JP4415836B2 - 高周波トランスおよびそれを用いる放送信号用分配器 - Google Patents

Description

本発明は、放送用信号を分配する分配器を構成するフェライト巻線型のインピーダンス変成トランスや分配トランスなどとして好適に実施される高周波トランスおよびそれを用いる放送信号用分配器に関する。

高周波信号を伝送する配線システムにおいて、信号を複数に分配するにあたって、比較的帯域が狭い場合には、ストリップラインの長さなどによってインピーダンスの合せ込みを行うことができる。しかしながら、放送波のように比較的広帯域の信号を分配するために用いられる分配器には、前記フェライト巻線型トランスを用いた回路構成が採用される場合が多い。この際、本件発明者が先に提案した特許文献１にも示されるように、分配することによって発生するインピーダンスの不整合を整合するための前記インピーダンス変成トランスと、信号を分ける分配トランスとの２種類の高周波トランスが使用される。

図１８は、その特許文献１に示される典型的な従来技術のインピーダンス変成トランス１０１を詳しく示す斜視図であり、図１９はそれにおけるコア１０２の六面図である。図１９（ａ）は平面図であり、図１９（ｂ）は正面図であり、図１９（ｃ）は右側面図である。底面図は前記図１９（ａ）と同様に現れ、背面図は前記図１９（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図１９（ｃ）と同様に現れる。前記コア１０２は、２つの貫通孔１０３，１０４が形成された、通称、眼鏡型コアである。

前記コア１０２の一方の面１０５から、一方の貫通孔１０３に巻線１０６が挿通され、他方の面１０８から引出された巻線１０６は、折返されて他方の貫通孔１０４に挿通され、前記一方の面１０５から引出される。このようにして、所望の回数繰返し巻付けられた巻線１０６と同様に、巻線１０７が所望の回数巻付けられる。そして、それらの巻線１０６，１０７の一方が貫通孔１０３から突出した線、他方は貫通孔１０４から突出した２本の線１０９を撚り合わせ、インピーダンス変成比によって決定した巻数比から、巻線１０６または巻線１０７の一方を入力とし、他方を接地し、２本の線１０９を出力とすることで、入出力のインピーダンスを変成する。
特開２００１−３４５２１６号公報

上述のように構成されるインピーダンス変成トランス１０１において、広帯域に良好な特性を保つためには、接地する側のインピーダンスを、必要帯域内で高く保つ必要がある。しかしながら、インピーダンス変成トランス１０１を大型化したり、巻線長を長く（巻数を多くすることを含む）した場合は、低周波域のインピーダンスは高くできるが、高周波域のインピーダンスが大幅に低くなり、広帯域化は困難になるという問題がある。

本発明の目的は、巻線の全長を変えずに低周波域からインピーダンスを増大し、高周波域のインピーダンス低下を抑えることができる高周波トランスおよびそれを用いる放送信号用分配器を提供することである。

本発明の高周波トランスは、２つの貫通孔が形成されたコアの一方の面から複数の巻線が挿通され、他方の面で折り返されて前記２つの貫通孔間に１または複数回巻回されて成る高周波トランスにおいて、前記コアの他方の面側で、前記２つの貫通孔間を折返す巻線の露出部を覆い、磁性材料から成る被覆部材を備え、前記コアには、前記他方の面において巻回されている巻線と一直線上となる１８０°対向位置から、前記一方の面における同じ１８０°対向位置に延び、２つの貫通孔をそれぞれ外周部へ開放するスリットが形成され、前記被覆部材は、前記コアに対向する面から前記スリットに対応する突条が形成され、前記コアの他方の面側から前記突条が前記スリットに一致するように嵌め込まれることで、該被覆部材の位置決めが行われることを特徴とする。

上記の構成によれば、放送信号用分配器に用いられるインピーダンス変成トランスや分配トランスなどの広い帯域を均等に分配するためにフェライトなどの磁性材料から成るコアに巻線を巻回して成る高周波トランスにおいて、２つの貫通孔が形成された、通称、眼鏡型コアを用いるにあたって、複数の巻線は前記コアの一方の面から挿通され、他方の面で折り返されて２つの貫通孔間を巻回され、該一方の面から引出されるが、前記コアの他方の面側は、従来、露出して空芯部分と同様になっていたのに対して、本発明では、その部分を、前記フェライト等の前記コアと同一材料などの磁性材料から成る、たとえば帽子状の被覆部材を被せて覆うことで、磁束の漏れを抑え、コアに巻いたのと同様の効果を持たせる。

