JP2006100660A - 単同調トランス - Google Patents

Abstract

【課題】使用コイルの数を減らしてより低価格な単同調回路を構築するための単同調トランスを提供する。
【解決手段】樹脂などで形成した絶縁体の基台１と一体のボビン２に設けた複数の巻溝に巻数と干渉度をアレンジしながら入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３を巻回して一体化する。このとき、入力巻線Ｎ１と同調巻線Ｎ２の結合係数をＫ12、入力巻線Ｎ１と出力巻線Ｎ３の結合係数をＫ13、同調巻線Ｎ２と出力巻線Ｎ３の結合係数をＫ23とした場合、Ｋ12＜Ｋ13、Ｋ13＞Ｋ23となるように各巻線の結合係数を設定する。ボビン２は、軸心にネジ型コア３をねじ込んでコイルの磁束密度を高める。ボビン２には磁性体のポットコア４を被せてボビン２に巻回した入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３の外周を磁気シールドする。さらに基台１、ボビン２、ネジ型コア３、ポットコア４を含む全体を導電体のケース５に収容して入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３を静電シールドする。基台１の底面には複数の端子ピンＰを植立し、ケース５には側面から垂下する左右のケース脚５１、５２を取り付ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＣによる同調器を一つだけ用いて同調回路の共振周波数付近の比較的狭い範囲の高周波信号を増幅する上側スーパヘテロダイン方式の受信機のＦＭフロントエンドに使用するＦＭアンテナトランスとＦＭ・ＲＦトランスからなる単同調トランスに関する。

周波数変換により生じるイメージ周波数妨害波はスーパヘテロダイン方式特有の妨害波である。このイメージ周波数ｆｉｍは受信波ｆ１から中間周波数ｆｉの２倍離れた周波数であり、上側ヘテロダイン方式ではｆｉｍ＝ｆ１＋２ｆｉ、下側ヘテロダイン方式ではｆｉｍ＝ｆ１−２ｆｉとなる。
世界のＦＭ放送で使用されている電波は、ほとんど６５〜１０８ＭＨｚにある。
一般的には、ヨーロッパ８７．５〜１０４ＭＨｚ、アメリカ８８〜１０８ＭＨｚとなっているが、受信機メーカでは、共通仕様として８７．５〜１０８ＭＨｚに統一する場合が多い。例えば、１０８ＭＨｚの電波を受信するとき、中間周波数が１０．７ＭＨｚになるので、上側ヘテロダイン方式の場合、１０８ＭＨｚ＋１０．７ＭＨｚ×２＝１２９．４ＭＨｚの周波数がイメージ周波数となる。

従来のスーパヘテロダイン受信機の単同調回路は、図８に示すように、アンテナに接続するコイルＬａ、可変容量素子Ｃと並列に接続するコイルＬｂ、負荷に接続するコイルＬｃを個別に設置し、３個のコイルを使用して受信波を選択する同調回路と上述のイメージ妨害波を抑圧するトラップ回路を形成するのが一般的であった。
そのため、複同調回路の廉価版であり、より低コストが要求される単同調回路の部品点数が増加し、製造工数削減や部品コスト削減の妨げとなっていた。

解決しようとする問題点は、従来の単同調回路は一般的に３個のコイルを使用していたため部品点数が増加し、コスト削減の妨げとなっていた点であり、本発明は、使用コイルの数を減らしてより低価格な単同調回路を構築するための単同調トランスを提供することを目的になされたものである。

そのため本発明は、アンテナに接続する入力巻線と、可変容量素子を並列に接続する同調巻線と、高周波増幅器の差動回路に直結する出力巻線とを備え、各巻線の巻数と結合係数をアレンジしながら２以上の巻溝を有するボビンに一体に巻回して形成することを最も主要な特徴とする。

本発明の単同調トランスは、入力巻線、同調巻線、出力巻線の各巻線の巻数と結合係数をアレンジしながら２以上の巻溝を有するボビンに一体に巻回するので、１個のコイルと可変容量素子で単同調回路を形成できるようになる。
従って、単同調回路に使用するコイルの数を従来の３個から１個に減らせるので、その分部品コストを低減でき、部品実装や調整に要する手間を省くことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施した単同調回路の回路図を示す。
単同調回路は、単同調トランスＴと可変容量素子Ｃで構成し、単同調トランスＴはインピーダンス整合用の入力巻線Ｎ１と同調用の同調巻線Ｎ２を並列に接続し、同調巻線Ｎ２と出力巻線Ｎ３を変成器結合して構成する。
可変容量素子Ｃは、単同調トランスＴの同調巻線Ｎ２と並列に接続し、同調巻線Ｎ２と可変容量素子ＣによるＬＣ並列共振回路を形成する。

入力巻線Ｎ１は、一端をアンテナ（図示しない）に連結する端子Ａに接続し、他端をアースする。
同調巻線Ｎ２は、一端を可変容量素子Ｃに接続し、他端をアースする。
可変容量素子Ｃは、一端を同調巻線Ｎ２に接続し、他端をアースする。
出力巻線Ｎ３は、両端をＩＣ増幅器（図示しない）に連結する端子Ｂ１、Ｂ２に接続する。

