JP2006121579A - ループアンテナ回路及びそれを用いた送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つのループアンテナを使用して双方向同時通信を行なうのに適したループアンテナ回路及びそれを用いた送受信装置を提供する。
【解決手段】ループアンテナ（２）に直列に第１のコンデンサ（Ｃ１）を接続した直列回路に並列に第２のコンデンサ（Ｃ２）を接続し、該第２のコンデンサの両端を信号の入出力端子（３、４）としたループアンテナ回路（１）を構成する。入出力端子に送信回路（７）と受信回路（８）を並列に接続する。送信周波数において直列共振、受信周波数において並列共振を起こすようにループアンテナ回路の回路定数を定める。
【選択図】図２

Description

本発明は、一つのループアンテナにより双方向同時通信を行なうのに適したループアンテナ回路、及びそれを用いた送受信装置に関する。

従来より一つのループアンテナにコンデンサやインダクタを接続して複数の周波数で同調をとり、受信アンテナあるいは送信アンテナとして使用する試みがある。図１１は、特許文献１に開示されているループアンテナ回路である。この回路はループアンテナ１００に一対の給電点１１２、１１３を設けると共にループアンテナ１００に直列に可変コンデンサＣ１１を接続し、これにインダクタＬ１２とコンデンサＣ１２からなる直列共振回路を直列に接続して閉回路を構成している。そして、更にその直列共振回路に並列にリアクタンスＸを接続した構成となっている。

インダクタＬ１２とコンデンサＣ１２との直列共振回路は、その共振周波数が可変コンデンサＣ１１により同調されるようなアンテナの第１共振周波数にほぼ等しくなるように構成されている。その第１共振周波数では直列共振回路のインピーダンスはゼロとなるためリアクタンスＸは第１共振周波数に何ら影響を与えない。その第１共振周波数以外では直列共振回路のインピーダンスはゼロ以外の値となるため、リアクタンスＸの値を調整することにより別の周波数で同調をとることができる。従って、給電点１１２、１１３に受信回路又は送信回路を接続することにより２つの周波数での受信又は送信が可能となる。また、ダイプレクサ（分周器）を併用すれば別々の周波数で送信と受信を同時に行なうこともできる。

しかし、この図１１の回路の場合、ループアンテナ１００のリアクタンスが主体的に関与する共振は何れも給電点１１２、１１３から見て直列共振となる。直列共振ではインピーダンスが低くなるため図１１の回路は出力インピーダンスの低い送信回路とのマッチングを取るのに都合がよい。しかし受信には一般に入力インピーダンスの高い電圧入力回路が使われるため、図１１の回路はマッチングを取りにくくて都合が悪い。

また、図１１の回路ではループアンテナ１００に直列に直列共振回路を接続しているが、直列共振回路はＱの値が高いと温度変化等により共振周波数にずれを生じ易い。図１１中の直列共振回路も屋外に設置される。そのため温度変化等により共振周波数にずれが生じ、ループアンテナ１００を流れる送信電流が大幅に減少して通信に支障をきたす恐れがある。

また、特許文献２には一つのループアンテナを使用して送信時には直列共振を、受信時には並列共振をさせる回路が開示されている。しかし、この回路の場合には直列共振と並列共振とをリレーによる回路切り換えで行なっているため双方向の同時通信はできない。
特開平６−１７７６３６号公報 実開昭６３−８５９３１号公報 電子情報通信学会編「電子情報通信ハンドブック」オーム社出版、１９８８年、Ｐ．５２５ E.F.Sartori:"Hybrid Transformers",IEEE TRANSACTIONS ON PARTS,MATERIALS AND PACKAGING,VOL.PMP-4,NO.3 (Sept.1968)

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は一つのループアンテナを使用して双方向同時通信を行なうのに適したループアンテナ回路、及びそれを用いた送受信装置を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ループアンテナ（２）と第１のコンデンサ（Ｃ１）との直列回路に第２のコンデンサ（Ｃ２）を並列に接続し、該第２のコンデンサの両端を信号の入出力端子（３、４）としたことを特徴とするループアンテナ回路である。

