電源装置
【課題】積層体を用いて小型化及び低コスト化を図りつつ、アンテナ特性の劣化を防止可能な環境発電機能を有する電源装置を提供する。
【解決手段】本発明の電源装置は、絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体２０を用いて構成され、外部からの電波を受信するアンテナ１０ａと、アンテナ１０ａの受信信号を入力する入力回路と、入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路とが積層体２０に構成される。積層体２０の回路領域Ｒは、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１と、アンテナ１０ａ等を配置した領域Ｒ２とを含む。積層体２０の積層方向で、アンテナ１０ａが、領域Ｒ１とは重ならず、かつ第１の部品（ダイオードＤ１、Ｄ２）と重なる配置としたので、インダクタ及びコンデンサの電磁的干渉に起因するアンテナ性能の劣化を防止しつつ、電源装置の小型化を実現することができる。
【解決手段】本発明の電源装置は、絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体２０を用いて構成され、外部からの電波を受信するアンテナ１０ａと、アンテナ１０ａの受信信号を入力する入力回路と、入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路とが積層体２０に構成される。積層体２０の回路領域Ｒは、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１と、アンテナ１０ａ等を配置した領域Ｒ２とを含む。積層体２０の積層方向で、アンテナ１０ａが、領域Ｒ１とは重ならず、かつ第１の部品（ダイオードＤ１、Ｄ２）と重なる配置としたので、インダクタ及びコンデンサの電磁的干渉に起因するアンテナ性能の劣化を防止しつつ、電源装置の小型化を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から到来する電波を受信して直流電力を取り出す環境発電機能を有する電源装置のうち、積層体に回路を構成した電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯電話などの携帯型の電子機器には二次電池が搭載され、ある程度使用した時点で二次電池の充電が必要になる。しかし、携帯電話等は、送信動作に比べて電力消費が小さい待ち受け動作の時間が長いのが通常である。また、アクセスが困難な施設等に設置され間欠的に動作するセンサ等の機器が知られているが、この種のセンサ等も電力消費は小さい。このように電力消費が小さい機器に対し、二次電池の搭載や電池交換あるいはケーブルの敷設などを不要にできれば、これらの機器の利用価値を高めることができる。そのため、従来から、自然環境に存在するエネルギーから電力を取り出す環境発電が注目されている。例えば、都市空間などで利用される電波を受信して直流電力を取り出す技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。このような技術により電波から取り出すことができる直流電力は小さいが、上述のような低消費電力の用途であれば十分に適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３２４３号公報
【特許文献２】特開２００３−８８００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の環境発電機能を有する電源装置は、小型かつ低コストに構成することが望ましい。例えば、誘電体層と導体層を交互に積層した多層の積層体を用いてアンテナと各種回路を一体的に配置すれば、小型化及び低コスト化を実現することができる。しかしながら、上記電源装置の内部には高周波の信号が伝送されるため、小型の積層体のアンテナと回路が一体化されたときの電磁的干渉が問題となる。特に、積層体の異なる層間でアンテナと対向する領域にインダクタやコンデンサが存在する場合は、アンテナ特性に与える影響が大きい。すなわち、導体層の平面内で、インダクタを構成する導体パターンは比較的長い線長を有し、コンデンサの電極を構成する導体パターンは比較的大きな面積を有することから、いずれも積層方向で対向するアンテナに強い電磁的干渉を及ぼすため、アンテナ特性の劣化を招くことは避けられない。このようなアンテナ特性の劣化を防ぐため、外部のアンテナを取り付けたり、積層体自体のサイズを大きくするのでは、電源装置の小型化及び低コスト化を実現することができなくなる。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、アンテナと回路を積層体に一体的に配置して小型化及び低コスト化を図りつつ、インダクタやコンデンサの導体パターンとアンテナとの電磁的干渉に起因するアンテナ特性の劣化を防止し得る環境発電機能を有する電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体を用いて構成される電源装置において、外部からの電波を受信するアンテナと、前記アンテナの受信信号を入力する入力回路と、前記入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、がそれぞれ前記積層体に構成され、前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域は、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と、前記インダクタ及び前記コンデンサ以外の回路部品を配置した第２領域とを含み、前記アンテナは、前記第１領域とは前記積層体の積層方向で重ならず、前記第２領域のうち少なくとも第１の部品とは前記積層方向で重なることを特徴としている。
【０００７】
本発明の電源装置によれば、積層体に、アンテナと、入力回路と整流回路を配置した回路領域とをそれぞれ構成し、回路領域のうちインダクタ及びコンデンサを配置した第１領域がアンテナと積層方向で重ならないように配置したので、インダクタ及びコンデンサの導体パターンからアンテナへの電磁的干渉を抑制することができる。すなわち、回路領域において平面状の導体パターンを用いて構成されるインダクタやコンデンサは、平面方向に比べて積層方向で電磁的な結合が大きくなるが、本発明の場合は積層方向でアンテナがインダクタやコンデンサと対向配置されないので、アンテナ特性の劣化が小さくなる。一方、アンテナと第１の部品が積層方向で重なる配置となるので、小型の積層体のスペースを有効に活用することができる。従って、多層の積層体にアンテナと回路領域を一体的に配置し、良好なアンテナ特性を確保しつつ、配置面積を縮小して積層体を小型かつ低コストに構成可能な電源装置を実現することができる。
【０００８】
本発明の電源装置には、前記積層体の構造に加えて、前記回路領域と前記積層体の積層方向の一方の側で対向配置されるグランドパターンを形成することが望ましい。これにより、このグランドパターンが前記回路領域のシールド板として機能する。
【０００９】
前記入力回路は多様な回路で構成することができる。例えば、前記入力回路として、前記アンテナのインピーダンスを整合する整合回路を含めてもよく、あるいは、前記アンテナに接続される一次コイルと前記整流回路に接続される二次コイルとを有するトランスを含めてもよい。
【００１０】
また、前記整流回路も多様な回路で構成することができる。例えば、前記整流回路として、整流素子としての一又は複数のダイオードを用いて構成してもよい。この場合、前記整流回路の一又は複数のダイオードを前記第１の部品として、前記アンテナと積層方向で重なる配置にしてもよい。また、前記第１の部品として、少なくとも前記一又は複数のダイオードを有する半導体チップを用いてもよい。
【００１１】
