(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記1次側コイル素子および前記2次側コイル素子は、複数の誘電体層または磁性体層が積層された積層体内に配置された導体パターンおよび層間を接続するビア導体で構成され、前記コイル巻回軸が前記積層体の主面に対し垂直になるように前記導体パターンおよび前記ビア導体が配置された、請求項1または2に記載の高周波トランス。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1〜3に開示されている高周波トランスにおいては、製品の小型化薄型化の進展に伴って全体に小型化すると、積層基板に形成したコイルの磁束の閉じ込め性が低下し、損失が増大するという課題があった。
【0006】
そこで、本発明は、高周波トランスを小型薄型化した場合においても、より強い結合が得られ、低損失な高周波トランスおよびそれを備えた高周波部品および通信端末装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の高周波トランスは、
1次側コイル素子および互いに平行な複数のコイル巻回軸を有する2次側コイル素子を備え、
前記1次側コイル素子のコイル巻回軸は前記2次側コイル素子の
複数のコイル巻回軸のうち一つのコイル巻回軸に一致する共通のコイル巻回軸であり、
前記共通のコイル巻回軸上に
前記1次側コイル素子と
前記2次側コイル素子との境界を2以上有するように、前記1次側コイル素子および前記2次側コイル素子が配列され、
前記複数のコイル巻回軸のうち隣り合うコイル巻回軸上に配置され
、隣接する前記2次側コイル素子
同士が接続されて、この
隣接する2次側コイル素子
のみを通る磁束が閉ループを構成するように、前記
隣接する2次側コイル素子の巻回方向および接続の向きが定められたことを特徴としている。
【0008】
本発明の高周波部品は高周波トランスを備え、
前記高周波トランスは、
1次側コイル素子および互いに平行な複数のコイル巻回軸を有する2次側コイル素子を備え、
前記1次側コイル素子のコイル巻回軸は前記2次側コイル素子の
複数のコイル巻回軸のうち一つのコイル巻回軸に一致する共通のコイル巻回軸であり、
前記共通のコイル巻回軸上に
前記1次側コイル素子と
前記2次側コイル素子との境界を2以上有するように、前記1次側コイル素子および前記2次側コイル素子が配列され、
前記複数のコイル巻回軸のうち隣り合うコイル巻回軸上に配置され
、隣接する前記2次側コイル素子
同士が接続されて、この
隣接する2次側コイル素子
のみを通る磁束が閉ループを構成するように、前記
隣接する2次側コイル素子の巻回方向および接続の向きが定められたことを特徴としている。
【0009】
本発明の通信端末装置は通信信号の伝送部に高周波トランスを備え、
前記高周波トランスは、
1次側コイル素子および互いに平行な複数のコイル巻回軸を有する2次側コイル素子を備え、
前記1次側コイル素子のコイル巻回軸は前記2次側コイル素子の
複数のコイル巻回軸のうち一つのコイル巻回軸に一致する共通のコイル巻回軸であり、
前記共通のコイル巻回軸上に
前記1次側コイル素子と
前記2次側コイル素子との境界を2以上有するように、前記1次側コイル素子および前記2次側コイル素子が配列され、
前記複数のコイル巻回軸のうち隣り合うコイル巻回軸上に配置され
、隣接する前記2次側コイル素子
同士が接続されて、この
隣接する2次側コイル素子
のみを通る磁束が閉ループを構成するように、前記
隣接する2次側コイル素子の巻回方向および接続の向きが定められたことを特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、小型薄型化を行っても低損失でインダクタンスの高いコイルを備えるので、小型薄型で且つ低損失な高周波トランス、それを備えた高周波部品および通信端末装置が得られる。また、隣り合うコイル素子間で磁束が閉ループを形成するように複数のコイル素子を配置し接続することによりコイルの磁束密度をより高めることができ、結合度の高い高周波トランス、それを備えた高周波部品および通信端末装置が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
《第1の実施形態》
図1(a)、
図1(b)は第1の実施形態の高周波トランス101A,101Bの回路図である。これらの図ではコイル巻回軸(以降、単に「巻回軸」)と巻回方向を考慮して描いている。(巻回軸と巻回方向を考慮して回路図を描く点は第2の実施形態以降についても同様である。)この高周波トランス101A,101Bは、5つのコイル素子L10,L211,L212,L221,L222を備えている。また、高周波トランス101A,101Bは、1次側の端子P1,P2、2次側の端子P3,P4を備えている。入力端子P1−P2間にはコイル素子L10が接続されている。入力端子P3−P4間にはコイル素子L211,L212の直列回路とコイル素子L221,L222の直列回路とが並列接続されている。
【0013】
コイル素子L10は巻回軸AX1に沿ってらせん状に巻回されている。二つのコイル素子L211,L221は巻回軸AX1に沿ってコイル素子L10を挟んで対称の位置に配置されている。そしてこの二つのコイル素子L211,L221は巻回軸AX1に沿って互いに逆の巻回方向でらせん状に巻回されている。