したがって、巻線の全長を変えずに低周波域からインピーダンスを増大し、高周波域のインピーダンス低下を抑えることができ、該高周波トランス自体での損失を低減することができる。

また、前記コアには、前記他方の面において巻回されている巻線と一直線上となる１８０°対向位置から、前記一方の面における同じ１８０°対向位置に延び、２つの貫通孔をそれぞれ外周部へ開放するスリットを形成しておき、前記被覆部材には、前記コアに対向する面から前記スリットに対応する突条を形成しておくことで、前記コアの他方の面側から前記突条が前記スリットに一致するように嵌め込むだけで、磁気特性が変化することはなく、前記被覆部材の位置決めを行い、組立て時の位置ずれを防止することができる。さらにまた、巻線は開放したスリット部分から巻付けることができるので、巻線し易くし、機械化に好適である。

また、本発明の放送信号用分配器は、前記コアが相互に等しいフェライトから成り、前記の高周波トランスから成るインピーダンス変成トランスおよび分配トランスを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のように損失を低減することができる高周波トランスを、インピーダンス変成トランスおよび分配トランスとして使用し、それらのコアを同じ材質および形状にすることで、前記被覆部材とともに部品の品種を削減し、使用数量を増やし、コストダウンを図ることができる。

本発明の高周波トランスは、以上のように、放送信号用分配器に用いられるインピーダンス変成トランスや分配トランスなどの広い帯域を均等に分配するためにフェライトなどの磁性材料から成るコアに巻線を巻回して成る高周波トランスにおいて、通称、眼鏡型コアを用いるにあたって、複数の巻線は前記コアの一方の面から挿通されて２つの貫通孔間を巻回され、該一方の面から引出されるが、前記コアの他方の面側は、従来、露出して空芯部分と同様になっていたのに対して、本発明では、その部分を、好ましくは前記フェライト等の前記コアと同一材料などの磁性材料から成る、たとえば帽子状の被覆部材を被せて覆うことで、磁束の漏れを抑え、コアに巻いたのと同様の効果を持たせる。

それゆえ、巻線の全長を変えずに低周波域からインピーダンスを増大し、高周波域のインピーダンス低下を抑えることができ、該高周波トランス自体での損失を低減することができる。

また、前記コアには、前記他方の面において巻回されている巻線と一直線上となる１８０°対向位置から、前記一方の面における同じ１８０°対向位置に延び、２つの貫通孔をそれぞれ外周部へ開放するスリットを形成しておき、前記被覆部材には、前記コアに対向する面から前記スリットに対応する突条を形成しておくことで、前記コアの他方の面側から前記突条が前記スリットに一致するように嵌め込むだけで、磁気特性が変化することはなく、前記被覆部材の位置決めを行い、組立て時の位置ずれを防止することができる。さらにまた、巻線は開放したスリット部分から巻付けることができるので、巻線し易くし、機械化に好適である。

また、本発明の放送信号用分配器は、以上のように、前記コアが相互に等しいフェライトから成り、前記の高周波トランスから成るインピーダンス変成トランスおよび分配トランスを備えて成る。

それゆえ、部品の品種を削減し、使用数量を増やし、コストダウンを図ることができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の第１の形態に係るインピーダンス変成トランス１の分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示す斜視図である。このインピーダンス変成トランス１は、大略的に、トランス部１０と、キャップ２０とで構成されている。

本発明のトランス部１０で使用するコア１２は、２つの貫通孔１３，１４が形成された、通称、眼鏡型コアである。前記コア１２の一方の面１５から、一方の貫通孔１３に巻線１６が挿通され、他方の面１８から引出された巻線１６は、折返されて他方の貫通孔１４に挿通され、前記一方の面１５から引出される。このようにして、所望の回数繰返し巻付けられた巻線１６と同様に、巻線１７が所望の回数巻付けられる。そして、それらの巻線１６，１７の一方が貫通孔１３から突出した線、他方は貫通孔１４から突出した２本の線１９を撚り合わせ、インピーダンス変成比によって決定した巻数比から、巻線１６または巻線１７の一方を入力とし、他方を接地し、２本の線１９を出力とすることで、入出力のインピーダンスを変成する。以上の構成は、従来のインピーダンス変成トランス１０１と同様である。

注目すべきは、本発明のインピーダンス変成トランス１は、上述のように構成されるトランス部１０において、コア１２の他方の面１８側で、前記２つの貫通孔間１３，１４を折返す巻線１６，１７の露出部を覆い、コア１２と同じ磁性材料であるフェライトから成り、被覆部材であるキャップ２０が被せられることである。

