JPH0462610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電磁遅延線に係り、特に、立ち上がり
時間２〜3nsの比較的高速の分野から立ち上がり
時間1ns以下の超高速の分野まで広範囲の適用が
可能な極めて薄型の電磁遅延線に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電磁遅延線としては導線を巻いたイン
ダクタンス素子に複数のコンデンサを梯子状に接
続した構成がよく知られており、そのインダクタ
ンス素子は少ない巻数で大きなインダクタンスを
得ることによつてＱが高く良好なものとなると考
えられていたから、フエライト等の磁性体ボビン
を導線を巻いて形成されていた。

ところが、磁性体ボビンは、適用周波数が高く
なるとそれ自体で周波数特性を持つたり損失が増
大して使用が困難となるので、立ち上がり時間２
〜3nsや1ns以下の信号を扱うには、非磁性体ボビ
ンを用いてインダクタンス素子を形成する場合が
多い。

さらに、非磁性体ボビンを用いるインダクタン
ス素子も、Ｑが高いほど損失が少なくなることか
ら、少ない巻数で大きいインダクタンスを得るこ
とが良いと考えられており、断面円形や正方形の
非磁性体製ボビンに導線を単層ソレノイド状に整
列巻きするのが良いとされていた。

このような状況において、薄型で高速の電磁遅
延線を構成する場合には、第６図に示すように、
非磁性材料からなり断面長方形の棒状ボビン１に
導線３を単層ソレノイド状に複数ターン巻いてイ
ンダクタンス素子５を形成し、そのインダクタン
ス素子５の所定のターン毎にコンデンサＣを梯子
状に接続していた。

第７図はその電磁遅延線の等価回路図であり、
インダクタンス素子５における隣合う１区間分の
コイルＬ相互が結合係数a₁で結合し、１個置いた
区間のコイルＬ相互が結合係数a₂で、間に２個置
いた区間のコイル相互が結合係数a₂で順次結合し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このように構成された薄型の電
磁遅延線は、１区間のコイルＬ相互の結合係数に
ついてその結合の方向に着目すると、奇数番目の
結合係数a₁，a₃…が正で偶数番目の結合係数a₂，
a₄…が負であることが好ましいとされているにも
かかわらず、結合係数a₁，a₂，a₃…a_oの全てが正
になつて好ましくなかつた。

しかも、ボビン１の長辺間方向で対向する導線
３の中心間の間隔Ｔと短辺間方向で対向する導線
３の中心間の間隔Ｗとの比Ｗ／Ｔを極端に大きく
して偏平な電磁遅延線を構成すると、インダクタ
ンス素子３のＱが低くなつて損失が大きくなり、
適当でないと考えられていた。

そのため、従来の電磁遅延線ではＷ／Ｔの値を
１〜４程度に選定していたので、薄型化に限界が
あつた。

本発明者は上述した電磁遅延線において偏平に
巻かれたインダクタンス素子３に対して鋭意検討
を加えたところ、上述したＷ／Ｔの値を１から次
第に大きくして行くと、或る範囲では遅延線とし
ての特性が劣化するが、その範囲を越えると逆に
特性が向上することを見い出した。

本発明はこのような状況の下になされたもの
で、極めて薄く良好な遅延特性の得られる電磁遅
延線の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本発明は、
第１図に示すように、偏平で細長い非磁性体ボビ
ン７に導体９を単層ソレノイド状に複数ターン形
成してインダクタンス素子１１を構成し、このイ
ンダクタンス素子１１の複数ターン毎に複数のコ
ンデンサＣを梯子状に接続して複数区間を有する
集中定数型の電磁遅延線を構成し、そのボビン７
の長辺間方向で対向する導体９間の間隔をＴとす
るとともに短辺間方向で対向する導体９間の間隔
をＷとしたとき、それら間隔Ｔ，Ｗの比がＷ／Ｔ
≧10となるようそのインダクタンス素子１１が巻
かれている。

〔作用〕

このような手段を備えた本発明は、インダクタ
ンス素子１１がＷ／Ｔ≧10の条件を満たすように
形成されると、短辺間方向で対向する導線９が特
性に殆ど作用しなくなつて長辺間方向で対向する
導線９によつて専ら特性が得られることになる。

