JP2007128985A - Variable inductor and antenna using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタンスの値を変更可能な可変インダクタ及びそれを用いたアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a variable inductor capable of changing an inductance value and an antenna device using the same.
インダクタンスの値を可変できる可変インダクタとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。まず、特許文献1に記載された可変インダクタは、インダクタンス値を可変にでき、かつ半導体集積回路に内蔵したり、マイクロ波集積回路に組み込むことを目的とするもので、同文献1の図1にあるように、螺旋状インダクタ1の下部に開放端を持つループ状の配線層4を複数個と、上記開放端を開放/短絡するスイッチとしての電界効果トランジスタQ1〜Q4と、螺旋状インダクタ1と配線層4との間に絶縁膜とを設け、スイッチQ1〜Q4を開閉してインダクタンス値を可変することを特徴とする。
As a variable inductor capable of varying the inductance value, for example, there is one described in the following patent document. First, the variable inductor described in
下記特許文献2の周波数切替え装置は、半導体集積回路で構成する電圧制御発振回路の発振周波数範囲を広くするとともに、小型で低位相ノイズにすることを目的としている。そして、同文献2の図1にあるように、電圧制御発振回路の共振回路の主インダクタL1,L2をシリコン基板上に配線で形成し、これらの主インダクタL1,L2の外周に、磁気結合された副インダクタL3,L4を配線で形成し、スイッチSW1,SW2をON/OFFして、副インダクタL3,L4のインダクタンスを切り替えることにより、主インダクタL1,L2のインダクタンスを切り替える点が記載されている。
ところで、上述した背景技術では、インダクタンス調整用のサブコイル(以下「調整用コイル」という)の閉回路(コイル環ないしコイルリング)が、直接もしくはスイッチのみを介してグランドに接続されている。これは、調整用コイルがグランド(GND)に接続されていないと、電位が不安定な状態となり、主コイル(メインコイル)側にノイズが発生する恐れがあるからである。調整用コイルをグランドに接続することで、その電位が安定し、主コイルにおけるノイズ発生が低減される。 In the background art described above, a closed circuit (coil ring or coil ring) of an inductance adjusting sub-coil (hereinafter referred to as “adjusting coil”) is connected to the ground directly or via only a switch. This is because if the adjustment coil is not connected to the ground (GND), the potential becomes unstable, and noise may occur on the main coil (main coil) side. By connecting the adjustment coil to the ground, the potential is stabilized and noise generation in the main coil is reduced.
しかしながら、以上のようなグランド直接接続を行うと、次のような不都合が生ずる恐れがある。
(1)主コイル・調整用コイル間の寄生容量がグランドと直接接続されるようになる。このため、主コイル側からみた自己共振周波数が低下し、インダクタとして機能する上限周波数が低下するという不都合が生ずる。
(2)主コイル・調整用コイル間に発生する寄生容量と、グランド接続位置とを比較すると、グランド接続に近い位置の寄生容量のほうが、反対のグランド接続と離れた位置の寄生容量よりもグランドに強く接続されるようになる。このため、主コイルの電気特性に方向性が生じてしまう。
However, if the ground direct connection as described above is performed, the following inconvenience may occur.
(1) The parasitic capacitance between the main coil and the adjustment coil is directly connected to the ground. For this reason, the self-resonance frequency seen from the main coil side falls, and the inconvenience that the upper limit frequency which functions as an inductor falls arises.
(2) Comparing the parasitic capacitance generated between the main coil and the adjustment coil and the ground connection position, the parasitic capacitance near the ground connection is more grounded than the opposite parasitic connection. Will be strongly connected to. For this reason, directionality arises in the electrical characteristics of the main coil.
本発明は、以上の点に着目したもので、主コイル側から見た自己共振周波数の低下やインダクタとしての上限周波数の低下を良好に抑制しつつ、調整用コイルの電位の安定化を図り、主コイルにおける電位変動やノイズ発生を良好に低減することを、その目的とする。 The present invention pays attention to the above points, and while stabilizing the potential of the adjustment coil while satisfactorily suppressing the decrease in the self-resonance frequency and the upper limit frequency as the inductor viewed from the main coil side, The object is to satisfactorily reduce potential fluctuations and noise generation in the main coil.
