JP2010081185A

JP2010081185A - Directional coupler and transmitter/receiver

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Publication number: JP2010081185A
Application number: JP2008245696A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Konuma; 良平小沼; Fujio Deguchi; 不二男出口; Shiro Nagata; 四朗永田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a directional coupler and a transmitter/receiver in which winding variation of a coating conductor is reduced. SOLUTION: The directional coupler 100 is provided with: a single annular core 25; a coating conductor pair 3 in which two identical coating conductors are wound to the single annular core in the same direction; and one capacitor 24 formed by connecting center points 15, 16 of the coating conductor pair to each other, wherein the capacitor is attached to the surface of the single annular core with the coating conductor pair. Then, length from the center points to one ends of the coating conductor pair, the number of windings to the annular core, length from the center points to the other ends, and the number of windings to the annular core are the same. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、方向性結合器及び送受信機に関し、特に１３．５６ＭＨｚ帯のＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）リーダライタで使用される方向性結合器及び送受信機に関するものである。 The present invention relates to a directional coupler and a transceiver, and more particularly to a directional coupler and a transceiver used in a 13.56 MHz band RFID (Radio Frequency IDentification) reader / writer.

一般にＲＦＩＤシステムは、乗車カード、電子マネー、社員証、セキュリティロック等に広く用いられており、アンテナ付の非接触ＩＣチップから成るＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとの組み合わせで構成される。そして、ＲＦＩＤリーダライタは、無線通信を用いて、非接触で外部からＲＦＩＤタグに電力を供給し、ＲＦＩＤタグの情報を読み書きするように構成されている。 In general, the RFID system is widely used for boarding cards, electronic money, employee ID cards, security locks, and the like, and is configured by a combination of an RFID tag including a contactless IC chip with an antenna and an RFID reader / writer. The RFID reader / writer is configured to read and write information on the RFID tag by supplying power to the RFID tag from the outside in a non-contact manner using wireless communication.

ここで、ＲＦＩＤリーダライタには、ＲＦＩＤタグに対する送信信号と受信信号とを分離するために、共振回路部と無線送信部と無線受信部を一つの方向性結合器で結合した構成が開示されている（特許文献１参照）。 Here, the RFID reader / writer discloses a configuration in which a resonance circuit unit, a wireless transmission unit, and a wireless reception unit are coupled by a single directional coupler in order to separate a transmission signal and a reception signal for the RFID tag. (See Patent Document 1).

また、前記方向性結合器は高い周波数の場合、小型化の観点からマイクロストリップライン型のものが用いられるが、低い周波数になると波長が長くなり、マイクロストリップライン型のものでは方向性結合器の占有面積が広くなってしまい、事実上適さない。そこで低い周波数帯では、構成材料を選択する自由度の高いインダクタやキャパシタで構成される方向性結合器が使用されている（特許文献２参照）。 In addition, the directional coupler is a microstrip line type in the case of a high frequency from the viewpoint of miniaturization. However, the wavelength becomes longer at a low frequency, and the micro strip line type has a directional coupler type. Occupied area is widened, which is virtually unsuitable. Therefore, in a low frequency band, a directional coupler composed of an inductor or a capacitor having a high degree of freedom in selecting a constituent material is used (see Patent Document 2).

この特許文献２の図２及び図７に開示されている方向性結合器では、インダクタやキャパシタ等の受動部品を基板上に実装して構成されている。しかしながら、方向性結合器の特性は、これら受動部品の特性ばらつきの影響により、変化しやすく、特に、インダクタを基板に実装した場合、複数のインダクタのばらつきによりインダクタンスが変化し、方向性結合器の特性に影響を与えてしまう。 The directional coupler disclosed in FIGS. 2 and 7 of Patent Document 2 is configured by mounting passive components such as inductors and capacitors on a substrate. However, the characteristics of directional couplers are likely to change due to the effects of variations in the characteristics of these passive components.In particular, when an inductor is mounted on a substrate, the inductance changes due to variations in multiple inductors. It will affect the characteristics.

しかしながら、方向性結合器として要求される諸特性、すなわち、結合量、挿入損失及び漏洩量等の特性を満足させるためには、各構成部品の特性の均一化、構成部品間の配線長の低減化及び方向性結合器の小型化が要求される。
特開２００４−２０６２４５号公報特開平０８−７８９１６号公報 However, in order to satisfy the characteristics required for a directional coupler, that is, characteristics such as coupling amount, insertion loss, and leakage amount, the characteristics of each component are made uniform and the wiring length between components is reduced. And miniaturization of the directional coupler are required.
JP 2004-206245 A Japanese Patent Laid-Open No. 08-78916

すなわち、インダクタ及びキャパシタにより構成される方向性結合器は、インダクタとしてコアを用いたインダクタが採用される。また、キャパシタは、基板に実装される。そして、インダクタとキャパシタとが配線され方向性結合器が構成される。 That is, a directional coupler including an inductor and a capacitor employs an inductor using a core as the inductor. The capacitor is mounted on the substrate. The inductor and the capacitor are wired to form a directional coupler.

前記のように、従来の方向性結合器を構成した場合には、基板上に実装された受動部品は受動部品相互間の配線長のばらつきにより特性が変化しやすい。また、インダクタは被覆導体の長さや、基板に実装したときの周囲の部品間との接続配線の影響等によってインダクタンスの値が変化するため、方向性結合器の特性に悪影響を与えてしまうという課題を有していた。 As described above, when a conventional directional coupler is configured, the characteristics of the passive components mounted on the substrate are likely to change due to variations in the wiring length between the passive components. Inductors also have an adverse effect on the characteristics of directional couplers because the value of inductance changes depending on the length of the coated conductor and the influence of connection wiring between surrounding components when mounted on the board. Had.

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、被覆導体の巻回ばらつきを低減した方向器性結合器及び送受信機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a directional coupler and a transmitter / receiver in which the winding variation of the coated conductor is reduced.

