JP2011066628A - Parallel two-wire loop antenna magnetic field and application system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＨＦ（ハイフリクエンシー）帯、ＶＨＦ（ベリーハイフリクエンシー）帯、ＵＨＦ（ウルトラハイフリクエンシー）帯で用いられる平行２線ループアンテナ磁界とその応用システムに関する。 The present invention relates to a parallel two-wire loop antenna magnetic field used in an HF (high frequency) band, a VHF (berry high frequency) band, and a UHF (ultra high frequency) band and an application system thereof.
また、ＩＣカードやＲＦＩＤやＮＦＣ分野に用いるセンサアンテナは誘導コイルとしてループに流れる電流による誘導磁界を利用しており、ＩＣカードや携帯電話やノートＰＣその他の端末と通信を行うための薄形の平行２線ループアンテナ磁界とその応用システムに関する。 In addition, sensor antennas used in the IC card, RFID, and NFC fields use an induction magnetic field generated by a current flowing in a loop as an induction coil, and are thin to communicate with IC cards, mobile phones, notebook PCs, and other terminals. The present invention relates to a parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system.
従来のループアンテナでは、ループの軸方向には電流ベクトルは打ち消され基本的に放射はないがループが存在する面内には微少ループの場合でも僅かな放射がある。一般には放射インピーダンスは非常に低く２Ω以下となる。然るにＲＦＩＤやＮＦＣ端末、モバイル端末等にはループが用いられ、放射が規制されている。また金属面の影響を避けるための磁性体シートを用いる方法や磁性体によるオンメタル方式、共振方式等があるが、金属面の影響を消極的な方法で解決が試みられているが完全ではない。端末の数が増え、僅かな放射自体も気になる存在となる。 In a conventional loop antenna, the current vector is canceled in the axial direction of the loop and basically there is no radiation, but there is slight radiation even in the case of a minute loop in the plane where the loop exists. In general, the radiation impedance is very low, 2Ω or less. However, loops are used for RFID, NFC terminals, mobile terminals, etc., and radiation is restricted. In addition, there are a method using a magnetic sheet for avoiding the influence of the metal surface, an on-metal method using a magnetic material, a resonance method, and the like, but attempts have been made to solve the influence of the metal surface by a passive method, but it is not perfect. The number of terminals increases, and even a small amount of radiation itself is a concern.
例えば、特許文献１において、非接触情報記録媒体が金属面に挟まれたり載せられたりした場合でも、共振周波数のずれや通信感度の低下が発生せず使用できる無線送受信機器、非接触情報記録媒体、情報読取書込装置及び管理システムが開示されている。 For example, in Patent Document 1, even when a non-contact information recording medium is sandwiched or placed between metal surfaces, a wireless transmission / reception device or a non-contact information recording medium that can be used without causing a resonance frequency shift or a decrease in communication sensitivity An information reading / writing device and a management system are disclosed.
しかし、ＮＦＣ、ＲＦＩＤ等のセンサアンテナは大量に用いられるので微小ループとはいえ放射は少しでも行われる。これを無くしながら且つ誘導磁界が損なわれないように外部に現れることが大事である。また、ＰＣ、携帯電話等の機器の内部や周囲には金属ばかりで誘導コイルを用いているアンテナセンサはこの金属面の影響を受け通信が著しく阻害されることを如何に改善しなければならないか、一見矛盾する問題を解決しなければならない。 However, since sensor antennas such as NFC and RFID are used in large quantities, radiation is performed even if it is a minute loop. It is important to appear outside so that the induced magnetic field is not impaired while eliminating this. Also, how should an antenna sensor that uses only an induction coil with metal inside and around a device such as a PC or a mobile phone be improved in that communication is significantly hindered by the influence of the metal surface. , Seemingly contradictory problems must be solved.
本発明は、以上の点に着目して平行２線で渦巻線ループコイルを構成する方法で、言い換えると、平面形ループコイルを絶縁し２枚重ねるように近接させて、この間に高透磁率の磁性体シートを挟み込み、対なるループコイルに正相（逆相）電流を流す手段により、ｘ，ｙ，ｚ方向の放射を抑えながら、絶縁された一方のコイル面が金属面に当った場合でも金属面の影響を殆んど受けないという方式である。影像による逆相電流を最初から予想してこれに対応できる構成とする方式の平行２線ループアンテナ磁界とその応用システムを提供することを目的とする。 The present invention is a method of forming a spiral loop coil with two parallel wires by paying attention to the above points. In other words, two planar loop coils are insulated and placed close together so as to have high permeability therebetween. Even when one insulated coil surface hits a metal surface while suppressing radiation in the x, y, and z directions by means of passing a normal phase (reverse phase) current through a pair of loop coils with a magnetic sheet sandwiched between them This is a method that is hardly affected by the metal surface. It is an object of the present invention to provide a parallel two-line loop antenna magnetic field and a system for applying the parallel two-line loop antenna which has a configuration capable of predicting an antiphase current caused by an image from the beginning and adapting to this.
本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）〜（２２）の構成を備えるものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises the following configurations (1) to (22).
（１）平行２線により夫々が同大のループを構成するように、平行に同軸に置きループ間の距離が０．１ｍｍ〜２ｃｍに設置し、両アンテナに給電を行うことを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (1) Parallel, characterized in that the parallel loops are arranged coaxially in parallel so that the two loops form the same size loop, and the distance between the loops is set to 0.1 mm to 2 cm to feed both antennas. Two-wire loop antenna magnetic field and its application system.
（２）前記（１）において、平面形１〜６巻ループの夫々を正相（逆相）あるいは零相に励振することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とこの応用システム。 (2) The parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system characterized in that, in (1), each of the planar loops 1 to 6 is excited in the normal phase (reverse phase) or the zero phase.
（３）前記（１）または（２）において、ループの間に高透磁率の磁性体板を挟み込むことを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (3) A parallel two-wire loop antenna magnetic field and an application system thereof, wherein in (1) or (2), a magnetic plate having a high magnetic permeability is sandwiched between the loops.
（４）前記（１）または（２）において、夫々が同大のループを構成する平行２線のループアンテナをプリント基板で構成することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (4) A parallel two-wire loop antenna magnetic field and an application system thereof, wherein in (1) or (2), a parallel two-wire loop antenna, each of which forms a loop of the same size, is formed of a printed circuit board.
（５）前記（１）または（２）において、ループアンテナ素子を印刷や塗料や蒸着あるいは巻線で構成することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (5) The parallel two-line loop antenna magnetic field and its application system, wherein the loop antenna element is configured by printing, paint, vapor deposition, or winding in (1) or (2).
（６）前記（１）または（２）において、ループアンテナを支持する支持板をＰＣＢ、ｐｉ基板あるいはプラスチックフィルムあるいはフィルム基板で構成することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (6) A parallel two-wire loop antenna magnetic field and an application system thereof, wherein in (1) or (2), the support plate for supporting the loop antenna is formed of a PCB, a pi substrate, a plastic film, or a film substrate.
（７）前記（１）または（２）において、上下２枚のループアンテナを接続する方法は上下の導線位置を合わせ、スルーホールで上下のアンテナ線に導通するよう接続する方法を特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (7) In the above (1) or (2), the method of connecting two upper and lower loop antennas is a parallel method characterized by aligning the upper and lower conductive wires and connecting them to the upper and lower antenna wires through through holes. Two-wire loop antenna magnetic field and its application system.
（８）前記（１）または（２）において、上下２枚のループアンテナを接続する方法は上下の導線の位置合わせを行いスルーホールを設け、更に磁性体も貫通する穴を設けて上下のアンテナ線に接続する方法を特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (8) In the method (1) or (2), the upper and lower two loop antennas are connected by aligning the upper and lower conductive wires to provide through holes, and further to provide holes through which the magnetic material passes. A parallel two-wire loop antenna magnetic field characterized by a method of connecting to a wire and its application system.
（９）前記（１）または（２）において、上下２枚のループアンテナを接続する方法はフレキシブル基板やポリイミド基板を用いて導線や端子の一部を半田または圧着、カシメ、融着により接続することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (9) In the method (1) or (2), the upper and lower two loop antennas are connected by using a flexible substrate or a polyimide substrate to connect a part of the lead wire or terminal by soldering, crimping, caulking, or fusion bonding. Parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system.
（１０）前記（１）または（２）において、上下２面のループアンテナを接続する方法は２層基板のスルーホール等により、端子部を片側に集め、半田付、圧着、カシメ、融着により接続することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (10) In the method (1) or (2), the method of connecting the loop antennas on the upper and lower surfaces is to collect the terminal portions on one side by using a through hole of a two-layer substrate, and soldering, crimping, caulking, or fusing A parallel two-wire loop antenna magnetic field characterized by being connected and its application system.
（１１）前記（１）または（２）において、上下２枚のループアンテナを支えるフレキ基板の場合、給電部は２枚密着させ半田、圧着、カシメ、融着、スルーホールにより接続し、この部分から給電線を取り出すことを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (11) In the above (1) or (2), in the case of a flexible substrate that supports two upper and lower loop antennas, two power feeding portions are brought into close contact with each other and connected by soldering, crimping, caulking, fusing, and through holes. Parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system characterized by taking out the feeder from
（１２）前記（１）乃至（３）いずれかにおいて、ループアンテナを基板に構成する場合、基板裏に金属面を構成する場合は両面基板のアンテナ面の反対側の金属面を残しこれを金属面とすることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (12) In any one of the above (1) to (3), when the loop antenna is configured on the substrate, when the metal surface is configured on the back of the substrate, the metal surface on the opposite side of the antenna surface of the double-sided substrate is left behind. A parallel two-wire loop antenna magnetic field characterized by a plane and its application system.
