JP2007288741A

JP2007288741A - 疎結合コイル

Info

Publication number: JP2007288741A
Application number: JP2006116871A
Authority: JP
Inventors: Mitsuya Okazaki; 三也岡崎
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】小型のアンテナ素子を用いたアンテナ装置に適する疎結合コイルを提供すること。
【解決手段】疎結合コイルは、第１コイル１１及び第２コイル１２を有する一次コイルと、二次コイル１３とが組み合わされて構成されている。一次コイルは、第１コイル１１と第２コイル１２とが直列接続されており、第１コイル１１の巻回方向と第２コイル１２の巻回方向とが逆向きである。一次コイル１１，１２によって二次コイル１３に発生する誘起起電力は、一次コイルの第１コイル１１による起電力と、第２コイル１２による起電力との和になるため、それぞれの起電力のわずかな違いにより一次コイルと二次コイルとが疎結合され、疎結合コイルが実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は疎結合コイルに関し、特に複同調共振回路に用いることができる疎結合コイルに関する。

近年、薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナへの要望が高まっている。アンテナを小型化する方法として、アンテナ素子を小型化し、アンテナのリアクタンスを打ち消すと同時に広帯域に受信するための同調回路を設けることが挙げられる。従来から、チューナなどに使用される同調回路、特に複同調回路においては、一次側の同調回路と二次側の同調回路とを疎結合させてなるものがある（特許文献１）。
特開平８−７０２５７号公報

しかしながら、従来の複同調回路では、一次側の同調回路と二次側の同調回路とを疎結合させる際に、一次側のコイルと二次側のコイルとを離して配置している。したがって、このような複同調回路を小型アンテナ素子に組み合わせることを考えると、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に離れて配置されるので、同調回路がより広いスペースを占有することになり、その結果アンテナの小型化を阻害してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、小型のアンテナ素子を用いたアンテナ装置に適する疎結合コイルを提供することを目的とする。

本発明の疎結合コイルは、第１コイル、及び前記第１コイルに直列に接続され、前記第１コイルと逆相である第２コイルを有する一次コイルと、前記一次コイルの周囲に設けられた二次コイルと、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、一次コイルと二次コイルとの間を離すことなく組み合わせることができる。このため、疎結合コイルの幅をコイル一つ分の長さにすることが可能となり、小型化を図ることができる。しかもコイルの大きさを小さくする必要がないので、Ｑ値を低下させることもない。このため、小型のアンテナ素子を用いたアンテナ装置に適する疎結合コイルを実現することができる。

本発明の疎結合コイルにおいては、前記一次コイル及び前記二次コイルは、それぞれのコイルの中心が異なる位置になるように配置されることが好ましい。

本発明の疎結合コイルにおいては、前記一次コイルの巻き線間隔と前記二次コイルの巻き線間隔とが異なることが好ましい。

本発明の疎結合コイルにおいては、前記第１コイルのインダクタンスと前記第２コイルのインダクタンスとが異なることが好ましい。

本発明の小型広帯域アンテナ装置は、第１共振回路と第２共振回路とを上記疎結合コイルで疎結合してなるアンテナ整合回路と、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い高さもしくは長さを有する先端開放型のアンテナ素子と、を具備することを特徴とする。この構成によれば、通過周波数帯域幅が広帯域である小型広帯域アンテナ装置を実現することができる。

本発明によれば、第１コイル、及び前記第１コイルに直列に接続され、前記第１コイルと逆相である第２コイルを有する一次コイルと、前記一次コイルの周囲に設けられた二次コイルと、を具備するので、小型のアンテナ素子を用いたアンテナ装置に適する疎結合コイルを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る疎結合コイルを含む小型広帯域アンテナ装置を示す図である。図１に示す小型広帯域アンテナ装置は、アンテナ素子１と、伝送線路４と、アンテナ素子１と伝送線路４との間に設けられたアンテナ整合回路とから主に構成されている。アンテナ素子１は、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有する先端開放型のアンテナ素子であることが好ましい。

アンテナ素子１は、等価キャパシタ２と、等価キャパシタ２に直列の放射抵抗３とを有する。また、伝送線路４は、負荷抵抗５を有する。アンテナ整合回路は、アンテナ素子に接続された閉回路を構成する一次コイル５を有する一次側共振回路と、伝送線路４と直列に接続された同調キャパシタ８及び二次コイル７で閉回路を構成した二次側共振回路と、が一次コイル５と二次コイル７の相互インダクタンス９で疎結合されて構成されている。このアンテナ整合回路は、一次側共振回路と二次側共振回路とによる複同調回路で構成されている。

図１に示すような複同調回路として良好な伝送特性を得るためには、一次コイル６と二次コイル７との間の結合度ｋと共振回路Ｑとの積、すなわち結合係数βが（β＝ｋＱ）が１（臨界結合）近傍にあることが望ましい。アンテナ素子１が小型化すると、例えば最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有する先端開放型のアンテナ素子であるとすると、アンテナ素子１のキャパシタンスや放射抵抗が共に極めて小さいために、共振回路のＱ値が非常に大きくなる可能性がある。したがって、このような場合に一次コイル６と二次コイル７とがほぼ臨界結合で結合するためには、結合度ｋを小さくする必要がある。

