JP2016082072A - チョークコイル、バイアスｔ回路および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に小型化できること。
【解決手段】チョークコイル１００は、入出力端子間に設けられ、コイル状に巻回された導電体のコイルパターン１０１と、１本のパターンを折り曲げ形成し、当該パターンの端部が所定のギャップを有し所定長で対向する対向片１０２ｂを有し、コイルパターン１０１の内部空間に配置され、コイルパターン１０１との間に所定の容量を有する磁気バンドギャップ１０２とを有する。コイルパターン１０１と磁気バンドギャップ１０２との間には、所定の誘電率を有する基材が設けられる。基材としては、例えば、多層のプリント基板を用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョークコイルと、このチョークコイルを備えたバイアスＴ回路および通信装置に関する。

電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）では、信号（ＡＣ）と電源（ＤＣ）が重畳して伝送され、これら信号と電源の重畳および分離には、バイアスＴ回路を備えた通信装置が用いられる。例えば、ＰＬＣの通信装置を自動車に設けることにより、自動車と携帯電話端末との間の通信と同時に携帯電話端末に対する電源供給を行うことができる。

通信装置を小型化するためには、バイアスＴ回路で用いられるＤＣカットコンデンサや高周波信号を減衰するチョークコイルの小型化が必要となる。デバイスの小型化にメタマテリアル技術が利用されている。例えば、メタマテリアル技術により大きなインダクタンスを得るＬＨ伝送線路や、ノード間に直列キャパシタと並列インダクタをメタマテリアルで構成したフィルタがある（例えば、下記特許文献１、２参照。）。また、誘電体と導電体からなるプリント基板上にＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ）構造のキャパシタを構成した電磁バンドギャップ構造素子がある（例えば、下記特許文献３、４参照。）。また、スパイラル形状の平面型インダクタンス素子を電磁バンドギャップ素子により形成した電磁バンドギャップ構造素子がある（例えば、下記特許文献５参照。）。

特表２０１０−５０７３２１号公報 特開２００６−２２２９７１号公報 特開２０１１−１７１９００号公報 特開２０１０−１０１８３号公報 国際公開第２００９／０８２００３号

しかしながら、従来のチョークコイルは、メタマテリアル技術を利用しても、所定のインダクタンスやキャパシタンス（容量）を得るためのスペースを必要とし、さらなる小型化が行えなかった。また、チョークコイルを搭載するバイアスＴ回路や通信装置において広帯域な通信の周波数帯域を得るためには、高周波から低周波までの周波数帯域でチップ素子のチョークコイルをプリント基板上に複数搭載する必要があり、小型化できなかった。

一つの側面では、本発明は、容易に小型化できることを目的とする。

一つの案では、チョークコイルは、入出力端子間に設けられ、コイル状に巻回されたコイルパターンと、１本のパターンを折り曲げ形成し、当該パターンの端部が所定のギャップを有し所定長で対向する対向片を有し、前記コイルパターンの内部空間に配置され、前記コイルパターンとの間に所定の容量を有する磁気バンドギャップと、を備えたことを要件とする。

一つの実施形態によれば、容易に小型化できる。

図１は、実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す斜視図である。 図２は、実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す平面図である。 図３は、実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である（上部層）。 図４は、実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である（中間層）。 図５は、実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である（下部層）。 図６は、実施の形態にかかるチョークコイルの各層間の電気的特性を示す図である。 図７は、実施の形態にかかるチョークコイルの等価回路を示す図である。 図８は、実施の形態にかかるチョークコイルのＥＢＧによる磁気バンドギャップの作用を説明する図である。 図９は、ＥＢＧを設けない場合の磁気作用を説明する図である。 図１０は、実施の形態にかかるＣＲＬＨのモデル例と特性を示す図表である。 図１１は、実施の形態にかかるチョークコイルの周波数特性を示す図表である。 図１２は、実施の形態にかかるＥＢＧのサイズ別の周波数特性を示す図表である。 図１３は、実施の形態にかかるチョークコイルを備えたプリント基板の構成例を示す側面図である。 図１４は、実施の形態にかかるチョークコイルとチップコイルを組み合わせた周波数特性を示す図表である。 図１５は、他の実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す斜視図である。 図１６は、他の実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である。 図１７は、実施の形態にかかるチョークコイルを備えたバイアスＴ回路を示す回路図である。 図１８は、実施の形態のチョークコイルを有するバイアスＴ回路を備えた通信装置の構成例を示す回路図である。 図１９は、実施の形態のチョークコイルを有する通信装置を示す図である。

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す斜視図、図２は、実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す平面図である。図中、Ｘは長さ方向、Ｙは幅方向、Ｚは高さ方向とする。

図１（ａ）に示すように、このチョークコイル１００は、入出力の端子である一端と他端の間がコイル状に巻回されたコイルパターン１０１と、コイルパターン１０１の内部空間に配置された１本のパターンを折り曲げ形状としたＥＢＧ（ＥＢＧのパターン）１０２と、を有する。コイルパターン１０１は、図示の例では長さ方向Ｘを軸として矩形状に巻回された構成であるが、他に円形状や多角形状としてもよく所定径（内径）を有する。コイルパターン１０１の一端１０１Ａはチョークコイルの入力端子、他端１０１Ｂは出力端子である。

コイルパターン１０１は、上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂと、一対の側部コイルパターン１０１ｃ，１０１ｄにより接続して構成したものである。一部の接続構成を説明すると、上部コイルパターン１０１ａの一端部１０１ａａは、側部コイルパターン１０１ｃを介して下部コイルパターン１０１ｂの一端部１０１ｂａに接続される。また、上部コイルパターン１０１ａの他端部１０１ａｂは、側部コイルパターン１０１ｄを介して下部コイルパターン１０１ｂの他端部１０１ｂｂに接続される。

