JP5703112B2

JP5703112B2 - インピーダンス変換回路

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Publication number: JP5703112B2
Application number: JP2011098064A
Authority: JP
Inventors: 弘之立原
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: JP2012231283A; WO2012147383A1

Description

本発明は、５０Ωと７５Ωの相互間のインピーダンス変換を行うことができるインピーダンス変換回路に関するものである。

欧州のカーラジオ及びアンテナは、ＦＭ帯におけるインピーダンスを主に５０Ωで規定しており、日本国内のカーラジオ及びアンテナは、ＦＭ帯におけるインピーダンスを主に７５Ωで規定している。この場合、アンテナおよびカーラジオを共通して使用する場合には、５０Ωインピーダンスのカーラジオと７５Ωインピーダンスのアンテナとの組み合わせ、もしくは、７５Ωインピーダンスのカーラジオと５０Ωインピーダンスのアンテナとの組み合わせで使用することになる。しかし、インピーダンスが異なったカーラジオとアンテナの組み合わせになることから、５０Ω→７５Ω、あるいは、７５Ω→５０Ωへのインピーダンス変換をして整合を取ることが必要になる。

インピーダンス変換をする手段としてインピーダンス変換トランスが従来から知られており、インピーダンス変換トランスＴの構成の一例を図１４に示す。
図１４に示すインピーダンス変換トランスＴは、コアに線材を巻くことにより構成されており、巻き線の中途に中間タップが設けられている。図１４において巻線の始端が端子［１］とされ、中間タップが端子［２］とされ、終端が端子［３］とされている。端子１−２間の巻き線数を５ターン、端子２−３間の巻き線数を１ターンとした時に、端子１−２間のインピーダンスが５０Ωとなり、端子１−３間のインピーダンスが７５Ωとなる。そこで、このインピーダンス変換トランスＴの端子１−２に５０Ωインピーダンスのアンテナを接続すると共に、端子１−３に７５Ωインピーダンスのカーラジオを接続することにより、７５Ωインピーダンスのカーラジオと５０Ωインピーダンスのアンテナとの組み合わせで使用することができる。また、インピーダンス変換トランスＴの端子１−３に７５Ωインピーダンスのアンテナを接続すると共に、端子１−２に５０Ωインピーダンスのカーラジオを接続することにより、５０Ωインピーダンスのカーラジオと７５Ωインピーダンスのアンテナとの組み合わせで使用することができる。

特開平８−１８６０２９号公報

５０Ω→７５Ωあるいは７５Ω→５０Ωに変換する際には、カーラジオが受信できるＡＭ帯およびＦＭ帯において低損失でインピーダンス変換する事が必要となる。ここで、図１４に示すインピーダンス変換トランスＴの挿入損失（Loss）の周波数特性を図１５に示す。図１５を参照すると、７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯においては約−０．５ｄＢ以下の低損失とされているが、０．５ＭＨｚ〜２３．１ＭＨｚのＡＭ帯においては−４ｄＢ以上の損失となっていることが分かる。また、アンテナには増幅器が組み込まれてアンテナ用電源を必要とするアンテナが多くされているが、欧州のカーラジオの多くはＲＦ信号ラインにアンテナ用電源を重畳する設定が多くされ、日本国内のカーラジオの多くはアンテナ用電源をＲＦ信号ラインとは別のラインでアンテナ用電源を供給する設定とされている。