前記目的を達成するために本発明の一の方向性結合器は、単一の環状コアと、前記単一の環状コアに同一の２本の被覆導体を同一方向に巻回した被覆導体対と、前記被覆導体対の中心点を相互に接続した一つのキャパシタとを備え、前記キャパシタは、前記被覆導体対と共に前記単一の環状コアの表面に装着されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one directional coupler according to the present invention includes a single annular core, and a pair of coated conductors in which the same two coated conductors are wound in the same direction around the single annular core. And a capacitor in which center points of the coated conductor pair are connected to each other, and the capacitor is mounted on the surface of the single annular core together with the coated conductor pair.

このようにすることで、直列接続された２つのインダクタの接続点と、他の直列接続された２つのインダクタの接続点との間にキャパシタが接続される。そして、これらが単一の環状コアに巻回されることにより、被覆導体の巻回ばらつきを低減した方向性結合器を具現することができる。 In this way, the capacitor is connected between the connection point of the two inductors connected in series and the connection point of the other two inductors connected in series. And these are wound by the single cyclic | annular core, and the directional coupler which reduced the winding dispersion | variation of the covering conductor can be embodied.

そして、この方向性結合器において、前記被覆導体対の前記中心点から一端までの長さと前記環状コアへの巻数と、前記中心点から他端までの長さと前記環状コアへの巻数とが同一であることを好適とする。 In this directional coupler, the length from the center point to one end of the coated conductor pair and the number of turns to the annular core, and the length from the center point to the other end and the number of turns to the annular core are the same. It is preferable that

また、この方向性結合器において、前記２本の被覆導体は、撚り線対を構成していることを好適とする。 In the directional coupler, it is preferable that the two covered conductors constitute a twisted wire pair.

さらに、この方向性結合器においては、前記撚り線対の前記中心点から一端までの長さと前記環状コアへの巻数と、前記中心点から他端までの長さと前記環状コアへの巻数とが同一であることを好適とする。 Furthermore, in this directional coupler, the length from the center point to one end of the twisted wire pair and the number of turns to the annular core, the length from the center point to the other end, and the number of turns to the annular core are: It is preferable that they are the same.

また、前記目的を達成するために本発明の他の方向性結合器は、第１インダクタ及び第２インダクタが直列接続された第１インダクタ対と、第３インダクタ及び第４インダクタが直列接続された第２インダクタ対と、前記第１インダクタ対の接続点と、前記第２インダクタ対の接続点との間に接続された一つのキャパシタとを備えて構成された方向性結合器であって、前記第１インダクタ、前記第２インダクタ、前記第３インダクタ、及び前記第４インダクタは、それぞれ同一の被覆導体が単一の環状コアに同一巻数で同一方向に巻回されて前記キャパシタと共に構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, another directional coupler according to the present invention includes a first inductor pair in which a first inductor and a second inductor are connected in series, and a third inductor and a fourth inductor in series. A directional coupler comprising a second inductor pair, a connection point of the first inductor pair, and a capacitor connected between the connection point of the second inductor pair, The first inductor, the second inductor, the third inductor, and the fourth inductor are configured together with the capacitor by winding the same coated conductor around the same annular core in the same direction with the same number of turns. It is characterized by that.

このようにすることで、被覆導体の巻回ばらつきを低減した方向性結合器を具現することができる。 By doing in this way, the directional coupler which reduced the winding dispersion | variation of the covering conductor can be embodied.

そして、この方向性結合器において、前記第１インダクタの被覆導体と前記第３インダクタの被覆導体とは撚り線対を構成し、前記第２インダクタの被覆導体と前記第４インダクタの被覆導体とは他の撚り線対を構成していることを好適とする。 In this directional coupler, the coated conductor of the first inductor and the coated conductor of the third inductor constitute a twisted wire pair, and the coated conductor of the second inductor and the coated conductor of the fourth inductor are It is preferable that other stranded wire pairs are formed.

また、本発明の方向性結合器における前記環状コアは、環状フェライトコアであることを好適とする。 The annular core in the directional coupler of the present invention is preferably an annular ferrite core.

また、前記目的を達成するために本発明の送受信機は、本発明の前記方向性結合器を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a transceiver according to the present invention includes the directional coupler according to the present invention.

このようにすることで、被覆導体の巻回ばらつきを低減した方向性結合器を備えた送受信機を具現することができる。 By doing in this way, the transmitter / receiver provided with the directional coupler which reduced the winding variation of the covering conductor can be embodied.

本発明によれば、被覆導体の巻回ばらつきを低減した方向器性結合器及び送受信機を提供することが可能となる。すなわち、被覆導体を環状コアに巻回することで個別のインダクタ部品を用いることなく同一特性の複数インダクタを同時に形成でき、一つのキャパシタと接続して一体化した方向性結合器を具現できる。そして、特性ばらつきの少ない、部品点数の少ない、調整の容易な小型化された方向器性結合器及び送受信機を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the directional coupler and transmitter / receiver which reduced the winding variation of the covering conductor. That is, by winding a coated conductor around an annular core, a plurality of inductors having the same characteristics can be formed at the same time without using individual inductor components, and a directional coupler integrated with a single capacitor can be realized. Further, it is possible to provide a miniaturized directional coupler and transmitter / receiver that have a small characteristic variation, a small number of parts, and are easy to adjust.

（第１の実施形態）
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態の方向性結合器１００の構成を説明する。図１は、第１の実施形態の方向性結合器１００の外観斜視図であり、図２は、その側面図である。そして、図３は、この方向性結合器１００の構成要素である被覆導体対３とキャパシタ２４との結線図である。 (First embodiment)
The configuration of the directional coupler 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an external perspective view of the directional coupler 100 of the first embodiment, and FIG. 2 is a side view thereof. FIG. 3 is a connection diagram of the coated conductor pair 3 and the capacitor 24 that are components of the directional coupler 100.

