CN207490881U - 阻抗变换元件以及通信装置 - Google Patents

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CN207490881U CN201690000496.5U CN201690000496U CN207490881U CN 207490881 U CN207490881 U CN 207490881U CN 201690000496 U CN201690000496 U CN 201690000496U CN 207490881 U CN207490881 U CN 207490881U
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石塚健
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Abstract

本实用新型涉及阻抗变换元件以及通信装置。第1导体图案(第1线圈导体(L1A))的第1端连接于供电端子(T1)，第1导体图案的第2端连接于天线端子(T2)。第2导体图案包含第2线圈导体(L2A～L2D)。第2导体图案的第1端连接于天线端子(T2)以及第1导体图案的第2端，第2导体图案的第2端连接于接地端子(GND)。第2导体图案与第1导体图案磁场耦合。第1导体图案的第2端以及第2导体图案的第1端经由迂回图案(L3A)而连接于天线端子(T2)。迂回图案(L3A)被迂回成与第1导体图案或者第2导体图案的至少一方磁场耦合。

Description

阻抗变换元件以及通信装置
技术领域
本实用新型涉及通过在将绝缘层层叠而成的层叠体形成导体图案而构成的阻抗变换元件以及具备该阻抗变换元件的通信装置。
背景技术
作为阻抗变换元件，例如，存在专利文献1、2中所述的元件。该阻抗变换元件如图9(A)所示，具备由初级侧的线圈L1以及次级侧的线圈 L2构成的变压器。线圈L1的第1端连接于供电端子T1。线圈L1的第2 端以及线圈L2的第1端经由迂回线来连接于天线端子T2。线圈L2的第2 端连接于接地。供电端子T1连接于供电电路。天线端子T2连接于天线元件。线圈L1与线圈L2磁场耦合。在该阻抗变换元件中，通过利用变压器来变换阻抗，能够使天线元件与供电电路阻抗匹配。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/050482号
专利文献2：国际公开第2014/050552号
实用新型内容
-实用新型要解决的课题-
变压器等效地被表示为不具有频率特性的理想变压器、和具有频率特性的寄生电感。因此，在使用专利文献1、2中所述的阻抗变换元件来取得匹配的情况下，寄生电感越小，宽频带中越能够取得匹配。
但是，在实际的阻抗变换元件中，如图9(B)所示，由于将线圈L1、 L2与天线端子T2连接的迂回线变长，因此不能忽略迂回线的电感。该迂回线的电感使阻抗变换元件的寄生电感变大。因此，难以在宽频带中使天线元件与供电电路匹配。
本实用新型的目的在于，提供一种能够使天线元件与供电电路遍及宽频带地匹配的阻抗变换元件以及具备该阻抗变换元件的通信装置。
-解决课题的手段-
本实用新型的阻抗变换元件具备：层叠体、天线端子、供电端子、接地端子、第1导体图案以及第2导体图案。层叠体将多个绝缘层层叠而成。天线端子被设置于层叠体的表面，连接于天线元件。供电端子被设置于层叠体的表面，连接于供电电路。接地端子被设置于层叠体的表面，连接于接地。第1导体图案被设置于层叠体的内部。第1导体图案的第1端连接于供电端子，第1导体图案的第2端连接于天线端子。第1导体图案具有环状部分。第2导体图案被设置于层叠体的内部。第2导体图案的第1端连接于天线端子以及第1导体图案的第2端，第2导体图案的第2端连接于接地端子。第2导体图案与第1导体图案磁场耦合，具有环状部分。第 1导体图案的第2端以及第2导体图案的第1端经由迂回图案而连接于天线端子。迂回图案被迂回成与第1导体图案或者第2导体图案的至少一方磁场耦合。
在该构成中，通过迂回图案与第1导体图案以及第2导体图案磁场耦合，等效地，阻抗变换元件的寄生电感变小。因此，由于阻抗变换元件的变压器接近于理想变压器，因此能够使天线元件与供电电路遍及宽频带地匹配。