（１３）前記（１）乃至（３）、または（１２）いずれかにおいて、基板裏の配線が必要な部分は配線部として用い、アンテナ下部のみ金属面とすることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (13) In any one of the above (1) to (3) or (12), the part of the substrate that needs wiring is used as a wiring part, and only the lower part of the antenna is a metal surface. Antenna magnetic field and its application system.
（１４）前記（１）乃至（３）、または（１２）または（１３）いずれかにおいて、アンテナ給電部をアンテナの外側のどちらかの一辺に集中することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (14) The parallel two-wire loop antenna magnetic field characterized in that, in any one of (1) to (3), or (12) or (13), the antenna feeding portion is concentrated on one side outside the antenna. And its application system.
（１５）前記（１）または（２）において、上面の基板にＩＣやクリスタルや整合回路を搭載する場合は、アンテナコイルと一体のリーダライタとするため中心部の空間あるいはアンテナの外側の片端に集中させる方式とすることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (15) In the above (1) or (2), when an IC, a crystal, or a matching circuit is mounted on the substrate on the upper surface, a reader / writer integrated with the antenna coil is formed in the central space or one end outside the antenna. Parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system characterized by a concentrated system.
（１６）前記（１）または（２）において下面の基板にＩＣやクリスタルや整合回路を搭載する場合は、アンテナコイルと一体のリーダライタとするため、中心部の空間あるいはアンテナの外側の片端に集中させ、磁性体や上部基板が邪魔にならないようにこの部分を切り欠いてしまい、全体として非常に薄形とすることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (16) When mounting an IC, crystal, or matching circuit on the substrate on the lower surface in (1) or (2), the reader / writer is integrated with the antenna coil. A parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system, characterized in that this part is cut out so that the magnetic substance and the upper substrate do not get in the way, so that it is very thin as a whole.
（１７）前記（１）乃至（３）いずれかにおいて、携帯電話やｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）等において、コイルアンテナの大きさが、一辺２０〜３５ｍｍ、他辺２０〜４５ｍｍ、磁性体の厚み０．０５〜０．５ｍｍ、少なくとも１ｍｍ以下、ＰＣ組み込みの場合は、一辺３０〜５５ｍｍ、他辺４５〜７０ｍｍ、厚み０．１〜１ｍｍ、大形センサの場合、一辺２５〜４０ｍｍ、他辺２５〜４０ｍｍ、厚さ０．５〜２０ｍｍ、中形センサの場合、一辺１０〜１５ｃｍ、他辺１０〜１５ｃｍ、厚さ０．１〜１ｍｍとすることとし、中形、大形センサを除き薄形基板で２枚のアンテナを構成することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (17) In any one of the above (1) to (3), the size of the coil antenna is 20 to 35 mm on one side and 20 to 45 mm on the other side in a mobile phone, smart phone (registered trademark), iPhone (registered trademark) or the like. The thickness of the magnetic body is 0.05 to 0.5 mm, at least 1 mm or less. In the case of PC incorporation, one side is 30 to 55 mm, the other side is 45 to 70 mm, the thickness is 0.1 to 1 mm, and in the case of a large sensor, one side is 25 to 25 mm. In the case of 40 mm, other side 25-40 mm, thickness 0.5-20 mm, medium size sensor, it shall be 10-15 cm on one side, 10-15 cm on the other side, 0.1-1 mm in thickness, medium size, large size A parallel two-line loop antenna magnetic field and its application system, wherein two antennas are formed on a thin substrate except for a sensor.
（１８）前記（１）乃至（３）いずれかにおいてＩＣカードまたはＲＦＩＤのＩＣを載せ、カードあるいはタグとすることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (18) A parallel two-wire loop antenna magnetic field and an application system thereof, wherein the IC card or RFID IC is mounted on any of (1) to (3) to form a card or tag.
（１９）前記（１）乃至（３）いずれかにおいて本発明のアンテナを、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ（登録商標）、ＰＤＡ、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）等に内蔵し、内部のインターフェースと接続し、夫々の機器あるいは外部端末と通信を行うことを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (19) The antenna according to any one of the above (1) to (3) is incorporated in a mobile phone, a personal computer, a smart phone (registered trademark), a PDA, an iPhone (registered trademark), an iPod (registered trademark), or the like. A parallel two-wire loop antenna magnetic field and its application system characterized by connecting to an internal interface and communicating with each device or external terminal.
（２０）前記（１）または（２）においてゲート用、通過用の大形のアンテナを作るときは、一辺が１〜２ｍ、他辺も１〜３ｍとし、磁性体を用いる場合と用いない場合とに分け、磁性体を用いる場合には薄形に厚さ１０ｃｍ以下とし、磁性体を用いない場合は厚さ２０〜４０ｃｍとし、これをＲ／Ｗに接続ＰＣで管理することを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (20) When making a large antenna for gate and passage in (1) or (2) above, one side is 1 to 2 m and the other side is 1 to 3 m, with or without using a magnetic material. If a magnetic material is used, the thickness is 10 cm or less, and if a magnetic material is not used, the thickness is 20 to 40 cm, which is managed by a PC connected to the R / W. Parallel 2-line loop antenna magnetic field and its application system.
（２１）前記（１）乃至（１８）いずれかにおいて述べられているセンサ、タグにおいて、ＰＣ、ＰＯＳ、Ｒ／Ｗ、ＯＡ、ＦＡ、家電機器で読まれたデータを基本とし、通信を行うことを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (21) Communicate on the basis of data read by PC, POS, R / W, OA, FA, and home appliances in the sensors and tags described in any of (1) to (18) above. Parallel 2-wire loop antenna magnetic field and its application system.
（２２）前記（１）乃至（３）いずれかにおいて夫々の平行線の線路に切換えを行ったり、別々に給電した場合に整合が取れるように整合回路を共通あるいは別々に設けることを特徴とする平行２線ループアンテナ磁界とその応用システム。 (22) In any one of the above (1) to (3), a switching circuit is switched to each parallel line, or a matching circuit is provided in common or separately so that matching can be achieved when power is supplied separately. Parallel 2-line loop antenna magnetic field and its application system.
本発明の平行２線ループアンテナ磁界とその応用システムによれば、基本的にどの方向でも放射を行わない構造となっており、電波法上非常に有利となり更に金属面にループアンテナを載せた場合でも特性の劣化やインピーダンス等の大きな変化がなく、金属面影像（イメージ）による感度の向上が得られる等の特徴があり、金属面、金属面でない場合等の使用上の心配が不要となる。一般に金属面上のアンテナは金属面に直接間接当った場合でも特性の変化があるため、最初から金属面を当てる必要があるが本発明の平行２線ループアンテナ磁界とその応用システムでは金属面による影響が少ない等の有利な点がある。 According to the parallel two-wire loop antenna magnetic field of the present invention and its application system, the structure basically does not radiate in any direction, which is very advantageous in radio law, and when a loop antenna is mounted on a metal surface. However, there is a characteristic that there is no significant deterioration in characteristics, impedance, or the like, and an improvement in sensitivity can be obtained by a metal surface image (image), so that there is no need to worry about use when the metal surface is not a metal surface. Generally, an antenna on a metal surface has a change in characteristics even when it directly and indirectly touches the metal surface. Therefore, it is necessary to touch the metal surface from the beginning, but the parallel two-wire loop antenna magnetic field of the present invention and its application system depend on the metal surface. There are advantages such as little influence.
電磁界には座標中心からの距離をｒとすると、Ｋ１／ｒ３、Ｋ２／ｒ２、Ｋ３／ｒ、で表されるように三乗、二乗、一乗分の一で減衰する項がある。一般に三乗分の一は静電界や静磁界で、二乗分の一は誘導磁界、一乗分の一は放射電磁界の項と考えられている。所がループの軸方向（ループがｘｙ面内にあるときはｚ軸方向）にはある距離から三乗分の一で減衰や結合が行われる。正確に云うと距離ｒによる影響はｌｏｇｒ、１／ｒ、１／ｒ２、１／ｒ３、の函数となる。 For electromagnetic fields, where r is the distance from the coordinate center, the term attenuates to the third power, the second power, or the first power as represented by K 1 / r 3 , K 2 / r 2 , K 3 / r. There is. In general, one third power is considered to be an electrostatic field or static magnetic field, one second power is an induction magnetic field, and one power is a radiation electromagnetic field. In the axial direction of the loop (or the z-axis direction when the loop is in the xy plane), attenuation or coupling is performed by a factor of a third from a certain distance. To be exact, the influence of the distance r is a function of logr, 1 / r, 1 / r 2 , 1 / r 3 .
もし、１／ｒの項の放射を無くそうとすると誘導磁界も打ち消されてなくなりそうであるが、放射電磁界のベクトルは同相の場合、このようなセンサアンテナやＩＣタグのアンテナとして組み込んだ場合には、金属面上においても且つ他の金属面からもあまり影響を受けないセンサやタグを構成することができる。放射電磁界は打ち消されても、誘導磁界が残るようにすることができる。ループの軸方向ではそうであり、ｘｙ面内にも放射しない構造となる。正に一石二鳥の効果である。 If the radiation of the 1 / r term is to be eliminated, the induced magnetic field is likely to be canceled out, but if the radiated electromagnetic field vector is in-phase, such a sensor antenna or IC tag antenna is incorporated. Therefore, it is possible to configure a sensor or tag that is not significantly affected on the metal surface and from other metal surfaces. Even if the radiated electromagnetic field is canceled out, the induced magnetic field can remain. This is the case in the axial direction of the loop, and the structure does not radiate in the xy plane. This is the effect of two birds with one stone.
更に優れたことは金属面の影響が取り除かれることである。最初から金属面に現れる逆相電流を想定し、正相（逆相）電流を最初から組み込むことにより、金属面の影響を取り除くことである。更にこれに加え金属面の影像効果も加算することができるので一石三鳥の効果が得られる。 A further advantage is that the influence of the metal surface is removed. The reverse phase current that appears on the metal surface from the beginning is assumed, and the influence of the metal surface is removed by incorporating a normal phase (reverse phase) current from the beginning. In addition to this, the image effect of the metal surface can be added, so that the effect of three birds with one stone can be obtained.
