体施加直流磁场时，发生高频磁共振吸收，且发生磁共振吸收的频率是基于直流磁场的大小来确定的。圆偏振波包括正圆偏振波(右旋圆偏振波)和负圆偏振波(左旋圆偏振波)，取决于偏振平面的旋转方向，且正圆偏振波和负圆偏振波各自的复数磁导率由下式给出：
μ+＝μ+′+jμ+″
μ-＝μ-′+jμ-′
图23示出了铁氧体磁芯16的示例性特性。如可以从图23中清楚的，正圆偏振波的复数磁导率损耗项(虚数部分)较大，在约2GHz处发生磁共振吸收。另一方面，负圆偏振波的复数磁导率具有平坦的特性，且不发生磁共振吸收。
当由从输入/输出端子8a输入的信号产生的两种模式的磁场通过铁氧体磁芯16时，圆偏振波在不发生磁共振吸收的方向上旋转，在这一情况下信号被输出到输入/输出端子8a。相反，当由从输入/输出端子8b输入的信号产生的两种模式的磁场通过铁氧体磁芯16时，圆偏振波在发生磁共振吸收的方向上旋转，且信号不被输出到输入/输出端子8a。因此这种装置可用作隔离器。
图16是示出按照第十实施例的隔离器的结构的示意图。图16(A)是移去屏蔽罩的隔离器的顶视图，图16(B)是当附带屏蔽罩时沿图16(A)中A-A线的剖面图。图16(C)是电介质衬底的内层图形的平面图。包含导体开口AP1至AP4以及狭缝SL1和SL2的导体层4安置在电介质衬底1的上表面。导体层4还包括一个从导体开口AP2起沿着与AP1方向相反的方向延伸的槽SLL1，以及一个从导体开口AP4起沿着与AP3方向相反的方向延伸的槽SLL2。
构成电容的导体层5关于x轴和y轴方向是非对称的。因此，图2中所示的偶模和奇模的频率不同，且其中磁场矢量完全指向x轴方向的X模和磁场矢量完全指向y轴方向的Y模是耦合的(见图3)。
槽SLL1与X模的磁场耦合，且信号以槽线的传输模式传播。而槽SLL2与Y模的磁场耦合，且信号以槽线的传输模式传播。因此，这种装置可用作隔离器，其中信号能通过槽线输入和输出。
图17是示出按照第十一实施例的隔离器的结构的示意图。图17(A)是移去屏蔽罩的隔离器的顶视图，图17(B)是当附带屏蔽罩时沿图17(A)中A-A线的剖面图。图17(C)是电介质衬底的内层图形的平面图。
在此示例中，安置一个从导体开口AP2起沿着与AP1方向相反的方向延伸的槽SLL11，以及一个从导体开口AP2附近起沿着槽SLL11延伸的槽SLL12，以形成共面导槽。同样地，安置一个从导体开口AP4起沿着与AP3方向相反的方向延伸的槽SLL21，以及一个从导体开口AP4附近起沿着槽SLL21延伸的槽SLL22，以形成共面导槽。因此，这种装置可用作包括用作输入/输出装置的共面导槽的隔离器。
图18是示出按照第十二实施例的隔离器的结构的示意图。在此示例中，安置一个从导体开口AP2起沿着与AP1方向相反的方向延伸的槽SLL11，以及一个从导体开口AP2附近起沿着槽SLL11延伸的槽SLL12，以形成共面导槽。另外，安置一个从AP4起沿着与AP3相反的方向延伸的槽SLL2。其余结构与图16和图17所示的结构类似。因此，这种装置可用作一种隔离器，它包括作为一个输入/输出单元的共面导槽和作为另一个输入/输出单元的槽线。
图19是示出按照第十三实施例的隔离器的结构的示意图。在此示例中，导体开口AP1至AP4的形状实际上是带有四个圆角的矩形。没有采用谐振元件100。其余部分与图16所示的部分类似。因此，导体开口可以有除圆以外的其他形状，这种装置也可用作隔离器。
图20是示出按照第十四实施例的隔离器的结构的示意图。图20(A)是电介质衬底放在屏蔽盒内之前电介质衬底的顶视图，图20(B)是沿图20(A)中A-A线的隔离器的剖面图。20(C)是隔离器的前视图。电介质衬底1和安置在电介质衬底1上面的导电层和通孔均与图15所示的相类似。在图20所示的示例中，电介质衬底1、铁氧体磁芯16、磁铁17a和17b整体地放在屏蔽盒13中。屏蔽盒13是磁性的，它不但可以用作对高频信号的屏蔽，也可用作磁铁17a和17b的磁轭。
接着，参照图27描述按本发明的第十五实施例的通信设备的结构。图27是示出该通信设备的主要部分的结构的框图。该设备的发射系统包括压控振荡器(VCO)138、混频器134、带通滤波器133、放大器132、隔离器131和双工器123的发射滤波器。混频器134将VCO 138的振荡信号和发射信号混合，带通滤波器133发射所需的通频带信号。发射的信号经放大器132放大，并通过隔离器131和双工器123的发射滤波器从天线122发射。接收系统包括双工器123的接收滤波器、放大器135、带通滤波器136、混频器137和带通滤波器139。来自天线122的接收信号经过双工器123的接收滤波器由放大器135放大，且带通滤波器136仅选择所需要的接收信号频带。混频器137将所得的信号与来自带通滤波器139的本地信号输出混合，并将接收信号输出到接收电路。
具有上述实施例中所示的结构的滤波器能适用于双工器123、带通滤波器133、136和139中的任何一个。具有上述实施例中所示的结构的隔离器能适用于隔离器131。