高周波トランス、電子回路および電子機器

【課題】製造が容易で小型化しやすい、低損失でエネルギーを伝送できる高結合度トランスを構成する。
【解決手段】高結合度トランス３５はアンテナ素子１１と給電回路３０との間に接続される。高結合度トランス３５は、給電回路３０に接続された第１インダクタンス素子Ｌ１と、第１インダクタンス素子Ｌ１に結合した第２インダクタンス素子Ｌ２とを備え、第１インダクタンス素子Ｌ１の第１端は給電回路３０に、第２端はアンテナ素子１１にそれぞれ接続されていて、第２インダクタンス素子Ｌ２の第１端はアンテナ素子１１に、第２端はグランドにそれぞれ接続される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタンス素子同士が高い結合度で結合された高結合度トランス、それを備えた電子回路および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にトランスは、磁路を介して互いに磁気的に結合した１次コイルおよび２次コイルを備える。このトランスは、例えば昇圧・降圧回路、高結合度トランス、変流・分流回路、平衡−不平衡変換回路、信号伝達回路など、各種の電子回路や電子機器に広く利用されている。
【０００３】
トランスにおける伝送エネルギーの損失を少なくするためには、１次コイルと２次コイルとの結合度を高くする必要がある。このためには、たとえば特許文献１や特許文献２に記載されているように、１次コイルおよび２次コイルを共通のフェライト磁性体に巻きつける、という手法がとられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９４２１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１，２に示されているトランスはフェライト磁性体に導線を巻きつけてコイルを形成するものであるため、その製造工程が複雑であり、また、大型になってしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造が容易で小型化しやすい、低損失でエネルギーを伝送できる高結合度トランスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の高結合度トランスは、第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含み、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じであることを特徴とする。
【０００８】
（２）(1)において、前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きは、前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子との間に磁気障壁が生じる向きであることが好ましい。
【０００９】
（３）(1)または(2)において、前記第１インダクタンス素子は第１コイル素子および第２コイル素子を含み、前記第１コイル素子および前記第２コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成されていることが好ましい。
【００１０】
（４）また、(1)〜(3)のいずれかにおいて、前記第２インダクタンス素子は第３コイル素子および第４コイル素子を含み、前記第３コイル素子および前記第４コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成されていることが好ましい。
【００１１】
（５）(1)または(2)において、前記第１インダクタンス素子は第１コイル素子および第２コイル素子を含み、前記第１コイル素子および前記第２コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成され、
前記第２インダクタンス素子は第３コイル素子および第４コイル素子を含み、前記第３コイル素子および前記第４コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成され、
前記第１コイル素子と前記第３コイル素子とは、互いの開口面が向かい合うように配置されていて、前記第２コイル素子と前記第４コイル素子とは、互いの開口面が向かい合うように配置されていることが好ましい。
【００１２】
（６）(1)〜(5)のいずれかにおいて、前記第１インダクタンス素子および前記第２インダクタンス素子は、複数の誘電体層または磁性体層が積層された積層体内に配置された導体パターンで構成され、前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは前記積層体の内部で結合していることが好ましい。
【００１３】
（７）本発明の電子回路は、
第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含み、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じである高結合度トランスを備え、
前記第１インダクタンス素子に接続された１次側回路および前記第２インダクタンス素子に接続された２次側回路を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（８）本発明の電子機器は、
第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含み、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じである高結合度トランスと、
前記第１インダクタンス素子に接続された１次側回路と、
前記第２インダクタンス素子に接続された２次側回路と、
前記高結合度トランスを介して前記１次側回路および前記２次側回路間で信号または電力の伝送を行う回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の高結合度トランスによれば、第１インダクタンス素子に接続される１次側回路と、第２インダクタンス素子に接続される２次側回路とを、例えば結合度ｋが１．２以上など、通常では得られない高い結合度で結合させることができ、トランスの小型化、さらにはトランスを用いた電子回路および電子機器の小型化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は第１の実施形態の高結合度トランスの回路図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示した高結合度トランスのより具体的な回路図、図２（Ｂ）はその各コイル素子の具体的な配置を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態で示した高結合度トランス３５をアンテナの高結合度トランスに適用したアンテナ装置１０２の回路図である。
【図４】図４はアンテナ装置１０２の等価回路図である。
【図５】図５は、マルチバンドに対応させたアンテナ装置１０２の回路図である。
【図６】図６（Ａ）は第３の実施形態の高結合度トランス３５の斜視図、図６（Ｂ）はそれを下面側から見た斜視図である。
【図７】図７は高結合度トランス３５を構成する積層体４０の分解斜視図である。
【図８】図８は高結合度トランス３５の動作原理を示す図である。
【図９】図９は第４の実施形態の高結合度トランス３４と、それを備えたアンテナ装置１０４の回路図である。
【図１０】図１０は高結合度トランス３４を構成する積層体４０の分解斜視図である。
【図１１】図１１（Ａ）は第５の実施形態の高結合度トランス１３５の斜視図、図１１（Ｂ）はそれを下面側から見た斜視図である。
【図１２】図１２は高結合度トランス１３５を構成する積層体１４０の分解斜視図である。
【図１３】図１３（Ａ）は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の回路図、図１３（Ｂ）はその各コイル素子の具体的な配置を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は図１３（Ｂ）に示した等価回路を基にして高結合度トランス３５のトランス比およびアンテナ素子に接続される負のインダクタンス成分について示す図である。
【図１５】図１５は、マルチバンドに対応させたアンテナ装置１０６の回路図である。
【図１６】図１６は第７の実施形態に係る高結合度トランス３５を多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した多層基板の各層に形成された導体パターンによるコイル素子を通る主な磁束を示している。
【図１８】図１８は第７の実施形態に係る高結合度トランス３５の４つコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。
【図１９】図１９は第８の実施形態に係る高結合度トランスの構成を示す図であり、この高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。
【図２０】図２０は、図１９に示した多層基板の各層に形成された導体パターンによるコイル素子を通る主な磁束を示す図である。
【図２１】図２１は第８の実施形態に係る高結合度トランスの４つのコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。