また、金属の影響を受けない最初からこのような特性の優れたアンテナがＮＦＣリーダに用いられると、ＰＣ、携帯、ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）その他の機器に内蔵することによりそのための通信ソフトやインターフェースが合わせられるようにしておくことにより、他の機器が端末に近づいた時にインターフェースの切換えが自動的に行われ、自動的に通信が行われるようになり、置くだけ、触れるだけの通信が可能となる。更にアプリケーションソフトウェアが内蔵させることにより種々のアプリケーションの対応が可能となる。 In addition, when an antenna with such characteristics that is not affected by metal is used for an NFC reader from the beginning, a PC, mobile phone, smartphone (registered trademark), iPhone (registered trademark), iPod (registered trademark), or other device By incorporating the communication software and interface for this purpose, the interface is automatically switched when another device approaches the terminal, and communication is automatically performed. It is possible to communicate just by placing and touching. Further, by incorporating application software, various applications can be supported.
現在の多くの市販ノートパソコンでは、ディスプレイを開いた状態でキーボードの手前部分（キーを打つ時に両手を載せている辺り）に、上述の手段で薄形化したＮＦＣセンサアンテナを組み込むことが容易となる。また、液晶画面の右あるいは左下あるいは全面に薄形化したＮＦＣセンサを組み込むこともできる。ＮＦＣセンサの送受信用ＩＣ素子としてはＲＦＩＤ規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３， １５６９３， １８０９２）に準拠したもの（例えばＮＸＰ社のＭｉｆａｒｅ，ＰＮ５３１，ＰＮ５３２，ＰＮ５３３，− − − ，ＩｃｏｄｅＳＬＩなどのＮＦＣチップ）を使用し、パソコンとの通信は内部のＵＳＢ，ＳＤ，ＰＣＭＣＩＡ等のインターフェースを介して行うようにすれば、組込み型ＮＦＣセンサを簡単に実現できる。 With many current commercial notebook computers, it is easy to incorporate the NFC sensor antenna thinned by the above-mentioned means into the front part of the keyboard (with both hands on when keys are pressed) with the display open. Become. Also, a thinned NFC sensor can be incorporated in the right, lower left, or entire surface of the liquid crystal screen. As an IC element for transmission / reception of an NFC sensor, an element conforming to an RFID standard (ISO / IEC 14443, 15693, 18092) (for example, NXP Mifare, PN531, PN532, PN533, ---, IcodeSLI, etc. NFC chip) is used. If the communication with the personal computer is performed via an internal interface such as USB, SD, PCMCIA, etc., an embedded NFC sensor can be easily realized.
また、携帯電話の場合には電池蓋が一般的であるが電池蓋の内側も従来のように装着することができる。丁度、裏側がリチウムイオン電池となり、電池の外装はステンレスでその周囲は薄いプラスチックフィルムで覆われており金属面の影響が大きい。ＮＦＣＩＣやクリスタル、整合用コンデンサ、フィルタ等は別途基板に装着し、給電線を介して給電し、ＵＳＢ、ＳＤ端子に接続するか、適当なインターフェースを持つ通信端子に接続すればよい。 In the case of a mobile phone, a battery cover is generally used, but the inside of the battery cover can be attached as in the conventional case. Exactly the back side is a lithium ion battery, the battery exterior is made of stainless steel and the periphery is covered with a thin plastic film, so the influence of the metal surface is great. NFCIC, crystal, matching capacitor, filter, and the like may be separately attached to the substrate, supplied with power via a power supply line, and connected to a USB or SD terminal, or connected to a communication terminal having an appropriate interface.
アンテナは液晶画面の裏側も組み入れることもできる。また、携帯電話の全面が金属面で覆われているような構造やｉＰｏｄ（登録商標），ｉＰｈｏｎ（登録商標）等の場合には金属面の外側に薄いアンテナのみを貼り付けるようにして、給電部から金属面の内側に入るように隙間あるいは小さな穴から導線を取り付けるなり、接触端子を設けて内部と導通するように構成することもできる。また、ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ（登録商標）やＰＤＡ等の場合も、ＰＣや携帯電話の場合と同じようにセンサアンテナを取り付けることができる。 The antenna can also be incorporated into the back of the LCD screen. In the case of a structure in which the entire surface of the mobile phone is covered with a metal surface, iPod (registered trademark), iPhon (registered trademark), etc., only a thin antenna is attached to the outside of the metal surface to supply power. The lead wire is attached from a gap or a small hole so as to enter the inside of the metal surface from the portion, and a contact terminal can be provided to be electrically connected to the inside. In the case of smartphone (registered trademark), PDA, etc., a sensor antenna can be attached in the same manner as in the case of a PC or mobile phone.
以下に、本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
本発明を図面に基づいて説明する。 The present invention will be described with reference to the drawings.
図１は単１巻ループの図とこの場合の放射パターンを示す。図１（ａ）は半径ａ、線の太さ２ρの円形ループに電流Ｉφが流れている場合を示す。微小ループであるので、電流の振幅、位相は一定である。軸対称の構造であり、一定の電流値であるので、ｘｙ面内の円周方向には一様な放射を行う。ｚ軸方向には、電流はどの部分でも軸対称で反対方向の電流ベクトルとなるため放射は零となる。 FIG. 1 shows a diagram of a single turn loop and the radiation pattern in this case. Figure 1 (a) shows a case where the radius a, the circular loop of thickness 2ρ line current I phi is flowing. Since it is a micro loop, the amplitude and phase of the current are constant. Since the structure is axisymmetric and has a constant current value, uniform radiation is performed in the circumferential direction in the xy plane. In the z-axis direction, the current is axisymmetric at any part and becomes a current vector in the opposite direction, so that radiation is zero.
図１（ｃ）にはこのような微小ループの放射指向性を示す。即ち、ｘｙ面内にはドーナツ形の一様な放射を行い、ｚ軸方向には放射は零である。ドーナツの断面は８字の円となる。このような微小とは云えｘｙ面内には一様な放射が行われる。従って出力の大きなリーダライタや送信機を用いた場合には放射は無視できない。例えばカードの改札口のアンテナや棚管理用のアンテナを用い、高出力のリーダライタを用いた場合は放射に気をつけなければならない。 FIG. 1C shows the radiation directivity of such a micro loop. That is, donut-shaped uniform radiation is performed in the xy plane, and the radiation is zero in the z-axis direction. The cross section of the donut is an 8-character circle. Although it is such a minute, uniform radiation is performed in the xy plane. Therefore, radiation cannot be ignored when a reader / writer or transmitter having a large output is used. For example, if a card ticket gate antenna or shelf management antenna is used and a high-power reader / writer is used, radiation must be taken care of.
図１（ｂ）は一辺がＬ１とＬ２の枠形ループの図を示す。円形ループと枠形ループの指向性はＬ１＝Ｌ２の場合殆んど変わらない。また、２（Ｌ１＋Ｌ２）＝２πａのとき即ち線長が同じ場合には殆んどインダクタンスの値は変わらない。枠形ループのインダクタンスや放射パターンを計算してあるが円形ループの結果と大差ないので、解析は円形ループで行った結果を利用している。円形ループの場合、先に述べたように電流Ｉφは一定なので、円周に沿って電流を積分した場合の発生する磁界Ｈθは、図１（ｄ）でも示すように極座標系で次のように表される。
これを見ても分かるとおり、放射電磁界の項β２／ｒは存在し、ｘｙ面内に一様に放射する。これは先にも述べたように一般のアンテナの形状がこのような形状のループアンテナを用いているので小さいながら放射はあると考えてよい。誘導磁界ｊβ／ｒ２は虚数であり、インダクティブな作用を行う。実際にはループの近辺に時間的なファクターで現れたり消えたりする量である。一般的にはこの量を誘導結合としてセンサやタグでは利用している。ｚ軸方向の磁界Ｈｚは、放射磁界は含まれず放射がないことが分かる。ｚ軸方向に直交する電界と磁界が存在しないし且つ電流ベクトルは、ｘｙ面内のどの位置でも打ち消されて、軸対称となっていることからも理解できる。
Figure 1 (b) shows the one side of the frame-shaped loop of L 1 and L 2 FIG. The directivity of the circular loop and the frame loop is almost the same when L 1 = L 2 . Further, when 2 (L 1 + L 2 ) = 2πa, that is, when the line length is the same, the inductance value hardly changes. Although the inductance and radiation pattern of the frame-shaped loop are calculated, it is not much different from the result of the circular loop. Therefore, the analysis is performed using the result of the circular loop. In the case of a circular loop, since the current Iφ is constant as described above, the magnetic field H θ generated when the current is integrated along the circumference is as follows in the polar coordinate system as shown in FIG. It is expressed as follows.
As can be seen from this, the radiated electromagnetic field term β 2 / r exists and radiates uniformly in the xy plane. As described above, since the general antenna shape uses a loop antenna having such a shape, it may be considered that there is radiation even though it is small. The induced magnetic field jβ / r 2 is an imaginary number and performs an inductive action. Actually, it is the amount that appears and disappears in the vicinity of the loop due to a temporal factor. In general, this amount is used as inductive coupling in sensors and tags. It can be seen that the magnetic field Hz in the z-axis direction does not include a radiation magnetic field and does not emit radiation. It can also be understood from the fact that there is no electric field and magnetic field orthogonal to the z-axis direction, and the current vector is canceled at any position in the xy plane and is axisymmetric.
