特許 5803190 アンテナ装置および通信端末装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5803190

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月4日

(54)【発明の名称】アンテナ装置および通信端末装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 17/00 20060101AFI20151015BHJP

   H01F 30/00 20060101ALI20151015BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20151015BHJP

【ＦＩ】

   H01F17/00 D

   H01F31/00 C

   H01Q1/50

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-65066(P2011-65066)

(22)【出願日】2011年3月23日

(65)【公開番号】特開2012-204415(P2012-204415A)

(43)【公開日】2012年10月22日

【審査請求日】2013年12月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石塚 健一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 登

【審査官】 五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−１８３１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９８９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−２６０１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平３−６２９０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ １７／００

Ｈ０１Ｆ ３０／００

Ｈ０１Ｑ １／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ素子、および前記アンテナ素子と給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備えるアンテナ装置であり、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は前記給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はグランドに接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端は前記グランドに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

アンテナ素子、および前記アンテナ素子と給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備えるアンテナ装置であり、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は前記給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端は前記アンテナ素子に接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端はグランドに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項3】

前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記第３コイルは、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線になるように配置されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記第３コイルは、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも前記第１コイルと前記第２コイルの結合領域、および前記第１コイルと前記第３コイルの結合領域は前記多層基板内に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第１コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第１のコイル導体と第４のコイル導体とで構成され、
前記第２コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第２のコイル導体と第５のコイル導体とで構成され、
前記第３コイルは直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第３のコイル導体と第６のコイル導体とで構成された、請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

アンテナ素子、給電回路、および前記アンテナ素子と前記給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備える通信端末装置であり、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は前記給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はグランドに接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端は前記グランドに接続されていることを特徴とする通信端末装置。

【請求項7】

アンテナ素子、給電回路、および前記アンテナ素子と前記給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備える通信端末装置であり、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は前記給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端は前記アンテナ素子に接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端はグランドに接続されていることを特徴とする通信端末装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル同士が高い結合度で結合された高結合度トランスおよびインピーダンス変換回路を備えるアンテナ装置ならびに通信端末装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般にトランスは、磁路を介して互いに磁気的に結合した１次コイルおよび２次コイルを備える。このトランスは、例えば昇圧・降圧回路、高結合度トランス、変流・分流回路、平衡−不平衡変換回路、信号伝送回路など、各種の電子回路や電子機器に広く利用されている。例えば特許文献１には高周波トランスを用いたアンテナ給電回路が示されている。

【0003】

トランスにおける伝送エネルギーの損失を少なくするためには、１次コイルと２次コイルとの結合度を高くする必要がある。このために、一般的に１次コイルおよび２次コイルを共通のフェライト磁性体に巻きつけるという手法がとられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−７２４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１は１次側回路と２次側回路を含むトランスの回路図である。ここで、第１コイル素子Ｌ１と第２コイル素子Ｌ２のインダクタンスがそれぞれ結合度Ｍで磁気結合していたとき、第１コイル素子Ｌ１の入力から見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表すと、図２のようになる。図２（Ａ）は結合係数ｋ＝０．８のとき、図２（Ｂ）は結合係数ｋ＝１のときである。このように、たとえｋ＝１であっても反射係数Ｓ１１のインピーダンスの虚部は負の領域には入らない。
反射係数のインピーダンスの虚部と結合係数ｋとの関係については、後に等価回路を参照して説明する。

【0006】

例えば無線通信用の高周波トランスは、インピーダンス変換、インピーダンス整合、または平衡−不平衡変換等のために用いられるが、トランスとしての１次−２次間の結合係数を極力高めることが求められる。しかし、従来の単純なトランス構造では結合係数ｋを１に近づけることは困難であり、等価的にｋ＞１にすることもできなかった。

【0007】

本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、結合係数が高く、低損失でエネルギーを伝送できる高結合度トランスおよびインピーダンス変換回路を備えるアンテナ装置ならびに通信端末装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のアンテナ装置は、アンテナ素子、および前記アンテナ素子と給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備え、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はグランドに接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端が前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端が前記グランドに接続されていることを特徴とする。

