JP4708260B2 - 高周波信号用スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号の伝送経路に適用されるスイッチに係わり、とくに伝送経路に挿入されて非接触でその開閉を行うスイッチに関する。

例えば、セキュリティシステムにおけるマイクロプロセッサと保安機器とを結ぶ信号経路に通す高周波信号をオン、オフするためのスイッチは、小型軽量で動作が安定しており、かつコストが低廉であることが要求される。

従来、この種の用途には、金属接点の接、離によって信号経路を接続または開放するスイッチが用いられている（特許文献１参照）。
特開２００５−１６６６２２号公報

しかしながら、特許文献１に示されたスイッチは接触式であり、接点の汚損、劣化による特性悪化があるという問題を抱えている。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、非接触式のスイッチであって動作が安定し、しかも低コストで製作できる高周波信号用スイッチを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
磁性体にタップ付き巻線が巻装され、入力端子、出力端子およびアース端子を有する４端子回路の入、出力端子間に挿入された高周波信号用トランスと、
適用対象である回路のインピーダンスに適合する抵抗値を有し、前記高周波信号用トランスのタップと前記アース端子との間に接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の所定倍の抵抗値を有し、前記高周波信号用トランスの両端間に並列接続された第２抵抗と、
前記磁性体の近傍に可動状に設けられ、所要時に前記磁性体に磁気飽和させるような磁界を作用させる磁石と
をそなえた高周波信号用スイッチ、
を提供するものである。

本発明は上述のように、磁性体付き高周波信号用トランスと２つの抵抗とを用いた４端子回路に磁石を組み合わせることにより高周波信号をオン、オフするようにしたため、非接触方式であって動作が安定しており、しかも構成が簡単でコストも低廉にできる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

実施形態１

図1は、本発明の一実施形態の構成を示したものである。この図１に示すように、ドーナツ型のフェライトコアＦＣに２つの同巻回数の巻線Ｗ１，Ｗ２を巻装し、各端部を入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴに接続し、また２つの巻線Ｗ１，Ｗ２の相互接続点をアース端子Ｅに接続して４端子回路を構成する。

そして、フェライトコアＦＣに磁界を与えて磁気飽和させ得るように、フェライトコアＦＣの近傍に可動磁石Ｍを配する。可動磁石Ｍは、永久磁石を用いるが電磁石でもよい。

ここで、フェライトコアＦＣは、巻線を巻装し得て閉磁路を形成するものであれば、２つの巻線用穴を有するメガネ型磁性体でもよいし、他の形状であってもよい。

また、磁石Ｍは、フェライトコアＦＣに磁界を作用させずに巻線Ｗ１，Ｗ２と電磁作用をさせる位置と、磁界を作用させてフェライトコアＦＣを磁気飽和させ、巻線Ｗ１，Ｗ２と電磁作用をさせない位置とを取り得るように可動状とする。

この図１に示した回路は、ＣＡＴＶ用信号分配器を利用したものであり、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間のアイソレーションを大きく取ることができる。

図２は、信号分配器の基本的な回路構成を示す図である。この信号分配器は、巻数比が１：１の２つの巻線Ｗ１，Ｗ２を持つ分配トランスＴを有し、信号入力端子ｉｎに与えられた信号を入力抵抗Ｒから分配トランスＴに与え、２つの信号出力端子ｏｕｔから取り出すものである。分配トランスＴの両端間には抵抗４Ｒを接続してもよいし、あるいはフェライトコアＦＣの実効抵抗をこれに相当するものとして機能させることもできる。

これにより、信号入力端子ｉｎに与えられた信号が２分配されて２つの信号出力端子ｏｕｔから取り出されるが、２つの出力端子ｏｕｔ相互間はアイソレーションが取られている。

このアイソレーションが高いことを、本発明では信号経路のオフ用に利用し、アイソレーションを解除することにより信号経路をオンにする。そのために、信号分配器の２つの信号出力端子ｏｕｔを、図１の回路では入力端子ＩＮおよび出力端子ＯＵＴとして用い、信号分配器の信号入力端子ｉｎを図１の回路ではアース端子Ｅとして用いている。

そして、例えば入力端子ＩＮに、セキュリティシステムに組み込まれたマイクロプロセッサ用のクロック信号を与えるが、アイソレーション特性により阻止させて出力端子ＯＵＴに伝わらせずにおき、所要時にアイソレーションを解除して出力端子ＯＵＴから取り出すことができる。それには、所要時に、磁石ＭをフェライトコアＦＣに接近させて磁気飽和させる。