【図２２】図２２は、多層基板に構成された第９の実施形態に係る高結合度トランスの各層の導体パターンの例を示す図である。
【図２３】図２３は第９の実施形態に係る高結合度トランスの４つコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。
【図２４】図２４は第１０の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。
【図２５】図２５は第１０の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。
【図２６】図２６は第１１の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。
【図２７】図２７は第１１の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。
【図２８】図２８は第１２の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。
【図２９】図２９は第１２の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。
【図３０】図３０（Ａ）は第１３の実施形態の第１例である通信端末装置、図３０（Ｂ）は第２例である通信端末装置のそれぞれの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態の高結合度トランスの回路図である。
図１に示すように、高結合度トランスは第１インダクタンス素子Ｌ１と、この第１インダクタンス素子Ｌ２に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子Ｌ２とを含む。第１インダクタンス素子Ｌ１の第１端は第１ポートＰ１、第２端は第２ポートＰ２としてそれぞれ用いられる。また、第２インダクタンス素子Ｌ２の第１端は第３ポートＰ３、第２端は第４ポートＰ４としてそれぞれ用いられる。
【００１８】
そして、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とは密結合している。
【００１９】
図２（Ａ）は図１に示した高結合度トランスのより具体的な回路図、図２（Ｂ）はその各コイル素子の具体的な配置を示す図である。
図２（Ａ）に示す高結合度トランス３５において、第１インダクタンス素子Ｌ１は第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路が構成されるように巻回されている。また、第２インダクタンス素子Ｌ２は第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路を構成するように巻回されている。換言すると、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとは逆相で結合（加極性結合）し、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとは逆相で結合（加極性結合）する。
【００２０】
さらに、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａとは同相で結合（減極性結合）するとともに、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂとは同相で結合（減極性結合）することが好ましい。
【００２１】
《第２の実施形態》
図３は、第１の実施形態で示した高結合度トランス３５をアンテナの高結合度トランスに適用したアンテナ装置１０２の回路図である。
【００２２】
図３に示すように、アンテナ装置１０２は、アンテナ素子１１と、このアンテナ素子１１に接続された高結合度トランス３５とを備えている。アンテナ素子１１はモノポール型アンテナであり、このアンテナ素子１１の給電端に高結合度トランス３５が接続されている。高結合度トランス３５はアンテナ素子１１と給電回路３０との間に挿入されている。給電回路３０は高周波信号をアンテナ素子１１に給電するための給電回路であり、高周波信号の生成や処理を行うが、高周波信号の合波や分波を行う回路を含んでいてもよい。
【００２３】
図３に示すように、給電回路３０から図中矢印ａ方向に電流が供給されたとき、第１コイル素子Ｌ１ａに図中矢印ｂ方向に電流が流れるとともに、第２コイル素子Ｌ１ｂには図中矢印ｃ方向に電流が流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Ａで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
【００２４】
コイル素子Ｌ１ａとコイル素子Ｌ２ａは互いに並走しているので、コイル素子Ｌ１ａに電流ｂが流れて生じる磁界がコイル素子Ｌ２ａに結合して、コイル素子Ｌ２ａに誘導電流ｄが逆方向に流れる。同様に、コイル素子Ｌ１ｂとコイル素子Ｌ２ｂは互いに並走しているので、コイル素子Ｌ１ｂに電流ｃが流れて生じる磁界がコイル素子Ｌ２ｂに結合して、コイル素子Ｌ２ｂに誘導電流ｅが逆方向に流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Ｂで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
【００２５】
コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる第１インダクタンス素子Ｌ１に生じる磁束Ａの閉磁路と、コイル素子Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂによる第２インダクタンス素子Ｌ２に生じる磁束Ｂの閉磁路とは独立しているので、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。
【００２６】
また、コイル素子Ｌ１ａとコイル素子Ｌ２ａとは電界によっても結合されている。同様に、コイル素子Ｌ１ｂとコイル素子Ｌ２ｂとは電界によっても結合されている。したがって、コイル素子Ｌ１ａおよびコイル素子Ｌ１ｂに交流信号が流れるとき、コイル素子Ｌ２ａおよびコイル素子Ｌ２ｂには電界結合により電流が励起される。図３中のキャパシタＣａ，Ｃｂは前記電界結合のための結合容量を表象的に表した記号である。
【００２７】
第１インダクタンス素子Ｌ１に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きとは同じである。したがって、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とは磁界と電界の両方で強く結合することになる。すなわち、損失を抑え、高周波エネルギーを伝搬させることができる。
【００２８】
高結合度トランス３５は、第１インダクタンス素子Ｌ１に交流電流が流れるとき、磁界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きと、電界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きとが同じになるよう構成された回路であると言うこともできる。
【００２９】
図４は前記アンテナ装置１０２の等価回路図である。この図に表れているように、等価的にインダクタンス成分ＬANT、放射抵抗成分Ｒｒ、およびキャパシタンス成分ＣANTで構成される。このアンテナ素子１１単体のインダクタンス成分ＬANTは、高結合度トランス４５における前記負の合成インダクタンス成分（Ｌ２−Ｍ）によって打ち消されるように作用する。すなわち、高結合度トランスのＡ点からアンテナ素子１１側を見た（第２インダクタンス素子Ｚ２を含めたアンテナ素子１１の）インダクタンス成分は小さく（理想的にはゼロに）なり、その結果、このアンテナ装置１０２のインピーダンス周波数特性が小さくなる。
【００３０】
このように負のインダクタンス成分を生じさせるためには、第１インダクタンス素子と第２インダクタンス素子とを高い結合度で結合させることが重要である。具体的には、この結合度は１以上であればよい。
【００３１】
トランス型回路によるインピーダンス変換比は、第１インダクタンス素子Ｌ１のインダクタンスＬ１に対する第２インダクタンス素子Ｌ２のインダクタンスＬ２の比（Ｌ１：Ｌ２）である。
【００３２】
図５は、マルチバンドに対応させたアンテナ装置１０２の回路図である。このアンテナ装置１０２は、ＧＳＭ方式やＣＤＭＡ方式に対応可能なマルチバンド対応型移動体無線通信システム（８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１８００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯）に用いられるアンテナ装置である。アンテナ素子１１は分岐モノポール型アンテナである。
【００３３】
《第３の実施形態》
図６（Ａ）は第３の実施形態の高結合度トランス３５の斜視図、図６（Ｂ）はそれを下面側から見た斜視図である。また、図７は高結合度トランス３５を構成する積層体４０の分解斜視図である。
【００３４】