【0011】

本発明のアンテナ装置は、アンテナ素子、および前記アンテナ素子と給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備え、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はアンテナ素子に接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端が前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端がグランドに接続されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の通信端末装置は、アンテナ素子、給電回路、および前記アンテナ素子と前記給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備え、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はグランドに接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端は前記グランドに接続されていることを特徴とする。
また、本発明の通信端末装置は、アンテナ素子、給電回路、および前記アンテナ素子と前記給電回路との間に接続されるインピーダンス変換回路を備え、
前記インピーダンス変換回路は、
第１コイルを含む第１回路と、第２コイルおよびこの第２コイルに直列接続された第３コイルを含む第２回路と、を有し、
前記第１コイルは、前記第２コイルと前記第３コイルとの間に配置され、
前記第１コイルの第１端は給電回路に接続され、前記第１コイルの第２端はアンテナ素子に接続され、
前記第２コイルの第１端および前記第３コイルの第１端は前記アンテナ素子に接続され、前記第２コイルの第２端および前記第３コイルの第２端はグランドに接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の高結合度トランスによれば、第１コイルを含む第１回路と、第２・第３コイルを含む第２回路とを、例えば結合係数ｋを１に近づけることができ、あるいは等価的（仮想的）にｋ＞１の関係にすることができ、低損失でエネルギーを伝送できる。

【0014】

また、本発明のインピーダンス変換回路によれば、広帯域に亘って第１高周波回路（素子）と第２高周波回路（素子）との整合をとって、高周波回路の広帯域化が図れる。
また、本発明のアンテナ装置によれば、小型で高効率化が図れる。

【0015】

また、本発明の通信端末装置によれば、高周波回路部が小型・低損失化され、エネルギー効率が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は１次側回路と２次側回路を含むトランスの回路図である。

【図2】図２は、図１において第１コイル素子Ｌ１の入力から見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表した図であり、図２（Ａ）は結合係数ｋ＝０．８のときの図、図２（Ｂ）は結合係数ｋ＝１のときの図である。

【図3】図３（Ａ）は第１の実施形態の高結合度トランス１５の回路図、図３（Ｂ）はその高結合度トランス１５を備えたアンテナ装置の回路図である。

【図4】図４は図３に示したアンテナ装置の等価回路図である。

【図5】図５は、図４に示した条件で求めた、第１コイルＬ１１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス１５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表した図である。

【図6】図６は図３・図４に示した高結合度トランス１５を備えたアンテナ装置の等価回路図である。

【図7】図７は、図１に示した一般的な回路で第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２との間の結合係数ｋを仮想的に１．１としたときの、第１コイルＬ１１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス１５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表したものである。

【図8】図８は、図４に示した等価回路において、第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３との結合係数を変化させたときの特性変化を示す図である。

【図9】図９は第２の実施形態の高結合度トランス２５を備えたアンテナ装置の回路図である。

【図10】図１０は図９に示したアンテナ装置の等価回路図である。

【図11】図１１は、図１０の第１コイルＬ１１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス２５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表した図である。

【図12】図１２は第２の実施形態の高結合度トランス２５の分解斜視図である。

【図13】図１３は、図１２に示した各層のコイル導体に流れる電流の向きを示す図である。

【図14】図１４は第３の実施形態であるアンテナ装置の等価回路図である。

【図15】図１５は、インピーダンス変換回路３５で擬似的に生じる負のインダクタンス成分の作用およびインピーダンス変換回路３５の作用を模式的に示す図である。

【図16】図１６（Ａ）は第４の実施形態の高結合度トランス４５の回路図、図１６（Ｂ）はその高結合度トランス４５を備えたアンテナ装置の回路図である。

【図17】図１７（Ａ）は第５の実施形態の第１例である通信端末装置、図１７（Ｂ）は第２例である通信端末装置のそれぞれの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

