JP2011211859A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a power supply device having a circuit structure in a laminated body, among power supply devices having an energy harvesting function of receiving radio waves coming from outside and extracting DC power.
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。
Generally, a secondary battery is mounted on a portable electronic device such as a mobile phone, and the secondary battery needs to be charged when used to some extent. However, a mobile phone or the like usually has a long standby operation time that consumes less power than a transmission operation. Devices such as sensors that are installed in facilities that are difficult to access and operate intermittently are known, but this type of sensor also consumes less power. If it is possible to eliminate the need for installing a secondary battery, replacing the battery, or laying a cable for such a device with low power consumption, the utility value of these devices can be increased. Therefore, conventionally, energy harvesting that draws electric power from energy existing in the natural environment has attracted attention. For example, techniques for receiving radio waves used in urban spaces and taking out DC power have been proposed (see, for example,
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配置される回路が存在すると、回路素子の導体パターンの影響によりアンテナ特性が劣化することは避けられない。また、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。 It is desirable that the power supply apparatus having the above-described energy harvesting function is configured to be small and low cost. For example, if an antenna and various circuits are integrally arranged using a multilayer laminate in which dielectric layers and conductor layers are alternately laminated, a reduction in size and cost can be realized. However, since a high-frequency signal is transmitted inside the power supply device, electromagnetic interference when a small-sized laminated antenna and circuit are integrated becomes a problem. In particular, if there is a circuit disposed opposite to the antenna between different layers of the laminate, it is inevitable that the antenna characteristics deteriorate due to the influence of the conductor pattern of the circuit element. Further, if an external antenna is attached or the size of the laminate itself is increased in order to prevent such deterioration of the antenna characteristics, it becomes impossible to realize a reduction in size and cost of the power supply device.
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、アンテナと回路との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。 The present invention has been made to solve these problems, and the antenna and circuit are integrally arranged in a laminate to reduce the size and cost, and the antenna is caused by interference between the antenna and the circuit. It is an object of the present invention to provide a power supply device having an energy harvesting function that can prevent deterioration of characteristics.
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、前記アンテナは、前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域と前記積層体の積層方向で重ならないことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a power supply device according to the present invention includes an antenna for receiving radio waves from the outside in a power supply device configured using a laminate in which insulating layers and conductor layers are alternately laminated, and the antenna. An input circuit for receiving the received signal and a rectifier circuit for rectifying the output AC voltage of the input circuit and converting it to a DC voltage are each configured in the laminate, and the antenna includes the input circuit and the rectifier circuit. It is characterized by not overlapping with the arranged circuit area in the stacking direction of the stack.
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、アンテナと回路領域を積層方向で重ならないように配置したので、回路領域とアンテナの電磁的干渉を抑制することができる。すなわち、回路領域で平面状に配置される回路素子の導体パターンは、アンテナに対し、平面方向に比べて積層方向に強く影響を及ぼすことから、本発明の配置によりアンテナ特性の劣化を小さくするものである。従って、多層の積層体を用いて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、小型かつ低コストの電源装置を実現することができる。 According to the power supply device of the present invention, since the antenna, the circuit area in which the input circuit and the rectifier circuit are arranged are configured in the laminate, and the antenna and the circuit area are arranged so as not to overlap in the stacking direction. And electromagnetic interference of the antenna can be suppressed. That is, the conductor pattern of the circuit elements arranged in a plane in the circuit area has a stronger influence on the antenna in the stacking direction than in the plane direction. It is. Therefore, it is possible to realize a small and low-cost power supply device while arranging the antenna and the circuit region integrally using a multilayer laminate and ensuring good antenna characteristics.
本発明の電源装置には、前記アンテナと前記回路領域に加えて、前記アンテナ及び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アンテナの接地板として機能すると同時に前記回路領域のシールド板としても機能する。 In the power supply device of the present invention, in addition to the antenna and the circuit region, it is desirable to form a ground pattern that is opposed to the antenna, the circuit region, and one side in the stacking direction of the stacked body. As a result, this ground pattern functions as a ground plate for the antenna as well as a shield plate for the circuit area.