前記積層体においては多様な配置と形態を採用することができる。例えば、前記アンテナを前記積層体の表面に実装し、前記第１の部品を前記積層体の裏面のうち前記アンテナと重なる領域に実装することができる。また、前記アンテナとして、前記積層体の表面に実装されるチップアンテナを用いてもよい。さらに、前記アンテナと、前記第１領域のインダクタ及びコンデンサとは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンテナと各種回路とを積層体に一体化して構成した電源装置において、アンテナが、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と積層方向で重ならないようにしたので、インダクタ及びコンデンサの導体パターンからアンテナへの電磁的干渉に起因する悪影響を抑制し、アンテナ特性の劣化を防止することができる。一方、アンテナが回路領域の第１の部品とは積層方向で重なるので、各部品を小さい面積で配置し、積層体を小型かつ低コストに構成可能となる。これにより、環境発電の分野で携帯機器やセンサ等に電力を供給可能で、利便性が高く小型の電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の電源装置の回路構成の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態の電源装置が構成される積層体の構造例を示す図である。
【図３】図２の積層体の各層の構造例を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態の電源装置の回路構成の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態の電源装置が構成される積層体の構造例を示す図である。
【図６】積層体の構造の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を適用した２つの実施形態について順次説明する。
【００１５】
[第１実施形態]
図１は、第１実施形態の電源装置１の回路構成の一例を示している。第１実施形態の電源装置１は多層の積層体に構成され、外部から到来する電波を受信して電力を取り出す環境発電機能を有する。図１に示すように、電源装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０のインピーダンスを整合する整合回路１１と、整合回路１１の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路１２を含んで構成される。
【００１６】
アンテナ１０は、積層体に実装される構造を有し、外部から到来する電波を受信するアンテナ素子である。アンテナ１０の周波数帯域は特に制約されないが、使用環境下においてある程度の電界強度が得られる周波数帯域であることが望ましい。例えば、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度の広い周波数範囲の電波のうち、特に携帯電話用の周波数帯域や放送用の周波数帯域などは電界強度が強く利用に適している。また、アンテナ１０を実装する積層体は小型であるため、積層体の表面に搭載可能なチップアンテナや、積層体の導体パターンを用いて構成されるパターンアンテナなど小型のアンテナ素子を用いることが望ましい。
【００１７】
入力回路としての整合回路１１は、入力側のアンテナ１０の給電点と、出力側のノードＮ１との間に配置され、コンデンサＣ１とインダクタＬ１とにより構成される。コンデンサＣ１は、アンテナ１０の給電点とノードＮ１との間に接続され、インダクタＬ１は、コンデンサＣ１の一端とグランド電位との間に接続される。整合回路１１は、アンテナ１０のインピーダンスを整合し、アンテナ１０から後段の整流回路１２に伝送される受信信号の損失を低減する役割がある。なお、整合回路１１の回路構成は図１の例には制約されず、コンデンサとインダクタを組み合わせた多様な形態で構成することができる。
【００１８】
整流回路１２は、入力側のノードＮ１と、出力側の外部端子Ｔｏとの間に配置され少なくとも、２つのダイオードＤ１、Ｄ２とコンデンサＣ２とにより構成される。ダイオードＤ１は、アノードがノードＮ１に接続され、カソードが外部端子Ｔｏに接続される。ダイオードＤ２は、アノードがグランド電位に接続され、カソードがノードＮ１に接続される。コンデンサＣ２は、外部端子Ｔｏとグランド電位との間に接続される。整流回路１２は、アンテナ１０から整合回路１１を通ってノードＮ１に伝送された交流電圧を入力し、ダイオードＤ１、Ｄ２の整流作用により得られた直流電圧を外部端子Ｔｏに出力する役割がある。整流回路１２において、ノードＮ１の交流電圧が正のサイクルにあるときは、ノードＮ１からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が充電され、外部端子Ｔｏに直流電圧が現れる。なお、図１の整流回路１２は半波整流回路の一例であるが、これには制約されず、多様な部品を用いて全波整流回路等を含む多様な整流回路１２を構成することができる。また、整流回路１２に含まれるダイオードの個数は２個に限られず、１個あるいは３個以上であってもよい。
【００１９】
整流回路１２により得られた直流電圧は、外部端子Ｔｏに接続される負荷（不図示）に供給される。接続可能な負荷としては、例えば、無線通信機能を有する携帯機器や、独自の電源を持たないセンサ端末等の各種電子・電気機器が想定される。電源装置１により供給可能な電力は小さいため、例えば、携帯電話機等の待ち受け時の電力供給や、定期的に作動する低消費電力型の独立センサへの電力供給などの用途に有効である。また、外部の機器に二次電池が搭載される場合には、電源装置１を用いて二次電池を充電してもよい。このように電源装置１は外部の機器に電力を供給する発電モジュールとして機能する。
【００２０】
次に、第１実施形態の電源装置１が構成される積層体の構造例について図２及び図３を参照して説明する。第１実施形態の電源装置１は、回路素子の導体パターンを形成した複数の誘電体層からなる積層体に構成される。図２（Ａ）は、電源装置１を構成した積層体２０の表面の平面配置を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の積層体２０の断面構造を示す図である。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、上方から見た積層体２０の平面内の大部分が回路領域Ｒとなっている。この回路領域Ｒは、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１と、他の回路部品を配置した領域Ｒ２とを含んでいる。領域Ｒ１には、図１のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１、Ｃ２が積層体２０の内層の導体パターン及びビア導体を用いて構成されている。領域Ｒ２には、図１のアンテナ１０としてのチップアンテナ１０ａが積層体２０の表面に実装されるとともに、図１の整流回路１２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２が積層体２０の裏面に実装されている。なお、回路領域Ｒにおいて、積層体２０の表面及び裏面のうちの領域Ｒ１と重なる部分については、上記２つの領域Ｒ１、Ｒ２にいずれにも含まれないが、この部分を領域Ｒ１、Ｒ２のいずれか一方に含めて考えてもよい。例えば、図２（Ａ）の積層体２０は、３０ｍｍ×３０ｍｍの方形状に形成される。
【００２２】
第１実施形態の積層体２０は、アンテナ１０としてのチップアンテナ１０ａが、積層体２０の積層方向で領域Ｒ１と重ならないという第１の条件と、積層体２０の積層方向で第１の部品であるダイオードＤ１、Ｄ２と重なるという第２の条件とを満たす構造を有している。領域Ｒ２は、積層体２０の表面のチップアンテナ１０ａと、積層体２０の裏面のダイオードＤ１、Ｄ２を含む範囲に設定され、他の回路素子は含んでいない。一方、領域Ｒ１は、上述したように積層体２０の内層のコンデンサＣ１、Ｃ２及びインダクタＬ１を含んでいる。従って、図２の積層方向の位置関係は、チップアンテナ１０ａが領域Ｒ１と重ならないで、ダイオードＤ１、Ｄ２とは重なるという上記２つの条件を満たすことになる。
【００２３】
なお、図２の配置は一例であって、上記２つの条件を満たす限り領域Ｒ１、Ｒ２の配置を自在に変更できる。すなわち、回路領域Ｒ内において、領域Ｒ２はチップアンテナ１０ａを含むより狭い範囲に設定でき、あるいは領域Ｒ１と重ならない限り、より広い範囲に設定できる。また、回路領域Ｒ内において、領域Ｒ１は、領域Ｒ２による制約を受けない限り、より広い範囲あるいはより狭い範囲に設定できる。また、図２の積層体２０の表面に実装されるチップアンテナ１０ａとダイオードＤ１、Ｄ２についても多様な変形例があるが、詳細は後述する。
【００２４】