図２は本発明の平行２線ループ磁界の原理を示す図である。図では平面の１巻枠形ループの例で説明しているが円形ループでも同じである。１巻の枠形コイル（枠形ループ）２ａと同大の１巻の枠形コイル（枠形ループ）２ｂを上下に重ねた構造で０．１〜２ｃｍ程度離して重ねた構造をしている。一般にコイル（ループ）の巻数は４巻程度であるが原理は同じなので１巻で説明してある。基本的に上のコイル（ループ）２ａと下のコイル（ループ）２ｂとは、平行２線であるので矢印に示すように正相（逆相）電流を流しており、上方（ｚ軸方向）においては、電流Ｉ１はループの電流であるため、φ＝１８０°の点では電流は逆方向に流れており放射ベクトルは打ち消されて放射は行われない。また、下方においても同様である。電流Ｉ２においてもループ電流であるためｘｙ面内のφ＝１８０°の点では両電流ベクトルは反対となり、放射ベクトルは打ち消され、ｚ軸方向即ち上下方向には放射しない。 FIG. 2 is a diagram showing the principle of the parallel two-line loop magnetic field of the present invention. In the figure, an example of a flat single-frame loop is described, but the same applies to a circular loop. A structure in which a single-turn frame-shaped coil (frame-shaped loop) 2b, which is the same size as a single-turn frame-shaped coil (frame-shaped loop) 2b, is stacked vertically and separated by about 0.1 to 2 cm. . Generally, the number of turns of the coil (loop) is about 4, but since the principle is the same, only one turn is described. Basically, the upper coil (loop) 2a and the lower coil (loop) 2b are parallel two lines, so that a positive phase (reverse phase) current flows as shown by the arrows, and the upper direction (z-axis direction). In FIG. 5, since the current I 1 is a loop current, the current flows in the opposite direction at the point of φ = 180 °, and the radiation vector is canceled and no radiation is performed. The same applies to the lower part. Since the current I 2 is also a loop current, both current vectors are opposite at the point of φ = 180 ° in the xy plane, the radiation vectors are canceled, and they are not radiated in the z-axis direction, that is, the vertical direction.
一方、ｘｙ面内についても電流Ｉ１とＩ２が同大で逆方向を向いており、正相（逆相）電流となっているため放射は行われない。一般に平行２線間の間隔が大きくない限り（位相差が発生しない限り）放射は行われない。従って、ｚ軸方向にも、ｘ、ｙ軸方向にも放射は行われない形の理想的な誘導コイル（ループ）アンテナが構成されることが説明できる。 On the other hand, even in the xy plane, the currents I 1 and I 2 are the same size and are directed in opposite directions, and are not emitted because they are normal phase (reverse phase) currents. Generally, no radiation is performed unless the distance between the parallel two lines is large (unless a phase difference occurs). Therefore, it can be explained that an ideal induction coil (loop) antenna is configured in such a manner that radiation is not performed in the z-axis direction or the x- and y-axis directions.
このように基本的にループの面内ｘｙ面内に放射がないと云うことは、今までの常識と異なり、放射のない、あるいは放射の殆んどないアンテナとして考えることができ、金属面とは関係なく大変使い易いアンテナと考えることができる。ｚ軸とｘｙ面内には放射がないことが分かったが、わずかながらｚ軸を中心としｚ＝０を頂点とする上下２つの円錐を考えるとこの方向のみにわずかながら位相差による放射があるが、一般にサイドローブレベルの放射である。上のコイル（ループ）２ａの電流Ｉ１を励振する端子Ｐ１，Ｐ２と下のコイル（ループ）２ｂの電流Ｉ２を励振する端子Ｐ３，Ｐ４とにより、夫々のコイル（ループ）に給電する電圧、電流を制御することができる。先に述べたように上下のコイル（ループ）には正相（逆相）電流が流れているがもう一つの見方をすると上下の平行線路を枠形ループを構成するように折り曲げたと見ることもできる。 The fact that there is basically no radiation in the xy plane of the loop in this way is different from the common sense so far and can be considered as an antenna having no radiation or almost no radiation. Can be considered as an antenna that is very easy to use. Although it was found that there was no radiation in the z-axis and the xy plane, there was slight radiation due to the phase difference only in this direction when considering the two upper and lower cones centered on the z-axis and z = 0 as the apex. Is generally sidelobe-level radiation. The terminal P3, P4 exciting the current I 2 of the upper coil (loop) 2a below the terminal P1, P2 which excites the electric current I 1 of the coil (loop) 2b, the voltage to power the respective coil (loop) The current can be controlled. As mentioned earlier, normal phase (reverse phase) current flows in the upper and lower coils (loops), but another way of looking is that the upper and lower parallel lines are folded to form a frame loop. it can.
上の枠形コイル（枠形ループ）の端子Ｐ２から端子Ｐ１の方向に電流が流れるように給電している。また、下の枠形コイル（枠形ループ）は端子Ｐ３から端子Ｐ４の方向に電流が流れるように給電している。先に述べたように、平行線路と見ると、Ｉ１＝Ｉ２とすると端子Ｐ２から端子Ｐ４に電流が流れているように見える。また、端子Ｐ３から端子Ｐ１の方向に電流が流れているように見える。即ち、この図から見ても端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に如何に給電するかにより電流の方向が制御できることが分かる。 Power is supplied so that current flows from the terminal P2 to the terminal P1 of the upper frame coil (frame loop). The lower frame coil (frame loop) supplies power so that current flows from the terminal P3 to the terminal P4. As described above, when viewed as a parallel line, when I 1 = I 2 , it seems that a current flows from the terminal P2 to the terminal P4. Also, it seems that current flows from the terminal P3 to the terminal P1. That is, it can be seen from this figure that the direction of the current can be controlled by how power is supplied to the terminals P1, P2, P3, and P4.
また、本発明の平行２線ループアンテナの形状が、同一のアンテナを２個重ねた構成となるため、その形状よりツインループアンテナともダブルループアンテナともハイパー（ジェット）ループアンテナとも見ることができる。 In addition, since the shape of the parallel two-wire loop antenna of the present invention is a configuration in which two identical antennas are stacked, it can be seen as a twin loop antenna, a double loop antenna, or a hyper (jet) loop antenna.
図３には図２に示す電流Ｉ１，Ｉ２を枠形コイル（枠形ループ）に流すための具体的な給電方法を示している。図３（ａ）には上下のコイル（ループ）を直列に接続する方法を示している。端子Ｐ１とＰ３を短絡し、端子Ｐ２とＰ４より給電する方式を示している。 FIG. 3 shows a specific power feeding method for flowing the currents I 1 and I 2 shown in FIG. 2 through the frame coil (frame loop). FIG. 3A shows a method of connecting upper and lower coils (loops) in series. A system in which terminals P1 and P3 are short-circuited and power is supplied from terminals P2 and P4 is shown.
一方、端子Ｐ２とＰ４を短絡し、Ｐ１とＰ３を給電する方式にしても同じ動作をする。金属面Ｍの上にアンテナを載せているがアンテナ線２ｂは絶縁されている。金属面Ｍがない場合でも図２で説明したように既に下方のコイル２ｂには正相（逆相）電流を流しているので下方の金属面の影響を受け難い。 On the other hand, even if terminals P2 and P4 are short-circuited and P1 and P3 are fed, the same operation is performed. An antenna is placed on the metal surface M, but the antenna wire 2b is insulated. Even when there is no metal surface M, as described with reference to FIG. 2, a normal phase (reverse phase) current has already flowed through the lower coil 2 b, so that it is not easily affected by the lower metal surface.
図３（ｂ）には上下のコイル（ループ）を並列に給電している場合を示す。並列の場合、上下のコイル（ループ）の条件が違う場合、上下に流れる電流Ｉ１，Ｉ２が変わることが発生するので不都合な場合には、図３（ｃ）に示すように夫々のループの給電部Ｐ１，Ｐ２とＰ３，Ｐ４とに整合回路ＭＴＣや給電スイッチを別々に設置することもできる。別々に設置した給電スイッチにより、正相（逆相）に給電を行ったり、零相（同相）に給電を行ったりすることで状況に合わせて給電方法を切り換えることができる。 FIG. 3B shows a case where upper and lower coils (loops) are fed in parallel. In the case of parallel, when the conditions of the upper and lower coils (loops) are different, the currents I 1 and I 2 flowing up and down may change, and in an inconvenient case, as shown in FIG. The matching circuit MTC and the power feeding switch can be separately installed in the power feeding parts P1, P2 and P3, P4. By supplying power to the positive phase (reverse phase) or supplying power to the zero phase (in-phase) by using a separately installed power supply switch, the power supply method can be switched according to the situation.
図３（ｄ）には枠形コイル（枠形ループ）の一辺Ｌ１側における電流Ｉ１，Ｉ２と金属面Ｍによる影像（イメージ）により、完全ではないがＩ２はＩ２’で打ち消されて図３（ｅ）のように金属面と導線２ａと導線２ｂとの間の磁界の開口部は２倍になったかのように大きくなるので磁束が２倍になったように見える。電流Ｉ２は完全に打ち消されないので一部は残るので完全に図３（ｅ）と等価にはならないが当初より正相（逆相）電流があるお陰で磁界の形状やインピーダンスは大きく変化を受けないので設計が楽になる。図５で更に詳しく述べる。 In FIG. 3D, the current I 1 and I 2 on the side L 1 side of the frame coil (frame loop) and the image (image) of the metal surface M are not perfect, but I 2 is canceled by I 2 ′. As shown in FIG. 3 (e), the magnetic field opening between the metal surface and the conductors 2a and 2b increases as if it has been doubled, so that the magnetic flux appears to be doubled. Since the current I 2 is not completely canceled out, a part of the current I 2 remains, so it is not completely equivalent to FIG. 3 (e), but the shape and impedance of the magnetic field change greatly due to the presence of the positive phase (reverse phase) current from the beginning. Design is easy because it does not receive. This will be described in more detail with reference to FIG.
