(57)【要約】  第１導体パターン（第１コイル導体（Ｌ１Ａ））の第１端は給電端子（Ｔ１）に接続され、第１導体パターンの第２端はアンテナ端子（Ｔ２）に接続される。第２導体パターンは第２コイル導体（Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄ）を含む。第２導体パターンの第１端はアンテナ端子（Ｔ２）および第１導体パターンの第２端に接続され、第２導体パターンの第２端はグランド端子（ＧＮＤ）に接続される。第２導体パターンは第１導体パターンに磁界結合する。第１導体パターンの第２端および第２導体パターンの第１端は、引回しパターン（Ｌ３Ａ）を介してアンテナ端子（Ｔ２）に接続される。引回しパターン（Ｌ３Ａ）は、第１導体パターンまたは第２導体パターンの少なくとも一方と磁界結合するように引回される。
2016143570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層を積層してなる積層体と、
前記積層体の表面に設けられ、アンテナ素子に接続されるアンテナ端子と、
前記積層体の表面に設けられ、給電回路に接続される給電端子と、
前記積層体の表面に設けられ、グランドに接続されるグランド端子と、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記給電端子に接続され、第２端が前記アンテナ端子に接続され、ループ状部分を有する第１導体パターンと、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記アンテナ端子および前記第１導体パターンの第２端に接続され、第２端が前記グランド端子に接続され、前記第１導体パターンに磁界結合され、ループ状部分を有する第２導体パターンと、
を備えるインピーダンス変換素子であって、
前記第１導体パターンの第２端および前記第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介して前記アンテナ端子に接続され、
前記引回しパターンは、前記第１導体パターンまたは前記第２導体パターンの少なくとも一方と磁界結合するように引回される、
ことを特徴とするインピーダンス変換素子。
【請求項２】
前記引回しパターンは、前記積層体の積層方向において、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとの間に配置され、前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンの両方に磁界結合する、請求項１に記載のインピーダンス変換素子。
【請求項３】
前記引回しパターンのインダクタンスは前記第１導体パターンのインダクタンスより小さい、請求項１または２に記載のインピーダンス変換素子。
【請求項４】
インピーダンス変換素子、アンテナ素子および給電回路を備える通信装置であって、
前記インピーダンス変換素子は、
複数の絶縁層を積層してなる積層体と、
前記積層体の表面に設けられるアンテナ端子と、
前記積層体の表面に設けられる給電端子と、
前記積層体の表面に設けられ、グランドに接続されるグランド端子と、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記給電端子に接続され、第２端が前記アンテナ端子に接続され、ループ状部分を有する第１導体パターンと、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記アンテナ端子および前記第１導体パターンの第２端に接続され、第２端が前記グランド端子に接続され、前記第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する第２導体パターンと、を備え、
前記第１導体パターンの第２端および前記第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介して前記アンテナ端子に接続され、
前記引回しパターンは、前記第１導体パターンまたは前記第２導体パターンの少なくとも一方と磁界結合するように引回され、
前記アンテナ素子は前記アンテナ端子に接続され、
前記給電回路は前記給電端子に接続される、
ことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層を積層してなる積層体に導体パターンが形成されることにより構成されるインピーダンス変換素子およびそれを備える通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インピーダンス変換素子として、例えば、特許文献１，２に記載のものがある。このインピーダンス変換素子は、図９（Ａ）に示すように、１次側のコイルＬ１および２次側のコイルＬ２から構成されるトランスを備える。コイルＬ１の第１端は給電端子Ｔ１に接続されている。コイルＬ１の第２端およびコイルＬ２の第１端は引回し線を介してアンテナ端子Ｔ２に接続されている。コイルＬ２の第２端はグランドに接続されている。給電端子Ｔ１は給電回路に接続される。アンテナ端子Ｔ２はアンテナ素子に接続される。コイルＬ１とコイルＬ２とは磁界結合する。このインピーダンス変換素子では、インピーダンスをトランスで変換することにより、アンテナ素子と給電回路とをインピーダンス整合させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５０４８２号
【特許文献２】国際公開第２０１４／０５０５５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスは、等価的に、周波数特性を有さない理想トランスと、周波数特性を有する寄生インダクタンスとにより表される。このため、特許文献１，２に記載のインピーダンス変換素子を使用して整合をとる場合、寄生インダクタンスを小さくするほど、広帯域で整合をとることができる。【０００５】
しかし、実際のインピーダンス変換素子では、図９（Ｂ）に示すように、コイルＬ１，Ｌ２とアンテナ端子Ｔ２とを接続する引回し線が長くなるので、引回し線のインダクタンスを無視できなくなる。この引回し線のインダクタンスはインピーダンス変換素子の寄生インダクタンスを大きくする。このため、広帯域でアンテナ素子と給電回路とを整合させることが困難となる。【０００６】
本発明の目的は、アンテナ素子と給電回路とを広帯域に亘って整合させることができるインピーダンス変換素子およびそれを備える通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインピーダンス変換素子は、積層体、アンテナ端子、給電端子、グランド端子、第１導体パターンおよび第２導体パターンを備える。積層体は複数の絶縁層を積層してなる。アンテナ端子は、積層体の表面に設けられ、アンテナ素子に接続される。給電端子は、積層体の表面に設けられ、給電回路に接続される。グランド端子は、積層体の表面に設けられ、グランドに接続される。第１導体パターンは積層体の内部に設けられる。第１導体パターンの第１端は給電端子に接続され、第１導体パターンの第２端はアンテナ端子に接続される。第１導体パターンはループ状部分を有する。第２導体パターンは積層体の内部に設けられる。第２導体パターンの第１端はアンテナ端子および第１導体パターンの第２端に接続され、第２導体パターンの第２端はグランド端子に接続される。第２導体パターンは、第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する。第１導体パターンの第２端および第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介してアンテナ端子に接続される。引回しパターンは、第１導体パターンまたは第２導体パターンの少なくとも一方と磁界結合するように引回される。【０００８】
この構成では、引回しパターンが第１導体パターンおよび第２導体パターンと磁界結合することで、等価的に、インピーダンス変換素子の寄生インダクタンスが小さくなる。このため、インピーダンス変換素子のトランスが理想トランスに近くなるので、アンテナ素子と給電回路とを広帯域に亘って整合させることができる。【０００９】
本発明のインピーダンス変換素子では、引回しパターンは、積層体の積層方向において、第１導体パターンと第２導体パターンとの間に配置され、第１導体パターンおよび第２導体パターンの両方に磁界結合することが好ましい。この構成では、引回しパターンがループ状でなくても、引回しパターンと第１導体パターンおよび第２導体パターンとの結合度を高くすることができる。【００１０】
本発明のインピーダンス変換素子では、引回しパターンのインダクタンスは第１導体パターンのインダクタンスより小さいことが好ましい。この構成では、インピーダンス変換比を大きくすることができる。【００１１】
