JPS609362B2 - non-reciprocal circuit - Google Patents
non-reciprocal circuitInfo
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- JPS609362B2 JPS609362B2 JP53058246A JP5824678A JPS609362B2 JP S609362 B2 JPS609362 B2 JP S609362B2 JP 53058246 A JP53058246 A JP 53058246A JP 5824678 A JP5824678 A JP 5824678A JP S609362 B2 JPS609362 B2 JP S609362B2
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- magnetic
- waveguide
- magnetic material
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- reciprocal circuit
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
- H01P1/36—Isolators
Landscapes
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に非相反回路に関し、特にミリ波帯以上の
高周波帯での集積回路での使用に通した非相反回路に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention generally relates to non-reciprocal circuits, and more particularly to non-reciprocal circuits for use in integrated circuits in high frequency bands above the millimeter wave band.
本発明による非相反回路は通信回線の中継器や放送機に
用いられるアイソレータ又はサーキユレータとして利用
することが出来る。The non-reciprocal circuit according to the present invention can be used as an isolator or circulator used in communication line repeaters and broadcasting equipment.
従来提案されている非相反回路は一般に金属導体で構成
された導波路に磁性材料を挿入することによって実現さ
れている。Conventionally proposed non-reciprocal circuits are generally realized by inserting a magnetic material into a waveguide made of a metal conductor.
しかるにミリ波集積回路および光集積回路では金属導波
路の使用は損失の増大をもたらすので好ましくない。従
って金属導波路を用いた従来の非相反回路はミリ波帯以
上の高周波帯での利用には本質的に適していない。一方
金属導波路を使用しない非相反回路として、磁性材料と
異方性結晶(例えばLino03)を利用した非相反回
路が米国でS.Wang及びWanenにより数年前に
発表されている。しかしながら、この技術では磁性材料
及び異方性結晶の密着度が問題であり、又必要な工作精
度として波長の1/1M睦度が要求されるなど困難な問
題がある。さらに磁性体と異万性結晶の組合せを集積回
路形式で作ることも困難である。以上のごとく、従来の
非相反回路ではミリ波帯及び光波帯で使用可能な集積回
路形式とすることは困難である。However, in millimeter wave integrated circuits and optical integrated circuits, the use of metal waveguides is undesirable because it increases loss. Therefore, conventional non-reciprocal circuits using metal waveguides are essentially unsuitable for use in high frequency bands above the millimeter wave band. On the other hand, as a non-reciprocal circuit that does not use a metal waveguide, a non-reciprocal circuit that uses a magnetic material and an anisotropic crystal (for example, Lino 03) is developed by S. It was published several years ago by Wang and Wanen. However, this technique has difficult problems, such as the degree of adhesion between the magnetic material and the anisotropic crystal, and the necessary machining precision of 1/1M of the wavelength. Furthermore, it is difficult to create a combination of magnetic material and anisotropic crystal in an integrated circuit format. As described above, it is difficult to use conventional non-reciprocal circuits in an integrated circuit format that can be used in millimeter wave bands and optical wave bands.
従って本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもので
、その目的は回路寸法の工作精度に関する要求が厳しく
なく、かつ金属導波路や異方怪物質を利用しないで構成
可能な、ミリ波帯又は光波帯での使用、及び集積回路形
式に適した非相反回路を提供することにある。この目的
を達成するための本発明の特徴は、断面がほ)、長方形
の磁性体に外部磁界を印加することにより当該磁性体に
エッジガイドモード的波動の伝搬を行なわせることを基
本とし、磁性体に電磁波吸収体を付加するか、又は磁性
体を放射形状とすることにより非相反回路を得る。以下
図面により詳細に説明する。第1図は本発明による非相
反回路の主要部の構造で、参照番号1は断面がほゞ長方
形で細長の磁性体で、例えばフェライトにより構成され
る。2は磁性体1を包囲する誘電体で、特別の場合とし
て空気又は真空でもよい。Therefore, the present invention is intended to improve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, and its purpose is to provide a millimeter-wave band that does not have strict requirements regarding the machining accuracy of circuit dimensions and can be configured without using metal waveguides or anisotropic materials. Another object of the present invention is to provide a non-reciprocal circuit suitable for use in the optical waveband and in integrated circuit format. The feature of the present invention for achieving this purpose is that, by applying an external magnetic field to a rectangular magnetic body, the magnetic body is made to propagate edge-guided mode waves. A non-reciprocal circuit is obtained by adding an electromagnetic wave absorber to the body or by making the magnetic material into a radiating shape. This will be explained in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of the main part of a non-reciprocal circuit according to the present invention, and reference numeral 1 is an elongated magnetic material having a substantially rectangular cross section, and is made of, for example, ferrite. 2 is a dielectric material surrounding the magnetic material 1, which may be air or vacuum in special cases.
