(57)【要約】【課題】直列共振回路整合に広帯域で整合させる整合回路、および並列共振回路に広帯域で整合させる整合回路を提供する。【解決手段】空中線（直列共振回路）１に整合させる整合回路は、空中線１に接続する並列共振回路２を備える。並列共振回路２は空中線１の共振周波数と一致した共振周波数を有し、空中線１のインダクタンス１１をＬａ、キャパシタンス１２をＣａ、抵抗１３をＲａとした場合、並列共振回路２のインダクタンス２１はＣａ・Ｒａ２であり、キャパシタンス２２はＬａ／Ｒａ２である。  並列共振回路に整合させる整合回路は、並列共振回路に接続する直列共振回路を備える。直列共振回路は並列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有し、並列共振回路のインダクタンスをＬｂ、キャパシタンスをＣｂとし、直列共振回路の抵抗をＲａとした場合、直列共振回路のインダクタンスはＣｂ・Ｒａ２、キャパシタンスはＬｂ／Ｒａ２である。【選択図】        図１
2007019913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列共振回路に整合させる整合回路において、
前記直列共振回路に接続する並列共振回路を備え、
前記並列共振回路は前記直列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、
前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａとした場合、前記並列共振回路のインダクタンスはＣａ・Ｒａ２であり、キャパシタンスはＬａ／Ｒａ２である整合回路。
【請求項２】
直列共振回路に共振周波数補正回路が接続された回路に整合させる整合回路において、
前記直列共振回路に共振周波数補正回路が接続された回路に接続する並列共振回路を備え、
前記並列共振回路は該並列共振回路から見た前記直列共振回路側の共振周波数と一致する共振周波数を有しており、
前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａ、前記共振周波数補正回路のインダクタンスをＬ２、キャパシタンスをＣ２とした場合、前記並列共振回路のインダクタンスは（（Ｃａ・Ｃ２）／（Ｃａ＋Ｃ２））・Ｒａ２であり、キャパシタンスは（Ｌａ＋Ｌ２）／Ｒａ２である整合回路。
【請求項３】
直列共振回路に整合させる整合回路において、
前記直列共振回路に接続する並列共振回路を備え、
前記並列共振回路は前記直列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、
前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａとした場合、前記並列共振回路のインダクタンスＬ１は（２ω４Ｌａ２Ｃａ２＋Ｒａ２ω２Ｃａ２−４ω２ＬａＣａ＋２）／（２ω２Ｃａ）であり、キャパシタンスＣ１は１／（ω０２Ｌ１）［ただし、ω０＝１／（ＬａＣａ）１／２］である整合回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の整合回路において、
前記並列共振回路の前段に、インピーダンスの虚数項を減少させる虚数項補正回路を備えた整合回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の整合回路において、
前記直列共振回路は空中線である整合回路。
【請求項６】
並列共振回路に整合させる整合回路において、
前記並列共振回路に接続する直列共振回路を備え、
前記直列共振回路は前記並列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、
前記並列共振回路のインダクタンスをＬｂ、キャパシタンスをＣｂとし、前記直列共振回路の抵抗をＲａとした場合、前記直列共振回路のインダクタンスはＣｂ・Ｒａ２、キャパシタンスはＬｂ／Ｒａ２である整合回路。
【請求項７】
請求項６に記載の整合回路において、