これらを解決する従来考えられているインピーダンス変換回路の構成を示す回路図を図５に示す。
図５に示すインピーダンス変換回路１００においては、図１４に示すインピーダンス変換トランスＴを用いている。第１ポートＰＴ１のホット側（＋）は、コイルＬ１３を介してコンデンサＣ１２の一端と、コイルＬ１５の一端と、コイルＬ１４の一端に接続されている。コンデンサＣ１２の他端はアースされており、コイルＬ１５の他端はポートＰＴ３に接続されており、コイルＬ１４の他端はコンデンサＣ１３の一端に接続されている。コンデンサＣ１３の他端はポートＰＴ２のホット側（+）に接続されている。コイルＬ１３とコイルＬ１４はＡＭ帯の信号は通過させるがＦＭ帯の信号は阻止するチョークコイルとされている。また、第１ポートＰＴ１のホット側（＋）は、コイルＬ１０とコンデンサＣ１０の直列回路を介してインピーダンス変換トランスＴの端子２に接続されている。さらに、この端子２とアース間にコイルＬ１１が接続されている。このコイルＬ１０，コンデンサＣ１０，コイルＬ１１によりフィルタが形成され、このフィルタはＦＭ帯の信号は通過させるがＡＭ帯の信号の通過を阻止している。

インピーダンス変換トランスＴの端子１はアースされており、端子３はコイルＬ１２の一端とコンデンサＣ１１の一端に接続されている。コイルＬ１２の他端はアースされており、コンデンサＣ１１の他端はポートＰＴ２に接続されている。このコイルＬ１２，コンデンサＣ１１によりフィルタが形成され、このフィルタはＦＭ帯の信号は通過させるがＡＭ帯の信号の通過を阻止している。また、コイルＬ１５はＡＭ帯の信号の伝達を阻止するチョークコイルであり、ポートＰＴ３とアース間に接続されているコンデンサＣ１４はバイパスコンデンサとされている。ポートＰＴ１とポートＰＴ２のコールド側（−）はアースされている。

上記したインピーダンス変換回路１００において、例えば、ポートＰＴ１に入力されたＡＭ帯の信号はコイルＬ１３とコイルＬ１４とコンデンサＣ１３の直列回路を通過してポートＰＴ２から出力される。なお、ＡＭ帯においてはインピーダンス変換はされていない。また、ポートＰＴ１に入力された５０ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号は、コイルＬ１０とコンデンサＣ１０を介してインピーダンス変換トランスＴの端子２に入力され、端子３から出力される。この端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２間のインピーダンスは５０Ωである。端子３から出力された５０Ω→７５Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号はコンデンサＣ１１を介してポート２から出力される。このように、インピーダンス変換回路１００のポートＰＴ１に５０Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ２に７５Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、５０Ωのアンテナから７５Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ３から供給されたアンテナ用電源はコイルＬ１５およびコイルＬ１３を介してポートＰＴ１から出力されて、ＲＦ信号ラインにアンテナ用電源が重畳される５０Ωのアンテナに供給されるようになる。

また、上記したインピーダンス変換回路１００において、例えば、ポートＰＴ２に入力されたＡＭ帯の信号はコンデンサＣ１３とコイルＬ１４とコイルＬ１３との直列回路を通過してポートＰＴ１から出力される。また、ポートＰＴ２に入力された７５ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号は、コンデンサＣ１１を介してインピーダンス変換トランスＴの端子３に入力され、端子２から出力される。この端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２間のインピーダンスは５０Ωである。端子２から出力された７５Ω→５０Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号はコンデンサＣ１０とコイルＬ１０とを介してポート１から出力される。このように、インピーダンス変換回路１００のポートＰＴ２に７５Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ１に５０Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、７５Ωのアンテナから５０Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ１から供給されたアンテナ用電源はコイルＬ１３およびコイルＬ１５を介してポートＰＴ３から出力されて、ＲＦ信号ラインと別のラインでアンテナ用電源が供給される７５Ωのアンテナに供給されるようになる。

次に、インピーダンス変換回路１００の電気的特性を図６ないし図８に示す。図６は、インピーダンス変換回路１００の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示す図である。Ｓ１１はＰＴ１におけるＶＳＷＲ特性であり、Ｓ２２はＰＴ２におけるＶＳＷＲ特性である。図６のＶＳＷＲ特性を参照すると、ＰＴ１におけるＶＳＷＲは７６ＭＨｚにおいて約２．３、９２ＭＨｚにおいて約２．４、１０８ＭＨｚにおいて約２．４の全帯域においてほぼ一定のＶＳＷＲが得られている。また、ＰＴ２におけるＶＳＷＲは７６ＭＨｚにおいて約１．９、９２ＭＨｚにおいて約２．４、１０８ＭＨｚにおいて約２．３の７６ＭＨｚ近辺において良好となるが、全帯域においてほぼ一定のＶＳＷＲが得られている。このように、インピーダンス変換回路１００においてはＦＭ帯において１．５以下の良好なＶＳＷＲ特性が得られていない。

