(57)【要約】【課題】共振周波数の低下やインダクタとしての上限周波数の低下を良好に抑制しつつ、可変インダクタにおける調整用コイルの電位の安定化を図り、主コイルにおける電位変動やノイズ発生を良好に低減する。【解決手段】スイッチ２２を開閉することで、端子１０，１２間のインダクタンスを可変することができる。この場合に、調整用コイル１６の端子２０側が、チョークコイル２４もしくはチョーク抵抗２６によってグランドに接続されている。このため、電位を安定させるために必要な電流が、いずれもチョークコイル２４やチョーク抵抗２６によってグランドに流れる。従って、主コイル１４側からみたとき、調整用コイル１６側の電位が安定するようになる。すると、電位不安定に起因して流れる電流が抑制され、この電流に基づいて主コイル１４に発生するノイズが低減されるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主コイル，この主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイル，該調整用コイルの端子間に接続されて該端子間を開閉するスイッチ，を含む可変インダクタにおいて、
前記調整用コイルと前記スイッチとを含む閉回路を、チョークコイル及び／又はチョーク抵抗を介して、前記主コイルが使用される回路のグランドに接続したことを特徴とする可変インダクタ。
【請求項２】
前記スイッチが、電気的スイッチ素子もしくは機械的スイッチ素子であり、電気的スイッチ素子には、少なくともＰＩＮダイオード，ＦＥＴ，接合型トランジスタが該当し、機械的スイッチ素子には、少なくとも機械式リレーが該当することを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項３】
前記スイッチが、前記閉回路に一方向に電流を流すスイッチ素子の場合に、該スイッチ素子を、逆並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項４】
前記主コイルに、少なくとも一つの他の調整用コイルを、直列及び／又は並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の可変インダクタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載した可変インダクタを、受信信号のマッチング回路に用いたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタンスの値を変更可能な可変インダクタ及びそれを用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インダクタンスの値を可変できる可変インダクタとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。まず、特許文献１に記載された可変インダクタは、インダクタンス値を可変にでき、かつ半導体集積回路に内蔵したり、マイクロ波集積回路に組み込むことを目的とするもので、同文献１の図１にあるように、螺旋状インダクタ１の下部に開放端を持つループ状の配線層４を複数個と、上記開放端を開放／短絡するスイッチとしての電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ４と、螺旋状インダクタ１と配線層４との間に絶縁膜とを設け、スイッチＱ１〜Ｑ４を開閉してインダクタンス値を可変することを特徴とする。
【０００３】
下記特許文献２の周波数切替え装置は、半導体集積回路で構成する電圧制御発振回路の発振周波数範囲を広くするとともに、小型で低位相ノイズにすることを目的としている。そして、同文献２の図１にあるように、電圧制御発振回路の共振回路の主インダクタＬ１，Ｌ２をシリコン基板上に配線で形成し、これらの主インダクタＬ１，Ｌ２の外周に、磁気結合された副インダクタＬ３，Ｌ４を配線で形成し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＮ／ＯＦＦして、副インダクタＬ３，Ｌ４のインダクタンスを切り替えることにより、主インダクタＬ１，Ｌ２のインダクタンスを切り替える点が記載されている。
【特許文献１】特開平０８−１６２３３１号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した背景技術では、インダクタンス調整用のサブコイル（以下「調整用コイル」という）の閉回路（コイル環ないしコイルリング）が、直接もしくはスイッチのみを介してグランドに接続されている。これは、調整用コイルがグランド（ＧＮＤ）に接続されていないと、電位が不安定な状態となり、主コイル（メインコイル）側にノイズが発生する恐れがあるからである。調整用コイルをグランドに接続することで、その電位が安定し、主コイルにおけるノイズ発生が低減される。
