JP3766262B2

JP3766262B2 - バラントランス

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Publication number: JP3766262B2
Application number: JP2000228884A
Authority: JP
Inventors: 政秀高嶋
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2001176726A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等において、伝送線路のインピーダンスを変換するためのインピーダンス変換器や、平衡伝送線路の信号及び不平衡伝送線路の信号を相互に変換するための信号変換器ないし位相変換器などに用いられるバラントランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバラントランスには、図８に示す様に入力端子８１とアース間に接続された１次側コイルＬ５及び、出力端子８２と出力端子８３間に接続された２次側コイルＬ６、Ｌ７を備えたものがある。この２次側コイルＬ６と２次側コイルＬ７の接続点はアースされる。また、１次側コイルＬ５と並列にインピーダンスマッチング用コンデンサＣ３が接続され、２次側コイルと並列にインピーダンスマッチング用コンデンサＣ４が接続される。
このバラントランスは、入力端子に不平衡伝送線路が接続され、出力端子に平衡伝送線路が接続される。そして、このバラントランスによって、不平衡伝送線路の信号が平衡伝送線路の２つの信号線路間に取り出され、平衡伝送線路の２つの信号線路間の信号が不平衡伝送線路に取り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種のバラントランスは、小型化、薄型化等の要求に伴って、巻線を用いない固体化した積層型のものが用いられるようになっている。しかしながら、従来のバラントランスは、回路素子の数が多いために十分に小型化できていない。
また、この様なバラントランスは、１次側コイルＬ５のインダクタンスとコンデンサＣ３の容量及び、２次側コイルＬ６、Ｌ７の合成インダクタンスとコンデンサＣ４の容量によって使用周波数帯域が決定され、１次側コイルＬ５と２次側コイルＬ６、Ｌ７の巻数比とコンデンサＣ３、Ｃ４の容量によって入力端子と出力端子間のインピーダンス比が決定される。
従って、従来のバラントランスは、使用周波数帯域及び平衡伝送線路−不平衡伝送線路間のインピーダンス比に応じて、コンデンサＣ３、Ｃ４のパターン形状を変えたり、コイル間の巻数比を調整したりして回路素子の定数を最適値に設定する必要があるので、使用周波数帯域の種類及び平衡伝送線路−不平衡伝送線路間のインピーダンス比の種類分だけパターンの種類を用意しなければならず生産性が低下すると共に、設計・製造が複雑になるという問題があった。また、従来のバラントランスは、図９に示すように使用周波数帯域付近から出力端子８２から出力される信号と出力端子８３から出力される信号の位相差が１８０度からずれて位相特性９４が劣化しやすく、使用できる周波数の帯域幅が狭くなる。なお、図９において、９１は出力端子８２から出力された信号の特性、９２は出力端子８３から出力された信号の特性、９３はリターンロスを示している。
【０００４】
本発明は、使用周波数帯域及び平衡伝送線路−不平衡伝送線路間のインピーダンス比が変わっても、生産性が低下したり、設計・製造が複雑になったりすることのないバラントランスを提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、形状を小型化できると共に、使用周波数帯域を広くできるバラントランスを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のバラントランスは、表面に第１のコイル用導体パターンと第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層を積層し、第１のコイル用導体パターン同士及び第２のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される共に、第１のコイルと第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続され、表面に第３のコイル用導体パターンと第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を積層し、第３のコイル用導体パターン同士及び第４のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成され、第１のコイルと第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ第２のコイルと第４のコイルが電磁気的に結合するように第１のコイルと第２のコイルを第２の絶縁層を介して第３のコイルと第４のコイルに対向させ、第１のコイルと第２のコイルを第１の絶縁層を介してアース電極に対向させ、第３のコイルと第４のコイルが第１の出力端子と第２の出力端子間に接続され、第３のコイルと第４のコイルの接続点がアースされる。
