JP2016158043A

JP2016158043A - 多周波数送受信回路

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Publication number: JP2016158043A
Application number: JP2015033438A
Authority: JP
Inventors: 勝彦浅田; Katsuhiko Asada
Original assignee: I & T TECH CO Ltd
Current assignee: I & T TECH CO Ltd
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP6640452B2

Abstract

【課題】共振信号の出力を向上させることを目的とする。【解決手段】共振器１を構成するコイル４に励起用のコイル２を接続し、コイル４とコイル２とでトランス１１を構成し、コイル４の巻き数をコイル２の巻き数よりも大きくすることにより、共振信号の電圧を昇圧し、共振信号の出力を向上させ、ブザー１６の発信音を大きくすることができる。【選択図】図２

Description

複数の周波数の信号を選択して送受信する多周波数送受信回路に関する。

多周波数送受信回路は、共振周波数を選択できる共振器を備え、選択した共振器の共振周波数に対応する共振信号を出力し、また、選択した共振器の共振周波数に対応する励起信号を受信して、検出信号を出力するものである。また、受信回路の場合は、励起信号を受信した場合に所定の動作をすることもできる。例えば、セキュリティタグに多周波数送受信回路を組み込んだ場合は、多周波数送受信回路が励起信号を検出することによりブザー等の警告を発する構成とすることもできる。

以下、図５を用いて従来の多周波数送受信回路の構成を説明する。
図５は従来の多周波数送受信回路の構成を説明する回路図である。
図５に示すように、従来の多周波数送受信回路には、微弱励起信号を受信するためのコンデンサ２２とタップ付きコイル２１とが並列接続された共振器２０が構成される。共振器２０には、コンデンサ２２と並列接続されて、ブザー等の低い周波数の駆動信号を発生するためのコンデンサ２３をさらに備えている。ここで、互いに逆方向に接続されたダイオード２４およびダイオード２５は、その順方向電圧降下を利用して、微弱な励起信号の受信に対しては、コンデンサ２３に流れる電流が阻止されてコイル２１とコンデンサ２２が共振器２０を形成し、大振幅の駆動信号に対しては、コンデンサ２３が共振容量として追加されて動作する。また、共振器２０には直流電源２６から電源が供給され、共振器２０はトランジスタ２７のコレクタ端子に接続される。トランジスタ２７のベース端子には抵抗２８を介して駆動信号が入力され、駆動信号の入力値によってトランジスタ２７が活性化され、共振器２０を励起できる。なお、コンデンサ２３としては容量性の特性を示す圧電ブザーを用いれば、この回路でブザーを鳴らすことが可能になる。なお、図５ではコンデンサ２２とコンデンサ２３の左端は直流電源の上端に接続されているが、ここは交流信号として接地されておればよいのでコンデンサ２２とコンデンサ２３の左端を直接接地してもよい。さらに、共振器２０はコンデンサ２９を介してアンプ３０に接続され、励起信号を受信するとアンプ３０が共振信号を受信して検出信号を出力する。

このような従来の多周波数送受信回路では、トランジスタ２７に入力する駆動信号によって、送信状態または受信状態に切り換える。つまり、トランジスタ２７が活性状態のときは送信状態となり、トランジスタ２７が非活性状態のときは受信状態となる。受信する信号の共振周波数は、共振器２０を構成するコンデンサ２２によって、送信信号に対しては、さらにコンデンサ２３を追加して調整することもできる。

特開２００８−９００７号公報

しかしながら、従来の多周波数送受信回路では、共振信号の出力を大きくすることが困難であり、また、励起信号に応じて共振信号の出力が決まるため、励起信号を受信してブザー等を発する場合も、ダイオード２４とダイオード２５の順方向電圧降下電圧分ブザーの駆動電圧が下がり損失を避けられなかった。