しかも、インダクタンス素子１１において間隔
Ｔを小さくして同じ特性を得るためには各区間の
コイルＬ相互の間隔を狭める必要が生じ、隣合う
区間のコイルＬの結合が正側で強くなる一方、そ
の結合と１個置いた区間のコイルＬ相互の結合と
の差が大きくなる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の電磁遅延線の一実施例を示す
部分斜視図であり、概略的には第６図の構成と略
同様である。

図において、偏平で細長い非磁性体製の棒状ボ
ビン７の外周には、導線９がピツチＰで単層ソレ
ノイド状に３ターン巻かれて１区間分のコイルＬ
が形成され、ピツチＳで次の区間の同様なコイル
Ｌが順次直列して巻かれてインダクタンス素子１
１が形成されている。すなわち、符号Ｐは各区間
のコイルＬの巻線ピツチであり、符号Ｓは各区間
のピツチである。

インダクタンス素子１１を構成する導線９は、
ボビン７の幅の狭い片側面にて連結部として次の
区間のコイルＬに斜めに移つており、その連結部
中央部とアース間に複数のコンデンサＣが梯子状
に接続され、集中定数型の電磁遅延線が構成され
ている。

そして、本発明の電磁遅延線は、ボビン７の横
断面における長辺間方向で対向する導線９の中心
間の間隔をＴとし、短辺間方向で対向する導線９
の中心間の間隔をＷとした場合、間隔ＴおよびＷ
がＷ／Ｔ≧10の条件を満たすような範囲に選定さ
れてインダクタンス素子１１が形成されている。
なお、第１図では便宜上、間隔Ｔを若干長くして
インダクタンス素子１１が示されている。

この構成の電磁遅延線の等価回路は、上述した
第７図に示すものと同様であり、隣合う１区間分
のコイルＬ相互が結合係数a₁で結合し、１個置い
た区間のコイルＬ相互が結合係数a₂で、２個置い
た区間のコイル相互が結合係数a₃で順次結合して
おり、以下の説明中でも第７図を参照する。

次に、上述した本発明の電磁遅延線について考
察する。

第２図は電磁遅延線におけるインダクタンス素
子１１の間隔ＴとＷの比Ｗ／Ｔと遮断周波数との
関係を示しており、Ｗ／Ｔを横軸とするととも
に、Ｗ／Ｔ＝１の場合の遮断周波数cに対して
Ｗ／Ｔを変化させた場合の遮断周波数c′の比
c′／cを縦軸にしている。

図において、各曲線〜は直径0.1mmの導線
９をピツチＰ＝0.11mmで巻線してインダクタンス
素子１１を形成したものであるが、曲線の３タ
ーン１区間分のコイルＬで形成されたインダクタ
ンス素子１１が、常に特性インピーダンス100Ω、
10区間での遅延時間が10nsになるようにＷ／Ｔを
１〜100まで変化させ、かつ結合係数a₁，a₂を考
慮した場合の位相遅延歪を５％に保つようにピツ
チＳを調整して求めた理論値である。

曲線，は、各々１区間の巻線数を５ターン
と10ターンとしたインダクタンス素子１１が、
100Ωの特性インピーダンスで10区間の遅延時間
は8.7nsと25nsになるようＷ／Ｔを変化させると
ともに、結合係数a₁，a₂を考慮して位相遅延歪が
５％に保たれるようにピツチＳを調整して求めた
理論値である。

この第２図から分かることは、間隔ＷおよびＴ
の比Ｗ／Ｔの値を１から増加させると、その値が
10前後までは遮断周波数が低くなるが、それ以上
ではＷ／Ｔ＝１の場合よりも遮断周波数が高くな
ることである。

従つて、Ｗ／Ｔを10以上に大きくすると、従来
不適であると考えられたものは逆に同じ区間数で
あつても立ち上がり時間の速い遅延線が得られる
し、さらに次のような利点がある。

すなわち、後述するようにＷ／Ｔを大きくする
と、逆にピツチＳを小さくする必要があるから、
インダクタンス素子１１の単位長さ当たりで収容
できる区間数が増加し、区間数多く収容した高い
密度の構成が実現できる。