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。また、前記入力回路は、複数の回路を直列に接続して構成してもよい。例えば、整合回路、トランス、同調回路のうちの2つを直列に接続して入力回路としてもよい。 The input circuit can be composed of various circuits. For example, the input circuit may include a matching circuit for matching the impedance of the antenna, or may include a transformer having a primary coil connected to the antenna and a secondary coil connected to the rectifier circuit. Also good. The input circuit may be configured by connecting a plurality of circuits in series. For example, two of a matching circuit, a transformer, and a tuning circuit may be connected in series to serve as an input circuit.
前記積層体には多様な配置を持たせることができる。例えば、前記アンテナだけではなく、前記トランスを、前記回路領域のうちインダクタ及びコンデンサが配置された領域と前記積層体の積層方向で重ならないようにしてもよい。あるいは、前記回路領域のうちインダクタ及びコンデンサが配置された領域を、前記積層体の内層の導体パターンにより構成してもよい。 The laminate can have various arrangements. For example, not only the antenna but also the transformer may be configured not to overlap an area where the inductor and the capacitor are arranged in the circuit area in the stacking direction of the stacked body. Or you may comprise the area | region where the inductor and the capacitor | condenser are arrange | positioned among the said circuit area | regions with the conductor pattern of the inner layer of the said laminated body.
前記アンテナとして多様な形態を採用することができる。例えば、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。この場合、前記積層体の表面に、前記チップアンテナと、前記整流回路に含まれる電子部品とを実装することができる。また、前記アンテナを、前記積層体の内層の導体パターンにより構成してもよい。 Various forms can be adopted as the antenna. For example, a chip antenna mounted on the surface of the laminate may be used. In this case, the chip antenna and the electronic component included in the rectifier circuit can be mounted on the surface of the laminate. Moreover, you may comprise the said antenna by the conductor pattern of the inner layer of the said laminated body.
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、アンテナと回路領域を積層方向で重ならないように配置することより、回路領域の回路素子からアンテナ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。よって、良好なアンテナ特性を保ちつつ、小サイズの積層体を用いて小型かつ低コストに構成可能とし、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する利便性の高い電源装置を実現することができる。 According to the present invention, in a power supply device configured by integrating an antenna and various circuits in a laminated body, the antenna and the circuit area are arranged so as not to overlap in the stacking direction, so that the circuit elements in the circuit area are connected to the antenna. An adverse effect caused by electromagnetic interference can be suppressed. Therefore, while maintaining good antenna characteristics, it is possible to configure a small size and low cost by using a small-sized laminate, and thereby a highly convenient power supply device that supplies power to portable devices, sensors, etc. in the field of energy harvesting Can be realized.
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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, two embodiment to which this invention is applied is described sequentially.
[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。
[First embodiment]
FIG. 1 shows an example of a circuit configuration of the
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。
The
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。
The
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、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。
The
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。
The DC voltage obtained by the
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。
Next, an example of the structure of the stacked body in which the
図2(A)に示すように、上方から見た積層体20は平面方向で2つの領域R1、R2に区分されている。領域R1には、図1のアンテナ10としてのチップアンテナ10aが配置されている。領域R2には、図1の整流回路12の回路部品である2つのダイオードD1、D2が配置されている。例えば、図2(A)の積層体20は、30mm×40mmの矩形状に形成される。