この方向性結合器１００は、一つのトロイダルコア（環状コア）２５に巻回した被覆導体対３と、その被覆導体対３の対となる被覆導体１の中心点Ｅ１５と被覆導体２の中心点Ｆ１６とを相互に接続した一つのキャパシタ２４とを備えて構成されている（図１及び図３）。ここで、キャパシタ２４のサイズは、好適には、少なくともトロイダルコア（環状コア）の幅以内のサイズのキャパシタを用いる。 This directional coupler 100 includes a coated conductor pair 3 wound around one toroidal core (annular core) 25, a center point E15 of the coated conductor 1 and a center point of the coated conductor 2 that form a pair of the coated conductor pair 3. It is configured to include one capacitor 24 that is connected to F16 (FIGS. 1 and 3). Here, the size of the capacitor 24 is preferably a capacitor having a size within at least the width of the toroidal core (annular core).

すなわち、被覆導体対３は、図３に示すように、一方の端点Ａ１１から他方の端点Ｂ１２までの長さからなる被覆導体１と、一方の端点Ｃ１３から他方の端点Ｄ１４までの長さからなる被覆導体２とを対（ペア：pair）に配置し、かつ２つの被覆導体１及び被覆導体２の長さが等しくなるようにして構成されている。そして、被覆導体１の一方の端点Ａ１１から他方の端点Ｂ１２までの長さの中心点Ｅ１５と、被覆導体２の一方の端点Ｃ１３から他方の端点Ｄ１４までの長さの中心点Ｆ１６とは、それぞれ接続点として、一つのキャパシタ２４に接続されている。このように構成された被覆導体対３を一つのトロイダルコア（環状コア）２５に巻回することにより方向性結合器１００が構成される（図１及び図２）。 That is, as shown in FIG. 3, the covered conductor pair 3 has a covered conductor 1 having a length from one end point A11 to the other end point B12, and a length from one end point C13 to the other end point D14. The covered conductors 2 are arranged in pairs and the lengths of the two covered conductors 1 and the covered conductors 2 are equal. A center point E15 having a length from one end point A11 of the covered conductor 1 to the other end point B12 and a center point F16 having a length from one end point C13 to the other end point D14 of the covered conductor 2 are respectively It is connected to one capacitor 24 as a connection point. A directional coupler 100 is configured by winding the thus configured coated conductor pair 3 around one toroidal core (annular core) 25 (FIGS. 1 and 2).

このとき、被覆導体１の中心点Ｅ１５から一方の端点Ａ１１までのトロイダルコア（環状コア）２５への巻数と、被覆導体１の中心点Ｅ１５から他方の端点Ｂ１２までのトロイダルコア（環状コア）２５への巻数とは同一とする（図１及び図２では巻数はそれぞれ１回である場合を示している。）。同様に、被覆導体１と対となる被覆導体２の中心点Ｆ１６から一方の端点Ｃ１３までの巻数と、中心点Ｆ１６から他方の端点Ｄ１４までのトロイダルコア（環状コア）２５への巻数とは同一とする。 At this time, the number of turns on the toroidal core (annular core) 25 from the center point E15 of the coated conductor 1 to one end point A11 and the toroidal core (annular core) 25 from the center point E15 of the coated conductor 1 to the other end point B12. The number of turns is the same (in FIG. 1 and FIG. 2, the number of turns is one each). Similarly, the number of turns from the center point F16 to one end point C13 of the coated conductor 2 paired with the covered conductor 1 is the same as the number of turns to the toroidal core (annular core) 25 from the center point F16 to the other end point D14. And

このようにすることで、被覆導体１の中心点Ｅ１５から一方の端点Ａ１１までの被覆導体部分、中心点Ｅ１５から他方の端点Ｂ１２までの被覆導体部分、被覆導体２の中心点Ｆ１６から一方の端点Ｃ１３までの被覆導体部分、及び、中心点Ｆ１６から他方の端点Ｄ１４までの被覆導体部分の４つの被覆導体部分がそれぞれ同じ巻数で一つのトロイダルコア（環状コア）２５に巻回され、一つのキャパシタ２４と共に一体化された構成の方向性結合器が得られる。 By doing in this way, the covered conductor portion from the center point E15 of the covered conductor 1 to the one end point A11, the covered conductor portion from the center point E15 to the other end point B12, and one end point from the center point F16 of the covered conductor 2 Four coated conductor portions of the coated conductor portion up to C13 and the coated conductor portion from the center point F16 to the other end point D14 are wound around one toroidal core (annular core) 25 with the same number of turns, and one capacitor Thus, a directional coupler having a structure integrated with 24 is obtained.

これにより、トロイダルコア（環状コア）２５を媒介として、以下の４つの被覆導体部分でインダクタが形成される。すなわち、被覆導体１の中心点Ｅ１５から一方の端点Ａ１１までの被覆導体部分、被覆導体１の中心点Ｅ１５から他方の端点Ｂ１２までの被覆導体部分、被覆導体２の中心点Ｆ１６から一方の端点Ｃ１３までの被覆導体部分、及び、被覆導体２の中心点Ｆ１６から他方の端点Ｄ１４までの被覆導体部分である。 Thus, an inductor is formed by the following four coated conductor portions with the toroidal core (annular core) 25 as a medium. That is, the coated conductor portion from the center point E15 of the coated conductor 1 to the one end point A11, the coated conductor portion from the center point E15 to the other end point B12 of the coated conductor 1, and the one end point C13 from the center point F16 of the coated conductor 2 And the coated conductor portion from the center point F16 of the coated conductor 2 to the other end point D14.