本発明の通信装置は、インピーダンス変換素子、アンテナ素子および給電回路を備える。インピーダンス変換素子は、積層体、アンテナ端子、給電端子、グランド端子、第１導体パターンおよび第２導体パターンを備える。積層体は複数の絶縁層を積層してなる。アンテナ端子は積層体の表面に設けられる。給電端子は積層体の表面に設けられる。グランド端子は、積層体の表面に設けられ、グランドに接続される。第１導体パターンは積層体の内部に設けられる。第１導体パターンの第１端は給電端子に接続され、第１導体パターンの第２端はアンテナ端子に接続される。第１導体パターンはループ状部分を有する。第２導体パターンは積層体の内部に設けられる。第２導体パターンの第１端はアンテナ端子および第１導体パターンの第２端に接続され、第２導体パターンの第２端はグランド端子に接続される。第２導体パターンは、第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する。第１導体パターンの第２端および第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介してアンテナ端子に接続される。引回しパターンは、第１導体パターンまたは第２導体パターンの少なくとも一方と磁界結合するように引回される。アンテナ素子はアンテナ端子に接続される。給電回路は給電端子に接続される。この構成では、広帯域でアンテナ素子と給電回路とをインピーダンス整合させた状態で通信することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンテナ素子と給電回路とを広帯域に亘って整合させるインピーダンス変換素子およびそれを備える通信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はインピーダンス変換素子１０の斜視図である。
【図２】図２はインピーダンス変換素子１０の、基板２３への実装構造を示す平面図である。
【図３】図３はインピーダンス変換素子１０の分解平面図である。
【図４】図４はインピーダンス変換素子１０の模式的な概念図である。
【図５】図５はインピーダンス変換素子１０および通信装置２０の回路図である。
【図６】図６（Ａ）はインピーダンス変換素子１０の等価回路図である。図６（Ｂ）は、コイルＬ１とコイルＬ２との磁界結合のみが考慮されたときのインピーダンス変換素子１０の等価回路図である。図６（Ｃ）は、コイルＬ２とコイルＬ３との磁界結合のみが考慮されたときのインピーダンス変換素子１０の等価回路図である。
【図７】図７（Ａ）は、比較例のインピーダンス変換素子４０の等価回路図である。図７（Ｂ）は、理想トランスＩＴと寄生インダクタンスＬｐｐ，Ｌｐｓとによるインピーダンス変換素子４０の等価回路図である。
【図８】図８（Ａ）は、通信装置２０における給電端子Ｔ１に信号を入力したときの反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図８（Ｂ）は、通信装置２０における給電端子Ｔ１とアンテナ端子Ｔ２との間の通過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９は従来のインピーダンス変換素子の模式的な概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係るインピーダンス変換素子および通信装置について説明する。本実施形態に係るインピーダンス変換素子は、ＵＨＦ帯等の高周波信号のインピーダンスを変換するための表面実装部品として構成されている。例えばスマートフォンのような携帯型無線通信端末では、その大きさの制約上、アンテナ素子のインピーダンスは比較的小さくなる。そこで、このインピーダンス変換素子は、そのアンテナ素子側のインピーダンスを低くすることによりアンテナ素子と給電回路とをインピーダンス整合させる。
【００１５】
図１は本実施形態に係るインピーダンス変換素子１０の斜視図である。インピーダンス変換素子１０は、複数の絶縁性の基材（絶縁層）の積層体１１を備え、この積層体１１内に、１次コイルおよび２次コイルによるトランスおよび、このトランスによるインピーダンス変換回路が構成されている。積層体１１の外面には、給電端子Ｔ１、アンテナ端子Ｔ２、グランド端子ＧＮＤおよび空き（Non-Connect）端子ＮＣがそれぞれ形成されている。これらの端子は、積層体の下面、側面、上面に亘って形成されている。
【００１６】