本発明は、共振信号の出力を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の多周波数送受信回路は、第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁結合されて前記第１のコイルより巻き数の多い第２のコイルと、前記第２のコイルと並列接続されて前記第２のコイルとで共振器が構成される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに並列接続されて一端が接地される１または複数の第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサに並列接続されて一端が接地される１または複数の動作回路と、それぞれの前記第２のコンデンサおよび前記動作回路と前記接地点との間に設けられるスイッチと、送信時に前記共振器を駆動して前記共振器から所定の周波数の共振信号を出力し、受信時には不活性状態となる第１のトランジスタとを有することを特徴とする。

以上のように、本発明の多周波数送受信回路によると、共振信号の出力を向上させることができる。

実施の形態１における多周波数送受信回路の構成を説明する図実施の形態２における多周波数送受信回路の構成を説明する図実施の形態３における多周波数送受信回路の構成を説明する図実施の形態３における多周波数送受信回路の構成を説明する図従来の多周波数送受信回路の構成を説明する回路図

本発明の多周波数送受信回路は、共振器を構成するコイルに電磁結合する励起用コイルを接続し、トランジスタなどの素子で励起コイルを駆動して共振コイルにエネルギーを送り込み、共振器を構成する共振器用のコイルと出力増幅用の励起用コイルとでトランスを形成することにより、高出力の共振信号を発生すると共に、受信した共振信号をセンスアンプに取り出すことができる回路である。また、本発明の多周波数送受信回路をセキュリティタグに組み込む場合は、所定の周波数の励起信号を共振器で受信すると、容量としての性質を持つ電磁ブザー等の容量として作用する動作回路を共振器用コイルとして用いれば、ブザー等に接続されるスイッチを導通させることにより、例えば大きな音でブザー等を鳴らすことができる。さらに、共振器を構成する共振器用のコンデンサに並列接続される周波数選択用のコンデンサにスイッチを直列接続することにより、容易に多周波数送受信回路の共振周波数を選択することができるものである。

本発明の多周波数送受信回路を多周波数送信回路として用いる場合は、トランジスタから励起用コイルに励磁されたエネルギーを電磁結合されている共振器を構成するコイルに伝え、スイッチで選択的に設定された周波数の高周波信号を出力することができる。ここで電磁結合されたコイルと励起用コイルの巻き数比を変えることにより大きなエネルギーを共振器に伝えることも可能になる。

以下、具体的な構成について、図面を用いて実施の形態として説明する。
（実施の形態１）
まず、図１を用いて実施の形態１における多周波数送受信回路の構成を説明する。

図１は実施の形態１における多周波数送受信回路の構成を説明する図である。
図１に示すように、実施の形態１における多周波数送受信回路は、共振器１，コイル２およびコイル２を介して共振器１に接続される送受信制御用トランジスタ３から構成される。共振器１はコイル４とコンデンサ５とが並列接続され、さらに、１または複数のコンデンサ６が独立してコンデンサ５と並列接続され、各コンデンサ６はそれぞれ、１つのスイッチ７を介して接地される構成である。また、共振器１は直流電源８により電源供給される。共振器１にはコンデンサ９を介してセンスアンプ１０等の出力回路を接続してもよく、励起信号を受信した場合に、共振信号をセンスアンプ１０で検知し、警報の発報等の所定の動作を行うことができる。また、送受信制御用トランジスタ３には駆動信号が入力され、駆動信号により送受信制御用トランジスタ３を活性化することができる。

このような構成の多周波数送受信回路において、励起用の１次コイルをコイル２、２次コイルをコイル４としてトランス１１が構成される。送信回路として機能する場合は、１次コイルであるコイル２に接続される送受信制御用トランジスタ３を駆動信号により駆動することで、共振器１で生成した共振信号を出力する。受信回路として機能する場合は、送受信制御用トランジスタ３を不活性にしておき、励起信号を共振器１で受信し、２次コイルであるコイル４上端側に接続されるセンスアンプ１０に共振信号を出力する。なお、受信感度を上げるため、コイル４自体をタップ付きコイルにすることも可能である。また、スイッチ７の閉開は、外部から、それぞれのスイッチ７に独立して入力されるコントロール信号により制御できる。