ここで、それぞれの被覆導体部分によって形成されるインダクタを以下のように対応付ける。すなわち、図４に示す送受信機３０の等価回路に示すように、被覆導体１の中心点Ｅ１５から一方の端点Ａ１１までの被覆導体部分によって形成されるインダクタを第１インダクタ２０に対応付け、被覆導体２の中心点Ｆ１６から一方の端点Ｃ１３までの被覆導体部分によって形成されるインダクタを第３インダクタ２１に対応付け、被覆導体１の中心点Ｅ１５から他方の端点Ｂ１２までの被覆導体部分によって形成されるインダクタを第２インダクタ２２に対応付け、そして、被覆導体２の中心点Ｆ１６から他方の端点Ｄ１４までの被覆導体部分によって形成されるインダクタを第４インダクタ２３に対応付ける。 Here, the inductors formed by the respective covered conductor portions are associated as follows. That is, as shown in the equivalent circuit of the transceiver 30 shown in FIG. 4, the inductor formed by the covered conductor portion from the center point E15 of the covered conductor 1 to the one end point A11 is associated with the first inductor 20, and the covered conductor. The inductor formed by the covered conductor portion from the second center point F16 to one end point C13 is associated with the third inductor 21, and is formed by the covered conductor portion from the center point E15 of the covered conductor 1 to the other end point B12. The inductor is associated with the second inductor 22, and the inductor formed by the coated conductor portion from the center point F 16 of the coated conductor 2 to the other end point D 14 is associated with the fourth inductor 23.

このとき、生成される第１インダクタ２０、第３インダクタ２１、第２インダクタ２２、及び、第４インダクタ２３のインダクタンスは、被覆導体対３の線材径、トロイダルコア（環状コア）への巻数、及び、トロイダルコア（環状コア）２５の特性によって決定される。また、第１インダクタ２０、第３インダクタ２１、第２インダクタ２２、及び、第４インダクタ２３は、前記のように共に形成条件を共有するため、ほほ均等なインダクタンスを有することになる。 At this time, the inductances of the generated first inductor 20, third inductor 21, second inductor 22, and fourth inductor 23 are the wire diameter of the coated conductor pair 3, the number of turns to the toroidal core (annular core), and , Determined by the characteristics of the toroidal core (annular core) 25. In addition, since the first inductor 20, the third inductor 21, the second inductor 22, and the fourth inductor 23 share the formation conditions as described above, they have a substantially uniform inductance.

前記のように、方向性結合器１００の構成部品としては、図１乃至図３に示すように被覆導体対３、キャパシタ２４、及び、１つのトロイダルコア（環状コア）２５だけであるが、図４の送受信機３０の等価回路で示すように、この構成で４個の均等なインダクタンスを有する第１インダクタ２０乃至第４インダクタ２３とを自己生成して４端子ＬＣ回路が構成される。このことが本実施形態による方向性結合器１００の特徴の１つである。そして、この４端子ＬＣ回路の端点Ａ１１、端点Ｂ１２、端点Ｃ１３及び端点Ｄ１４は、それぞれ送受信機３０の送信部３１、アンテナ３３、終端抵抗３２及び受信部３４に接続される。 As described above, the directional coupler 100 includes only the coated conductor pair 3, the capacitor 24, and one toroidal core (annular core) 25 as shown in FIGS. As shown in the equivalent circuit of the four transceivers 30, the first inductor 20 to the fourth inductor 23 having four equal inductances are self-generated in this configuration to constitute a four-terminal LC circuit. This is one of the features of the directional coupler 100 according to the present embodiment. The end point A11, the end point B12, the end point C13, and the end point D14 of the four-terminal LC circuit are connected to the transmission unit 31, the antenna 33, the termination resistor 32, and the reception unit 34 of the transceiver 30, respectively.

これら４つの第１インダクタ２０乃至第４インダクタ２３と１つのキャパシタ２４とから構成される本実施形態の方向性結合器１００を有する送受信機３０の動作を図５を参照して説明する。 The operation of the transceiver 30 having the directional coupler 100 of the present embodiment constituted by these four first inductors 20 to 23 and one capacitor 24 will be described with reference to FIG.

この方向性結合器１００は、第１インダクタ２０乃至第４インダクタ２３のそれぞれのインダクタンスがほぼ均等である対称形をしており、端点Ａ１１から信号を入力したときの特性と、端点Ｂ１２から信号を入力したときの特性が同じとなる可逆性をもつ。すなわち、本回路では、第１インダクタ２０乃至第４インダクタ２３は、図５に示すように、コイルに電流を流すと黒丸の方向に逆起電力が発生するように巻回されている。 The directional coupler 100 has a symmetrical shape in which the inductances of the first inductor 20 to the fourth inductor 23 are substantially equal, and the characteristics when a signal is input from the end point A11 and the signal from the end point B12. It has reversibility so that the characteristics when input are the same. That is, in this circuit, the first inductor 20 to the fourth inductor 23 are wound so that a counter electromotive force is generated in the direction of a black circle when a current is passed through the coil, as shown in FIG.

このため、端点Ａ１１から高周波信号を入力した場合、端点Ａ１１から第１インダクタ２０及び第２インダクタ２２を介して端点Ｂ１２に向かう電流Ｉ_Fと、端点Ａ１１から第１インダクタ２０、キャパシタ２４、及び第３インダクタ２１を介して端点Ｃ１３に向かう電流Ｉ_Tとが流れる。このとき、第１インダクタ２０と第２インダクタ２２との逆起電力は同相となり、第１インダクタ２０と第３インダクタ２１との電流は逆相となる。 Therefore, if you enter a high-frequency signal from the end point A11, and a current I _F toward the end point B12 from the end point A11 through the first inductor 20 and second inductor 22, first inductor 20 from the end point A11, a capacitor 24, and the A current I _T flowing toward the end point C13 flows through the three inductors 21. At this time, the back electromotive forces of the first inductor 20 and the second inductor 22 are in phase, and the currents of the first inductor 20 and the third inductor 21 are in reverse phase.