第2図は第1図の導波路にエッジガイドモード的波動の
存在が可能であることを示すための実験装置で、参照番
号1は第1図の磁性体導波路、3は電磁ホーン、4は磁
性体導波路1に磁界を印加するための磁石、5は無反射
負荷である。FIG. 2 shows an experimental setup for demonstrating that edge-guided mode waves can exist in the waveguide shown in FIG. 1. Reference number 1 is the magnetic waveguide shown in FIG. 5 is a magnet for applying a magnetic field to the magnetic waveguide 1, and 5 is a non-reflection load.
第2図は約1の日2の実験で、電磁ホーン3から電磁波
を発射し、適当な磁界が印放された状態での磁性体導波
路1の幅方向(紙面の奥行き方向)の磁界分布を小型ア
ンテナをプローブとして測定する。測定の結果を第3図
に示す。ここで横軸は磁性体導波路の幅方向の距離で、
一点鎖線は磁性体導波路の中心、1対の垂直な点線は磁
性体導波路が存在する範囲を示す。第2図及び第3図に
おいて、磁性体導波路に磁界が存在しない場合は(Ho
cこ0)、いわゆる誘電体線路上の表面波が存在し、そ
の分布は第3図の実線で示すとおりで、導波路の中央部
で磁界が最大となる。Figure 2 shows the magnetic field distribution in the width direction of the magnetic waveguide 1 (in the depth direction of the paper) when an electromagnetic wave was emitted from the electromagnetic horn 3 and an appropriate magnetic field was applied and released in an experiment that took about 1 day and 2. is measured using a small antenna as a probe. The measurement results are shown in Figure 3. Here, the horizontal axis is the distance in the width direction of the magnetic waveguide,
The one-dot chain line indicates the center of the magnetic waveguide, and a pair of perpendicular dotted lines indicate the range where the magnetic waveguide exists. In FIGS. 2 and 3, when there is no magnetic field in the magnetic waveguide (Ho
There is a so-called surface wave on the dielectric line, and its distribution is as shown by the solid line in FIG. 3, with the magnetic field being maximum at the center of the waveguide.
磁界(Hoc)の大きさが適当な値の場合には導波路上
でのエネルギーの分布が片より、磁界(日。c)の方向
を反転すると導波路上でのエネルギーの分布も反転する
。なお第3図では日。c=0.2エルステツド、一0.
2エルステツド、4000ェルステッド、及び−400
0ヱルステッドの場合を例示する。なお実験周波数は1
昨日2であるが、周波数の変化は導波路上でのエネルギ
ーの分布とは理論的に無関係である。又日。cの値によ
ってはエネルギー分布の最大点が導波路の端部ではなく
導波路の内部にあることもある。この点は本発明の特の
ひとつで、従来の金属導体を有する導波路でのマイクロ
波帯エッジガイドモードでは、Hoc≠0であればエネ
ルギーの最大点は必らず導波路の端部に存在する。以上
のとおり磁性体導波路に磁界を印加したとき、エネルギ
ーの分布が変化する現象は本発明者により初めて明らか
にされたもので、本発明による非相反回路はこの現象を
利用する。When the magnitude of the magnetic field (Hoc) is an appropriate value, the energy distribution on the waveguide is biased, and when the direction of the magnetic field (Hoc) is reversed, the energy distribution on the waveguide is also reversed. In Figure 3, it is the day. c=0.2 Oersted, 10.
2 Oersted, 4000 Oersted, and -400
The case of 0 Oelsted will be exemplified. The experimental frequency is 1
Yesterday 2, the change in frequency is theoretically unrelated to the distribution of energy on the waveguide. See you tomorrow. Depending on the value of c, the maximum point of the energy distribution may be located inside the waveguide rather than at the end of the waveguide. This point is one of the special features of the present invention; in the microwave band edge guided mode in a waveguide with a conventional metal conductor, if Hoc≠0, the maximum point of energy always exists at the end of the waveguide. do. As described above, the phenomenon in which the energy distribution changes when a magnetic field is applied to a magnetic waveguide was first revealed by the present inventor, and the non-reciprocal circuit according to the present invention utilizes this phenomenon.
なお本発明による磁性体導波路での伝搬モードは、磁界
が印加されないときに磁性体にEH,.,EH,,モー
ドが存在する場合に存在するものであるから回路寸法の
精度には大きな余裕があり製作誤差で特性が劣化するこ
とはない。第4図は本発明によるアィソレータの実施例
で、磁性体導波路1の片側に電磁波吸収体6(金属表面
を酸化させた膜、又は炭素)が付加されている。Note that the propagation mode in the magnetic waveguide according to the present invention is EH, . , EH, mode exists, so there is a large margin in the accuracy of the circuit dimensions, and the characteristics will not deteriorate due to manufacturing errors. FIG. 4 shows an embodiment of the isolator according to the present invention, in which an electromagnetic wave absorber 6 (a film made by oxidizing the metal surface or carbon) is added to one side of the magnetic waveguide 1.