そして、上部コイルパターン１０１ａ〜側部コイルパターン１０１ｃ〜下部コイルパターン１０１ｂ〜側部コイルパターン１０１ｄ〜上部コイルパターン１０１ａへの接続、が繰り返されることで、１本の所定長を有するコイル状のコイルパターン１０１が形成されることになる。なお、１本の導体をコイル状に巻回させてコイルパターン１０１を構成することもできる。

ＥＢＧ１０２は、コイルパターン１０１内部に配置され、コイルパターン１０１に電気的に接触しないよう配置される。図１の例では、ＥＢＧ１０２は、コイルパターン１０１の内部空間の上下に２つ配置されているが、少なくとも一つ配置されていればよい。ＥＢＧ１０２自体は、直接外部に接地等はされていない。

図１（ｂ）は、ＥＢＧ１０２だけを示した図であり、このＥＢＧ１０２は、長さ方向Ｘに対しコイルパターン１０１と同等の長さを有する。このＥＢＧ１０２は、平面でみて１本の導電体パターン１０２ａを折り曲げて、一端部が長さ方向Ｘにわたって所定長さ（スプリット長）を有して対向する一対の対向片１０２ｂを有する。

コイルパターン１０１およびＥＢＧ１０２は、導電性を有する金属等の材質からなる。コイルパターン１０１とＥＢＧ１０２との間には、所定の誘電率を有する基材を設ける。基材としては、所定の誘電率を有するガラスエポキシ樹脂等のプリント基板や、テフロン（登録商標）などを用いることができ、基材を充填する方法により形成してもよい。このほか、基材を設ける領域の大部分を空気層とすることもできる（この場合、コイルパターン１０１内の一部にＥＢＧ１０２保持用の固定部材を設ける）。

図３〜図５は、実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である。コイルパターン１０１と、ＥＢＧ１０２を多層のプリント基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）を用いて形成する構成例について説明する。多層のプリント基板のうち４層の各層にそれぞれ所定の導電体パターンを形成することでチョークコイル１００を形成できる。なお、これら図３〜図５においてプリント基板そのものは記載していない。

プリント基板は、例えばガラスエポキシ（ＦＲ４）の材質を用いる。第１層３０１〜第４層３０４に各層は、各層分の厚さで離れており、各層上に形成される各導電体パターンは層分の所定間隔を有して離れている。

図３は、プリント基板の第１層（上部層）３０１を示す図であり、図１に示した上部コイルパターン１０１ａの導電体パターンを形成する。図示のように、上部コイルパターン１０１ａは、長さ方向Ｘに所定角度傾斜する複数の導電体パターンからなる。上部コイルパターン１０１ａの全体の長さはＬａ、幅はＷ１である。

図４は、プリント基板の第２層３０２と第３層３０３（中間層）を示す図であり、これら第２層３０２と第３層３０３には、いずれも図１に示したＥＢＧ１０２の導電体パターン１０２ａを形成する。図示のように、ＥＢＧ１０２は、平面でみて１本の導電体パターン１０２ａを折り曲げて、長さ方向Ｘに対し長さＬａ３を有して対向する一対の対向片１０２ｂを有する。一対の対向片１０２ｂ，１０２ｂ間は間隔（ギャップ）Ｇを有する。ＥＢＧ１０２の幅方向Ｙの大きさＷ２は、上部コイルパターン１０１ａの幅Ｗ１よりも小さい。

図５は、プリント基板の第４層（下部層）３０４を示す図であり、この第４層（下部層）３０４には、図１に示した下部コイルパターン１０１ｂの導電体パターンを形成する。図示のように、下部コイルパターン１０１ｂは、長さ方向Ｘに所定角度傾斜する複数の導電体パターンからなる。下部コイルパターン１０１ｂの傾斜方向は、上部コイルパターン１０１ａの傾斜方向と逆方向である。下部コイルパターン１０１ｂの各部の寸法は、上部コイルパターン１０１ａと同様であり、全体の長さはＬａ、幅はＷ１である。

そして、第１層３０１の上部コイルパターン１０１ａの一端部１０１ａａは、図１に記載した側部コイルパターン１０１ｃを介して第４層３０４の下部コイルパターン１０１ｂの一端部１０１ｂａに接続される。この側部コイルパターン１０１ｃは、第１層３０１から第４層３０４間に設けたスルーホール（ビア）で形成される。同様に、第１層３０１の上部コイルパターン１０１ａの他端部１０１ａｂは、側部コイルパターン１０１ｄを介して第４層３０４の下部コイルパターン１０１ｂの他端部１０１ｂｂに接続される。この側部コイルパターン１０１ｄについても、第１層３０１から第４層３０４間に設けたビアで形成される。

下部コイルパターン１０１ｂの傾斜方向は、上部コイルパターン１０１ａの傾斜方向と逆方向である。そして、平面でみて同一位置上の上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂとを多層のプリント基板のビアを介して層間で電気的に接続する。これにより、図１等に示したコイル状に巻回された所定長のコイルパターン１０１を多層のプリント基板上で形成することができる。

上記のチョークコイル１００の各部の寸法例を説明する。チョークコイル１００の全寸法は、幅Ｗ１＝１．１ｍｍ、長さＬａ＝２．２ｍｍ、厚さｄ＝０．４ｍｍである。上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂ上での導電体パターンの幅Ｌａ１＝０．１ｍｍ、間隔Ｌａ２＝０．１ｍｍ、巻回されたコイルパターン１０１全長（コイル長）＝２５ｍｍである。このように、実施の形態では、プリント基板上の長さＬａ＝２．２ｍｍ、幅Ｗ１＝１．１ｍｍの領域を用いてコイル長２５ｍｍの長さを得ることができる。