図２に、本発明を実施した単同調トランスの一部を断面で示す側面図を示す。
単同調トランスＴは、樹脂などで形成した絶縁体の基台１と一体のボビン２に設けた複数の巻溝に巻数と干渉度をアレンジしながら入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３を巻回して一体化する。
このとき、入力巻線Ｎ１と同調巻線Ｎ２の結合係数をＫ12、入力巻線Ｎ１と出力巻線Ｎ３の結合係数をＫ13、同調巻線Ｎ２と出力巻線Ｎ３の結合係数をＫ23とした場合、Ｋ12＜Ｋ13、Ｋ13＞Ｋ23となるように各巻線の結合係数を設定する。

ボビン２は、軸心にネジ型コア３をねじ込んでコイルの磁束密度を高める。
ネジ型コア２は、いもねじの形にフェライトを焼成したもので、コアの抜き差しでインダクタンスを調整することができる。

ボビン２には磁性体のポットコア４を被せてボビン２に巻回した入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３の外周を磁気シールドする。
これにより、入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３を磁束漏れの少ない構造にすることができる。
さらに基台１、ボビン２、ネジ型コア３、ポットコア４を含む全体を導電体のケース５に収容して入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３を静電シールドする。
基台１の底面には複数の端子ピンＰを植立し、ケース５には側面から垂下する左右のケース脚５１、５２を取り付ける。
ケース５は銅や真鍮などで作製し、ケース脚５１、５２の先端を基板回路のグランドプレーン（不図示）に接地する。
これにより、ケース５にストレキャパシタンス(浮遊容量)によって入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３から発生した不要輻射ノイズ、あるいは外来電磁波ノイズが伝わるが、ケース５がグランドされているので電位がゼロとなり、静電シールドによりこれらのノイズが遮断される。

本発明を実施した単同調回路は以上のような構成で、端子Ａに加えられた入力信号をＬＣ並列共振回路に導き、可変容量素子Ｃを変化させて特定の受信周波数に同調させる。
同時に、入力信号に混入したイメージ妨害波を入力巻線Ｎ１、同調巻線Ｎ２、出力巻線Ｎ３と可変容量素子Ｃによるトラップ回路により減衰する。

可変容量素子Ｃの容量を変化させると、図３に示すように、受信周波数に応じて周波数特性全体が略平行移動し、トラップ回路の共振周波数もバンド帯域内において平行移動してイメージ周波数を抑圧する。

以下に、トラップ回路の共振周波数が受信周波数に応じて移動する理由を具体的に説明する。なお、基本となる回路理論は特許第３４１０３８８号、特許第３５１７１６０号、特許第３５１７１６６号において本出願人が既に特許を取得している複同調トランスと同じ回路理論に基づくものである。
図１の回路を考えやすくするために、以下のように回路を簡略化する。
まず、図４に示すように、入出力を共通にして入力巻線Ｎ１と同調巻線Ｎ２を統合し、巻線Ｎ２を２つの巻線Ｎ１、Ｎ０を直列接続した形にする。
また、出力巻線Ｎ３は、インダクタンスが無限大と仮定して省略する。
なお、それぞれの巻線の極性を明らかにするために、巻線のスタート位置を図のドットで示す。

ここで巻線Ｎ２に電流を流すと、巻線Ｎ１、Ｎ０に流れる電流は同じ方向に流れて磁束が加わり合い、それに従って巻線Ｎ１、Ｎ０の自己インダクタンスＬ１、Ｌ０はＬ１′、Ｌ０′に変わり、巻線Ｎ１、Ｎ０の相互インダクタンスをＭ（Ｍ＞０）とすると、Ｌ１′＝Ｌ１＋Ｍ、Ｌ０′＝Ｌ０＋Ｍとなる。ここで、Ｌ１＝Ｌ１′−Ｍ、Ｌ０＝Ｌ０′−Ｍであるから、巻線Ｎ２は等価的にＬ１′、Ｌ０′と直列に−Ｍを接続する回路を形成する。

以上により、図４の回路を等価回路に置き換えて可変容量素子ＣのキャパシタンスをＣ１とすると、図５に示すように、−Ｍと直列にＬ１′とＬ０′＋Ｃ１の並列回路を接続し、入力信号とアース回路の間に−Ｍ、Ｌ１′、Ｌ０′、Ｃ１によるトラップ回路を形成する。

この等価回路のインピーダンスＺを計算すると、

となる。この等価回路のインピーダンスＺを最大（分母＝０）にする周波数が受信周波数ｆ０となり、最小（分子＝０）にする周波数がトラップの共振周波数ｆ０′となる。
従って、受信周波数ｆ０は、

となり、トラップの共振周波数ｆ０′は

となる。

以上により、本発明の単同調回路は、周波数に応じてインピーダンスが変化し、可変容量素子Ｃと同調巻線Ｎ２のリアクタンスが等しくなる受信周波数ｆ０において同調し、可変容量素子Ｃと結合係数Ｋあるいは巻数をアレンジした巻線Ｎ０のリアクタンスが等しくなるトラップの共振周波数ｆ０′において減衰を与える。
従って、可変容量素子Ｃを変化させると、図３に示すように、受信周波数ｆ０に応じて周波数特性全体が略平行移動し、このときトラップの共振周波数ｆ０′も可変容量素子Ｃの変化に応じて平行移動する。これにより、受信周波数ｆ０に応じて変化するイメージ周波数を抑圧することができる。