《第１の実施形態》
図３（Ａ）は第１の実施形態の高結合度トランス１５の回路図、図３（Ｂ）はその高結合度トランス１５を備えたアンテナ装置の回路図である。高結合度トランス１５は第１コイルＬ１１を含む第１回路（１次側回路）と、第２コイルＬ１２およびこの第２コイルに直列接続された第３コイルＬ１３を含む第２回路（２次側回路）とを有する。そして、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とは逆相で電磁界結合していて、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３とは逆相で電磁界結合している。また、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３は、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線になるように、且つ第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３の間に第１コイルＬ１１が位置するように配置されている。さらに、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３は、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２の結合領域、および第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３の結合領域は前記多層基板内に位置している。

【0018】

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した第１コイルＬ１１に生じる磁束の閉磁路と第２コイルＬ１２に生じる磁束の閉磁路とは互いに反発する方向であるので、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。同様に、第１コイルＬ１１に生じる磁束の閉磁路と第３コイルＬ１３に生じる磁束の閉磁路とは互いに反発する方向であるので、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。

【0019】

この例では第１コイルＬ１１と給電回路（高周波回路）３０とで第１回路が構成されている。また、第２コイルＬ１２、第３コイルＬ１３およびアンテナ素子１１で第２回路が構成されている。

【0020】

図４は図３に示したアンテナ装置の等価回路図である。図４において第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２との間の結合係数をｋ１、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３との間の結合係数をｋ２、第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３との間の結合係数をｋ３で表すと、
ｋ１＝０．８
ｋ２＝０．８
ｋ３＝０
である。

【0021】

高結合度トランス１５から給電回路（高周波回路）３０を見たインピーダンスは５０Ωであり、それを抵抗Ｚ１で表している。また、高結合度トランス１５から前記アンテナ素子１１を見たインピーダンスは２５Ωであり、それを抵抗Ｚ２で表している。

【0022】

図５は図４に示した条件で求めた、第１コイルＬ１１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス１５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表したものである。このように密結合によって、インピーダンスの虚部は負の領域に入る。

【0023】

図６は、図４に示した高結合度トランス１５において、第１回路（第１コイルＬ１１）のインダクタンスをＬ１、第２回路（第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３）のインダクタンスをＬ２、第１回路と第２回路との相互インダクタンスをＭで表したときの等価回路図である。

【0024】

ここで、高結合度トランス１５の反射係数のインピーダンスの虚部と結合係数ｋとの関係について示す。
図６に示した等価回路において、Ｍ＝ｋ√（Ｌ１・Ｌ２）の関係があり、Ｍが充分に大きければ、ポートＰ１から高結合度トランス１５を見たインピーダンスは、（Ｌ１−Ｍ）＋（Ｌ２−Ｍ）で表される。そして、ｋ＞１のとき、（Ｌ１−Ｍ）＋（Ｌ２−Ｍ）＜０となる。したがって、ｋ＞１であれば、前記反射係数のインピーダンスの虚部は負の領域に入る。

【0025】

この実施形態では、相互インダクタンスＭの値を大きく保ちつつ、各インダクタの値を逆結合で小さくすることで、常時Ｌ２−Ｍが負性になるようにしている。並列に入っている相互インダクタンスＭは周波数が高くなるほどＯＰＥＮに見える（高インピーダンスになる）ため、高周波では負性のインダクタ（Ｌ２−Ｍ）のみが見えやすくなる。

【0026】

そこで、図１に示した一般的な高周波トランスで第１コイル素子Ｌ１と第２コイル素子Ｌ２との間の結合係数ｋを仮想的に１．１としてシミュレーションすると図７のようになる。図７は第１コイル素子Ｌ１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス１５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表したものである。この特性は図５に示した特性と近似している。すなわち、第１の実施形態の高結合度トランス１５の等価的な結合係数ｋは１を超えていることがわかる。

【0027】

なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した例では、第１コイルＬ１１を１次側、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３を２次側として用いる例を示したが、高結合度トランス自体はどちらを１次側にしてもよく、どちらを２次側にしてもよい。すなわち、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３を１次側、第１コイルＬ１１を２次側として用いてもよい。