このようなループアンテナ回路を送信周波数において直列共振するように回路定数を定めておけば、低い出力インピーダンスを持つ送信回路によりループアンテナに大きな電流を流すことができ効率良く電波を放射させることができる。また、受信周波数において並列共振をするように回路定数を定めておけば入出力端子に大きな受信電圧が発生するため、入力インピーダンスの高い受信回路により高い受信感度を確保することができる。そして入出力端子にそのような送信回路、受信回路を並列接続することにより双方向同時通信を効率良く行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明は、ループアンテナ（２）と第３のコンデンサ（Ｃ５）との並列回路に第４のコンデンサ（Ｃ６）を直列に接続し、該直列接続した回路の両端を信号の入出力端子（３、４）としたことを特徴とするループアンテナ回路である。
このようなループアンテナ回路も送信周波数において直列共振、受信周波数において並列共振するように回路定数を定めることにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のループアンテナ回路であって、該回路を使用する送受信装置の送信周波数において直列共振、受信周波数において並列共振を起こすように回路定数を定めたことを特徴とする。
送信周波数において直列共振すれば低い出力インピーダンスを持つ送信回路によりループアンテナに大きな電流を流すことができ効率良く電波を放射させることができる。また、受信周波数において並列共振をすれば入出力端子に大きな受信電圧が発生するため、入力インピーダンスの高い受信回路を使用することで高い受信感度を確保することができる。そして入出力端子にそのような送信回路、受信回路を並列接続することにより双方向同時通信を効率良く行なうことができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のループアンテナ回路において、前記入出力端子（３、４）の一端に直列に抵抗（Ｒ２）を追加接続したことを特徴とする。
直列共振回路をその共振周波数に一致する送信周波数で励振する場合、回路定数が温度変化等により僅かでも変化すると共振周波数がずれて回路インピーダンスが大きな割合で変化する。本構成のように直列に抵抗を接続すれば回路のＱの値が低下して送信効率は若干低下するが、回路インピーダンスの変化割合は逆に減少する。従って、送信出力の変化を小さくすることができる効果を奏する。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のループアンテナ回路の前記入出力端子間に、低出力インピーダンスの送信回路（７）と高入力インピーダンスの受信回路（８）とを並列接続したことを特徴とする送受信装置である。

このような構成の送受信装置によれば、送信周波数においてはループアンテナ回路は直列共振して回路インピーダンスが低くなる。このため低い出力インピーダンスを持つ送信回路からループアンテナに大きな電流を流すことができ、効率良く電波を放射させることができる。また、受信周波数においてはループアンテナ回路が並列共振して入出力端子間に大きな受信電圧が発生する。このため入力インピーダンスの高い受信回路を使用すれば高い受信感度で電波を受信できる。また、ループアンテナ回路は線形回路となっており異なる周波数での同時動作が可能であるため、異なる送信周波数と受信周波数を用いて双方向同時通信を効率良く行なうことができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の送受信装置において、前記送信回路と受信回路とを並列接続する代わりにハイブリッドトランス（３１）を使用した２線４線変換回路（３２）を設け、２線側に前記ループアンテナ回路を、４線側に前記送信回路と受信回路とを接続したことを特徴とする。

このような構成とした場合には送信回路と受信回路とのアイソレーションを図ることができ、送信回路からの送信周波数による信号が受信回路に到達しないようにすることができる。そのようにすれば受信回路にはループアンテナで受信した受信周波数の信号のみが入力されるため信号受信が容易となる。また、ループアンテナで受信した受信周波数の信号は送信回路と受信回路の双方に分配されるがハイブリッドトランスの巻線比を変えることにより送信回路の方により多くの電力を分配することができる。従って、そのようにすることで受信感度の向上を図ることができる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の送受信装置において、前記ループアンテナ回路の入出力端子の近くにインピーダンス・マッチング用のトランス（１１）を設けたことを特徴とする。
このようなインピーダンス・マッチング用のトランスを設けて送信周波数におけるループアンテナ回路のインピーダンスと、並列接続された送信回路、受信回路側とのインピーダンス・マッチングを図れば、送信回路の出力を効率良くループアンテナに導くことができる。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７の何れかに記載の送受信装置において、前記送信回路には送信周波数で直列共振する共振回路（２６）を出力側に直列に、前記受信回路には受信周波数で直列共振する共振回路（２７）を入力側に直列に追加接続したことを特徴とする。