図３は、キャップ２０の六面図である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は正面図であり、図３（ｃ）は右側面図であり、図３（ｄ）は底面図である。背面図は前記図３（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図３（ｃ）と同様に現れる。これらの図３および前述の図１を参照して、キャップ２０には、トランス部１０側に、前記巻線１６，１７を収容する凹所２１が形成され、該キャップ２０は、大略的に舟型に形成されている。

図４および図５は、本件発明者の実験結果を示すグラフである。図４は反射特性を示すグラフであり、図４（ａ）は入力反射特性を示し、図４（ｂ）は出力反射特性を示す。また、図５は挿入損失を示すグラフであり、図５（ａ）は放送信号用分配器に想定される３ＧＨｚまでの特性を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）において、広く用いられる１．５ＧＨｚまでの特性を拡大して示す。測定は、図６で示すように、基板２２に上述のように構成されるインピーダンス変成トランス１を取付けて行っている。

図４（ａ）において、参照符号α１１は本発明のインピーダンス変成トランス１の特性であり、参照符号α２１は従来、すなわち前記キャップ２０を取付けない状態での特性である。同様に、図４（ｂ）において、参照符号α１２は本発明のインピーダンス変成トランス１の特性であり、参照符号α２２は従来の特性である。また、図５（ａ）および図５（ｂ）においても、参照符号α１３は本発明のインピーダンス変成トランス１の特性であり、参照符号α２３は従来の特性である。

したがって、図４（ｂ）の出力反射特性を損なうことなく、図４（ａ）のほぼ全域で入力反射特性を向上していることが理解される。また、図５の挿入損失では、高周波域で若干特性が低下しているものの、実用帯域（低域から１．５ＧＨｚあたりまで）で特性を大きく向上していることが理解される。

以上のように、従来では、巻線１６，１７が露出して空芯部分と同様になっていたコア１２の他方の面１８側を、本発明では、前記コア１２と同一材料のフェライトから成る帽子状のキャップ２０を被せて覆うことで、磁束の漏れを抑え、巻線１６，１７の他方の面１８から露出する線長をもコアに巻いたのと同様の効果を持たせることができる。したがって、巻線１６，１７の全長を変えずに、該インピーダンス変成トランス１の接地側のインダクタンスを増加し、ＧＮＤに抜ける電力を低減することで、低周波域からインピーダンスを増大し、高周波域のインピーダンス低下を抑えることができ、該インピーダンス変成トランス１自体での電力損失を低減することができる。

図７は、上述のように構成されるインピーダンス変成トランス１を用いて構成される放送信号用分配器３０の斜視図である。この放送信号用分配器３０は、前記インピーダンス変成トランス１に、分配トランス３１が、同じ基板３２に取付けられて構成されている。

図８は、前記分配トランス３１の分解斜視図であり、組立て状態での外観は前記図２と等しくなる。この分配トランス３１は、インピーダンス変成トランス１に類似しており、対応する部分には同一の参照符号に添字ａを付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この分配トランス３１のコア１２ａと、インピーダンス変成トランス１のコア１２とは、相互に等しい材料のフェライトから成り、したがってそれらに被せられるキャップ２０，２０ａも、相互に等しい材料のフェライトから成ることである。そして、両者は、巻線１６ａ，１７ａの構造が異なるだけである。すなわち、図１のインピーダンス変成トランス１では、巻線１６が１回巻であり、巻線１７が３回巻であるのに対して、この分配トランス３１では、巻線１６ａ，１７ａ共に１回巻である。

前記巻数比や巻線１６，１７，１６ａ，１７ａの太さなどは、整合すべきインピーダンスや分配比などに応じて適宜変更される。図７の例では、入力側にインピーダンス変成トランス１を備え、出力側に分配トランス３１を備え、分配トランス３１における巻線１６ａ，１７ａの巻数比は、２分配で１：１である。前記特許文献１のように、入力側に分配トランス３１を備え、出力側に２つのインピーダンス変成トランスを設ける等、分配器の構造は、適宜選択されればよい。また、分配数も、２分配に限るものではない。