【0028】

《第２の実施形態》
第１の実施形態で図４に示した等価回路において、第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３との結合係数ｋ３を０としたが、この結合係数ｋ３が大きくなると、ｋ＞１となる効果を得にくい。図８はｋ３を変化させたときの特性変化を示す図である。図８（Ａ）は第１の実施形態の高結合度トランスの特性、図８（Ｂ）は前記各結合係数を次のようにしたときの特性である。

【0029】

ｋ１＝０．８
ｋ２＝０．８
ｋ３＝０．３
このように、第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３との結合係数ｋ３が大きくなると、インピーダンスの虚部は負の領域に入らず、等価的な結合係数は１を超えないことがわかる。
第２の実施形態は、第２回路（２次側回路）の二つのコイル同士（第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３）の結合がある程度あっても、トランス全体の１次−２次間の結合係数を大きくできるようにした構成を示すものである。

【0030】

図９は第２の実施形態の高結合度トランス２５を備えたアンテナ装置の回路図である。また、図１０は図９に示したアンテナ装置の等価回路図である。
高結合度トランス２５は、第１コイルＬ１１に直列接続されるとともに第１コイルＬ１１に電磁界結合している第４コイルＬ２１、第２コイルＬ１２に直列接続されるとともに第２コイルＬ１２に電磁界結合している第５コイルＬ２２、および第３コイルＬ１３に直列接続されるとともに第３コイルＬ１３に電磁界結合している第６コイルＬ２３を備えている。第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とは逆相で電磁界結合していて、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３とは逆相で電磁界結合している。また、第４コイルＬ２１と第５コイルＬ２２とは逆相で電磁界結合していて、第４コイルＬ２１と第６コイルＬ２３とは逆相で電磁界結合している。

【0031】

第４コイルＬ２１は、その第１端を第１コイルＬ１１に対して逆向きに直列接続し、第２端をグランドに接続している。第５コイルＬ２２は、その第１端を第２コイルＬ１２に対して逆向きに直列接続し、第２端をグランドに接続している。第６コイルＬ２３は、その第１端を第３コイルＬ１３に対して逆向きに直列接続し、第２端をグランドに接続している。

【0032】

第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３は、これらのコイルの巻回軸がほぼ同一直線になるように、且つ第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３の間に第１コイルＬ１１が位置するように配置されている。また、第４コイルＬ２１、第５コイルＬ２２および第６コイルＬ２３は、これらのコイルの巻回軸がほぼ同一直線になるように、且つ第５コイルＬ２２および第６コイルＬ２３の間に第４コイルＬ２１が位置するように配置されている。

【0033】

後に示すように、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２、第３コイルＬ１３、第４コイルＬ２１、第５コイルＬ２２および第６コイルＬ２３は、多層基板に一体的に構成されていて、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２の結合領域、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３の結合領域、第４コイルＬ２１と第５コイルＬ２２の結合領域、および第４コイルＬ２１と第６コイルＬ２３の結合領域も前記多層基板内に位置している。したがって、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２は強く結合し、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３は強く結合し、第４コイルＬ２１と第５コイルＬ２２は強く結合し、第４コイルＬ２１と第６コイルＬ２３は強く結合する。

【0034】

そして、第１コイルＬ１１と第４コイルＬ２１、第２コイルＬ１２と第５コイルＬ２２、第３コイルＬ１３と第６コイルＬ２３がそれぞれ結合する。このため、第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３が結合しても、また第５コイルＬ２２と第６コイルＬ２３とが結合しても、全体の結合係数ｋを等価的に１以上にすることができる。