また、図７はインピーダンス変換回路１００の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における通過損失の周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。ただし、Ｓ２１およびＳ１２を測定する場合の入出力のインピーダンスを等しくして測定していることから図１３に示すようにインピーダンス変換回路ａとインピーダンス変換回路ｂをインピーダンス変換回路１００で置き換えて２台従属に接続することにより、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２のインピーダンスを５０Ωあるいは７５Ωとして測定している。このため、通過損失は２台分の通過損失とされている。
図７を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は７６ＭＨｚにおいて約−１．９ｄＢ、９２ＭＨｚにおいて約−１．７ｄＢ、１０８ＭＨｚにおいて約−１．５ｄＢの周波数が高くなるにつれて低損失となる通過損失特性が得られている。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となる。このように、インピーダンス変換回路１００においてはＦＭ帯において−０．５ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られていない。

さらに、図８はインピーダンス変換回路１００の通過損失の０．５ＭＨｚ〜２３．１ＭＨｚのＡＭ帯における周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。ただし、上記図１３に示すようにインピーダンス変換回路１００を２台従属に接続することにより、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２のインピーダンスを５０Ωあるいは７５Ωとして測定している。このため、通過損失は２台分の通過損失とされている。
図８を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は０．５ＭＨｚにおいて約−０．８ｄＢの低損失が得られているが、１１．８ＭＨｚにおいて急激に増加して約−５．５ｄＢの通過損失となり、２３．１ＭＨｚにおいて約−７．４ｄＢの周波数が高くなるにつれて損失が増加する通過損失特性が得られている。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となる。このように、インピーダンス変換回路１００においてはＡＭ帯において−３ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られていない。

次に、従来考えられているインピーダンス変換回路の他の構成を示す回路図を図９に示す。
図９に示すインピーダンス変換回路２００においても、図１４に示すインピーダンス変換トランスＴを用いている。第１ポートＰＴ１のホット側（+）は、コイルＬ２２を介してコンデンサＣ２２の一端と、コイルＬ２３の一端と、コイルＬ２４の一端に接続されている。コンデンサＣ２２の他端はアースされており、コイルＬ２４の他端はポートＰＴ３に接続されており、コイルＬ２３の他端はコンデンサＣ２３の一端に接続されている。コンデンサＣ２３の他端はポートＰＴ２のホット側（＋）に接続されている。コイルＬ２２とコイルＬ２３はＡＭ帯の信号は通過させるがＦＭ帯の信号の通過を阻止するチョークコイルとされている。また、第１ポートＰＴ１のホット側（＋）は、コンデンサＣ２０を介してコイルＬ２０と抵抗Ｒ２０の並列回路の一端に接続され、この並列回路の他端はインピーダンス変換トランスＴの端子２に接続されている。このコイルＬ２０とコンデンサＣ２０の直列共振回路はＦＭ帯のほぼ中心周波数（９３ＭＨｚ）に共振しており、Ｑダンプ抵抗である抵抗Ｒ２０により共振特性がブロード化されている。この直列共振回路により、ＦＭ帯の信号は通過させるがＡＭ帯の信号の通過は阻止されている。

インピーダンス変換トランスＴの端子１はアースされており、端子３はコイルＬ２１と抵抗Ｒ２１の並列回路の一端に接続されている。この並列回路の他端はコンデンサＣ２１を介してポートＰＴ２に接続されている。このコイルＬ２１とコンデンサＣ２１の直列共振回路はＦＭ帯のほぼ中心周波数（９３ＭＨｚ）に共振しており、Ｑダンプ抵抗である抵抗Ｒ２１により共振特性がブロード化されている。この直列共振回路により、ＦＭ帯の信号は通過させるがＡＭ帯の信号の通過は阻止されている。また、コイルＬ２４はＡＭ帯の信号の伝達を阻止するチョークコイルであり、ポートＰＴ３とアース間に接続されているコンデンサＣ２４はバイパスコンデンサとされている。ポートＰＴ１とポートＰＴ２のコールド側（−）はアースされている。

