JPH01305604A - インピーダンス変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一３＝ （産業上の利用分野〕 この発明は、線路変成器よしての構成の複数個の要素変
成器を有するインピーダンス変換装置に関するものであ
る。

〔従来の技術］ 線路変成器は高周波技術でたとえば比１：２に段階イ」
けられた２つのインピーダンスの広帯域整合のため、た
とえば５０Ω送信器への２つの並列接続された５０Ω無
線アンテナの整合のため、特に送信器または受信器への
核スピントモグラフの２つの送信および受信アンテナシ
ステムの整合のために使用される。わずかな通過損失に
おいて十分な広帯域を達成するため、インピーダンス整
合のために要素変成器の装置が設けられている。

低周波交流の範囲に適した変成器は一般に磁性材料から
成るコアとそれぞれ少なくともいくつかの巻線を有する
一次および二次巻線とを含んでいる。それにより形成さ
れる四端子回路は所望の仕方での電流および電圧、すな
わちインピーダンス変換を行わなければならない。この
ような変成器は、巻線を形成する導体の長さが波長にく
らべて小さいかぎり、インピーダンス変換のために適し
ている。無線アンテナは周知のように非常に闘い周波数
に対しても電磁エネルギー、ずなわぢ任意の信号を無ひ
ずみで伝送しなければならない。従って、広帯域変成器
では両巻線は、定められた波動インピーダンスおよび無
視可能な放射損失を有する線路を形成するように密に結
合される。線路変成器により実際上あらゆる合理的な変
成比が実現され得る。３：２の変成比はたとえば、１：
１の変成比を有する５つの要素変成器により得られる。

それらのうち最初の２つは一次側で並列に、また二次側
で直列に接続される。それによってｌ：２の電圧比が得
られる。３つの別の要素変成器は一次側で直列に、また
二次側で並列に接続される。それによって３：１の電圧
比が得られ、またごうして３：２の全変成比が得られる
。しかし、たとえばＭＡＮの変成比に対しては常にＮ　
十Ｍ変成器の和が必要とされる（文献ＮＴＺ１９６６年
、第９巻、第５２７〜５３８頁参照）。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、線路変成器を有するインピーダンス変
換装置のこの公知の実施例を簡単化することである。

インピーダンス比１：２に対するインピーダンス変換器
は周知のようにｕ＝ｔ：Ｊ’ｉの電圧変成比を必要とす
る。実際には一般にこの変成比を合理的な変成比により
近似すれば十分である。比較的良好な近似Ｕ＝５　：　
７＝１　：　１．４は確かに要素変成器を有する公知の
装置により実現されるが、少なくとも１２個の要素変成
器の費用が必要とされる。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、簡単な近似Ｕ＝２　：　３＝１　：　１．５
で一般に十分であるという認識に括づいている。このこ
とから、すなわち、Ｕ＝１：２．２５のインピーダンス
変成比、従ってまた１ｒｌ−１（２，２５−２）／（２
，２５＋２）ｌ−０，０５９の理論的最大反則係数値が
得られる。従って、１−１ｒ１２＝　９９．６５％であ
る。こうして伝達される有効電力は供給されたを動電力
よりも０．３５％しか小さくない。本発明はこの認識か
ら出発し、またそれぞれ請求項１および２の特徴を有す
る。

ｔ、Ｓ：１の電圧変成比を有する２、２５：１のインピ
ーダンス変成比はたとえば、最初の両一次巻線が並列に
接続されまたこれらの両巻線が第３の一次巻線と直列に
接続される３つの要素変成器により得られる。

２つの要素変成器を有する簡単化された実施例では一次
巻線は並列に、また二次巻線は直列に接続され得る。こ
の場合、一次巻線の端は第１の二次巻線の始端と接続さ
れる。

さらに、第１の一次巻線が第２および第３の一次巻線か
ら成る並列回路と直列に接続されている３つの要素変成
器が設けられていてよい。第１の二次巻線は第２および
第３の二次巻線から成る直列回路と並列に接続される。

この実施例は同じく、一次側で直列に接続されておりま
た両皿次巻線の始端が互いに接続されている２つの要素
変成器が設けられることにより簡単化され得る。この実
施例では両一次巻線の接続は第２の二次巻線の終端に接
続されている。この実施例により、わずかな費用で３／
２　Ｚｏから２／３　Ｚ、へのインピーダンス変換また
は３／２ＵからＵへの電圧変換を有する線路変成器が得
られる。