在本实用新型的阻抗变换元件中，优选迂回图案在层叠体的层叠方向，被配置于第1导体图案与第2导体图案之间，与第1导体图案以及第 2导体图案这两方磁场耦合。在该构成中，即使迂回图案不是环状，也能够提高迂回图案与第1导体图案以及第2导体图案的耦合度。
在本实用新型的阻抗变换元件中，优选迂回图案的电感比第1导体图案的电感小。在该构成中，能够增大阻抗变换比。
本实用新型的通信装置具备：阻抗变换元件、天线元件以及供电电路。阻抗变换元件具备：层叠体、天线端子、供电端子、接地端子、第1导体图案以及第2导体图案。层叠体将多个绝缘层层叠而成。天线端子被设置于层叠体的表面。供电端子被设置于层叠体的表面。接地端子被设置于层叠体的表面，连接于接地。第1导体图案被设置于层叠体的内部。第1导体图案的第1端连接于供电端子，第1导体图案的第2端连接于天线端子。第1导体图案具有环状部分。第2导体图案被设置于层叠体的内部。第2 导体图案的第1端连接于天线端子以及第1导体图案的第2端，第2导体图案的第2端连接于接地端子。第2导体图案与第1导体图案磁场耦合，具有环状部分。第1导体图案的第2端以及第2导体图案的第1端经由迂回图案而连接于天线端子。迂回图案被迂回成与第1导体图案或者第2导体图案的至少一方磁场耦合。天线元件连接于天线端子。供电电路连接于供电端子。在该构成中，能够在宽频带中使天线元件与供电电路阻抗匹配的状态下进行通信。
-实用新型效果-
根据本实用新型，能够得到使天线元件与供电电路遍及宽频带地匹配的阻抗变换元件以及具备该阻抗变换元件的通信装置。
附图说明
图1是阻抗变换元件10的立体图。
图2是表示阻抗变换元件10向基板23的安装构造的俯视图。
图3是阻抗变换元件10的分解俯视图。
图4是阻抗变换元件10的示意性的概念图。
图5是阻抗变换元件10以及通信装置20的电路图。
图6(A)是阻抗变换元件10的等效电路图。图6(B)是仅考虑了线圈L1与线圈L2的磁场耦合时的阻抗变换元件10的等效电路图。图6(C)是仅考虑了线圈L2与线圈L3的磁场耦合时的阻抗变换元件10的等效电路图。
图7(A)是比较例的阻抗变换元件40的等效电路图。图7(B)是基于理想变压器IT和寄生电感Lpp、Lps的阻抗变换元件40的等效电路图。
图8(A)是表示向通信装置20中的供电端子T1输入了信号时的反射特性的模拟结果的图。图8(B)是表示通信装置20中的供电端子T1 与天线端子T2之间的通过特性的模拟结果的图。
图9(A)、图9(B)是现有的阻抗变换元件的示意性的概念图。
具体实施方式
对本实用新型的实施方式所涉及的阻抗变换元件以及通信装置进行说明。本实施方式所涉及的阻抗变换元件构成为用于对UHF频带等的高频信号的阻抗进行变换的表面安装部件。例如在智能电话这样的便携式无线通信终端中，由于其大小的制约，天线元件的阻抗较小。因此，该阻抗变换元件通过降低其天线元件侧的阻抗，使天线元件与供电电路阻抗匹配。
图1是本实施方式所涉及的阻抗变换元件10的立体图。阻抗变换元件10具备多个绝缘性的基材(绝缘层)的层叠体11，在该层叠体11内，构成基于初级线圈以及次级线圈的变压器以及基于该变压器的阻抗变换电路。在层叠体11的外表面，分别形成供电端子T1、天线端子T2、接地端子GND以及空闲(Non-Connect，无连接)端子NC。这些端子遍及层叠体的下表面、侧面、上表面地形成。
图2是表示阻抗变换元件10向印刷布线板等的基板23的安装构造的俯视图。在基板23，通过接地导体Egnd和信号线SL来形成共面线构造的传输线路。在该传输线路连接天线元件21以及供电电路22。阻抗变换元件10经由焊料等导电性接合材料而被安装于基板23，以使得供电端子 T1以及天线端子T2串联连接于传输线路的中途(信号线SL的中途)，并且接地端子GND以及空闲端子NC连接于接地导体Egnd。
这样，阻抗变换元件10的层叠体的形状是长方体状，在俯视下相互对置的第1边(侧面)以及第2边(侧面)分别具备供电端子T1以及天线端子T2，在俯视下相互对置的第3边(侧面)或者第4边(侧面)具备接地端子GND，因此能够容易地在供电电路与天线元件之间的传输线路配置阻抗变换元件10。
