JP2012204415A - 高結合度トランス、インピーダンス変換回路、アンテナ装置および通信端末装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高結合度トランス15は第1コイルL11を含む第1回路と、第2コイルL12およびこの第2コイルに直列接続された第3コイルL13を含む第2回路とを有する。第1コイルL11と第2コイルL12とは逆相で電磁界結合していて、第1コイルL11と第3コイルL13とは逆相で電磁界結合している。第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線上になるように、且つ第2コイルL12および第3コイルL13の間に第1コイルL11が位置するように配置されている。第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、複数の誘電体層または磁性体層の積層体に一体的に構成されている。
【選択図】図3
Description
反射係数のインピーダンスの虚部と結合係数kとの関係については、後に等価回路を参照して説明する。
また、本発明のアンテナ装置によれば、小型で高効率化が図れる。
図3(A)は第1の実施形態の高結合度トランス15の回路図、図3(B)はその高結合度トランス15を備えたアンテナ装置の回路図である。高結合度トランス15は第1コイルL11を含む第1回路(1次側回路)と、第2コイルL12およびこの第2コイルに直列接続された第3コイルL13を含む第2回路(2次側回路)とを有する。そして、第1コイルL11と第2コイルL12とは逆相で電磁界結合していて、第1コイルL11と第3コイルL13とは逆相で電磁界結合している。また、第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線上になるように、且つ第2コイルL12および第3コイルL13の間に第1コイルL11が位置するように配置されている。さらに、第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも第1コイルL11と第2コイルL12の結合領域、および第1コイルL11と第3コイルL13の結合領域は前記多層基板内に位置している。
k1=0.8
k2=0.8
k3=0
である。
図6に示した等価回路において、M=k√(L1・L2)の関係があり、Mが充分に大きければ、ポートP1から高結合度トランス15を見たインピーダンスは、(L1−M)+(L2−M)で表される。そして、k>1のとき、(L1−M)+(L2−M)<0となる。したがって、k>1であれば、前記反射係数のインピーダンスの虚部は負の領域に入る。
第1の実施形態で図4に示した等価回路において、第2コイルL12と第3コイルL13との結合係数k3を0としたが、この結合係数k3が大きくなると、k>1となる効果を得にくい。図8はk3を変化させたときの特性変化を示す図である。図8(A)は第1の実施形態の高結合度トランスの特性、図8(B)は前記各結合係数を次のようにしたときの特性である。
k2=0.8
k3=0.3
このように、第2コイルL12と第3コイルL13との結合係数k3が大きくなると、インピーダンスの虚部は負の領域に入らず、等価的な結合係数は1を超えないことがわかる。
第2の実施形態は、第2回路(2次側回路)の二つのコイル同士(第2コイルL12と第3コイルL13)の結合がある程度あっても、トランス全体の1次−2次間の結合係数を大きくできるようにした構成を示すものである。
高結合度トランス25は、第1コイルL11に直列接続されるとともに第1コイルL11に電磁界結合している第4コイルL21、第2コイルL12に直列接続されるとともに第2コイルL12に電磁界結合している第5コイルL22、および第3コイルL13に直列接続されるとともに第3コイルL13に電磁界結合している第6コイルL23を備えている。第1コイルL11と第2コイルL12とは逆相で電磁界結合していて、第1コイルL11と第3コイルL13とは逆相で電磁界結合している。また、第4コイルL21と第5コイルL22とは逆相で電磁界結合していて、第4コイルL21と第6コイルL23とは逆相で電磁界結合している。
L11とL12との結合係数:0.8
L11とL13との結合係数:0.8
L21とL22との結合係数:0.8
L21とL23との結合係数:0.8
L11とL21との結合係数:0.3
L12とL22との結合係数:0.3
L13とL23との結合係数:0.3
L12とL13との結合係数:0.3
L22とL23との結合係数:0.3
図11は、上記条件で求めた、第1コイルL11の入力(ポートP1)から高結合度トランス25側を見た反射係数S11をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表したものである。インピーダンスの虚部は負の領域に入っていることがわかる。