一次コイル６と二次コイル７との間の結合度ｋを小さくするためには、従来の複同調回路のように一次コイル６と二次コイル７との間を離せば良いが、スペースを広くとってしまう。また、一次コイル６と二次コイル７の省スペース化を図るために、コイル自体の大きさを小さくすると、Ｑ値が下ってしまって性能が低下してしまう。そこで、本発明者は、一次コイル６と二次コイル７との間を離すことなく、しかもＱ値を低下させることなく、両者の結合度ｋを小さくすることを見出した。

本発明の疎結合コイルは、第１コイル、及び前記第１コイルに直列に接続され、前記第１コイルと逆相（逆巻き）である第２コイルを有する一次コイルと、前記一次コイルの周囲に設けられた二次コイルと、を具備する。この疎結合コイルは、図２（ａ）に示すように、第１コイル１１及び第２コイル１２を有する一次コイルと、二次コイル１３とが組み合わされて構成されている。一次コイルは、図２（ｂ）に示すように、第１コイル１１と第２コイル１２とが直列接続されており、第１コイル１１の巻回方向と第２コイル１２の巻回方向とが逆向きである。ここでは、一次コイルは、巻き線を略８の字形状に巻回することにより、巻回方向が互いに異なる第１コイル１１及び第２コイル１２を実現している。図２（ｂ）に示す一次コイル１１，１２と図２（ｃ）に示す二次コイル１３とを組み合わせることにより、図２（ａ）に示す疎結合コイルが得られる。

一次コイルの第１コイル１１と二次コイル１３とが電磁結合されており、一次コイルの第２コイル１２と二次コイル１３とが電磁結合されている。また、一次コイル１１，１２によって二次コイル１３に発生する誘起起電力は、一次コイルの第１コイル１１による起電力と、第２コイル１２による起電力との和になるため、それぞれの起電力のわずかな違いにより一次コイルと二次コイルとが疎結合され、疎結合コイルが実現できる。

一次コイルと二次コイルとの間で起電力の違いを生じさせるためには、例えば、一次コイルの巻き線間隔と二次コイルの巻き線間隔とを異ならせたり、図３（ａ）に示すように、一次コイルＬ₁の中心Ｃ₁と二次コイルＬ₂の中心Ｃ₂が異なる位置になるように配置したりすることが挙げられる。

また、一次コイルにおいては、互いに逆相の第１コイル１１と第２コイル１２を有するため、両者で相殺されないように、第１コイル１１のインダクタンスと第２コイル１２のインダクタンスとが異なるようにする必要がある。第１コイル１１のインダクタンスと第２コイル１２のインダクタンスとが異なるようにするためには、例えば、図３（ｂ）に示すように、第１コイルＬ_2-1の大きさ（径）と第２コイルＬ_2-2の大きさ（径）とを異ならせたり、第１コイルの巻き数と第２コイルの巻き数とを異ならせたり、第１コイルの引き出し線の長さと第２コイルの引き出し線の長さを異ならせたり、第１コイルの巻き線間隔と第２コイルの巻き線間隔とを異ならせたりする。

このように、第１コイル、及び第１コイルに直列に接続され、第１コイルと逆相である第２コイルを有する一次コイルと、一次コイルの周囲に設けられた二次コイルと、で構成された本実施の形態に係る疎結合コイルは、図１に示すように、一次コイルと二次コイルとの間を離すことなく組み合わせている。このため、疎結合コイルの幅（Ｗ）をコイル一つ分の長さにすることが可能となり、小型化を図ることができる。しかもコイルの大きさを小さくする必要がないので、Ｑ値を低下させることもない。このように、小型のアンテナ素子を用いたアンテナ装置に適する疎結合コイルを実現することができる。

このような疎結合コイルを図１に示すように小型アンテナ装置に適用すると、小型のアンテナ素子のためにＱ値が大きくなっても結合度ｋを小さくすることができるので、結合係数βを小さくすることが可能となり、複同調回路として良好な伝送特性を得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、本発明の疎結合コイルを小型アンテナ装置に適用した場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、疎結合コイルをチューナなどに用いられる複同調回路に適用しても良い。また、上記実施の形態において説明した回路構成や実施例に用いた数値は、これらに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態に係る疎結合コイルを有する小型広帯域アンテナ装置を示す図である。本発明の実施の形態に係る疎結合コイルを示す図であり、（ａ）が一次コイルと二次コイルを組み合わせた状態の図であり、（ｂ）は一次コイルを示す図であり、（ｃ）は二次コイルを示す図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る疎結合コイルの他の例を示す図である。

符号の説明

１アンテナ素子
２キャパシタ
３放射抵抗
４伝送線路
５負荷抵抗
６一次コイル
７，１３二次コイル
８同調キャパシタ
９相互インダクタンス
１１第１の一次コイル
１２第２の一次コイル

Claims

第１コイル、及び前記第１コイルに直列に接続され、前記第１コイルと逆相である第２コイルを有する一次コイルと、前記一次コイルの周囲に設けられた二次コイルと、を具備することを特徴とする疎結合コイル。
前記一次コイル及び前記二次コイルは、それぞれのコイルの中心が異なる位置になるように配置されることを特徴とする請求項１記載の疎結合コイル。
前記一次コイルの巻き線間隔と前記二次コイルの巻き線間隔とが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の疎結合コイル。
前記第１コイルのインダクタンスと前記第２コイルのインダクタンスとが異なることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の疎結合コイル。
第１共振回路と第２共振回路とを請求項１から請求項４のいずれかに記載の疎結合コイルで疎結合してなるアンテナ整合回路と、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い高さもしくは長さを有する先端開放型のアンテナ素子と、を具備することを特徴とする小型広帯域アンテナ装置。