第１実施形態では、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で重ならないように配置するという第１の条件により、領域Ｒ１内のインダクタ及びコンデンサの各導体パターンからアンテナ１０への電磁的干渉に起因する悪影響を抑制することができる。すなわち、第１実施形態では、アンテナ１０を構成する素子が平面内に広がり、かつ領域Ｒ１のコンデンサ及びインダクタも主に平面状に広がる導体パターンで構成されるので、両者の間の電磁的な結合は、平面方向に並ぶ配置に比べて積層方向で対向配置される場合に強くなる。そのため、第１実施形態の配置を採用すれば、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で直接対向しないので両者の電磁的な結合が小さくなり、インダクタ及びコンデンサからアンテナ１０への電磁的干渉を抑制するという効果を得られる。これに加えて、第１実施形態では、アンテナ１０が第１の部品としてのダイオードＤ１、Ｄ２と積層方向で重なるように配置するという第２の条件により、小さい配置スペースに回路部品を高密度に配置し、積層体２０を小型化するという効果を得られる。以上のように、第１実施形態の電源装置１は、アンテナ１０の放射特性や周波数特性の劣化防止と、積層体２０の小型化との両立が可能である。
【００２５】
図３は、図２の積層体２０の各層の構造例を示す斜視図である。積層体２０の内部には、下層から順に５層の誘電体層Ｍ１〜Ｍ５が積層されている。これらの誘電体層Ｍ１〜Ｍ５は、例えばセラミックを用いて形成される。誘電体層Ｍ１〜Ｍ５には、グランドパターン３０、４０と、回路素子を構成する複数の導体パターン３１〜３９と、各層の導体パターン同士を接続するために積層方向に貫通する複数のビア導体Ｖ１〜Ｖ６が形成されている。誘電体層Ｍ１〜Ｍ５の各々は、図２と同様の領域Ｒ１、Ｒ２に区分されるものとする。図３に示すように、領域Ｒ２においては、最上層の誘電体層Ｍ５の表面に図２のチップアンテナ１０ａが実装されるとともに、最下層の誘電体層Ｍ１の裏面に図２のダイオードＤ１、Ｄ２が実装され、チップアンテナ１０ａとダイオードＤ１、Ｄ２が積層方向で対向する位置関係であることがわかる。
【００２６】
最上層の誘電体層Ｍ５に実装されたチップアンテナ１０ａは、給電点である導体パターン３９に接続され、導体パターン３９はビア導体Ｖ６を介して誘電体層Ｍ４の導体パターン３８と誘電体層Ｍ３の導体パターン３５にそれぞれ接続されている。誘電体層Ｍ４の導体パターン３８は、ビア導体Ｖ５、誘電体層Ｍ３の導体パターン３６、ビア導体Ｖ４、誘電体層Ｍ２の導体パターン３４、ビア導体Ｖ１の順に接続されてインダクタＬ１を構成する。ビア導体Ｖ１の下端は、最下層の誘電体層Ｍ１の広い領域を覆うグランドパターン３０に接続されている。一方、誘電体層Ｍ３の導体パターン３５は、対向配置される誘電体層Ｍ２の導体パターン３３とコンデンサＣ１を構成する。
【００２７】
誘電体層Ｍ２の導体パターン３３は、ビア導体Ｖ２を介して最下層の誘電体層Ｍ１の導体パターン３１に接続される。この導体パターン３１は図１のノードＮ１に対応し、誘電体層Ｍ１の裏面のダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードのそれぞれに接続される。ダイオードＤ２のアノードは誘電体層Ｍ１のグランドパターン３０に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは誘電体層Ｍ１の導体パターン３２に接続され、導体パターン３２の端部が外部端子Ｔｏの側面電極となっている。また、導体パターン３２はビア導体Ｖ３を介して誘電体層Ｍ４の導体パターン３７に接続される。この導体パターン３７は最上層の誘電体層Ｍ５のグランドパターン４０に対向配置され、コンデンサＣ２を構成する。
【００２８】
以上のように、チップアンテナ１０ａは、領域Ｒ１のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１、Ｃ２を構成する各導体パターン３３〜３８とは積層方向で重ならない位置関係にある。また、領域Ｒ２内で、最上層のチップアンテナ１０ａが最下層のダイオードＤ１、Ｄ２と積層方向で重なる位置関係にある。このような第１実施形態の積層体２０の構造により、上述した効果を得ることができる。なお、図３の例では、ダイオードＤ１、Ｄ２に加えて、コンデンサ及びインダクタを構成しない導体パターン３１、３９もチップアンテナ１０ａと積層方向で重なっている。
【００２９】
ここで、誘電体層Ｍ１のグランドパターン３０に着目すると、最下層のグランドパターン３０は、その上層で領域Ｒ１のそれぞれの回路素子と対向配置され、最上層のグランドパターン４０は、その下層で領域Ｒ１のそれぞれの回路素子と対向配置されている。よって、グランドパターン３０、４０は、領域Ｒ１の各回路素子を外部から遮断してアイソレーションを向上させるシールド板として機能する。ただし、グランドパターン３０、４０の一方のみが存在する場合でも、領域Ｒ１のシールド板としてある程度の効果を得ることができる。また、図３の例では、内層の誘電体層Ｍ２〜Ｍ４に所定のグランドパターンを形成して、領域Ｒ１の各回路素子と対向配置することも可能であるが、かかる構造ではグランドパターンを挟んで両側に各回路素子が存在することになってシールド板としては機能しなくなる。
【００３０】
[第２実施形態]
図４は、第２実施形態の電源装置１の回路構成の一例を示している。第２実施形態の電源装置１は、基本的な機能は第１実施形態と共通するが、回路構成と構造に違いがある。図４に示すように、第２実施形態の電源装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０の給電点とノードＮ２との間に配置されるトランス１３と、トランス１３の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路１２ａとを含んで構成される。
【００３１】
入力回路としてのトランス１３は、アンテナ１０の給電点に接続される一次コイルと、ノードＮ２に接続される二次コイルとを有し、アンテナ１０の受信信号を、一次コイルと二次コイルの巻数比に応じた電圧振幅の交流電圧に変換する。例えば、トランスの巻数比が１対１０であれば、アンテナ１０の受信信号は１０倍の電圧振幅に拡大される。トランス１３の一次コイルと二次コイルは、それぞれの一端がグランドに接続されている。
【００３２】
整流回路１２ａは、入力側がノードＮ２に接続され、出力側が外部端子Ｔｏに接続され、２つのダイオードＤ１、Ｄ２と２つのコンデンサＣ２、Ｃ３とにより構成される。このうち、ダイオードＤ１、Ｄ２及びコンデンサＣ２の回路部分の構成及び動作は、図１の整流回路１２と同様である。一方、入力側のコンデンサＣ３は、ノードＮ２と２つのダイオードＤ１、Ｄ２の接続点との間に挿入されている。これにより、ノードＮ２の交流電圧が負のサイクルにあるときは、ダイオードＤ２によってコンデンサＣ３が充電され、ノードＮ２の交流電圧が正のサイクルにあるときは、充電されたコンデンサＣ３からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が充電され、外部端子Ｔｏに直流電圧が現れる。
【００３３】
第２実施形態の電源装置１の基本的な機能は第１実施形態の場合と同様であるが、整合回路１１をトランス１３で置き換えたことにより使用形態には若干の違いがある。すなわち、第２実施形態の電源装置１はトランス１３の巻数比により電圧振幅を拡大できるので、第１実施形態に比べ、微弱な電波環境での使用に適している。また、トランス１３の周波数特性の制約があることから、第１実施形態に比べ、比較的低い周波数帯域における使用に適している。
【００３４】
次に、第２実施形態の電源装置１が構成される積層体２０の構造例について図５を参照して説明する。第２実施形態の電源装置１は、第１実施形態と比べると、複数の誘電体層からなる積層体２０に構成される点は共通であるが、部品配置に違いがある。図５（Ａ）は、第２実施形態の電源装置１を構成した積層体２０の表面の平面配置を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の積層体２０の断面構造を示す図である。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、積層体２０の平面内の領域区分は第１実施形態と同様であるが、積層体２０の表面のうち領域Ｒ１と重なる位置に、図４のトランス１３が実装されている。また、図５の例では、図２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２に代えて、積層体２０の裏面の全体に半導体チップ１４が実装されている。半導体チップ１４は回路部品の一例であって、第１実施形態と同様の配置で２つのダイオードＤ１、Ｄ２を配置してもよい。半導体チップ１４には、ダイオードＤ１、Ｄ２を含む整流回路１２を構成する場合のほか、入力回路やその他の回路の一部又は全部を構成してもよい。なお、領域Ｒ２のチップアンテナ１０ａについては、第１実施形態と同様に配置されている。