このような構成とした場合、送信周波数においては送信回路の出力端子に接続した直列共振回路はインピーダンスがゼロとなるため送信回路からの出力の妨げとはならない。一方、この送信周波数においては受信回路の入力端子に接続した直列共振回路は高いインピーダンスを示すので送信回路からの出力電力が受信回路で消費されることが阻止される。このため送信回路からの出力電力の効率が向上する効果を奏する。受信周波数においては、受信回路の入力端子に接続した直列共振回路はインピーダンスがゼロとなるため受信の妨げとはならない。一方、この受信周波数においては送信回路の出力端子に接続した直列共振回路は高いインピーダンスを示すので、アンテナで受信した電力が送信回路で消費されることが阻止される。その分、受信回路の受信電力が増加するため受信感度が向上する効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。図１は本発明に係るループアンテナ回路の第１の実施形態の回路構成を示したものである。ループアンテナ回路１は、ループアンテナ２と第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２により構成される。コンデンサＣ１はループアンテナ２に直列に接続され、コンデンサＣ２はその直列回路に並列に接続される。コンデンサＣ２の両端は入出力端子３、４に接続されている。

ループアンテナ２の等価回路はインダクタンスＬ１との抵抗ｒ１の直列回路で表わされる。抵抗ｒ１はループアンテナ２の抵抗であり小さな値である。入出力端子３、４より見たループアンテナ回路１のインピーダンスＺは次のように表わされる。
Ｚ＝｛（１／ωＣ２）・（ωＬ１−１／ωＣ１）−ｊｒ１／ωＣ２｝
／｛ｊ（ωＬ１−１／ωＣ１−１／ωＣ２）＋ｒ１｝ （１）式

インピーダンスＺの値は、ω²＝１／（Ｌ１・Ｃ１）と、ｒ１≪１／（ωＣ２）の双方が満足されるωの値のときに抵抗ｒ１に等しくなる。即ち、図１のループアンテナ回路１は、
ω²＝１／（Ｌ１・Ｃ１） （２）式
を満足する角周波数ω１で直列共振を起こし、そのときのインピーダンスＺは小さな抵抗値ｒ１に等しくなる。この状態では並列接続されたコンデンサＣ２は回路の動作に殆ど影響を与えない。

また、（１）式によれば
ωＬ１＝１／ωＣ１＋１／ωＣ２ （３）式
が満足される角周波数ωにおいて ｒ１≪１／（ωＣ２） が満足される場合には、インピーダンスＺの値は非常に大きな値となる。即ち、図１のループアンテナ回路１は（３）式を満足する角周波数ω２で並列共振を起こしそのインピーダンスは非常に大きな値となる。
このように角周波数ω１にて直列共振、角周波数ω２にて並列共振を起こすループアンテナ回路１は、双方向同時通信を行なう送受信装置のアンテナ回路として使用した場合にその効果が発揮される。次に、それについて説明する。

図２は、送受信装置の第１の実施形態の構成図である。本実施形態の送受信装置６は、送信回路７と受信回路８とをループアンテナ回路１の入出力端子３、４に並列接続したものである。送信回路７の出力インピーダンスはＺ１で、送信周波数ｆ１（角周波数はω１＝２πｆ１）の交流電圧Ｅ１を出力する。受信回路８の入力インピーダンスはＺ２である。
送信回路７の出力インピーダンスＺ１は電力効率を高めるために一般に低い値に設計される。一方、受信回路８は回路設計の容易な電圧入力とされることが多く、その入力インピーダンスＺ２は非常に高い値に設計される。

送信周波数ｆ１（角周波数ω１）における動作を考えると、入出力端子３、４からループアンテナ２側を見たインピーダンスは直列共振により抵抗ｒ１に等しい。従って、ループアンテナ２には、Ｅ１／｜Ｚ１＋ｒ１｜の大きな電流が流れる。コンデンサＣ１、Ｃ２が取り付けられていない場合の電流は Ｅ１／｜Ｚ１＋ｒ１＋ｊωＬ１｜ で表わされる値であり、コンデンサＣ１、Ｃ２が取り付けてある場合と比べて非常に小さい。即ち、コンデンサＣ１、Ｃ２を取り付け送信周波数ｆ１にて直列共振を起こさせるようにしたことによりループアンテナ２には大きな電流が流れ、強い電波が放射される効果を生ずる。