前記直列共振回路の前段に、インピーダンスの虚数項を減少させる虚数項補正回路を備えた整合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は整合回路に係り、特に直列共振回路に整合させる並列共振回路を備えた整合回路、および並列共振回路に整合させる直列共振回路を備えた整合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の整合回路として、Ｔ形、Π形、Ｌ形などの整合回路がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の並列共振回路、および並列共振回路による整合回路として、λ／４スタブを用いた並列共振回路による整合回路がある（非特許文献２参照）。
【０００４】
従来の並列共振回路による広帯域化として、複数の共振周波数を近接した周波数で発生させる手法、および同手法を用いた空中線の広帯域化がある（非特許文献３参照）。
【０００５】
【非特許文献１】小西良弘「高周波・マイクロ波回路の構成法」、総合電子出版社、１９９６年６月２０日第２版、第２３８頁
【非特許文献２】岡田文明「マイクロ波工学基礎と応用」、学献社、２００２年３月６日第４版、第９２頁
【非特許文献３】関根秀一、他「並列共振を用いた広帯域逆Ｆアンテナの設計」、電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ，Ｎｏ．９，ｐｐ．１８０６−１８１５，２００３年９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＴ形、Π形、Ｌ形などの整合回路は、非特許文献１の第２３８頁の記載内容および同頁の図５．８を参照すると、整合できる周波数は、１点のみとなる欠点を有する。
【０００７】
従来のλ／４スタブを用いた並列共振回路による整合回路は、非特許文献２の第９２頁の記載内容および同頁の図３・２０を参照すると、整合できる周波数は、１点のみとなる欠点を有する。
【０００８】
本発明の目的は、直列共振回路整合に広帯域で整合させる整合回路、および並列共振回路に広帯域で整合させる整合回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１０】
（１）直列共振回路に整合させる整合回路において、前記直列共振回路に接続する並列共振回路を備え、前記並列共振回路は前記直列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａとした場合、前記並列共振回路のインダクタンスはＣａ・Ｒａ２であり、キャパシタンスはＬａ／Ｒａ２である整合回路である。
【００１１】
（２）直列共振回路に共振周波数補正回路が接続された回路に整合させる整合回路において、前記直列共振回路に共振周波数補正回路が接続された回路に接続する並列共振回路を備え、前記並列共振回路は該並列共振回路から見た前記直列共振回路側の共振周波数と一致する共振周波数を有しており、前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａ、前記共振周波数補正回路のインダクタンスをＬ２、キャパシタンスをＣ２とした場合、前記並列共振回路のインダクタンスは（（Ｃａ・Ｃ２）／（Ｃａ＋Ｃ２））・Ｒａ２であり、キャパシタンスは（Ｌａ＋Ｌ２）／Ｒａ２である整合回路である。
【００１２】
（３）直列共振回路に整合させる整合回路において、前記直列共振回路に接続する並列共振回路を備え、前記並列共振回路は前記直列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、前記直列共振回路のインダクタンスをＬａ、キャパシタンスをＣａ、抵抗をＲａとした場合、前記並列共振回路のインダクタンスＬ１は（２ω４Ｌａ２Ｃａ２＋Ｒａ２ω２Ｃａ２−４ω２ＬａＣａ＋２）／（２ω２Ｃａ）であり、キャパシタンスＣ１は１／（ω０２Ｌ１）［ただし、ω０＝１／（ＬａＣａ）１／２］である整合回路である。
【００１３】
（４）前記（１）〜（３）の整合回路において、前記並列共振回路の前段に、インピーダンスの虚数項を減少させる虚数項補正回路を備えた整合回路である。
【００１４】
（５）前記（１）〜（４）の整合回路において、前記直列共振回路は空中線である整合回路である。
【００１５】
（６）並列共振回路に整合させる整合回路において、前記並列共振回路に接続する直列共振回路を備え、前記直列共振回路は前記並列共振回路の共振周波数と一致した共振周波数を有しており、前記並列共振回路のインダクタンスをＬｂ、キャパシタンスをＣｂとし、前記直列共振回路の抵抗をＲａとした場合、前記直列共振回路のインダクタンスはＣｂ・Ｒａ２、キャパシタンスはＬｂ／Ｒａ２である整合回路である。
【００１６】
