JP2006121579A - Loop antenna circuit, and transmitter-receiver using the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a loop antenna circuit suitable for performing bidirectional simultaneous communication with one loop antenna, and a transmission / reception apparatus using the loop antenna circuit.
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。
Conventionally, there has been an attempt to use a receiving antenna or a transmitting antenna by connecting a capacitor or an inductor to one loop antenna and tuning it at a plurality of frequencies. FIG. 11 shows a loop antenna circuit disclosed in Patent Document 1. In this circuit, a pair of
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。
The series resonance circuit of the inductor L12 and the capacitor C12 is configured so that the resonance frequency is substantially equal to the first resonance frequency of the antenna that is tuned by the variable capacitor C11. Since the impedance of the series resonant circuit is zero at the first resonance frequency, the reactance X has no influence on the first resonance frequency. Other than the first resonance frequency, the impedance of the series resonance circuit is a value other than zero, so that tuning can be performed at another frequency by adjusting the value of the reactance X. Therefore, it is possible to receive or transmit at two frequencies by connecting a receiving circuit or a transmitting circuit to the
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。
However, in the case of the circuit of FIG. 11, the resonance in which the reactance of the
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。
In the circuit of FIG. 11, a series resonant circuit is connected in series to the
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。
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。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and the subject thereof is a loop antenna circuit suitable for performing bidirectional simultaneous communication using one loop antenna, and the use thereof. It is to provide a transmission / reception apparatus.
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。 The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is that a second capacitor (C2) is connected in parallel to a series circuit of a loop antenna (2) and a first capacitor (C1). The loop antenna circuit is characterized in that both ends of the capacitor are signal input / output terminals (3, 4).
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。 If circuit constants are determined so that such a loop antenna circuit resonates in series at the transmission frequency, a large current can flow through the loop antenna by the transmission circuit having a low output impedance, and radio waves can be radiated efficiently. . In addition, if a circuit constant is determined so as to perform parallel resonance at the reception frequency, a large reception voltage is generated at the input / output terminals, so that a high reception sensitivity can be ensured by a reception circuit having a high input impedance. By connecting such a transmission circuit and a reception circuit in parallel to the input / output terminals, bidirectional simultaneous communication can be efficiently performed.
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。
According to the second aspect of the present invention, the fourth capacitor (C6) is connected in series to the parallel circuit of the loop antenna (2) and the third capacitor (C5), and both ends of the series-connected circuit are connected. It is a loop antenna circuit characterized by having signal input / output terminals (3, 4).
Such a loop antenna circuit also achieves the same effect as that of the first aspect of the invention by determining circuit constants so that series resonance occurs at the transmission frequency and parallel resonance occurs at the reception frequency.
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。
Further, the invention according to
If series resonance occurs at the transmission frequency, a large current can be passed through the loop antenna by the transmission circuit having a low output impedance, and radio waves can be radiated efficiently. In addition, if parallel resonance is performed at the reception frequency, a large reception voltage is generated at the input / output terminals. Therefore, high reception sensitivity can be ensured by using a reception circuit with high input impedance. By connecting such a transmission circuit and a reception circuit in parallel to the input / output terminals, bidirectional simultaneous communication can be efficiently performed.
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。
According to a fourth aspect of the present invention, in the loop antenna circuit according to any one of the first to third aspects, a resistor (R2) is additionally connected in series to one end of the input / output terminals (3, 4). It is characterized by.
When a series resonance circuit is excited with a transmission frequency that matches the resonance frequency, if the circuit constant changes even slightly due to a temperature change or the like, the resonance frequency shifts and the circuit impedance changes at a large rate. If a resistor is connected in series as in this configuration, the Q value of the circuit is lowered and the transmission efficiency is slightly lowered, but the change rate of the circuit impedance is conversely reduced. Therefore, there is an effect that a change in transmission output can be reduced.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a low output impedance transmission circuit (7) and a high input impedance reception circuit (between the input / output terminals of the loop antenna circuit according to any one of the first to fourth aspects). 8) is connected in parallel.