【０００５】
しかしながら、以上のようなグランド直接接続を行うと、次のような不都合が生ずる恐れがある。
（１）主コイル・調整用コイル間の寄生容量がグランドと直接接続されるようになる。このため、主コイル側からみた自己共振周波数が低下し、インダクタとして機能する上限周波数が低下するという不都合が生ずる。
（２）主コイル・調整用コイル間に発生する寄生容量と、グランド接続位置とを比較すると、グランド接続に近い位置の寄生容量のほうが、反対のグランド接続と離れた位置の寄生容量よりもグランドに強く接続されるようになる。このため、主コイルの電気特性に方向性が生じてしまう。
【０００６】
本発明は、以上の点に着目したもので、主コイル側から見た自己共振周波数の低下やインダクタとしての上限周波数の低下を良好に抑制しつつ、調整用コイルの電位の安定化を図り、主コイルにおける電位変動やノイズ発生を良好に低減することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、主コイル，この主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイル，該調整用コイルの端子間に接続されて該端子間を開閉するスイッチ，を含む可変インダクタにおいて、前記調整用コイルと前記スイッチとを含む閉回路を、チョークコイル及び／又はチョーク抵抗を介して、前記主コイルが使用される回路のグランドに接続したことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記スイッチが、電気的スイッチ素子もしくは機械的スイッチ素子であり、電気的スイッチ素子には、少なくともＰＩＮダイオード，ＦＥＴ，接合型トランジスタが該当し、機械的スイッチ素子には、少なくとも機械式リレーが該当することを特徴とする。他の形態の一つは、前記スイッチが、前記閉回路に一方向に電流を流すスイッチ素子の場合に、該スイッチ素子を、逆並列に接続したことを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記主コイルに、少なくとも一つの他の調整用コイルを、直列及び／又は並列に接続したことを特徴とする。本発明のアンテナ装置は、前記いずれかの可変インダクタを、受信信号のマッチング回路に用いたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイルの端子間にスイッチを接続し、これによって形成された閉回路を、チョークコイル又はチョーク抵抗を介して主コイルが使用される回路のグランドに接続することにより、共振周波数の低下や電気特性の方向性発生を良好に抑制しつつ、主コイルにおける電位変動やノイズ発生を良好に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
最初に、図１を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)及び(B)において、端子１０，１２間には主コイル１４と、この主コイル１４のインダクタンスが使用される回路（以下単に「回路本体」という）１５が接続されている。前記主コイル１４には、電磁結合する調整用コイル１６が設けられている。調整用コイル１６の両端子１８，２０はスイッチ２２に接続されており、調整用コイル１６の一方の端子２０側は、チョークコイル２４（同図(A)参照）もしくはチョーク抵抗ないし高抵抗素子２６（同図(B)参照）を介して前記回路本体１５のグランドに接続されている。
【００１１】
以上の各部のうち、主コイル１４と調整用コイル１６は、上述したように電磁結合しており、これによって相互インダクタンスが発生するようになっている。スイッチ２２は、もちろん通常の機械的なものでもよいが、電気的にＯＮ・ＯＦＦを切り替えるスイッチ素子でもよい。スイッチ素子としては、ダイオードやトランジスタなどがある。
【００１２】
次に、本実施例の作用について説明する。まず、スイッチ２２が「ＯＦＦ」のときは、調整用コイル１６には電流が流れない。このため、主コイル１４と調整用コイル１６との相互作用が生ぜず、端子１０，１２からみたインダクタンスは、主コイル１４のインダクタンスとなる。一方、スイッチ２２が「ＯＮ」となると、調整用コイル１６の端子１８，２０が短絡され、電流が流れるようになる。このため、主コイル１４と調整用コイル１６との間で相互インダクタンスが生じ、端子１０，１２からみたインダクタンスが変化するようになる。このように、スイッチ２２を開閉することで、端子１０，１２間のインダクタンスを可変することができる。
【００１３】