また、本発明のバラントランスは、表面に第１のコイル用導体パターンと第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層を積層し、第１のコイル用導体パターン同士及び第２のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される共に、第１のコイルと第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続され、表面に第３のコイル用導体パターンと第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を積層し、第３のコイル用導体パターン同士及び第４のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成されると共に、第３のコイルと第４のコイルが第１の出力端子と第２の出力端子間に接続され、第１のコイルと第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ第２のコイルと第４のコイルが電磁気的に結合するように第１のコイルと第２のコイルを第２の絶縁層を介して第３のコイルと第４のコイルに対向させ、第３のコイルと第４のコイルの接続点が、第１の絶縁層を介して第１のコイルと第２のコイルに対向したアース電極に接続される。
さらに、本発明のバラントランスは、表面に第１のコイル用導体パターンと第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層を積層し、第１のコイル用導体パターン同士及び第２のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される共に、第１のコイルと第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続され、表面に第３のコイル用導体パターンと第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を積層し、第３のコイル用導体パターン同士及び第４のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成されると共に、第３のコイルの一端が第１の出力端子に、第４のコイルの一端が第２の出力端子にそれぞれ接続され、第１のコイルと第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ第２のコイルと第４のコイルが電磁気的に結合するように第１のコイルと第２のコイルを第２の絶縁層を介して第３のコイルと第４のコイルに対向させ、第３のコイルの他端と第４のコイルの他端が、第１の絶縁層を介して第１のコイルと第２のコイルに対向したアース電極に接続される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のバラントランスは、表面に第１のコイル用導体パターンと第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層と、表面に第３のコイル用導体パターンと第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を備える。
この複数の第１の絶縁層を積層し、第１のコイル用導体パターン同士及び第２のコイル用導体パターン同士を接続することにより同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される。また、複数の第２の絶縁層を積層し、第３のコイル用導体パターン同士及び第４のコイル用導体パターン同士を接続することにより同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成される。
そして、第１のコイルと第２のコイルを第２の絶縁層を介して第３のコイルと第４のコイルに対向させることにより第１のコイルと第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ第２のコイルと第４のコイルが電磁気的に結合する。
また、第１のコイルと第２のコイルを第１の絶縁層を介してアース電極に対向させる。
そして、第１のコイルと第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続される。また、第３のコイルと第４のコイルは、第３のコイルの一端が第１の出力端子に接続され、第４のコイルの一端が第２の出力端子に接続される。さらに、第３のコイルと第４のコイルは、それぞれの他端を共通に接続してその共通接続端がアース電極に接続される、又は、それぞれの他端が、第１のコイルと第２のコイルに対向したアース電極にそれぞれ接続される。この様に第１の出力端子と第２の出力端子間に接続された第３のコイルと第４のコイルは、その接続点がアース電極に接続される。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明のバラントランスを図１乃至図７を参照して説明する。
図１は本発明のバラントランスの実施例を示す回路図、図２は本発明のバラントランスの実施例を示す分解斜視図、図３は本発明のバラントランスの実施例の斜視図である。
図１において、１１は入力端子、１２、１３は出力端子、１４はダミー端子である。