【００３６】
第２実施形態では、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で重ならないように配置するという第１の条件は、第１実施形態と同様に満たしているので、電磁的干渉に起因する悪影響を抑制する効果は共通である。この場合、インダクタやコンデンサに加えて、アンテナ１０がトランス１３と積層方向で重ならないことから、トランス１３の一次コイルや二次コイルからアンテナ１０への電磁的干渉に起因する悪影響についても抑制することができる。一方、第２実施形態では、アンテナ１０が第１の部品としての半導体チップ１４と積層方向で重なるように配置するという第２の条件についても満たしている。この場合の積層体２０の小型化の効果については、第１実施形態と共通である。
【００３７】
第２実施形態では、各層の構造例（図３）については省略するが、導体パターン及びビア導体を用いた基本構造は第１実施形態と共通である。ただし、第２実施形態では、最上層の誘電体層Ｍ５にトランス１３を実装するとともに、コンデンサＣ１及びインダクタＬ１をコンデンサＣ３で置き換えて、かつダイオードＤ１、Ｄ２を半導体チップ１４で置き換えて構成する必要がある。また、第２実施形態においても、最下層及び最上層のグランドパターン３０、４０の役割については第１実施形態と同様である。
【００３８】
[変形例]
以上の第１及び第２実施形態の電源装置１は、回路構成と積層体２０の構造の両面で多様な変形例がある。例えば、電源装置１の回路構成については、図１及び図４に限られることなく多様な回路構成を採用することができる。例えば、アンテナ１０の給電点と整流回路１２の入力側の間に配置される入力回路は、第１実施形態の整合回路１１（図１）や第２実施形態のトランス１３（図４）に限られることなく、各種回路を直列に接続して入力回路を構成することができる。入力回路には、例えば、所定の周波数帯域の成分を選択的に通過させる同調回路を含めてもよい。また例えば、図１の整合回路１１と図４のトランス１３を直列接続して入力回路を構成してもよい。この場合、整合回路１１とトランス１３の接続順序は問わない。また例えば、３つ以上の多数の回路を直列接続して入力回路を構成してもよく、その中にはフィルタ回路などを含めてもよい。さらに、電源装置１の回路構成において、整流回路１２と外部端子Ｔｏとの間に、例えば、フィルタ回路、昇圧回路、制御回路などの各種回路を挿入してもよい。この場合、電源装置１で得られた電力の一部を内部の回路に供給することも可能である。
【００３９】
次に、電源装置１が構成される積層体２０の構造の変形例について説明する。上記積層体２０としては第１実施形態の図２の構造例と第２実施形態の図５の構造例を示したが、かかる構造例に限らず、回路部品や配置を変更することができる。図６は、第１実施形態の積層体２０に対応する各種変形例を示している。なお、以下では、第１実施形態の積層体２０に対し適用する場合を例にとって説明するが、図６の変形例は、トランス１３が実装された第２実施形態の積層体２０に対しても同様に適用可能である。
【００４０】
図６（Ａ）に示すように、アンテナ１０として、チップアンテナ１０ａに代え、積層体２０の表面の導体パターンにより構成したパターンアンテナ１０ｂを用いてもよい。パターンアンテナ１０ｂは、例えば、ミアンダ状の導体パターンにより構成される。なお、図６の変形例では、図５の構造例と同様、図２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２に代えて積層体２０の裏面の全体に半導体チップ１４が実装されている。半導体チップ１４の役割は図５の場合と同様である。なお、積層体２０の半導体チップ１４をダイオードＤ１、Ｄ２に置き換えた場合であっても、図６の変形例を適用することができる。また、図６（Ｂ）に示すように、パターンアンテナ１０ｂを積層体２０の内層の導体パターンにより構成してもよい。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すパターンアンテナ１０ｂは、積層体２０に実装される部品点数を削減して低コスト化を図る場合に適している。
【００４１】
一方、図６（Ｃ）に示すように、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１を、積層体２０の積層方向の中間位置Ｐｃから下層側のみに構成してもよい。これにより、チップアンテナ１０ａが領域Ｒ１と積層方向で重ならないことに加えて、チップアンテナ１０ａと領域Ｒ１との相対的な距離が大きくなるので、領域Ｒ１のインダクタ及びコンデンサからチップアンテナ１０ａへの電磁的な結合を一層小さくすることができる。なお、図６（Ｃ）のチップアンテナ１０ａを、積層体２０の表面のパターンアンテナ１０ｂ（図６（Ａ））に置き換える場合も同様の効果が得られる。
【００４２】
以上、第１及び第２実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。例えば、積層体２０の材料はセラミックに限られず、多様な誘電体材料を用いることができ、その形状、サイズも自在に設定可能である。また、電源装置１の回路形式は、図１や図４には限られず、同様の機能を実現する多様な回路形式を採用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…電源装置
１０…アンテナ
１０ａ…チップアンテナ
１０ｂ…パターンアンテナ
１１…整合回路
１２、１２ａ…整流回路
１３…トランス
１４…半導体チップ
２０…積層体
３０、４０…グランドパターン
３１〜３９…導体パターン
Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｍ１〜Ｍ５…誘電体層
Ｒ…回路領域
Ｒ１、Ｒ２…領域
Ｔｏ…外部端子
Ｖ１〜Ｖ６…ビア導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から到来する電波を受信して直流電力を取り出す環境発電機能を有する電源装置のうち、積層体に回路を構成した電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯電話などの携帯型の電子機器には二次電池が搭載され、ある程度使用した時点で二次電池の充電が必要になる。しかし、携帯電話等は、送信動作に比べて電力消費が小さい待ち受け動作の時間が長いのが通常である。また、アクセスが困難な施設等に設置され間欠的に動作するセンサ等の機器が知られているが、この種のセンサ等も電力消費は小さい。このように電力消費が小さい機器に対し、二次電池の搭載や電池交換あるいはケーブルの敷設などを不要にできれば、これらの機器の利用価値を高めることができる。そのため、従来から、自然環境に存在するエネルギーから電力を取り出す環境発電が注目されている。例えば、都市空間などで利用される電波を受信して直流電力を取り出す技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。このような技術により電波から取り出すことができる直流電力は小さいが、上述のような低消費電力の用途であれば十分に適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３２４３号公報