次に、受信周波数ｆ２（角周波数はω２＝２πｆ２）における動作を考える。受信電波は、ループアンテナ２のインダクタンスＬ１に直列に電圧Ｅ２を生成する。送信回路７と受信回路８との並列接続点１２、１３から送信回路７と受信回路８側を見たインピーダンス、即ち、送信回路７の入力インピーダンスＺ１と受信回路８の入力インピーダンスＺ２の並列接続インピーダンスをＺ３とし、受信回路８の受信電圧をＶ２とする。受信周波数ｆ２において（３）式が満足されるとすると、即ち、受信周波数ｆ２においてループアンテナ回路１が並列共振を起こすように回路定数が設定してあるとすると、そのときの受信電圧Ｖ２は次式で表わされる。
Ｖ２＝Ｅ２・｜Ｚ３｜／｛１／（ω２・Ｃ２）｝ （４）式

これに対し、コンデンサＣ１、Ｃ２が取り付けてない場合の受信電圧Ｖ２は次のようになる。
Ｖ２＝Ｅ２・｜Ｚ３｜／｜Ｚ３＋ｊω２・Ｌ１｜ （５）式
（３）式より、
ω２・Ｌ１−１／（ω２・Ｃ１）＝１／（ω２・Ｃ２）＞０
これより、
ω２・Ｌ１＞１／（ω２・Ｃ１）

インピーダンスＺ３は抵抗と考えてよいので（４）式の分母の値は（５）式の分母の値よりかなり小さい。従って（４）式で計算される受信電圧Ｖ２の値は（５）式で計算される受信電圧Ｖ２の値よりかなり大きな値となる。即ち、コンデンサＣ１、Ｃ２を取り付けて受信周波数ｆ２にて並列共振を起こさせるようにしたことにより送信回路７の受信電圧Ｖ２に大きな電圧が得られる効果を生ずる。

このようにループアンテナ２に図１に示すようにコンデンサＣ１、Ｃ２を追加する。コンデンサＣ１、Ｃ２の容量は送信周波数ｆ１にて（２）式が満足されて直列共振を起こすように、また受信周波数ｆ２にて（３）式が満足されて並列共振を起こすように決定する。そのように回路定数を決めたループアンテナ回路１を用いて図２に示すような送受信装置６を構成する。そのように構成すればループアンテナ２には送信周波数ｆ１の大きな送信電流が流れて強い電波が放射され、受信回路８には受信周波数ｆ２の大きな受信電圧Ｖ２が得られる効果を奏する。

図３は、図１に示した第１の実施形態のループアンテナ回路１の変形実施形態である。本ループアンテナ回路１ａは、入出力端子３、４の一端である端子３とコンデンサＣ２の一端との間に抵抗Ｒ２を追加したものである。コンデンサＣ１、Ｃ２の容量は図１のループアンテナ回路１と同じように、送信周波数ｆ１にて直列共振、受信周波数ｆ２にて並列共振を起こすように決める。

図１のループアンテナ回路１の入出力端子３、４に送信周波数ｆ１の送信電圧を印加した場合、直列共振を起こして入出力端子３、４から見たインピーダンスＺはリアクタンス分はゼロで抵抗値がｒ１となる。しかし、温度変化等でインダクタンスＬ１、コンデンサＣ１の値が変化すると（１）で計算されるインピーダンスＺのリアクタンス分はゼロにならず、｜Ｚ｜＞ｒ１ となる。

受信回路の入力インピーダンスＺ２は十分に大きいとするとループアンテナ２に流れる電流はＥ１／｜Ｚ１＋Ｚ｜で表わされるので、リアクタンス分が現れ ｜Ｚ｜＞ｒ１ となると電流は減少する。直列共振のＱ（Quality factor）の値が大きい場合には共振周波数と送信周波数ｆ１とに僅かの差が生じただけでインピーダンス｜Ｚ｜は大きく変化する。インピーダンス｜Ｚ｜の変化率が大きいとループアンテナ２に流れる電流の変化率も大きく送信電波の強度は大きく変化する。