（７）前記（６）の整合回路において、前記直列共振回路の前段に、インピーダンスの虚数項を減少させる虚数項補正回路を備えた整合回路である。
【００１７】
本発明は、例えば非特許文献３に示したように、複数の共振周波数を近接した周波数で発生させる手法、および同手法を用いた空中線の広帯域化と、直列共振周波数と並列共振周波数を使用する点で類似している。しかし、本発明は、直列共振周波数と並列共振周波数を一致させ、一つの共振周波数を使用し、かつ、並列共振回路を構成する無限にあるインダクタンス定数とキャパシタンス定数の組み合わせから、広帯域になるインダクタンス定数とキャパシタンス定数を一意的に求めている点で、従来技術と異なっている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、直列共振回路に広帯域で整合させる整合回路を得ることができ、また、並列共振回路に広帯域で整合させる整合回路を得ることできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態の整合回路について説明する。なお、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態１を示す図である。
【００２１】
１は空中線であり、図１には、空中線１の等価回路をインダクタンス１１、キャパシタンス１２、抵抗１３の直列共振回路として示している。インダクタンス１１のインダクタンス定数はＬａ［Ｈ］であり、キャパシタンス１２のキャパシタンス定数はＣａ［Ｆ］であり、抵抗１３の抵抗値はＲａ［Ω］である。なお、図１においては１は空中線であるが、１は一般に直列共振回路であればよい。したがって、以下、１を直列共振回路ということがある。また、本明細書において、インダクタンス、キャパシタンス、抵抗は、実際の素子であっても、等価的なものであってもよく、また、共振回路には、実際の素子や等価的な素子を組み合わせた共振回路ばかりでなく、共振器も含まれる。
【００２２】
２は並列共振回路であり、空中線１に接続している。並列共振回路２は空中線（直列共振回路）１に整合させる整合回路である。並列共振回路２はインダクタンス２１、キャパシタンス２２を有しており、インダクタンス２１のインダクタンス定数はＬ１［Ｈ］であり、キャパシタンス２２のキャパシタンス定数はＣ１［Ｆ］である。
【００２３】
６、７は入力端子であり、入力端子６、７から入力された信号が空中線１に供給される。並列共振回路２は入力端子６、７に接続される機器（例えば送信機）と空中線１の整合をとる整合回路である。
【００２４】
本実施形態においては、並列共振回路２の並列共振周波数は空中線１の直列共振周波数と一致させている。すなわち、空中線１の直列共振周波数をω０＝１／（Ｌａ・Ｃａ）１／２とすると、Ｌ１・Ｃ１＝１／ω０２である。これを満たす並列共振回路２のインダクタンス定数Ｌ１、キャパシタンス定数Ｃ１の組み合わせは、空中線１のインダクタンス定数Ｌａ、キャパシタンス定数Ｃａが与えられていても、無限に存在する。本実施形態は、このような並列共振回路２を構成する無限にあるインダクタンス定数Ｌ１とキャパシタンス定数Ｃ１の組み合わせから、広帯域になるインダクタンス定数とキャパシタンス定数を一意的に求めるものである。
【００２５】
本実施形態による並列共振回路２のインダクタンス定数Ｌ１［Ｈ］とキャパシタンス定数Ｃ１［Ｆ］は、それぞれ数式１、数式２により求める。
【００２６】
【数１】
2007019913.tif 000003
【００２７】
以上に説明した本実施形態による空中線１に整合させる並列共振回路２を用いた整合回路は、並列共振回路２の共振周波数は直列共振回路１の共振周波数と一致し、かつ並列共振回路２のインダクタンスＬ１が数式１を満たし、キャパシタンスＣ１が数式２を満たす並列共振回路２による整合回路である。
【００２８】
次に、本発明の実施形態２について説明する。図２は実施形態２を示す図である。図２に示すように、実施形態２では、空中線１と並列共振回路２のほかに、直列共振周波数補正回路３と虚数項補正回路４と実数項補正トランス５を具備している。直列共振周波数補正回路３は空中線１と並列共振回路２の間に位置し、インダクタンス３１とキャパシタンス３２を有する。インダクタンス３１のインダクタンス定数はＬ２［Ｈ］であり、キャパシタンス３２のキャパシタンス定数はＣ２［Ｆ］である。虚数項補正回路４は並列共振回路２の前段に位置し、インダクタンス４１、キャパシタンス４２を有する。インダクタンス４１のインダクタンス定数はＬ３［Ｈ］であり、キャパシタンス４２のキャパシタンス定数はＣ３［Ｆ］である。