【0035】

上記各コイル同士の結合係数を次のとおりである。
Ｌ１１とＬ１２との結合係数：０．８
Ｌ１１とＬ１３との結合係数：０．８
Ｌ２１とＬ２２との結合係数：０．８
Ｌ２１とＬ２３との結合係数：０．８
Ｌ１１とＬ２１との結合係数：０．３
Ｌ１２とＬ２２との結合係数：０．３
Ｌ１３とＬ２３との結合係数：０．３
Ｌ１２とＬ１３との結合係数：０．３
Ｌ２２とＬ２３との結合係数：０．３
図１１は、上記条件で求めた、第１コイルＬ１１の入力（ポートＰ１）から高結合度トランス２５側を見た反射係数Ｓ１１をインピーダンス軌跡としてスミスチャート上に表したものである。インピーダンスの虚部は負の領域に入っていることがわかる。

【0036】

このように第１回路のコイルに二つのコイルＬ１１，Ｌ２１を備え、第２回路のコイルに四つのコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ１３，Ｌ２３を備えたことにより、第２回路のコイル同士（第２コイルＬ１２と第３コイルＬ１３、第５コイルＬ２２と第６コイルＬ２３）の結合がある程度あってもトランス全体の１次−２次間の結合係数を大きくできる。

【0037】

図１２は第２の実施形態の高結合度トランス２５の分解斜視図である。
図１２に示すように、基材層５１ａ〜５１ｋは磁性体シートで構成され、各層にコイル導体が形成されている。基材層５１ｂにコイル導体Ｌ１３ｃ，Ｌ２３ｃが形成され、基材層５１ｃにコイル導体Ｌ１３ｂ，Ｌ２３ｂが形成され、基材層５１ｄにコイル導体Ｌ１３ａ，Ｌ２３ａが形成され、基材層５１ｅにコイル導体Ｌ１１ｃ，Ｌ２１ｃが形成され、基材層５１ｆにコイル導体Ｌ１１ｂ，Ｌ２１ｂが形成され、基材層５１ｇにコイル導体Ｌ１１ａ，Ｌ２１ａが形成され、基材層５１ｈにコイル導体Ｌ１２ａ，Ｌ２２ａが形成され、基材層５１ｉにコイル導体Ｌ１２ｂ，Ｌ２２ｂが形成され、基材層５１ｊにコイル導体Ｌ１２ｃ，Ｌ２２ｃが形成されている。基材層５１ｋの下面には、給電端子４１、グランド端子４２、アンテナ端子４３等が形成されている。図１２中の縦方向に延びる線はビア電極であり、コイル導体同士を層間で接続する。

【0038】

図１２において、コイル導体Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ，Ｌ１１ｃによって第１コイルＬ１１を構成していて、コイル導体Ｌ２１ａ，Ｌ２１ｂ，Ｌ２１ｃによって第４コイルＬ２１を構成している。また、コイル導体Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｃによって第２コイルＬ１２を構成していて、コイル導体Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂ，Ｌ２２ｃによって第５コイルＬ２２を構成している。また、コイル導体Ｌ１３ａ，Ｌ１３ｂ，Ｌ１３ｃによって第３コイルＬ１３を構成していて、コイル導体Ｌ２３ａ，Ｌ２３ｂ，Ｌ２３ｃによって第６コイルＬ２３を構成している。

【0039】

なお、各層は誘電体シートで構成されていてもよい。但し、比透磁率の高い磁性体シートを用いれば、コイル素子間の結合係数をより高めることができる。

【0040】

図１３は、図１２に示した各層のコイル導体に流れる電流の向きを示す図である。図１３に示すように、給電端子４１から入力された高周波信号電流が第１コイルＬ１１に流れると、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３に矢印方向に電流が流れる。すなわち、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第２コイルＬ１２に矢印方向の高周波信号電流が誘導される。同様に、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第３コイルＬ１３に矢印方向の高周波信号電流が誘導される。

【0041】

同様に、給電端子４１から入力された高周波信号電流が第４コイルＬ２１に流れると、第５コイルＬ２２および第６コイルＬ２３に矢印方向に電流が流れる。すなわち、第４コイルＬ２１と第５コイルＬ２２とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第５コイルＬ２２に矢印方向の高周波信号電流が誘導される。同様に、第４コイルＬ２１と第６コイルＬ２３とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第６コイルＬ２３に矢印方向の高周波信号電流が誘導される。