この回路において、コンデンサ５は、最も高い周波数用のコンデンサ用である。それより低い周波数に対応させるため、スイッチ７で制御されるコンデンサ６を用いる。共振周波数の選択はスイッチ７の開閉によって行う。すなわち、１または複数のスイッチ７を接続状態にすることによりそれに対応するコンデンサ６を導通させ、導通させたコンデンサ６とコンデンサ５とにより共振器１の共振周波数を設定する。また、共振周波数は導通させるコンデンサ６の組み合わせにより、共振器１のコンデンサ容量を設定して決定される。コンデンサ６のそれぞれの容量は、選択対象となる共振周波数に合わせた容量のコンデンサを用いることもできる。

以上のように、共振器１のコイル４を２次コイルとし、コイル４と密に結合されるコイル２を１次コイルとしてトランス１１を形成し、コイル４の巻き数をコイル２の巻き数よりも大きくすることにより、共振信号の電圧を昇圧し、共振信号の出力を向上させることができる。また、コンデンサ５に並列接続される１または複数のコンデンサ６を、それぞれスイッチ７により導通を制御可能なように設けることにより、スイッチ７を選択的に導通させることで、コンデンサ６が、コイル４に対して並列に接続されることになり、コイル４とコンデンサ５によって決まる共振周波数より低い任意の周波数に対応した共振器１を構成でき、容易に多周波数対応の送受信回路を実現できる。
（実施の形態２）
次に、図２を用いて実施の形態２における多周波数送受信回路の構成を説明する。

図２は実施の形態２における多周波数送受信回路の構成を説明する図である。なお、図２においては、コンデンサ６（図１）について省略するが、図１に準じて、コンデンサ５に並列接続される１または複数のコンデンサ６を設けることもできる。

図２に示すように、実施の形態２の多周波数送受信回路は、実施の形態１の多周波数送受信回路における１つのコンデンサ６（図１）をブザー１６に置き換えることが特徴である。

ブザー１６としてはピエゾ効果を利用した圧電ブザーを使うことが多く、圧電ブザーは電子回路的には容量性負荷となる。そのため、このブザー１６の容量を低周波の共振容量であるコンデンサ６（図１）として利用すれば、図２に示すように１つのコンデンサ５だけで２つの共振周波数から１つの共振周波数を選択でき、ゲート信号の送受信と、昇圧機能を持つブザー駆動回路を実現できる。さらに、容量の異なる複数のブザー１６と、複数のブザー１６それぞれに設けられるスイッチ７とを備えることにより、複数の共振周波数から１つの共振周波数を選択できる多周波数送受信回路を構成することもできる。

また、防犯タグは、店舗等の出入り口に設置されたゲートから発報される高周波励起信号を受信し、その励起信号の受信を検知すると、同じ周波数の減衰信号を発生してタグの存在を知らせることが必要とされることがある。この信号も受信信号に同調を取っておきトランジスタ３で励起することにより発生できる。

本実施の形態の多周波数送受信回路を防犯タグに用いる場合、コンデンサ６（図１）の組み合わせにより生成する所定の周波数の共振信号を発信するとともに、ゲートから供給される所定の周波数の励起信号を受信したり、タグに異常が発生した場合に、数ｋＨｚのブザー音を発生することができる。そして、共振器１のコイル４を２次コイルとし、コイル４と密に結合されるコイル２を１次コイルとしてトランス１１を形成し、コイル４の巻き数をコイル２の巻き数よりも大きくすることにより、共振信号の電圧を昇圧し、共振信号の出力を向上させ、ブザー１６の発信音を大きくすることができる。