【００２９】
直列共振周波数補正回路３は、空中線１の直列共振周波数が使用したい周波数から離れている場合に用い、並列共振回路２から空中線側を見たインダクタンスを数式３、キャパシタンスを数式４とすることで、使用周波数に近い直列共振周波数を得るものである。
【００３０】
【数２】
2007019913.tif 000004
【００３１】
実施形態２においては、並列共振回路２の並列共振周波数は、並列共振回路２から見た空中線１側の直列共振周波数（空中線１と直列共振周波数補正回路３による直列共振周波数）と一致させる。図２の場合、使用周波数すなわち空中線１から放出される電波の周波数は、並列共振回路２から見た空中線１側の直列共振周波数（空中線１と直列共振周波数補正回路３による直列共振周波数）を含む帯域の周波数である。したがって、実施形態２の並列共振回路２のインダクタンスとキャパシタンスはそれぞれ数式５、数式６となる。
【００３２】
【数３】
2007019913.tif 000005
【００３３】
数式１〜６からわかるように、実施形態２の数式５は、実施形態１の数式１のＣａの代わりに数式４の並列共振回路２から空中線１側を見たキャパシタンスを用いたものであり、実施形態２の数式６は、実施形態１の数式２のＬａの代わりに数式３の並列共振回路２から空中線１側を見たインダクタンスを用いたものである。したがって、図２において、空中線１に直列共振周波数補正回路３が接続された回路を一つの直列共振回路と見れば、図１と同じものとなる。
【００３４】
並列共振回路２を整合回路として用いることにより、整合できる周波数範囲を広帯域にできるが、虚数項補正回路４を備えることによって、さらに整合できる周波数範囲を広帯域にすることができる。虚数項補正回路４は、インピーダンス虚数項をほぼ０にするものであり、通過帯域内においてインピーダンスの虚数項を、虚数項補正回路がない場合より、減少させるようにＬ３、Ｃ３が決められる。虚数項補正回路４のインダクタンス４１とキャパシタンス４２は、好適には、それぞれ数式７、数式８から求める。
【００３５】
【数４】
2007019913.tif 000006
【００３６】
ただし、上記の数式７、数式８は、直列共振周波数補正回路３を用いない場合の式であり、直接共振周波数補正回路３を用いる場合は上記の数式７、数式８において、Ｌａを数式３に、Ｃａを数式４に置き換えた式となる。
【００３７】
実数項補正トランス５はインピーダンスの実数項を送信機のインピーダンスに変換するものである。
【００３８】
なお、図２に示す実施形態２は虚数項補正回路４、実数項補正トランス５を有するが、これらは必須のものではなく、必要に応じて備えればよい。また、図１に示す実施形態１においても、必要に応じて、虚数項補正回路４、実数項補正トランス５を備えるようにしてもよい。
【００３９】
本発明により、整合できる周波数範囲を広帯域にできる。本発明により広帯域になる理由を説明するため、図１の回路に、数式１、数式２を当てはめる。図３は本発明による広帯域化を表す図である。図３（ａ）は空中線１単独のアドミッタンスＹａを示す図であり、図３（ｂ）は並列共振回路２単独のアドミッタンスＹｐを示す図である。図３（ｃ）は空中線１と並列共振回路２とが接続された回路のアドミッタンスＹ＝Ｙａ＋Ｙｂを示す図である。図３（ｄ）は、空中線１と並列共振回路２とが接続された回路のアドミタンスＹをインピーダンスに変換したインピーダンスＺを示す図である。各図にはアドミッタンスまたはインピーダンスの実数部と虚数部を示す。図３（ａ）〜（ｃ）の縦軸のアドミッタンスの単位はｓ（siemense）であり、図３（ｄ）の縦軸のインピーダンスの単位はΩである。図３（ａ）〜（ｄ）の横軸の周波数の単位はｋＨｚである。図３は具体的数値として、Ｌａ＝７．８μＨ、Ｃａ＝３５０ｐＦ、Ｒａ＝５２Ω、Ｃ１＝２００００ｐＦ、Ｌ１＝０．７μＨ、Ｌ２＝３３μＨを用いて計算した計算結果を図示したものである。
【００４０】
インピーダンスに変換したインピーダンス実数部Ｒｅ（Ｚ）と虚数部Ｉｍ（Ｚ）を数式で示すと、それぞれ数式９、数式１０となる。ただし、数式９、数式１０は、直列共振周波数補正回路３を用いない場合の式であり、直接共振周波数補正回路３を用いる場合は数式９、数式１０において、Ｌａを数式３に、Ｃａを数式４に置き換えた式となる。