また、ＥＢＧ１０２は幅Ｗ２＝０．７ｍｍ、導電体パターンの幅Ｗ３＝０．１ｍｍ、折り返した導電体パターン１０２ａの幅Ｗ４＝０．３ｍｍ、導電体パターン１０２ａと対向片１０２ｂとの間隔Ｗ５＝０．１ｍｍ、対向片１０２ｂの長さ（スプリット長）Ｌａ３＝２ｍｍ、ＥＢＧ１０２の全長９．７ｍｍ、ギャップＧ＝０．１ｍｍである。長さＬａは、上部コイルパターン１０１ａおよび下部コイルパターン１０１ｂと同じく２．２ｍｍである。

また、プリント基板特性は、４層基板、基板厚ｄ＝０．４ｍｍ（図６参照）、誘電率＝３．９５、Ｔａｎδ＝０．０１２、導電体パターンの材質＝Ｃｕ５．８ｅ７ｓ／ｍ、導体厚さ＝０．０１８ｍｍ、ビア直径＝０．０６ｍｍである。

図６は、実施の形態にかかるチョークコイルの各層間の電気的特性を示す図である。第１層３０１および第４層３０４にはチョークコイル１００のコイルパターン１０１ａ，１０１ｂを形成する複数の導電体パターンが形成され、これら各導電体パターンは長さ方向Ｘに対しそれぞれ分割されたインダクタンス成分Ｌを有する。また、第２層３０２のＥＢＧ１０２は、長さ方向Ｘ（全長）で所定のインダクタンス成分Ｌ１を有する。

そして、第１層３０１と第４層３０４の導電体パターンは、中間の第２層３０２、第３層３０３に対して、長さ方向Ｘの各形成位置で多層のプリント基板が有する所定の容量（キャパシタンス成分）Ｃ１−２，Ｃ３−４を有する。第１層３０１と第２層３０２間は容量Ｃ１−２、第３層３０３と第４層３０４間は容量Ｃ３−４である。図中ｄは、多層のプリント基板の厚さである。第２層３０２と第３層３０３間は容量Ｃ０を有する。

図７は、実施の形態にかかるチョークコイルの等価回路を示す図である。チョークコイルの入力端子１０１Ａの第１層３０１と出力端子１０１Ｂの第４層３０４間には、上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂが有するインダクタンス成分Ｌと容量Ｃ１−２、ＬとＣ３−４の並列回路が形成される。

入力端子１０１Ａと出力端子１０１Ｂ間には、ビアのインダクタンス成分Ｌが直接接続される。第１層３０１と第４層３０４のそれぞれの並列回路間には、ＥＢＧ１０２の導電体パターンによるインダクタンス成分Ｌ１とギャップＧによる容量Ｃ１の並列回路が接続される。一対のＥＢＧ１０２の並列回路は、第２層３０２と第３層３０３間の容量Ｃ０を介して接続される。

上記寸法例で第１層３０１と第４層３０４のコイルパターン１０１ａ，１０１ｂの導電体パターンを形成し、これらの層間をビア接続することにより、コイル状に巻回されたチョークコイル１００が形成される。また、第１層３０１と第４層３０４との間の第２層３０２および第３層３０３にそれぞれＥＢＧ１０２を形成する。そして、右手左手系媒体（ＣＲＬＨ）の原理をＥＢＧ１０２を用いて実現する。図７に示したＥＢＧ１０２が形成するインダクタンス成分Ｌ１と容量Ｃ１の並列回路は、上部コイルパターン１０１ａおよび下部コイルパターン１０１ｂに対する磁気バンドギャップとして機能する。

図８は、実施の形態にかかるチョークコイルのＥＢＧによる磁気バンドギャップの作用を説明する図である。図７に示した第１層３０１の上部コイルパターン１０１ａと第４層３０４の下部コイルパターン１０１ｂとの間の距離は、薄い基板厚ｄ（０．４ｍｍ）程度である。実施の形態のチョークコイルでは、薄いプリント基板のため上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂとが近づいて配置されることになる。

ここで、実施の形態では、上部コイルパターン１０１ａと下部コイルパターン１０１ｂとの間にＥＢＧ１０２を設けた構成であるため、図中矢印で示すように、上部コイルパターン１０１ａおよび下部コイルパターン１０１ｂの磁束は、ＥＢＧ１０２に沿って流れる。これにより、コイルパターン１０１に磁界を生じさせることができ、コイルパターン１０１に電流を流すことができる。

ＥＢＧ１０２は、フェライト等の磁性体と同様の作用を有することとなり、フェライトより加工しやすく、プリント基板上に汎用のパターンで形成できるため、簡単で安価に形成できる。

図９は、ＥＢＧを設けない場合の磁気作用を説明する図である。図９は、図８と対比してＥＢＧ１０２を設けていない点が異なる。このように、薄いプリント基板でコイルパターン１０１を形成し、ＥＢＧ１０２を設けない場合、上部コイルパターン１０１ａの磁束と、下部コイルパターン１０１ｂの磁束とが衝突し、打ち消し合うため、コイルパターン１０１に電流が流れない。

上記のように、実施の形態では、プリント基板等を用いて第１層３０１の上部コイルパターン１０１ａと第４層３０４の下部コイルパターン１０１ｂとが近接する場合、ＥＢＧ１０２を設けて、磁束が打ち消し合う現象を遮断している。

チョークコイル１００の共振周波数は、ＥＢＧ１０２のインダクタンス成分Ｌ、容量Ｃの定数を変更することにより制御できる。ＥＢＧ１０２が磁気バンドギャップとなるため、上部コイルパターン１０１ａの磁束と、下部コイルパターン１０１ｂの磁束とを分離する。これにより、薄厚のプリント基板上の導電体パターンでコイルパターン１０１を形成した場合でも、上下からの磁束が打ち消し合う作用を減衰でき、コイルパターン１０１のインダクタンス量が変化しない効果が得られる。

上記のように、ＥＢＧ１０２は、ＣＲＬＨの原理にしたがってプリント基板の第２層３０２と第３層３０３（中間層）に導電体パターンを形成するだけで簡単に形成できる。そして、第１層３０１と第４層３０４（上下層）およびビアを使用したコイル状のチョークコイル１００の第２層３０２にＥＢＧ１０２を設けることにより、チョークコイル１００を小型化しつつ、送受信感度を向上できるようになる。

