JP4475848B2 - 積層型バラントランス - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、バラントランスに関し、特に例えば無線機等の高周波回路における伝送線路の平衡伝送信号及び不平衡伝送信号を相互に変換する為の信号変換器などに用いる積層型バラントランスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話等の高周波回路では、近年、例えばRFアンプへの入力信号については耐ノイズ性能を向上させるため、平衡信号を使う機会が増えてきている。このとき、アンテナからの信号は不平衡信号であるため、バラントランスを用いて不平衡信号を平衡信号に相互変換しなければならない。
【0003】
バラントランス9は、例えば、図6の等価回路に示すように3つの入出力端子21、22a、22bと2つの部分からなるストリップライン24a、24bとストリップライン25a、25bを有する。そして、ストリップライン24aがストリップライン25aに、ストリップライン24aがストリップライン25bに夫々電磁界結合可能に対向している。
【0004】
このバラントランス9を用いて、ストリップライン24a、24bの信号及びストリップライン25a、25bの信号を相互に変換するためには、例えば、1つの入出力端子21にストリップライン24a、24bが接続され、他の2つの入出力端子22a、22bにストリップライン25a、25bがそれぞれ接続される。そして、バラントランス9によって、ストリップライン24a、24bの信号がストリップライン25a、25bに取り出され、あるいは、ストリップライン25a、25bの信号がストリップライン24a、24bに取り出される。このとき、入力端子と出力端子間の挿入損失は0に近いほど良い。
【0005】
一方、図7に誘電体層を積層してバラントランスを形成した積層型バラントランスの構造を示す。本構造としては、誘電体層27a〜27dが積層された積層体の誘電体層27bの一方主面に一方が入力側の端子21に接続され、他方が開放されたλ/2のストリップライン24が、誘電体層27c他方主面に、一方がアース電極23a、23bに接続され、他方が出力側となるλ/4のストリップライン25a及び25bを形成し、アース電極23bが第2ストリップライン5a及び第3ストリップライン5bと対面して形成している。
【0006】
これにより、図6で示す等価回路のバラントランス9を形成している。このバラントランス9では、信号入力端子21から信号が入力されると、ストリップライン24aの信号は電磁結合によりストリップライン25aに伝達され、外部電極22aから出力される。また、ストリップライン24bの信号も電磁結合によりストリップライン24bに伝達され、外部電極22bから出力される。このとき、バラントランス9が形成される誘電体層27a〜27dの厚みは、外部電極22a及び22bから出力される信号のレベルが等しくなるように、適宜設定されている。このようにして、外部電極22a及び22bから出力される信号の位相は、レベルが等しく、互いに180度ずれたものになる。
【0007】
このような積層型バラントランスでは携帯電話等において上側のアース電極23aによりストリップライン24に入るノイズを遮断するように構成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、携帯電話等の小型化に伴って、それに搭載される電子部品も小型化が要求されるため、小型の積層型バラントランスを用いるには、高誘電率の誘電体材料を用いてストリップライン長を短くする必要が生じている。
【0009】
しかしながら、従来のガラスエポキシ材に代表される低誘電率材料では周波数のストリップライン長の短縮率が低く、小型化が困難となっていた。
【0010】
そこで、セラミック材に代表される高誘電率材料が用いられる機会が増えているが、高誘電率材料を用いた場合にストリップライン同士やグランドとストリップライン間に形成される容量が強くなるため、通過帯域にリップル等が生じ、挿入損失が大きくなるという問題点を有していた。
【0011】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的はストリップライン間の結合レベルを最適な構造に設計することにより、小型の積層型バラントランスを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を達成するために本発明では、複数の誘電体層を積層してなる積層体の誘電体層間にλ/2の長さの帯状の第1ストリップラインを形成し、前記誘電体層間とは異なる1つの誘電体層間にλ/4の長さの帯状の第2ストリップラインおよびλ/4の長さの帯状の第3ストリップラインを前記第1ストリップラインの長さ方向に沿って並べて配置するとともに、前記第1ストリップラインと前記第2ストリップラインおよび前記第3ストリップラインのそれぞれとが前記誘電体層を介して電磁界結合可能に対向してなる積層型バラントランスにおいて、前記第1ストリップラインの幅方向の中心線に対して、前記第2ストリップラインおよび前記第3ストリップラインの幅方向の中心線を前記積層体の平面視で一致しないように配置したことを特徴とする積層型バラントランスを提供する。