第１インダクタ２０と第３インダクタ２１との結合が密であるとき、第１インダクタ２０は、逆相電流による逆起電力が相互誘導（相互インダクタンス：Ｍ）により打ち消され、端点Ａ１１から端点Ｂ１２に向かう電流による逆起電力のみが発生する。また、第３インダクタ２１は、逆相電流により、打ち消され、逆起電力が発生しない。このため、第１インダクタ２０とキャパシタ２４とで直列共振回路が形成され、端点Ａ１１にある角周波数の信号は、端点Ｃ１３の終端抵抗１３で終端されると同時に、端点Ｂ１２に信号が出力される。
一方、受信部３４に対しては、第４インダクタ２３には電流Ｉ_Fと同相の誘導電流が流れるので、高インピーダンスとなり、端点Ａ１１にある角周波数の信号は、ほとんど出力されない。 When the coupling between the first inductor 20 and the third inductor 21 is dense, the counter electromotive force due to the reverse-phase current is canceled by the mutual induction (mutual inductance: M) in the first inductor 20, and the end point A11 is changed to the end point B12. Only the back electromotive force due to the current flowing in is generated. Further, the third inductor 21 is canceled by the reverse phase current, and no back electromotive force is generated. For this reason, a series resonance circuit is formed by the first inductor 20 and the capacitor 24, and an angular frequency signal at the end point A11 is terminated at the termination resistor 13 at the end point C13, and at the same time, a signal is output to the end point B12. .
On the other hand, with respect to the receiver 34, flows through the induction current of the current I _F phase with the fourth inductor 23 becomes a high impedance, the signal of the angular frequency in the end points A11 is hardly output.

また、端点Ｂ１２から高周波信号を入力した場合は前記とは対称的に、第２インダクタ２２と第１インダクタ２０との逆起電力は同相となる一方、第２インダクタ２２と第４インダクタ２３との電流Ｉ_Rは逆相となる。このとき、端点Ａ１１のインピーダンスが高ければ、端点Ｂ１２にある角周波数の信号を入力すると、端点Ａ１１には信号が出力されずに、キャパシタ２４を通過した信号が端点Ｄ１４へ出力される。また、端点Ｃ１３へは第３インダクタ２１のインピーダンスが高くなるため、ほとんど出力されない。 When a high frequency signal is input from the end point B12, the back electromotive force of the second inductor 22 and the first inductor 20 is in phase with the second inductor 22 and the fourth inductor 23 in contrast to the above. The current I _R is in reverse phase. At this time, if the impedance of the end point A11 is high, when an angular frequency signal at the end point B12 is input, no signal is output to the end point A11, and a signal that has passed through the capacitor 24 is output to the end point D14. Moreover, since the impedance of the 3rd inductor 21 becomes high to the end point C13, it is hardly output.

ここで、端点Ａ１１からの入力信号に対する端点Ｃ１３での信号レベルを結合量と呼び、端点Ａ１１からの入力信号に対する端点Ｂ１２での信号レベルを挿入損失と呼び、端点Ａ１１からの入力信号に対する端点Ｄ１４での信号レベルを漏洩量と呼ぶことにする。被覆導体対３の線材の径、キャパシタ２４のキャパシタンス、及び、トロイダルコア（環状コア）２５の特性を適切に選択することで、所望の周波数（ここでは１３．５ＭＨｚ）において、結合量、挿入損失に比べて漏洩量を充分に小さな値とする良好な方向性結合特性を得ることができる。 Here, the signal level at the end point C13 with respect to the input signal from the end point A11 is referred to as a coupling amount, the signal level at the end point B12 with respect to the input signal from the end point A11 is referred to as insertion loss, and the end point D14 with respect to the input signal from the end point A11. The signal level at is called the leakage amount. By appropriately selecting the diameter of the wire of the coated conductor pair 3, the capacitance of the capacitor 24, and the characteristics of the toroidal core (annular core) 25, the coupling amount and insertion loss at a desired frequency (here, 13.5 MHz). Compared to the above, it is possible to obtain a good directional coupling characteristic in which the leakage amount is sufficiently small.

いま、使用した部品の諸特性を次のように選ぶ。
キャパシタ２４・・・キャパシタンス：８２ｐＦ
被覆導体対３（被覆導体１、２）・・・線径：０．２６ｍｍφ
トロイダルコア（環状コア）２５とコイル巻数・・・
初透磁率μi：１５０（＠１３．５ＭＨｚ）
相対損失係数tａｎδ／μi：１．４×１０^-4（＠１３．５ＭＨｚ）
外径：５．８ｍｍ、内径：３．０ｍｍ、厚さ：１．５ｍｍ
コイル巻数：キャパシタ２４を中心として各端点まで１ターン Now, select the characteristics of the parts used as follows.
Capacitor 24 ... capacitance: 82 pF
Coated conductor pair 3 (coated conductors 1 and 2)... Wire diameter: 0.26 mmφ
Toroidal core (annular core) 25 and number of coil turns
Initial permeability μi: 150 (@ 13.5 MHz)
Relative loss factor tan δ / μi: 1.4 × 10 ⁻⁴ (@ 13.5 MHz)
Outer diameter: 5.8 mm, inner diameter: 3.0 mm, thickness: 1.5 mm
Number of coil turns: 1 turn from capacitor 24 to each end point

これらの条件からインダクタ２０、２１、２２、２３のインダクタンスＬは、
Ｌ＝μｉＳＮ²／ｌ_０（１）
で与えられる。ここで、Ｓはコアの断面積、Ｎはコイル巻数（ここでは１ターンとする）、そして、ｌ_０はコアの実効中心軸の円周である。前記条件から、インダクタンスの値は、
Ｌ＝２．１７２×１０^-5［Ｈ］
となる。 From these conditions, the inductance L of the inductors 20, 21, 22, 23 is
L = μiSN ² / l ₀ (1)
Given in. Here, S is the cross-sectional area of the core, N is the number of coil turns (here, 1 turn), and ₁₀ is the circumference of the effective central axis of the core. From the above conditions, the inductance value is
L = 2.172 × 10 ⁻⁵ [H]
It becomes.

この場合の本実施形態での端点Ａ１１から入力される０〜４５ＭＨｚまでの周波数成分の周波数を横軸（単位：ＭＨｚ）に、その周波数における信号レベル（ｄＢ）を縦軸として、前記結合量、挿入損失及び漏洩量を測定した特性図を図６乃至図８に示す。なお、各図には、入力される入力信号レベルの参照信号として端点Ａ１１から信号を入力した場合の端点Ａ１１における反射レベルも参考測定値として示した。 In this case, the frequency of the frequency component from 0 to 45 MHz inputted from the end point A11 in this embodiment is set on the horizontal axis (unit: MHz), and the signal level (dB) at the frequency is set on the vertical axis. 6 to 8 show characteristic diagrams in which the insertion loss and the leakage amount are measured. In each figure, the reflection level at the end point A11 when a signal is input from the end point A11 as a reference signal of the input signal level to be input is also shown as a reference measurement value.