個々の要素変成器の導体はこの実施例ではすべて等しい
長さであり、またすべて等しい波動インピーダンスＺ。

を有する。要素変成器は場合によっては誘導性負荷によ
り高周波的に減結合される。

等しい長さにより要素変成器の導体は実施例では一次側
と二次側との間の線路接続なしにすべての信号経路に対
して等しい伝播時間を生じ、従ってまた線路変成器に対
して実際上上限周波数を生じない。

〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図に簡単化のために低周波の等何回路として示され
ている本発明によるインピーダンス変換装置の実施例で
は、線路変成器２はそれぞれ電圧変成表面１：１を有す
る３つの要素変成器１１．１２および１３から成ってい
る。線路変成器２の一次巻線の入力端子６および７には
たとえば３Ｕ／２＝５００Ｖの電圧を有する送信器Ｓが
接続されている。出力端子８および９にはたとえば負荷
りが接続されている。入力端子７および出力端子９は接
地点に接続されている。要素変成器１１および１２の一
次巻線は並列に接続されており、また要素変成器１３の
一次巻線と直列に接続されている。こうして要素変成器
１１および１２の一次巻線から電圧Ｕ／２が、また要素
変成器１３の一次巻線から電圧Ｕが伝達される。変成器
１１および１２の二次巻線は直列に接続されており、ま
たこの直列回路は変成器１３の二次巻線に並列に接続さ
れている。こうして二次側には変成器１１および１２か
らそれぞれＵ／２が、また変成器１３から電圧Ｕが伝達
され、従って二次側の全電圧はＵである。３つの要素変
成器１１．１２および１３のケーブルインピーダンスＺ
０はそれぞれ、一次側のインピーダンスがＺ＃３／２　
Ｚ、であり、また二次側のインピーダンスがＺ／２″−
２／３　Ｚ。

であるような大きさに選定される。

第２図による線路変成器２の実際的な実施例では、３つ
の要素変成器１１．１２および１３はそれぞれ同軸ケー
ブルから成っている。要素変成器１１．１２および１３
の内部導体は参照符号２２または２３または２４を付さ
れている。シールド２７により要素変成器１３の二次側
は接地点に接続されている。要素変成器１１および１２
はそれぞれ、好ましくはフェライトから成るシースから
成っていてよく、また比較的短い導体長さＬで高いイン
ダクタンスを得られる誘導性負荷３３または３４を設け
られている。導体長さしはたとえば１０ｃｍであってよ
い。

要素変成器１１．１２および１３のずべての同軸ケーブ
ルは等しい長さであるので、すべての信号経路は等しい
伝播時間を有し、従って線路変成器２は理論的に上限周
波数を有していない。実際には上限周波数は主として線
路端における漂遊インダクタンスおよび漂遊キャパシタ
ンスならびに接地点に対する浮動シース２５および２６
のキャパシタンスにより生ずる。下限周波数は要素変成
器１１および１２の有限の誘導性負荷３３により与えら
れる。なぜならば、低い周波数では、誘導性減結合イン
ピーダンスωＬがケーブルインピーダンスＺ。よりも非
常に大きくなければならないという条件がもはや満足さ
れないからである。それぞれインピーダンスＺ。を有す
る３つの要素変成器１１．１２および１３は送信側の全
インピーダンス３／２Ｚｏを受信側のインピーダンス２
／３Ｚ、に変換する。従ってインピーダンス変換比は／
ｌ１＝１２．２５である。たとえば５ｏΩのインピーダ
ンスを有する送信器Ｓを２５Ωのインピーダンスを有す
る高周波の負荷りに整合するための第１図および第２図
による線路変成器では簡単な仕方でいわゆる半剛性導体
が使用され得る。

負荷りはたとえば２つの並列接続された５ｏΩ負荷、特
に２つの並列接続された無線アンテナから成っていてよ
い。

第１図による実施例では、それぞれフェライト−冊− シースから成る誘導性負荷３３および３４が設けられて
いる。場合によっては、第２図による実施例と異なって
、それぞれ誘導性負荷を、要素変成器１１および１２の
同軸ケーブルがそれぞれ１つまたはそれ以上の巻線とし
て巻かれるごとにより製造することがを利であり得る。