【0013】
【作用】
本発明によれば、積層型バラントランスは、第1ストリップラインの幅方向の中心線と、第2ストリップラインおよび第3ストリップラインの幅方向の中心線とが偏位するように配置したことより、第1ストリップラインの幅方向の中心線と、第2ストリップラインおよび第3ストリップラインの幅方向の中心線とを一致させた場合に比べてストリップライン間同士の容量結合を緩和させることができ、リップル等の発生をおさえ、挿入損失を少なくすることができる。
【0014】
このようにして、ストリップライン間の結合レベルの調整を容易となるため、高誘率材料を誘電体層に用いてストリップライン長を短縮してもリップルを抑えた小型の積層型バラントランスを提供することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。
【0016】
図1はこの発明の積層型バラントランスの全体構造を示す斜視図、図2は図1に示す実施例の積層体の分解斜視図、図3は第2層と第3層の積層状態での上面からの透視図、図4は本発明のストリップラインを渦巻状にした積層型バラントランスの分解斜視図である。
【0017】
本発明の積層型バラントランス8は、誘電体層7a、7b、7c、7dを順次積層した積層体7と、この積層体7の側面に図1に示すように、外部電極1b、2a、2b、1c、1dが形成されてなる。外部電極1bは不平衡信号の外部入出力端子電極として、1c、1dは平衡信号の外部入出力端子電極として、2a、2bは側面アース電極としてそれぞれ用いられる。詳しい構造を以下に示す。最上部の誘電体層7aの上面である一方主面にアース電極3aが形成され、このアース電極3aは、最下部の誘電体層7dの一方主面に形成されたアース電極3bと、側面アース電極2a、2bによって接続されている。なお、この側面アース電極2a、2bは、積層体7の上面及び下面のアース電極3a、3bに接続される。
【0018】
上から2番目の誘電体層7bの一方主面には、帯状の第1ストリップライン4が形成されている。第1ストリップライン4においてはその外側端部は誘電体層7bの側面側に引き出されて、そこに形成した不平衡信号の外部入出力端子電極1bと接続される。
【0019】
上から3番目の誘電体層7cの一方主面には、帯状の第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bが形成されている。なお、第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bの一方の端部は側面側に引き出されて、そこに形成した側面アース電極2a、2bと接続される。また、第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bの他方の端部は別の側面に引き出されて、そこに形成した平衡信号の外部入出力端子電極1c、1dと接続される。
【0020】
最下部の誘電体層7dの一方主面には、前述した平衡信号の外部入出力端子電極1c、1d、不平衡信号の外部入出力端子電極1b、アース電極3bが形成されている。
【0021】
上述のように構成された積層体7は誘電体の材質として誘電体セラミック材料と低温焼成を可能とする焼結助剤や低融点ガラス材料とから構成されている。具体的には、誘電体セラミック材料としては、例えば、BaO−TiO2系、Ca−TiO2系、MgO−TiO2系等があり、前出の材料を使用すれば、誘電率が高いことにより、少ない面積でも充分な静電容量が得られるので、ストリップライン長を短縮でき、小型化に貢献できる。また、Q値が高く、周波数に対する特性が顕著になる。焼結助剤としては、例えば、BiVO4、CuO、Li2O、B2O3等がある。誘電体層の1層厚みは50〜300μm程度を有している。
【0022】
ここで第1ストリップライン4、第2ストリップライン5a、第3ストリップライン5b、アース電極3a、3b、側面アース電極2a、2bの電極材料としては導電体ペーストが用いられる。この導電性ペーストは導体材料とビヒクルとからなり、導体材料には特に導体抵抗値の低い材料が適しており、例えば、AgやCuを主成分とする導体材料が望ましい。また、アース電極3a、3b、側面アース電極2a、2bの場合、積層体7の電極表面を酸化などの腐食から保護するため、電極表面にメッキ処理をすることが望ましい。メッキ材料にはAuが一般的であるが、Ni等の中間メッキ層を形成してもよい。
【0023】
これら誘電体層7a〜7dを積層し、焼成により得られた積層体7の表面をガラス、樹脂等でコーティングして積層型バラントランス8を得ることができる。
【0024】
このような積層型バラントランス8の第1ストリップライン4は略λ/2の長さに、第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bは略λ/4に設定されており、使用周波数域では略λ/4の共振状態になっている。
【0025】
