(57)【要約】【課題】  電圧および電力の双方をどちらも高い効率で抽出できる電圧電力抽出装置を実現する。【解決手段】  内部抵抗および内部リアクタンスを有する信号源と、上記信号源に直列に接続され、上記内部リアクタンスと逆符号のリアクタンスを有するリアクタンス素子と、上記リアクタンス素子に直列に接続された電力抽出用の第１の負荷と、上記リアクタンス素子と上記第１の負荷との直列回路に並列に接続された電圧抽出用の第２の負荷と、を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部抵抗および内部リアクタンスを有する信号源と、
上記信号源に直列に接続され、上記内部リアクタンスと逆符号のリアクタンスを有するリアクタンス素子と、
上記リアクタンス素子に直列に接続された電力抽出用の第１の負荷と、
上記リアクタンス素子と上記第１の負荷との直列回路に並列に接続された電圧抽出用の第２の負荷と、
を備えたことを特徴とする電圧電力抽出装置。
【請求項２】
上記第１の負荷に並列に接続されたスイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧電力抽出装置。
【請求項３】
上記スイッチはＦＥＴで構成されることを特徴とする請求項２に記載の電圧電力抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置などにおいて、受信信号に含まれる電圧信号を取り出すための機能と受信信号から電力を抽出する機能などを有する電圧電力抽出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に、受信波からＤＣ電力を抽出する従来の回路の回路図を示す。本回路は振幅電圧（実効値）がＶ０の理想電圧信号源２、インダクタンスがＬでリアクタンスがＸの内部インダクタ３、抵抗値がＲの内部抵抗４からなる信号源１に対し、直列に接続したキャパシタンスがＣのコンデンサ５、抵抗値がＲ１の負荷６からなる。コンデンサ５は信号源１の内部インダクタの共役値（角周波数をωとし、Ｃ＝１／ω＾２・Ｌ、ただし＾２は２乗を表す）を採用することにより、周波数（角周波数）ω＝１／√ＬＣ（＝ωｃ）で共振現象が発生する。共振により、共振周波数ωｃにおいては、内部インダクタ３とコンデンサ５はそれぞれ短絡したものとして扱うことができる。ここで、Ｒ１＝Ｒが成りたつように負荷６を選択することで、Ｒ１で取り出せる電力は、Ｖ０＾２／４Ｒとなり、最大効率で電力を取り出すことが可能となる。
【０００３】
図５に、受信波に含まれる電圧信号を取り出すための機能を有する従来の回路を示す。本回路は理想電圧信号源２、内部インダクタ３、内部抵抗４からなる信号源１、並列に接続したコンデンサ５、及び負荷６からなる。各素子値は図４と同様である。ここで、Ｒ１は信号源内部抵抗４の抵抗値に対し十分高い値とし、Ｒ１＞＞Ｘ＞Ｒの関係を満たすものとする。コンデンサ５を信号源１の内部インダクタの共役値を設定することにより、並列共振の効果でコンデンサ５の電極間電圧は共振のＱ（＝１／ωＣＲ）値倍の電圧となる。これによってＲ１ではＶ０の１／ωＣＲ倍の電圧信号が得られ、高い効率で電圧信号を取り出すことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０１０５８６号公報
【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、従来技術には次のような課題がある。
信号源の出力インピーダンスに対して、高い入力インピーダンスで信号に含まれる電圧信号を取り出す回路と、等しい入力インピーダンスで信号に含まれるＤＣ電力を取り出す負荷回路を並列接続し、それぞれ必要な時に切り替えて使用する装置において、従来方式を並列に接続すると、ＤＣ電力もしくは電圧信号のどちらか一つしか効率よく取り出すことができないという問題がある。
【０００６】
図６、図７のように二つの負荷Ｒ１とＲ２を並列に接続し、スイッチ８で切り替え電力を抽出する場合と電圧を抽出する場合で取り出す負荷を変える場合を考える。ここでＲ１＞Ｒ、Ｒ２＞＞Ｘ＞Ｒとする。図６に示すようにコンデンサ５に対し負荷６、負荷７双方を直列に接続すると、負荷６において取り出せる電力はＶ０＾２／４Ｒとなり最大効率となる。しかし、負荷７で電圧を取り出す場合、取り出せる電圧はＶ０となり効率よく取り出すことができない。一方、図７に示すように負荷６、負荷７を並列に接続すると、負荷７でとりだせる電圧はＶ０／ωＣＲとなり高い効率で取り出せるが、負荷６で取り出せる電力はリアクタンスＸによる制限を受けてしまうため最大効率のＶ０＾２／４Ｒとはならず、効率よく取り出すことはできない。
【０００７】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、電圧および電力の双方をどちらも高い効率で抽出できる電圧電力抽出装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電圧電力抽出装置は、
内部抵抗および内部リアクタンスを有する信号源と、
上記信号源に直列に接続され、上記内部リアクタンスと逆符号のリアクタンスを有するリアクタンス素子と、
上記リアクタンス素子に直列に接続された電力抽出用の第１の負荷と、
上記リアクタンス素子と上記第１の負荷との直列回路に並列に接続された電圧抽出用の第２の負荷と、