要素変成器１７および１８を有する第３図による線路変
成器３の簡単化された実施例では、要素変成器１３は、
要素変成器１８の同軸ケーブルのシース２６と要素変成
器１７の内部導体２２との間にラインブリッジ２８が形
成されることにより節減され得る。第１図により並列接
続された一次巻線および直列接続された二次巻線を有す
る線路変成器３のこの実施例では、同じ＜３Ｕ／２：Ｕ
−１，５：１の変成比により送信器のインピーダンス３
／２　Ｚ６が受信器のインピーダンス２／３　Ｚ。

に変換される。

第４図による線路変成器３の実際的な実施例では、好ま
しくは線路変成器１７および１８の同軸ケーブルはそれ
らの負荷３３および３４と共に、一次および二次側の線
路端子が直接に並んで位置し、また短い線路接続しか必
要としないように、Ｕ字形に曲げられていてよい。一次
側で百円部導体に給電が行われる。両シールド２５およ
び２６はラインブリッジ２８を介して内部導体２２およ
び二次側の出力端８と接続されている。直接的ラインブ
リッジ２８は確かに一次側から二次側への不等の伝播時
間を有するが、このわずかな位相誤差はたとえば数１０
０ＭＨｚの非常に高い周波数帯域において認められる。

３つの要素変成器１４．１５および１６を含んでいる線
路変成器４を有する第５図によるインピーダンス変換の
ための装置では、同じく一次側のインピーダンス３／２
　ｚｏが二次側の２／３　Ｚ。

に変換される。送信器側の電圧３Ｕ／２は二次側のＵに
変換される。要素変成器１４の一次巻線は要素変成器１
５および１６の一次巻線の並列回路と直列に接続されて
いる。二次側では要素変成器１４の二次巻線は変成器１
５および１６の二次巻線の直列回路に並列に接続されて
いる。

第６図による線路変成器４の実際的な実施例では、同様
に要素変成器１４および１５のシールド２５および２６
はそれぞれ誘導性負荷３３または３４を設けられている
。要素変成器１５および】６のシールド２５および２６
は一次側で接地点に接続されている。

第５図中に要素変成器１４および１５の下側に電圧矢印
により示されているように、両同軸ケーブルの外部導体
における電圧降下はそれぞれ単にＵ／２である。従って
、この実施例では、等しい誘導性負荷により第１図ない
し第４図による実施例の場合よりも係数２だけ低い下限
周波数が得られる。こうして線路変成器４のこの実施例
はより大きい相対的帯域幅を有する。

一次側Ｐの３／２　ｚｏから二次側Ｓの２／３　Ｚ。

へのインピーダンス変換のための第７図による線路変成
器５の簡単化された実施例では、低周波の等価回路とし
ての第７図によれば、２つの要素変成器１９および２０
が設けられている。これらの要素変成器１９および２０
の一次巻線は直列に接続されており、また二次巻線の始
端は互いに接続されている。要素変成器２０の二次側Ｓ
はラインブリッジ２９を介して線路変成器１９および２
０の両一次巻線の接続点と接続されている。要素変成器
１９および２０の相応の同軸ケーブルのシールド２５お
よび２６におｉ−する電圧降下は、第１図中に矢印によ
り示されているように、それぞれＵ／２である。こうし
′ζ、この実施例は同じくより大きい相対的帯域幅を有
する。

第８図による線路変成器５の実際的な実施例では、要素
変成器１９および２０の両同軸ケーブルはそれぞれＵ字
形に曲げられており、従って端は互いに近くに位置して
いる。内部導体２２および２３は出力端８と接続されて
いる。ラインブリッジ２９は要素変成器２０のシールド
２６を要素変成器１９のシールド２５と接続する。シー
ルド２６は一次側Ｐで接地点に接続されている。この実
施例では、線路変成器５は、単に若干低くされた上限周
波数（ただしたとえば数１００ＭＨｚの非常に高い周波
数範囲内にある）により、一次側Ｐのインピーダンス３
／２Ｚｏを二次側Ｓの２／３Ｚｏに変換する。

第２図、第４図、第６図および第８図の実施例による線
路変成器の実施例では、市販の同軸ケーブルが設けられ
ている。場合によっては、同軸ケーブルの代わりに対称
な２線導体を使用することが有利であり得る。