ここで、本発明の特徴部分は、第1ストリップライン4の幅方向の中心線に対して第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bの幅方向の中心線が偏位するように配置している点である。ここで中心線が偏位するように配置するとは、中心線同士が積層体7の平面視で一致しないように配置することである。従って、例えば、第1ストリップライン4の中心線と第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bの中心線とが全く重ならない場合以外に、交差する場合も含まれる。
【0026】
また、ストリップラインの幅方向の中心線とは、ストリップラインの幅方向の中心を通る長手方向の線と定義する。
【0027】
例えば、図3に誘電体層7b、7cを上面から透視して見た透視図を示す。図によれば、第1ストリップライン4と第2ストリップライン5aおよび第3ストリップライン5bの幅方向の中心線は距離Sだけずれている。この距離Sのずれにより各ストリップライン間の容量結合を緩和させることができる。この理由は、例えば、第1ストリップライン4の幅方向の中心線と第2ストリップライン5aの幅方向の中心線とを一致させた場合には、容量結合が最大となっている。そして、これらの中心線を一致させないようにすると、対向するストリップライン間の容量結合が減少していく。従って、それぞれのストリップライン間同士で結合する容量結合を一致させたときに比べて緩和させることができるので、リップル等を抑えながら不平衡信号の外部入出力端子電極1bから出力される信号のレベルを調節して伝送特性を向上させることが容易になる。なお、第2ストリップライン5aの中心線および第3ストリップライン5bの中心線は必ずしも一致させる必要はない。
【0028】
さらには、図4に示すように、帯状の第1ストリップライン4と第2ストリップライン5aと第3ストリップライン5bとは直線上に形成するのに限定されず、第1ストリップライン4と第2ストリップライン5aと第3ストリップライン5bとをそれぞれ蛇行または渦巻状に形成してもよい。これによっても出力レベルを調節して向上させることが容易になる。
【0029】
図2の構造の積層型バラントランスを作製して伝送特性をみる実験を行った。誘電体材料の比誘電率として10.0のものを用い、積層体の大きさが縦24mm×横1.1mm、厚さt=0.3mmの伝送特性を図5に示す。このとき、伝送特性の6aは偏位量がS=0の伝送特性で、6bは偏位量S=120mmの伝送特性である。図5から分るように、Sを0から120に変化させることによって、リップルが減少し、伝送特性が向上していることが分る。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、各誘電体層を介して対向するストリップラインの幅方向の中心線を平面視で偏位するように配置したので、ストリップライン間の結合レベルの調整を容易にし、リップル等の発生をおさえ、挿入損失の少ない積層型バラントランスを提供することが可能となる。
【0031】
よって、ストリップライン長を短縮できる高誘電率材料での設計を可能にし、小型の積層型バラントランスを提供することができ、携帯電話等の高周波回路ひいては携帯電話を軽量小型化することに貢献する。
【0032】
また、それぞれのストリップラインを蛇行または渦巻状に形成することにより、出力のレベルをさらに向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の積層型バラントランスの斜視図である。
【図2】 本発明の積層型バラントランスの分解斜視図である。
【図3】 本発明の積層型バラントランスの誘電体層11bと11cの上面からの透視図である。
【図4】 本発明の他積層型バラントランスの分解斜視図である。
【図5】 本発明の実施例の特性図である。
【図6】 バラントランスの等価回路図である
【図7】 従来の積層型バラントランスの分解斜視図である。
【符号の説明】
1b 不平衡信号の外部入出力端子電極
1c、1d 平衡信号の外部入出力端子電極
2a、2b 側面アース電極
3a、3b アース電極
4 第1ストリップライン
5a 第2ストリップライン
5b 第3ストリップライン
6a、6b 伝送特性
7 積層体
7a〜7d 誘電体
8 積層型バラントランス
9 バラントランス
Claims (1)
- 複数の誘電体層を積層してなる積層体の誘電体層間にλ/2の長さの帯状の第1ストリップラインを形成し、前記誘電体層間とは異なる1つの誘電体層間にλ/4の長さの帯状の第2ストリップラインおよびλ/4の長さの帯状の第3ストリップラインを前記第1ストリップラインの長さ方向に沿って並べて配置するとともに、前記第1ストリップラインと前記第2ストリップラインおよび前記第3ストリップラインのそれぞれとが前記誘電体層を介して電磁界結合可能に対向してなる積層型バラントランスにおいて、前記第1ストリップラインの幅方向の中心線に対して、前記第2ストリップラインおよび前記第3ストリップラインの幅方向の中心線を前記積層体の平面視で一致しないように配置したことを特徴とする積層型バラントランス。
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