【0014】
また、二つのコイル素子L212,L222は巻回軸AX2の中央に対して対称の位置に配置されている。そしてこの二つのコイル素子L212,L222は巻回軸AX2に沿って互いに逆の巻回方向でらせん状に巻回されている。
【0015】
前記巻回軸AX1はコイル素子L10とL211,L221に対して共通の巻回軸である。この共通のコイル巻回軸AX1上に1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211との境界および1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L221との境界が生じるように1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211,L221が配列されている。本発明において「境界」とは、コイル巻回軸上で互いに隣接するコイル素子とコイル素子とで挟まれる領域である。そして、この境界で隣接するコイル素子とコイル素子とが互いに作用しあう。
【0016】
1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211,L221との相互誘導により、1次側コイル素子L10により生じる磁束および2次側コイル素子L211,L221により生じる磁束の向きが互いに逆になるように、1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211,L221の巻回方向および接続の向きが定められている。
【0017】
図1(a)、
図1(b)中の矢印は、端子P1から端子P2へ、端子P3から端子P4へとそれぞれ流れる電流i1、i2の向きを示している。この電流の向きは高周波電流の位相(極性)を表している。
図1(b)は、
図1(a)に対し、端子P3−P4間のコイルの巻回方向を逆にしている。この場合、端子P3−P4に流れる電流の向きを反対、すなわち電流の位相を端子P1−P2に対して180度差にすることで、磁界の向きは
図1(a)と同じになる。
【0018】
図1(a)、
図1(b)の例では、1次側コイル素子L10に生じる磁束が下向きになる瞬間に、2次側コイル素子L211,L221に生じる磁束は上向きになり、高周波電流によって磁界が変化するいかなるタイミングにおいても1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211,L221に生じる磁束の向きは逆向きになる。すなわち、1次側コイル素子と2次側コイル素子の界面においては、互いに磁束を跳ね返す(退け合う)ように作用するため、各コイル素子周辺の磁束密度は高くなる。すなわち、あたかも磁性体に磁束を閉じ込めたかのような効果をもたらすことができる。特に、コイルの両端で逆向きの磁束の影響を受けると各コイルの磁束を閉じ込める効果が高くなり、磁束密度を高めることができる。
【0019】
また、第1の実施形態によれば、直列接続された隣り合うコイル素子L211,L212、およびコイル素子L221,L222は、互いに磁束の向きが逆になるようにそれぞれのコイル素子の向きが定められている。そのため、隣接するコイル素子をまたいで磁束が周回して強め合う。そのため、より一層閉じ込め効果が高く、損失の少ないコイルを構成することができ、1次側−2次側の結合量も大きくできる。
【0020】
また、第1の実施形態によれば、各コイル素子に流れる電流は巻回軸AX1,AX2の中央に対して対称関係であるので、端子P1〜P4に対してバランス良く寄生容量や寄生インダクタンスが付くことになり、これらの寄生成分による影響が効果的に打ち消される。
【0021】
図2は、
図1(a)の高周波トランスをチップ部品として構成した場合の構成図である。チップ部品は、積層基板内に導体配線が形成されることにより構成されている。
図2はこの積層基板の分解斜視図である。この積層基板は所定の導体パターンを含む誘電体または磁性体の基材層の積層体である。
図2に示すように、最上層の基材層51aに導体パターン211c,212cが形成され、2層目の基材層51bに導体パターン211b,212bが形成され、3層目の基材層51cに導体パターン211a,212aが形成されている。4層目の基材層51dに導体パターン10a、5層目の基材層51eに導体パターン10b、6層目の基材層51fに導体パターン10cがそれぞれ形成されている。7層目の基材層51gに導体パターン221a,222aが形成され、8層目の基材層51hに導体パターン221b,222bが形成され、9層目の基材層51iに導体パターン221c,222cが形成されている。10層目の基材層51jの裏面に端子電極61,62,63,64が形成されている。なお、最上層の基材層51aのさらに上部には図示しない無地の基材層が積層される。
【0022】
前記端子電極61,62,63,64は
図1に示した端子P1,P2,P3,P4にそれぞれ相当する。
導体パターン10a,10b,10cはコイル素子L10に相当する。
【0023】