図９は、分配トランスの等価回路図である。分配トランスは、信号を分配する働きのみではなく、端子間のアイソレーション（所謂、端子間結合損失）特性が該分配トランスによって決まる。図１０に示すように、従来の分配トランス１１１は、円筒形のフェライトコア１１２に貫通穴１１３を設け、貫通穴１１３に通した巻線１１４と巻線１１５との端部１１６をフェライトコア１１２の側面の略中央で撚り合わせられて構成されている。この端部（入力線）１１６から入力された信号が巻線１１４，１１５の撚り合わせない側（出力線）に分配されて出力される。または、逆に巻線１１４，１１５の撚り合わせない側から信号を入力すると、端部１１６に合成されて出力される。ここで、分配器の出力アイソレーション特性が成り立つためには、巻線１１４，１１５の一方から入力された信号が他方には出力されず、同様に他方から入力された信号も一方には出力されないことが必要である。

この出力端子間アイソレーションを成立させる為には、入力線の特性インピーダンスＺｉｎと、フェライトコア１１２内を巻線１１４，１１５が通った部分の内部インピーダンスＺとが、使用帯域内で等しいことが条件となる。つまり、フェライトコア１１２内を巻線１１４，１１５が通った部分は、広帯域にインピーダンスが一定で、入力線が接続される側の特性インピーダンスと等しく設計する必要がある。

したがって、キャップ２０ａを被せた分配トランス３１を用い、巻線１６ａ，１７ａの撚り合わせ部以外の露出部を無くすことで、内部インピーダンスの周波数特性を低減し、端子間アイソレーションの広帯域化を行うことができる。また、コア１２，１２ａおよびキャップ２０，２０ａを、それぞれ同じ材質および形状にすることで、部品の材料の種類を余計に増やさずに済み、使用数量を増やすことで分配器３０のコストダウンを図ることができる。

図１１は、本件発明者の実験結果を示すグラフであり、前記分配トランス３１の端子間結合損失を示す。測定は、図１２で示すように、基板３３に上述のように構成される分配トランス３１を取付けて行っている。

図１１において、参照符号α１４は本発明の分配トランス３１の特性であり、参照符号α２４は従来、すなわち前記キャップ２０ａを取付けない状態での特性である。したがって、実用帯域（３００ＭＨｚ以上）で特に大きく、ほぼ全域で端子間アイソレーションを向上していることが理解される。

［実施の形態２］
図１３は本発明の実施の第２の形態に係るインピーダンス変成トランスにおけるコア４２の六面図であり、図１４はそれに対応するキャップ５０の六面図である。図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）は正面図であり、図１３（ｃ）は右側面図であり、図１３（ｄ）は底面図である。背面図は前記図１３（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図１３（ｃ）と同様に現れる。同様に、図１４（ａ）は平面図であり、図１４（ｂ）は正面図であり、図１４（ｃ）は右側面図であり、図１４（ｄ）は底面図である。背面図は前記図１４（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図１４（ｃ）と同様に現れる。

本実施の形態での巻線構造は、前述の図１と同様であり、前述のコア１２およびキャップ２０が、それぞれコア４２およびキャップ５０に変更されており、類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、コア４２には、他方の面１８において、巻回されている巻線１６，１７と一直線上となる１８０°対向位置に、前記貫通孔１３，１４の軸線方向に延びる凹所４３，４４が形成されており、これに対応してキャップ５０は、前記コア４２と同一材料であるフェライトから成り、かつ前記コア４２に対向する面４９から、前記凹所４３，４４に対応する突起４５，４６が立設されていることである。

したがって、前記キャップ５０をコア４２に取付けることで、前記凹所４３，４４に突起４５，４６が嵌り込み、位置決めが行われ、組立て時の位置ずれを防止することができる。また、キャップ５０とコア４２とを同一材料から形成することで、凹所４３，４４と突起４５，４６との嵌合によっても、磁気特性が変化することはない。なお、コア４２に突起４５，４６を設け、キャップ５０に凹所４３，４４を設けてもよく、それぞれに突起と凹所とを設けてもよく、さらに突起と凹所との組を３つ以上設けてもよい。

［実施の形態３］
図１５は、本発明の実施の第３の形態に係るインピーダンス変成トランス６１の組立て状態を示す斜視図である。このインピーダンス変成トランス６１も、トランス部６０と、キャップ７０とで構成されている。本実施の形態での巻線構造は、前述の図１と同様であり、前述のコア１２およびキャップ２０が、それぞれコア６２およびキャップ７０に変更されており、類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。

図１６はそれに用いられるコア６２の六面図であり、図１７はコア６２に対応するキャップ７０の六面図である。図１６（ａ）は平面図であり、図１６（ｂ）は正面図であり、図１６（ｃ）は右側面図である。底面図は前記図１６（ａ）と同様に現れ、背面図は前記図１６（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図１６（ｃ）と同様に現れる。同様に、図１７（ａ）は平面図であり、図１７（ｂ）は正面図であり、図１７（ｃ）は右側面図であり、図１７（ｄ）は底面図である。背面図は前記図１７（ｂ）と同様に現れ、左側面図は前記図１７（ｃ）と同様に現れる。