前記目的を達成するため、本発明は、主コイル,この主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイル,該調整用コイルの端子間に接続されて該端子間を開閉するスイッチ,を含む可変インダクタにおいて、前記調整用コイルと前記スイッチとを含む閉回路を、チョークコイル及び/又はチョーク抵抗を介して、前記主コイルが使用される回路のグランドに接続したことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記スイッチが、電気的スイッチ素子もしくは機械的スイッチ素子であり、電気的スイッチ素子には、少なくともPINダイオード,FET,接合型トランジスタが該当し、機械的スイッチ素子には、少なくとも機械式リレーが該当することを特徴とする。他の形態の一つは、前記スイッチが、前記閉回路に一方向に電流を流すスイッチ素子の場合に、該スイッチ素子を、逆並列に接続したことを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記主コイルに、少なくとも一つの他の調整用コイルを、直列及び/又は並列に接続したことを特徴とする。本発明のアンテナ装置は、前記いずれかの可変インダクタを、受信信号のマッチング回路に用いたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 In order to achieve the above object, the present invention includes a main coil, at least one adjustment coil magnetically coupled to the main coil, and a switch connected between terminals of the adjustment coil to open and close the terminals. In the inductor, a closed circuit including the adjustment coil and the switch is connected to a ground of a circuit in which the main coil is used via a choke coil and / or a choke resistor. One of the main forms is that the switch is an electrical switch element or a mechanical switch element, and the electrical switch element corresponds to at least a PIN diode, FET, or junction transistor, and the mechanical switch element includes At least a mechanical relay is applicable. In another embodiment, when the switch is a switch element that allows a current to flow in one direction in the closed circuit, the switch element is connected in antiparallel. Still another embodiment is characterized in that at least one other adjustment coil is connected in series and / or in parallel to the main coil. The antenna device of the present invention is characterized in that any one of the variable inductors is used in a received signal matching circuit. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明によれば、主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイルの端子間にスイッチを接続し、これによって形成された閉回路を、チョークコイル又はチョーク抵抗を介して主コイルが使用される回路のグランドに接続することにより、共振周波数の低下や電気特性の方向性発生を良好に抑制しつつ、主コイルにおける電位変動やノイズ発生を良好に低減することができる。 According to the present invention, a switch is connected between terminals of at least one adjustment coil that is magnetically coupled to the main coil, and the main coil is used via a choke coil or choke resistor as a closed circuit formed thereby. By connecting to the circuit ground, it is possible to satisfactorily reduce potential fluctuations and noise generation in the main coil while satisfactorily suppressing a decrease in resonance frequency and occurrence of directionality of electrical characteristics.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
最初に、図1を参照しながら本発明の実施例1を説明する。図1(A)及び(B)において、端子10,12間には主コイル14と、この主コイル14のインダクタンスが使用される回路(以下単に「回路本体」という)15が接続されている。前記主コイル14には、電磁結合する調整用コイル16が設けられている。調整用コイル16の両端子18,20はスイッチ22に接続されており、調整用コイル16の一方の端子20側は、チョークコイル24(同図(A)参照)もしくはチョーク抵抗ないし高抵抗素子26(同図(B)参照)を介して前記回路本体15のグランドに接続されている。