図12に示すように、基材層51a〜51kは磁性体シートで構成され、各層にコイル導体が形成されている。基材層51bにコイル導体L13c,L23cが形成され、基材層51cにコイル導体L13b,L23bが形成され、基材層51dにコイル導体L13a,L23aが形成され、基材層51eにコイル導体L11c,L21cが形成され、基材層51fにコイル導体L11b,L21bが形成され、基材層51gにコイル導体L11a,L21aが形成され、基材層51hにコイル導体L12a,L22aが形成され、基材層51iにコイル導体L12b,L22bが形成され、基材層51jにコイル導体L12c,L22cが形成されている。基材層51kの下面には、給電端子41、グランド端子42、アンテナ端子43等が形成されている。図12中の縦方向に延びる線はビア電極であり、コイル導体同士を層間で接続する。
図14は第3の実施形態であるインピーダンス変換回路およびそれを備えたアンテナ装置の等価回路図である。図14において、インピーダンス変換回路35の構成およびその等価回路は図6に示したとおりである。一方、アンテナ素子11は、等価的にインダクタンス成分LANT、放射抵抗成分Rr、およびキャパシタンス成分CANTで構成される。このアンテナ素子11単体のインダクタンス成分LANTは、インピーダンス変換回路35における負の合成インダクタンス成分(L2−M)によって打ち消されるように作用する。すなわち、インピーダンス変換回路のA点からアンテナ素子11側を見た(インダクタンス素子(L2−M)を含めたアンテナ素子11の)インダクタンス成分は小さく(理想的にはゼロに)なり、その結果、このアンテナ装置101のインピーダンス周波数特性が小さくなる。
図16(A)は第4の実施形態の高結合度トランス45の回路図、図16(B)はその高結合度トランス45を備えたアンテナ装置の回路図である。高結合度トランス45は第1コイルL11を含む第1回路(1次側回路)と、第2コイルL12およびこの第2コイルに直列接続された第3コイルL13を含む第2回路(2次側回路)とを有する。そして、第1コイルL11と第2コイルL12とは逆相で電磁界結合していて、第1コイルL11と第3コイルL13とは逆相で電磁界結合している。また、第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線上になるように、且つ第2コイルL12および第3コイルL13の間に第1コイルL11が位置するように配置されている。さらに、第1コイルL11、第2コイルL12および第3コイルL13は、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも第1コイルL11と第2コイルL12の結合領域、および第1コイルL11と第3コイルL13の結合領域は前記多層基板内に位置している。
第5の実施形態では通信端末装置の例を示す。
図17(A)は第5の実施形態の第1例である通信端末装置、図17(B)は第2例である通信端末装置のそれぞれの構成図である。これらは、例えば携帯電話・移動体端末向けの1セグメント部分受信サービス(通称:ワンセグ)の高周波信号の受信用(470〜770MHz)の端末である。
以上に示した各実施形態では、第2コイル(L12,L22)および第3コイル(L13,L23)の積層方向(厚み方向)の間に第1コイル(L11,L21)が位置するように配置された例を示したが、本発明は第1〜第3のコイルが積層方向(厚み方向)に配置されたものに限らない。第1〜第3のコイルは平面方向に同軸状(同心状)に配置されていてもよい。その場合、第2コイル(L12,L22)および第3コイル(L13,L23)の平面方向の間に第1コイル(L11,L21)が位置するように配置されればよい。
L1…第1コイル素子
L2…第2コイル素子
L11…第1コイル
L12…第2コイル
L13…第3コイル
L21…第4コイル
L22…第5コイル
L23…第6コイル
L11a,L11b,L11c…コイル導体
L12a,L12b,L12c…コイル導体
L13a,L13b,L13c…コイル導体
L21a,L21b,L21c…コイル導体
L22a,L22b,L22c…コイル導体
L23a,L23b,L23c…コイル導体
LANT…アンテナのインダクタンス成分
M…相互インダクタンス
MW…磁気障壁
Rr…放射抵抗成分
1,2…通信端末装置
10…第1筺体
20…第2筺体
11…アンテナ素子(第1放射素子)
21…第2放射素子
15…高結合度トランス
25…高結合度トランス
30…給電回路(高周波回路)
33…接続線
35…インピーダンス変換回路
41…給電端子
42…グランド端子
43…アンテナ端子
45…高結合度トランス
51a〜51k…基材層
101…アンテナ装置
Claims (10)
- 第1コイルを含む第1回路と、第2コイルおよびこの第2コイルに直列接続された第3コイルを含む第2回路と、を有し、
前記第1コイルは、前記第2コイルと前記第3コイルとの間に配置され、