図６乃至図８を参照して周波数１３．５ＭＨｚにおける結合量、挿入損失及び漏洩量の特性の信号レベルを比較すると、
結合量：−９ｄＢ
挿入損失：−０．８ｄＢ
漏洩量：−５３ｄＢ
となり、端点Ｃ１３と、端点Ｄ１４との間のアイソレーションは
アイソレーション：−９ｄＢ−（−５３ｄＢ）＝４４ｄＢ
となる。
よって、端点Ａ１１から入力された信号は、−０．８ｄＢの損失で端点Ｂ１２に出力されると共に、−９ｄＢの損失を持って端点Ｃ１３に出力されるが、端点Ｄ１４には−５３ｄＢのレベルでしか出力されないことが分かる。
この回路は、可逆的であるので、端点Ｂ１２から信号を入力した場合でも、−０．８ｄＢの損失で端点Ａ１１に出力され、−９ｄＢの損失を持って端点Ｄ１４に出力されるが、端点Ｃ１３には−５３ｄＢのレベルでしか出力されないことになる。 When comparing the signal levels of the coupling amount, insertion loss, and leakage amount characteristics at a frequency of 13.5 MHz with reference to FIGS.
Binding amount: -9 dB
Insertion loss: -0.8 dB
Leakage amount: -53dB
And the isolation between the end point C13 and the end point D14 is
Isolation: -9 dB-(-53 dB) = 44 dB
It becomes.
Therefore, the signal input from the end point A11 is output to the end point B12 with a loss of -0.8 dB and output to the end point C13 with a loss of -9 dB, but at the end point D14 at a level of -53 dB. It turns out that it is output only.
Since this circuit is reversible, even when a signal is input from the end point B12, it is output to the end point A11 with a loss of −0.8 dB and output to the end point D14 with a loss of −9 dB. Is output only at a level of -53 dB.

ここで、図４において、送信部３１に対応する端点Ａ１１からＲＦＩＤタグに対する送信信号を入力し、端点Ｂ１２からアンテナ３３を介してＲＦＩＤタグに送信すると共に、アンテナ３３に対応する端点Ｂ１２からＲＦＩＤタグからの受信信号を入力して端点Ｄ１４に接続される受信部３４で受信する場合を考える。なお、端点Ｃ１３には終端抵抗３２が接続されている。 Here, in FIG. 4, a transmission signal for the RFID tag is input from the end point A11 corresponding to the transmission unit 31 and is transmitted from the end point B12 to the RFID tag via the antenna 33, and from the end point B12 corresponding to the antenna 33 to the RFID tag. Let us consider a case where a reception signal from is input and received by the reception unit 34 connected to the end point D14. A terminal resistor 32 is connected to the end point C13.

端点Ｄ１４に接続される受信部３４は、入力電力に対して最大許容限界を有する。このため、大電力である送信部３１の送信出力を損失の大きな結合器を介して受信部３４と接続することが必要になる。しかし、結合器の損失は受信部３４からの受信信号の損失となるため、１３．５ＭＨｚ帯を用いるＲＦＩＤタグからの微少信号の受信が困難になる結果を生じる。そこで、結合器に方向性を持たせ、送信部３１からの送信信号は充分減衰して受信部３４に送られるようにすることで、アンテナ３３から受信部３４への受信信号の結合損失を増加させることなく、送信部３１からの送信出力を増大させることができる。 The receiving unit 34 connected to the end point D14 has a maximum allowable limit with respect to the input power. For this reason, it is necessary to connect the transmission output of the transmission unit 31 having high power to the reception unit 34 through a coupler with a large loss. However, since the loss of the coupler results in the loss of the reception signal from the reception unit 34, it results in difficulty in receiving a minute signal from the RFID tag using the 13.5 MHz band. Therefore, by giving the coupler a directivity so that the transmission signal from the transmission unit 31 is sufficiently attenuated and sent to the reception unit 34, the coupling loss of the reception signal from the antenna 33 to the reception unit 34 is increased. Without this, the transmission output from the transmission unit 31 can be increased.

このように、本実施形態によれば、１つのキャパシタと、４つの均等な被覆導体部分と、１つのトロイダルコア（環状コア）とにより４端子ＬＣ回路からなる方向性結合器を構成しているため、使用部品の点数が少ない。これにより、結合器に方向性を持たせ、ＲＦＩＤリーダライタからの送信信号とＲＦＩＤタグからの受信信号を分離し、受信部の入力信号を最大許容限界内に抑えることができ、小型の方向性結合器及び送受信機を容易に実現することができる。さらに、部品点数が少ないため、製造が容易で、実装面積が少なく、小型廉価に製造でき、大量生産した場合の品質のばらつきが少ない等の利点も有する。 Thus, according to the present embodiment, a directional coupler including a four-terminal LC circuit is configured by one capacitor, four equal coated conductor portions, and one toroidal core (annular core). Therefore, the number of parts used is small. As a result, the coupler has directionality, the transmission signal from the RFID reader / writer is separated from the reception signal from the RFID tag, and the input signal of the receiving unit can be kept within the maximum allowable limit. A coupler and a transceiver can be easily realized. Further, since the number of parts is small, the manufacturing is easy, the mounting area is small, the device can be manufactured in a small size and at a low cost, and there are also advantages such as less variation in quality when mass-produced.

（第２の実施形態）
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の第２の実施形態の方向性結合器２００の構成を説明する。図９は、第２の実施形態の方向性結合器２００の外観斜視図であり、図１０は、その側面図である。そして、図１１は、この方向性結合器２００の構成要素である被覆導体対（撚り線対）４とキャパシタ２４との結線図である。 (Second Embodiment)
Next, the configuration of the directional coupler 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG. 9 is an external perspective view of the directional coupler 200 of the second embodiment, and FIG. 10 is a side view thereof. FIG. 11 is a connection diagram of the coated conductor pair (twisted wire pair) 4 and the capacitor 24, which are components of the directional coupler 200.