上記したインピーダンス変換回路２００において、例えば、ポートＰＴ１に入力されたＡＭ帯の信号はコイルＬ２２とコイルＬ２３とコンデンサＣ２３の直列回路を通過してポートＰＴ２から出力される。このように、ＡＭ帯においてはインピーダンス変換はされていない。また、ポートＰＴ１に入力された５０ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号は、コンデンサＣ２０とコイルＬ２０と抵抗Ｒ２０の並列回路とを介してインピーダンス変換トランスＴの端子２に入力され、端子３から出力される。この端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２のインピーダンスは５０Ωである。端子３から出力された５０Ω→７５Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号はコイルＬ２１と抵抗Ｒ２１の並列回路とコンデンサＣ２１との直列回路を介してポート２から出力される。このように、インピーダンス変換回路２００のポートＰＴ１に５０Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ２に７５Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、５０Ωのアンテナから７５Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ３から供給されたアンテナ用電源はコイルＬ２４およびコイルＬ２２を介してポートＰＴ１から出力されて、ＲＦ信号ラインにアンテナ用電源が重畳される５０Ωのアンテナに供給されるようになる。

また、上記したインピーダンス変換回路２００において、例えば、ポートＰＴ２に入力されたＡＭ帯の信号はコンデンサＣ２３とコイルＬ２３とコイルＬ２２との直列回路を通過してポートＰＴ１から出力される。また、ポートＰＴ２に入力された７５ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号は、コンデンサＣ２１とコイルＬ２１と抵抗Ｒ２１の並列回路とを介してインピーダンス変換トランスＴの端子３に入力され、端子２から出力される。この端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２間のインピーダンスは５０Ωである。端子２から出力された７５Ω→５０Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号はコイルＬ２０と抵抗Ｒ２０の並列回路とコンデンサＣ２０との直列回路を介してポート１から出力される。このように、インピーダンス変換回路２００のポートＰＴ２に７５Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ２に５０Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、７５Ωのアンテナから５０Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ１から供給されたアンテナ用電源はコイルＬ２２およびコイルＬ２４を介してポートＰＴ３から出力されて、ＲＦ信号ラインと別のラインでアンテナ用電源が供給される７５Ωのアンテナに供給されるようになる。

次に、インピーダンス変換回路２００の電気的特性を図１０ないし図１２に示す。図１０は、インピーダンス変換回路２００の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における周波数特性を示す図である。Ｓ１１はＰＴ１におけるＶＳＷＲ特性であり、Ｓ２２はＰＴ２におけるＶＳＷＲ特性である。図１０のＶＳＷＲ特性を参照すると、ＰＴ１におけるＶＳＷＲは７６ＭＨｚにおいて約２．０が得られ、約８２ＭＨｚにおいてピークの約１．２が得られている。約８２ＭＨｚより周波数が高くなるとＶＳＷＲは悪化していき、９２ＭＨｚにおいて約２．３、１０８ＭＨｚにおいて６以上のＶＳＷＲとなる。また、ＰＴ２におけるＶＳＷＲも同じ傾向を示しており、７６ＭＨｚにおいて約２．０が得られ、約８２ＭＨｚにおいてピークの約１．３が得られている。約８２ＭＨｚより周波数が高くなるとＶＳＷＲは悪化していき、９２ＭＨｚにおいて約２．３、１０８ＭＨｚにおいて約５．７のＶＳＷＲとなる。このように、インピーダンス変換回路２００においてはＦＭ帯において１．５以下の良好なＶＳＷＲ特性が得られる帯域が狭くなっている。