First,
以上の各部のうち、主コイル14と調整用コイル16は、上述したように電磁結合しており、これによって相互インダクタンスが発生するようになっている。スイッチ22は、もちろん通常の機械的なものでもよいが、電気的にON・OFFを切り替えるスイッチ素子でもよい。スイッチ素子としては、ダイオードやトランジスタなどがある。
Of the above portions, the
次に、本実施例の作用について説明する。まず、スイッチ22が「OFF」のときは、調整用コイル16には電流が流れない。このため、主コイル14と調整用コイル16との相互作用が生ぜず、端子10,12からみたインダクタンスは、主コイル14のインダクタンスとなる。一方、スイッチ22が「ON」となると、調整用コイル16の端子18,20が短絡され、電流が流れるようになる。このため、主コイル14と調整用コイル16との間で相互インダクタンスが生じ、端子10,12からみたインダクタンスが変化するようになる。このように、スイッチ22を開閉することで、端子10,12間のインダクタンスを可変することができる。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, when the
ところで、本実施例では、調整用コイル16の端子20側が、チョークコイル24もしくはチョーク抵抗26によってグランドに接続されている。このため、電位を安定させるために必要な電流は、チョークコイル24やチョーク抵抗26によってグランドに流れる。従って、主コイル14側からみたとき、調整用コイル16側の電位が安定するようになる。このため、電位不安定に起因して流れる電流が抑制され、この電流に基づいて主コイル14に発生するノイズが低減されるようになる。また、主コイル14と調整用コイル16との間に生ずる寄生容量は、チョークコイル24もしくはチョーク抵抗26を介してグランドに接続されるようになる。これにより、寄生容量とグランドの接続が抑圧され、主コイル14がインダクタとして機能する上限周波数の低下を抑圧できる。
By the way, in this embodiment, the
図1(C)及び(D)には、上述した実施例の変形例が示されている。本例では、主コイル側と調整コイル側がチョークコイルやチョーク抵抗によって直接接続されている。すなわち、主コイル14の端子12側と、調整用コイル16の端子20側との間に、チョークコイル28(同図(C)参照)もしくはチョーク抵抗30(同図(D)参照)が接続されている。
FIGS. 1C and 1D show a modification of the above-described embodiment. In this example, the main coil side and the adjustment coil side are directly connected by a choke coil or a choke resistor. In other words, a choke coil 28 (see FIG. 1C) or a choke resistor 30 (see FIG. 1D) is connected between the
チョークコイル28やチョーク抵抗30も、上述したように、電位を安定させるための電流を流す働きをする。このため、主コイル側と調整用コイル側の電位差が解消し、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
As described above, the
図2には、インダクタンスを多段に可変する例が示されている。同図のように、調整用コイル16,スイッチ22,チョークコイル24(もしくはチョーク抵抗26)を含む調整用回路40a,40b,・・・,40nが主コイル14に対して電磁結合するように設けられている。主コイル14のインダクタンスLMに対し、いずれか一つの調整用回路のスイッチ22をONとしたときにΔLのインダクタンス増加が生ずるとすると、全体で、ML〜ML+n・ΔLの範囲で、ΔLを単位としてインダクタンスを可変できる。
FIG. 2 shows an example in which the inductance is varied in multiple stages. As shown in the figure,
次に、図3〜図7を参照しながら、本発明の実施例2について説明する。この実施例2は、スイッチ素子としてPINダイオードを使用した例である。まず、図3(A)の例は、調整用コイル16の端子18にカップリングコンデンサ50を介してPINダイオード52のアノードが接続されており、そのカソードは調整用コイル16の端子20に接続されている。更に、PINダイオード52の両端には、チョーク抵抗54,56及びスイッチ58を介して駆動用の電源60が接続されている。電源60のマイナス側はグランドに接続されている。すなわち、調整用コイル16の端子20は、上記実施例と同様に、チョーク抵抗56を介してグランドに接続されている。スイッチ58がOFFの状態では、PINダイオード52もOFFである。このため、調整用コイル16には電流が流れない。しかし、スイッチ58をONとすると、電源60の電圧がチョーク抵抗54,56を介してPINダイオード52に印加され、PINダイオード52が導通し、調整用コイル16の両端がカップリングコンデンサ50を介して短絡する。これにより、主コイル14の端子10,12から見たインダクタンスが変化することになる。
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is an example in which a PIN diode is used as a switching element. In the example of FIG. 3A, the anode of the
図3(B)は、主コイル14に対して、複数の調整用コイル回路62a〜62nを電磁結合するように設けた例であり、各調整用コイル16の動作は、同図(A)と同様である。この例によれば、スイッチ58のON・OFFを組み合わせることで、主コイル14の端子10,12から見たインダクタンスを多段階で可変することができる。
FIG. 3B shows an example in which a plurality of
図4は、前記図3(B)の変形例である。図3(B)は、調整用コイル回路62a〜62nをコイル毎に独立して設けたが、これを従属接続用カップリングコンデンサ64で接続したもので、第2段目以降のカップリングコンデンサ50と従属接続用カップリングコンデンサ64が兼用された構成となっている。基本的な動作は、前記図3の例と同様である。