送信回路７が生成する電圧Ｅ１と送信周波数ｆ１が一定にも関わらず温度変化等によりループアンテナ回路１の直列共振周波数が変化し、それにより送信電波の強度が大きく変化することは安定した通信の障害となる。そこで、図３のループアンテナ回路１ａでは直列に抵抗Ｒ２を追加して直列共振時のＱの値を下げている。抵抗Ｒ２を追加すればＱの値が下がって送信電波の強度は減少する。反面、直列共振周波数が送信周波数ｆ１からずれた場合の入出力端子３、４から見たインピーダンスＺの変化割合は小さくなるので送信電波の強度の変化割合は逆に小さくなる。即ち、送信電波の強度を少し犠牲にして送信電波の強度の安定化を図ったのが図３のループアンテナ回路１ａである。従って、送信電波の強度の安定性を重視する場合には、図１のループアンテナ回路１の代わりに図３のループアンテナ回路１ａを採用することが好ましい。

図４は、図２に示した送受信装置６の変形実施形態である。ループアンテナ回路として図３のループアンテナ回路１ａを採用しているが、図１のループアンテナ回路１を用いてもよい。本実施形態の送受信装置１０は送信回路７と受信回路８の並列接続点１２、１３とループアンテナ回路１ａとの間の距離が長く、その間をケーブル１７で接続する必要がある場合に適した実施形態である。

図２の送受信装置６と異なる点は、ループアンテナ回路１ａの近くにインピーダンス・マッチング用のトランス１１が追加してある点である。ケーブル１７の特性インピーダンスをＺ０とする。トランス１１の一次巻線数ｎ１と二次巻線数ｎ２との比は、一次側からループアンテナ２側を見たインピーダンスが特性インピーダンスＺ０に等しくなるように決定する。即ち、
Ｚ０＝（ｎ１／ｎ２）²・（Ｒ２＋ｒ１） （６）式
となるように決める。

また、並列接続点１２、１３から並列接続された送信回路７と受信回路８側を見たインピーダンスＺ３とし、その値が特性インピーダンスＺ０に等しくなるようにする。受信回路８の入力インピーダンスＺ２は送信回路７の出力インピーダンスＺ１より十分に高くしてあるので、インピーダンスＺ３はインピーダンスＺ１に等しい。従って、送信回路７の出力インピーダンスＺ１の値が特性インピーダンスＺ０に等しくなるように設計する。こうすることでインピーダンス・マッチングがとれ、ループアンテナ回路１ａには送信回路７が外部に供給することのできる最大電力が供給される。

図５は、図４に示した送受信装置１０の他の変形実施形態である。本実施形態の送受信装置２０は、送信回路７の出力と並列接続点１２、１３との間にインピーダンス・マッチング用のトランス１４を追加取り付けしたものである。この回路構成は、送信回路７の出力インピーダンスＺ１がケーブル１７の特性インピーダンスＺ０より低くてマッチングがとれない場合に適している。追加したトランス１４の二次側（ケーブル１７側）から送信回路７を見たインピーダンスがケーブル１７の特性インピーダンスＺ０に等しくなるように巻線比を決定する。即ち、トランス１４の一次巻線数ｎ３と二次巻線数ｎ４との比が次の式を満たすように決める。
Ｚ０＝（ｎ４／ｎ３）²・Ｚ１ （７）式

巻線比をこのようにした場合には送信回路７からは最大の電力が供給され、その電力は全てループアンテナ回路１ａに供給されて強い送信電波が放射される。また、この回路構成の場合、トランス１４の二次側端子から送信回路７を見たインピーダンスが送信回路７の出力インピーダンスＺ１より高くなるため、受信回路８の受信電圧Ｖ２はトランス１４を取り付けない場合に比べて大きくなる効果もある。

図６は、図４に示した送受信装置１０の更に別の変形実施形態を示したものである。本実施形態の送受信装置２５は、図４に示した送受信装置１０の送信回路７の出力に直列にコンデンサＣ３とインダクタンスＬ２とからなる直列共振回路２６を、受信回路８の入力に直列にコンデンサＣ４とインダクタンスＬ３とからなる直列共振回路２７を追加したものである。直列共振回路２６の共振周波数は送信周波数ｆ１に、直列共振回路２７の共振周波数は受信周波数ｆ２に一致するように回路定数を設定しておく。