図７に示すように、積層体４０の最上層の基材層５１ａに導体パターン６１が形成され、２層目の基材層５１ｂに導体パターン６２（６２ａ，６２ｂ）が形成され、３層目の基材層５１ｃに導体パターン６３，６４が形成されている。４層目の基材層５１ｄに二つの導体パターン６５，６６が形成され、５層目の基材層５１ｅに導体パターン６７（６７ａ，６７ｂ）が形成されている。さらに、６層目の基材層５１ｆに導体パターン６８が形成され、７層目の基材層５１ｇの裏面にポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４（接続用端子であり、以降単にポートという。）が形成されている。なお、最上層の基材層５１ａ上には図示しない無地の基材層が積層される。
【００３５】
前記導体パターン６２ａ，６３によって第１コイル素子Ｌ１ａが構成されていて、前記導体パターン６２ｂ，６４によって第２コイル素子Ｌ１ｂが構成されている。また、前記導体パターン６５，６７ａによって第３コイル素子Ｌ２ａが構成されていて、前記導体パターン６６，６７ｂによって第４コイル素子Ｌ２ｂが構成されている。
【００３６】
前記各種導体パターン６１〜６８には、銀や銅などの導電性材料を主成分として形成することができる。基材層５１ａ〜５１ｇには、誘電体であればガラスセラミック材料、エポキシ系樹脂材料などを用いることができ、磁性体であればフェライトセラミック材料やフェライトを含有する樹脂材料などを用いることができる。基材層用の材料としては、特に、ＵＨＦ帯用の高結合度トランスを形成する場合は誘電体材料を用いることが好ましく、ＨＦ帯用の高結合度トランスを形成する場合は磁性体材料を用いることが好ましい。
【００３７】
前記基材層５１ａ〜５１ｇを積層することで、導体パターン６１〜６８およびポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は層間接続導体（ビア導体）を介して接続され、図３に示す回路を構成する。
図７に示すように、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂは、それぞれのコイルパターンの巻回軸が互いに平行になるように隣接配置されている。同様に第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂは、それぞれのコイルパターンの巻回軸が互いに平行になるように隣接配置されている。さらに、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａは、それぞれのコイルパターンの巻回軸がほぼ同一直線になるように（同軸関係に）近接配置されている。同様に、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂは、それぞれのコイルパターンの巻回軸がほぼ同一直線になるように（同軸関係に）近接配置されている。また、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａの互いの開口面が向い合い、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂの互いの開口面が向い合うように配置されている。すなわち、基材層の積層方向からみたとき、各コイルパターンを構成する導体パターンは重なるように配置されている。
【００３８】
なお、各コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂはそれぞれほぼ２ターンのループ状導体にて構成されているが、ターン数はこれに限らない。また、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第３コイル素子Ｌ２ａのコイルパターンの巻回軸は厳密に同一直線になるように配置されている必要はなく、平面視で第１コイル素子Ｌ１ａおよび第３コイル素子Ｌ２ａのコイル開口が互いに重なるように巻回されていればよい。同様に、第２コイル素子Ｌ１ｂおよび第４コイル素子Ｌ２ｂのコイルパターンは巻回軸が厳密に同一直線になるように配置されている必要はなく、平面視で第２コイル素子Ｌ１ｂおよび第４コイル素子Ｌ２ｂのコイル開口が互いに重なるように巻回されていればよい。
【００３９】
以上のごとく、各コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを誘電体や磁性体の積層体４０に内蔵すること、特に、コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる第１インダクタンス素子Ｌ１とコイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂによる第２インダクタンス素子Ｌ２との結合部となる領域を積層体４０の内部に設けることによって、高結合度トランス３５を構成する素子の素子値、さらには第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２との結合度が、積層体４０に隣接して配置される他の電子素子からの影響を受けにくくなる。その結果、周波数特性の一層の安定化を図ることができる。
【００４０】
図８は前記高結合度トランス３５の動作原理を示す図である。図８に示すように、ポートＰ１から入力された高周波信号電流が、矢印ａ，ｂに示すように流れると、第１コイル素子Ｌ１ａ（導体パターン６２ａ，６３）に矢印ｃ，ｄで示すように導かれ、さらに、第２コイル素子Ｌ１ｂ（導体パターン６２ｂ，６４）に矢印ｅ，ｆで示すように導かれる。第１コイル素子Ｌ１ａ（導体パターン６２ａ，６３）と第３コイル素子Ｌ２ａ（導体パターン６５，６７ａ）とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第３コイル素子Ｌ２ａ（導体パターン６５，６７ａ）に矢印ｇ，ｈに示す高周波信号電流が誘導される。
【００４１】
同様に、第２コイル素子Ｌ１ｂ（導体パターン６２ｂ，６４）と第４コイル素子Ｌ２ｂ（導体パターン６６，６７ｂ）とは互いに並走しているので、相互の誘導結合および電界結合により、第４コイル素子Ｌ２ｂ（導体パターン６６，６７ｂ）に矢印ｉ，ｊに示す高周波信号電流が誘導される。
【００４２】
その結果、ポートＰ３には矢印ｋで示す高周波信号電流が流れ、ポートＰ４には矢印ｌで示す高周波信号電流が流れる。なお、ポートＰ１に流れる電流（矢印ａ）が逆向きであれば、他の電流の向きも逆になる。
【００４３】
ここで、第１コイル素子Ｌ１ａの導体パターン６３と第３コイル素子Ｌ２ａの導体パターン６５とが対向しているので、両者間に電界結合が発生し、この電界結合によって流れる電流は、前記誘導電流と同じ方向に流れる。すなわち、磁界結合と電界結合とで結合度を強めている。同様に第２コイル素子Ｌ１ｂの導体パターン６４と第４コイル素子Ｌ２ｂの導体パターン６６とでも磁界結合と電界結合が生じる。
【００４４】
第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂは互いに同相で結合し、第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂは互いに同相で結合し、それぞれ閉磁路を形成している。そのため、前記二つの磁束Ｃ，Ｄが閉じ込められて、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとの間、並びに第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとの間のエネルギーの損失を小さくすることができる。なお、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂのインダクタンス値、第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂのインダクタンス値を実質的に同じ素子値にすると、閉磁路の漏れ磁界が少なくなり、エネルギーの損失をより小さくすることができる。もちろん、各コイル素子の素子値を適宜設計して、インピーダンス変換比をコントロールすることができる。
【００４５】
また、グランド導体６８を介して、キャパシタＣａｇ，Ｃｂｇにより第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂが電界結合するので、この電界結合により流れる電流がＬ２ａ，Ｌ２ｂ間の結合度をより強めている。もし、上側にもグランドがあれば、このキャパシタＣａｇ，Ｃｂｇにより第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂ間に電界結合を発生させることでＬ１ａ，Ｌ１ｂ間の結合度をより強めることができる。
【００４６】
また、第１インダクタンス素子Ｌ１に流れる一次電流によって励起される磁束Ｃと、第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる二次電流によって励起される磁束Ｄは、誘導電流によって互いの磁束をしりぞけ合うように（反発しあうように）生じる。その結果、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂに生じる磁界と第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂに生じる磁界とが、それぞれ狭空間に閉じ込められるので、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第３コイル素子Ｌ２ａ、並びに第２コイル素子Ｌ１ｂおよび第４コイル素子Ｌ２ｂは、それぞれより高い結合度で結合する。すなわち、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とは高い結合度で結合する。