さらに、ブザーの容量値が共振容量として小さい場合には、コンデンサ１７をブザー１６に対して並列に設けても良い。コンデンサ１７を設けることにより、共振器１がより共振し易くなり、ブザー１６の発信音を大きくすることができる。

以上のように、実施の形態１の多周波数送受信回路において、１つのコンデンサ６（図１）をブザー１６に置き換えることにより、容易に多周波数対応の送受信回路を実現しながら、共振信号の出力を向上させることができると共に、容易にブザーの出力を向上させることができる。
（実施の形態３）
次に、図３，図４を用いて実施の形態３における多周波数送受信回路の構成を説明する。

図３，図４は実施の形態３における多周波数送受信回路の構成を説明する図であり、図３は実施の形態２におけるバイポーラトランジスタにより制御する多周波数送受信回路の構成を説明する図、図４は実施の形態２におけるＭＯＳＦＥＴにより制御する多周波数送受信回路の構成を説明する図である。

コンデンサ６およびブザー１６を制御するスイッチ７（図１，図２参照）は、交流信号を制御するので双方向に導通する構成でなければならないため、図３に示すように、トランジスタ１２とダイオード１３とを並列接続する構成とすることもできる。このようなスイッチにおいて、ダイオード１３に電流が流れる期間にトランジスタ１２を遮断すれば、トランジスタ１２に電流が流れ始めるところでスイッチ７は遮断し、容量であるコンデンサ６やブザー１６のスイッチの機能を実現する。

また、コンデンサ６およびブザー１６を制御するスイッチとして、スイッチ７（図１，図２参照）に代わり、図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１４を設けても良い。ＭＯＳＦＥＴ１４を用いた場合、一般に、ＭＯＳＦＥＴは提案する回路に必要なダイオードが組み込まれているため、ダイオード１３を設ける必要がなくなる。また、ＭＯＳＦＥＴは電圧でスイッチングを制御できるため、バイポーラトランジスタでは必要であった、制御信号に介在させる抵抗１５が不要となる。このように、スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いることにより、多周波数送受信回路の簡素化を実現することができる。

１共振器
２コイル
３送受信制御用トランジスタ
４コイル
５コンデンサ
６コンデンサ
７スイッチ
８直流電源
９コンデンサ
１０センスアンプ
１１トランス
１２トランジスタ
１３ダイオード
１４ＭＯＳＦＥＴ
１５抵抗
１６ブザー
１７コンデンサ
２０共振器
２１コイル
２２コンデンサ
２３コンデンサ
２４ダイオード
２５ダイオード
２６直流電源
２７トランジスタ
２８抵抗
２９コンデンサ
３０アンプ

Claims

第１のコイルと、
前記第１のコイルに電磁結合されて前記第１のコイルより巻き数の多い第２のコイルと、
前記第２のコイルと並列接続されて前記第２のコイルとで共振器が構成される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに並列接続されて一端が接地される１または複数の第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに並列接続されて一端が接地される１または複数の動作回路と、
それぞれの前記第２のコンデンサおよび前記動作回路と前記接地点との間に設けられるスイッチと、
送信時に前記共振器を駆動して前記共振器から所定の周波数の共振信号を出力し、受信時には不活性状態となる第１のトランジスタと
を有することを特徴とする多周波数送受信回路。
前記動作回路がブザーであることを特徴とする請求項１記載の多周波数送受信回路。
前記スイッチが、
それぞれの前記第２のコンデンサと前記接地点との間に設けられる第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタに並列配置されて前記接地点から前記第２のコンデンサに向かう向きにのみ導通するダイオードと
で構成され、前記第２のトランジスタのベース端子への入力信号によって前記第２のコンデンサと前記接地点との間の導通を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多周波数送受信回路。
前記スイッチが、ＭＯＳＦＥＴで構成され、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子への入力電圧によって前記第２のコンデンサと前記接地点との間の導通を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多周波数送受信回路。
前記ブザーに並列接続する第３のコンデンサをさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の多周波数送受信回路。