ここで、上述したように、ＥＢＧ１０２を二重（２層）に形成することにより、容量Ｃを大きくでき、チョークコイル１００を小型化できる。ＥＢＧ１０２は、多層のプリント基板のコイルパターン１０１を形成した上部層および下部層の間に位置する中間層に設ければよく、１層以上の多層に設けることができる。例えば、ＥＢＧ１０２を１層にだけ形成してもよく、この場合、３層のプリント基板を用い、第１層（上部層）と第３層（下部層）を用いてコイルパターン１０１を形成し、これら第１層と第３層の間に位置する第２層（中間層）にＥＢＧ１０２を形成すればよい。

ＥＢＧ１０２は、図４に示したように、基本的に、プリント基板上に１本の導体（導電体パターン１０２ａ）を６カ所で折り曲げて略リング状に形成するため、導電体パターン１０２ａは、全長を稼ぐことができ、インダクタンス成分Ｌ１を増やすことができる。また、一対の対向片１０２ｂは長さ（スプリット長）Ｌａ３を有し、ギャップＧ間で対向するため、容量成分Ｃ１も増やすことができる。

このＥＢＧ１０２の導電体パターン１０２ａの面に垂直な磁場成分が入射すると、導電体パターン１０２ａ上に入射磁場を打ち消す反抗磁場を作り、誘導電流が電磁誘導の原理にしたがい誘起され、ギャップＧにより電流が遮断される。ギャップＧの間隔とスプリット長Ｌａ３により電荷が蓄積され、この容量Ｃ１が逆方向の電流となりＬＣ共振器の閉回路が構成される。チョークコイル１００の共振周波数ｆ０は、コイルパターン１０１およびＥＢＧ１０２のインダクタンス成分Ｌおよび容量Ｃに基づき基本的な下記式（１）で定まる。ｆ０は、所望周波数に設定する。

ｆ０＝１／２π√ＣＬ …（１）

ＥＢＧ１０２の逆誘導電流により、反抗磁場で透磁率μが変化し、ＥＢＧ１０２の入射電磁波がＥＢＧ１０２に共鳴し吸収される。吸収される作用は透磁率μを変化させる効果になる。よって、磁場吸収作用は透磁率μを負にさせる効果となり、メタマテリアルの定義となる屈折率ｎが負になることを満足することになり、ＥＢＧ１０２はメタマテリアル構造となる。

ＥＢＧ１０２の関係式
誘電率εと透磁率μについて 誘電率ε＝ｎ／ｚ、透磁率μ＝ｎｚ
屈折率ｎとインピーダンスｚについて

Ｓ₁₁はメタマテリアル（ＥＢＧ１０２）に平面波照射時の反射係数、Ｓ₂₁は透過係数

定数ｋ、ｄについて ｋ＝２πｆ／Ｃ、ｄ＝ＥＢＧ１０２の基板幅

図１０は、実施の形態にかかるＣＲＬＨのモデル例と特性を示す図表である。ＣＲＬＨ線路は、理想左手系線路の直列容量と直列インダクタンスの回路と、並列インダクタンスと並列キャパシタンスを挿入した単位素子モデルで表される。ＣＲＬＨでは、回路区間の長さΔｚは格子定数ａの単位素子の区間として取り扱う。

分散特性に示すωは角振動数、βは位相定数（波数）である。ＣＲＬＨ線路はΔｚが有限地の周期構造として取り扱われ伝搬波の周期性を有し、低周波側に左手系伝送帯域をもち、高周波側に右手系伝送帯域をもつ線路である。ＣＲＬＨ線路は、周波数によって特性が変化し、低周波数側〜高周波数側につれて順に、ハイパスカットオフ、左手系伝搬帯域、バンドギャップ、右手系伝搬帯域、ローパスカットオフの特性を有する。ローパスカットオフとハイパスカットオフは、単位素子が有限であることから生じる。周期構造をもつ１次元のＣＲＬＨ線路の遮断波数はπ／ａであり、ブラッグ反射の条件に相当する。

位相速度（ｖ_p）、群速度（ｖ_g）、特性インピーダンスについて、βの絶対値が小さい場合には均質媒質近似が成り立ち、実効的な誘電率や透磁率を定義できるが、βの絶対値が大きい場合、波はブロッホ波としての効果が大きくなるため、周期構造として取り扱う。この周期構造の場合、線路の特性インピーダンスは一義的に決まらないが周期構造中のブロッホ波に対するインピーダンスＺ_Bは、図示のように算出される。Ｚ_L＝（Ｌ_L／Ｃ_L）^1/2である。

図１１は、実施の形態にかかるチョークコイルの周波数特性を示す図表である。横軸は周波数、縦軸は減衰量である。図示のように、上記寸法例（ＥＢＧ１０２の対向片１０２ｂの長さ（スプリット長Ｌａ３＝２ｍｍ））によれば、高周波の２．６５ＧＨｚ付近に共振周波数ｆ０を有するチョークコイル１００を得ることができる。

図１２は、実施の形態にかかるＥＢＧのサイズ別の周波数特性を示す図表である。横軸は周波数、縦軸は減衰量である。ＥＢＧ１０２の対向片１０２ｂの長さ（スプリット長Ｌａ３）を２ｍｍ（図１１参照）〜１ｍｍ間で変更したときの各コイル長での共振周波数を示す。

スプリット長Ｌａ３が２ｍｍのとき最も低い共振周波数ｆ０＝２．６５ＧＨｚとなり、スプリット長Ｌａ３が１．５ｍｍではｆ０＝２．８２ＧＨｚ、スプリット長Ｌａ３が１ｍｍではｆ０＝２．９３ＧＨｚ付近となる。このように、スプリット長Ｌａ３を短くするほどｆ０が高周波側に移動する。すなわち、所望するｆ０に適合するＥＢＧ１０２のスプリット長Ｌａ３を設定すれば任意のｆ０を得ることができる。