導体パターン211a,211b,211cはコイル素子L211に相当し、導体パターン212a,212b,212cはコイル素子L212に相当する。
導体パターン221a,221b,221cはコイル素子L221に相当し、導体パターン222a,222b,222cはコイル素子L222に相当する。
【0024】
基材層51jにはグランド導体65が形成されている。このグランド導体65は、上記複数の導体パターンによるコイル素子と実装先の回路との間に配置されることになるので、上記複数の導体パターンはグランド導体65によって、実装先の回路から遮蔽される。但し、このグランド導体は必須ではない。チップ部品の状態でコイル素子の遮蔽が不要である場合には上記グランド導体は不要である。
【0025】
図2中縦方向に延びる線は層間接続導体(ビア導体)であり、導体パターンと導体パターンとを接続し、また、導体パターンと端子電極とを接続する。
【0026】
前記各導体パターンには、銀や銅などの導電性材料を主成分として形成することができる。基材層51a〜51j等には、誘電体であればガラスセラミック材料、エポキシ系樹脂材料などを用いることができ、磁性体であればフェライトセラミック材料やフェライトを含有する樹脂材料などを用いることができる。基材層用の材料としては、特に、UHF帯用の高結合度トランスを形成する場合は誘電体材料を用いることが好ましく、HF帯用の高結合度トランスを形成する場合は磁性体材料を用いることが好ましい。
【0027】
図2に示すように、各導体パターンによるコイル素子L10,L211,L221は、それぞれのコイル巻回軸が一致するように(コイル巻回軸が同一直線になって、コイル素子L10,L211,L221が同軸関係になるように)配置されている。また、コイル素子L212,L222は、それぞれのコイル巻回軸が一致するように(コイル巻回軸が同一直線になって、コイル素子L10,L211,L221が同軸関係になるように)配置されている。すなわちコイル巻回軸が積層体の主面に対し垂直になるように、各導体パターンが基材層に形成されている。
【0028】
以上に示した実施形態によれば、1次−2次間の磁束の向きによる閉じ込め効果に加え、隣接した2次側コイル素子を通る磁束が閉ループを形成することの効果により、薄くてもインダクタンス値の大きい低損失なコイルが得られる。そのため、従来よりも小型、薄型で損失が小さく、1次−2次間の結合量が大きいトランスが実現できる。
【0029】
《第2の実施形態》
図3(a)、
図3(b)は第2の実施形態の高周波トランス102A,102Bの回路図である。この高周波トランス102A,102Bは互いに平行な3つの巻回軸AX1,AX2,AX3を有する。
【0030】
図3(a)の例では、高周波トランス102Aは、1次側コイル素子L10と2次側コイル素子L211,L212,L213,L221,L222,L223を備えている。
図3(b)の例では、高周波トランス102Bは、1次側コイル素子L11,L12と2次側コイル素子L211,L212,L213,L221,L222,L223を備えている。
【0031】
1次−2次側の磁束の向きや隣接するコイルどうしの磁束の向きは第1の実施形態で示したものと同様である。このように巻回軸が3つ以上であっても同様の構成を連続させることにより同じ効果を得ることができる。
【0032】
この第2の実施形態によれば、1次側コイル素子と2次側コイル素子とが上下左右対称に配置されているので、端子P1〜P4に対してよりバランス良く寄生容量や寄生インダクタンスが付くことになり、これらの寄生成分による影響が効果的に打ち消される。
【0033】
なお、三つ以上の巻回軸がある場合に、積層体の内側に配置するコイル素子は
図3(a)のように、複数の巻回軸(AX1,AX2,AX3)のうち中央寄りの巻回軸(AX2)に沿って設けると、内側のコイル素子(L10)からの磁束の漏れがより抑制される、という点で効果的である。
【0034】
《第3の実施形態》
図4は第3の実施形態の高周波トランス103の回路図である。この高周波トランス103は複数のコイル素子が3次元配置されている。この例では、互いに平行な4つの巻回軸AX11,AX12,AX21,AX22を有し、巻回軸AX11,AX12を含む面と巻回軸AX21,AX22を含む面とは平行である。また、巻回軸AX11,AX21を含む面と巻回軸AX12,AX22を含む面とは平行である。さらに、この例では巻回軸AX11,AX12を含む面と巻回軸AX11,AX21を含む面とは直交している。
【0035】
巻回軸AX11,AX12に沿って配置されているコイル素子で一組のトランスが構成され、巻回軸AX21,AX22に沿って配置されているコイル素子でもう一組のトランスが構成され、この二組のトランスが端子P1−P2に対しておよび端子P3−P4に対してそれぞれ並列に接続されている。
【0036】
巻回軸AX11,AX12,AX21,AX22にそれぞれ平行な仮想中心軸に対して各コイル素子の配置が180度回転対称となるように各コイル素子は配置されている。すなわち、巻回軸AX11に1次側コイル素子L11および2次側コイル素子L2111,L2211が配置され、巻回軸AX12に2次側コイル素子L2121,L2221が配置されている。同様に、巻回軸AX22に1次側コイル素子L12および2次側コイル素子L2112,L2212が配置され、巻回軸AX21に2次側コイル素子L2122,L2222が配置されている。