入力端子１１とダミー端子１４間には、同じターン数を有するコイルＬ１とコイルＬ２が直列に接続される。また、出力端子１２と出力端子１３間には、同じターン数を有するコイルＬ３とコイルＬ４が接続される。このコイルＬ３とコイルＬ４の接続点は、アースされる。
そして、コイルＬ１とコイルＬ３が電磁気的に結合し、コイルＬ２とコイルＬ４が電磁気的に結合する。なお、Ｃ１はコイルＬ１とコイルＬ３間に生じる浮遊容量であり、Ｃ２はコイルＬ２とコイルＬ４間に生じる浮遊容量である。
このバラントランスは、入力端子１１に不平衡線路が接続され、出力端子１２、１３に平衡伝送線路が接続される。
不平衡線路から入力された信号は、コイルＬ１からコイルＬ３に伝達されると共に、コイルＬ２からコイルＬ４に伝達される。このとき、コイルＬ１とコイルＬ２は同じターン数を有するので、コイルＬ３とコイルＬ４に伝達される信号の大きさは等しくなる。このコイルＬ３とコイルＬ４に伝達された信号は、出力端子１２、１３から出力される。このとき、コイルＬ３とコイルＬ４は同じターン数を有するので、出力端子１２から出力される信号の大きさと出力端子１３から出力される信号の大きさが等しくなる。
また、平衡伝送線路から入力された信号は、コイルＬ３とコイルＬ４からそれぞれコイルＬ１とコイルＬ２に伝達される。このコイルＬ１とコイルＬ２に伝達された信号は、合成されて出力される。
【０００８】
この様な回路構成のバラントランスは、図２の様に絶縁層と導体層を交互に積層して絶縁層の積層体内に回路素子が形成される。
絶縁層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆは、誘電体材料又は磁性体材料で形成される。
絶縁層２１ａの表面には、アース電極２２が形成される。このアース電極２２は絶縁層２１ａの対向する側面まで引出される。
絶縁層２１ｂの表面、絶縁層２１ｃの表面には、それぞれコイル用導体パターン２３とコイル用導体パターン２４が互いに線対称になるように形成される。このコイル用導体パターン２３、２４は、スルーホールを介して絶縁層２１ｂの導体パターン２３と絶縁層２１ｃの導体パターン２３とをらせん状に接続してコイルＬ１が形成され、スルーホールを介して絶縁層２１ｂの導体パターン２４と絶縁層２１ｃの導体パターン２４とをらせん状に接続してコイルＬ２が形成される。このコイルＬ１とコイルＬ２は、同じターン数になる様に形成され、絶縁層２１ｂの導体パターン２３と導体パターン２４が接続されることにより互いに接続される。そして、絶縁層２１ｃ上の導体パターン２３の一端と導体パターン２４の一端が絶縁層２１ｃの同じ側面まで引出される。
絶縁層２１ｄの表面、絶縁層２１ｅの表面には、それぞれコイル用導体パターン２５とコイル用導体パターン２６が互いに線対称になるように形成される。このとき、絶縁層２１ｄのコイル用導体パターン２５、２６は、絶縁層２１ｃのコイル用導体パターン２３、２４と対向する位置に形成される。このコイル用導体パターン２５、２６は、スルーホールを介して絶縁層２１ｄの導体パターン２５と絶縁層２１ｅの導体パターン２５とをらせん状に接続してコイルＬ３が形成され、同様にスルーホールを介して絶縁層２１ｄの導体パターン２６と絶縁層２１ｅの導体パターン２６とをらせん状に接続してコイルＬ４が形成される。このコイルＬ３とコイルＬ４は、同じターン数になる様に形成され、絶縁層２１ｄの導体パターン２５と導体パターン２６が接続されることにより互いに接続される。この絶縁層２１ｄの導体パターン２５と導体パターン２６の共通接続端は、アース電極２２が引出された一方の側面まで引出される。また、絶縁層２１ｅ上の導体パターン２５の一端と導体パターン２６の一端が絶縁層２１ｅの同じ側面まで引出される。
絶縁層２１ａから絶縁層２１ｅまで順次積層し、保護用の絶縁層２１ｆで覆われた積層体の側面には、図３に示す様に端子電極３１、３２、３３、３４、３５、３６が形成される。
そして、絶縁層２１ｃの導体パターン２３の一端が端子電極３１に、絶縁層２１ｃの導体パターン２４の一端が端子電極３４に接続されることによりコイルＬ１とコイルＬ２が入力端子１１とダミー端子１４間に接続される。また、絶縁層２１ｅの導体パターン２５の一端が端子電極３２に、絶縁層２１ｅの導体パターン２６の一端が端子電極３３に接続されることによりコイルＬ３とコイルＬ４が出力端子１２と出力端子１３間に接続される。そして、絶縁層２１ａのアース電極２２と、絶縁層２１ｄの導体パターン２５と導体パターン２６の共通接続端が端子電極３５に接続されることにより、コイルＬ３の他端とコイルＬ４の他端がアース電極２２に接続される。なお、３６は、絶縁層２１ａのアース電極２２が接続された端子電極である。
このように形成されたバラントランスは、絶縁層２１ｄを介してコイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３、Ｌ４が対向しているので、コイルＬ１とコイルＬ３間に浮遊容量Ｃ１が、コイルＬ２とコイルＬ４間に浮遊容量Ｃ２がそれぞれ発生する。
【０００９】