【0042】

なお、給電端子４１に流れる電流（矢印ａ）が逆向きであれば、他の電流の向きも逆になる。

【0043】

《第３の実施形態》
図１４は第３の実施形態であるインピーダンス変換回路およびそれを備えたアンテナ装置の等価回路図である。図１４において、インピーダンス変換回路３５の構成およびその等価回路は図６に示したとおりである。一方、アンテナ素子１１は、等価的にインダクタンス成分ＬANT、放射抵抗成分Ｒｒ、およびキャパシタンス成分ＣANTで構成される。このアンテナ素子１１単体のインダクタンス成分ＬANTは、インピーダンス変換回路３５における負の合成インダクタンス成分（Ｌ２−Ｍ）によって打ち消されるように作用する。すなわち、インピーダンス変換回路のＡ点からアンテナ素子１１側を見た（インダクタンス素子（Ｌ２−Ｍ）を含めたアンテナ素子１１の）インダクタンス成分は小さく（理想的にはゼロに）なり、その結果、このアンテナ装置１０１のインピーダンス周波数特性が小さくなる。

【0044】

このように負のインダクタンス成分を生じさせるためには、第１インダクタンス素子と第２インダクタンス素子とを高い結合度で結合させることが重要である。そのためには、この結合度は１以上であればよい。

【0045】

トランス型回路によるインピーダンス変換比は、第１コイル素子のインダクタンスＬ１に対する第２コイル素子のインダクタンスＬ２の比（Ｌ１：Ｌ２）である。

【0046】

図１５は、前記インピーダンス変換回路３５で擬似的に生じる負のインダクタンス成分の作用およびインピーダンス変換回路３５の作用を模式的に示す図である。図１５において曲線Ｓ０はアンテナ素子１１の使用周波数帯域に亘って周波数をスイープしたときのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に表したものである。アンテナ素子１１単体ではインダクタンス成分ＬANTが比較的大きいので、図１５に表れているようにインピーダンスは大きく推移する。

【0047】

図１５において曲線Ｓ１はインピーダンス変換回路のＡ点からアンテナ素子１１側を見たインピーダンスの軌跡である。このように、インピーダンス変換回路の擬似的な負のインダクタンス成分によってアンテナ素子のインダクタンス成分ＬANTが相殺されて、Ａ点からアンテナ素子側を見たインピーダンスの軌跡は大幅に縮小される。

【0048】

図１５において曲線Ｓ２は給電回路３０から見たインピーダンスすなわちアンテナ装置１０１のインピーダンスの軌跡である。このように、トランス型回路によるインピーダンス変換比（Ｌ１：Ｌ２）によって、アンテナ装置１０１のインピーダンスは５０Ω（スミスチャートの中心）に近づく。なお、このインピーダンスの微調整は、トランス型回路に、別途インダクタンス素子やキャパシタンス素子を付加することで行ってもよい。

【0049】

このようにして、広帯域に亘ってアンテナ装置のインピーダンス変化を抑制できる。ゆえに、広い周波数帯域に亘って給電回路とインピーダンス整合がとれる。

【0050】

《第４の実施形態》
図１６（Ａ）は第４の実施形態の高結合度トランス４５の回路図、図１６（Ｂ）はその高結合度トランス４５を備えたアンテナ装置の回路図である。高結合度トランス４５は第１コイルＬ１１を含む第１回路（１次側回路）と、第２コイルＬ１２およびこの第２コイルに直列接続された第３コイルＬ１３を含む第２回路（２次側回路）とを有する。そして、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とは逆相で電磁界結合していて、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３とは逆相で電磁界結合している。また、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３は、それぞれの巻回軸がほぼ同一直線になるように、且つ第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３の間に第１コイルＬ１１が位置するように配置されている。さらに、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３は、複数の誘電体層または磁性体層の積層体である多層基板に一体的に構成されていて、少なくとも第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２の結合領域、および第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３の結合領域は前記多層基板内に位置している。