また、図１１はインピーダンス変換回路２００の通過損失の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。ただし、上記図１３に示すようにインピーダンス変換回路２００を２台従属に接続することにより、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２のインピーダンスを５０Ωあるいは７５Ωとして測定している。このため、通過損失は２台分の通過損失とされている。
図１１を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は７６ＭＨｚにおいて約−２．１ｄＢとされ、約８２ＭＨｚにおいてピークの約−１．７ｄＢが得られている。約８２ＭＨｚより周波数が高くなると通過損失が悪化していき、９２ＭＨｚにおいて約−２．６ｄＢ、１０８ＭＨｚにおいて−５ｄＢ以上の通過損失となる。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となる。このように、インピーダンス変換回路２００においてはＦＭ帯において−１．７ｄＢ以上の通過損失とされて、−０．５ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られていない。

さらに、図１２はインピーダンス変換回路２００の通過損失の０．５ＭＨｚ〜２３．１ＭＨｚのＡＭ帯における周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。ただし、上記図１３に示すようにインピーダンス変換回路２００を２台従属に接続することにより、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２のインピーダンスを５０Ωあるいは７５Ωとして測定している。このため、通過損失は２台分の通過損失とされている。
図１２を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は０．５ＭＨｚにおいて約−８．８ｄＢの大きな通過損失となるが、約２．８ＭＨｚにおいてピークの約−０．８ｄＢが得られている。約２．８ＭＨｚより周波数が高くなると、通過損失が悪化していき、１１．８ＭＨｚにおいて約−４．９ｄＢ、２３．１ＭＨｚにおいて−１０ｄＢ以上の悪化した通過損失となる。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となる。このように、インピーダンス変換回路２００においてはＡＭ帯において−３ｄＢ以下の良好な通過損失が得られる帯域が狭くなっている。

上記したように従来のインピーダンス変換回路では、ＡＭ帯とＦＭ帯における通過損失を小さくすることができないと共に、ＦＭ帯において良好なＶＳＷＲが得られないと云う問題点があった。
そこで、本発明はＡＭ帯とＦＭ帯における通過損失を小さくすることができると共に、ＦＭ帯において良好なＶＳＷＲが得られるインピーダンス変換回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、巻線の始端の第１端子と、前記巻線の中間タップの第２端子と、前記巻線の終端の第３端子とを有し、前記第１端子と前記第２端子間の第１インピーダンスと、前記第１端子と前記第３端子間の前記第１インピーダンスより大きい第２インピーダンスとの間でインピーダンス変換を行えるインピーダンス変換トランスと、前記インピーダンス変換トランスの前記第１端子とアースとの間に接続されたＦＭ帯のほぼ中心周波数に共振する直列共振回路と、前記インピーダンス変換トランスの前記第２端子に接続された第１ポートと、前記インピーダンス変換トランスの前記第３端子がＦＭ帯およびＡＭ帯の信号を通過できるコンデンサを介して接続された第２ポートとを備え、前記第１ポートに前記第１インピーダンスの第１デバイスが接続され、前記第２ポートに前記第２インピーダンスの第２デバイスが接続されて、前記第１デバイスと前記第２デバイス間のインピーダンス変換を行うようにしたことを最も主要な特徴としている。

本発明は、インピーダンス変換トランスの第１端子とアースとの間にＦＭ帯の約中心周波数に共振する直列共振回路を接続することにより、ＡＭ帯とＦＭ帯における通過損失を小さくすることができると共に、ＦＭ帯において良好なＶＳＷＲが得られるインピーダンス変換回路とすることができる。