この実施形態が前記第１の実施形態と異なっている点は、被覆導体対（撚り線対）４として、撚り線対（ツイストペア：twisted pair）を用いていることである。図１１及び図３を参照してに示すと、被覆導体対（撚り線対）４を形成する被覆導体部分は、一方の撚り線対は、中心点Ｅ１５から端点Ａ１１までの被覆導体１の部分と中心点Ｆ１６から端点Ｃ１３までの被覆導体２の部分であり、他方の撚り線対は、中心点Ｅ１５から端点Ｂ１２までの被覆導体１の部分と中心点Ｆ１６から端点Ｄ１４までの被覆導体２の部分とがそれぞれ撚り線対を形成した形態である。 This embodiment is different from the first embodiment in that a twisted pair is used as the covered conductor pair (twisted wire pair) 4. As shown in FIG. 11 and FIG. 3, the coated conductor portion forming the coated conductor pair (twisted wire pair) 4 is a portion of the coated conductor 1 from the center point E15 to the end point A11. And a portion of the covered conductor 2 from the center point F16 to the end point C13, and the other twisted wire pair is a portion of the covered conductor 1 from the center point E15 to the end point B12 and a portion of the covered conductor 2 from the center point F16 to the end point D14. Each part forms a twisted wire pair.

図９乃至図１１に示すように、実際に撚り線対を作製する場合は、キャパシタ２４との接続点である中心点１５及び中心点１６と、撚り線対が始まる部分とは、第１の実施形態と比べて、離間しているが、方向性結合器としての電気的特性に変化はない。むしろ、撚り線対を構成するインダクタ同士、第１インダクタ２０と第３インダクタ２１との結合と、第２インダクタ２２と第４インダクタ２３との結合が密になり、方向性結合器の結合分離特性を向上させる効果を有する。また、外部の磁界によって誘起される電圧が撚りによって反転されて打ち消し合うので、誘導や漏話が低減される等の利点がある。 As shown in FIGS. 9 to 11, when a twisted wire pair is actually manufactured, the center point 15 and the center point 16 that are connection points with the capacitor 24 and the portion where the twisted wire pair starts are Compared to the embodiment, the electrical characteristics of the directional coupler are not changed although they are separated from each other. Rather, the inductors constituting the twisted wire pair, the coupling of the first inductor 20 and the third inductor 21, and the coupling of the second inductor 22 and the fourth inductor 23 become dense, and the coupling separation characteristic of the directional coupler is obtained. Has the effect of improving. Moreover, since the voltage induced by the external magnetic field is reversed by the twist and cancels each other, there is an advantage that induction and crosstalk are reduced.

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、数１の式に示されるように、被覆導体対のトロイダルコア（環状コア）への巻数を増減することでインダクタのインダクタンスを自由に変えることができるので、容易に周波数特性を変更することができる。 (Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, as shown in Equation 1, the inductance of the inductor can be freely changed by increasing or decreasing the number of turns of the coated conductor pair on the toroidal core (annular core), so that the frequency characteristics can be easily changed. Can do.

図１２に、異なった巻き数についての被覆導体対３のトロイダルコア（環状コア）２５への巻数と、キャパシタ２４の取り付け位置とを示した。被覆導体対３の巻数に応じて、方向性結合器の４つのインダクタのインダクタンスを均等にして対称性を確保するために、キャパシタ２４の取り付け位置をトロイダルコア（環状コア）２５の内周表面に設けることも可能である（図１２における（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）の場合）。 FIG. 12 shows the number of turns of the coated conductor pair 3 on the toroidal core (annular core) 25 and the mounting position of the capacitor 24 for different numbers of turns. In accordance with the number of turns of the coated conductor pair 3, the mounting position of the capacitor 24 is placed on the inner peripheral surface of the toroidal core (annular core) 25 to equalize the inductance of the four inductors of the directional coupler and ensure symmetry. It is also possible to provide them (in the case of (a), (b), (e), (f) in FIG. 12).

（比較例）
この比較例は、具体的には、背景技術の説明において記載したように、被覆導体を複数(２つ以上)の環状コアに巻回したインダクタやキャパシタを基板上に実装して構成する場合が該当する。方向性結合器の特性は、これらの特性ばらつきの影響により、変化しやすく、特に、インダクタを基板に実装した場合、その被覆導体の長さや環状コアの特性のばらつきによってインダクタのインダクタンスが変化し、方向性結合器の特性に影響を与えてしまう。結果的に、送受信機の特性を得ることができない事態になってしまう。 (Comparative example)
Specifically, as described in the background art description, this comparative example may be configured by mounting an inductor or a capacitor in which a coated conductor is wound around a plurality (two or more) annular cores on a substrate. Applicable. The characteristics of directional couplers are likely to change due to the effects of these characteristic variations.In particular, when an inductor is mounted on a substrate, the inductance of the inductor changes due to variations in the length of the coated conductor and the characteristics of the annular core. This will affect the characteristics of the directional coupler. As a result, the characteristics of the transceiver cannot be obtained.