線路変成器を対称なストリップ導体によりエツチング技
術で実現すること、また場合によっては誘導性負荷のた
めのフェライトシースの使用を省略することも可能であ
る。線路変成器が多くの要素変成器から成っているなら
ば、個々の要素変成器の導体のターン数、方位および配
置は、磁束が重畳し、またこのことが所望のインダクタ
ンス作用を再び強くするように選定され得る（文献ＮＴ
２１９６６年、第９巻、第５２７〜５３８頁参照）。

第７図による線路変成器では両要素変成器１９および２
０の導体に沿ってそれぞれ等しい電圧Ｕ／２が降下する
。これらの導体が磁束の重畳のために密に並び合って配
置されるならば、等しいター−１６＝ ン数が選定されなければならない。

線路変成器の特別な実施例では、線路変成器１１ないし
２０の少なくとも１つの導体が対称なストリップ導体と
して構成される。たとえば上記の磁束重畳を考慮に入れ
たストリップ導体技術による第７図に示されている線路
変成器の１つの実施例が第９図および第１０図に示され
ている。この場合、第９図によれば、導体帯構造が図面
に示されている誘電体としての役割をする基板３５の上
面に配置されている。第１０図によるほぼ等しい導体帯
構造が基板３５の下面に、スパイラルの合同のターンが
生ずるように配置されている。下面に配置されているこ
れらの導体帯構造は破線で示されている。基板３５の上
面および下面の導体帯のそれぞれ１つのターンはインピ
ーダンスＺ。を有する対称なストリップ導体から成る要
素変成器を形成し、従って両要素変成器１９および２０
に対して２つのターンを有するスパイラル状のパターン
が生ずる。この場合、外側のストリップ導体は第７図の
要素変成器１９を、また内側のストリツブ導体は要素変
成器２ｏを形成する。上面の導体帯は第８図による内側
導体２２および２３に、また下面の導体帯は同軸ケーブ
ルのシールド２５および２６に相当する。上面および下
面の個々の導体帯始端および終端の接続、たとえば導体
帯ブリッジ３６および３７と、上面の点ａと下面の点ａ
′とのスルー接触とは第８図から生じ、従って第７図の
等価回路を有する線路変成器が生ずる。

第９図および第１０図によるストリップ導体としてのこ
れらの実施例の製造技術的な利点は、接続のために導体
帯の橋絡が必要でないことにある。

この実施例の別の利点は、導体帯を橋絡する必要なしに
一次側および二次側の端子点ＰおよびＳにアクセスし得
ることにある。このことは、図面には示されていない他
の構成要素へのインダクタンスの小さい接続を可能にす
る。線路変成器はたとえば導体ブリッジなしに通常の非
対称なストリップ導体を有する高周波回路のなかに直接
に集積され得る。

さらに、上限周波数の範囲内の伝達特性を最適化するた
めに上面のスパイラルへの二次側の接続点Ｓを若干端子
点Ｐの方向にずらすことが可能である。入力端および出
力端における整合改善のだめの縦および横キャパシタン
スから成る公知の回路網と一緒に第９図および第１０図
による装置により、フェライト材料から成る負荷なしで
も、少なくとも１デイケードの大きい帯域幅、たとえば
２０ないし２００ＭＨｚの帯域幅が得られる。

第９図および第１０図に示されているように、両要素変
成器１９および２ｏの下面に位置している導体帯は導体
帯ブリッジ３６および３７に基づいてターン範囲全体に
沿って等しい電位を有する。

従って、それらは好ましくは、第１１図に示されている
ように単一の相応に広い導体帯３８を下面に残すように
、ターン範囲全体に沿って互いに接続され得る。このこ
とは、両要素変成器のス）・リップ導体の結合が互いに
より確固となり（密な結合）、従ってまたストリップ導
体のターンのインダクタンスが一層高められるという利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による線路変成器の低周波等価回路の概
要を示す図、第２図はこの変成器の実際的な実施例を示
す図、第３図は低周波等価回路として簡単化された実施
例を示す図、第４図はこの線路変成器の実際的な実施例
を示す図、第５図は低周波等価回路として別の実施例を
示す図、第６図はその実際的な実施例を示す図、第７図
は第５図の簡単化された実施例を示す図、第８図はこの
変成器の実際的な実施例を示す図、第９図および第１０
図は磁束重畳を考慮に入れたストリップ導体技術による
第７図の線路変成器の実施例を示す図、第１１図は下面
の導体帯がターン範囲全体に沿って互いに接続されてい
る実施例を示す図である。 ２〜５・・・線路変成器 ６．７・・・入力端子 ８．９・・・出力端子 １１〜２０・・・要素変成器 ２２〜２４・・・内部導体 ２５〜２７・・・シールド ２８．２９・・・ラインブリッジ ３３．３４・・・負荷 ３５・・・基板 ３８・・・導体帯