【００４１】
【数５】
2007019913.tif 000007
【００４２】
図３（ｄ）において、虚数部は比較的広い周波数範囲で０に近いが、さらに、虚数項補正回路４を使用することにより、通過帯域内をほとんど０とすることができる。
【００４３】
次に、通過帯域幅について説明する。図４は、通過帯域幅Ｂを表しており、図４から通過帯域幅が広いことがわかる。許容するＶＳＷＲをｘとすると、通過帯域幅Ｂは、数式１１となる。ただし、数式１１は、直列共振周波数補正回路３を用いない場合の式であり、直接共振周波数補正回路３を用いる場合は数式１１において、Ｌａを数式３に、Ｃａを数式４に置き換えた式となる。
【００４４】
【数６】
2007019913.tif 000008
【００４５】
次に、本発明の効果を従来の技術と比較して説明する。図５は従来の技術の一例としてＴ形整合回路による整合結果を示しており、図６は、本発明による整合結果を示している。図５、図６において、縦軸はインピーダンスであり、横軸は周波数である。図５に示されているように、従来の技術では、１点の周波数で整合するのに対し、図６に示されているように、本発明による整合は、広帯域で整合できる。なお、図６は、図５の従来技術に用いた空中線と同じものを用いた計算結果であり、図３（ｄ）の場合とは相違する。また、図６は虚数項補正回路４で虚数部を補正した結果であり、虚数部が図３（ｄ）よりも広い範囲で０に近い値である。
【００４６】
以上は、空中線を直列共振回路、整合回路を並列共振回路として組み合わせしている。同様に、本発明は、直列共振回路に並列共振回路を当てはめる組み合わせ、すなわち、図１、図２において空中線１を一般の直列共振回路にしたものに適用できる。
【００４７】
また、本発明は、並列共振回路に直列共振回路を当てはめる組み合わせにも適用できる。すなわち、図１において、空中線（直列共振回路）１と並列共振回路２を入れ替えて、並列共振回路に整合させる整合回路として直列共振回路を用いる場合にも適用できる。この場合、並列共振回路のインダクタンスをＬｂ、キャパシタンスをＣｂとし、直列共振回路の抵抗をＲａとすると、直列共振回路のインダクタンスをＣｂＲａ２、キャパシタンスをＬｂ／Ｒａ２とすれば良い。また、図２において、空中線（直列共振回路）１のＬａ、Ｃａ、Ｒａに直列共振周波数補正回路３のＬ２、Ｃ２を接続した回路を、並列共振回路２のＬ１、Ｃ１と入れ替えても良い。図２に関する数式５、数式６を逆に解いてやれば、この場合の数式が得られる。また、虚数項補正回路４から共振回路側を見たインピーダンスは同じなので、数式７、数式８等は同じ式となる。
【００４８】
本発明の実施形態により整合した結果は図３（ｄ）のように実数項に２つの山になる部分ができる。図１の並列共振回路２のインダクタンス２１のインダクタンス定数Ｌ１［Ｈ］とキャパシタンス２２のキャパシタンス定数Ｃ１［Ｆ］はこの山の部分が２つになる条件から求めた数式１２、数式１３によっても求めることができる。
【００４９】
これらの数式から求められる定数を、実際の使用形態による許容ＶＳＷＲ条件に合わせ、調整すればよい。
【００５０】
【数７】
2007019913.tif 000009
【００５１】
このようにして得たインダクタンス、キャパシタンスを有する並列共振回路も、山の部分が２つになるので、空中線（直列共振回路）１に広帯域で整合させることができる。また、この場合も図２に示す虚数項補正回路４、実数項補正トランス５を必要に応じて設けることができる。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態１を示す図
【図２】本発明の実施形態２を示す図
【図３】本発明による広帯域化を示す図
【図４】本発明による帯域幅を示す図
【図５】従来技術による整合結果を示す図
【図６】本発明による整合結果を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１…空中線（直列共振回路）、２…並列共振回路、３…直列共振周波数補正回路、４…虚数項補正回路、５…実数項補正トランス
【図１】
2007019913.tif 000010
【図２】
2007019913.tif 000011
【図３】
2007019913.tif 000012
【図４】
2007019913.tif 000013
【図５】
2007019913.tif 000014
【図６】
2007019913.tif 000015