【0037】
この第3の実施形態によれば、限られた空間により多くのコイル素子を配置することができるので、より小型薄型で低損失な高周波トランスが構成できる。
【0038】
また、端子P1〜P4に対してバランス良く寄生容量や寄生インダクタンスが付くことになり、これらの寄生成分による影響が効果的に打ち消される。
【0039】
《第4の実施形態》
図5(a)、
図5(b)、
図5(c)、
図5(d)は第4の実施形態の各高周波トランス104A,104B,104C,104Dの回路図である。いずれも複数の巻回軸の延長線上に垂直なグランド電極G1,G2を設け接地している。
【0040】
図5(a)は
図1(a)に示した高周波トランスにグランド電極G1,G2を設けた例、
図5(b)は
図3(a)に示した高周波トランスにグランド電極G1,G2を設けた例、
図5(c)は
図3(b)に示した高周波トランスにグランド電極G1,G2を設けた例である。さらに、
図5(d)は
図4に示した高周波トランスにグランド電極G1,G2を設けた例である。
【0041】
この構造により、1次側コイル素子と接地間の寄生容量に比べて2次側コイル素子と接地間の寄生容量が増加する。グランド電極G1,G2と2次側コイル素子との距離を定めることで、寄生容量の値を設定できる。この寄生容量を定めて1次側コイル素子と2次側コイル素子の周波数特性を意図的に変化させることで、インピーダンス変換比に周波数特性をもたせることができる。
【0042】
図6は、
図5(a)の高周波トランスを積層基板内の導体配線により構成した層構成を示す図である。
図6において、基材層51mにグランド電極66、基材層51nにグランド電極67がそれぞれ形成されていて、グランド電極65,66,67はビア導体を介して導通している。
【0043】
なお、グランド電極66,67はその両方を積層体の内層に配置してもよいし、両方を外面に配置してもよい。
【0044】
このように1次側コイル素子と2次側コイル素子の周波数特性を意図的に変化させることで、周波数に応じてインピーダンス変換比を変化させることができ、広帯域に亘って最適なインピーダンス整合をはかることができる。この高周波トランスの前段後段に接続される回路の例は後の別の実施形態で示す。
【0045】
《第5の実施形態》
図7は第5の実施形態の高周波トランス105の回路図である。この高周波トランス105は、2次側コイル素子L211,L212の中間点および2次側コイル素子L221,L222の中間点をそれぞれグランド電極G1,G2に接地している。その他の構成は
図5(a)に示した例と同じである。
【0046】
このように、2次側コイル素子の中間点を接地することにより、後に示すように、平衡−不平衡変換回路にそのまま適用できる。
【0047】
《第6の実施形態》
図8は第6の実施形態の高周波部品および通信端末装置の構成図である。
図8に示す通信端末装置は高周波回路201、整合回路202、高周波部品203、整合回路204、アンテナ205を備えている。高周波部品203は高周波回路201側の伝送線路のインピーダンスとアンテナ205のインピーダンスとのインピーダンス整合をはかるインピーダンス変換回路として備えている。この高周波部品203の基本構成は
図5(a)に示した高周波トランス104Aと同じである。この高周波トランスの端子P1は高周波回路201側の入出力端子、端子P3は接地端子として用いている。また、端子P2とP4は接続してアンテナ205側の入出力端子として用いている。
【0048】
第4の実施形態で述べたように、高周波部品203は1次側コイル素子と2次側コイル素子の周波数特性を意図的に変化させることができ、そのことで、周波数に応じてインピーダンス変換比を変化させることができる。アンテナ205のインピーダンスが周波数に応じて変化する場合、このアンテナのインピーダンスの周波数特性に合わせて高周波部品203のインピーダンス変換比に周波数特性をもたせることにより、広帯域に亘って最適なインピーダンス整合をはかることができる。
【0049】
《第7の実施形態》
図9は第7の実施形態の高周波部品および通信端末装置の構成図である。
図9に示す通信端末装置は高周波回路201、高周波部品206、フィルタ207、アンテナ205を備えている。高周波部品206は高周波回路201側の平衡信号とアンテナ205側の不平衡信号との変換を行う平衡−不平衡変換回路として備えている。この高周波部品206の基本構成は
図1(a)に示した高周波トランス101Aと同じである。この高周波トランスの端子P1はアンテナ205側の入出力端子、端子P2は接地端子として用いている。また、端子P3とP4は高周波回路201側の平衡信号の入出力端子として用いている。
【0050】
このように平衡―不平衡変換を行う高周波部品206を
図1(a)に示したような積層基板で構成することで、従来よりも薄型、小型で低損失なバランを構成できる。
【0051】
なお、以上に示した各実施形態において、積層体の構成図で示したコイルのターン数は当然ながら例示であり、各コイル素子のタ−ン数はこれらの図に示したものに限らない。