また、ＥＢＧ１０２をプリント基板の複数の層に設け、各層のＥＢＧ１０２のスプリット長Ｌａ３が異なるように設定すれば、各層のＥＢＧ１０２毎に異なるｆ０を得ることができる。そして、ＥＢＧ１０２毎に異なるｆ０によって高周波で広帯域な周波数特性（減衰特性）を有するチョークコイル１００を得ることができる。

図１３は、実施の形態にかかるチョークコイルを備えたプリント基板の構成例を示す側面図である。プリント基板１３０１上には、ＩＣ１３０２，１３０３の電源端子が表面実装用のバンプ１３０２ａ，１３０３ａを介して実装されている。ＩＣ１３０３に代えて電源のコネクタが搭載されてもよい。例えば、プリント基板１３０１には、不図示の電源ＩＣが搭載され、この電源ＩＣから電源ライン１３０５に電源が供給される。

このプリント基板１３０１は、不図示の電子機器に設けられ、電子機器の各部に電源を供給する。電子機器としては、高周波を扱う、例えば、携帯電話端末などの通信機器が含まれる。携帯電話端末は、内蔵するプリント基板１３０１の小型化が要求されている。

プリント基板１３０１は、多層基板であり複数層を有する。プリント基板１３０１の所定の層には、電源ライン１３０５が形成され、電源ライン１３０５は、ビア１３０４を介してＩＣ１３０２，１３０３の電源端子（バンプ１３０２ａ，１３０３ａ）に接続されている。電源ライン１３０５は、プリント基板１３０１の平面からみて所定の配線パターンを有する。

プリント基板１３０１の層のうち、複数の層の一部の領域は、上述したチョークコイル１００として用いられる。チョークコイル１００は、上述したように、プリント基板１３０１の各層のうち、計４層（第１層３０１〜第４層３０４）を用いる。図１３には、チョークコイル１００で使用する４層にそれぞれ符号を付してある。そして、電源ライン１３０５に接続されたビア１３０４にチョークコイル１００の一方の入力端子１０１Ａを接続し、他方の出力端子１０１Ｂをビア１３０４を介してＩＣ１３０２に接続する。

このように、チョークコイル１００は、プリント基板１３０１の内層にパターンで形成されるため、プリント基板１３０１上の電子部品の直下に形成でき、プリント基板１３０１上の実装スペースを不要にできる。

また、図示の例では、電源ライン１３０５は、ビア１３０４によってプリント基板１３０１の表面に導出され、プリント基板１３０１上のチップコイル１３０６に接続されている。チップコイル１３０６は、チョークコイル１００に直列接続されている。

ところで、図１３には、ＩＣ１３０２等の電子部品が搭載されるプリント基板１３０１の一部の領域（内層）を使用してチョークコイル１００を形成した例を示した。実施の形態のチョークコイル１００は、インダクタンスの電子部品として単体で構成することもでき、図１に示したコイルパターン１０１とＥＢＧ１０２を有するプリント基板で構成することもでき、この場合、上述したように、チョークコイル１００の全寸法は、幅Ｗ１＝１．１ｍｍ、長さＬａ＝２．２ｍｍ、厚さｄ＝０．４ｍｍと小型に形成できる。

さらにチョークコイル１００の他の構成例としては、ＥＢＧ１０２を棒状の基板上に形成する。そして、ＥＢＧ１０２の基板に対し、金属の導体（導線）を用いてコイルパターン１０１をコイル状に巻回する。チョークコイル１００（コイルパターン１０１）の断面は、例えば円形状とすることができる。コイルパターン１０１である金属導体は所定の誘電率を有する外皮で覆い、ＥＢＧ１０２と電気的に絶縁すればよい。

図１４は、実施の形態にかかるチョークコイルとチップコイルを組み合わせた周波数特性を示す図表である。実施の形態によるチョークコイル１００を用いることにより、所定のｆ０を有する急峻な減衰特性（図１２参照）が得られる。また、汎用（従来）のチップコイル１３０６はなだらかで比較的広帯域の周波数特性（減衰特性）を有する（図中点線）。したがって、図１３に示したチョークコイル１００とチップコイル１３０６を組み合わせることで、チョークコイル１００の減衰特性に、チップコイル１３０６分（図示の例では−２２ｄＢ程度）を加算（全体シフト）した減衰特性（図中実線）を得ることができる。これにより、信号成分について電源ノイズを抑制した良好なＤＣカット特性が得られる。

図１５は、他の実施の形態にかかるチョークコイルの構成例を示す斜視図、図１６は、他の実施の形態にかかるチョークコイルを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である。

上述した実施の形態では、チョークコイル１００のコイルパターン１０１を長さ方向Ｘを軸として巻回した構成とした。他の実施の形態のチョークコイル１００は、チョークコイル１００のコイルパターン１０１の巻回方向を異ならせ、高さ方向Ｚを軸として同一面内（プリント基板の各層の面内）でスパイラル状に巻回した構成としている。

図１６（ａ）に示すように、第１層３０１には、上部コイルパターン１０１ａを入力端子１０１Ａを起点として、接続端１０１ａｂまでの間で渦巻き（スパイラル）状に形成する。また、図１６（ｂ）に示すように、第２層３０２と第３層３０３には、上述した実施の形態と同様のＥＢＧ１０２の導電体パターン１０２ａを形成する。また、図１６（ｃ）に示すように、第４層３０４には、下部コイルパターン１０１ｂを接続端１０１ｂａを起点として、出力端子１０１Ｂまでの間で渦巻き（スパイラル）状に形成する。