【特許文献２】特開２００３−８８００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の環境発電機能を有する電源装置は、小型かつ低コストに構成することが望ましい。例えば、誘電体層と導体層を交互に積層した多層の積層体を用いてアンテナと各種回路を一体的に配置すれば、小型化及び低コスト化を実現することができる。しかしながら、上記電源装置の内部には高周波の信号が伝送されるため、小型の積層体のアンテナと回路が一体化されたときの電磁的干渉が問題となる。特に、積層体の異なる層間でアンテナと対向する領域にインダクタやコンデンサが存在する場合は、アンテナ特性に与える影響が大きい。すなわち、導体層の平面内で、インダクタを構成する導体パターンは比較的長い線長を有し、コンデンサの電極を構成する導体パターンは比較的大きな面積を有することから、いずれも積層方向で対向するアンテナに強い電磁的干渉を及ぼすため、アンテナ特性の劣化を招くことは避けられない。このようなアンテナ特性の劣化を防ぐため、外部のアンテナを取り付けたり、積層体自体のサイズを大きくするのでは、電源装置の小型化及び低コスト化を実現することができなくなる。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、アンテナと回路を積層体に一体的に配置して小型化及び低コスト化を図りつつ、インダクタやコンデンサの導体パターンとアンテナとの電磁的干渉に起因するアンテナ特性の劣化を防止し得る環境発電機能を有する電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体を用いて構成される電源装置において、外部からの電波を受信するアンテナと、前記アンテナの受信信号を入力する入力回路と、前記入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、がそれぞれ前記積層体に構成され、前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域は、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と、前記インダクタ及び前記コンデンサ以外の回路部品を配置した第２領域とを含み、前記アンテナは、前記第１領域とは前記積層体の積層方向で重ならず、前記第２領域のうち少なくとも第１の部品とは前記積層方向で重なることを特徴としている。
【０００７】
本発明の電源装置によれば、積層体に、アンテナと、入力回路と整流回路を配置した回路領域とをそれぞれ構成し、回路領域のうちインダクタ及びコンデンサを配置した第１領域がアンテナと積層方向で重ならないように配置したので、インダクタ及びコンデンサの導体パターンからアンテナへの電磁的干渉を抑制することができる。すなわち、回路領域において平面状の導体パターンを用いて構成されるインダクタやコンデンサは、平面方向に比べて積層方向で電磁的な結合が大きくなるが、本発明の場合は積層方向でアンテナがインダクタやコンデンサと対向配置されないので、アンテナ特性の劣化が小さくなる。一方、アンテナと第１の部品が積層方向で重なる配置となるので、小型の積層体のスペースを有効に活用することができる。従って、多層の積層体にアンテナと回路領域を一体的に配置し、良好なアンテナ特性を確保しつつ、配置面積を縮小して積層体を小型かつ低コストに構成可能な電源装置を実現することができる。
【０００８】
本発明の電源装置には、前記積層体の構造に加えて、前記回路領域と前記積層体の積層方向の一方の側で対向配置されるグランドパターンを形成することが望ましい。これにより、このグランドパターンが前記回路領域のシールド板として機能する。
【０００９】
前記入力回路は多様な回路で構成することができる。例えば、前記入力回路として、前記アンテナのインピーダンスを整合する整合回路を含めてもよく、あるいは、前記アンテナに接続される一次コイルと前記整流回路に接続される二次コイルとを有するトランスを含めてもよい。
【００１０】
また、前記整流回路も多様な回路で構成することができる。例えば、前記整流回路として、整流素子としての一又は複数のダイオードを用いて構成してもよい。この場合、前記整流回路の一又は複数のダイオードを前記第１の部品として、前記アンテナと積層方向で重なる配置にしてもよい。また、前記第１の部品として、少なくとも前記一又は複数のダイオードを有する半導体チップを用いてもよい。
【００１１】
前記積層体においては多様な配置と形態を採用することができる。例えば、前記アンテナを前記積層体の表面に実装し、前記第１の部品を前記積層体の裏面のうち前記アンテナと重なる領域に実装することができる。また、前記アンテナとして、前記積層体の表面に実装されるチップアンテナを用いてもよい。さらに、前記アンテナと、前記第１領域のインダクタ及びコンデンサとは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンテナと各種回路とを積層体に一体化して構成した電源装置において、アンテナが、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と積層方向で重ならないようにしたので、インダクタ及びコンデンサの導体パターンからアンテナへの電磁的干渉に起因する悪影響を抑制し、アンテナ特性の劣化を防止することができる。一方、アンテナが回路領域の第１の部品とは積層方向で重なるので、各部品を小さい面積で配置し、積層体を小型かつ低コストに構成可能となる。これにより、環境発電の分野で携帯機器やセンサ等に電力を供給可能で、利便性が高く小型の電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の電源装置の回路構成の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態の電源装置が構成される積層体の構造例を示す図である。
【図３】図２の積層体の各層の構造例を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態の電源装置の回路構成の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態の電源装置が構成される積層体の構造例を示す図である。
【図６】積層体の構造の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を適用した２つの実施形態について順次説明する。
【００１５】
[第１実施形態]
図１は、第１実施形態の電源装置１の回路構成の一例を示している。第１実施形態の電源装置１は多層の積層体に構成され、外部から到来する電波を受信して電力を取り出す環境発電機能を有する。図１に示すように、電源装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０のインピーダンスを整合する整合回路１１と、整合回路１１の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路１２を含んで構成される。
【００１６】
アンテナ１０は、積層体に実装される構造を有し、外部から到来する電波を受信するアンテナ素子である。アンテナ１０の周波数帯域は特に制約されないが、使用環境下においてある程度の電界強度が得られる周波数帯域であることが望ましい。例えば、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度の広い周波数範囲の電波のうち、特に携帯電話用の周波数帯域や放送用の周波数帯域などは電界強度が強く利用に適している。また、アンテナ１０を実装する積層体は小型であるため、積層体の表面に搭載可能なチップアンテナや、積層体の導体パターンを用いて構成されるパターンアンテナなど小型のアンテナ素子を用いることが望ましい。
【００１７】
入力回路としての整合回路１１は、入力側のアンテナ１０の給電点と、出力側のノードＮ１との間に配置され、コンデンサＣ１とインダクタＬ１とにより構成される。コンデンサＣ１は、アンテナ１０の給電点とノードＮ１との間に接続され、インダクタＬ１は、コンデンサＣ１の一端とグランド電位との間に接続される。整合回路１１は、アンテナ１０のインピーダンスを整合し、アンテナ１０から後段の整流回路１２に伝送される受信信号の損失を低減する役割がある。なお、整合回路１１の回路構成は図１の例には制約されず、コンデンサとインダクタを組み合わせた多様な形態で構成することができる。
【００１８】
整流回路１２は、入力側のノードＮ１と、出力側の外部端子Ｔｏとの間に配置され少なくとも、２つのダイオードＤ１、Ｄ２とコンデンサＣ２とにより構成される。ダイオードＤ１は、アノードがノードＮ１に接続され、カソードが外部端子Ｔｏに接続される。ダイオードＤ２は、アノードがグランド電位に接続され、カソードがノードＮ１に接続される。コンデンサＣ２は、外部端子Ｔｏとグランド電位との間に接続される。整流回路１２は、アンテナ１０から整合回路１１を通ってノードＮ１に伝送された交流電圧を入力し、ダイオードＤ１、Ｄ２の整流作用により得られた直流電圧を外部端子Ｔｏに出力する役割がある。整流回路１２において、ノードＮ１の交流電圧が正のサイクルにあるときは、ノードＮ１からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が充電され、外部端子Ｔｏに直流電圧が現れる。なお、図１の整流回路１２は半波整流回路の一例であるが、これには制約されず、多様な部品を用いて全波整流回路等を含む多様な整流回路１２を構成することができる。また、整流回路１２に含まれるダイオードの個数は２個に限られず、１個あるいは３個以上であってもよい。