たとえば、図１３を参照して説明すると、第１インダクタ２０ａと第２インダクタ２２ａとが均等でなく、第３インダクタ２１ａと第４インダクタ２３ａとが均等でなかった場合は、送信部３１からの送信信号とアンテナ３３からの受信信号とにおいて減衰特性に違いが生じることになる。この場合、送信部３１とアンテナ３３との間でのアンテナ３３への送信信号Ａの挿入損失Ａとアンテナ３３から送信部３１への受信信号Ｂの挿入損失Ｂの対称性が失われる。また、送信部３１と終端抵抗３２との間での送信部３１から終端抵抗３２に対する送信信号Ａの結合量Ａとアンテナ３３と受信部３４との間でのアンテナ３３に対する受信信号Ｂの結合量Ｂとの対称性が失われる。さらに、送信部Ａから受信部３４への漏洩量Ａとアンテナ３３から終端抵抗３２への漏洩量Ｂとの対称性が失われる。 For example, referring to FIG. 13, when the first inductor 20a and the second inductor 22a are not equal, and the third inductor 21a and the fourth inductor 23a are not equal, transmission from the transmission unit 31 is performed. There is a difference in attenuation characteristics between the signal and the received signal from the antenna 33. In this case, the symmetry between the insertion loss A of the transmission signal A to the antenna 33 and the insertion loss B of the reception signal B from the antenna 33 to the transmission unit 31 between the transmission unit 31 and the antenna 33 is lost. Further, the coupling amount A of the transmission signal A from the transmission unit 31 to the termination resistor 32 between the transmission unit 31 and the termination resistor 32 and the coupling amount of the reception signal B to the antenna 33 between the antenna 33 and the reception unit 34. Symmetry with B is lost. Further, the symmetry between the leakage amount A from the transmission unit A to the reception unit 34 and the leakage amount B from the antenna 33 to the termination resistor 32 is lost.

すなわち、方向性結合器としての対称性が失われることになる。その結果、送信部３１からの送信信号の送信出力を最大化できず、また、受信部３４及びこれに続く方向性結合器以後の信号処理部において，必要とされる信号レベルの受信信号を得ることができない事態が発生することになる。 That is, the symmetry as a directional coupler is lost. As a result, the transmission output of the transmission signal from the transmission unit 31 cannot be maximized, and a reception signal having a required signal level is obtained in the reception unit 34 and the signal processing unit subsequent to the directional coupler. A situation that cannot be done will occur.

本発明の方向性結合器の第１の実施形態の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of 1st Embodiment of the directional coupler of this invention. 第１の実施形態の方向性結合器の側面図である。It is a side view of the directional coupler of 1st Embodiment. 第１の実施形態の方向性結合器の構成要素である被覆導体対とキャパシタとの結線図である。It is a connection diagram of a covered conductor pair and a capacitor, which are components of the directional coupler of the first embodiment. 本発明の方向性結合器を備えた送受信機の第１の実施形態の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of 1st Embodiment of the transmitter / receiver provided with the directional coupler of this invention. 本発明の方向性結合器を備えた送受信機の第１の実施形態の等価回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the equivalent circuit of 1st Embodiment of the transmitter / receiver provided with the directional coupler of this invention. 第１の実施形態の方向性結合器の結合量特性を示す図である。It is a figure which shows the coupling | bonding amount characteristic of the directional coupler of 1st Embodiment. 第１の実施形態の方向性結合器の挿入損失特性を示す図である。It is a figure which shows the insertion loss characteristic of the directional coupler of 1st Embodiment. 第１の実施形態の方向性結合器の漏洩量特性を示す図である。It is a figure which shows the leakage amount characteristic of the directional coupler of 1st Embodiment. 本発明の方向性結合器の第２の実施形態の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of 2nd Embodiment of the directional coupler of this invention. 第２の実施形態の方向性結合器の側面図である。It is a side view of the directional coupler of 2nd Embodiment. 第２の実施形態の方向性結合器の構成要素である被覆導体対とキャパシタとの結線図である。It is a connection diagram of a covered conductor pair and a capacitor, which are components of the directional coupler of the second embodiment. 本発明の実施形態の方向性結合器の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the directional coupler of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の比較例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the comparative example of embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１、２被覆導体
３被覆導体対
４被覆導体対（撚り線対）
１１端点Ａ
１２端点Ｂ
１３端点Ｃ
１４端点Ｄ
１５中心点Ｅ
１６中心点Ｆ
２０、２０ａ第１インダクタ
２１、２１ａ第３インダクタ
２２、２２ａ第２インダクタ
２３、２３ａ第４インダクタ
２４キャパシタ
２５トロイダルコア（環状コア）
３０送受信機
３１送信部
３２終端抵抗
３３アンテナ
３４受信部
１００、２００方向性結合器 1, 2 Coated conductor 3 Coated conductor pair 4 Coated conductor pair (stranded wire pair)
11 End point A
12 End point B
13 End point C
14 End point D
15 Center point E
16 Center point F
20, 20a First inductor 21, 21a Third inductor 22, 22a Second inductor 23, 23a Fourth inductor 24 Capacitor 25 Toroidal core (annular core)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Transmitter / receiver 31 Transmitter 32 Termination resistance 33 Antenna 34 Receiver 100, 200 Directional coupler

Claims

A single annular core,
A pair of coated conductors obtained by winding the same two coated conductors around the single annular core in the same direction;
A capacitor having the center points of the pair of coated conductors connected to each other;
The capacitor is mounted on the surface of the single annular core together with the coated conductor pair.

The length from the center point to one end of the coated conductor pair and the number of turns to the annular core, and the length from the center point to the other end and the number of turns to the annular core are the same. The directional coupler according to 1.

The directional coupler according to claim 1 or 2, wherein the two coated conductors constitute a twisted wire pair.

The length from the center point to one end of the twisted wire pair and the number of turns to the annular core, and the length from the center point to the other end and the number of turns to the annular core are the same. 3. The directional coupler according to 3.

A first inductor pair in which a first inductor and a second inductor are connected in series;
A second inductor pair in which a third inductor and a fourth inductor are connected in series;
A directional coupler configured to include a capacitor connected between a connection point of the first inductor pair and a connection point of the second inductor pair;
The first inductor, the second inductor, the third inductor, and the fourth inductor are configured together with the capacitor in which the same coated conductor is wound around a single annular core in the same direction with the same number of turns. A directional coupler characterized by comprising:

The coated conductor of the first inductor and the coated conductor of the third inductor constitute a stranded wire pair, and the coated conductor of the second inductor and the coated conductor of the fourth inductor constitute another stranded wire pair. 6. The directional coupler according to claim 5, wherein the directional coupler is provided.

The directional coupler according to any one of claims 1 to 6, wherein the annular core is an annular ferrite core.

A transceiver comprising the directional coupler according to any one of claims 1 to 7.