注目すべきは、コア６２には、第２の実施形態で説明した前記凹所４３，４４に代えて、他方の面１８から一方の面１５における同じ１８０°対向位置に延び、２つの貫通孔１３，１４をそれぞれ外周部へ開放するスリット６３，６４が形成されており、これに対応してキャップ７０には、前記突起４５，４６に代えて、前記スリット６３，６４に対応する突条６５，６６が設けられていることである。キャップ７０は、前記コア６２と同一材料であるフェライトから成る。したがって、前記キャップ７０をコア６２に取付けることで、前記スリット６３，６４に突条６５，６６が嵌り込み、位置決めが行われ、組立て時の位置ずれを防止することができる。

また、上述のように凹所と突起との嵌合によってコア６２に対するキャップ７０の位置ずれを防止するにあたって、その凹所を他方の面１８から一方の面１５へ向けて延び、前記貫通孔１３，１４をそれぞれ外周部へ開放するスリット６３，６４とし、その形成位置を前記コア６２の両面１５，１８において巻回されている巻線１６，１７と一直線上となる１８０°対向位置とすることで、巻線１６，１７は開放したこのスリット６３，６４部分から巻付けることができる。したがって、巻線し易くし、機械化に好適である。

本発明の実施の第１の形態に係るインピーダンス変成トランスの分解斜視図である。 図１で示すインピーダンス変成トランスの組立て状態を示す斜視図である。 図１で示すインピーダンス変成トランスに用いられるキャップの六面図である。 本件発明者の実験結果を示すインピーダンス変成トランスの反射特性のグラフである。 本件発明者の実験結果を示すインピーダンス変成トランスの挿入損失のグラフである。 図４および図５で示す特性の測定方法を示す斜視図である。 図１で示すインピーダンス変成トランスを用いて構成される放送信号用分配器の斜視図である。 図７で示す放送信号用分配器における分配トランスの分解斜視図である。 分配トランスの等価回路図である。 従来の分配トランスの斜視図である。 本件発明者の実験結果を示す分配トランスの端子間結合損失を示すグラフである。 図１１で示す特性の測定方法を示す斜視図である。 本発明の実施の第２の形態に係るインピーダンス変成トランスにおけるコアの六面図である。 図１３で示すコアに対応するキャップの六面図である。 本発明の実施の第３の形態に係るインピーダンス変成トランスの組立て状態を示す斜視図である。 図１５で示すインピーダンス変成トランスにおけるコアの六面図である。 図１６で示すコアに対応するキャップの六面図である。 典型的な従来技術のインピーダンス変成トランスを詳しく示す斜視図である。 図１８で示すインピーダンス変成トランスにおけるコアの六面図である。

１，６１ インピーダンス変成トランス
１０，６０ トランス部
１２，１２ａ，４２，６２ コア
１３，１４ 貫通孔
１５ 一方の面
１６，１７，１６ａ，１７ａ 巻線
１８ 他方の面
１９ ２本の線
２０，２０ａ，５０，７０ キャップ
２１ 凹所
２２，３２，３３ 基板
３０ 放送信号用分配器
３１ 分配トランス
４３，４４ 凹所
４５，４６ 突起
６３，６４ スリット
６５，６６ 突条

Claims (2)

1. ２つの貫通孔が形成されたコアの一方の面から複数の巻線が挿通され、他方の面で折り返されて前記２つの貫通孔間に１または複数回巻回されて成る高周波トランスにおいて、
   前記コアの他方の面側で、前記２つの貫通孔間を折返す巻線の露出部を覆い、磁性材料から成る被覆部材を備え、
   前記コアには、前記他方の面において巻回されている巻線と一直線上となる１８０°対向位置から、前記一方の面における同じ１８０°対向位置に延び、２つの貫通孔をそれぞれ外周部へ開放するスリットが形成され、
   前記被覆部材は、前記コアに対向する面から前記スリットに対応する突条が形成され、前記コアの他方の面側から前記突条が前記スリットに一致するように嵌め込まれることで、該被覆部材の位置決めが行われることを特徴とする高周波トランス。
2. 前記コアが相互に等しいフェライトから成り、前記請求項１記載の高周波トランスから成るインピーダンス変成トランスおよび分配トランスを備えることを特徴とする放送信号用分配器。

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