そして、上部コイルパターン１０１ａの接続端１０１ａｂと、下部コイルパターン１０１ｂの接続端１０１ｂａとを平面でみて同一位置に設け、これら接続端１０１ａｂ，１０１ｂａとをビア１６０１で接続する。このコイルパターンによれば、図１に示したコイルパターンの構成に比してビア１６０１の数を最小限（１個）に減らすことができ、コイルパターン１０１の形成を容易に行えるようになる。

このように、チョークコイル１００のコイルパターン１０１の巻回方向を変更した場合でも、プリント基板上の限られた領域内で所定のコイル長（インダクタンス成分）を得ることができ、上記実施の形態同様の作用効果を得ることができる。

（チョークコイルを用いたバイアスＴ回路）
図１７は、実施の形態にかかるチョークコイルを備えたバイアスＴ回路を示す回路図である。バイアスＴ回路１７００は、３つの端子１７０１，１７０２，１７０３と、端子１７０１，１７０２間に直列接続された容量（コンデンサ）Ｃ（１７０４）と、端子１７０１，１７０３間に直列に接続されたインダクタＬ（１７０５）と、を有する。

信号端子１７０１には、信号とＤＣ電源が重畳されたＰＬＣの信号が入力され、ＤＣ電源は端子１７０３から出力され、ＤＣ成分をカットした信号は端子１７０２から出力される。また、端子１７０２から信号を入力し、端子１７０３からＤＣ電源を入力すれば、端子１７０１から信号とＤＣ電源を重畳したＰＬＣの信号を出力できる。

このバイアスＴ回路１７００のインダクタＬ（１７０５）として上述したチョークコイル１００を用いることができる。ここで、ＥＢＧ１０２をプリント基板の複数の層に設け、各層のＥＢＧ１０２のスプリット長Ｌａ３が異なるように設定すれば、各層のＥＢＧ１０２毎に異なるｆ０を得ることができ、広帯域な周波数特性を有するバイアスＴ回路１７００が得られる。

チョークコイル１００は、上述したように、プリント基板１３０１の内層にパターンで形成することができる（図１３参照）。また、プリント基板１３０１上には、必要に応じてインダクタＬ（１７０５）としてさらにチップコイル１３０６と、コンデンサ１７０４を設けることができる。このように、バイアスＴ回路１７００としてプリント基板１３０１の内層にチョークコイル１００を用いることで、プリント基板１３０１のスペースを有効に利用でき、バイアスＴ回路１７００の小型化を図ることができるようになる。

一般に、チョークコイルはフェライトに巻いた線（インダクタ）を使用しているが、このチョークコイルは、高周波での減衰量が小さいために高周波回路には使用されていない。また、周波数帯域が広帯域になると、高周波から低周波までの複数のチョークコイルが必要となり、プリント基板上のチップ部品の実装スペースが増大していく。この点、実施の形態のチョークコイル１００は、プリント基板１３０１の内層にパターンで形成できるため、高周波回路および広い周波数帯域に適応できる。

また、上記例では、バイアスＴ回路１７００に用いるプリント基板の内層にチョークコイル１００を形成した例を説明したが、チョークコイル１００は、バイアスＴ回路１７００に用いるに限らず、各種電子機器のインダクタとして用いることができる。この場合でも、電子機器に用い、各種電子部品が搭載されるプリント基板の内層を用いてチョークコイルを形成することができるため、プリント基板の小型化および電子部品の実装スペースの増大を図ることができる。

（バイアスＴ回路を備えた通信装置の構成例）
図１８は、実施の形態のチョークコイルを有するバイアスＴ回路を備えた通信装置の構成例を示す回路図である。この通信装置１８００は、自動車等の車両内での車両１８０１と携帯電話端末１８１１との間の通信、および車両１８０１から携帯電話端末１８１１に対する電源供給を行う。通信装置１８００は、車両１８０１内部の回路と、車両１８０１に接続される通信ユニット１８２１とから構成される。

車両１８０１側には、送信部１８０２と受信部１８０３が設けられ、車両１８０１外部の携帯電話網等のネットワークに対する信号の送受信を行う。これら送信部１８０２と受信部１８０３はスプリッタ１８０４に接続され、バイアスＴ回路１７００を介して車両１８０１の入出力端子（例えばシガレットライタソケット）１８０５に接続される。

スプリッタ１８０４はバイアスＴ回路１７００の端子１７０２に接続され、信号が入出力される。バイアスＴ回路１７００の端子１７０３にはＤＣ電源１８０６からＤＣ電源が供給入力され、端子１７０１から信号とＤＣ電源を重畳したＰＬＣの信号を出力する。

ユーザは、車両１８０１の入出力端子（例えばシガレットライタソケット）１８０５に電子機器を接続することにより、電子機器は車両１８０１を介して外部の無線通信網との間の通信を行うことができると同時に、車両１８０１から電子機器を動作させるためのＤＣ電源の供給を受けることができる。

図示の例では、車両１８０１の入出力端子（例えばシガレットライタソケット）１８０５に通信ユニット１８２１の信号端子１８２２を接続し、通信ユニット１８２１を介して携帯電話端末１８１１に対する信号の入出力とＤＣ電源の供給を行う。

通信ユニット１８２１は、信号端子がバイアスＴ回路１７００の端子１７０１に接続され、信号とＤＣ電源が重畳されたＰＬＣの信号が入力される。バイアスＴ回路１７００は、端子１７０２からＤＣカットした信号を出力し、端子１７０３から電源線１８２５を介してＤＣ電源を出力する。端子１７０２には、スプリッタ１８２３を介して複数のアンテナ１８２４が接続される。アンテナ１８２４は、携帯電話端末１８１１に対してブルートゥース（登録商標）等の近距離無線により信号を送受信する。

また、アンテナ１８２４を設けず、アンテナ線を携帯電話端末１８１１のアンテナ端子に接続する構成としてもよい。また、ＤＣ電源は、携帯電話端末１８１１に対して電磁誘導等による無接触給電部１８２６による無接触給電、あるいは電源コネクタ接続による給電が可能である。