磁界Hocが印加された状態で、AからBに進む波動は
、エネルギーの最大点がAからBをみて右端に偏位して
いるので吸収体6の影響を受けないが「逆にBからAに
進む波動は、エネルギーの最大点がAからBをみたとき
の左端に偏位するので、左端に位置する吸収体6に吸収
されてしまう。すなわち一方向性導波路つまりアィソレ
ータが構成される。第5図Aは本発明によるサーキュレ
ータの実施例で、第1図に示されるごとき3本の磁性体
導波路が放射状に結合されている。When a magnetic field Hoc is applied, a wave traveling from A to B is not affected by the absorber 6 because the maximum point of energy is shifted to the right end when looking from A to B. Since the maximum point of energy of the wave propagating to is shifted to the left end when looking from A to B, it is absorbed by the absorber 6 located at the left end.In other words, a unidirectional waveguide, that is, an isolator is formed. FIG. 5A shows an embodiment of a circulator according to the present invention, in which three magnetic waveguides as shown in FIG. 1 are radially coupled.
関口(#1)からの波動は回路の右端を通って開□(#
2)に出、関口(#2)からの波動は同様に関口(#3
)に出、又開□(#3)からの波動は同様に開□(#1
)に出る。従ってサーキュレ−夕の動作が行なわれる。
一般に、N本の磁性体導波路が放射状に結合れている場
合には、第5図Bに示すごとく、関口(#1)からの波
動は回路の右端を通って関口(#2)に出、関口(#2
)からの波動は同様に開□(#3)に出る。このように
、一般的に開□(#i)からの波動は開□(#i十1)
に出て、最後の開口(#N)からの波動は閉口(#1)
に出ることになる。従ってサーキュレータの動作が行な
われる。第6図は、電磁材料を用いて集積回路化したア
ィソレータの構成例である。The wave from Sekiguchi (#1) passes through the right end of the circuit and opens □ (#
2), the wave from Sekiguchi (#2) is similar to Sekiguchi (#3).
), and the wave from open □ (#3) similarly opens □ (#1
). Therefore, a circular operation is performed.
Generally, when N magnetic waveguides are coupled radially, the wave from Sekiguchi (#1) passes through the right end of the circuit and exits to Sekiguchi (#2), as shown in Figure 5B. , Sekiguchi (#2
) similarly goes out to open □ (#3). In this way, generally the wave from open□(#i) is from open□(#i11)
The wave from the last opening (#N) is the closing one (#1).
I will be appearing in A circulator operation is therefore performed. FIG. 6 shows an example of the configuration of an isolator integrated into an integrated circuit using electromagnetic materials.
7は集積回路の基板で譲竜体、8は基板上に構成した磁
性材料のリッジ形導波路、9は導波路1の片側に敬付け
た電磁波吸収体である。Reference numeral 7 designates an integrated circuit board, which is a flexible body; 8, a ridge-shaped waveguide made of a magnetic material formed on the board; and 9, an electromagnetic wave absorber placed on one side of the waveguide 1.
第7図は磁性材料を用いて集積回路化したアィソレータ
の他の構成例である。FIG. 7 shows another example of the structure of an isolator integrated circuit using a magnetic material.
1川ま基板7の表面の一部に構成した磁性材料の埋め込
み形導波路、11は導波路10を覆うように基板7上に
取付けた電磁波吸収体である。1. An embedded waveguide made of a magnetic material is formed on a part of the surface of the substrate 7. Reference numeral 11 is an electromagnetic wave absorber attached to the substrate 7 so as to cover the waveguide 10.
第8図は磁性材料を用いて集積回路化した場合のサーキ
ュレータの構成例である。FIG. 8 shows an example of the configuration of a circulator formed into an integrated circuit using a magnetic material.
ここで12は基板7上にリッジ形に構成した3端子をも
つ磁性材料の導波路である。第6図ないし第8図の構成
例の動作原理は第4図あるいは第5図のそれと同じであ
る。以上実施例により詳しく説明したごとく、本発明は
磁界を印放された磁性体導波路でのエッジガイドモード
的波動の存在が可能であることの発見により可能となっ
たもので、金属導体や異万性結晶を使用しないので、工
作精度に対する要求が厳しくなく又磁性体か磁性体基板
の上にもうけられるので集積回路形式に適している。Here, 12 is a waveguide made of a magnetic material and having three terminals configured in a ridge shape on the substrate 7. The operating principle of the configuration examples shown in FIGS. 6 to 8 is the same as that of FIG. 4 or 5. As explained in detail in the examples above, the present invention was made possible by the discovery that edge-guided mode waves can exist in a magnetic waveguide to which a magnetic field is applied. Since a universal crystal is not used, there are no strict requirements for machining accuracy, and since it can be formed on a magnetic material or a magnetic substrate, it is suitable for an integrated circuit format.