図３（ｆ）は、枠形コイル（枠形ループ）のもう一辺のＬ２側の電流Ｉ１，Ｉ２による金属面Ｍによる影像（イメージ）により、Ｌ１側と同じように磁界が増えることを説明する図である。 FIG. 3 (f) by imaging by metal surface M by a current I 1, I 2 of the L2 side of another side of the frame-shaped coil (frame-shaped loop) (Image), that the magnetic field is increased in the same manner as L 1 side FIG.
図３（ｇ）には、Ｌ２側のコイルの電流による磁束は、影像（イメージ）により磁束が２倍となることを説明している。 The FIG. 3 (g), the magnetic flux due to the current of L 2 side of the coil, describes that the magnetic flux is twice the imaging (image).
図４には、２対のコイル（ループ）を同相（零相）で励振する場合の例で、図４（ａ）は直列に、図４（ｂ）には並列に励振する例を示す。正相（逆相）励振ではないので単体ではｘｙ面内の放射は抑えられないが、金属面の影像（イメージ）により、ｘｙ面内の放射も抑えられる。下方のコイル２ｂが金属面の影響を受けるが上方のコイル２ａは金属面から離れている分、影響を受け難い。金属面のある場合とない場合では変わるので本目的には適当でない。 FIG. 4 shows an example in which two pairs of coils (loops) are excited in the same phase (zero phase). FIG. 4A shows an example in which excitation is performed in series, and FIG. Since it is not normal phase (reverse phase) excitation, radiation in the xy plane cannot be suppressed by itself, but radiation in the xy plane can also be suppressed by an image (image) of the metal surface. The lower coil 2b is affected by the metal surface, but the upper coil 2a is less affected by the distance from the metal surface. Since it varies depending on whether or not there is a metal surface, it is not suitable for this purpose.
図５は、本発明の概念を説明するための図である。図５（ａ）は１本の導線の例で無限に長い１本の導線の場合電流Ｉ１の周囲に円形の均一な磁界Ｈ１が発生することを示している。図５（ｂ）は２本の平行（導）線路の場合で上の線路２ｃと下の線路２ｂには同大反対方向の電流Ｉ１，Ｉ２が流れている場合を示す。Ｉ１とＩ２を正相（逆相）電流とする。この場合には磁界は上下対象で電流Ｉ１，Ｉ２を囲むように方向が反射の円群となる。即ち、平行線路に現れる電界Ｅと磁界Ｈの図となる。いま２本の線が充分に離れて（例えば２ｃｍ以上）いる時はこの平行線路のインピーダンスは電磁界が伝送するには充分なインピーダンスを提供できるが、平行線路の間隔が狭くなり、導線間の間隔が１ｍｍ以下となると電界は大きくなり磁界がこの間隙を通り難くなる。即ち線間容量Ｃが増え線路インダクタンスＬは小さくなる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the concept of the present invention. Figure 5 (a) shows that a uniform magnetic field H 1 of the circular is generated around the case current I 1 of the infinitely long one conductor in the example of one conductor. FIG. 5B shows a case where two parallel (conductive) lines are used, and currents I 1 and I 2 in the same opposite direction flow through the upper line 2c and the lower line 2b. Let I 1 and I 2 be positive phase (reverse phase) currents. In this case, the magnetic field is a group of circles whose reflection is directed so as to surround the currents I 1 and I 2 in the vertical direction. That is, an electric field E and a magnetic field H appearing on the parallel lines are shown. When the two lines are now sufficiently separated (for example, 2 cm or more), the impedance of this parallel line can provide sufficient impedance for the transmission of the electromagnetic field, but the distance between the parallel lines becomes narrow and the distance between the conductors When the distance is 1 mm or less, the electric field increases and the magnetic field is difficult to pass through this gap. That is, the line capacitance C increases and the line inductance L decreases.
この場合のインダクタンスＬは、
線間容量Ｃは、
で表され、特性インピーダンスＺ０は
となる。
In this case, the inductance L is
The capacitance C between lines is
And the characteristic impedance Z 0 is
It becomes.
つぎに枠形ループを円形ループで置き換え、２個のループが同相（逆相）に励振され近接して置かれているとして考察する。いま半径ａのループの自己インダクタンスは次の式で表されることがよく知られている。枠形ループとの対応としては、２πａ＝２（Ｌ１＋Ｌ２）としており、線長が同じと考えている。
Ｎ巻のループでかつ平面に巻いた場合のループの半径は巻く毎に異なるのでその平均値をａ１とする。大小ループのほぼ中心の大きさのループの半径と考えてよい。この場合、
である。
Next, the frame-shaped loop is replaced with a circular loop, and it is considered that the two loops are excited in the same phase (reverse phase) and placed close to each other. It is well known that the self-inductance of the loop having the radius a is expressed by the following equation. The correspondence with the frame loop is 2πa = 2 (L 1 + L 2 ), and the line length is considered to be the same.
Loop at and differs for each radius of the loop when wound on the plane winds of N winding and the average value a 1. It can be thought of as the radius of the loop that is approximately the size of the center of the large and small loops. in this case,
It is.
また、上下に巻かれた実施例のようなコイル（ループ）の相互インダクタンスは線の太さも考えて
である。従って、相互インダクタンスの影響を含めた全体のインダクタンスの値は、
となる。即ちループの大きさに関係なく、上下の平行２線によるインダクタンスと同じ値となる。これによってもループ電流による影響より、上下平行線の正相（逆相）電流の影響の方が大きいことが分かる。
Also, the mutual inductance of the coil (loop) as in the embodiment wound up and down also considers the thickness of the wire
It is. Therefore, the total inductance value including the influence of mutual inductance is
It becomes. In other words, regardless of the size of the loop, it has the same value as the inductance of the upper and lower parallel two lines. This also shows that the effect of the normal phase (reverse phase) current of the upper and lower parallel lines is greater than the effect of the loop current.
ここに、
である。いま１式においてｄ＝２ρとすると線間の間隔はなくなるのでインダクタンスＬ＝０となり、２式の容量Ｃは∞となる。また特性インピーダンスは０となる。
here,
It is. If d = 2ρ in Formula 1, there is no space between the lines, so inductance L = 0 and the capacitance C in Formula 2 is ∞. The characteristic impedance is zero.
次に図５（ｃ）に示すように高透磁率の磁性体板６を平行線路の線間に挿入した場合を示す。線間の間隔ｄを小さくして行くと先に説明したように磁界が通り難くなり、インダクタンスＬは低下する。そこで比透磁率１００〜２００（約１６０）程度の高透磁率の磁性体板（シート）を線間に挟み込むことにより、磁界は狭い空間（ｄｍ−２ρ）を通ることができ、線間の距離（ｄｍ−２ρ）を０．１〜１０ｍｍ程度にしても磁路が得られ、充分なインダクタンス、容量、特性インピーダンスを得ることができる。実用上（ｄｍ−２ρ）が０．１〜０．５ｍｍ程度が携帯電話等に用いる小形センサアンテナに適している。磁界はかまぼこ形に偏平になり、高透磁率の磁性体の磁路を通ることができる。特に、導体の周辺５〜２５ｍｍ程度の空間が磁界の磁路の影響を受け易いので、線の直下ではこの程度の磁性体の幅は必要である。 Next, as shown in FIG.5 (c), the case where the high magnetic permeability magnetic board 6 is inserted between the lines of a parallel line is shown. As the distance d between the lines decreases, the magnetic field becomes difficult to pass as described above, and the inductance L decreases. Therefore, by sandwiching a magnetic plate (sheet) having a high permeability of about 100 to 200 (about 160) between the lines, the magnetic field can pass through a narrow space (dm-2ρ), and the distance between the lines. Even if (dm-2ρ) is about 0.1 to 10 mm, a magnetic path can be obtained, and sufficient inductance, capacity, and characteristic impedance can be obtained. Practically (dm-2ρ) of about 0.1 to 0.5 mm is suitable for a small sensor antenna used for a mobile phone or the like. The magnetic field is flattened in a kamaboko shape and can pass through the magnetic path of a magnetic material with high permeability. In particular, since a space of about 5 to 25 mm around the conductor is easily affected by the magnetic path of the magnetic field, such a width of the magnetic material is required immediately below the line.
図５（ｄ）には、図５（ａ）の場合のように、無限に長い導線の磁界を横から見た場合を示す。電流Ｉを囲んで右回りの磁界とすると、上の磁界は紙面より手前に向かって来る磁界となり、下の磁界は紙面より裏に向かって行く磁界となることを示している。 FIG. 5D shows a case where the magnetic field of an infinitely long conducting wire is viewed from the side as in FIG. When a clockwise magnetic field is surrounded by the current I, the upper magnetic field is a magnetic field that comes toward the front of the paper, and the lower magnetic field is a magnetic field that goes toward the back of the paper.
図５（ｅ）は、図５（ｂ）のように、平行線路の磁界を横から見た場合を示す。平行線路の外と中では磁界の方向が変わっていることが分かる。 FIG.5 (e) shows the case where the magnetic field of a parallel line is seen from the side like FIG.5 (b). It can be seen that the direction of the magnetic field changes outside and inside the parallel line.