ところで、本実施例では、調整用コイル１６の端子２０側が、チョークコイル２４もしくはチョーク抵抗２６によってグランドに接続されている。このため、電位を安定させるために必要な電流は、チョークコイル２４やチョーク抵抗２６によってグランドに流れる。従って、主コイル１４側からみたとき、調整用コイル１６側の電位が安定するようになる。このため、電位不安定に起因して流れる電流が抑制され、この電流に基づいて主コイル１４に発生するノイズが低減されるようになる。また、主コイル１４と調整用コイル１６との間に生ずる寄生容量は、チョークコイル２４もしくはチョーク抵抗２６を介してグランドに接続されるようになる。これにより、寄生容量とグランドの接続が抑圧され、主コイル１４がインダクタとして機能する上限周波数の低下を抑圧できる。
【００１４】
図１(C)及び(D)には、上述した実施例の変形例が示されている。本例では、主コイル側と調整コイル側がチョークコイルやチョーク抵抗によって直接接続されている。すなわち、主コイル１４の端子１２側と、調整用コイル１６の端子２０側との間に、チョークコイル２８（同図(C)参照）もしくはチョーク抵抗３０（同図(D)参照）が接続されている。
【００１５】
チョークコイル２８やチョーク抵抗３０も、上述したように、電位を安定させるための電流を流す働きをする。このため、主コイル側と調整用コイル側の電位差が解消し、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
図２には、インダクタンスを多段に可変する例が示されている。同図のように、調整用コイル１６，スイッチ２２，チョークコイル２４（もしくはチョーク抵抗２６）を含む調整用回路４０ａ，４０ｂ，・・・，４０ｎが主コイル１４に対して電磁結合するように設けられている。主コイル１４のインダクタンスＬＭに対し、いずれか一つの調整用回路のスイッチ２２をＯＮとしたときにΔＬのインダクタンス増加が生ずるとすると、全体で、ＭＬ〜ＭＬ＋ｎ・ΔＬの範囲で、ΔＬを単位としてインダクタンスを可変できる。
【実施例２】
【００１７】
次に、図３〜図７を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。この実施例２は、スイッチ素子としてＰＩＮダイオードを使用した例である。まず、図３(A)の例は、調整用コイル１６の端子１８にカップリングコンデンサ５０を介してＰＩＮダイオード５２のアノードが接続されており、そのカソードは調整用コイル１６の端子２０に接続されている。更に、ＰＩＮダイオード５２の両端には、チョーク抵抗５４，５６及びスイッチ５８を介して駆動用の電源６０が接続されている。電源６０のマイナス側はグランドに接続されている。すなわち、調整用コイル１６の端子２０は、上記実施例と同様に、チョーク抵抗５６を介してグランドに接続されている。スイッチ５８がＯＦＦの状態では、ＰＩＮダイオード５２もＯＦＦである。このため、調整用コイル１６には電流が流れない。しかし、スイッチ５８をＯＮとすると、電源６０の電圧がチョーク抵抗５４，５６を介してＰＩＮダイオード５２に印加され、ＰＩＮダイオード５２が導通し、調整用コイル１６の両端がカップリングコンデンサ５０を介して短絡する。これにより、主コイル１４の端子１０，１２から見たインダクタンスが変化することになる。
【００１８】
図３(B)は、主コイル１４に対して、複数の調整用コイル回路６２ａ〜６２ｎを電磁結合するように設けた例であり、各調整用コイル１６の動作は、同図(A)と同様である。この例によれば、スイッチ５８のＯＮ・ＯＦＦを組み合わせることで、主コイル１４の端子１０，１２から見たインダクタンスを多段階で可変することができる。
【００１９】
図４は、前記図３(B)の変形例である。図３(B)は、調整用コイル回路６２ａ〜６２ｎをコイル毎に独立して設けたが、これを従属接続用カップリングコンデンサ６４で接続したもので、第２段目以降のカップリングコンデンサ５０と従属接続用カップリングコンデンサ６４が兼用された構成となっている。基本的な動作は、前記図３の例と同様である。
【００２０】
図５は、ＰＩＮダイオード７０，７２の接続極性を一つおきに逆にして、前記従属接続用カップリングコンデンサ６４を省略するとともに、チョーク抵抗７４，７６，７８のうち、中央のチョーク抵抗７６を兼用した例である。チョーク抵抗７４，７６間には、スイッチ８０及び電源８４が接続されており、チョーク抵抗７８，７６間には、スイッチ８２及び電源８６が接続されている。そして、中央の共通接続されたチョーク抵抗７６がグランドに接続されている。図６は、前記図５の変形例で、図５に示した調整用コイル回路がカップリングコンデンサ９０によって多段に接続されている。
【００２１】
次に、図７の例について説明する。上述した図３〜図６の例は、いずれも電源の極性がＰＩＮダイオードを流れる制御電流の方向に対応しており、電源の接続極性に制限がある。しかし、本例では、ＰＩＮダイオード５２ａ，５２ｂが逆並列接続されている。このため、極性が逆の電源６０ａ，６０ｂのいずれを接続したとしても、ＰＩＮダイオード５２ａ，５２ｂのいずれか一方が導通する。このように、電源の極性を選ばないため、使い勝手がよい。