本発明の実施例にかかるインピーダンス変換回路の構成を示す回路図である。本発明の実施例にかかるインピーダンス変換回路のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。本発明の実施例にかかるインピーダンス変換回路のＦＭ帯における通過特性を示す図である。本発明の実施例にかかるインピーダンス変換回路のＡＭ帯における通過特性を示す図である。従来従来考えられているインピーダンス変換回路の構成を示す回路図である。図５に示すインピーダンス変換回路のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。図５に示すインピーダンス変換回路のＦＭ帯における通過特性を示す図である。図５に示すインピーダンス変換回路のＡＭ帯における通過特性を示す図である。従来考えられているインピーダンス変換回路の他の構成を示す回路図である。図９に示すインピーダンス変換回路のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。図９に示すインピーダンス変換回路のＦＭ帯における通過特性を示す図である。図９に示すインピーダンス変換回路のＡＭ帯における通過特性を示す図である。インピーダンス変換回路の通過特性を測定する場合の構成を示す図である。インピーダンス変換トランスの構成の一例を示す回路図である。インピーダンス変換トランスの挿入損失の周波数特性を示す図である。

本発明の実施例にかかるインピーダンス変換回路の構成を示す回路図を図１に示す。
図１に示す本発明にかかるインピーダンス変換回路１においては、図１４に示すインピーダンス変換トランスＴを用いている。第１ポートＰＴ１のホット側（＋）は、インピーダンス変換トランスＴの端子２に直接接続されている。インピーダンス変換トランスＴの端子１はコイルＬ１とコンデンサＣ２との直列回路を介してアースに接続されている。この直列回路はＦＭ帯のほぼ中心周波数である約９３ＭＨｚに共振している。インピーダンス変換トランスＴの端子３はコンデンサＣ３を介してポートＰＴ２のホット側（＋）に接続されている。コンデンサＣ３は、ＡＭ帯およびＦＭ帯の信号を通過させるに十分な値の容量値とされ、例えば０．０１μＦとされている。なお、インピーダンス変換トランスＴの端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２間のインピーダンスは５０Ωである。

インピーダンス変換トランスＴの端子３はコイルＬ２とコイルＬ３の直列回路を介してポートＰＴ３に接続されている。コイルＬ２はＦＭ帯の信号の通過を阻止するチョークコイルであり、コイルＬ３はＡＭ帯の信号の通過を阻止するチョークコイルである。このように、ＦＭ帯のチョークコイルとＡＭ帯のチョークコイルとを直列に接続しているのは、コイルには浮遊容量があって自己共振周波数を有しており、ＡＭ帯用のチョークコイルによりＦＭ帯の信号を阻止することが不十分になることがあるからである。また、ポートＰＴ３とアース間に接続されているコンデンサＣ２はバイパスコンデンサとされており、容量値は例えば０．０１μＦとされている。ポートＰＴ１とポートＰＴ２のコールド側（−）はアースされており、ポートＰＴ３は直流電源用のポートとされている。

上記した本発明にかかるインピーダンス変換回路１において、例えば、ポートＰＴ１に入力されたＡＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴの端子２に供給される。この場合、インピーダンス変換トランスＴの端子１に接続されている直列共振回路はＦＭ帯において共振することから、端子１はＡＭ帯においてハイインピーダンスとされてアースされていない状態となる。このため、ＡＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴによりインピーダンス変換されることなく、インピーダンス変換トランスＴを通過して端子３から出力され、コンデンサＣ３を介してポートＰＴ２から出力される。このように、ＡＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴとコンデンサＣ３を経由して、インピーダンス変換されることなくポートＰＴ２から出力される。

また、ポートＰＴ１に入力された５０ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号も、インピーダンス変換トランスＴの端子２に入力される。この場合、インピーダンス変換トランスＴの端子１に接続されている直列共振回路はＦＭ帯において共振してローインピーダンスとなることから、端子１はＦＭ帯において電気的にアースされている状態となる。このため、ＦＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴでインピーダンス変換されて端子３から出力される。インピーダンス変換トランスＴの端子１−２間のインピーダンスは５０Ωであり、端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子３から出力された５０Ω→７５Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号は、コンデンサＣ３を介してポートＰＴ２から出力される。このように、インピーダンス変換回路１のポートＰＴ１に５０Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ２に７５Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、５０Ωのアンテナから７５Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ３から供給されたアンテナ用電源は、コイルＬ３およびコイルＬ２を介すると共に、インピーダンス変換トランスＴの端子３−端子１を経由してポートＰＴ１から出力され、ＲＦ信号ラインにアンテナ用電源が重畳されるポートＰＴ１に接続されている５０Ωのアンテナに供給されるようになる。