図５（ｆ）には、図５（ｃ）に示すように比較的線間が狭い場合、高透磁率の磁性体を線間に挟んだ場合の線路および磁性体内の磁界を横から見た場合を示す。間隔が狭い場合でも斜線の高透磁率の磁性体内を磁界がよく通れることが分かる。磁性体断面の比透磁率が大きい程磁路が広がったものと等価になる。しかしながら磁力線方向の長さについては磁極による反磁界の影響で磁路に沿っての長さが充分にないため且つ殆んどの磁界が空気中を通るため実効透磁率は低く、μｅｆｆ＝１０〜１６程度と考えられる。 In FIG. 5 (f), when the line is relatively narrow as shown in FIG. 5 (c), the line and the magnetic field in the magnetic body when the magnetic material having a high permeability is sandwiched between the lines are viewed from the side. Show the case. It can be seen that even when the interval is narrow, the magnetic field can pass through the magnetic body having a high magnetic permeability with diagonal lines. The larger the relative permeability of the cross section of the magnetic material, the more equivalent to the expansion of the magnetic path. However, the effective magnetic permeability is low because the length in the direction of the magnetic field is not sufficient along the magnetic path due to the influence of the demagnetizing field due to the magnetic poles, and most of the magnetic field passes through the air, so that μ eff = 10 It is considered to be about 16.
図５（ｇ）には、図３（ａ）のように直列に給電された対コイル（ループ）アンテナが絶縁されて金属面Ｍの上に載せられている場合の磁界を示している。電流Ｉ１，Ｉ２の影像（イメージ）Ｉ１’、Ｉ２’が金属面Ｍの反対側に等大、等距離に反対の矢印方向に現れ磁界は矢印で示す方向となる。影像効果（イメージ）により、線間の間隔が広がったように見え、磁束の数も２倍に増えたように見える。しかしながら、電流Ｉ２とＩ２’は完全導体で大きな場合に打ち消されるようになるが、有限の大きさなので完全に打ち消されないでこの電流による磁界は一部残存する。また、影像効果による磁束は増えるのでこの分の効果は上がり通信感度はよくなる。 FIG. 5G shows the magnetic field when the pair coil (loop) antenna fed in series is insulated and placed on the metal surface M as shown in FIG. The images I 1 ′ and I 2 ′ of the currents I 1 and I 2 appear on the opposite side of the metal surface M in the opposite arrow direction at the same distance, and the magnetic field is in the direction indicated by the arrow. Due to the image effect (image), it appears that the spacing between the lines has increased and the number of magnetic fluxes has also doubled. However, although the currents I 2 and I 2 ′ are completely conductors and cancel when they are large, they are finite in size and are not completely cancelled, and a part of the magnetic field due to this current remains. In addition, since the magnetic flux due to the image effect increases, the effect is increased and the communication sensitivity is improved.
図６は、金属面に置かれた図６（ａ）の１巻コイルの影像（イメージ）により、１つのコイル（ループ）が図６（ｂ）のように２倍になって見える説明をしたが、このコイルを図６（ｃ）のように細長くし、枠形に折り曲げると図３（ａ）の対コイル（ループ）になることを説明するもので影像効果（イメージエフェクト）がよりはっきり分かるための説明図である。従って平行線をコイル状に折り曲げたものは影像効果により感度が上昇することが理解される。 FIG. 6 explains that one coil (loop) appears to be doubled as shown in FIG. 6B by the image of the one-turn coil of FIG. 6A placed on the metal surface. However, when this coil is elongated as shown in FIG. 6 (c) and bent into a frame shape, it explains that it becomes a counter-coil (loop) in FIG. 3 (a), and the image effect (image effect) can be understood more clearly. It is explanatory drawing for. Accordingly, it can be understood that the sensitivity of a parallel line bent in a coil shape is increased by the image effect.
図７は、基板ＰＣＢにエッチングされた対コイル（ループ）Ａｎｔ１とＡｎｔ２の間に高透磁率の磁性体シート６を挟めるようにしている場合を示す。夫々のコイル（ループ）アンテナ端子をスルーホールを介して貫通ピンで接続し、対アンテナの直列アンテナを構成する方式を示している。上の基板のコイルの内側の終端は下の基板のコイルの内側の終端に上の基板のコイルの外側の終端を給電端子とし、下の基板のコイルの外側の終端をピンにより上の基板に接続し、これをもう一方の給電端子とすることを行っている。 FIG. 7 shows a case where a magnetic sheet 6 having a high magnetic permeability is sandwiched between counter coils (loops) Ant1 and Ant2 etched on the substrate PCB. A system is shown in which each coil (loop) antenna terminal is connected with a through pin through a through-hole to form a series antenna of a pair antenna. The inner terminal of the upper board coil is connected to the inner terminal of the lower board coil, and the outer terminal of the upper board coil is used as a feed terminal, and the outer terminal of the lower board coil is connected to the upper board by a pin. It is connected and this is used as the other power supply terminal.
図（ａ）では４巻の平面ループの例を示しているが、ループの大きさが小さい場合は３〜５巻程度となる場合があり、中程の場合は２〜４巻、ループの大きさが大きい場合には１巻でも充分な場合がある。インダクタンスの値としても片側のアンテナで、１．５〜３μＨ、両アンテナ合わせて、３〜６μＨとなる。合わせて４μＨ程度のインダクタンスを目安とすればよい。 Fig. (A) shows an example of a four-turn planar loop. However, if the loop size is small, it may be about 3-5 turns, and if it is the middle, 2-4 turns, the loop size. If the length is large, even one roll may be sufficient. The inductance value is 1.5 to 3 [mu] H for one antenna and 3 to 6 [mu] H for both antennas. In total, an inductance of about 4 μH may be used as a guide.
ｆ＝１３．５６ＭＨｚのアンテナとして用いるとき、ＰＣ等のセンサアンテナとするときは、Ｌ１が約３０〜７０ｍｍ、Ｌ２が約３０〜５０ｍｍとし、磁性体シートの大きさもほぼ同大で、厚みは０．１５〜１ｍｍ程度としている。携帯電話のように小形化しなければならないときは、Ｌ１が約２０〜４５ｍｍ、Ｌ２が２０〜３５ｍｍで磁性体板の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍ程度である。大きなセンサアンテナを作るときは、Ｌ１、Ｌ２ともに３０ｃｍ程度で厚みが５〜１０ｍｍの磁性体シートを用いる。 When used as an antenna of f = 13.56 MHz, when it is used as a sensor antenna such as a PC, L 1 is about 30 to 70 mm, L 2 is about 30 to 50 mm, and the size of the magnetic material sheet is almost the same size and thickness. Is about 0.15 to 1 mm. When miniaturization is required as in a mobile phone, L 1 is about 20 to 45 mm, L 2 is 20 to 35 mm, and the thickness of the magnetic plate is about 0.05 to 0.5 mm. When making a large sensor antenna, a magnetic sheet having a thickness of 5 to 10 mm and a thickness of about 30 cm is used for both L 1 and L 2 .
アンテナ本体として用いる場合で、金属面あろうがプラスチックであろうが両方に用いることができ、且つ両面の磁界や片方のみの磁界を用いることもできる。 When used as an antenna body, it can be used for both metal surfaces and plastics, and a magnetic field on both sides or a magnetic field on only one side can be used.
中形のセンサアンテナを作るときは、Ｌ１、Ｌ２ともに１０ｃｍ〜１５ｃｍ程度で厚みが０．５〜３ｍｍ程度である。中間に位置している大きさのセンサでは大、中、小、極小の間に入るような大きさ厚さのセンサとなる。 When making a medium-sized sensor antenna, both L 1 and L 2 are about 10 cm to 15 cm and the thickness is about 0.5 to 3 mm. The sensor having a size located in the middle is a sensor having a size and thickness that falls between large, medium, small, and minimal.
また、大形のアンテナの場合は、磁性体をゴムやプラスチックで固めた比較的比透磁率が高くないμγ＝１４〜６０程度の磁性体シートでも利用できる。更に大きなＬ１、Ｌ２が１ｍ近いようなアンテナでも基本的には放射が発生しない特徴があるので安心である。 Further, in the case of a large antenna, a magnetic material sheet having a relatively high relative magnetic permeability of μ γ = 14 to 60, which is obtained by solidifying a magnetic material with rubber or plastic, can be used. Even antennas with larger L 1 and L 2 near 1 m are basically safe because they do not generate radiation.
図７（ｂ）には、上の基板と下の基板の給電部のコイル端子の接続方法を示している。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の他の方法によるものでどちらの方法によってもよい。図７（ｄ）は、図７（ａ）を横から見た場合を示す。磁性体は両基板の間に納まっている。図７（ｅ）は、更に金属板ＭＢを下方に当てた場合を示す。 FIG. 7B shows a method of connecting the coil terminals of the power feeding unit between the upper substrate and the lower substrate. FIG. 7C is based on the other method of FIG. 7B, and either method may be used. FIG. 7D shows a case where FIG. 7A is viewed from the side. The magnetic material is stored between both substrates. FIG.7 (e) shows the case where the metal plate MB is further applied below.
図８（ａ）は、本発明の平行線ループアンテナの磁界を側面から見た場合の説明図である。上下に対称に磁界が現れ且つ側面にも磁界が現れていることが分かる。 Fig.8 (a) is explanatory drawing at the time of seeing the magnetic field of the parallel line loop antenna of this invention from the side. It can be seen that the magnetic field appears symmetrically in the vertical direction and also appears on the side surface.
図８（ｂ）は、更に金属面Ｍが当っている場合を示す。この場合も金属面Ｍの影響で磁界が打ち消されることなく、影像効果（イメージエフェクト）も加わり、きれいな磁界が発生していることがわかる。下方の磁界はあくまでも影像（イメージ）である。 FIG. 8B shows a case where the metal surface M further hits. Also in this case, the magnetic field is not canceled by the influence of the metal surface M, and an image effect (image effect) is also added, and it can be seen that a clean magnetic field is generated. The lower magnetic field is only an image.
図８（ｃ）は、金属面Ｍを挟む磁界の方向と分布を示す。金属板の下方には影像（イメージ）による電流Ｉ１’，Ｉ２’と磁界があるように見えるがあくまでも実存はしない。電気的なものである。 FIG. 8C shows the direction and distribution of the magnetic field sandwiching the metal surface M. Below the metal plate, it appears that there are currents I 1 ′, I 2 ′ and magnetic fields due to images (images), but they do not exist. It is electrical.