【実施例３】
【００２２】
次に、図８を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。この実施例３は、スイッチ素子として、ＭＯＳＦＥＴを使用した例である。まず、同図(A)の例は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１００のドレイン，ソース間に調整用コイル１６の端子１８，２０をそれぞれ接続した例で、ソースはチョークコイル２４を介してグランドに接続されている。ゲート１０２に対する電圧の印加によって、ＭＯＳＦＥＴ１００のＯＮ／ＯＦＦが制御され、スイッチング動作が行われる。なお、本例において、主コイル１４と調整用コイル１６との間の寄生容量により、グランドと高周波的にショートする恐れがあるときは、ＭＯＳＦＥＴ１００のソース・ゲート間にコイルまたは抵抗を接続して、高周波成分を分離するようにする。
【００２３】
図８(B)の例は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１１０のソース、ドレインそれぞれに、コンデンサ１１２，１１４を介して調整用コイル１６の端子１８，２０が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１０のソースにはコイル１１７を介して電源１１８が接続されており、調整用コイル１６の端子２０は、チョーク抵抗２６を介してグランドに接続されている。電源１１８とソース間のコイル１１７は、高周波的に電源と分離するために挿入されているものである。ゲート１１６に対する電圧の印加によって、ＭＯＳＦＥＴ１１０のＯＮ／ＯＦＦが制御され、スイッチング動作が行われる。なお、コンデンサ１１２,１１４は、チョーク抵抗２６に流れるリーク電流を低減するためのものであるが、チョーク抵抗２６の抵抗値が大きいときは、コンデンサ１１４を省略してもよい。
【実施例４】
【００２４】
次に、図９を参照しながら、本発明の実施例４について説明する。この実施例４は、主コイルに他の調整用コイルを接続した例である。まず、同図(A)の例は、主コイル１４に、他の調整用コイル２００，２０２の直列回路を並列に追加接続したもので、各調整用コイル２００，２０２の端子間には、それぞれスイッチ２０４，２０６が接続されている。本例によれば、全体で３つの調整用コイル１６，２００，２０２が設けられており、スイッチ２２，２０４，２０６の０Ｎ／ＯＦＦの組み合わせを変えることで、多段に端子１０，１２間のインダクタンスを可変することができる。同図(B)の例は、主コイル１４に直列に他の調整用コイル２１０を接続した例で、調整用コイル２１０の端子間にはスイッチ２１２が接続されている。本例によれば、全体で２つの調整用コイル１６，２１０が設けられており、スイッチ２２，２１２の０Ｎ／ＯＦＦの組み合わせを変えることで、多段に端子１０，１２間のインダクタンスを可変することができる。
【実施例５】
【００２５】
次に、図１０(A)を参照しながら、本発明の実施例５について説明する。この実施例５は、上述した可変インダクタを用いたアンテナ装置の例である。同図において、アンテナ部３００は、マッチング回路部３１０を介して回路本体３２０に接続されている。マッチング回路部３１０は、アンテナ部３００で受信した信号から、所望の周波数の信号を取り出すための回路で、コンデンサ３１２，３２２と可変インダクタ３１４による同調回路によって構成されている。回路本体３２０は、マッチング回路部３１０によって取り出された所定周波数の信号の増幅，検波，再生などを行うもので、例えば携帯電話などが好適な例である。
【００２６】
可変インダクタ３１４は、上述した図３(A)と同様の構成となっており、スイッチ５８のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって、主コイル１４の端子間インダクタンスが変化する。このため、コンデンサ３１２を含めた回路全体の同調周波数が変化し、所望の周波数の信号のみが回路本体３２０に供給される。
【００２７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
【００２８】