本発明による非相反回路は任意の周波数帯での使用が可
能であるが、特にミリ波帯又は光波帯において特徴を発
揮することが出来る。Although the non-reciprocal circuit according to the present invention can be used in any frequency band, it can particularly exhibit its characteristics in the millimeter wave band or the optical wave band.
第1図は本発明による非相反回路の主要部の構造例、第
2図は本発明の動作を確認するための実験装置の構成例
、第3図A及びBは第2図の装置による実験結果の例、
第4図は本発明によるアィソレータの実施例、第5図A
及びBは本発明によるサーキュレータの実施例、第6図
は本発明によるアィソレータの別の実施例、第7図は本
発明によるアィソレータの更に別の実施例「及び第8図
は本発明によるサーキュレータの別の実施例である。
1,8,10,12;磁性体導波路、2;誘電体、3;
電磁ホーン、4;磁石、6;無反射負荷、6,9,11
;電磁波吸収体、7;集積回路基板。
第/図
紫2図
努3図‘A′
第3図‘B)
第4図
繁 5 図(A)
繁 5 図(B)
第5図
第7図
錆り図Figure 1 is an example of the structure of the main part of a non-reciprocal circuit according to the present invention, Figure 2 is an example of the configuration of an experimental apparatus for confirming the operation of the present invention, and Figures A and B are experiments using the apparatus shown in Figure 2. Example results,
FIG. 4 shows an embodiment of the isolator according to the present invention, FIG. 5A
6 shows another embodiment of the isolator according to the invention, FIG. 7 shows a further embodiment of the isolator according to the invention, and FIG. 8 shows an embodiment of the circulator according to the invention. This is another example. 1, 8, 10, 12; magnetic waveguide; 2; dielectric; 3;
Electromagnetic horn, 4; Magnet, 6; Non-reflective load, 6, 9, 11
; Electromagnetic wave absorber; 7; Integrated circuit board. Fig./Fig. Murasaki Fig. 2 Tsutomu Fig. 3 'A' Fig. 3 'B) Fig. 4 Shig 5 Fig. (A) Fig. 5 Fig. 5 (B) Fig. 5 Fig. 7 Rust Fig.
Claims (1)
ぼ長方形で細長の磁性体による導波路と、該磁性体の長
手方向に垂直な方向に磁界を印加し該磁性体にエツジガ
イドモード的波動の伝搬を行なわせる装置と、前記磁性
体の長手方向にそう一方の片にもうけられる電磁波吸収
体とを有することを特徴とする非相反回路。 2 誘電体による基板と、該基板にもうけられ断面がほ
ぼ長方形で細長の3以上の磁性体による導波路と、各磁
性体の長手方向に垂直な方向に磁界を印加し磁性体にエ
ツジガイドモード的波動の伝搬を行なわせる装置と、前
記各磁性体を放射状に結合するための磁性体による導波
路とを有することを特徴とする非相反回路。[Scope of Claims] 1. A substrate made of a dielectric material, a waveguide made of an elongated magnetic material with a substantially rectangular cross section provided on the substrate, and a magnetic field applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic material. 1. A non-reciprocal circuit comprising: a device for propagating edge guided mode waves; and an electromagnetic wave absorber provided on one piece in the longitudinal direction of the magnetic body. 2. A substrate made of a dielectric material, a waveguide made of three or more elongated magnetic materials with a substantially rectangular cross section, and a waveguide made of three or more elongated magnetic materials provided on the substrate, and a magnetic field applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction of each magnetic material to create edge guide mode on the magnetic materials. 1. A non-reciprocal circuit comprising: a device for propagating a magnetic wave; and a waveguide made of a magnetic material for radially coupling the magnetic materials.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53058246A JPS609362B2 (en) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | non-reciprocal circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53058246A JPS609362B2 (en) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | non-reciprocal circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54150055A JPS54150055A (en) | 1979-11-24 |
| JPS609362B2 true JPS609362B2 (en) | 1985-03-09 |
Family
ID=13078755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53058246A Expired JPS609362B2 (en) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | non-reciprocal circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS609362B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821846B2 (en) * | 1975-04-09 | 1983-05-04 | 日本電気株式会社 | Hikagiyaku Cairo |
-
1978
- 1978-05-18 JP JP53058246A patent/JPS609362B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54150055A (en) | 1979-11-24 |
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