《第４の実施形態》
図９は第４の実施形態の高結合度トランス３４と、それを備えたアンテナ装置１０４の回路図である。ここで用いられている高結合度トランス３４は、第１インダクタンス素子Ｌ１と二つの第２インダクタンス素子Ｌ２１，Ｌ２２を備えたものである。第２インダクタンス素子Ｌ２２を構成する第５コイル素子Ｌ２ｃと第６コイル素子Ｌ２ｄとは互いに同相で結合している。第５コイル素子Ｌ２ｃは第１コイル素子Ｌ１ａと逆相で結合していて、第６コイル素子Ｌ２ｄは第２コイル素子Ｌ１ｂと逆相で結合している。第５コイル素子Ｌ２ｃの一端は放射素子１１に接続され、第６コイル素子Ｌ２ｄの一端はグランドに接続されている。
【００４７】
図１０は前記高結合度トランス３４を構成する積層体４０の分解斜視図である。この例は、第３の実施形態で図７に示した積層体４０の上に、さらに第５コイル素子Ｌ２ｃおよび第６コイル素子Ｌ２ｄを構成する導体７１，７２，７３を形成した基材層５１ｉ，５１ｊを積層したものである。すなわち、前述した第１〜第４コイル素子と同様、第５および第６コイル素子をそれぞれ構成し、これらの第５および第６コイル素子Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄをコイルパターンの導体で構成し、且つ、第５および第６コイル素子Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄに生じる磁束が閉磁路を形成するように第５および第６コイル素子Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄを巻回している。
【００４８】
この第４の実施形態の高結合度トランス３４の動作原理は前記第１〜第３の実施形態と基本的には同様である。この第４の実施形態においては、第１インダクタンス素子Ｌ１を二つの第２インダクタンス素子Ｌ２１，Ｌ２２で挟み込むように配置することによって、第１インダクタンス素子Ｌ１とグランドとの間に生じる浮遊容量が抑制される。このような放射に寄与しない容量成分が抑制されることによって、アンテナの放射効率を高めることができる。
【００４９】
また、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２１，Ｌ２２とがより密結合し、つまり、漏れ磁界が少なくなり、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２１，Ｌ２２との間の高周波信号のエネルギー伝達ロスが少なくなる。
【００５０】
《第５の実施形態》
図１１（Ａ）は第５の実施形態の高結合度トランス１３５の斜視図、図１１（Ｂ）はそれを下面側から見た斜視図である。また、図１２は高結合度トランス１３５を構成する積層体１４０の分解斜視図である。
【００５１】
この積層体１４０は誘電体または磁性体からなる複数の基材層を積層したもので、その裏面には給電回路３０に接続されるポートＰ１、グランドに接続されるポートＰ２，Ｐ４、アンテナ素子１１に接続されるポートＰ３が設けられている。裏面には、それ以外に、実装のために用いられるＮＣ端子も設けられている。なお、積層体１４０の表面に、必要に応じてインピーダンス整合用のインダクタやキャパシタを搭載してもよい。また、積層体１４０内に電極パターンでインダクタやキャパシタを形成してもよい。
【００５２】
前記積層体１４０に内蔵された高結合度トランス１３５は、図１２に表れているように、１層目の基材層１５１ａに前記各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が形成され、２層目の基材層１５１ｂに第１および第３コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなる導体パターン１６１，１６３が形成され、３層目の基材層１５１ｃに第２および第４コイル素子Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなる導体パターン１６２，１６４が形成されている。
【００５３】
導体パターン１６１〜１６４としては、銀や銅などの導電性材料を主成分とするペーストのスクリーン印刷や、金属箔のエッチングなどで形成することができる。基材層１５１ａ〜１５１ｃとしては、誘電体であればガラスセラミック材料、エポキシ系樹脂材料などを用いることができ、磁性体であればフェライトセラミック材料やフェライトを含有する樹脂材料などを用いることができる。
【００５４】
前記基材層１５１ａ〜１５１ｃを積層することで、それぞれの導体パターン１６１〜１６４およびポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は層間接続導体（ビアホール導体）を介して接続され、前述した図２（Ａ）に示す等価回路を構成する。すなわち、ポートＰ１はビアホール導体パターン１６５ａを介して導体パターン１６１（第１コイル素子Ｌ１ａ）の一端に接続され、導体パターン１６１の他端はビアホール導体１６５ｂを介して導体パターン１６２（第２コイル素子Ｌ１ｂ）の一端に接続される。導体パターン１６２の他端はビアホール導体１６５ｃを介してポートＰ２に接続され、導体パターン１６４（第４コイル素子Ｌ２ｂ）の一端はビアホール導体１６５ｄを介して導体パターン１６３（第３コイル素子Ｌ２ａ）の一端に接続され、他端はビアホール導体１６５ｆを介してポートＰ４に接続される。導体パターン１６３の他端はビアホール導体１６５ｅを介してポートＰ３に接続される。
【００５５】
以上のごとく、コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを誘電体や磁性体からなる積層体１４０に内蔵すること、特に、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２との結合部となる領域を積層体１４０の内部に設けることによって、高結合度トランス１３５が積層体１４０に隣接して配置される他の回路や素子からの影響を受けにくくなる。その結果、周波数特性の一層の安定化を図ることができる。
【００５６】
また、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａとを積層体１４０の同じ層（基材層１５１ｂ）に設け、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂとを積層体１４０の同じ層（基材層１５１ｃ）に設けることにより、積層体１４０（高結合度トランス１３５）の厚みが薄くなる。さらに、互いに結合する第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂを、それぞれ同一工程（例えば、導電性ペーストの塗布）で形成できるため、積層ずれなどに起因する結合度のばらつきが抑制され、信頼性が向上する。
【００５７】
《第６の実施形態》
図１３（Ａ）は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の回路図、図１３（Ｂ）はその各コイル素子の具体的な配置を示す図である。
第６の実施形態のアンテナ装置１０６に備える高結合度トランスの構成は第１の実施形態で示したものと同じであるが、各ポートに対する接続の仕方が異なる。この例は高結合度トランス３５で擬似的に大きな負のインダクタンスを得るための接続構造を示すものである。
【００５８】
図１３（Ａ）に表れているように、第１インダクタンス素子Ｌ１は第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路が構成されるように巻回されている。また、第２インダクタンス素子Ｌ２は第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂで構成されていて、これらのコイル素子は互いに直列的に接続され、且つ閉磁路を構成するように巻回されている。換言すると、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとは逆相で結合（加極性結合）し、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとは逆相で結合（加極性結合）する。
【００５９】
さらに、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａとは同相で結合（減極性結合）するとともに、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂとは同相で結合（減極性結合）することが好ましい。
【００６０】
図１４（Ａ）は図１３（Ｂ）に示した等価回路を基にして高結合度トランス３５のトランス比およびアンテナ素子に接続される負のインダクタンス成分について示す図である。また、図１４（Ｂ）は、図１３（Ｂ）に示した回路に磁界結合と電界結合の様子を示す各種矢印を書き入れた図である。
【００６１】
図１４（Ａ）に示すように、この高結合度トランスは、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とを相互インダクタンスＭを介して密結合したトランス型回路となる。このトランス型回路は、三つのインダクタンス素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３によるＴ型回路に等価変換できる。このうちインダクタンス素子Ｚ２がアンテナ素子１１に接続されることにより、アンテナ素子１１の正のインダクタンス成分がインダクタンス素子Ｚ２の擬似的な負のインダクタンス（−Ｍ）で打ち消される。