【0051】

図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示した第１コイルＬ１１に生じる磁束の閉磁路と第２コイルＬ１２に生じる磁束の閉磁路とは互いに反発する方向であるので、第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。同様に、第１コイルＬ１１に生じる磁束の閉磁路と第３コイルＬ１３に生じる磁束の閉磁路とは互いに反発する方向であるので、第１コイルＬ１１と第３コイルＬ１３との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。

【0052】

この例では第１コイルＬ１１と給電回路（高周波回路）３０とで第１回路が構成されている。また、第２コイルＬ１２、第３コイルＬ１３およびアンテナ素子１１で第２回路が構成されている。

【0053】

なお、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示した例では、第１コイルＬ１１を１次側、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３を２次側として用いる例を示したが、高結合度トランス自体はどちらを１次側にしてもよく、どちらを２次側にしてもよい。すなわち、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３を１次側、第１コイルＬ１１を２次側として用いてもよい。

【0054】

また、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示した例では、第１コイルＬ１１、第２コイルＬ１２および第３コイルＬ１３をそれぞれ単一のコイル導体で構成したが、第２の実施形態で示したものと同様に、それぞれ二つのコイル導体で構成してもよい。すなわち、直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第１のコイル導体と第４のコイル導体とで第１コイルを構成し、直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第２のコイル導体と第５のコイル導体とで第２コイルを構成し、直列接続されるとともに互いに電磁界結合する第３のコイル導体と第６のコイル導体とで第３コイルを構成してもよい。

【0055】

《第５の実施形態》
第５の実施形態では通信端末装置の例を示す。
図１７（Ａ）は第５の実施形態の第１例である通信端末装置、図１７（Ｂ）は第２例である通信端末装置のそれぞれの構成図である。これらは、例えば携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス（通称：ワンセグ）の高周波信号の受信用（４７０〜７７０ＭＨｚ）の端末である。

【0056】

図１７（Ａ）に示す通信端末装置１は、蓋体部である第１筺体１０と本体部である第２筺体２０とを備え、第１筺体１０は第２筺体２０に対して折りたたみ式あるいはスライド式で連結されている。第１筺体１０にはグランド板としても機能する第１放射素子１１が設けられ、第２筺体２０にはグランド板としても機能する第２放射素子２１が設けられている。第１および第２放射素子１１，２１は金属箔などの薄膜あるいは導電性ペーストなどの厚膜からなる導電体膜で形成されている。この第１および第２放射素子１１，２１は給電回路３０から差動給電することでダイポールアンテナとほぼ同等の性能を得ている。給電回路３０は高周波回路やベースバンド回路のような信号処理回路を有している。

【0057】

図１７（Ｂ）に示す通信端末装置２は第１放射素子１１をアンテナ単体として設けたものである。第１放射素子１１はチップアンテナ、板金アンテナ、コイルアンテナなど各種アンテナ素子を用いることができる。また、このアンテナ素子としては、例えば、筺体１０の内周面や外周面に沿って設けられた線状導体を利用してもよい。第２放射素子２１は第２筺体２０のグランド板としても機能するものであり、第１放射素子１１と同様に各種のアンテナを用いてもよい。ちなみに、通信端末装置２は折りたたみ式やスライド式ではないストレート構造の端末である。なお、第２放射素子２１は、必ずしも放射体として十分に機能するものでなくてもよく、第１放射素子１１がいわゆるモノポールアンテナのように振る舞うものであってもよい。

【0058】

給電回路３０は一端が第２放射素子２１に接続され、他端がインピーダンス変換回路３５を介して第１放射素子１１に接続されている。また、第１および第２放射素子１１，２１は接続線３３によって互いに接続されている。この接続線３３は第１および第２筺体１０，２０のそれぞれに搭載されている電子部品（図示省略）の接続線として機能するもので、高周波信号に対してはインダクタンス素子として振る舞うがアンテナの性能に直接的に作用するものではない。