また、Ｗ／Ｔを10以上にすると非常に薄いイン
ダクタンス素子１１が得られるので、非常に薄型
の電磁遅延線となる。

しかも、高速や超高速の分野ではインダクタン
ス素子１１で要求されているインダクタンス値が
小さいので、各区間のコイルＬの巻線数も小さく
てよいから線径の大きい導線９の使用が可能とな
つて損失が少ない。

このように本発明の電磁遅延線は、薄型にもか
かわらず良好な遅延特性が得られるが、次にその
効果の得られる理由を検討する。

第３図は第１図のインダクタンス素子１１の３
区間分のコイルＬを長手方向の縦断面図で示した
ものであり、ボビン７を除くととともに電流の向
きと導線９間の結合関係を説明している。

なお、１区間分の各コイルＬは、導線９を左端
下から単層ソレノイド状にピツチＰで巻始めて３
ターン目が上で終わり、側面を通つて次の区間に
至り、再び下側から巻き始められている。

このようなインダクタンス素子１１では、各コ
イルＬにおいて上側の導線９に対して下側の導線
９は同一ターンの導線９でもＰ／２だけ左へずれ
ている。同一区間の導線９間の結合を考えると、
上側の３本どうしおよび下側の３本どうしは電流
の向きが同じであつて正の結合を持ち、１区間分
のインダクタンスが増加する方向に作用するが、
上側の導線９と下側の導線９間は電流の向きが異
なるので負の結合となつて１区間分のインダクタ
ンスが減少する方向に作用する。

従つて、間隔Ｔを次第に小さくすると各区間に
おける負の結合が強くなつてインダクタンスが減
少し、同じ遅延時間を得るには間隔Ｔを小さくす
るに従つて間隔Ｗを大きくすることによつて同じ
インダクタンスに保つ必要がある。

ここで、隣合う区間のコイルＬ相互の結合を考
えると、図中最も左上端の１本の導線９ａに対し
て右隣りのコイルＬの上左端の導線９ｂとでは
M₁＋の相互インダクタンスがあり、右隣りのコ
イルＬの下左端の導線９ｃとではM₁−の相互イ
ンダクタンスがあるとする。同様に１個置いた区
間のコイルＬ相互間も、導線９ａと導線９ｄ，９
ｅとでM₂＋の相互インダクタンスおよびM₂−の
相互インダクタンスがあるとする。

なお、実際には各導線９間ですべて結合がある
が、便宜上、上述の１本についてのみ考察する。

電流の向きから相互インダクタンスM₁＋は正
であり相互インダクタンスM₁−は負の結合とな
る。

いま、ピツチＳを一定にして間隔Ｔを小さくす
ると、相互インダクタンスM₁−を構成する導線
９ａ，９ｃ間の距離が小さくなつて相互インダク
タンスM₁の絶対値が増加する。すなわち、第７
図の結合係数a₁は相互インダクタンスM₁＋とM₁
−の合計値で正の値であるが、間隔Ｔを小さくす
ることによつて相互インダクタンスM₁−の値が
大きくなり、結合係数a₁が減少する。

そのため、間隔Ｔを小さくして結合係数a₁を同
じに保つためには、ピツチＳを小さくしてM₁＋
を増加させねばならない。換言すれば、電磁遅延
線をボビン７の長手方向で小型化することによつ
て結合係数a₁の値が保たれる。

一方、１つ置いた区間のコイルＬ相互の結合係
数a₂に関しても、上側の相互インダクタンスM₂
＋は正で下側の相互インダクタンスM₂−は負で
あるが、それらの合計が結合係数a₂となりその値
は正である。

そして、間隔Ｔを小さくすると、相互インダク
タンスM₂の絶対値が大きくなつて結合係数a₂が
減少する。結合係数a₁の場合には、間隔Ｔを小さ
くして減少した結合係数a₁を元と同じにすために
ピツチＳを小さくしたが、この結合係数a₂は、ピ
ツチＳを小さくしても減少した分を回復できな
い。

すなわち、間隔Ｔを小さくすると、同じ遅延特
性を保つにはピツチＳを小さくせねばならない
が、この場合に結合係数a₁とa₂の変化の割合が異
なり、結合係数a₂はあまり大きくならず、結合係
数a₁との差が広がる。