送信周波数ｆ１では直列共振回路２６は短絡状態となる。従って、送信回路７の出力に対しては直列共振回路２６は何の妨げにもならない。他方の直列共振回路２７は、この送信周波数ｆ１では高いインピーダンスを示す。従って、並列接続点１２、１３から受信回路８を見たインピーダンスは直列共振回路２７の追加により追加前よりも高くなる。これにより送信回路７の出力電力の内、受信回路８で消費される電力が減少してその分だけループアンテナ回路１ａに供給される電力が増加する効果がもたらされる。

また、受信周波数ｆ２では直列共振回路２７は短絡状態となるため、直列共振回路２７の存在は受信回路８による受信と妨げにならない。一方、この受信周波数ｆ２では直列共振回路２６は高いインピーダンスを示す。従って、並列接続点１２、１３から送信回路７を見たインピーダンスは直列共振回路２６の追加により追加前よりも著しく高くなる。これにより受信された電力の内、送信回路７に流れる電力が減少してその分だけ受信回路８に流れる電力が増加し、受信電圧Ｖ２が大きくなる効果がもたらされる。

このようにして直列共振回路２６、２７を追加することにより送信電力効率が高まり、受信感度も高まる効果がもたらされる。なお、図５に示した送受信装置２０の場合も、図６と同じように直列共振回路２６、２７を追加することにより同じ効果を得ることができる。

図７は、図４に示した送受信装置１０の更に別の変形実施形態を示したものである。本実施形態の送受信装置３０は、図４に示した送受信装置１０の送信回路７、受信回路８側にハイブリッドトランス３１を使用した２線４線変換回路３２を追加取り付けしたものである。

２線４線変換回路は公衆電話網でよく採用される回路で、上り／下りの回線を共用する２線式区間と、上りと下りに個別の２線を採用する４線式区間との接続部分に取り付けられる。２線式線路には送受話器が、４線式の内の２線には送信回路、他の２線には受信回路が接続される。そして、２線４線変換回路は、送信回路が接続される２線式線路と受信回路が接続される２線式線路との間に相互干渉がないように構成されている点に特徴がある。

このような特徴を有する２線４線変換回路には様々な回路構成が提案されている。図７中に示した２線４線変換回路３２はその一例であり、「背景技術」に記載した非特許文献１、２に紹介されている回路構成である。この２線４線変換回路３２は、ハイブリッドトランス３１と抵抗Ｒ３により構成される。ハイブリッドトランス３１は、一次巻線、二次巻線を有する絶縁トランスである。一次巻線が２線回路側で、その両端端子３３、３４にはケーブル１７が接続される。

二次巻線が４線回路側で中間タップが設けられている。中間タップには抵抗Ｒ３が接続され、抵抗Ｒ３の他端は共通に接続された端子３６、３８に接続されている。二次巻線の一端３５と端子３６との間には送信回路７の出力信号線が接続され、二次巻線の他端３７と端子３８間には受信回路８の入力信号線が接続される。

一次巻線の巻数をｎ５、二次巻線の端子３５と中間タップ間の巻数をｎ６、端子３７と中間タップ間の巻数をｎ７とし、一次巻線の両端３３、３４よりケーブル１７側を見たインピーダンスは抵抗と見なしてその値をＲ４とする。また、送信回路７の出力インピーダンスＺ１、受信回路８の入力インピーダンスＺ２は共に抵抗とする。この２線４線変換回路３２は、各抵抗、各巻線間に次のような関係が成立するように回路定数を設定すると、送信回路７と受信回路８間に相互干渉が生じなくなる（例えば、非特許文献１参照）。
ｐ＝ｎ６／ｎ５
ｑ＝ｎ７／ｎ５
Ｚ１＝ｐ（ｐ＋ｑ）・Ｒ４
Ｚ２＝ｑ（ｐ＋ｑ）・Ｒ４
Ｒ３＝ｐｑ・Ｒ４

即ち、上記５式が成立するように抵抗Ｒ３の値、ハイブリッドトランス３１の巻数ｎ５、ｎ６、ｎ７を決定すると、受信回路８の受信電圧Ｖ２には送信回路７の出力する送信信号が現れなくなる。送信回路７から出力された電力は、ループアンテナ回路１ａ内の抵抗ｒ１、Ｒ２と、２線４線変換回路３２内の抵抗Ｒ３により消費される。反対にループアンテナ２が受信してハイブリッドトランス３１の一次巻線に入力した電力は、巻線比 ｎ６：ｎ７ の比率で送信回路７側と受信回路８側に分配される。