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。 According to the transmission / reception apparatus having such a configuration, at the transmission frequency, the loop antenna circuit resonates in series and the circuit impedance becomes low. For this reason, a large current can flow from the transmission circuit having a low output impedance to the loop antenna, and radio waves can be radiated efficiently. At the reception frequency, the loop antenna circuit resonates in parallel and a large reception voltage is generated between the input and output terminals. For this reason, if a receiving circuit with high input impedance is used, radio waves can be received with high receiving sensitivity. Further, since the loop antenna circuit is a linear circuit and can operate simultaneously at different frequencies, bidirectional simultaneous communication can be efficiently performed using different transmission frequencies and reception frequencies.
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。 According to a sixth aspect of the present invention, in the transmission / reception device according to the fifth aspect, a two-wire four-wire conversion circuit (32) using a hybrid transformer (31) instead of connecting the transmission circuit and the reception circuit in parallel. ) And the loop antenna circuit is connected to the two-wire side, and the transmitting circuit and the receiving circuit are connected to the four-wire side.
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。 In such a configuration, it is possible to achieve isolation between the transmission circuit and the reception circuit, and it is possible to prevent a signal having a transmission frequency from the transmission circuit from reaching the reception circuit. By doing so, only the signal of the reception frequency received by the loop antenna is input to the reception circuit, so that signal reception becomes easy. Further, the signal of the reception frequency received by the loop antenna is distributed to both the transmission circuit and the reception circuit, but more power can be distributed to the transmission circuit by changing the winding ratio of the hybrid transformer. Therefore, the reception sensitivity can be improved by doing so.
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。
The invention according to
By providing such impedance matching transformer and impedance matching between the loop antenna circuit at the transmission frequency and the parallel connection of the transmission circuit and the reception circuit, the output of the transmission circuit can be efficiently transmitted to the loop antenna. Can lead to.
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。
The invention according to
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。 In such a configuration, since the impedance of the series resonant circuit connected to the output terminal of the transmission circuit is zero at the transmission frequency, the output from the transmission circuit is not hindered. On the other hand, at this transmission frequency, the series resonant circuit connected to the input terminal of the receiving circuit exhibits high impedance, so that the output power from the transmitting circuit is prevented from being consumed by the receiving circuit. For this reason, there is an effect that the efficiency of the output power from the transmission circuit is improved. At the reception frequency, the series resonant circuit connected to the input terminal of the reception circuit has zero impedance, and does not hinder reception. On the other hand, at this reception frequency, the series resonant circuit connected to the output terminal of the transmission circuit exhibits high impedance, so that power received by the antenna is prevented from being consumed by the transmission circuit. As a result, the reception power of the reception circuit is increased, so that the reception sensitivity is improved.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration of a first embodiment of a loop antenna circuit according to the present invention. The loop antenna circuit 1 includes a
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
An equivalent circuit of the
Z = {(1 / ωC2) · (ωL1-1 / ωC1) −jr1 / ωC2}
/ {J (ωL1-1 / ωC1-1 / ωC2) + r1} (1)
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。
The value of the impedance Z is equal to the resistance r1 when ω 2 = 1 / (L1 · C1) and r1 << 1 / (ωC2) are satisfied. That is, the loop antenna circuit 1 of FIG.
ω 2 = 1 / (L1 · C1) Series resonance occurs at an angular frequency ω1 satisfying the equation (2), and the impedance Z at that time becomes equal to a small resistance value r1. In this state, the capacitor C2 connected in parallel hardly affects the operation of the circuit.
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。
Further, according to equation (1), when r1 << 1 / (ωC2) is satisfied at an angular frequency ω that satisfies ωL1 = 1 / ωC1 + 1 / ωC2 (3), the value of impedance Z is very high. Large value. That is, the loop antenna circuit 1 of FIG. 1 causes parallel resonance at an angular frequency ω2 that satisfies the expression (3), and the impedance becomes a very large value.
Thus, the loop antenna circuit 1 that causes series resonance at the angular frequency ω1 and parallel resonance at the angular frequency ω2 exhibits its effect when used as an antenna circuit of a transmission / reception device that performs bidirectional simultaneous communication. Next, it will be described.