例えば、上記各構成部の数値例は、送信部１８０２と受信部１８０３の通信周波数は９００ＭＨｚ、ＩＦ周波数は４００ｋＨｚ、ＤＣ電源電圧は１．０Ｖ、アンテナ１８２４の中心周波数は１ＧＨｚ、バイアスＴ回路１７００のコンデンサＣは１．０ｐＦ、インダクタＬは１．０ｎＨである。

現在、携帯電話端末１８１１が使用する通信周波数は、例えば、２００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚと広帯域である。特に、高周波１ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの帯域で必要となるチョークコイル１００をチップコイルで得ようとすると、減衰量が小さく、耐電流も小さい。この点、実施の形態によれば、高周波１ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚのチョークコイル１００を耐電流が高く、高減衰量の特性を有しつつ、小型化できるようになる。

上記構成例では、車両１８０１と通信ユニット１８２１との間でＰＬＣの通信を行い、車両１８０１と通信ユニット１８２１には、それぞれバイアスＴ回路１７００が設けられる。このバイアスＴ回路１７００としてプリント基板１３０１の内層にチョークコイル１００を用いることで、プリント基板１３０１のスペースを有効に利用でき、バイアスＴ回路１７００の小型化を図ることができる。これにより、バイアスＴ回路１７００を有する通信装置１８００（車両１８０１側装置と通信ユニット１８２１）をいずれも小型化できるようになる。

上記構成例の通信装置１８００は、車両１８０１と携帯電話端末１８１１との間に介在し、通信データ等を相互に転送する構成とした。これに限らず、実施の形態の通信装置は、少なくとも上記のチョークコイル１００を備えればよく、バイアスＴ回路１７００を含まない構成としてもよい。例えば、内部にチョークコイル１００を有する携帯電話端末１８１１自体も通信装置とすることができる。この通信装置は、チョークコイル１００を有し、高周波の周波数特性（減衰特性）が良好で小型化できる。通信装置としては、携帯電話端末１８１１に限らず、チョークコイルが必要な各種の通信端末装置や伝送装置等に幅広く適用できる。

図１９は、実施の形態のチョークコイルを有する通信装置を示す図である。この例では、図１８に示した通信装置１８００の構成例を説明する。

車両１８０１のポケット１９０１部分には、通信装置１８００の通信ユニット１８２１を設け、車両１８０１側の装置から通信ユニット１８２１に対してＰＬＣによる信号が伝送される。なお、この場合、車両１８０１の入出力端子（例えばシガレットライタソケット）１８０５を用いずに、車両内部のＰＬＣ伝送路を用いてもよい。

そして、ポケット１９０１に携帯電話端末１８１１（例えば、スマートフォン１８１１ａや従来型の携帯電話機１８１１ｂ）が収容できるようにする。そして、このポケット１９０１には、例えば底面に無接触給電部１８２６を設け、側面にアンテナ１８２４を設ける。ポケット１９０１に携帯電話端末１８１１を収容することで、通信装置１８００と携帯電話端末１８１１とが無接触状態（コネクタ接続等なし）で信号の送受信、および携帯電話端末１８１１に対するＤＣ電源の供給を簡単に行えるようになる。

車両１８０１内は、全体が金属で覆われて携帯電話端末１８１１の電波がつながりにくい。また、携帯電話端末１８１１のナビゲーション機能を使用した場合も、電波状態が不安定でトンネル走行時などには位置精度が悪くなる。無線ＬＡＮ等の車内無線通信を行う技術もあるが、車内無線通信では通信速度が遅くなったり、隣接の車両に信号が伝搬されたり干渉が生じたりしてセキュリティ的に安全とはいえない。この点、上記の通信装置１８００を用いることで、携帯電話端末１８１１は通信状態を安定化でき、安全なデータの送受信が行えるようになる。

以上説明した実施の形態によれば、コイル状のコイルパターンの内部空間にＣＲＬＨの原理によりＥＢＧを設けたチョークコイルの構造とした。ＥＢＧは、１本のパターンを折り曲げ形状にして所定のインダクタンスを有し、ギャップ間の対向片により所定の容量を有する。ＥＢＧに対してコイルパターンからの磁束が入射すると、ＥＢＧのリング上に入射磁場を打ち消す反抗磁場を作り、誘導電流が電磁誘導の原理にしたがい誘起され、ギャップにより電流が遮断される。ギャップの間隔で電荷が蓄積され、この容量により逆方向の電流となりＬＣ共振器の閉回路を構成する。逆誘導電流により、反抗磁場で透磁率が変化しＥＢＧの入射電磁波がＥＢＧに共鳴し吸収される。吸収される作用は透磁率を変化させる効果になる。磁場吸収作用は透磁率が負になる効果となり、メタマテリアルの定義となる屈折率が負になり、ＥＢＧはメタマテリアル構造となる。このＥＢＧは、コイルパターンに流れる電流により発生する磁束を分離する磁気バンドギャップとして作用する。これにより、高周波帯域で高減衰量を有するチョークコイルを小型化して得ることができる。

チョークコイルは、多層のプリント基板のうち複数層を用いて形成できる。例えば、第１層と第４層にコイルパターンを導電体パターンで形成し、第１層と第４層の導電体パターン間をビア接続して所定のコイル長を小さなスペースで形成でき、中間の第２層と第３層にＥＢＧを形成する。なお、ＥＢＧを１層に形成すれば計３層でチョークコイルを形成できる。

このように、薄厚のプリント基板上にチョークコイルのコイルパターンを形成した場合でも、ＥＢＧがコイルパターンの上下層からの磁束による磁力を打ち消す作用を減衰させることができ、コイルパターンのインダクタンス量を変化させない効果を有する。また、プリント基板を用いることで、安価にチョークコイルを形成できる。