図２はインピーダンス変換素子１０の、プリント配線板等の基板２３への実装構造を示す平面図である。基板２３には、グランド導体Ｅｇｎｄと信号ラインＳＬとでコプレーナライン構造の伝送線路が形成されている。この伝送線路にアンテナ素子２１および給電回路２２が接続される。インピーダンス変換素子１０は、給電端子Ｔ１およびアンテナ端子Ｔ２が伝送線路の途中（信号ラインＳＬの途中）に直列接続され、且つグランド端子ＧＮＤおよび空き端子ＮＣがグランド導体Ｅｇｎｄに接続されるように、はんだ等の導電性接合材を介して、基板２３に実装される。
【００１７】
このように、インピーダンス変換素子１０の積層体の形状は直方体状であり、平面視で互いに対向する第１辺（側面）および第２辺（側面）に給電端子Ｔ１およびアンテナ端子Ｔ２をそれぞれ備え、平面視で互いに対向する第３辺（側面）または第４辺（側面）にグランド端子ＧＮＤを備えているので、給電回路とアンテナ素子との間の伝送線路にインピーダンス変換素子１０を容易に配置できる。
【００１８】
図３はインピーダンス変換素子１０の分解平面図である。インピーダンス変換素子１０は、複数の絶縁性の基材Ｓ１〜Ｓ８を備えている。基材Ｓ１〜Ｓ８には各種導体パターンが形成されている。「各種導体パターン」には、基材の表面に形成された導体パターンだけでなく、層間接続導体を含む。層間接続導体はビア導体だけでなく、積層体１１（図１参照）の端面に形成される端面電極も含む。
【００１９】
インピーダンス変換素子１０をセラミック多層部品として構成する場合、上記基材は誘電率の小さな非磁性のセラミック層であり、上記導電体パターンは銅ペースト等の導体材料の印刷パターンである。インピーダンス変換素子１０を樹脂多層部品として構成する場合、上記基材は樹脂材料のシートであり、上記導電体パターンはAl薄やCu箔等の金属箔をパターン化したものである。
【００２０】
基材Ｓ１の上面は積層体１１の実装面（下面）に相当する。基材Ｓ１には、給電端子Ｔ１、アンテナ端子Ｔ２、グランド端子ＧＮＤおよび空き端子ＮＣが形成されている。基材Ｓ２にはグランド端子ＧＮＤおよび空き端子ＮＣが形成されている。基材Ｓ３〜Ｓ６には第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄがそれぞれ形成されている。基材Ｓ７には引回しパターンＬ３Ａが形成されている。基材Ｓ８には第１コイル導体Ｌ１Ａが形成されている。引回しパターンＬ３Ａは、積層体１１の積層方向において、第１コイル導体Ｌ１Ａと第２コイル導体Ｌ２Ｄとの間に配置されている。
【００２１】
第１コイル導体Ｌ１Ａ、第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄおよび引回しパターンＬ３Ａは、平面視で積層体１１の縁に沿って延伸している。第１コイル導体Ｌ１Ａおよび第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｃは、ループ状であり、実質的に同一形状（外径寸法、内径寸法、巻回軸がほぼ同じ）に形成されている。第２コイル導体Ｌ２Ｄおよび引回しパターンＬ３Ａは、平面視で第１コイル導体Ｌ１Ａおよび第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｃの一部とほぼ一致するように形成されている。なお、隣接する基材に設けられた各コイル導体および引回しパターンは、各基材の積層ずれによる容量ばらつきを緩和するために、異なる線幅を有していてもよい。
【００２２】
第１コイル導体Ｌ１Ａの第１端は給電端子Ｔ１に接続されている。第１コイル導体Ｌ１Ａの第２端と引回しパターンＬ３Ａの第１端とはビア導体Ｖ７で接続されている。引回しパターンＬ３Ａの第２端はアンテナ端子Ｔ２に接続されている。引回しパターンＬ３Ａの第１端と第２コイル導体Ｌ２Ｄの第１端とはビア導体Ｖ６で接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｄの第２端と第２コイル導体Ｌ２Ｃの第１端（接続点ＣＰ６）とはビア導体Ｖ５で接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｃの接続点ＣＰ５と第２コイル導体Ｌ２Ｂの第１端（接続点ＣＰ３）とはビア導体Ｖ４で接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｃの第２端（接続点ＣＰ４）と第２コイル導体Ｌ２Ｂの接続点ＣＰ２とはビア導体Ｖ３で接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｂの第２端（接続点ＣＰ１）と第２コイル導体Ｌ２Ａの第１端とはビア導体Ｖ２で接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ａの第２端とグランド端子ＧＮＤとはビア導体Ｖ１で接続されている。