すなわち、磁石ＭをフェライトコアＦＣに対して移動させることにより、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に所定信号を通すか否かを切換えるスイッチとして機能する。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図１に示した高周波信号用スイッチのスイッチ機能を示した２つの特性図およびその測定を行うために用いた回路を示す図、およびその磁気飽和時の等価回路図である。この図３（ａ），（ｂ）は、縦軸が信号減衰度を示しており、＋１０[ｄＢ]から−７０[ｄＢ]までを示す、横軸は周波数を示しており、０．１[ＭＨｚ]ないし５[ＭＨｚ]の範囲を示している。そして、図３（ｃ）に示した測定回路は、ドーナツ型フェライトコアＦＣに巻線を巻装し、巻線の中点タップに接続する抵抗Ｒを７５[Ω]、巻線の両端間に接続する抵抗４Ｒを３００[Ω]としている。

そして、図３（ａ）は、フェライトコアＦＣに磁石Ｍの磁界が作用しないときの信号減衰度を示していて、２[ＭＨｚ]ではほぼ−７０[ｄＢ]、１[ＭＨｚ]ないし[４ＭＨｚ]の範囲では４０[ｄＢ]強以上であって、最も減衰度の低い０．１[ＭＨｚ]でも２０[ｄＢ]以上の減衰度を示している。

一方、フェライトコアＦＣに磁石Ｍの磁界を作用させると、図３（ｂ）に示すように、信号減衰度は殆ど０ｄＢに近くなり、最も減衰度の小さな０．１[ＭＨｚ]で−３[ｄＢ]程度で、最も減衰度の大きな５[ＭＨｚ]でも−９[ｄＢ]程度の減衰度である。

したがって、図３（ａ）と図３（ｂ）とを対比すると、何れの周波数でも最小で２０ｄＢ程度の信号強度の差異があることが分る。そこで、フェライトコアＦＣに磁石Ｍを接近させたり遠ざけたりすることによって、非接触で信号をオン、オフさせることができる。

この場合、周波数２[ＭＨｚ]での信号減衰度が最大になるように、フェライトコアＦＣおよび巻線を構成しているが、周波数−減衰度特性は適宜選定することができ、最大減衰周波数をより低周波側またはより高周波側に移行させることができる。

この実施例１では、巻線Ｗ１，Ｗ２の巻数を１：１と均等にしたが、この比を変えて１：２とか１：３という具合に不均等にしてもよい。

実施形態２

図４は、本発明の他の実施形態を示す回路図である。この実施形態２では、入力端子ＩＮと２つの出力端子ＯＵＴａ，ＯＵＴｂそれぞれとの間に、図２に示した信号分配器としての接続がされたトランスＡ，Ｂを挿入した構成としている。そして、元来、相互間では信号を伝送しない２つの端子ｏｕｔ，ｏｕｔの各一方を入力端子ＩＮに接続し、各他方をそれぞれ出力端子ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂとする。

この構成において、２つのトランスＡ，Ｂの何れか一方、例えばＡに磁石Ｍを接近させると、磁気飽和が起きて入力端子ＩＮに与えられた信号を出力端子ＯＵＴ−Ａに伝送するし、Ｂに接近させると出力端子ＯＵＴ−Ｂに信号を伝送する。

本発明の一実施形態の構成を示す説明図。 信号分配器の回路構成を示す回路図。 図１に示した実施形態の周波数−減衰度特性を示しており、図３（ａ）はフェライトコアに磁界が作用しないとき、図３（ｂ）は磁界が作用したときの特性を、また、図３（ｃ）は測定に用いた回路構成を示す回路図、図３（ｄ）は図３（ｃ）の回路の磁気飽和時の等価回路図。 図４は、本発明の他の実施形態の構成を示す回路図。

符号の説明

ＦＣ フェライトコア
Ｗ 巻線
Ｍ 磁石
ＩＮ 入力端子
ＯＵＴ 出力端子
Ｅ アース端子

Claims (3)

1. 磁性体にタップ付き巻線が巻装され、入力端子、出力端子およびアース端子を有する４端子回路の入、出力端子間に挿入された高周波信号用トランスと、
   適用対象である回路のインピーダンスに適合する抵抗値を有し、前記高周波信号用トランスのタップと前記アース端子との間に接続された第１抵抗と、
   前記第１抵抗の所定倍の抵抗値を有し、前記高周波信号用トランスの両端間に並列接続された第２抵抗と、
   前記磁性体の近傍に可動状に設けられ、所要時に前記磁性体に磁気飽和させるような磁界を作用させる磁石と
   をそなえた高周波信号用スイッチ。
2. 請求項１記載の高周波信号用スイッチにおいて、
   前記高周波信号用トランスは、フェライトコアに巻線が巻装されたものであることを特徴とする高周波信号用スイッチ。
3. 請求項１記載の高周波信号用スイッチにおいて、
   前記第２抵抗は、前記磁性体が有する実効抵抗により構成されることを特徴とする高周波信号用スイッチ。

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