このような動作をすることから、図７に示す送受信装置３０では受信回路８の受信電圧Ｖ２には受信周波数ｆ２の信号しか現れなくなる。従って、受信回路８による信号受信が容易となる効果を奏する。また、巻数比 ｎ７／ｎ６ を高めることにより受信電圧Ｖ２を大きくすることができる。

なお、この送受信装置３０の場合も図５中の送信回路７のように、出力側にインピーダンス・マッチング用のトランス１４を追加してインピーダンス・マッチングを図れば送信電力効率を高めることができる。また、図６に示したような直列共振回路２６を送信回路７の出力側に追加すれば、受信電圧Ｖ２の値を大きくすることができる。

図８は本発明に係るループアンテナ回路の第２の実施形態の回路構成を示したものである。このループアンテナ回路１ｂは、ループアンテナ２と第３のコンデンサＣ５、第４のＣ６により構成される。コンデンサＣ５はループアンテナ２に並列に接続され、コンデンサＣ６は入出力端子３、４の一端３とコンデンサＣ５の一端との間に接続される。

入出力端子３、４より見たループアンテナ回路１ｂのインピーダンスＺは次のように表わされる。但し、抵抗ｒ１の値は小さく、ωＬ１≫ｒ１ と仮定する。
Ｚ＝−ｊ（ωＣ５＋ωＣ６−１／ωＬ１）／｛ωＣ６・（ωＣ５−１／ωＬ１）｝
（８）式
このインピーダンスＺの値は、角周波数ωが次式を満足するときにゼロとなる。
ω²＝１／｛Ｌ１・（Ｃ５＋Ｃ６）｝ （９）式
しかし、実際には完全にゼロとはならず、ｒ１に殆ど等しい小さな値となる。即ち、ループアンテナ回路１ｂは、（９）式を満足する角周波数ωにて直列共振を起こす。

また、（８）式によればインピーダンスＺの値は、角周波数ωが次式を満足するときに分母がゼロとなって非常に大きな値となる。
ω²＝１／（Ｌ１・Ｃ５） （１０）式
即ち、ループアンテナ回路１ｂは、（１０）式を満足する角周波数ωにて並列共振を起こす。

次に、このように（３）式を満たす角周波数ωにて直列共振、（１０）式を満たす角周波数ωにて並列共振を起こすループアンテナ回路１ｂを、前と同じように双方向同時通信を行なう送受信装置のアンテナ回路として使用する場合について説明する。図９は、そのような第２の実施形態の送受信装置の例で、前述した図２に相当する回路である。

ループアンテナ回路１ｂの回路定数は、送信回路７の送信周波数ｆ１にて直列共振、受信周波数ｆ２において並列共振を起こすようにコンデンサＣ５、Ｃ６の値を設定しておく。送信周波数ｆ１においては、直列共振によりループアンテナ回路１ｂのインピーダンスはｒ１に等しい小さい値となるため、図２の送受信装置６の場合と同様にループアンテナ２にはコンデンサＣ５、Ｃ６がない場合よりも大きな電流が流れる。従って、強い電波が放射される効果を生ずる。

受信周波数ｆ２においてはループアンテナ回路１ｂは並列共振を起こし、受信回路８の受信電圧Ｖ２は次のようになる。
Ｖ２＝Ｅ２・｜Ｚ３／（ω２・Ｌ１）｜ （１１）式
ここでＺ３は、並列接続点１２、１３から送信回路７と受信回路８側を見たインピーダンスである。コンデンサＣ５、Ｃ６が取り付けてない場合の受信電圧Ｖ２は次のように表わされる。
Ｖ２＝Ｅ２・｜Ｚ３／（Ｚ３＋ω２・Ｌ１）｜ （１２）式
インピーダンスＺ３は殆ど抵抗と考えられるので（１１）式の分母は（１２）式の分母よりも明らかに小さい。従って、コンデンサＣ５、Ｃ６を接続したことにより受信電圧Ｖ２は非常に大きな値となる効果を生ずる。