图3是阻抗变换元件10的分解俯视图。阻抗变换元件10具备多个绝缘性的基材S1～S8。在基材S1～S8形成各种导体图案。“各种导体图案”中不仅包含形成于基材的表面的导体图案，还包含层间连接导体。层间连接导体不仅包含过孔导体，还包含形成于层叠体11(参照图1)的端面的端面电极。
在将阻抗变换元件10构成为陶瓷多层部件的情况下，上述基材是介电常数较小的非磁性的陶瓷层，上述导电体图案是铜膏等导体材料的印刷图案。在将阻抗变换元件10构成为树脂多层部件的情况下，上述基材是树脂材料的薄片，上述导电体图案是将Al箔或Cu箔等金属箔图案化而成的图案。
基材S1的上表面相当于层叠体11的安装面(下表面)。在基材S1，形成供电端子T1、天线端子T2、接地端子GND以及空闲端子NC。在基材S2形成接地端子GND以及空闲端子NC。在基材S3～S6分别形成第2 线圈导体L2A～L2D。在基材S7形成迂回图案L3A。在基材S8形成第1 线圈导体L1A。迂回图案L3A在层叠体11的层叠方向，被配置于第1线圈导体L1A与第2线圈导体L2D之间。
第1线圈导体L1A、第2线圈导体L2A～L2D以及迂回图案L3A在俯视下沿着层叠体11的边缘延伸。第1线圈导体L1A以及第2线圈导体 L2A～L2C是环状，形成为实质相同形状(外径尺寸、内径尺寸、卷绕轴几乎相同)。第2线圈导体L2D以及迂回图案L3A形成为俯视下与第1 线圈导体L1A以及第2线圈导体L2A～L2C的一部分几乎一致。另外，被设置于相邻的基材的各线圈导体以及迂回图案为了缓和基于各基材的层叠偏差的容量差别，也可以具有不同的线宽。
第1线圈导体L1A的第1端连接于供电端子T1。第1线圈导体L1A 的第2端与迂回图案L3A的第1端通过过孔导体V7而被连接。迂回图案 L3A的第2端连接于天线端子T2。迂回图案L3A的第1端与第2线圈导体L2D的第1端通过过孔导体V6而被连接。第2线圈导体L2D的第2端与第2线圈导体L2C的第1端(连接点CP6)通过过孔导体V5而被连接。第2线圈导体L2C的连接点CP5与第2线圈导体L2B的第1端(连接点CP3)通过过孔导体V4而被连接。第2线圈导体L2C的第2端(连接点CP4)与第2线圈导体L2B的连接点CP2通过过孔导体V3而被连接。第2线圈导体L2B的第2端(连接点CP1)与第2线圈导体L2A的第1 端通过过孔导体V2而被连接。第2线圈导体L2A的第2端与接地端子 GND通过过孔导体V1而被连接。
在阻抗变换元件10中，若电流流过各导体图案，则在俯视下层叠体11的中央部，产生朝向层叠体11的层叠方向的磁场。由此，第1线圈导体L1A、第2线圈导体L2A～L2D以及迂回图案L3A相互磁场耦合。
图4是阻抗变换元件10的示意性的概念图。第1线圈导体L1A构成 1匝的线圈L1。线圈L1是变压器的初级线圈。线圈L1是本实用新型的“第 1导体图案”的一个例子。第2线圈导体L2A～L2D以及过孔导体V2～ V5构成约3.5匝的向右卷绕的线圈L2。线圈L2是变压器的次级线圈。线圈L2是本实用新型的“第2导体图案”的一个例子。迂回图案L3A是从变压器到天线端子T2的迂回线，构成约0.5匝的线圈L3。阻抗变换元件 10被设计为迂回图案L3A(线圈L3)的电感比线圈L1的电感小。如图3 以及图4所示，迂回图案L3A在层叠体11的层叠方向，被配置于线圈L1 与线圈L2之间。因此，即使迂回图案L3A不是环状，也能够增大迂回图案L3A与线圈L1、L2的耦合度。
图5是阻抗变换元件10以及通信装置20的电路图。在图5中，考虑图3所示的各导体图案的位置关系来电路图化。第1线圈导体L1A的第1 端连接于供电端子T1。第1线圈导体L1A的第2端经由迂回图案L3A来连接于天线端子T2。第1线圈导体L1A与迂回图案L3A的连接点N1经由第2线圈导体L2A、L2B1、L2B2、L2C1、L2C2、L2D来连接于接地端子GND。第2线圈导体L2B1、L2B2如图3所示，分别是第2线圈导体 L2B的一部分。第2线圈导体L2C1、L2C2如图3所示，分别是第2线圈导体L2C的一部分。第2线圈导体L2B1以及第2线圈导体L2C2构成并联电路，第2线圈导体L2B2、L2C1连接于该并列电路。第2线圈导体 L2B2与接地端子GND经由第2线圈导体L2A而连接。第2线圈导体L2C1 与连接点N1经由第2线圈导体L2D而连接。