【００１９】
整流回路１２により得られた直流電圧は、外部端子Ｔｏに接続される負荷（不図示）に供給される。接続可能な負荷としては、例えば、無線通信機能を有する携帯機器や、独自の電源を持たないセンサ端末等の各種電子・電気機器が想定される。電源装置１により供給可能な電力は小さいため、例えば、携帯電話機等の待ち受け時の電力供給や、定期的に作動する低消費電力型の独立センサへの電力供給などの用途に有効である。また、外部の機器に二次電池が搭載される場合には、電源装置１を用いて二次電池を充電してもよい。このように電源装置１は外部の機器に電力を供給する発電モジュールとして機能する。
【００２０】
次に、第１実施形態の電源装置１が構成される積層体の構造例について図２及び図３を参照して説明する。第１実施形態の電源装置１は、回路素子の導体パターンを形成した複数の誘電体層からなる積層体に構成される。図２（Ａ）は、電源装置１を構成した積層体２０の表面の平面配置を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の積層体２０の断面構造を示す図である。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、上方から見た積層体２０の平面内の大部分が回路領域Ｒとなっている。この回路領域Ｒは、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１と、他の回路部品を配置した領域Ｒ２とを含んでいる。領域Ｒ１には、図１のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１、Ｃ２が積層体２０の内層の導体パターン及びビア導体を用いて構成されている。領域Ｒ２には、図１のアンテナ１０としてのチップアンテナ１０ａが積層体２０の表面に実装されるとともに、図１の整流回路１２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２が積層体２０の裏面に実装されている。なお、回路領域Ｒにおいて、積層体２０の表面及び裏面のうちの領域Ｒ１と重なる部分については、上記２つの領域Ｒ１、Ｒ２にいずれにも含まれないが、この部分を領域Ｒ１、Ｒ２のいずれか一方に含めて考えてもよい。例えば、図２（Ａ）の積層体２０は、３０ｍｍ×３０ｍｍの方形状に形成される。
【００２２】
第１実施形態の積層体２０は、アンテナ１０としてのチップアンテナ１０ａが、積層体２０の積層方向で領域Ｒ１と重ならないという第１の条件と、積層体２０の積層方向で第１の部品であるダイオードＤ１、Ｄ２と重なるという第２の条件とを満たす構造を有している。領域Ｒ２は、積層体２０の表面のチップアンテナ１０ａと、積層体２０の裏面のダイオードＤ１、Ｄ２を含む範囲に設定され、他の回路素子は含んでいない。一方、領域Ｒ１は、上述したように積層体２０の内層のコンデンサＣ１、Ｃ２及びインダクタＬ１を含んでいる。従って、図２の積層方向の位置関係は、チップアンテナ１０ａが領域Ｒ１と重ならないで、ダイオードＤ１、Ｄ２とは重なるという上記２つの条件を満たすことになる。
【００２３】
なお、図２の配置は一例であって、上記２つの条件を満たす限り領域Ｒ１、Ｒ２の配置を自在に変更できる。すなわち、回路領域Ｒ内において、領域Ｒ２はチップアンテナ１０ａを含むより狭い範囲に設定でき、あるいは領域Ｒ１と重ならない限り、より広い範囲に設定できる。また、回路領域Ｒ内において、領域Ｒ１は、領域Ｒ２による制約を受けない限り、より広い範囲あるいはより狭い範囲に設定できる。また、図２の積層体２０の表面に実装されるチップアンテナ１０ａとダイオードＤ１、Ｄ２についても多様な変形例があるが、詳細は後述する。
【００２４】
第１実施形態では、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で重ならないように配置するという第１の条件により、領域Ｒ１内のインダクタ及びコンデンサの各導体パターンからアンテナ１０への電磁的干渉に起因する悪影響を抑制することができる。すなわち、第１実施形態では、アンテナ１０を構成する素子が平面内に広がり、かつ領域Ｒ１のコンデンサ及びインダクタも主に平面状に広がる導体パターンで構成されるので、両者の間の電磁的な結合は、平面方向に並ぶ配置に比べて積層方向で対向配置される場合に強くなる。そのため、第１実施形態の配置を採用すれば、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で直接対向しないので両者の電磁的な結合が小さくなり、インダクタ及びコンデンサからアンテナ１０への電磁的干渉を抑制するという効果を得られる。これに加えて、第１実施形態では、アンテナ１０が第１の部品としてのダイオードＤ１、Ｄ２と積層方向で重なるように配置するという第２の条件により、小さい配置スペースに回路部品を高密度に配置し、積層体２０を小型化するという効果を得られる。以上のように、第１実施形態の電源装置１は、アンテナ１０の放射特性や周波数特性の劣化防止と、積層体２０の小型化との両立が可能である。
【００２５】
図３は、図２の積層体２０の各層の構造例を示す斜視図である。積層体２０の内部には、下層から順に５層の誘電体層Ｍ１〜Ｍ５が積層されている。これらの誘電体層Ｍ１〜Ｍ５は、例えばセラミックを用いて形成される。誘電体層Ｍ１〜Ｍ５には、グランドパターン３０、４０と、回路素子を構成する複数の導体パターン３１〜３９と、各層の導体パターン同士を接続するために積層方向に貫通する複数のビア導体Ｖ１〜Ｖ６が形成されている。誘電体層Ｍ１〜Ｍ５の各々は、図２と同様の領域Ｒ１、Ｒ２に区分されるものとする。図３に示すように、領域Ｒ２においては、最上層の誘電体層Ｍ５の表面に図２のチップアンテナ１０ａが実装されるとともに、最下層の誘電体層Ｍ１の裏面に図２のダイオードＤ１、Ｄ２が実装され、チップアンテナ１０ａとダイオードＤ１、Ｄ２が積層方向で対向する位置関係であることがわかる。
【００２６】
最上層の誘電体層Ｍ５に実装されたチップアンテナ１０ａは、給電点である導体パターン３９に接続され、導体パターン３９はビア導体Ｖ６を介して誘電体層Ｍ４の導体パターン３８と誘電体層Ｍ３の導体パターン３５にそれぞれ接続されている。誘電体層Ｍ４の導体パターン３８は、ビア導体Ｖ５、誘電体層Ｍ３の導体パターン３６、ビア導体Ｖ４、誘電体層Ｍ２の導体パターン３４、ビア導体Ｖ１の順に接続されてインダクタＬ１を構成する。ビア導体Ｖ１の下端は、最下層の誘電体層Ｍ１の広い領域を覆うグランドパターン３０に接続されている。一方、誘電体層Ｍ３の導体パターン３５は、対向配置される誘電体層Ｍ２の導体パターン３３とコンデンサＣ１を構成する。
【００２７】
誘電体層Ｍ２の導体パターン３３は、ビア導体Ｖ２を介して最下層の誘電体層Ｍ１の導体パターン３１に接続される。この導体パターン３１は図１のノードＮ１に対応し、誘電体層Ｍ１の裏面のダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードのそれぞれに接続される。ダイオードＤ２のアノードは誘電体層Ｍ１のグランドパターン３０に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは誘電体層Ｍ１の導体パターン３２に接続され、導体パターン３２の端部が外部端子Ｔｏの側面電極となっている。また、導体パターン３２はビア導体Ｖ３を介して誘電体層Ｍ４の導体パターン３７に接続される。この導体パターン３７は最上層の誘電体層Ｍ５のグランドパターン４０に対向配置され、コンデンサＣ２を構成する。
【００２８】
以上のように、チップアンテナ１０ａは、領域Ｒ１のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１、Ｃ２を構成する各導体パターン３３〜３８とは積層方向で重ならない位置関係にある。また、領域Ｒ２内で、最上層のチップアンテナ１０ａが最下層のダイオードＤ１、Ｄ２と積層方向で重なる位置関係にある。このような第１実施形態の積層体２０の構造により、上述した効果を得ることができる。なお、図３の例では、ダイオードＤ１、Ｄ２に加えて、コンデンサ及びインダクタを構成しない導体パターン３１、３９もチップアンテナ１０ａと積層方向で重なっている。