【００６２】
図１４（Ｂ）に示すように、給電回路から図中矢印ａ方向に電流が供給されたとき、第１コイル素子Ｌ１ａに図中矢印ｂ方向に電流が流れるとともに、コイル素子Ｌ１ｂには図中矢印ｃ方向に電流が流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Ａで示される磁束（閉磁路を通る磁束）が形成される。
【００６３】
コイル素子Ｌ１ａとコイル素子Ｌ２ａは互いに並走しているので、コイル素子Ｌ１ａに電流ｂが流れて生じる磁界がコイル素子Ｌ２ａに結合して、コイル素子Ｌ２ａに誘導電流ｄが逆方向に流れる。同様に、コイル素子Ｌ１ｂとコイル素子Ｌ２ｂは互いに並走しているので、コイル素子Ｌ１ｂに電流ｃが流れて生じる磁界がコイル素子Ｌ２ｂに結合して、コイル素子Ｌ２ｂに誘導電流ｅが逆方向に流れる。そして、これらの電流により、図中矢印Ｂで示されるように、閉磁路を通る磁束が形成される。
【００６４】
コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる第１インダクタンス素子Ｌ１に生じる磁束Ａの閉磁路と、コイル素子Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂによる第２インダクタンス素子Ｌ２に生じる磁束Ｂの閉磁路とは独立しているので、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２との間には等価的な磁気障壁ＭＷが生じることになる。
【００６５】
また、コイル素子Ｌ１ａとコイル素子Ｌ２ａとは電界によっても結合されている。同様に、コイル素子Ｌ１ｂとコイル素子Ｌ２ｂとは電界によっても結合されている。したがって、コイル素子Ｌ１ａおよびコイル素子Ｌ１ｂに交流信号が流れるとき、コイル素子Ｌ２ａおよびコイル素子Ｌ２ｂには電界結合により電流が励起される。図１４（Ｂ）中のキャパシタＣａ，Ｃｂは前記電界結合のための結合容量を表象的に表した記号である。
【００６６】
第１インダクタンス素子Ｌ１に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きとは同じである。したがって、第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とは磁界と電界の両方で強く結合することになる。すなわち、損失を抑え、高周波エネルギーを伝搬させることができる。
【００６７】
高結合度トランス３５は、第１インダクタンス素子Ｌ１に交流電流が流れるとき、磁界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きと、電界を介した結合により第２インダクタンス素子Ｌ２に流れる電流の向きとが同じになるよう構成された回路であると言うこともできる。
【００６８】
この高結合度トランス３５を等価変換すると、図１４（Ａ）の回路のように表わすことができる。すなわち、給電回路とグランドとの間の合成インダクタンス成分は、図中一点鎖線で示すように、Ｌ１＋Ｍ＋Ｌ２＋Ｍ＝Ｌ１＋Ｌ２＋２Ｍとなり、アンテナ素子とグランドとの間の合成インダクタンス成分は、図中二点鎖線で示すように、Ｌ２＋Ｍ−Ｍ＝Ｌ２となる。すなわち、この高結合度トランスにおけるトランス比はＬ１＋Ｌ２＋２Ｍ：Ｌ２となり、トランス比の大きな高結合度トランスを構成できる。
【００６９】
図１５は、マルチバンドに対応させたアンテナ装置１０６の回路図である。このアンテナ装置１０６は、ＧＳＭ方式やＣＤＭＡ方式に対応可能なマルチバンド対応型移動体無線通信システム（８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１８００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯）に用いられるアンテナ装置である。アンテナ素子１１は分岐モノポール型アンテナである。
【００７０】
《第７の実施形態》
図１６は第７の実施形態に係る高結合度トランス３５を多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層は磁性体シートで構成され、各層の導体パターンは図１６に示す向きでは磁性体シートの裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【００７１】
図１６に示した範囲で基材層５１ａの裏面に導体パターン７３が形成され、基材層５１ｂの裏面に導体パターン７２，７４が形成され、基材層５１ｃの裏面に導体パターン７１，７５が形成されている。基材層５１ｄの裏面に導体パターン６３が形成され、基材層５１ｅの裏面に導体パターン６２，６４が形成され、基材層５１ｆの裏面に導体パターン６１，６５が形成されている。基材層５１ｇの裏面に導体パターン６６が形成され、基材層５１ｈの裏面にはポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が形成されている。図１６中の縦方向に延びる破線はビア電極であり、導体パターン同士を層間で接続する。これらのビア電極は実際には所定の径寸法を有する円柱形の電極であるが、ここでは単純な破線で表している。
【００７２】
図１６において、導体パターン６３の右半分と導体パターン６１，６２によって第１コイル素子Ｌ１ａを構成している。また、導体パターン６３の左半分と導体パターン６４，６５によって第２コイル素子Ｌ１ｂを構成している。また、導体パターン７３の右半分と導体パターン７１，７２によって第３コイル素子Ｌ２ａを構成している。また、導体パターン７３の左半分と導体パターン７４，７５によって第４コイル素子Ｌ２ｂを構成している。各コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの巻回軸は多層基板の積層方向に向いている。そして、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂの巻回軸は異なる関係で並置されている。同様に、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂは、それぞれの巻回軸が異なる関係で並置されている。そして、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａのそれぞれの巻回範囲が平面視で少なくとも一部で重なり、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂのそれぞれの巻回範囲が平面視で少なくとも一部で重なる。この例ではほぼ完全に重なる。このようにして８の字構造の導体パターンで４つコイル素子を構成している。
【００７３】
なお、各層は誘電体シートで構成されていてもよい。但し、比透磁率の高い磁性体シートを用いれば、コイル素子間の結合係数をより高めることができる。
【００７４】
図１７は、図１６に示した多層基板の各層に形成された導体パターンによるコイル素子を通る主な磁束を示している。磁束ＦＰ１２は導体パターン６１〜６３による第１コイル素子Ｌ１ａおよび導体パターン６３〜６５による第２コイル素子Ｌ１ｂを通る。また、磁束ＦＰ３４は導体パターン７１〜７３による第３コイル素子Ｌ２ａおよび導体パターン７３〜７５による第４コイル素子Ｌ２ｂを通る。
【００７５】
図１８は第７の実施形態に係る高結合度トランス３５の４つコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。このように、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂは、この第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとによって第１の閉磁路（磁束ＦＰ１２で示すループ）が構成されるように巻回されていて、第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂは、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとによって第２の閉磁路（磁束ＦＰ３４で示すループ）が構成されるように巻回されている。このように、第１の閉磁路を通る磁束ＦＰ１２と第２の閉磁路を通る磁束ＦＰ３４とが互いに逆方向になるように４つコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂが巻回されている。図１８中の二点鎖線の直線はこの２つの磁束ＦＰ１２とＦＰ３４とが結合しない磁気障壁を表している。このようにコイル素子Ｌ１ａとＬ２ａの間、およびＬ１ｂとＬ２ｂの間に磁気障壁が生じる。
【００７６】
《第８の実施形態》
図１９は第８の実施形態に係る高結合度トランスの構成を示す図であり、この高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層の導体パターンは図１９に示す向きでは裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【００７７】