図８（ｄ）には、下方の金属板Ｍに加え、コイル（ループ）の線上のみに金属薄帯（ストライプ）を加えて側方磁界を強力にする場合を示す。また、金属板Ｍがグランドと接続されていない場合、アンテナ基板と金属板Ｍとの間に浮遊容量が発生して共振周波数の変動要因となるため、金属板Ｍとアンテナ基板のグランドとの電位を共通にする接地が必要となる場合がある。 FIG. 8D shows a case where a lateral magnetic field is strengthened by adding a metal ribbon (stripes) only on the coil (loop) line in addition to the lower metal plate M. In addition, when the metal plate M is not connected to the ground, stray capacitance is generated between the antenna substrate and the metal plate M, which causes a variation in the resonance frequency, and therefore the potential between the metal plate M and the ground of the antenna substrate. There may be a need for grounding that is common.
図９には、図７に示すアンテナ基板の構成の別の実施例を示す。図９（ａ）には、上下の対となるアンテナ基板ＰＣＢ１とＰＣＢ２とがあり、コイル（ループ）アンテナＡｎｔ１とＡｎｔ２がエッチングまたは印刷や蒸着されている。元々のコイルアンテナの端部は手前のコイル（ループ）アンテナの外に端部をそろえるようにしている。 FIG. 9 shows another embodiment of the configuration of the antenna substrate shown in FIG. In FIG. 9A, there are an antenna substrate PCB1 and PCB2 which form a pair of upper and lower sides, and the coil (loop) antennas Ant1 and Ant2 are etched, printed or vapor-deposited. The end of the original coil antenna is aligned with the outside of the front coil (loop) antenna.
これによって図９（ｂ）に示すようにフレキシブル基板やフィルム、ポリイミド基板が端部で合わせるように半田付け、融着、圧着、ピン止め、カシメ等の加工によって導通が行われるようにする。そして外部のアンテナケーブルＡｎｔＣａｂｌｅに接続できるようにコネクタＣｏｎを介して信号や電力の伝送が行えるようにしている。 As a result, as shown in FIG. 9B, conduction is performed by processing such as soldering, fusing, crimping, pinning, caulking and the like so that the flexible substrate, film, and polyimide substrate are aligned at the end. A signal and power can be transmitted via the connector Con so that it can be connected to an external antenna cable AntCable.
図９（ｃ）には、上部のアンテナＡｎｔ１と端部の構成の方法を示すもので、アンテナ面の裏面にはスルーホールを用いて更に下面の銅箔により、アンテナ端部から基板端部までジャンパーし、導通片としている。これを図９（ｄ）に示す。裏返ししているので左右逆となっている。 FIG. 9 (c) shows a configuration method of the upper antenna Ant1 and the end portion. A through hole is used on the back surface of the antenna surface, and the copper foil on the lower surface is further used from the antenna end portion to the substrate end portion. Jumpers are used as conductive pieces. This is shown in FIG. It is upside down because it is turned over.
図９（ｅ）には、下方のアンテナ基板ＰＣＢ２とアンテナＡｎｔ２を示す。コイル（ループ）アンテナの外側の端子は給電部となるので、左の図９（ｃ）の場合と入れ替わった隣りの端子となっている。 FIG. 9E shows the lower antenna substrate PCB2 and the antenna Ant2. Since the outer terminal of the coil (loop) antenna is a power feeding section, it is an adjacent terminal that is replaced with the case of FIG. 9C on the left.
図９（ｆ）には、アンテナの一番下の基板となり金属面に一番近い面となるため最初から金属面をほぼ全面に残している場合を示す。アンテナ面、ジャンパー線、金属面等、外部接続される部分、半田付けのための部分を除いて総てレジストを掛け金属面がむき出しにならないようにしている。これにより短絡を防止している。 FIG. 9 (f) shows a case where the metal surface is almost entirely left from the beginning because it is the bottom substrate of the antenna and the surface closest to the metal surface. Except for the externally connected parts such as the antenna surface, jumper wire, and metal surface, and the part for soldering, a resist is applied to prevent the metal surface from being exposed. This prevents a short circuit.
次に図１０には、ＮＦＣ等に用いる送受信ＩＣやインターフェースＩＣやクリスタル、整合用コンデンサチップ、フィルタ用インダクターチップ等を基板に載せる場合について説明する。 Next, FIG. 10 illustrates a case where a transmission / reception IC, an interface IC, a crystal, a matching capacitor chip, a filter inductor chip, and the like used for NFC are mounted on a substrate.
図１０はアンテナ基板に、ＮＦＣＩＣ、クリスタル、フィルタ、整合器等を載せる場合を示す。また、図７（ｂ）では金属面ＭＢを最初から当てない構造のアンテナとしたが、図１０には最初から金属面を当てる構造のアンテナの実施例を示す。 FIG. 10 shows a case where an NFCIC, a crystal, a filter, a matching unit, etc. are mounted on the antenna substrate. In FIG. 7B, the antenna has a structure in which the metal surface MB is not applied from the beginning. FIG. 10 shows an embodiment of an antenna having a structure in which the metal surface is applied from the beginning.
図１０（ａ）は、上面の薄形基板ＰＣＢ１（０．１ｍｍ以下が望ましい）にコイル（ループ）アンテナＡｎｔ１をエッチングあるいは印刷等の方法で作り、中心部スペースには通信用ＩＣやインターフェースＩＣ、クリスタル、整合用コンデンサ、フィルタ、抵抗等の部品が載る回路を構成する。ＮＦＣのＩＣを用いる場合には、ＮＦＣＩＣ８が１個のみでよい場合もある。この周辺にクリスタル、フィルタ、コンデンサ、抵抗等の部品を配置する。中心部の四角の部分７は、これらの回路部品で回路が構成されるスペース７を示す。 FIG. 10A shows that the coil (loop) antenna Ant1 is formed on the thin substrate PCB1 (preferably 0.1 mm or less) on the upper surface by a method such as etching or printing, and a communication IC, an interface IC, A circuit on which components such as a crystal, a matching capacitor, a filter, and a resistor are mounted is formed. When an NFC IC is used, there may be a case where only one NFCIC 8 is required. Parts such as crystals, filters, capacitors, and resistors are placed around this area. A square portion 7 at the center indicates a space 7 in which a circuit is constituted by these circuit components.
図１０（ｂ）は、上面の薄形基板ＰＣＢ１の裏側を示すもので、表面に回路部品が載るスペースは裏面では配線に用いられる部分でもある。両面基板で配線を達成している。２層構造で足りない場合には、３層、４層構造で組む場合もある。更に、回路組立配線部分からアンテナ接続用の線およびＵＳＢ、ＳＤ、ＰＣＭＣＩＡ等の外部回路との接続用のＩ／Ｏ接続が端面まで配線され、表面の配線端子とはスルーホールやピン等によって接合されアンテナに接続され、Ｉ／Ｏ端子を介して外部の回路と接続される。 FIG. 10B shows the back side of the thin substrate PCB1 on the top surface, and the space where the circuit components are placed on the front surface is also a portion used for wiring on the back surface. Wiring is achieved with a double-sided board. If a two-layer structure is not sufficient, a three-layer or four-layer structure may be assembled. Furthermore, from the circuit assembly wiring part, antenna connection lines and I / O connections for connection to external circuits such as USB, SD, PCMCIA are wired to the end face, and the surface wiring terminals are joined by through holes, pins, etc. Connected to an antenna, and connected to an external circuit via an I / O terminal.
図１０（ｃ）は薄い高透磁率の磁性体板Ｍｔを示す。この磁性体板Ｍｔは、上下のアンテナの間にサンドイッチ状に挟められ、磁界の磁路を提供するため高透磁率μγ＝１００〜２００程度でなければならず、しかも薄い板であることが望まれるので、０．０８〜０．２ｍｍの板１〜３枚を合わせるか、一枚もので構成しなければならない。グリンシートを焼いた磁性体板は折れ易く、割れ易いので、プラスチックフィルムをラミネートされた薄板を用いている。 FIG. 10C shows a thin high magnetic permeability magnetic plate Mt. The magnetic plate Mt is sandwiched between the upper and lower antennas and must have a high magnetic permeability μ γ = about 100 to 200 in order to provide a magnetic path for the magnetic field, and is a thin plate. Since it is desired, 1 to 3 sheets of 0.08 to 0.2 mm must be combined or constituted by one sheet. Since the magnetic sheet baked in the green sheet is easy to break and break, a thin plate laminated with a plastic film is used.
図１０（ｄ）は、下方のアンテナ基板の表面を示すもので、４巻コイルの巻き終わりと巻き初めを短絡しないように、下面の銅線を用いジャンパーＪとして機能する。 FIG. 10 (d) shows the surface of the lower antenna substrate, and functions as a jumper J using a copper wire on the lower surface so as not to short-circuit the winding end and winding start of the four-turn coil.
図１０（ｅ）は、下方アンテナの基板の裏面を示すもので、金属面ＭＢが残されている。アンテナの終端を接続するジャンパー線Ｊが金属面ＭＢと絶縁分離されて配線されている。前にも述べたように外部端子との接続やアンテナ端子との接続等の部分のみを除いて短絡しないように絶縁のためのレジストが掛けられている。短絡を避けるために裏面の配線によりジャンパー線を構成している。表面との端子接続はスルーホールやピンで接続する。 FIG. 10E shows the back surface of the substrate of the lower antenna, and the metal surface MB is left. A jumper wire J connecting the end of the antenna is wired separately from the metal surface MB. As described above, a resist for insulation is applied so as not to cause a short circuit except for the connection with the external terminal and the connection with the antenna terminal. In order to avoid a short circuit, a jumper wire is formed by wiring on the back surface. The terminal connection with the surface is made with a through hole or pin.