また、トラップの共振周波数ｆ０′は、結合係数Ｋを大きくすると計算式の分母が小さくなるので高域に移動し、結合係数Ｋを小さくすると分母が大きくなるので低域に移動することが分かる。
あるいは、結合係数Ｋを固定して巻線Ｎ０の巻数を増やすと計算式の分母が大きくなるので低域に移動し、巻線Ｎ０の巻数を減らすと分母が小さくなるので高域に移動することが分かる。
このように、結合係数Ｋあるいは巻線Ｎ０の巻数に幅を持たせることにより、トラップの共振周波数ｆ０′をイメージ周波数帯域に合わせることができる。

本発明を実施した単同調回路の特性を従来回路と比較すると、図６に示すように、イメージ周波数付近で減衰し、８７．５〜１０８ＭＨｚ帯域で実測した結果１０ｄＢ以上の改善が見られた。また、受信感度においても、従来回路と同等レベルであり、他の電気特性を劣悪することなく、イメージ周波数を抑圧している。

図７に、本発明の単同調回路の変形例を示す。
この単同調回路は、単同調トランスＴ´と可変容量素子Ｃで構成し、単同調トランスＴ´は入力タップａを介して入力巻線Ｎ１と分岐巻線Ｎ０を直列に接続して単巻変圧器状の同調巻線Ｎ２を形成し、この同調巻線Ｎ２と出力巻線Ｎ３を変成器結合したものである。
単同調トランスＴ´の入力巻線Ｎ１と分岐巻線Ｎ０は、それぞれの巻き始めを同極性にして巻線Ｎ１、Ｎ０の磁束が加わり合う接続の相互誘導回路を形成する。
また、共用巻線のため漏れ磁束が少ない巻線構造を形成している。

本発明を実施した単同調回路の回路図である。 本発明を実施した単同調トランスの巻線図である。 本発明を実施した単同調回路の周波数特性図である。 図１の簡略回路図である。 図４の等価回路図である。 本発明を実施した単同調回路と従来回路の特性を比較した図である。 本発明を実施した単同調回路の変形例である。 従来のＦＭ受信機の入力回路図である。

符号の説明

１ 基台
２ ボビン
３ ネジ型コア
４ ポットコア
５ ケース
５１、５２ ケース脚
Ｃ 可変容量素子
Ｃ１ キャパシタンス
Ｌ０、Ｌ１ 自己インダクタンス
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ コイル
−Ｍ 相互インダクタンス
Ｎ０ 補助巻線
Ｎ１ 入力巻線
Ｎ２ 同調巻線
Ｎ３ 出力巻線
Ｐ 端子ピン
Ｔ 単同調トランス
ａ 入力タップ

Claims (9)

1. アンテナに接続する入力巻線と、
   可変容量素子を並列に接続する同調巻線と、
   高周波増幅器の差動回路に直結する出力巻線と、
   を備え、各巻線の巻数と結合係数をアレンジしながら２以上の巻溝を有するボビンに一体に巻回して形成することを特徴とするスーパヘテロダイン受信機の単同調トランス。
2. 前記入力巻線と同調巻線の結合係数をＫ12、
   前記入力巻線と出力巻線の結合係数をＫ13とした場合、
   Ｋ12＜Ｋ13となるように各巻線の結合係数を設定することを特徴とする請求項１記載の単同調トランス。
3. 前記入力巻線と出力巻線の結合係数をＫ13、
   前記同調巻線と出力巻線の結合係数をＫ23とした場合、
   Ｋ13＞Ｋ23となるように各巻線の結合係数を設定することを特徴とする請求項１記載の単同調トランス。
4. 前記ボビンの軸心に棒状のコアを挿入して各巻線のコイルを形成することを特徴とする請求項１記載の単同調トランス。
5. 前記ボビンにポットコアを被せて各巻線を磁気シールドすることを特徴とする請求項４
   記載の単同調トランス。
6. 前記ボビンとポットコアを含む全体を導電体のケースに収容して各巻線を静電シールドすることを特徴とする請求項５記載の単同調トランス。
7. 前記入力巻線と並列に巻線を接続して前記同調巻線を形成し、
   この同調巻線と前記出力巻線を変成器結合して形成することを特徴とする請求項１記載の単同調トランス。
8. 前記入力巻線と分岐巻線をアンテナに接続する入力タップを介して直列に接続して１つの巻線を前記入力巻線と前記同調巻線で共用する単巻変圧器を形成し、
   この単巻変圧器と前記出力巻線を変成器結合して形成することを特徴とする請求項１記載の単同調トランス。
9. 前記入力巻線と分岐巻線は、それぞれの巻き始めを同極性にして磁束が加わり合う接続の相互誘導回路を形成することを特徴とする請求項８記載の単同調トランス。

Images