【００２３】
インピーダンス変換素子１０では、各導体パターンに電流が流れると、平面視で積層体１１の中央部に、積層体１１の積層方向を向く磁界が生じる。これにより、第１コイル導体Ｌ１Ａ、第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄおよび引回しパターンＬ３Ａは互いに磁界結合する。
【００２４】
図４はインピーダンス変換素子１０の模式的な概念図である。第１コイル導体Ｌ１Ａは１ターンのコイルＬ１を構成している。コイルＬ１はトランスの１次コイルである。コイルＬ１は本発明の「第１導体パターン」の一例である。第２コイル導体Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄおよびビア導体Ｖ２〜Ｖ５は約３．５ターンの右巻きのコイルＬ２を構成している。コイルＬ２はトランスの２次コイルである。コイルＬ２は本発明の「第２導体パターン」の一例である。引回しパターンＬ３Ａは、トランスからアンテナ端子Ｔ２までの引回し線であり、約０．５ターンのコイルＬ３を構成している。インピーダンス変換素子１０は、引回しパターンＬ３Ａ（コイルＬ３）のインダクタンスがコイルＬ１のインダクタンスより小さくなるように設計されている。図３および図４に示すように、引回しパターンＬ３Ａは、積層体１１の積層方向において、コイルＬ１とコイルＬ２との間に配置されている。このため、引回しパターンＬ３Ａがループ状でなくても、引回しパターンＬ３ＡとコイルＬ１，Ｌ２との結合度を大きくすることができる。
【００２５】
図５は、インピーダンス変換素子１０および通信装置２０の回路図である。図５では、図３に示した各導体パターンの位置関係を考慮して回路図化している。第１コイル導体Ｌ１Ａの第１端は給電端子Ｔ１に接続されている。第１コイル導体Ｌ１Ａの第２端は、引回しパターンＬ３Ａを介してアンテナ端子Ｔ２に接続されている。第１コイル導体Ｌ１Ａと引回しパターンＬ３Ａとの接続点Ｎ１は、第２コイル導体Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２Ｃ１，Ｌ２Ｃ２，Ｌ２Ｄを介してグランド端子ＧＮＤに接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｂ１，Ｌ２Ｂ２は、図３に示すように、それぞれ第２コイル導体Ｌ２Ｂの一部である。第２コイル導体Ｌ２Ｃ１，Ｌ２Ｃ２は、図３に示すように、それぞれ第２コイル導体Ｌ２Ｃの一部である。第２コイル導体Ｌ２Ｂ１および第２コイル導体Ｌ２Ｃ２は並列回路を構成し、第２コイル導体Ｌ２Ｂ２，Ｌ２Ｃ１はその並列回路に接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｂ２とグランド端子ＧＮＤとは第２コイル導体Ｌ２Ａを介して接続されている。第２コイル導体Ｌ２Ｃ１と接続点Ｎ１とは第２コイル導体Ｌ２Ｄを介して接続されている。
【００２６】
図６（Ａ）はインピーダンス変換素子１０の等価回路図である。図６（Ａ）において、ポートＰ１は給電端子Ｔ１に相当し、ポートＰ２はアンテナ端子Ｔ２に相当する。接続点Ｎ１とポートＰ１との間にはコイルＬ１が接続されている。接続点Ｎ１とグランドとの間にはコイルＬ２が接続されている。接続点Ｎ１とポートＰ２との間にはコイルＬ３が接続されている。コイルＬ１とコイルＬ２は結合係数ｋ12で磁界結合している。コイルＬ１とコイルＬ２は上記のようにトランスを構成している。コイルＬ２とコイルＬ３は結合係数ｋ23で磁界結合している。コイルＬ１とコイルＬ３は結合係数ｋ13で磁界結合している。
【００２７】
図６（Ｂ）は、コイルＬ１とコイルＬ２との磁界結合のみが考慮されたときのインピーダンス変換素子１０の等価回路３１を示している。図６（Ｃ）は、コイルＬ２とコイルＬ３との磁界結合のみが考慮されたときのインピーダンス変換素子１０の等価回路３２を示している。ここで、Ｌ1はコイルＬ１のインダクタンスであり、Ｌ2はコイルＬ２のインダクタンスであり、Ｌ3はコイルＬ３のインダクタンスである。Ｍ12はコイルＬ１とコイルＬ２との間の相互インダクタンスであり、Ｍ23はコイルＬ２とコイルＬ３との間の相互インダクタンスである。