この様に形成されたバラントランスにおいて、コイル用導体パターン２３、２４、２５、２６の線幅を１００μｍ、絶縁層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅの厚みを１００μｍ、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のターン数を２ターンにしたところ、入力端子１１と出力端子１２、１３間のインピーダンス比が５０Ω：２００Ωとなり、図４に示す様に２０００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの使用周波数帯域が得られ、その使用周波数帯域内において１８０度の位相特性が得られた。なお、図４において、横軸は周波数、縦軸は減衰量と位相、４１は出力端子１２から出力された信号の特性、４２は出力端子１３から出力された信号の特性、４３はリターンロス、４４は位相特性を示している。
また、コイル用導体パターン２３、２４、２５、２６の線幅を１００μｍ、絶縁層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅの厚みを１００μｍ、コイルＬ１、Ｌ２のターン数を２ターン、コイルＬ３、Ｌ４のターン数を１ターンにしたところ、入力端子１１と出力端子１２、１３間のインピーダンス比が５０Ω：５０Ωとなり、図５に示す様に２０００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの使用周波数帯域が得られ、その使用周波数帯域内において１８０度の位相特性が得られた。なお、図５において、横軸は周波数、縦軸は減衰量と位相、５１は出力端子１２から出力された信号の特性、５２は出力端子１３から出力された信号の特性、５３はリターンロス、５４は位相特性を示している。
さらに、コイル用導体パターン２３、２４、２５、２６の線幅を１００μｍ、絶縁層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅの厚みを１００μｍ、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のターン数を５ターンにしたところ、入力端子１１と出力端子１２、１３間のインピーダンス比が５０Ω：２００Ωとなり、図６の様に８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの使用周波数帯域が得られ、その使用周波数帯域内において１８０度の位相特性が得られた。なお、図６において、横軸は周波数、縦軸は減衰量と位相、６１は出力端子１２から出力された信号の特性、６２は出力端子１３から出力された信号の特性、６３はリターンロス、６４は位相特性を示している。
この様に本発明のバラントランスは、コイル全体のターン数によって使用周波数帯域が決定され、コイルＬ１、Ｌ２とコイルＬ３、Ｌ４の巻数比によって入力端子と出力端子間のインピーダンス比が決定される。なお、本発明のバラントランスは、絶縁層２１ｂの厚みを変えることによって、出力端子１２と出力端子１３間の出力差（電力の差）を調整することができる。
【００１０】
図７は本発明のバラントランスの別の実施例であり、絶縁層と導体層を交互に積層して絶縁層の積層体内に回路素子を形成し、図１の回路を構成したものである。
絶縁層７１ａの表面には、アース用パターン７２が形成される。このアース電極７２は絶縁層７１ａの対向する側面まで引出される。
絶縁層７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅの表面には、それぞれコイル用導体パターン７３とコイル用導体パターン７４が互いに線対称になるように形成される。このコイル用導体パターン７３、７４は、スルーホールを介して絶縁層７１ｂから絶縁層７１ｅまでの導体パターン７３をらせん状に接続してコイルＬ１が形成され、スルーホールを介して絶縁層７１ｂから絶縁層７１ｅまでの導体パターン７４をらせん状に接続してコイルＬ２が形成される。
このコイルＬ１とコイルＬ２は、同じターン数になる様に形成され、絶縁層７１ｂの導体パターン７３と導体パターン７４が接続されることにより互いに接続される。そして、絶縁層７１ｅ上の導体パターン７３の一端と導体パターン７４の一端が絶縁層７１ｅの互いに対向する側面に引出される。
絶縁層７１ｆ、７１ｇ、７１ｈ、７１ｉの表面には、それぞれコイル用導体パターン７５とコイル用導体パターン７６が互いに線対称になるように形成される。このとき、絶縁層７１ｆのコイル用導体パターン７５、７６は、絶縁層７１ｅのコイル用導体パターン７３、７４と対向する位置に形成される。このコイル用導体パターン７５、７６は、スルーホールを介して絶縁層７１ｆから絶縁層７１ｉまでの導体パターン７５をらせん状に接続してコイルＬ３が形成され、同様にスルーホールを介して絶縁層７１ｆから絶縁層７１ｉまでの導体パターン７６をらせん状に接続してコイルＬ４が形成される。
このコイルＬ３とコイルＬ４は、同じターン数になるように形成され、絶縁層７１ｆ上の導体パターン７５の一端と導体パターン７６の一端が絶縁層７１ｆの互いに対向する側面のアース電極７２が引出された位置と対応する位置に引出される。また、絶縁層７１ｉ上の導体パターン７５の一端と導体パターン７６の一端が絶縁層７１ｉの互いに対向する側面に引出される。
絶縁層７１ａから絶縁層７１ｉまで順次積層し、保護用の絶縁層７１ｊで覆われた積層体の側面には、端子電極が形成される。
そして、絶縁層７１ｅの導体パターン７３の一端と、絶縁層７１ｅの導体パターン７４の一端がそれぞれ端子電極に接続されることによりコイルＬ１とコイルＬ２が入力端子１１とダミー端子１４間に接続される。また、絶縁層７１ｆの導体パターン７５の一端と導体パターン７６の一端がそれぞれ端子電極を介してアース電極に接続され、絶縁層７１ｉの導体パターン７５の一端と導体パターン７６の一端が端子電極に接続されることによりコイルＬ３とコイルＬ４が出力端子１２と出力端子１３間に接続される。