FIG. 4 shows a modification of FIG. In FIG. 3B, the
図5は、PINダイオード70,72の接続極性を一つおきに逆にして、前記従属接続用カップリングコンデンサ64を省略するとともに、チョーク抵抗74,76,78のうち、中央のチョーク抵抗76を兼用した例である。チョーク抵抗74,76間には、スイッチ80及び電源84が接続されており、チョーク抵抗78,76間には、スイッチ82及び電源86が接続されている。そして、中央の共通接続されたチョーク抵抗76がグランドに接続されている。図6は、前記図5の変形例で、図5に示した調整用コイル回路がカップリングコンデンサ90によって多段に接続されている。
In FIG. 5, the connection polarity of the
次に、図7の例について説明する。上述した図3〜図6の例は、いずれも電源の極性がPINダイオードを流れる制御電流の方向に対応しており、電源の接続極性に制限がある。しかし、本例では、PINダイオード52a,52bが逆並列接続されている。このため、極性が逆の電源60a,60bのいずれを接続したとしても、PINダイオード52a,52bのいずれか一方が導通する。このように、電源の極性を選ばないため、使い勝手がよい。
Next, the example of FIG. 7 will be described. In the examples of FIGS. 3 to 6 described above, the polarity of the power supply corresponds to the direction of the control current flowing through the PIN diode, and the connection polarity of the power supply is limited. However, in this example, the
次に、図8を参照しながら、本発明の実施例3について説明する。この実施例3は、スイッチ素子として、MOSFETを使用した例である。まず、同図(A)の例は、Nチャネル型のMOSFET100のドレイン,ソース間に調整用コイル16の端子18,20をそれぞれ接続した例で、ソースはチョークコイル24を介してグランドに接続されている。ゲート102に対する電圧の印加によって、MOSFET100のON/OFFが制御され、スイッチング動作が行われる。なお、本例において、主コイル14と調整用コイル16との間の寄生容量により、グランドと高周波的にショートする恐れがあるときは、MOSFET100のソース・ゲート間にコイルまたは抵抗を接続して、高周波成分を分離するようにする。
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is an example in which a MOSFET is used as a switch element. The example of FIG. 1A is an example in which the
図8(B)の例は、Pチャネル型のMOSFET110のソース、ドレインそれぞれに、コンデンサ112,114を介して調整用コイル16の端子18,20が接続されている。MOSFET110のソースにはコイル117を介して電源118が接続されており、調整用コイル16の端子20は、チョーク抵抗26を介してグランドに接続されている。電源118とソース間のコイル117は、高周波的に電源と分離するために挿入されているものである。ゲート116に対する電圧の印加によって、MOSFET110のON/OFFが制御され、スイッチング動作が行われる。なお、コンデンサ112,114は、チョーク抵抗26に流れるリーク電流を低減するためのものであるが、チョーク抵抗26の抵抗値が大きいときは、コンデンサ114を省略してもよい。
In the example of FIG. 8B, the
次に、図9を参照しながら、本発明の実施例4について説明する。この実施例4は、主コイルに他の調整用コイルを接続した例である。まず、同図(A)の例は、主コイル14に、他の調整用コイル200,202の直列回路を並列に追加接続したもので、各調整用コイル200,202の端子間には、それぞれスイッチ204,206が接続されている。本例によれば、全体で3つの調整用コイル16,200,202が設けられており、スイッチ22,204,206の0N/OFFの組み合わせを変えることで、多段に端子10,12間のインダクタンスを可変することができる。同図(B)の例は、主コイル14に直列に他の調整用コイル210を接続した例で、調整用コイル210の端子間にはスイッチ212が接続されている。本例によれば、全体で2つの調整用コイル16,210が設けられており、スイッチ22,212の0N/OFFの組み合わせを変えることで、多段に端子10,12間のインダクタンスを可変することができる。
Next,
次に、図10(A)を参照しながら、本発明の実施例5について説明する。この実施例5は、上述した可変インダクタを用いたアンテナ装置の例である。同図において、アンテナ部300は、マッチング回路部310を介して回路本体320に接続されている。マッチング回路部310は、アンテナ部300で受信した信号から、所望の周波数の信号を取り出すための回路で、コンデンサ312,322と可変インダクタ314による同調回路によって構成されている。回路本体320は、マッチング回路部310によって取り出された所定周波数の信号の増幅,検波,再生などを行うもので、例えば携帯電話などが好適な例である。
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment is an example of an antenna device using the variable inductor described above. In the figure, an
可変インダクタ314は、上述した図3(A)と同様の構成となっており、スイッチ58のON/OFFの切り替えによって、主コイル14の端子間インダクタンスが変化する。このため、コンデンサ312を含めた回路全体の同調周波数が変化し、所望の周波数の信号のみが回路本体320に供給される。
The
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the following are also included.