【００２９】
ここで、誘電体層Ｍ１のグランドパターン３０に着目すると、最下層のグランドパターン３０は、その上層で領域Ｒ１のそれぞれの回路素子と対向配置され、最上層のグランドパターン４０は、その下層で領域Ｒ１のそれぞれの回路素子と対向配置されている。よって、グランドパターン３０、４０は、領域Ｒ１の各回路素子を外部から遮断してアイソレーションを向上させるシールド板として機能する。ただし、グランドパターン３０、４０の一方のみが存在する場合でも、領域Ｒ１のシールド板としてある程度の効果を得ることができる。また、図３の例では、内層の誘電体層Ｍ２〜Ｍ４に所定のグランドパターンを形成して、領域Ｒ１の各回路素子と対向配置することも可能であるが、かかる構造ではグランドパターンを挟んで両側に各回路素子が存在することになってシールド板としては機能しなくなる。
【００３０】
[第２実施形態]
図４は、第２実施形態の電源装置１の回路構成の一例を示している。第２実施形態の電源装置１は、基本的な機能は第１実施形態と共通するが、回路構成と構造に違いがある。図４に示すように、第２実施形態の電源装置１は、アンテナ１０と、アンテナ１０の給電点とノードＮ２との間に配置されるトランス１３と、トランス１３の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路１２ａとを含んで構成される。
【００３１】
入力回路としてのトランス１３は、アンテナ１０の給電点に接続される一次コイルと、ノードＮ２に接続される二次コイルとを有し、アンテナ１０の受信信号を、一次コイルと二次コイルの巻数比に応じた電圧振幅の交流電圧に変換する。例えば、トランスの巻数比が１対１０であれば、アンテナ１０の受信信号は１０倍の電圧振幅に拡大される。トランス１３の一次コイルと二次コイルは、それぞれの一端がグランドに接続されている。
【００３２】
整流回路１２ａは、入力側がノードＮ２に接続され、出力側が外部端子Ｔｏに接続され、２つのダイオードＤ１、Ｄ２と２つのコンデンサＣ２、Ｃ３とにより構成される。このうち、ダイオードＤ１、Ｄ２及びコンデンサＣ２の回路部分の構成及び動作は、図１の整流回路１２と同様である。一方、入力側のコンデンサＣ３は、ノードＮ２と２つのダイオードＤ１、Ｄ２の接続点との間に挿入されている。これにより、ノードＮ２の交流電圧が負のサイクルにあるときは、ダイオードＤ２によってコンデンサＣ３が充電され、ノードＮ２の交流電圧が正のサイクルにあるときは、充電されたコンデンサＣ３からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が充電され、外部端子Ｔｏに直流電圧が現れる。
【００３３】
第２実施形態の電源装置１の基本的な機能は第１実施形態の場合と同様であるが、整合回路１１をトランス１３で置き換えたことにより使用形態には若干の違いがある。すなわち、第２実施形態の電源装置１はトランス１３の巻数比により電圧振幅を拡大できるので、第１実施形態に比べ、微弱な電波環境での使用に適している。また、トランス１３の周波数特性の制約があることから、第１実施形態に比べ、比較的低い周波数帯域における使用に適している。
【００３４】
次に、第２実施形態の電源装置１が構成される積層体２０の構造例について図５を参照して説明する。第２実施形態の電源装置１は、第１実施形態と比べると、複数の誘電体層からなる積層体２０に構成される点は共通であるが、部品配置に違いがある。図５（Ａ）は、第２実施形態の電源装置１を構成した積層体２０の表面の平面配置を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の積層体２０の断面構造を示す図である。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、積層体２０の平面内の領域区分は第１実施形態と同様であるが、積層体２０の表面のうち領域Ｒ１と重なる位置に、図４のトランス１３が実装されている。また、図５の例では、図２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２に代えて、積層体２０の裏面の全体に半導体チップ１４が実装されている。半導体チップ１４は回路部品の一例であって、第１実施形態と同様の配置で２つのダイオードＤ１、Ｄ２を配置してもよい。半導体チップ１４には、ダイオードＤ１、Ｄ２を含む整流回路１２を構成する場合のほか、入力回路やその他の回路の一部又は全部を構成してもよい。なお、領域Ｒ２のチップアンテナ１０ａについては、第１実施形態と同様に配置されている。
【００３６】
第２実施形態では、アンテナ１０が領域Ｒ１と積層方向で重ならないように配置するという第１の条件は、第１実施形態と同様に満たしているので、電磁的干渉に起因する悪影響を抑制する効果は共通である。この場合、インダクタやコンデンサに加えて、アンテナ１０がトランス１３と積層方向で重ならないことから、トランス１３の一次コイルや二次コイルからアンテナ１０への電磁的干渉に起因する悪影響についても抑制することができる。一方、第２実施形態では、アンテナ１０が第１の部品としての半導体チップ１４と積層方向で重なるように配置するという第２の条件についても満たしている。この場合の積層体２０の小型化の効果については、第１実施形態と共通である。
【００３７】
第２実施形態では、各層の構造例（図３）については省略するが、導体パターン及びビア導体を用いた基本構造は第１実施形態と共通である。ただし、第２実施形態では、最上層の誘電体層Ｍ５にトランス１３を実装するとともに、コンデンサＣ１及びインダクタＬ１をコンデンサＣ３で置き換えて、かつダイオードＤ１、Ｄ２を半導体チップ１４で置き換えて構成する必要がある。また、第２実施形態においても、最下層及び最上層のグランドパターン３０、４０の役割については第１実施形態と同様である。
【００３８】
[変形例]
以上の第１及び第２実施形態の電源装置１は、回路構成と積層体２０の構造の両面で多様な変形例がある。例えば、電源装置１の回路構成については、図１及び図４に限られることなく多様な回路構成を採用することができる。例えば、アンテナ１０の給電点と整流回路１２の入力側の間に配置される入力回路は、第１実施形態の整合回路１１（図１）や第２実施形態のトランス１３（図４）に限られることなく、各種回路を直列に接続して入力回路を構成することができる。入力回路には、例えば、所定の周波数帯域の成分を選択的に通過させる同調回路を含めてもよい。また例えば、図１の整合回路１１と図４のトランス１３を直列接続して入力回路を構成してもよい。この場合、整合回路１１とトランス１３の接続順序は問わない。また例えば、３つ以上の多数の回路を直列接続して入力回路を構成してもよく、その中にはフィルタ回路などを含めてもよい。さらに、電源装置１の回路構成において、整流回路１２と外部端子Ｔｏとの間に、例えば、フィルタ回路、昇圧回路、制御回路などの各種回路を挿入してもよい。この場合、電源装置１で得られた電力の一部を内部の回路に供給することも可能である。
【００３９】
次に、電源装置１が構成される積層体２０の構造の変形例について説明する。上記積層体２０としては第１実施形態の図２の構造例と第２実施形態の図５の構造例を示したが、かかる構造例に限らず、回路部品や配置を変更することができる。図６は、第１実施形態の積層体２０に対応する各種変形例を示している。なお、以下では、第１実施形態の積層体２０に対し適用する場合を例にとって説明するが、図６の変形例は、トランス１３が実装された第２実施形態の積層体２０に対しても同様に適用可能である。
【００４０】
図６（Ａ）に示すように、アンテナ１０として、チップアンテナ１０ａに代え、積層体２０の表面の導体パターンにより構成したパターンアンテナ１０ｂを用いてもよい。パターンアンテナ１０ｂは、例えば、ミアンダ状の導体パターンにより構成される。なお、図６の変形例では、図５の構造例と同様、図２の２つのダイオードＤ１、Ｄ２に代えて積層体２０の裏面の全体に半導体チップ１４が実装されている。半導体チップ１４の役割は図５の場合と同様である。なお、積層体２０の半導体チップ１４をダイオードＤ１、Ｄ２に置き換えた場合であっても、図６の変形例を適用することができる。また、図６（Ｂ）に示すように、パターンアンテナ１０ｂを積層体２０の内層の導体パターンにより構成してもよい。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すパターンアンテナ１０ｂは、積層体２０に実装される部品点数を削減して低コスト化を図る場合に適している。