本来、結合係数a₂は負の値が望ましいが、第１
図の構成では結合係数a₂は正となるので、結合係
数a₂は出来るだけ小さい方が望ましい。この点、
間隔Ｔを小さくしてピツチＳを小さくすると、結
合係数a₁，a₂の関係は望ましい方向に変化する。

一方、Ｗ／Ｔ＝１の関係を満たしたインダクタ
ンス素子１１は、第１図のような偏平なボビン７
でなくて正方形の断面を有するボビンに導線を巻
いたものであり、次第に間隔Ｔを小さくすると当
初は短辺間方向で対向する導線（符号Ｔ側の導
線）間の影響が特性に表れる。

すなわち、Ｗ／Ｔ＝１の場合から変化させる
と、第３図中の符号Ｔを符号Ｗに置き換えた場合
を考えると分かるように、第３図の間隔Ｔを逆に
大きくするように変化することになり、Ｔ側の導
線の結合係数a₁，a₂の関係を望ましくない方向へ
作用させる。

そして、Ｗ／Ｔの値が10前後までは、電磁遅延
線全体として望ましくない影響が表れるが、それ
以上になるとＴ側の導線９は結合係数a₁，a₂に殆
ど影響を与えない長さとなり、Ｗ側の導線９で
a₁，a₂が決定され、結果としては遮断周波数が高
くなることが分かる。

本発明におけるボビンは、第１図のように断面
長方形のものを用いる場合に限らず、第４図の如
く巻線に便利なように薄い側の端を円形にしたボ
ビン１３を用いたり、あるいは図示しないが偏平
な部分に緩い曲線を形成する等で実施可能であ
る。

また、本発明の電磁遅延線は、第５図に示すよ
うに、各区間のコイルＬの中間部に複数のコンデ
ンサＣを梯子状に接続する構成も可能であり、イ
ンダクタンス素子の複数ターン毎に複数のコンデ
ンサを梯子状に接続して構成されていればよい。

ところで、上述した本発明の電磁遅延線の実施
例では、導線９をボビン７に巻いてインダクタン
ス素子１１を形成する例を示したが、本発明はこ
れに限定されない。例えば、ボビン７の外周に導
体層を形成してエツチング加工やレーザ加工によ
つてボビンにインダクタンス素子を形成してもよ
い。要は、偏平なボビンに導体を単層ソレノイド
状に形成してインダクタンス素子を形成すれば本
発明の目的達成が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電磁遅延線は、偏
平で細長い非磁性体製ボビンに複数ターンのコイ
ルを１区間のものとして導体を単層ソレノイド状
に形成したインダクタンス素子にあつて、ボビン
の長辺間方向で対向する導体間の間隔Ｗと短辺間
方向で対向する導体間の間隔Ｔとの比がＷ／Ｔ≧
10となるようそのインダクタンス素子を形成した
ので、極めて薄型となるとともに遅延特性の維持
向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分斜視図、
第２図および第３図は第１図に示す電磁遅延線を
理論的に説明する図、第４図は本発明の電磁遅延
線に用いるボビンの他の例を示す側面図、第５図
は本発明の更に他の実施例を示す回路図、第６図
および第７図は本発明の参考となる電磁遅延線を
示す部分斜視図およびその等価回路図である。 １，７，１３…ボビン、３，９…導線、５，１
１…インダクタンス素子、Ｃ…コンデンサ、Ｌ…
１区間のコイル、Ｗ，Ｔ…導体（導線）間の間
隔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 偏平で細長い非磁性体ボビンと、 このボビンに導体を単層ソレノイド状に複数タ
   ーン形成してなるインダクタンス素子と、 このインダクタンス素子の複数ターン毎に梯子
   状に接続されたコンデンサと、 を具備してなる複数区間を有する集中定数型の電
   磁遅延線において、 前記ボビンの長辺間方向で対向する前記導体間
   の間隔をＴとし、前記ボビンの短辺間方向で対向
   する前記導体間の間隔をＷとしたとき、前記間隔
   ＴおよびＷの比がＷ／Ｔ≧10となるよう前記イン
   ダクタンス素子が形成されてなることを特徴とす
   る電磁遅延線。