【0059】

インピーダンス変換回路３５は、給電回路３０と第１放射素子１１との間に設けられ、第１および第２放射素子１１，２１から送信される高周波信号、あるいは、第１および第２放射素子１１，２１にて受信する高周波信号の周波数特性を安定化させる。それゆえ、第１放射素子１１や第２放射素子２１の形状、第１筺体１０や第２筺体２０の形状、近接部品の配置状況などに影響されることなく、高周波信号の周波数特性が安定化する。特に、折りたたみ式やスライド式の通信端末装置にあっては、蓋体部である第１筺体１０の本体部である第２筺体２０に対する開閉状態に応じて、第１および第２放射素子１１，２１のインピーダンスが変化しやすいが、インピーダンス変換回路３５を設けることによって高周波信号の周波数特性を安定化させることができる。すなわち、アンテナの設計に関して重要事項である中心周波数の設定・通過帯域幅の設定・インピーダンスマッチングの設定などの周波数特性の調整機能をこのインピーダンス変換回路３５が担うことが可能になり、アンテナ素子そのものは、主に指向性や利得を考慮するだけでよいため、アンテナの設計が容易になる。

【0060】

《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、第２コイル（Ｌ１２，Ｌ２２）および第３コイル（Ｌ１３，Ｌ２３）の積層方向（厚み方向）の間に第１コイル（Ｌ１１，Ｌ２１）が位置するように配置された例を示したが、本発明は第１〜第３のコイルが積層方向（厚み方向）に配置されたものに限らない。第１〜第３のコイルは平面方向に同軸状（同心状）に配置されていてもよい。その場合、第２コイル（Ｌ１２，Ｌ２２）および第３コイル（Ｌ１３，Ｌ２３）の平面方向の間に第１コイル（Ｌ１１，Ｌ２１）が位置するように配置されればよい。

【0061】

また、以上に示した各実施形態では、給電回路とアンテナ素子との間に接続されるインピーダンス変換回路について例示したが、本発明のインピーダンス変換回路は給電回路とアンテナ素子との間に接続されるものに限らず、第１高周波回路（単に第１の高周波素子であってもよい）と第２高周波回路（単に第２の高周波素子であってもよい）との間に接続されて、第１高周波回路（素子）と第２高周波回路（素子）とをインピーダンス整合させる回路に適用できる。

【0062】

本発明の高結合度トランスは、以上に示したインピーダンス変換回路以外に、例えば、昇圧・降圧回路、変流・分流回路、平衡−不平衡変換回路等のような高周波電子回路に適用できる。また、この高周波電子回路は、例えば移動体通信端末、ＲＦＩＤタグ／リーダライタ、テレビ、パソコン等の電子機器に適用できる。

【符号の説明】

【0063】

ＣANT…キャパシタンス成分
Ｌ１…第１コイル素子
Ｌ２…第２コイル素子
Ｌ１１…第１コイル
Ｌ１２…第２コイル
Ｌ１３…第３コイル
Ｌ２１…第４コイル
Ｌ２２…第５コイル
Ｌ２３…第６コイル
Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ，Ｌ１１ｃ…コイル導体
Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｃ…コイル導体
Ｌ１３ａ，Ｌ１３ｂ，Ｌ１３ｃ…コイル導体
Ｌ２１ａ，Ｌ２１ｂ，Ｌ２１ｃ…コイル導体
Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂ，Ｌ２２ｃ…コイル導体
Ｌ２３ａ，Ｌ２３ｂ，Ｌ２３ｃ…コイル導体
ＬANT…アンテナのインダクタンス成分
Ｍ…相互インダクタンス
ＭＷ…磁気障壁
Ｒｒ…放射抵抗成分
１，２…通信端末装置
１０…第１筺体
２０…第２筺体
１１…アンテナ素子（第１放射素子）
２１…第２放射素子
１５…高結合度トランス
２５…高結合度トランス
３０…給電回路（高周波回路）
３３…接続線
３５…インピーダンス変換回路
４１…給電端子
４２…グランド端子
４３…アンテナ端子
４５…高結合度トランス
５１ａ〜５１ｋ…基材層
１０１…アンテナ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】