また、チョークコイルの共振周波数は、コイルパターンおよびＥＢＧのインダクタンスおよび容量に基づき定まる。これら導電体パターンおよびＥＢＧが同一のプリント基板内で重ねて配置されるため、チョークコイルの領域（長さと幅）を変更させることで任意の共振周波数を簡単に得ることができる。特に、高周波用のチョークコイルをプリント基板内に省スペースで設けることができるようになる。

また、チョークコイルの共振周波数は、ＥＢＧのスプリット長に対応して得ることができるため、任意のスプリット長として対応する共振周波数を簡単に得ることができる。さらには、プリント基板の中間層の複数層に異なるスプリット長のＥＢＧをそれぞれ形成してもよい。これにより、１枚のプリント基板により、各層で異なる共振周波数を重ね、高周波で広帯域な周波数特性（減衰特性）を有するチョークコイルを得ることもできる。

そして、実施の形態のチョークコイルを有するバイアスＴ回路や、バイアスＴ回路を有する通信装置は、省スペースのチョークコイルにより小型化できるようになる。例えば、多数のチョークコイルを内蔵する構成でも、機器内部に複数設けることができるようになる。

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）入出力端子間に設けられ、コイル状に巻回されたコイルパターンと、
１本のパターンを折り曲げ形成し、当該パターンの端部が所定のギャップを有し所定長で対向する対向片を有し、前記コイルパターンの内部空間に配置され、前記コイルパターンとの間に所定の容量を有する磁気バンドギャップと、
を備えたことを特徴とするチョークコイル。

（付記２）前記コイルパターンと前記磁気バンドギャップとの間に所定の誘電率を有する基材を設けたことを特徴とする付記１に記載のチョークコイル。

（付記３）前記基材は、多層のプリント基板であり、
前記コイルパターンは、前記プリント基板の上部層と下部層にそれぞれ形成した複数の導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の複数の各導電体パターンの同一位置の両端部を接続するビアと、からなり、
前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする付記２に記載のチョークコイル。

（付記４）前記基材は、多層のプリント基板であり、
前記コイルパターンは、前記プリント基板の上部層と下部層の面内にそれぞれ１本ずつ形成したスパイラル状の導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の導電体パターンの端部を接続するビアと、からなり、
前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする付記２に記載のチョークコイル。

（付記５）前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の複数の中間層にそれぞれ形成した導電体パターンからなることを特徴とする付記３または４に記載のチョークコイル。

（付記６）前記プリント基板上に形成された前記磁気バンドギャップの前記対向片の長さおよび前記ギャップの間隔に基づき所定の共振周波数を得ることを特徴とする付記３〜５のいずれか一つに記載のチョークコイル。

（付記７）前記プリント基板の複数の中間層に、それぞれ異なる共振周波数を有する前記磁気バンドギャップを設けたことを特徴とする付記６に記載のチョークコイル。

（付記８）所定の電子回路が搭載される多層のプリント基板の一部の領域に、複数の層を用いて前記コイルパターンと前記磁気バンドギャップを設けたことを特徴とする付記３〜７のいずれか一つに記載のチョークコイル。

（付記９）付記１〜８のいずれか一つに記載されたチョークコイルを備えたことを特徴とするバイアスＴ回路。

（付記１０）付記９に記載されたバイアスＴ回路を備えたことを特徴とする通信装置。

（付記１１）付記１〜８のいずれか一つに記載されたチョークコイルを備えたことを特徴とする通信装置。

１００ チョークコイル
１０１ コイルパターン
１０１Ａ 一端（入力端子）
１０１Ｂ 他端（出力端子）
１０１ａ 上部コイルパターン
１０１ｂ 下部コイルパターン
１０１ｃ，１０１ｄ 側部コイルパターン
１０２ 磁気バンドギャップ（ＥＢＧ）
１０２ａ 導電体パターン
１０２ｂ 対向片
３０１ 第１層
３０２ 第２層
３０３ 第３層
３０４ 第４層

Claims (10)

1. 入出力端子間に設けられ、コイル状に巻回されたコイルパターンと、
   １本のパターンを折り曲げ形成し、当該パターンの端部が所定のギャップを有し所定長で対向する対向片を有し、前記コイルパターンの内部空間に配置され、前記コイルパターンとの間に所定の容量を有する磁気バンドギャップと、
   を備えたことを特徴とするチョークコイル。
2. 前記コイルパターンと前記磁気バンドギャップとの間に所定の誘電率を有する基材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のチョークコイル。
3. 前記基材は、多層のプリント基板であり、
   前記コイルパターンは、前記プリント基板の上部層と下部層にそれぞれ形成した複数の導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の複数の各導電体パターンの同一位置の両端部を接続するビアと、からなり、
   前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする請求項２に記載のチョークコイル。
4. 前記基材は、多層のプリント基板であり、
   前記コイルパターンは、前記プリント基板の上部層と下部層の面内にそれぞれ１本ずつ形成したスパイラル状の導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の導電体パターンの端部を接続するビアと、からなり、
   前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする請求項２に記載のチョークコイル。
5. 前記磁気バンドギャップは、前記プリント基板の複数の中間層にそれぞれ形成した導電体パターンからなることを特徴とする請求項３または４に記載のチョークコイル。
6. 前記プリント基板上に形成された前記磁気バンドギャップの前記対向片の長さおよび前記ギャップの間隔に基づき所定の共振周波数を得ることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のチョークコイル。
7. 前記プリント基板の複数の中間層に、それぞれ異なる共振周波数を有する前記磁気バンドギャップを設けたことを特徴とする請求項６に記載のチョークコイル。
8. 所定の電子回路が搭載される多層のプリント基板の一部の領域に、複数の層を用いて前記コイルパターンと前記磁気バンドギャップを設けたことを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載のチョークコイル。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載されたチョークコイルを備えたことを特徴とするバイアスＴ回路。
10. 請求項９に記載されたバイアスＴ回路を備えたことを特徴とする通信装置。

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