また、上記したインピーダンス変換回路１において、例えば、ポートＰＴ２に入力されたＡＭ帯の信号はコンデンサＣ３を介してインピーダンス変換トランスＴの端子３に供給される。この場合、上記したように端子１はＡＭ帯においてハイインピーダンスとされてアースされていない状態となる。このため、ＡＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴを通過して端子２から出力され、ポートＰＴ１から出力される。なお、ＡＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴを通過するが、インピーダンス変換はされていない。

また、ポートＰＴ２に入力された５０ΩのアンテナからのＦＭ帯の信号も、コンデンサＣ３を介してインピーダンス変換トランスＴの端子３に入力される。この場合、インピーダンス変換トランスＴの端子１はＦＭ帯において電気的にアースされている状態となる。このため、ＦＭ帯の信号はインピーダンス変換トランスＴでインピーダンス変換されて端子１から出力される。インピーダンス変換トランスＴの端子１−３間のインピーダンスは７５Ωであり、端子１−２間のインピーダンスは５０Ωであり、端子１から出力された７５Ω→５０Ωにインピーダンス変換されたＦＭ帯の信号は、ポートＰＴ１から出力される。このように、インピーダンス変換回路１のポートＰＴ２に７５Ωのアンテナを接続すると共に、ポートＰＴ１に５０Ωのカーラジオを接続することにより、インピーダンス整合されたＦＭ帯の信号とＡＭ帯の信号を、７５Ωのアンテナから５０Ωのカーラジオに供給することができる。この場合、ポートＰＴ１から供給されたアンテナ用電源はインピーダンス変換トランスＴの端子２−端子３を経由すると共に、コイルＬ２およびコイルＬ３を介してポートＰＴ３から出力され、ＲＦ信号ラインと別のラインでアンテナ用電源が供給される７５Ωのアンテナに供給されるようになる。

次に、本発明にかかるインピーダンス変換回路１の電気的特性を図２ないし図４に示す。この場合、コイルＬ１は約２７０ｎＨとされ、コンデンサＣ１は約１３ｐＦとされ、コンデンサＣ２、Ｃ３は約０．０１μＦとされ、コイルＬ２は約１．５μＨとされ、コイルＬ３は約１ｍＨとされている。
図２は、インピーダンス変換回路１の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示す図である。Ｓ１１はＰＴ１におけるＶＳＷＲ特性であり、Ｓ２２はＰＴ２におけるＶＳＷＲ特性である。図２のＶＳＷＲ特性を参照すると、ＰＴ１におけるＶＳＷＲは７６ＭＨｚにおいて約１．２、９２ＭＨｚにおいても約１．２、１０８ＭＨｚにおいて約１．３の全帯域においてほぼ一定のきわめて良好なＶＳＷＲが得られている。また、ＰＴ２におけるＶＳＷＲは７６ＭＨｚにおいて約１．２、９２ＭＨｚにおいて約１．１、１０８ＭＨｚにおいても約１．１の全帯域においてほぼ一定のきわめて良好なＶＳＷＲが得られている。このように、本発明にかかるインピーダンス変換回路１においては、ＦＭ帯において１．３以下の良好なＶＳＷＲ特性が得られるようになる。

また、図３はインピーダンス変換回路１の７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚのＦＭ帯における通過損失の周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。ただし、Ｓ２１およびＳ１２を測定する場合の入出力のインピーダンスを等しくして測定していることから図１３に示すようにインピーダンス変換回路ａとインピーダンス変換回路ｂをインピーダンス変換回路１で置き換えて２台従属に接続することにより、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２のインピーダンスを５０Ωあるいは７５Ωとして測定している。このため、通過損失は２台分の通過損失とされている。
図３を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は７６ＭＨｚにおいて約−０．４ｄＢ、９２ＭＨｚにおいても約−０．４ｄＢ、１０８ＭＨｚにおいても約−０．４ｄＢの全帯域においてほぼ一定のきわめて低損失の通過損失特性が得られている。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となり、全帯域においても約−０．４ｄＢ以下のきわめて低損失の通過損失特性が得られている。このように、本発明にかかるインピーダンス変換回路１においては、ＦＭ帯において−０．４ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られるようになる。