を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、電圧および電力の双方をどちらも高い効率で抽出できる電圧電力抽出装置を得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による電圧電力抽出装置を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２による電圧電力抽出装置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３による電圧電力抽出装置を示す図である。
【図４】この発明の従来技術を示す図である。
【図５】この発明の従来技術を示す図である。
【図６】この発明の従来技術を示す図である。
【図７】この発明の従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る電圧電力抽出装置の第１の実施の形態を示す図である。電圧電力抽出装置は、抵抗値がＲの内部抵抗４、インダクタンスがＬでリアクタンスがＸの内部インダクタ３、振幅電圧（実効値）がＶ０の理想信号源２、からなる信号源１の出力に、直列に接続されたキャパシタンスがＣのコンデンサ（リアクタンス素子）５と、第１の負荷であり抵抗値がＲ１の負荷抵抗６、及びコンデンサ５と並列に接続された第２の負荷であり抵抗値がＲ２の負荷抵抗７からなる。
【００１２】
ここで、電力抽出のための負荷抵抗６は信号源内部抵抗Ｒとほぼ等しく、Ｒ１≒Ｒとする。また、電圧抽出のための負荷抵抗７は信号源内部抵抗４に対し十分大きく、Ｒ２＞＞Ｘ＞Ｒとする。ここで、信号の角周波数をωとし、Ｘ＝ωＬである。ただし、Ｘ≦Ｒであっても構わない。
【００１３】
コンデンサ５を内部インダクタ３の共役値（Ｃ＝１／ω＾２・Ｌ、ただし＾２は２乗を表す）に設定する。すなわちコンデンサ５のリアクタンスが、内部インダクタ３のリアクタンスＸに絶対値がほぼ等しい状態にする。負荷４と負荷６が等しい値のため、負荷６で取り出せる電力は（Ｖ０）＾２／４Ｒとなり、最大効率となる。一方、負荷７ではコンデンサ５、及び負荷６に印加される電圧を取り出すことができる。この電圧は、共振の効果により信号源電圧Ｖ０の共振回路のＱ値倍となり、高効率で電圧を抽出することが可能となる。ここで図１の回路のＱ値は１／２ωＣＲ（＝Ｘ／２Ｒ）となる。
【００１４】
このように電力を取り出す負荷と電圧を取り出す負荷を分け、電圧と電力抽出する無線信号受信装置において、電力を取り出すときには信号源内部抵抗と近い抵抗値の負荷を用いて、直列共振によるリアクタンス成分の打ち消し効果を使用し、電圧信号を取り出すときには共振によりＱ値倍となるコンデンサの電極間電圧を用いることで、電力も電圧も最大効率で取り出すことが可能となる。
【００１５】
なお、本実施の形態における信号源１は、本発明を無線信号受信装置等に適用する場合はアンテナなどから構成されるものであっても良い。アンテナが無線信号を受信すると起電圧を発生するため、電圧信号源２として動作することは明らかである。
【００１６】
実施の形態２．
図２は、この発明に係る電圧電力抽出装置の第２の実施の形態を示す図である。本電圧電力抽出装置は、図１の負荷６に対しスイッチ８を並列に設けたものである。それ以外は図１と同様である。同一の構成部分については同一の符号を付し重複する説明を省略する。
【００１７】
スイッチ８は、外部からの制御（図中ＣＮＴで示す）により負荷６を短絡することが可能である。スイッチ８をＯＦＦ（開放）にした場合、信号源１とコンデンサ５、及び負荷抵抗６からなる回路が動作する。これにより図１の負荷６と同等の電力（Ｖ０）＾２／４Ｒを取り出すことが可能となる。一方、スイッチ８をＯＮ（短絡）の状態にした時は、負荷６がショートし、コンデンサ５の片側の電極が接地された状態となる。この場合、負荷７にかかる電圧は、共振の効果により信号源電圧Ｖ０の共振回路のＱ値倍となり、高効率で電圧を抽出することが可能となる。ここで回路のＱ値は１／ωＣＲ（＝Ｘ／Ｒ）となり、図１の２倍のＱ値が得られ、さらに効率よく電圧信号を取り出すことが可能となる。
【００１８】
実施の形態３．
図３は、この発明に係る電圧電力抽出装置の第３の実施の形態を示す図である。本電圧電力抽出装置は、図２のスイッチ８をＦＥＴ（Field Effect Transistor）９で構成したものである。それ以外は図２と同様である。同一の構成部分については同一の符号を付し重複する説明を省略する。
【００１９】
スイッチ８をＦＥＴ９で構成することにより、電圧電力抽出装置に制御回路等のＩＣを組み込む場合に、ＩＣにスイッチ８を入れて一体化することができるため、小型な電圧電力抽出装置が得られるという効果がある。
【００２０】
以上の実施の形態では、信号源１にリアクタンスＸが正の値である内部インダクタ３を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リアクタンスＸが負の値である内部キャパシタを有していても構わない。すなわち、等価インダクタでも等価キャパシタでも良く、内部リアクタンスを有していればよい。
信号源１に内部キャパシタを有する場合には、コンデンサ５に代えてインダクタを用いれば良い。すなわち、信号源１の内部リアクタンスＸの符号と逆符号のリアクタンスを有するリアクタンス素子を用いればよく、以上の実施例と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００２１】
１  信号源、２  理想信号源、３  信号源内部インダクタ、４  信号源内部抵抗、５  コンデンサ、６  電力抽出負荷抵抗、７  電圧抽出負荷抵抗、８  スイッチ、９  ＦＥＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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