As shown in FIG. 2A, the
また、図2(B)に示すように、側面から見た積層体20において、領域R1は積層方向(積層体20の平面方向に直交する方向)で重なる全層を含むものとし、領域R2は積層方向で重なる全層を含むものとする。図2の例では、積層体20の表面の配置されたチップアンテナ10a及びダイオードD1、D2以外の回路素子は、領域R2に含まれる内層領域R2aの導体パターン及びビア導体により構成される。
As shown in FIG. 2B, in the stacked
第1実施形態の構造上の特徴は、少なくともアンテナ10が積層体20の積層方向で回路領域と重ならない点にある。領域R1は、アンテナ10としてのチップアンテナ10aを含む範囲に設定され、チップアンテナ10a以外にはグランドパターンと給電点付近のパターンのみを含むだけで、整合回路11及び整流回路12の回路素子やパターンは含んでいない。一方、領域R2は、整合回路11及び整流回路12が構成される回路領域であって、表面のダイオードD1、D2と、内層領域R2a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、2つの領域R1、R2が積層方向で区分して設定されていることから、少なくともチップアンテナ10aが回路領域と積層方向で重ならないという条件を満たすことになる。
The structural feature of the first embodiment is that at least the
なお、図2の配置は一例であって、上記条件を満たす限り領域R1、R2の配置を自在に変更できる。例えば、領域R1はチップアンテナ10aを含むより狭い範囲に設定でき、あるいは回路領域と重ならないより広い範囲に設定できる。また、領域R2は回路領域を含むより狭い範囲に設定でき、あるいはチップアンテナ10aと重ならないより広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。
The arrangement in FIG. 2 is an example, and the arrangement of the regions R1 and R2 can be freely changed as long as the above conditions are satisfied. For example, the region R1 can be set to a narrower range including the
第1実施形態では、アンテナ10を回路領域と積層方向で重ならないように配置することにより、回路領域の回路素子からアンテナ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、かつ回路領域のコンデンサや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、アンテナ10と回路領域が平面方向で別々の領域にあるときは電磁的な結合が小さくなる一方、両者が積層方向で対向するときは電磁的な結合が大きくなる。その結果、図2のような配置を採用すれば、アンテナ10と回路領域の電磁的結合が抑えられ、アンテナ10の放射特性や周波数特性の劣化を防止することができる。
In the first embodiment, by arranging the
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L1〜L5が積層されている。これらの誘電体層L1〜L5は、例えばセラミックを用いて形成される。誘電体層L1〜L5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。また、最上層の誘電体層L5には、図2のチップアンテナ10a及びダイオードD1、D2が実装されるとともに、外部端子Toの側面電極が形成されている。なお、図3の誘電体層L1〜L5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。
FIG. 3 is a perspective view showing a structural example of each layer of the
最上層の誘電体層L5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37に接続され、導体パターン37はビア導体V4を介して誘電体層L4の導体パターン36と誘電体層L3の導体パターン33にそれぞれ接続されている。誘電体層L4の導体パターン36は、ビア導体V5、誘電体層L3の導体パターン34、ビア導体V3、誘電体層L2の導体パターン32、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L1の全面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L3の導体パターン33は、対向配置される誘電体層L4の導体パターン35とコンデンサC1を構成する。
The
誘電体層L4の導体パターン35は図1のノードN1に対応し、ビア導体V6を介して最上層の誘電体層L5のダイオードD2のカソードに接続され、さらに導体パターン38を介してダイオードD1のアノードにも接続される。ダイオードD2のアノードは誘電体層L5の略半分の領域を覆うグランドパターン40に接続されている。また、ダイオードD1のカソードは導体パターン39に接続され、導体パターン39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39はビア導体V2を介して誘電体層L2の導体パターン31に接続される。この導体パターン31は誘電体層L1のグランドパターン30に対向配置され、コンデンサC2を構成する。
The
以上のように、チップアンテナ10aは、給電点の導体パターン37を除き、誘電体層L1のグランドパターン30のみと積層方向で重なる位置関係にある。また、チップアンテナ10aを含む領域R1まで広げても、グランドパターン40は存在するが、他の回路領域の導体パターンやビア導体は存在しないことがわかる。一方、回路領域である領域R2は、誘電体層L5のダイオードD1、D2に加えて、導体パターン31〜36などを含む内層領域R2aが存在し、グランドパターン30、40とも積層方向で重なる位置関係にある。
As described above, the
ここで、誘電体層L1のグランドパターン30に着目すると、グランドパターン30は、その上層に配置されるチップアンテナ10a及び回路領域のそれぞれと対向配置されている。よって、グランドパターン30は、チップアンテナ10aのアンテナ特性を向上させる接地板として機能するとともに、回路領域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も機能する。なお、グランドパターン30を内層の誘電体層L2〜L4に形成することも可能であるが、かかる構造ではチップアンテナ10aの接地板としては機能するが、グランドパターン30を挟んで両側に回路領域が存在するとシールド板としては機能しなくなる。
Here, paying attention to the
[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。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows an example of a circuit configuration of the
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。
The
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D1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D2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。
The
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。