(1)前記実施例では、チョークコイル２４又はチョーク抵抗２６を一つ使用してグランド接続を行ったが、それらを直並列接続してもよい。図１１には、いくつかの例が示されている。図１１(A)，(B)は、図１(A)，(B)の変形例である。図１１(A)は、チョークコイル２４Ａとチョーク抵抗２６Ａを直列に接続した例である。図１１(B)は、チョークコイル２４Ｂとチョーク抵抗２６Ｂを並列に接続した例である。図１１(C)〜(F)は、図１(C)，(D)の変形例である。まず、同図(C)は、チョークコイル２８Ａにチョーク抵抗３０Ａを並列接続した例である。同図(D)は、チョークコイル２８Ｂにチョーク抵抗３０Ｂを直列接続した例である。同図(E)は、主コイル１４，調整用１６の両端にチョークコイル２８Ｃ，２８Ｄを接続した例である。同図(F)は、主コイル１４，調整用１６の両端にチョーク抵抗３０Ｃ，３０Ｄを接続した例である。これら図１１(C)〜(F)のように、図１(A)ないし(B)の実施例と、図１(C)ないし(D)の実施例を組み合わせてもよい。
【００２９】
(2)調整用コイルの接続段数は、必要に応じて適宜増減してよい。また、同様の作用を奏するように、カップリングコンデンサなど他の回路素子を追加することも任意である。
【００３０】
(3)前記実施例では、開閉スイッチとして、機械的なスイッチ，ＰＩＮダイオード，ＭＯＳＦＥＴを示したが、接合型トランジスタ，機械式リレーなど各種の電気的スイッチ素子や機械的スイッチ素子を利用してよい。
【００３１】
(4)図１０(A)に示したマッチング回路も一例であり、π型，Ｔ型など、各種の構成としてよい。同図(B)には他の構成例が示されており、コンデンサ３１２Ａ，３２２Ａが直列に接続されており、主コイル１４はグランドとの間に並列に接続されている。両者を比較すると、図１０(A)は可変インダクタ３１４が回路的に直列に接続されており、同図(B)は可変インダクタ３１４Ａが回路的に並列に接続された構成となっている。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、主コイルと磁気結合する少なくとも一つの調整用コイルの端子間にスイッチを設けるとともに、これによる調整用コイル閉回路をチョークコイル及び／又はチョーク抵抗を介して回路本体のグランドに接続することにより、共振周波数の低下やインダクタとしての上限周波数の低下を良好に抑制しつつ、主コイルにおける電位変動やノイズ発生が良好に低減されるので、例えば、携帯電話のアンテナ装置などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施例２の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例２の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例２の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施例２の構成を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例２の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例３の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の実施例４の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施例５及びその変形例の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施例１の変形例の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１２：端子
１４：主コイル
１６：調整用コイル
１５：回路本体
１８，２０：端子
２２：スイッチ
２４，２４Ａ：チョークコイル
２６，２６Ａ：チョーク抵抗
２８，２８Ａ〜２８Ｄ：チョークコイル
３０，３０Ａ〜３０Ｄ：チョーク抵抗
４０ａ，４０ｂ，・・・，４０ｎ：調整用回路
５０：カップリングコンデンサ
５２，５２ａ，５２ｂ：ＰＩＮダイオード
５４，５６：チョーク抵抗
５８：スイッチ
６０，６０ａ，６０ｂ：電源
６２ａ，・・・，６２ｎ：調整用コイル回路
６４：従属接続用カップリングコンデンサ
７０，７２：ＰＩＮダイオード
７４，７６，７８：チョーク抵抗
８０，８２：スイッチ
８４，８６：電源
９０：カップリングコンデンサ
１００，１１０：ＭＯＳＦＥＴ
１０２：ゲート
１１２，１１４：コンデンサ
１１６：ゲート
１１７：コイル
１１８：電源
１２４，１２６：コンデンサ
１２８，１３０：抵抗
１３４：電源
２００，２０２：調整用コイル
２０４，２０６：スイッチ
２１０：調整用コイル
２１２：スイッチ
３００：アンテナ部
３１０：マッチング回路部
３１２，３１２Ａ，３２２，３２２Ａ：コンデンサ
３１４，３１４Ａ：可変インダクタ
３２０：回路本体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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