図１０は、図８に示した第２の実施形態のループアンテナ回路１ｂの変形実施形態であり、図１の第１の実施形態のループアンテナ回路１の変形実施形態である図３のループアンテナ回路１ａに相当するものである。本ループアンテナ回路１ｃは、コンデンサＣ６に直列に抵抗Ｒ２を追加したものである。コンデンサＣ５、Ｃ６の値は、図８のループアンテナ回路１ｂと同じで送信周波数ｆ１にて直列共振、受信周波数ｆ２にて並列共振を起こすように設定する。
抵抗Ｒ２を追加した理由は図３のループアンテナ回路１ａの場合と同様であり、直列共振のＱの値を下げて共振周波数が送信周波数ｆ１からずれた場合の送信電波の強度変化を少なくするためである。

これらのループアンテナ回路１ｂ、１ｃは、図２、図４、図５、図６、図７に示した送受信装置６、１０、２０、２５、３０中のループアンテナ回路１、１ａ等の代わりに使用することができる。そして、各図の送受信装置について前に説明したと同様の効果を奏する。

第１の実施形態に係るループアンテナ回路１の回路構成である。 第１の実施形態に係る送受信装置６の回路構成である。 第１の実施形態に係るループアンテナ回路１の変形実施形態である。 第１の実施形態に係る送受信装置６の変形実施形態である。 第１の実施形態に係る送受信装置６の他の変形実施形態である。 第１の実施形態に係る送受信装置６の更に他の変形実施形態である。 第１の実施形態に係る送受信装置６の更に他の変形実施形態である。 第２の実施形態に係るループアンテナ回路１ｂの回路構成である。 第２の実施形態に係る送受信装置３５の回路構成である。 第２の実施形態に係るループアンテナ回路１ｂの変形実施形態である。 従来技術に係る図１相当図である。

符号の説明

図面中、１、１ａ、１ｂ、１ｃはループアンテナ回路、２はループアンテナ、３、４は入出力端子、６、１０、２０、２５、３０、３５は送受信装置、７は送信回路、８は受信回路、１１はトランス、２６、２７は共振回路（直列共振回路）、３１はハイブリッドトランス、３２は２線４線変換回路、Ｃ１は第１のコンデンサ、Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｃ５は第３のコンデンサ、Ｃ６は第４のコンデンサ、Ｒ２、Ｒ３は抵抗を示す。

Claims (8)

1. ループアンテナ（２）と第１のコンデンサ（Ｃ１）との直列回路に第２のコンデンサ（Ｃ２）を並列に接続し、該第２のコンデンサの両端を信号の入出力端子（３、４）としたことを特徴とするループアンテナ回路。
2. ループアンテナ（２）と第３のコンデンサ（Ｃ５）との並列回路に第４のコンデンサ（Ｃ６）を直列に接続し、該直列接続した回路の両端を信号の入出力端子（３、４）としたことを特徴とするループアンテナ回路。
3. 請求項１又は２に記載のループアンテナ回路であって、該回路を使用する送受信装置の送信周波数において直列共振、受信周波数において並列共振を起こすように回路定数を定めたことを特徴とするループアンテナ回路。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のループアンテナ回路において、前記入出力端子（３、４）の一端に直列に抵抗（Ｒ２）を追加接続したことを特徴とするループアンテナ回路。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のループアンテナ回路の前記入出力端子間に、低出力インピーダンスの送信回路（７）と高入力インピーダンスの受信回路（８）とを並列接続したことを特徴とする送受信装置。
6. 請求項５に記載の送受信装置において、前記送信回路と受信回路とを並列接続する代わりにハイブリッドトランス（３１）を使用した２線４線変換回路（３２）を設け、２線側に前記ループアンテナ回路を、４線側に前記送信回路と受信回路とを接続したことを特徴とする送受信装置。
7. 請求項５又は６に記載の送受信装置において、前記ループアンテナ回路の入出力端子の近くにインピーダンス・マッチング用のトランス（１１）を設けたことを特徴とする送受信装置。
8. 請求項５乃至７の何れかに記載の送受信装置において、前記送信回路には送信周波数で直列共振する共振回路（２６）を出力側に直列に、前記受信回路には受信周波数で直列共振する共振回路（２７）を入力側に直列に追加接続したことを特徴とする送受信装置。

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