The basic function of the
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、領域区分において違いがある。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。
Next, a structural example of the stacked
図5(A)に示すように、積層体20は平面方向で3つの領域R1、R2、R3に区分されている。すなわち、2つのダイオードD1、D2が配置される領域R2はほぼ図2と同様であるが、図2の領域R1をさらに2つの領域R1、R3に区分している。領域R1には、図2の領域R1と同様のチップアンテナ10aが配置され、領域R3には図4のトランス13が配置されている。なお、領域R2に含まれる内層領域R2aについては、図2の場合と同じ意味である。
As shown in FIG. 5A, the
第2実施形態の構造上の特徴は、少なくともアンテナ10が積層方向で回路領域と重ならない点に加えて、トランス13も積層方向で回路領域と重ならない点にある。領域R3は、積層体20の表面に実装された比較的大きな外形のトランス13を含む範囲に設定され、領域R3は回路領域とは積層方向で重ならない。このような配置により、トランス13の一次コイルや二次コイルが回路領域の回路素子と電磁的に結合することにより、回路素子の高周波特性を劣化させることを防止することができる。また、アンテナ10とトランス13を積層方向で重ならない配置とすることは、第1実施形態で説明した通り、アンテナ10の特性劣化を防止するためである。
The structural feature of the second embodiment is that at least the
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L5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、最下層の誘電体層L1の全面を覆うグランドパターン30の役割については第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, a structural example of each layer (FIG. 3) is omitted, but the basic structure using the conductor pattern and the via conductor is common to the first embodiment. However, in the second embodiment, it is necessary to configure the
[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。図6〜図8は、電源装置1の回路構成についての変形例を示している。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の例として、第1実施形態では整合回路11(図1)、第2実施形態ではトランス13(図4)をそれぞれ示したが、これらに限らず、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。
[Modification]
The
図6は、電源装置1の回路構成の第1の変形例を示している。図6の第1の変形例では、アンテナ10の給電点とノードN2との間に、整合回路11と同調回路14を直列に接続した入力回路が構成されている。整合回路11は図1と同様の構成を有する。同調回路14は、インダクタL2とコンデンサC4からなる並列共振回路からなり、この並列共振回路がノードN2とグランド電位との間に接続されている。同調回路14は、アンテナ10の受信信号のうち所定の周波数帯域の成分を選択的に通過させる。例えば、電波塔や基地局の近辺などの特定の周波数帯域の電波を受信する場合には、図6の回路構成が適している。
FIG. 6 shows a first modification of the circuit configuration of the
図7は、電源装置1の回路構成の第2の変形例を示している。図7の第2の変形例では、アンテナ10の給電点とノードN2との間に、整合回路11とトランス13を直列に接続した入力回路が構成されている。整合回路11は図1と同様の構成を有し、トランス13は図4と同様の構成を有する。図7の回路構成は、整合回路11によりアンテナ10のインピーダンスを整合して受信信号の損失を低減し、トランス13により電圧振幅を拡大するので、電界強度が小さい環境下で電波を受信する場合に適している。
FIG. 7 shows a second modification of the circuit configuration of the
図8は、電源装置1の回路構成の第3の変形例を示している。図8の第3の変形例では、アンテナ10の給電点とノードN2との間に、トランス13と整合回路11aを直列に接続した入力回路が構成されている。図8は、図7の整合回路11とトランス13の位置を入れ替えた構成に対応する。トランス13は図4及び図7と同様であるが、整合回路11aは、図1および図7とは異なり、トランス13の二次コイルとノードN2との間に接続されたインダクタL3と、ノードN2とグランド電位の間に接続されたコンデンサC5とにより構成される。アンテナ10のインピーダンスと、トランス13の入出力インピーダンスと、整流回路12aの入力インピーダンスのそれぞれの関係に応じて、図8の回路構成の方が経路全体の損失を低減できる場合に採用することができる。
FIG. 8 shows a third modification of the circuit configuration of the
なお、図6〜8に示した変形例では、2つの回路を直列接続して入力回路を構成する例であるが、さらに多数の回路を直列接続して入力回路を構成してもよい。また、入力回路には、上述の回路に限らず、例えば、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は、入力回路に限らず、整流回路12と外部端子Toとの間に別の回路を挿入してもよい。例えば、フィルタ回路、昇圧回路、制御回路などを整流回路12と外部端子Toの間に挿入してもよい。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。
6 to 8 are examples in which an input circuit is configured by connecting two circuits in series, but an input circuit may be configured by connecting more circuits in series. Further, the input circuit is not limited to the above-described circuit, and may include a filter circuit, for example. Furthermore, the circuit configuration of the
次に、図9及び図10は、電源装置1が構成される積層体20の構造についての変形例を示している。第1実施形態の積層体20は図2の構造例を示し、第2実施形態の積層体20は図5の構造例を示したが、これらの構造例に限らず、回路部品や配置を変更することができる。
Next, FIG.9 and FIG.10 has shown the modification about the structure of the
第1実施形態の積層体20に対応する各種変形例について図9を参照して説明する。図9(A)に示すように、図2の2つのダイオードD1、D2に代えて、積層体20の表面の領域R2に半導体チップ15を実装してもよい。半導体チップ15には、ダイオードD1、D2を含む整流回路12を構成してもよいが、入力回路やその他の負荷回路の一部又は全部を構成してもよい。なお、以下の変形例では、積層体20に半導体チップ15を実装する場合を例に説明するが、ダイオードD1、D2を実装する場合でも同様である。図9(B)に示すように、積層体20の表面に限らず、積層体20の裏面の領域R2に半導体チップ15を実装してもよい。