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）線路変成器としての構成の複数個の要素変成器を有
   するインピーダンス変換装置において、要素変成器（１
   １ないし１６）の一次および（または）二次側に内部導
   体およびシールドの並列および直列回路（たとえば一次
   側の２４、２７と直列に２２、２５と２３、２６との並
   列回路）の少なくとも１つの組み合わせが、インピーダ
   ンス変換比Ｕ＝１：２．２５が生するように設けられて
   いることを特徴とするインピーダンス変換装置。 ２）少なくとも１つのラインブリッジ（２８、２９）が
   種々の要素変成器（１７、１８；１９、２０）の一次側
   と二次側との間に設けられていることを特徴とする請求
   項１記載の線路変成器。 ３）変成比１：１を有する３つの要素変成器（１１ない
   し１３）が設けられており、第１および第２の要素変成
   器（１１、１２）の一次巻線が互いに並列にかつ第３の
   要素変成器（１３）の一次巻線に対して直列に接続され
   ており、また第１および第２の要素変成器（１１、１２
   ）の二次巻線が互いに直列にかつ第３の要素変成器（１
   ３）の二次巻線に対して並列に接続されていることを特
   徴とする請求項１記載の線路変成器。 ４）１：１の変成比を有する２つの要素変成器（１７、
   １８）が設けられており、これらの要素変成器がそれぞ
   れ同軸ケーブルとして構成されており、またそれぞれシ
   ースが誘導性負荷（３３、３４）を設けられており、一
   次巻線が並列に、また二次巻線が直列に接続されており
   、またシース（２５および２６）が一次側で互いに接続
   されており、またラインブリッジ（２８）により第１の
   要素変成器（１７）の二次側で内部導体（２２）に接続
   されていることを特徴とする請求項２記載の線路変成器
   。 ５）３つの要素変成器（１４ないし１６）が設けられて
   おり、第１の要素変成器（１４）の一次巻線が第２およ
   び第３の変成器（１５、１６）の一次巻線の並列回路と
   直列に接続されており、また第１の要素変成器（１４）
   の二次巻線が第２および第３の変成器（１５、１６）の
   二次巻線の直列回路に並列に接続されていることを特徴
   とする請求項１記載の線路変成器。 ６）２つの要素変成器（１９、２４）が設けられており
   、それらの一次巻線が直列に、また二次巻線の始端が互
   いに接続されており、一次側に導体接続が第１の要素変
   成器（１９）のシース（２５）と第２の要素変成器（２
   ０）の内部導体（２３）との間に設けられており、前記
   の導体接続がラインブリッジ（２９）を介して、一次側
   で接地点に接続されている第２の線路変成器（２０）の
   二次側のシース（２６）と接続されていることを特徴と
   する請求項２記載の線路変成器。 ７）線路変成器の少なくとも１つの導体が対称な２線導
   体として構成されていることを特徴とする請求項１ない
   し６の１つに記載の線路変成器。 ８）線路変成器（１１ないし２０）の少なくとも１つの
   導体が対称なストリップ導体として構成されていること
   を特徴とする請求項１記載の線路変成器。 ９）要素変成器（１９、２０）がそれぞれ１つの対称な
   ストリップ導体から成っており、それらの合同の導体帯
   が基板（３５）の２つの平らな側面に互いに向かい合っ
   て配置されていること、を特徴とする請求項６記載の線
   路変成器。 １０）基板（３５）の２つの平らな側面の一方に配置さ
   れている等しい電位を有する導体帯がターン範囲全体に
   沿って共通の導体帯（３８）として互いに接続されてい
   ることを特徴とする請求項９記載の線路変成器。