【００１１】
以上、本発明のバラントランスの実施例を述べたが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。例えば、第３のコイルの他端と第４のコイルの他端は、スルーホールを介してアース電極に接続されてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のバラントランスは、表面に第１のコイル用導体パターンと第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層を積層し、第１のコイル用導体パターン同士及び第２のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される共に、第１のコイルと第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続され、表面に第３のコイル用導体パターンと第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を積層し、第３のコイル用導体パターン同士及び第４のコイル用導体パターン同士を接続して同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成され、第１のコイルと第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ第２のコイルと第４のコイルが電磁気的に結合するように第１のコイルと第２のコイルを第２の絶縁層を介して第３のコイルと第４のコイルに対向させ、第１のコイルと第２のコイルを第１の絶縁層を介してアース電極に対向させ、第３のコイルと第４のコイルが第１の出力端子と第２の出力端子間に接続され、第３のコイルと第４のコイルの接続点がアースされたので、インピーダンスマッチング用コンデンサが不用になると共に、コイルのターン数によって特性を決定できる。
従って、本発明のバラントランスは、使用周波数帯域及び平衡伝送線路−不平衡伝送線路間のインピーダンス比が変わっても、コイルのターン数を変えるだけなので、パターンの流用が可能となり、生産性を向上できると共に、設計・製造が容易になる。また、本発明のバラントランスは、回路素子の数を少なくできるので、形状を小型化できる。さらに、本発明のバラントランスは、使用周波数内における出力端子間の位相差をほぼ１８０にすることができるので、使用周波数帯域を広くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバラントランスの実施例を示す回路図である。
【図２】本発明のバラントランスの実施例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のバラントランスの実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明のバラントランスの特性図である。
【図５】本発明のバラントランスの特性図である。
【図６】本発明のバラントランスの特性図である。
【図７】本発明のバラントランスの別の実施例を示す分解斜視図である。
【図８】従来のバラントランスの回路図である。
【図９】従来のバラントランスの特性図である。
【符号の説明】
１１入力端子
１２、１３出力端子

Claims

アース電極が形成された絶縁層上に、表面に１ターン未満の第１のコイル用導体パターンと１ターン未満の第２のコイル用導体パターンが形成された複数の第１の絶縁層を積層し、該第１のコイル用導体パターン同士及び該第２のコイル用導体パターン同士をそれぞれらせん状に接続して同じターン数を有する第１のコイルと第２のコイルが形成される共に、該第１のコイルと該第２のコイルが入力端子とダミー端子間に接続され、
該第１のコイルの入力端子側の引出し端部と該第２のコイルのダミー端子側の引出し端部が形成された該第１の絶縁層上に、表面に１ターン未満の第３のコイル用導体パターンと１ターン未満の第４のコイル用導体パターンが形成された複数の第２の絶縁層を積層し、該第３のコイル用導体パターン同士及び該第４のコイル用導体パターン同士をそれぞれらせん状に接続して同じターン数を有する第３のコイルと第４のコイルが形成されると共に、該第３のコイルの該第１のコイルに近接する側の端部と該第４のコイルの該第２のコイルに近接する側の端部をアースし、該第３のコイルの他方の端部を第１の出力端子に、該第４のコイルの他方の端部を第２の出力端子にそれぞれ接続して、該第３のコイルと該第４のコイルを第１の出力端子と第２の出力端子間に接続することにより、
これら積層体内に、該第１のコイルと該第３のコイルが電磁気的に結合し、かつ該第２のコイルと該第４のコイルが電磁気的に結合し、該入力端子と該ダミー端子間に該第１のコイルと該第２のコイルが直列に接続され、該第１の出力端子と該第２の出力端子間にアースされた該第３のコイルと該第４のコイルが接続され、第３のコイルのアース側と入力端子間に第１のコンデンサが、第４のコイルのアース側とダミー端子間に第２のコンデンサがそれぞれ形成されたバラントランス回路が形成されたことを特徴とするバラントランス。