前記第1コイルと前記第2コイルとが逆相で電磁界結合し、前記第1コイルと前記第3コイルとが逆相で電磁界結合するように、前記第2コイルと前記第3コイルとが巻回されていることを特徴とする高結合度トランス。 - 前記第1コイル、前記第2コイルおよび前記第3コイルは、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線上になるように配置されている、請求項1に記載の高結合度トランス。
- 前記第1コイル、前記第2コイルおよび前記第3コイルは、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも前記第1コイルと前記第2コイルの結合領域、および前記第1コイルと前記第3コイルの結合領域は前記多層基板内に位置している、請求項1または2に記載の高結合度トランス。
- 前記第1回路の第1端がグランドに接続され、前記第1回路の第2端が第1ポートであり、
前記第2コイルと前記第3コイルのそれぞれの第1端がグランドに接続され、前記第2コイルと前記第3コイルの第2端同士の接続点が第2ポートである、請求項1〜3のいずれかに記載の高結合度トランス。 - 前記第1回路の第1端が第1ポートであり、
前記第2コイルと前記第3コイルのそれぞれの第1端がグランドに接続され、前記第2コイルと前記第3コイルのそれぞれの第2端および前記第1コイルの第2端の接続点が第2ポートである、請求項1〜3のいずれかに記載の高結合度トランス。 - 前記第1コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第1のコイル導体と第4のコイル導体とで構成され、
前記第2コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第2のコイル導体と第5のコイル導体とで構成され、
前記第3コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第3のコイル導体と第6のコイル導体とで構成された、請求項1〜5のいずれかに記載の高結合度トランス。 - 第1コイルを含む第1回路と、第2コイルおよびこの第2コイルに直列接続された第3コイルを含む第2回路と、を有し、
前記第1コイルは、前記第2コイルと前記第3コイルとの間に配置され、前記第1回路が第1高周波回路に接続され、前記第2回路が第2高周波回路に接続され、
前記第1コイルと前記第2コイルとが逆相で電磁界結合し、前記第1コイルと前記第3コイルとが逆相で電磁界結合するように、前記第2コイルと前記第3コイルとが巻回されていることを特徴とするインピーダンス変換回路。 - 第1コイルを含む第1回路と、第2コイルおよびこの第2コイルに直列接続された第3コイルを含む第2回路と、を有し、前記第1コイルは、前記第2コイルと前記第3コイルとの間に配置され、前記第1コイルと前記第2コイルとが逆相で電磁界結合し、前記第1コイルと前記第3コイルとが逆相で電磁界結合するように、前記第2コイルと前記第3コイルとが巻回されているインピーダンス変換回路を備え、
前記第1コイルの第1端は給電回路に接続され、第2端はグランドに接続され、
前記第2コイルの第1端および前記第3コイルの第1端はアンテナ素子に接続され、前記第2コイルの第2端および前記第3コイルの第2端はグランドに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 第1コイルを含む第1回路と、第2コイルおよびこの第2コイルに直列接続された第3コイルを含む第2回路と、を有し、前記第1コイルは、前記第2コイルと前記第3コイルとの間に配置され、前記第1コイルと前記第2コイルとが逆相で電磁界結合し、前記第1コイルと前記第3コイルとが逆相で電磁界結合するように、前記第2コイルと前記第3コイルとが巻回されているインピーダンス変換回路を備え、
前記第1コイルの第1端は給電回路に接続され、第2端はアンテナ素子に接続され、
前記第2コイルの第1端および前記第3コイルの第1端はアンテナ素子に接続され、前記第2コイルの第2端および前記第3コイルの第2端はグランドに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 第1コイルを含む第1回路と、第2コイルおよびこの第2コイルに直列接続された第3コイルを含む第2回路と、を有し、
前記第1コイルは、前記第2コイルと前記第3コイルとの間に配置され、前記第1回路に接続された給電回路と、前記第2回路に接続されたアンテナ素子と、を有し、
前記第1コイルと前記第2コイルとが逆相で電磁界結合し、前記第1コイルと前記第3コイルとが逆相で電磁界結合するように、前記第2コイルと前記第3コイルとが巻回されていることを特徴とする通信端末装置。
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