【００２８】
等価回路３１では、各コイルのインダクタンス（例えば、ポートＰ１と接続点Ｎ１との間のインダクタンス）が相互インダクタンスＭ12により変化する。等価回路３２では、各コイルのインダクタンスが相互インダクタンスＭ23により変化する。コイルＬ１とコイルＬ３との間の相互インダクタンスをＭ13とすると、相互インダクタンスＭ12，Ｍ23，Ｍ13全てが考慮された厳密なインピーダンス変換素子１０の等価回路は、等価回路３１、等価回路３２、および、相互インダクタンスＭ13のみが考慮された等価回路（図示せず）を足し合わせたようなものとなる。すなわち、インピーダンス変換素子１０の厳密な等価回路では、各コイルのインダクタンスが相互インダクタンスＭ12，Ｍ23，Ｍ13により変化する。
【００２９】
図７（Ａ）は、比較例のインピーダンス変換素子４０の等価回路図である。インピーダンス変換素子４０では、コイルＬ３がコイルＬ１，Ｌ２と磁界結合していない。インピーダンス変換素子４０の他の構成はインピーダンス変換素子１０の構成と同様である。図７（Ｂ）は、理想トランスＩＴと寄生インダクタンスＬｐｐ，Ｌｐｓとによるインピーダンス変換素子４０の等価回路図である。寄生インダクタンスＬｐｐは理想トランスＩＴの１次側でシャント接続されている。寄生インダクタンスＬｐｓは理想トランスＩＴの２次側でシリーズ接続されている。寄生インダクタンスＬｐｐ，Ｌｐｓは、コイルＬ１，Ｌ２から構成されるトランスから、理想トランスＩＴを除いた残余分である。寄生インダクタンスＬｐｓｔは寄生インダクタンスＬｐｓおよびコイルＬ３からなる。寄生インダクタンスＬｐｐ，Ｌｐｓｔおよびトランス比ｎには、次の関係が成り立つ。
【００３０】
Lpp=L1+L2+2M12
Lpst={(1-k122)*L1*L2+L2*L3+L1*L3+2M12*L3}/(L1+L2+2M12)
n=(L1+L2+2M12)/(L2+M12)
本実施形態では、上述のように、コイルＬ３（引回しパターンＬ３Ａ）とコイルＬ１，Ｌ２とが磁界結合することで、各インダクタンスが相互インダクタンスＭ12，Ｍ23，Ｍ13により変化する。このため、寄生インダクタンスＬｐｓｔの値も相互インダクタンスＭ12，Ｍ23，Ｍ13により変化する。より具体的には、寄生インダクタンスＬｐｓｔにおいてインダクタンスＬ1，Ｌ2，Ｌ3からの寄与が相互インダクタンスＭ12，Ｍ23，Ｍ13からの寄与により打ち消されることで、寄生インダクタンスＬｐｓｔの値が小さくなる。例えば、寄生インダクタンスＬｐｓｔのＬi*Ｌjの項は、コイルＬｉとコイルＬｊとの間の磁界結合により（１−ｋij2）*Ｌi*Ｌjに変化する。この結果、インピーダンス変換素子１０のトランスは理想トランスに近くなるので、広帯域でアンテナ素子２１と給電回路２２とを整合させることができる。
【００３１】
また、等価回路３１（図６参照）では、結合度が高い場合（ｋ12＝１）、インピーダンス変換比がＬ1＋Ｌ2＋２Ｍ12：Ｌ2＋Ｌ3となる。等価回路３２においても、インピーダンス変換比は、相互インダクタンスによる寄与を除いて等価回路３１のものと同様である。これからわかるように、インピーダンス変換素子１０では、インダクタンスＬ1が大きくなるとインピーダンス変換比が大きくなり、インダクタンスＬ3が大きくなるとインピーダンス変換比を小さくなる。インピーダンス変換素子１０では、上述のように、インダクタンスＬ3がインダクタンスＬ1より小さいので、インピーダンス変換比を大きくすることができる。
【００３２】
また、比較例のインピーダンス変換素子４０では、コイルＬ１，Ｌ２から構成されるトランスに寄与しないコイルＬ３（引回しパターンＬ３Ａ）が接続されることで、Ｑ値が劣化する。一方、トランス自体はＱ値を劣化させないところ、インピーダンス変換素子１０では、コイルＬ３がコイルＬ１，Ｌ２と磁気結合することで、コイルＬ１〜Ｌ３からトランスが構成されるとみなすことができる。このため、インピーダンス変換素子１０では、コイルＬ１，Ｌ２から構成されるトランスにコイルＬ３が接続されても、Ｑ値が劣化しにくい。言い換えると、インピーダンス変換素子１０では、引回し線を含めた導体パターン全体でトランスが構成されるとみなすことができるので、引回し線にインダクタンス成分が生じても、Ｑ値が劣化しにくい。
【００３３】