图6(A)是阻抗变换元件10的等效电路图。在图6(A)中，端口 P1相当于供电端子T1，端口P2相当于天线端子T2。在连接点N1与端口 P1之间连接线圈L1。在连接点N1与接地之间连接线圈L2。在连接点N1 与端口P2之间连接线圈L3。线圈L1和线圈L2以耦合系数k12进行磁场耦合。线圈L1和线圈L2如上述那样构成变压器。线圈L2和线圈L3以耦合系数k23进行磁场耦合。线圈L1和线圈L3以耦合系数k13进行磁场耦合。
图6(B)表示仅考虑了线圈L1与线圈L2的磁场耦合时的阻抗变换元件10的等效电路31。图6(C)表示仅考虑了线圈L2与线圈L3的磁场耦合时的阻抗变换元件10的等效电路32。这里，L1是线圈L1的电感， L2是线圈L2的电感，L3是线圈L3的电感。M12是线圈L1与线圈L2之间的互感，M23是线圈L2与线圈L3之间的互感。
在等效电路31中，各线圈的电感(例如，端口P1与连接点N1之间的电感)根据互感M12而变化。在等效电路32中，各线圈的电感根据互感M23而变化。若将线圈L1与线圈L3之间的互感设为M13，则考虑了全部互感M12、M23、M13的精确的阻抗变换元件10的等效电路为将等效电路31、等效电路32以及仅考虑了互感M13的等效电路(未图示)合并而成的等效电路。也就是说，在阻抗变换元件10的精确的等效电路中，各线圈的电感根据互感M12、M23、M13而变化。
图7(A)是比较例的阻抗变换元件40的等效电路图。在阻抗变换元件40中，线圈L3与线圈L1、L2不磁场耦合。阻抗变换元件40的其他构成与阻抗变换元件10的构成相同。图7(B)是基于理想变压器IT和寄生电感Lpp、Lps的阻抗变换元件40的等效电路图。寄生电感Lpp在理想变压器IT的初级侧被并联连接。寄生电感Lps在理想变压器IT的次级侧被串联连接。寄生电感Lpp、Lps是从由线圈L1、L2构成的变压器除去理想变压器IT的剩余部分。寄生电感Lpst由寄生电感Lps以及线圈L3构成。寄生电感Lpp、Lpst以及变压比n中以下关系成立。
Lpp＝L1+L2+2M12
Lpst＝{(1-k12 2)*L1*L2+L2*L3+L1*L3+2M12*L3}/(L1+L2+2M12)
n＝(L1+L2+2M12)/(L2+M12)
在本实施方式中，如上述那样，由于线圈L3(迂回图案L3A)与线圈L1、L2磁场耦合，因此各电感根据互感M12、M23、M13而变化。因此，寄生电感Lpst的值也根据互感M12、M23、M13而变化。更具体而言，通过在寄生电感Lpst中来自电感L1、L2、L3的贡献度被来自互感M12、M23、M13的贡献度抵消，从而寄生电感Lpst的值变小。例如，寄生电感Lpst 的Li*Lj的项通过线圈Li与线圈Lj之间的磁场耦合，变化为(1-kij 2)*Li*Lj。其结果，由于阻抗变换元件10的变压器接近于理想变压器，因此能够在宽频带使天线元件21与供电电路22匹配。
此外，在等效电路31(参照图6)中，在耦合度高的情况下(k12＝1)，阻抗变换比为L1+L2+2M12∶L2+L3。在等效电路32中，阻抗变换比除了基于互感的贡献度，与等效电路31相同。由此可知，在阻抗变换元件 10中，若电感L1变大则阻抗变换比变大，若电感L3变大则阻抗变换比变小。在阻抗变换元件10中，如上述那样，由于电感L3比电感L1小，因此能够增大阻抗变换比。
此外，在比较例的阻抗变换元件40中，由于连接对由线圈L1、L2构成的变压器没有贡献度的线圈L3(迂回图案L3A)，因此Q值劣化。另一方面，由于变压器本身不使Q值劣化，因此在阻抗变换元件10中，通过线圈L3与线圈L1、L2磁耦合，能够视为由线圈L1～L3构成变压器。因此，在阻抗变换元件10中，即使在由线圈L1、L2构成的变压器连接线圈L3，Q值也难以劣化。换言之，在阻抗变换元件10中，由于能够视为由包含迂回线的导体图案整体构成变压器，因此即使迂回线中产生电感分量，Q值也难以劣化。