Various modifications corresponding to the
一方、図9(C)に示すように、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をアンテナ10としてもよい。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。また、図9(D)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9(C)、(D)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。
On the other hand, as shown in FIG. 9C, instead of the
次に、第2実施形態の積層体20に対応する各種変形例について図10を参照して説明する。図10(A)は、チップアンテナ10aとトランス13を図5(A)と同位置に配置しつつ、2つのダイオードD1、D2を図9と同様の半導体チップ15に置き換えた例である。なお、半導体チップ15は、図9(B)と同様、積層体20の表面に限らず、裏面の領域R2に実装してもよい。また、図10(B)に示すように、積層体20の裏面の領域R3にトランス13を実装してもよい。この場合でも、チップアンテナ10aとトランス13は積層方向で重ならない配置になっている。
Next, various modifications corresponding to the stacked
一方、図10(C)に示すように、図9(C)と同様、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をアンテナ10としてもよい。また、図10(D)に示すように、図9(D)と同様、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。
On the other hand, as shown in FIG. 10C, a
図9、10に示した変形例以外にも、多様な構造で積層体20を形成することができる。例えば、1個のアンテナ10に限らず、2個以上のアンテナ10を積層体20に配置してもよい。この場合、積層体20の表面と裏面にそれぞれの領域R1に別々のアンテナ10を実装することができる。また、他の部品についても同様であり、例えば、2個以上のトランス13を積層体20の表面と裏面のそれぞれの領域R3に実装することができる。
In addition to the modifications shown in FIGS. 9 and 10, the laminate 20 can be formed with various structures. For example, not only one
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。
As mentioned above, although the content of this invention was concretely demonstrated based on 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to each above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary. Can be applied. For example, the material of the
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、11a…整合回路
12、12a…整流回路
13…トランス
14…同調回路
15…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〜C5…コンデンサ
D1、D2…ダイオード
L1、L2、L3…インダクタ
L1〜L5…誘電体層
R1、R2、R3…領域
To…外部端子
V1〜V6…ビア導体
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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、
前記アンテナは、前記入力回路及び前記整流回路を配置した回路領域と前記積層体の積層方向で重ならないことを特徴とする電源装置。 In a power supply device configured using a laminate in which insulating layers and conductor layers are alternately laminated,
An antenna that receives external radio waves,
An input circuit for receiving a reception signal of the antenna;
A rectifier circuit that rectifies the output AC voltage of the input circuit and converts it to a DC voltage;
Are each configured in the laminate,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the antenna does not overlap a circuit region in which the input circuit and the rectifier circuit are arranged in a stacking direction of the stacked body.
前記グランドパターンは、前記アンテナ及び前記回路領域と、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。 A ground pattern is formed on a predetermined conductor layer of the laminate,
3. The power supply device according to claim 1, wherein the ground pattern is disposed to face the antenna and the circuit region on one side in a stacking direction of the stacked body.
入力側のインピーダンスを整合する整合回路と、
入力側の一次コイルと出力側の二次コイルとを有するトランスと、
入力信号のうち所定の周波数成分に同調する同調回路と、
のうちの少なくとも2つを直列に接続して構成される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。 The input circuit is
A matching circuit that matches the impedance on the input side;
A transformer having a primary coil on the input side and a secondary coil on the output side;
A tuning circuit that tunes to a predetermined frequency component of the input signal;
The power supply device according to claim 1, wherein at least two of them are connected in series.
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the antenna is configured by a conductor pattern in an inner layer of the multilayer body.
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