(1)前記実施例では、チョークコイル24又はチョーク抵抗26を一つ使用してグランド接続を行ったが、それらを直並列接続してもよい。図11には、いくつかの例が示されている。図11(A),(B)は、図1(A),(B)の変形例である。図11(A)は、チョークコイル24Aとチョーク抵抗26Aを直列に接続した例である。図11(B)は、チョークコイル24Bとチョーク抵抗26Bを並列に接続した例である。図11(C)〜(F)は、図1(C),(D)の変形例である。まず、同図(C)は、チョークコイル28Aにチョーク抵抗30Aを並列接続した例である。同図(D)は、チョークコイル28Bにチョーク抵抗30Bを直列接続した例である。同図(E)は、主コイル14,調整用16の両端にチョークコイル28C,28Dを接続した例である。同図(F)は、主コイル14,調整用16の両端にチョーク抵抗30C,30Dを接続した例である。これら図11(C)〜(F)のように、図1(A)ないし(B)の実施例と、図1(C)ないし(D)の実施例を組み合わせてもよい。
(1) Although the ground connection is performed using one
(2)調整用コイルの接続段数は、必要に応じて適宜増減してよい。また、同様の作用を奏するように、カップリングコンデンサなど他の回路素子を追加することも任意である。 (2) The number of connection stages of the adjustment coil may be appropriately increased or decreased as necessary. It is also optional to add other circuit elements such as coupling capacitors so as to achieve the same effect.
(3)前記実施例では、開閉スイッチとして、機械的なスイッチ,PINダイオード,MOSFETを示したが、接合型トランジスタ,機械式リレーなど各種の電気的スイッチ素子や機械的スイッチ素子を利用してよい。 (3) In the above embodiment, mechanical switches, PIN diodes, and MOSFETs are shown as the open / close switches. However, various electrical switch elements such as junction transistors and mechanical relays and mechanical switch elements may be used. .
(4)図10(A)に示したマッチング回路も一例であり、π型,T型など、各種の構成としてよい。同図(B)には他の構成例が示されており、コンデンサ312A,322Aが直列に接続されており、主コイル14はグランドとの間に並列に接続されている。両者を比較すると、図10(A)は可変インダクタ314が回路的に直列に接続されており、同図(B)は可変インダクタ314Aが回路的に並列に接続された構成となっている。
(4) The matching circuit shown in FIG. 10A is also an example, and various configurations such as π-type and T-type may be used. FIG. 5B shows another configuration example, in which
本発明によれば、主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイルの端子間にスイッチを設けるとともに、これによる調整用コイル閉回路をチョークコイル及び/又はチョーク抵抗を介して回路本体のグランドに接続することにより、共振周波数の低下やインダクタとしての上限周波数の低下を良好に抑制しつつ、主コイルにおける電位変動やノイズ発生が良好に低減されるので、例えば、携帯電話のアンテナ装置などに好適である。 According to the present invention, a switch is provided between terminals of at least one adjustment coil that is magnetically coupled to the main coil, and the adjustment coil closed circuit is connected to the ground of the circuit body via the choke coil and / or the choke resistor. By connecting, it is possible to satisfactorily reduce potential fluctuations and noise generation in the main coil while satisfactorily suppressing lowering of the resonance frequency and lowering of the upper limit frequency as an inductor. It is.
10,12:端子
14:主コイル
16:調整用コイル
15:回路本体
18,20:端子
22:スイッチ
24,24A:チョークコイル
26,26A:チョーク抵抗
28,28A〜28D:チョークコイル
30,30A〜30D:チョーク抵抗
40a,40b,・・・,40n:調整用回路
50:カップリングコンデンサ
52,52a,52b:PINダイオード
54,56:チョーク抵抗
58:スイッチ
60,60a,60b:電源
62a,・・・,62n:調整用コイル回路
64:従属接続用カップリングコンデンサ
70,72:PINダイオード
74,76,78:チョーク抵抗
80,82:スイッチ
84,86:電源
90:カップリングコンデンサ
100,110:MOSFET
102:ゲート
112,114:コンデンサ
116:ゲート
117:コイル
118:電源
124,126:コンデンサ
128,130:抵抗
134:電源
200,202:調整用コイル
204,206:スイッチ
210:調整用コイル
212:スイッチ
300:アンテナ部
310:マッチング回路部
312,312A,322,322A:コンデンサ
314,314A:可変インダクタ
320:回路本体
10, 12: Terminal 14: Main coil 16: Adjustment coil 15:
102:
Claims (5)
前記調整用コイルと前記スイッチとを含む閉回路を、チョークコイル及び/又はチョーク抵抗を介して、前記主コイルが使用される回路のグランドに接続したことを特徴とする可変インダクタ。 In a variable inductor including a main coil, at least one adjustment coil magnetically coupled to the main coil, and a switch connected between the terminals of the adjustment coil to open and close between the terminals,
A variable inductor, wherein a closed circuit including the adjustment coil and the switch is connected to a ground of a circuit in which the main coil is used via a choke coil and / or a choke resistor.
5. An antenna device using the variable inductor according to claim 1 in a matching circuit for a received signal.
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