【００４１】
一方、図６（Ｃ）に示すように、インダクタ及びコンデンサを配置した領域Ｒ１を、積層体２０の積層方向の中間位置Ｐｃから下層側のみに構成してもよい。これにより、チップアンテナ１０ａが領域Ｒ１と積層方向で重ならないことに加えて、チップアンテナ１０ａと領域Ｒ１との相対的な距離が大きくなるので、領域Ｒ１のインダクタ及びコンデンサからチップアンテナ１０ａへの電磁的な結合を一層小さくすることができる。なお、図６（Ｃ）のチップアンテナ１０ａを、積層体２０の表面のパターンアンテナ１０ｂ（図６（Ａ））に置き換える場合も同様の効果が得られる。
【００４２】
以上、第１及び第２実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。例えば、積層体２０の材料はセラミックに限られず、多様な誘電体材料を用いることができ、その形状、サイズも自在に設定可能である。また、電源装置１の回路形式は、図１や図４には限られず、同様の機能を実現する多様な回路形式を採用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…電源装置
１０…アンテナ
１０ａ…チップアンテナ
１０ｂ…パターンアンテナ
１１…整合回路
１２、１２ａ…整流回路
１３…トランス
１４…半導体チップ
２０…積層体
３０、４０…グランドパターン
３１〜３９…導体パターン
Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｍ１〜Ｍ５…誘電体層
Ｒ…回路領域
Ｒ１、Ｒ２…領域
Ｔｏ…外部端子
Ｖ１〜Ｖ６…ビア導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体を用いて構成される電源装置において、
外部からの電波を受信するアンテナと、
前記アンテナの受信信号を入力する入力回路と、
前記入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
がそれぞれ前記積層体に構成され、
前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域は、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と、前記インダクタ及び前記コンデンサ以外の回路部品を配置した第２領域とを含み、
前記アンテナは、前記第１領域とは前記積層体の積層方向で重ならず、前記第２領域のうち少なくとも第１の部品とは前記積層方向で重なることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記アンテナの給電点が前記入力回路の入力側に接続され、前記入力回路の出力側が前記整流回路の入力側に接続され、前記整流回路の出力側が外部端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記積層体の所定の導体層にはグランドパターンが形成され、
前記グランドパターンは、前記回路領域と前記積層体の積層方向の一方の側で対向配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記入力回路は、前記アンテナのインピーダンスを整合する整合回路を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記入力回路は、前記アンテナに接続される一次コイルと前記整流回路に接続される二次コイルとを有するトランスを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記整流回路は、整流素子としての一又は複数のダイオードを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の部品は、前記一又は複数のダイオードであることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１の部品は、少なくとも前記一又は複数のダイオードを有する半導体チップであることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
前記アンテナは前記積層体の表面に実装され、前記第１の部品は前記積層体の裏面に実装されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１０】
前記アンテナは、チップアンテナであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第１領域のインダクタ及びコンデンサは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１２】
前記アンテナは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１】
絶縁層と導体層を交互に積層形成した積層体を用いて構成される電源装置において、
外部からの電波を受信するアンテナと、
前記アンテナの受信信号を入力する入力回路と、
前記入力回路の出力交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
がそれぞれ前記積層体に構成され、
前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域は、インダクタ及びコンデンサを配置した第１領域と、前記インダクタ及び前記コンデンサ以外の回路部品を配置した第２領域とを含み、
前記アンテナは、前記第１領域とは前記積層体の積層方向で重ならず、前記第２領域のうち少なくとも第１の部品とは前記積層方向で重なることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記アンテナの給電点が前記入力回路の入力側に接続され、前記入力回路の出力側が前記整流回路の入力側に接続され、前記整流回路の出力側が外部端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記積層体の所定の導体層にはグランドパターンが形成され、
前記グランドパターンは、前記回路領域と前記積層体の積層方向の一方の側で対向配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記入力回路は、前記アンテナのインピーダンスを整合する整合回路を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記入力回路は、前記アンテナに接続される一次コイルと前記整流回路に接続される二次コイルとを有するトランスを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記整流回路は、整流素子としての一又は複数のダイオードを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の部品は、前記一又は複数のダイオードであることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１の部品は、少なくとも前記一又は複数のダイオードを有する半導体チップであることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
前記アンテナは前記積層体の表面に実装され、前記第１の部品は前記積層体の裏面に実装されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１０】
前記アンテナは、チップアンテナであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第１領域のインダクタ及びコンデンサは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１２】
前記アンテナは、前記積層体の内層の導体パターンにより構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２９２４５（Ｐ２０１１−２２９２４５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５４８６（Ｐ２０１０−９５４８６）
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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