图8(A)表示向通信装置20中的供电端子T1输入了信号时的反射特性的模拟结果。图8(B)表示通信装置20中的供电端子T1与天线端子T2之间的通过特性的模拟结果。实线是本实施方式的通信装置20中的结果，虚线是比较例的通信装置中的结果。比较例的通信装置在通信装置 20中，取代阻抗变换元件10，使用了阻抗变换元件40。在该模拟中，本实施方式的耦合系数被设定为k12＝k23＝k13＝0.5，比较例的耦合系数被设定为k12＝0.5。
如图8(A)所示，在本实施方式中，与比较例相比，反射特性在约 0.7GHz到1.1GHz的范围内改善。如图8(B)所示，在本实施方式中，与比较例相比，通过特性在图示的范围整体改善，通过特性被宽频带化。这样，在阻抗变换元件10中，由于能够在宽频带使天线元件21与供电电路22匹配，因此能够使通过特性宽频带化。
最后，上述的实施方式的说明在全部方面是示例，并不是限制性的。能够由本领域的技术人员适当地进行变形以及变更。本实用新型的范围并不由上述的实施方式表示，而由权利要求书表示。进一步地，意图在本实用新型的范围中包含与权利要求书均等的意思以及范围内的全部变更。
-符号说明-
CP1～CP6、N1...连接点
Egnd...接地导体
GND...接地端子
IT...理想变压器
L1～L3...线圈
L1A...第1线圈导体
L2A～L2D、L2B1、L2B2、L2C1、L2C2...第2线圈导体
L3A...迂回图案
Lpp、Lps、Lpst...寄生电感
NC...空闲端子
P1、P2...端口
S1～S8...基材
SL...信号线
T1...供电端子
T2...天线端子
V1～V7...过孔导体
10、40...阻抗变换元件
11...层叠体
20...通信装置
21...天线元件
22...供电电路
23...基板
31、32...等效电路。

Claims (3)

1.一种阻抗变换元件，具备：
层叠体，将多个绝缘层层叠而成；
天线端子，被设置于所述层叠体的表面，连接于天线元件；
供电端子，被设置于所述层叠体的表面，连接于供电电路；
接地端子，被设置于所述层叠体的表面，连接于接地；
第1导体图案，被设置于所述层叠体的内部，第1端连接于所述供电端子，第2端连接于所述天线端子，且具有环状部分；和
第2导体图案，被设置于所述层叠体的内部，第1端连接于所述天线端子以及所述第1导体图案的第2端，第2端连接于所述接地端子，与所述第1导体图案磁场耦合，且具有环状部分，
所述阻抗变换元件的特征在于，
所述第1导体图案的第2端以及所述第2导体图案的第1端经由迂回图案而连接于所述天线端子，
所述迂回图案被迂回成与所述第1导体图案或者所述第2导体图案的至少一方磁场耦合，
所述迂回图案在所述层叠体的层叠方向，被配置于所述第1导体图案与所述第2导体图案之间，与所述第1导体图案以及所述第2导体图案这两方进行磁场耦合。
2.根据权利要求1所述的阻抗变换元件，其特征在于，
所述迂回图案的电感比所述第1导体图案的电感小。
3.一种通信装置，具备：阻抗变换元件、天线元件以及供电电路，所述通信装置的特征在于，
所述阻抗变换元件具备：
层叠体，将多个绝缘层层叠而成；
天线端子，被设置于所述层叠体的表面；
供电端子，被设置于所述层叠体的表面；
接地端子，被设置于所述层叠体的表面，连接于接地；
第1导体图案，被设置于所述层叠体的内部，第1端连接于所述供电端子，第2端连接于所述天线端子，且具有环状部分；和
第2导体图案，被设置于所述层叠体的内部，第1端连接于所述天线端子以及所述第1导体图案的第2端，第2端连接于所述接地端子，与所述第1导体图案磁场耦合，且具有环状部分，
所述第1导体图案的第2端以及所述第2导体图案的第1端经由迂回图案而连接于所述天线端子，
所述迂回图案被迂回成与所述第1导体图案或者所述第2导体图案的至少一方磁场耦合，
所述天线元件连接于所述天线端子，
所述供电电路连接于所述供电端子，
所述迂回图案在所述层叠体的层叠方向，被配置于所述第1导体图案与所述第2导体图案之间，与所述第1导体图案以及所述第2导体图案这两方进行磁场耦合。
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