さらに、図４はインピーダンス変換回路１の０．５ＭＨｚ〜２３．１ＭＨｚのＡＭ帯における通過損失の周波数特性を示す図である。Ｓ２１はインピーダンスを５０Ωから７５Ωへ変換（ＰＴ１→ＰＴ２の通過損失）する場合の通過損失特性であり、Ｓ１２はインピーダンスを７５Ωから５０Ωへ変換（ＰＴ２→ＰＴ１の通過損失）する場合の通過損失特性である。図４を参照すると、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失は０．５ＭＨｚにおいて約−０．２ｄＢのきわめて低い通過損失が得られており、１１．８ＭＨｚにおいては若干増加して約−０．７ｄＢの低い通過損失が得られ、２３．１ＭＨｚにおいて約−２．８ｄＢの低い通過損失が得られている。このように、ＡＭ帯の全帯域において−３ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られている。また、７５Ωから５０Ωへ変換する場合の通過損失は、５０Ωから７５Ωへ変換する場合の通過損失とほぼ同様の通過損失特性となり、ＡＭ帯の全帯域において−３ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られている。このように、本発明にかかるインピーダンス変換回路１においてはＡＭ帯において−３ｄＢ以下の良好な通過損失特性が得られるようになる。

以上説明した本発明にかかるインピーダンス変換回路は、ＦＭ帯におけるＶＳＷＲ特性を良好にすることができると共に、ＡＭ帯とＦＭ帯における通過損失特性を良好にすることができる。このように、本発明にかかるインピーダンス変換回路は、ＦＭ帯においてお互いの信号に対してアイソレーションを考慮したインピーダンス変換回路とすることができる。また、本発明にかかるインピーダンス変換回路は、アンテナとカーラジオに限るものではなく、他のインピーダンスの異なるデバイス間におけるインピーダンス変換回路に適用することができる。
なお、インピーダンス変換トランスの巻き数を所定数に設定することにより、巻き数に応じた任意のインピーダンス間のインピーダンス変換を行うことができるようになる。

１インピーダンス変換回路、１００インピーダンス変換回路、２００インピーダンス変換回路、ＰＴ１ポート、ＰＴ２ポート、ＰＴ３ポート、Ｔインピーダンス変換トランス

Claims

巻線の始端の第１端子と、前記巻線の中間タップの第２端子と、前記巻線の終端の第３端子とを有し、前記第１端子と前記第２端子間の第１インピーダンスと、前記第１端子と前記第３端子間の前記第１インピーダンスより大きい第２インピーダンスとの間でインピーダンス変換を行えるインピーダンス変換トランスと、
前記インピーダンス変換トランスの前記第１端子とアースとの間に接続されたＦＭ帯のほぼ中心周波数に共振する直列共振回路と、
前記インピーダンス変換トランスの前記第２端子に接続された第１ポートと、
前記インピーダンス変換トランスの前記第３端子がＦＭ帯およびＡＭ帯の信号を通過できるコンデンサを介して接続された第２ポートとを備え、
前記第１ポートに前記第１インピーダンスの第１デバイスが接続され、前記第２ポートに前記第２インピーダンスの第２デバイスが接続されて、前記第１デバイスと前記第２デバイス間のインピーダンス変換を行うようにしたことを特徴とするインピーダンス変換回路。
前記インピーダンス変換トランスの前記第３端子にチョークコイルを介して接続された第３ポートを備え、該第３ポートから供給された直流電源が前記第１ポートから出力されて前記第１デバイスに供給可能とされ、前記第１ポートから供給された直流電源が前記第３ポートから出力されて前記第２デバイスに別のラインから供給可能とされていることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス変換回路。