図１９に示した範囲で基材層５１ａの裏面に導体パターン７３が形成され、基材層５１ｂの裏面に導体パターン７２，７４が形成され、基材層５１ｃの裏面に導体パターン７１，７５が形成されている。基材層５１ｄの裏面に導体パターン６３が形成され、基材層５１ｅの裏面に導体パターン６２，６４が形成され、基材層５１ｆの裏面に導体パターン６１，６５が形成されている。基材層５１ｇの裏面に導体パターン６６が形成され、基材層５１ｈの裏面にはポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が形成されている。図１９中の縦方向に延びる破線はビア電極であり、導体パターン同士を層間で接続する。これらのビア電極は実際には所定の径寸法を有する円柱形の電極であるが、ここでは単純な破線で表している。
【００７８】
図１９において、導体パターン６３の右半分と導体パターン６１，６２によって第１コイル素子Ｌ１ａを構成している。また、導体パターン６３の左半分と導体パターン６４，６５によって第２コイル素子Ｌ１ｂを構成している。また、導体パターン７３の右半分と導体パターン７１，７２によって第３コイル素子Ｌ２ａを構成している。また、導体パターン７３の左半分と導体パターン７４，７５によって第４コイル素子Ｌ２ｂを構成している。
【００７９】
図２０は、図１９に示した多層基板の各層に形成された導体パターンによるコイル素子を通る主な磁束を示す図である。また、図２１は第８の実施形態に係る高結合度トランスの４つのコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。磁束ＦＰ１２で示すように、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとによる閉磁路が構成され、磁束ＦＰ３４で示すように、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとによる閉磁路が構成される。また、磁束ＦＰ１３で示すように、第１コイル素子Ｌ１ａと第３コイル素子Ｌ２ａとによる閉磁路が構成され、磁束ＦＰ２４で示すように、第２コイル素子Ｌ１ｂと第４コイル素子Ｌ２ｂとによる閉磁路が構成される。さらに、４つのコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂによる閉磁路ＦＰallも構成される。
【００８０】
この第８の実施形態の構成によっても、コイル素子Ｌ１ａとＬ１ｂ、Ｌ２ａとＬ２ｂのインダクタンス値はそれぞれの結合により小さくなるため、第８の実施形態で示した高結合度トランスも第６の実施形態の高結合度トランス３５と同様の効果を奏する。
【００８１】
《第９の実施形態》
図２２は、多層基板に構成された第９の実施形態に係る高結合度トランスの各層の導体パターンの例を示す図である。各層は磁性体シートで構成され、各層の導体パターンは図２２に示す向きでは磁性体シートの裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【００８２】
図２２に示した範囲で基材層５１ａの裏面に導体パターン７３が形成され、基材層５１ｂの裏面に導体パターン７２，７４が形成され、基材層５１ｃの裏面に導体パターン７１，７５が形成されている。基材層５１ｄの裏面に導体パターン６１，６５が形成され、基材層５１ｅの裏面に導体パターン６２，６４が形成され、基材層５１ｆの裏面に導体パターン６３が形成されている。基材層５１ｇの裏面にはポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が形成されている。図２２中の縦方向に延びる破線はビア電極であり、導体パターン同士を層間で接続する。これらのビア電極は実際には所定の径寸法を有する円柱形の電極であるが、ここでは単純な破線で表している。
【００８３】
図２２において、導体パターン６３の右半分と導体パターン６１，６２によって第１コイル素子Ｌ１ａを構成している。また、導体パターン６３の左半分と導体パターン６４，６５によって第２コイル素子Ｌ１ｂを構成している。また、導体パターン７３の右半分と導体パターン７１，７２によって第３コイル素子Ｌ２ａを構成している。また、導体パターン７３の左半分と導体パターン７４，７５によって第４コイル素子Ｌ２ｂを構成している。
【００８４】
図２３は第９の実施形態に係る高結合度トランスの４つコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの磁気的結合の関係を示す図である。このように、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとによって第１の閉磁路（磁束ＦＰ１２で示すループ）が構成される。また、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとによって第２の閉磁路（磁束ＦＰ３４で示すループ）が構成される。第１の閉磁路を通る磁束ＦＰ１２と第２の閉磁路を通る磁束ＦＰ３４の向きは互いに逆方向である。
【００８５】
ここで、第１コイル素子Ｌ１ａおよび第２コイル素子Ｌ１ｂを「１次側」、第３コイル素子Ｌ２ａおよび第４コイル素子Ｌ２ｂを「２次側」と表すと、図２３に示すように、１次側のうちの２次側に近い方に給電回路がつながるので、１次側のうちの２次側近傍の電位を高くすることができコイル素子Ｌ１ａとコイル素子Ｌ２ａとの間での電界結合が高まり、この電界結合による電流が大きくなる。
【００８６】
この第９の実施形態の構成によっても、コイル素子Ｌ１ａとＬ１ｂ、Ｌ２ａとＬ２ｂのインダクタンス値はそれぞれの結合により小さくなるため、この第９の実施形態で示した高結合度トランスも第６の実施形態の高結合度トランス３５と同様の効果を奏する。
【００８７】
《第１０の実施形態》
図２４は第１０の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。この高結合度トランスは、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第１の直列回路２６、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第３の直列回路２８、およびアンテナ素子１１とグランドとの間に接続された第２の直列回路２７とで構成されている。
【００８８】
第１の直列回路２６は第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとが直列に接続された回路である。第２の直列回路２７は第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとが直列に接続された回路である。第３の直列回路２８は第５コイル素子Ｌ１ｃと第６コイル素子Ｌ１ｄとが直列に接続された回路である。
【００８９】
図２４において、囲みＭ１２はコイル素子Ｌ１ａとＬ１ｂとの結合、囲みＭ３４はコイル素子Ｌ２ａとＬ２ｂとの結合、囲みＭ５６はコイル素子Ｌ１ｃとＬ１ｄとの結合をそれぞれ表している。また、囲みＭ１３５はコイル素子Ｌ１ａとＬ２ａとＬ１ｃとの結合を表している。同様に、囲みＭ２４６はコイル素子Ｌ１ｂとＬ２ｂとＬ１ｄとの結合を表している。
【００９０】
この第１０の実施形態においては、第２インダクタンス素子を構成するコイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを、第１のインダクタンス素子を構成するコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄで挟み込むように配置することによって、第２インダクタンス素子とグランドとの間に生じる浮遊容量が抑制される。このような放射に寄与しない容量成分が抑制されることによって、アンテナの放射効率を高めることができる。
【００９１】
図２５は第１０の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層は磁性体シートで構成され、各層の導体パターンは図２６に示す向きでは磁性体シートの裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【００９２】
図２５に示した範囲で基材層５１ａの裏面に導体パターン８２が形成され、基材層５１ｂの裏面に導体パターン８１，８３が形成され、基材層５１ｃの裏面に導体パターン７２が形成されている。基材層５１ｄの裏面に導体パターン７１，７３が形成され、基材層５１ｅの裏面に導体パターン６１，６３が形成され、基材層５１ｆの裏面に導体パターン６２が形成されている。基材層５１ｇの裏面にはポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４がそれぞれ形成されている。図２５中の縦方向に延びる破線はビア電極であり、導体パターン同士を層間で接続する。これらのビア電極は実際には所定の径寸法を有する円柱形の電極であるが、ここでは単純な破線で表している。
【００９３】
図２５において、導体パターン６２の右半分と導体パターン６１とによって第１コイル素子Ｌ１ａを構成している。また、導体パターン６２の左半分と導体パターン６３とによって第２コイル素子Ｌ１ｂを構成している。また、導体パターン７１と導体パターン７２の右半分とによって第３コイル素子Ｌ２ａを構成している。また、導体パターン７２の左半分と導体パターン７３とによって第４コイル素子Ｌ２ｂを構成している。また、導体パターン８１と導体パターン８２の右半分とによって第５コイル素子Ｌ１ｃを構成している。また、導体パターン８２の左半分と導体パターン８３とによって第６コイル素子Ｌ１ｄを構成している。