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。
FIG. 2 is a configuration diagram of the first embodiment of the transmission / reception apparatus. In the transmission / reception apparatus 6 of this embodiment, a
The output impedance Z1 of the
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。
Considering the operation at the transmission frequency f1 (angular frequency ω1), the impedance of the
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
Next, consider the operation at the reception frequency f2 (angular frequency is ω2 = 2πf2). The received radio wave generates a voltage E2 in series with the inductance L1 of the
V2 = E2 · | Z3 | / {1 / (ω2 · C2)} (4)
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)
On the other hand, the reception voltage V2 when the capacitors C1 and C2 are not attached is as follows.
V2 = E2 · | Z3 | / | Z3 + jω2 · L1 | (5) Expression From the expression (3),
ω2 · L1-1 / (ω2 · C1) = 1 / (ω2 · C2)> 0
Than this,
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。
Since the impedance Z3 may be considered as a resistance, the value of the denominator of the equation (4) is considerably smaller than the value of the denominator of the equation (5). Therefore, the value of the reception voltage V2 calculated by the equation (4) is considerably larger than the value of the reception voltage V2 calculated by the equation (5). That is, by attaching the capacitors C1 and C2 and causing parallel resonance at the reception frequency f2, an effect that a large voltage can be obtained in the reception voltage V2 of the
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。
Thus, the capacitors C1 and C2 are added to the
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。
FIG. 3 is a modified embodiment of the loop antenna circuit 1 of the first embodiment shown in FIG. This loop antenna circuit 1a is obtained by adding a resistor R2 between a terminal 3 which is one end of input /
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。
When a transmission voltage having a transmission frequency f1 is applied to the input /
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。
If the input impedance Z2 of the receiving circuit is sufficiently large, the current flowing through the
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。
Although the voltage E1 generated by the
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。
FIG. 4 is a modified embodiment of the transmission / reception device 6 shown in FIG. Although the loop antenna circuit 1a of FIG. 3 is adopted as the loop antenna circuit, the loop antenna circuit 1 of FIG. 1 may be used. The transmission /
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。
The difference from the transmission / reception apparatus 6 of FIG. 2 is that an
Z0 = (n1 / n2) 2 · (R2 + r1) It is determined so as to satisfy the equation (6).
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。
Further, the impedance Z3 is the impedance Z3 as seen from the side of the
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
FIG. 5 shows another modified embodiment of the transmission /
Z0 = (n4 / n3) 2 · Z1 (7) Formula
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。
When the winding ratio is set in this way, the maximum power is supplied from the
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。
FIG. 6 shows still another modified embodiment of the transmission /
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。
At the transmission frequency f1, the series resonance circuit 26 is short-circuited. Therefore, the series resonance circuit 26 does not interfere with the output of the
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。
Further, since the series resonant circuit 27 is short-circuited at the reception frequency f2, the presence of the series resonant circuit 27 does not interfere with reception by the receiving
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。
By adding the series resonant circuits 26 and 27 in this way, the transmission power efficiency is increased and the reception sensitivity is also increased. In the case of the transmitting / receiving
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。
FIG. 7 shows still another modified embodiment of the transmission /
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。 The 2-wire 4-wire conversion circuit is a circuit that is often used in public telephone networks, and it connects a 2-wire section that shares uplink / downlink lines with a 4-wire section that uses separate two lines for uplink and downlink. Attached to the part. A transmitter / receiver is connected to the two-wire line, a transmitter circuit is connected to two of the four-wire lines, and a receiver circuit is connected to the other two lines. The 2-wire 4-wire conversion circuit is characterized in that there is no mutual interference between the 2-wire line to which the transmission circuit is connected and the 2-wire line to which the reception circuit is connected. .