図８（Ａ）は、通信装置２０における給電端子Ｔ１に信号を入力したときの反射特性のシミュレーション結果を示している。図８（Ｂ）は、通信装置２０における給電端子Ｔ１とアンテナ端子Ｔ２との間の通過特性のシミュレーション結果を示している。実線は本実施形態の通信装置２０における結果であり、破線は比較例の通信装置における結果である。比較例の通信装置は、通信装置２０においてインピーダンス変換素子１０の代わりにインピーダンス変換素子４０を用いたものである。このシミュレーションにおいて、本実施形態の結合係数はｋ12＝ｋ23＝ｋ13＝０．５に設定され、比較例の結合係数はｋ12＝０．５に設定されている。
【００３４】
図８（Ａ）に示すように、本実施形態では、比較例に比べて、約０．７ＧＨｚから１．１ＧＨｚの範囲で反射特性が改善している。図８（Ｂ）に示すように、本実施形態では、比較例に比べて、図示された範囲全体で通過特性が改善し、通過特性が広帯域化されている。このように、インピーダンス変換素子１０では、広帯域でアンテナ素子２１と給電回路２２とを整合させることができるので、通過特性を広帯域化することができる。
【００３５】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
ＣＰ１〜ＣＰ６，Ｎ１…接続点
Ｅｇｎｄ…グランド導体
ＧＮＤ…グランド端子
ＩＴ…理想トランス
Ｌ１〜Ｌ３…コイル
Ｌ１Ａ…第１コイル導体
Ｌ２Ａ〜Ｌ２Ｄ，Ｌ２Ｂ１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２Ｃ１，Ｌ２Ｃ２…第２コイル導体
Ｌ３Ａ…引回しパターン
Ｌｐｐ，Ｌｐｓ，Ｌｐｓｔ…寄生インダクタンス
ＮＣ…空き端子
Ｐ１，Ｐ２…ポート
Ｓ１〜Ｓ８…基材
ＳＬ…信号ライン
Ｔ１…給電端子
Ｔ２…アンテナ端子
Ｖ１〜Ｖ７…ビア導体
１０，４０…インピーダンス変換素子
１１…積層体
２０…通信装置
２１…アンテナ素子
２２…給電回路
２３…基板
３１，３２…等価回路
【図１】
2016143570.tif 000003
【図２】
2016143570.tif 000004
【図３】
2016143570.tif 000005
【図４】
2016143570.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月12日(2017.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層を積層してなる積層体と、
前記積層体の表面に設けられ、アンテナ素子に接続されるアンテナ端子と、
前記積層体の表面に設けられ、給電回路に接続される給電端子と、
前記積層体の表面に設けられ、グランドに接続されるグランド端子と、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記給電端子に接続され、第２端が前記アンテナ端子に接続され、ループ状部分を有する第１導体パターンと、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記アンテナ端子および前記第１導体パターンの第２端に接続され、第２端が前記グランド端子に接続され、前記第１導体パターンに磁界結合され、ループ状部分を有する第２導体パターンと、
を備えるインピーダンス変換素子であって、
前記第１導体パターンの第２端および前記第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介して前記アンテナ端子に接続され、
前記引回しパターンは、前記積層体の積層方向において、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとの間に配置され、前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンの両方に磁界結合するように引回される、
ことを特徴とするインピーダンス変換素子。
【請求項２】
前記引回しパターンのインダクタンスは前記第１導体パターンのインダクタンスより小さい、請求項１に記載のインピーダンス変換素子。
【請求項３】
インピーダンス変換素子、アンテナ素子および給電回路を備える通信装置であって、
前記インピーダンス変換素子は、
複数の絶縁層を積層してなる積層体と、
前記積層体の表面に設けられるアンテナ端子と、
前記積層体の表面に設けられる給電端子と、
前記積層体の表面に設けられ、グランドに接続されるグランド端子と、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記給電端子に接続され、第２端が前記アンテナ端子に接続され、ループ状部分を有する第１導体パターンと、