【００９４】
図２５において破線の楕円形は閉磁路を表している。閉磁路ＣＭ１２はコイル素子Ｌ１ａとＬ１ｂとに鎖交する。また、閉磁路ＣＭ３４はコイル素子Ｌ２ａとＬ２ｂとに鎖交する。さらに、閉磁路ＣＭ５６はコイル素子Ｌ１ｃとＬ１ｄとに鎖交する。このように、第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとによって第１の閉磁路ＣＭ１２が構成され、第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとによって第２の閉磁路ＣＭ３４が構成され、第５コイル素子Ｌ１ｃと第６コイル素子Ｌ１ｄとによって第３の閉磁路ＣＭ５６が構成される。図２５において二点鎖線の平面は、前記三つの閉磁路の間にコイル素子Ｌ１ａとＬ２ａ、Ｌ２ａとＬ１ｃ、Ｌ１ｂとＬ２ｂ、Ｌ２ｂとＬ１ｄが各々逆向きに磁束が発生するように結合しているために等価的に生じる二つの磁気障壁ＭＷである。換言すると、この二つの磁気障壁ＭＷでコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる閉磁路の磁束、コイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂによる閉磁路の磁束、およびコイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄによる閉磁路の磁束をそれぞれ閉じ込める。
【００９５】
このように、第２の閉磁路ＣＭ３４が第１の閉磁路ＣＭ１２および第３の閉磁路ＣＭ５６で層方向に挟み込まれた構造とする。この構造により、第２の閉磁路ＣＭ３４は二つの磁気障壁で挟まれて充分に閉じ込められる（閉じ込められる効果が高まる）。すなわち、結合係数の非常に大きなトランスとして作用させることができる。
【００９６】
そのため、前記閉磁路ＣＭ１２とＣＭ３４との間、およびＣＭ３４とＣＭ５６との間をある程度広くすることができる。ここで、コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる直列回路と、コイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄによる直列回路とが並列接続された回路を一次側回路と称し、コイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂによる直列回路を二次側回路と称すると、前記閉磁路ＣＭ１２とＣＭ３４との間、およびＣＭ３４とＣＭ５６との間を広くすることによって、第１の直列回路２６と第２の直列回路２７との間、第２の直列回路２７と第３の直列回路２８との間のそれぞれに生じるキャパシタンスを小さくできる。すなわち、自己共振点の周波数を定めるＬＣ共振回路のキャパシタンス成分が小さくなる。
【００９７】
また、第１０の実施形態によれば、コイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによる第１の直列回路２６と、コイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄによる第３の直列回路２８とが並列接続された構造であるので、自己共振点の周波数を定めるＬＣ共振回路のインダクタンス成分が小さくなる。
【００９８】
このようにして、自己共振点の周波数を定めるＬＣ共振回路のキャパシタンス成分もインダクタンス成分も小さくなって、自己共振点の周波数を使用周波数帯域から充分に離れた高い周波数に定めることができる。
【００９９】
《第１１の実施形態》
第１１の実施形態では、第１０の実施形態とは異なる構成で、トランス部の自己共振点の周波数を第７〜第９の実施形態で示したものより高めるための構成例を示す。
【０１００】
図２６は第１１の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。この高結合度トランスは、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第１の直列回路２６、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第３の直列回路２８、およびアンテナ素子１１とグランドとの間に接続された第２の直列回路２７とで構成されている。
【０１０１】
第１の直列回路２６は第１コイル素子Ｌ１ａと第２コイル素子Ｌ１ｂとが直列に接続された回路である。第２の直列回路２７は第３コイル素子Ｌ２ａと第４コイル素子Ｌ２ｂとが直列に接続された回路である。第３の直列回路２８は第５コイル素子Ｌ１ｃと第６コイル素子Ｌ１ｄとが直列に接続された回路である。
【０１０２】
図２６において、囲みＭ１２はコイル素子Ｌ１ａとＬ１ｂとの結合、囲みＭ３４はコイル素子Ｌ２ａとＬ２ｂとの結合、囲みＭ５６はコイル素子Ｌ１ｃとＬ１ｄとの結合をそれぞれ表している。また、囲みＭ１３５はコイル素子Ｌ１ａとＬ２ａとＬ１ｃとの結合を表している。同様に、囲みＭ２４６はコイル素子Ｌ１ｂとＬ２ｂとＬ１ｄとの結合を表している。
【０１０３】
図２７は第１１の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層は磁性体シートで構成され、各層の導体パターンは図２７に示す向きでは磁性体シートの裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【０１０４】
図２５に示した高結合度トランスと異なるのは、導体パターン８１，８２，８３によるコイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄの極性である。図２７の例では、閉磁路ＣＭ３６はコイル素子Ｌ２ａ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ２ｂに鎖交する。したがって、コイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとＬ１ｃ，Ｌ１ｄとの間には等価的な磁気障壁が生じない。その他の構成は第１０の実施形態で示したとおりである。
【０１０５】
第１１の実施形態によれば、図２７に示した閉磁路ＣＭ１２，ＣＭ３４，ＣＭ５６が生じるとともに閉磁路ＣＭ３６が生じることにより、コイル素子Ｌ２ａ，Ｌ２ｂによる磁束がコイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄによる磁束で吸い込まれる。そのため、第１２の実施形態の構造でも磁束が漏れ難く、その結果、結合係数の非常に大きなトランスとして作用させることができる。
【０１０６】
第１１の実施形態でも、自己共振点の周波数を定めるＬＣ共振回路のキャパシタンス成分もインダクタンス成分も小さくなって、自己共振点の周波数を使用周波数帯域から充分に離れた高い周波数に定めることができる。
【０１０７】
《第１２の実施形態》
第１２の実施形態では、第１０の実施形態および第１１の実施形態とは異なる構成で、トランス部の自己共振点の周波数を第７〜第９の実施形態で示したものより高めるための別の構成例を示す。
【０１０８】
図２８は第１２の実施形態に係る高結合度トランスの回路図である。この高結合度トランスは、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第１の直列回路２６、給電回路３０とアンテナ素子１１との間に接続された第３の直列回路２８、およびアンテナ素子１１とグランドとの間に接続された第２の直列回路２７とで構成されている。
【０１０９】
図２９は第１２の実施形態に係る高結合度トランスを多層基板に構成した場合の各層の導体パターンの例を示す図である。各層は磁性体シートで構成され、各層の導体パターンは図２９に示す向きでは磁性体シートの裏面に形成されているが、各導体パターンは実線で表している。また、線状の導体パターンは所定の線幅を備えているが、ここでは単純な実線で表している。
【０１１０】
図２５に示した高結合度トランスと異なるのは、導体パターン６１，６２，６３によるコイル素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの極性、および導体パターン８１，８２，８３によるコイル素子Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄの極性である。図２９の例では、閉磁路ＣＭ１６はすべてのコイル素子Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに鎖交する。したがって、この場合は等価的な磁気障壁は生じない。その他の構成は第１０の実施形態および第１１の実施形態で示したとおりである。
【０１１１】
第１２の実施形態によれば、図２９に示した閉磁路ＣＭ１２，ＣＭ３４，ＣＭ５６が生じるとともに閉磁路ＣＭ１６が生じることにより、コイル素子Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄによる磁束が漏れ難く、その結果、結合係数の大きなトランスとして作用させることができる。
【０１１２】
第１２の実施形態でも、自己共振点の周波数を定めるＬＣ共振回路のキャパシタンス成分もインダクタンス成分も小さくなって、自己共振点の周波数を使用周波数帯域から充分に離れた高い周波数に定めることができる。
【０１１３】