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。
Various circuit configurations have been proposed for the 2-wire 4-wire conversion circuit having such characteristics. The 2-wire 4-
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。
An intermediate tap is provided on the 4-wire circuit side of the secondary winding. A resistor R3 is connected to the intermediate tap, and the other end of the resistor R3 is connected to commonly connected
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
The number of turns of the primary winding is n5, the number of turns between the terminal 35 and the intermediate tap of the secondary winding is n6, the number of turns between the terminal 37 and the intermediate tap is n7, and the
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。
That is, when the value of the resistor R3 and the number of turns n5, n6, and n7 of the
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。
Due to such an operation, in the transmission /
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。
In the case of the transmission /
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。
FIG. 8 shows a circuit configuration of a second embodiment of the loop antenna circuit according to the present invention. The loop antenna circuit 1b includes a
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。
The impedance Z of the loop antenna circuit 1b viewed from the input /
Z = −j (ωC5 + ωC6-1 / ωL1) / {ωC6 · (ωC5-1 / ωL1)}
(8) Expression The value of the impedance Z becomes zero when the angular frequency ω satisfies the following expression.
ω 2 = 1 / {L1 · (C5 + C6)} (9) However, in practice, it is not completely zero, and becomes a small value almost equal to r1. That is, the loop antenna circuit 1b causes series resonance at an angular frequency ω that satisfies the expression (9).
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。
Further, according to the equation (8), the value of the impedance Z becomes a very large value with the denominator being zero when the angular frequency ω satisfies the following equation.
ω 2 = 1 / (L1 · C5) Equation (10) In other words, the loop antenna circuit 1b causes parallel resonance at an angular frequency ω that satisfies Equation (10).
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。 Next, the loop antenna circuit 1b that causes the series resonance at the angular frequency ω satisfying the expression (3) and the parallel resonance at the angular frequency ω satisfying the expression (10) as described above is used for bidirectional simultaneous communication as before. A case where the antenna circuit is used as an antenna circuit of a transmitting / receiving apparatus that performs the above will be described. FIG. 9 is an example of such a transmitting / receiving apparatus according to the second embodiment, and is a circuit corresponding to FIG. 2 described above.
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。
As the circuit constant of the loop antenna circuit 1b, the values of the capacitors C5 and C6 are set so that series resonance occurs at the transmission frequency f1 of the
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。
At the reception frequency f2, the loop antenna circuit 1b causes parallel resonance, and the reception voltage V2 of the
V2 = E2 · | Z3 / (ω2 · L1) | (11) where Z3 is the impedance when the
V2 = E2 · | Z3 / (Z3 + ω2 · L1) | Equation (12) Since the impedance Z3 is considered to be almost a resistance, the denominator of Equation (11) is clearly smaller than the denominator of Equation (12). Therefore, by connecting the capacitors C5 and C6, there is an effect that the reception voltage V2 becomes a very large value.
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。
10 is a modified embodiment of the loop antenna circuit 1b of the second embodiment shown in FIG. 8, and is a modified embodiment of the loop antenna circuit 1 of the first embodiment of FIG. This corresponds to the circuit 1a. The
The reason for adding the resistor R2 is the same as in the case of the loop antenna circuit 1a of FIG. 3, in order to reduce the intensity change of the transmission radio wave when the resonance frequency deviates from the transmission frequency f1 by reducing the Q value of the series resonance. It is.
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。
These
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。
In the drawings, 1, 1a, 1b, 1c are loop antenna circuits, 2 is a loop antenna, 3, 4 is an input / output terminal, 6, 10, 20, 25, 30, 35 are transmission / reception devices, 7 is a transmission circuit, and 8 is Receiving circuit, 11 is a transformer, 26 and 27 are resonance circuits (series resonance circuits), 31 is a hybrid transformer, 32 is a 2-wire 4-wire conversion circuit, C1 is a first capacitor, C2 is a second capacitor, and C5 is a first 3, a capacitor C6 is a fourth capacitor, and R2 and R3 are resistors.
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|---|---|---|---|---|
| JP2010083224A (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Hitachi Ltd | Transmitter-receiver and transmitter-receiver for train control |
| JP2010200061A (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Panasonic Corp | Antenna unit |
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- 2004-10-25 JP JP2004309520A patent/JP2006121579A/en active Pending
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