前記積層体の内部に設けられ、第１端が前記アンテナ端子および前記第１導体パターンの第２端に接続され、第２端が前記グランド端子に接続され、前記第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する第２導体パターンと、を備え、
前記第１導体パターンの第２端および前記第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介して前記アンテナ端子に接続され、
前記引回しパターンは、前記積層体の積層方向において、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとの間に配置され、前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンの両方に磁界結合するように引回され、
前記アンテナ素子は前記アンテナ端子に接続され、
前記給電回路は前記給電端子に接続される、
ことを特徴とする通信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のインピーダンス変換素子は、積層体、アンテナ端子、給電端子、グランド端子、第１導体パターンおよび第２導体パターンを備える。積層体は複数の絶縁層を積層してなる。アンテナ端子は、積層体の表面に設けられ、アンテナ素子に接続される。給電端子は、積層体の表面に設けられ、給電回路に接続される。グランド端子は、積層体の表面に設けられ、グランドに接続される。第１導体パターンは積層体の内部に設けられる。第１導体パターンの第１端は給電端子に接続され、第１導体パターンの第２端はアンテナ端子に接続される。第１導体パターンはループ状部分を有する。第２導体パターンは積層体の内部に設けられる。第２導体パターンの第１端はアンテナ端子および第１導体パターンの第２端に接続され、第２導体パターンの第２端はグランド端子に接続される。第２導体パターンは、第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する。第１導体パターンの第２端および第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介してアンテナ端子に接続される。引回しパターンは、積層体の積層方向において、第１導体パターンと第２導体パターンとの間に配置され、第１導体パターンおよび第２導体パターンの両方に磁界結合するように引回される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、引回しパターンがループ状でなくても、引回しパターンと第１導体パターンおよび第２導体パターンとの結合度を高くすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の通信装置は、インピーダンス変換素子、アンテナ素子および給電回路を備える。インピーダンス変換素子は、積層体、アンテナ端子、給電端子、グランド端子、第１導体パターンおよび第２導体パターンを備える。積層体は複数の絶縁層を積層してなる。アンテナ端子は積層体の表面に設けられる。給電端子は積層体の表面に設けられる。グランド端子は、積層体の表面に設けられ、グランドに接続される。第１導体パターンは積層体の内部に設けられる。第１導体パターンの第１端は給電端子に接続され、第１導体パターンの第２端はアンテナ端子に接続される。第１導体パターンはループ状部分を有する。第２導体パターンは積層体の内部に設けられる。第２導体パターンの第１端はアンテナ端子および第１導体パターンの第２端に接続され、第２導体パターンの第２端はグランド端子に接続される。第２導体パターンは、第１導体パターンに磁界結合し、ループ状部分を有する。第１導体パターンの第２端および第２導体パターンの第１端は、引回しパターンを介してアンテナ端子に接続される。引回しパターンは、積層体の積層方向において、第１導体パターンと第２導体パターンとの間に配置され、第１導体パターンおよび第２導体パターンの両方に磁界結合するように引回される。アンテナ素子はアンテナ端子に接続される。給電回路は給電端子に接続される。この構成では、広帯域でアンテナ素子と給電回路とをインピーダンス整合させた状態で通信することができる。
【国際調査報告】
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