《第１３の実施形態》
第１３の実施形態では通信端末装置の例を示す。
図３０（Ａ）は第１３の実施形態の第１例である通信端末装置、図３０（Ｂ）は第２例である通信端末装置のそれぞれの構成図である。これらは、例えば携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス（通称：ワンセグ）の高周波信号の受信用（４７０〜７７０ＭＨｚ）の端末である。
【０１１４】
図３０（Ａ）に示す通信端末装置１は、蓋体部である第１筺体１０と本体部である第２筺体２０とを備え、第１筺体１０は第２筺体２０に対して折りたたみ式あるいはスライド式で連結されている。第１筺体１０にはグランド板としても機能する第１放射素子１１が設けられ、第２筺体２０にはグランド板としても機能する第２放射素子２１が設けられている。第１および第２放射素子１１，２１は金属箔などの薄膜あるいは導電性ペーストなどの厚膜からなる導電体膜で形成されている。この第１および第２放射素子１１，２１は給電回路３０から差動給電することでダイポールアンテナとほぼ同等の性能を得ている。給電回路３０はＲＦ回路やベースバンド回路のような信号処理回路を有している。
【０１１５】
なお、高結合度トランス３５のインダクタンス値は、二つの放射素子１１，２１を結ぶ接続線３３のインダクタンス値よりも小さいことが好ましい。周波数特性に関する接続線３３のインダクタンス値の影響を小さくすることができるからである。
図３０（Ｂ）に示す通信端末装置２は、第１放射素子１１をアンテナ単体として設けたものである。第１放射素子１１はチップアンテナ、板金アンテナ、コイルアンテナなど各種アンテナ素子を用いることができる。また、このアンテナ素子としては、例えば、筺体１０の内周面や外周面に沿って設けられた線状導体を利用してもよい。第２放射素子２１は第２筺体２０のグランド板としても機能するものであり、第１放射素子１１と同様に各種のアンテナを用いてもよい。ちなみに、通信端末装置２は、折りたたみ式やスライド式ではないストレート構造の端末である。なお、第２放射素子２１は、必ずしも放射体として十分に機能するものでなくてもよく、第１放射素子１１がいわゆるモノポールアンテナのように振る舞うものであってもよい。
【０１１６】
給電回路３０は一端が第２放射素子２１に接続され、他端が高結合度トランス３５を介して第１放射素子１１に接続されている。また、第１および第２放射素子１１，２１は接続線３３によって互いに接続されている。この接続線３３は第１および第２筺体１０，２０のそれぞれに搭載されている電子部品（図示省略）の接続線として機能するもので、高周波信号に対してはインダクタンス素子として振る舞うがアンテナの性能に直接的に作用するものではない。
【０１１７】
高結合度トランス３５は、給電回路３０と第１放射素子１１との間に設けられ、第１および第２放射素子１１，２１から送信される高周波信号、あるいは、第１および第２放射素子１１，２１にて受信する高周波信号の周波数特性を安定化させる。それゆえ、第１放射素子１１や第２放射素子２１の形状、第１筺体１０や第２筺体２０の形状、近接部品の配置状況などに影響されることなく、高周波信号の周波数特性が安定化する。特に、折りたたみ式やスライド式の通信端末装置にあっては、蓋体部である第１筺体１０の本体部である第２筺体２０に対する開閉状態に応じて、第１および第２放射素子１１，２１のインピーダンスが変化しやすいが、高結合度トランス３５を設けることによって高周波信号の周波数特性を安定化させることができる。すなわち、アンテナの設計に関して重要事項である、中心周波数の設定・通過帯域幅の設定・インピーダンスマッチングの設定などの周波数特性の調整機能をこの高結合度トランス３５が担うことが可能になり、アンテナ素子そのものは、主に、指向性や利得を考慮するだけでよいため、アンテナの設計が容易になる。
【０１１８】
なお、本発明の高結合度トランスは、以上に示したインピーダンス変換回路以外に、例えば、昇圧・降圧回路、変流・分流回路、平衡−不平衡変換回路等のような高周波電子回路に適用できる。また、この高周波電子回路は、例えば移動体通信端末、ＲＦＩＤタグ／リーダライタ、テレビ、パソコン等の電子機器に適用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
ＣＭ１２，ＣＭ３４，ＣＭ５６…閉磁路
ＣＭ３６，ＣＭ１６…閉磁路
ＦＰ１２，ＦＰ１３，ＦＰ２４，ＦＰ３４…磁束
Ｌ１…第１インダクタンス素子
Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２２…第２インダクタンス素子
Ｌ１ａ…第１コイル素子
Ｌ１ｂ…第２コイル素子
Ｌ２ａ…第３コイル素子
Ｌ２ｂ…第４コイル素子
Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃ…第５コイル素子
Ｌ１ｄ，Ｌ２ｄ…第６コイル素子
Ｍ…相互インダクタンス
ＭＷ…磁気障壁
Ｚ１…第１インダクタンス素子
Ｚ２…第２インダクタンス素子
Ｚ３…第３インダクタンス素子
１，２…通信端末装置
１０，２０…筺体
１１…アンテナ素子（第１放射素子）
２１…第２放射素子
２６…第１の直列回路
２７…第２の直列回路
２８…第３の直列回路
３０…給電回路
３３…接続線
３４，３５…インピーダンス変換回路
４０…積層体
５１ａ〜５１ｊ…基材層
６１〜６６…導体パターン
６８…グランド導体
７１〜７５…導体パターン
８１，８２，８３…導体パターン
１０２，１０４，１０６…アンテナ装置
１４０…積層体
１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ…基材層
１６１〜１６４…導体パターン
１６５ａ〜１６５ｅ…ビアホール導体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含む高結合度トランスであって、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じであることを特徴とする高結合度トランス。
【請求項２】
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きは、前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子との間に磁気障壁が生じる向きである、請求項１に記載の高結合度トランス。
【請求項３】
前記第１インダクタンス素子は第１コイル素子および第２コイル素子を含み、前記第１コイル素子および前記第２コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成されている、請求項１または２に記載の高結合度トランス。
【請求項４】
前記第２インダクタンス素子は第３コイル素子および第４コイル素子を含み、前記第３コイル素子および前記第４コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の高結合度トランス。
【請求項５】
前記第１インダクタンス素子は第１コイル素子および第２コイル素子を含み、前記第１コイル素子および前記第２コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成され、
前記第２インダクタンス素子は第３コイル素子および第４コイル素子を含み、前記第３コイル素子および前記第４コイル素子は互いに直列的に接続されていて、且つ閉磁路を作るように導体の巻回パターンが形成され、
前記第１コイル素子と前記第３コイル素子とは、互いの開口面が向かい合うように配置されていて、前記第２コイル素子と前記第４コイル素子とは、互いの開口面が向かい合うように配置されている、請求項１または２に記載の高結合度トランス。
【請求項６】
前記第１インダクタンス素子および前記第２インダクタンス素子は、複数の誘電体層または磁性体層が積層された積層体内に配置された導体パターンで構成され、前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは前記積層体の内部で結合している、請求項１〜５のいずれかに記載の高結合度トランス。
【請求項７】
第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含み、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じである高結合度トランスを備え、
前記第１インダクタンス素子に接続された１次側回路および前記第２インダクタンス素子に接続された２次側回路を備えた電子回路。
【請求項８】
第１インダクタンス素子と、前記第１インダクタンス素子に高い結合度で結合された第２インダクタンス素子とを含み、
前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子とは、磁界および電界を介して結合されていて、
前記第１インダクタンス素子に交流電流が流れるとき、前記磁界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きと、前記電界を介した結合により前記第２インダクタンス素子に流れる電流の向きとが同じである高結合度トランスと、
前記第１インダクタンス素子に接続された１次側回路と、
前記第２インダクタンス素子に接続された２次側回路と、
前記高結合度トランスを介して前記１次側回路および前記２次側回路間で信号または電力の伝送を行う回路を備えた電子機器。

【図１】