図１０（ｈ）は、高透磁率の薄い磁性体板で図６や図１０（ｃ）で述べたものと同様な特性と目的を持つものであるが、部品搭載の邪魔とならないように中心部が窓のように抜いてある。 FIG. 10 (h) is a thin magnetic plate having a high magnetic permeability and has the same characteristics and purpose as those described in FIG. 6 and FIG. 10 (c). The part is pulled out like a window.
図１０（ｉ）には、下方基板にＩＣ８を含めた回路部品が搭載されており、この周辺に部品の配線７がされている。アンテナの端部の扱いや回路から出るＩ／Ｏ線の扱いは、図１０（ａ）と同じであるので説明は省略する。但し、下方の基板が外部との接続端子を載せる場合は、下方の基板を上方の基板より少し大きくし、磁性体板や上方の基板の邪魔にならないように構成しなければならない。 In FIG. 10 (i), circuit components including the IC 8 are mounted on the lower substrate, and the component wiring 7 is provided around the circuit components. The handling of the end of the antenna and the handling of the I / O lines coming out of the circuit are the same as in FIG. However, when the lower substrate mounts the connection terminal with the outside, the lower substrate must be made slightly larger than the upper substrate so that it does not interfere with the magnetic plate and the upper substrate.
図１０（ｊ）は、下方基板に金属面ＭＢを最初から設置する場合で、回路基板の配線部７′とアンテナ、Ｉ／Ｏ、配線部とジャンパー部Ｊと金属面ＭＢを同一面で構成している。図１０（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）は別の実施例を示す。 FIG. 10 (j) shows a case where the metal surface MB is installed on the lower substrate from the beginning, and the wiring portion 7 ′ of the circuit board, the antenna, I / O, the wiring portion, the jumper portion J, and the metal surface MB are configured on the same surface. is doing. FIGS. 10 (f) (g) (h) (i) (j) show another embodiment.
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、上方のアンテナ基板にリーダライタとなる回路部品を搭載するようにしたのであるが、この実施例では下方のアンテナ基板にリーダライタとなる回路部品を搭載した場合である。この場合の特徴はアンテナ基板の厚みの中に回路部品の厚みをある程度吸収させて全体の厚みが薄くなるように構成したもので、上方の基板の厚み約０．１ｍｍと磁性体の厚み約０．４ｍｍ、計０．５ｍｍ程度の厚みを軽減できる方式である。 In FIGS. 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E, a circuit component serving as a reader / writer is mounted on the upper antenna substrate. In this embodiment, the reader is mounted on the lower antenna substrate. This is a case where a circuit component to be a writer is mounted. The feature in this case is that the thickness of the circuit board is absorbed to some extent in the thickness of the antenna substrate so that the entire thickness is reduced. The thickness of the upper substrate is about 0.1 mm and the thickness of the magnetic body is about 0. This is a method that can reduce the thickness of about 4 mm, about 0.5 mm in total.
図１０（ａ）〜（ｅ）方式によれば、全体の厚みが２．０〜２．２ｍｍ程度となるが、図９（ｆ）〜（ｊ）方式によれば、１．５〜１．７ｍｍ程度となり薄形部品を使えば更に全体を薄くすることが可能となる。 10A to 10E, the overall thickness is about 2.0 to 2.2 mm. According to FIGS. 9F to 9J, 1.5 to 1. If thin parts are used, the overall thickness can be further reduced.
図１０（ｆ）は、薄形基板に４巻アンテナＡｎｔがエッチング等で構成されており、中心部は下方の部品の厚みがある部分を避けて抜いてある。アンテナ終端は、上方アンテナと下方アンテナを接続する部分として手前にジャンパー線を介して引き出している。これは図７や図１０（ａ）等と同じである。 In FIG. 10 (f), a four-turn antenna Ant is formed on a thin substrate by etching or the like, and the central portion is removed so as to avoid a portion having a thickness of a lower part. The end of the antenna is drawn out through a jumper wire as a part connecting the upper antenna and the lower antenna. This is the same as FIG. 7 and FIG.
図１０（ｇ）は上方アンテナの裏面である。金属面ＭＢは、全体にある必要がなく、表面のアンテナコイルの下方に５〜４０ｍｍの幅で存在すれば、下方に金属面が来た場合でもこれによる影響を抑制することができる。現在、厚みが影響する部品は、フィルタ用インダクタンス、ＮＦＣＩＣ、クリスタル、等であり、極力薄いものを用いることが薄形化へつながる。ＩＣはフラットパッケージ、ベアチップの搭載とポッティングにより薄形化は計れる。クリスタルもメタルカバーを行わずベアチップを用いればかなり薄くできる。 FIG. 10G is the back surface of the upper antenna. The metal surface MB does not need to be on the whole, and if the metal surface MB exists at a width of 5 to 40 mm below the antenna coil on the surface, the influence of this can be suppressed even when the metal surface comes below. At present, the parts affected by the thickness are filter inductance, NFCIC, crystal, and the like, and use of a thin one as much as possible leads to thinning. ICs can be thinned by mounting and potting flat packages and bare chips. The crystal can be made very thin by using a bare chip without a metal cover.
図１１には、アンテナ基板に部品を搭載する方法とアンテナ基板のみで構成する場合の厚みの検討を示している。 FIG. 11 shows a method for mounting components on the antenna substrate and a study of thickness in the case of using only the antenna substrate.
図１１（ａ）は、単に上の基板にリーダライタＲ／Ｗ部品を載せてアンテナを組み上げた場合で、厚みは加算されて厚くなる。先にも述べたように２．２ｍｍ程度の厚みとなる。 FIG. 11A shows a case where the reader / writer R / W component is simply mounted on the upper substrate and the antenna is assembled. As described above, the thickness is about 2.2 mm.
図１１（ｂ）は上の基板を下方に向けて部品の突起を磁性体や下方の基板、更にはスペーサ（ＰＰ）等で吸収し厚みを軽減する構成である。下方の金属板ＭＢの厚みが０．１ｍｍ程度ある時、場合によってはこれに窓を開け金属面の厚みをなくすこともできる。 FIG. 11B shows a configuration in which the upper substrate is directed downward and the protrusions of the components are absorbed by a magnetic body, the lower substrate, and further a spacer (PP) to reduce the thickness. When the thickness of the lower metal plate MB is about 0.1 mm, in some cases, a window can be opened to eliminate the thickness of the metal surface.
図１１（ｃ）は、図１０（ｆ）〜（ｊ）で示した実施例の場合で、下方の基板に回路部品を装着しているので上に搭載される部品の厚みは磁性体窓の空間と上方の基板の窓の空間で吸収され厚みを薄くすることができる。 FIG. 11 (c) shows the case of the embodiment shown in FIGS. 10 (f) to 10 (j). Since the circuit components are mounted on the lower substrate, the thickness of the components mounted on the substrate is the same as that of the magnetic window. The thickness can be reduced by being absorbed in the space and the space of the upper substrate window.
図１１（ｄ）はアンテナ基板２枚と磁性体Ｍｔのみの場合で、回路部品は別の場所に集約されアンテナの給電線で接続される場合を示す。図からも分かる通り薄く構成することができる。 FIG. 11 (d) shows a case where only two antenna substrates and the magnetic body Mt are used, and the circuit components are gathered at different locations and connected by antenna feed lines. As can be seen from the figure, it can be made thin.
図１２には、実際の平行線でループを構成し、Ｌ１＝４５ｍｍ、Ｌ２＝３５ｍｍとし、磁性体厚０．５ｍｍとし、Ｐｏｌｉ−Ｉｍｉｄの基板にエッチングにより４巻ループを描き、直列給電した場合の、タイプＡ、タイプＢ免許証、ＥＬＷＩＳＥ、Ｆｅｌｉｃａのセンサからカードまでの通信距離の値とインピーダンス特性を示す。このように携帯電話に装着できる小形アンテナでも充分な感度が得られ整合もよく取れる。 In FIG. 12, a loop is formed by actual parallel lines, L 1 = 45 mm, L2 = 35 mm, a magnetic material thickness of 0.5 mm, a four-loop loop is drawn by etching on a Poly-Imid substrate, and power is supplied in series. The values of the communication distance from the sensor of the type A, type B license, ELWISE, and Felica to the card and the impedance characteristics are shown. Thus, even a small antenna that can be mounted on a mobile phone can provide sufficient sensitivity and good matching.
図１３は、本発明の応用システムの実施例である。図１３（ａ）は、ＰＯＳレジのカードリーダに用いた場合で、ＮＦＣの場合、タイプＡ、Ｂ、Ｃのカードがリーダの上に来る場合と、同様な機能を持つ携帯電話やＳｍａｒｔＰｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）等が来る場合とがある。ＮＦＣリーダの出力は、ＵＳＢやＬＡＮ等でどちらでも接続できる出力を有している。また、一般に磁気カードリーダとも共用している場合があるので、磁気リーダで読む時脇の磁界により一緒にＩＣカードを読むこともできる。ＰＯＳ端末の先は一般的にＬＡＮ ｎｅｔに接続されており決済のデータはサーバに集められる。 FIG. 13 shows an embodiment of the application system of the present invention. FIG. 13A shows a case where the card reader of the POS cash register is used. In the case of NFC, a type A, B, C card is placed on the reader, a mobile phone having the same function or a SmartPhone (registered) Trademark), iPhone (registered trademark), etc. may come. The output of the NFC reader has an output that can be connected by either USB or LAN. In general, the IC card may be shared with a magnetic card reader, so that the IC card can be read together by a magnetic field at the side when reading with the magnetic reader. The point of the POS terminal is generally connected to a LAN net, and payment data is collected in a server.
図１３（ｂ）は、ＰＣにＮＦＣリーダが収納されている場合を示す。図１０のような一体形のリーダでもよいし、アンテナ部とリーダ部とが分かれて配置されている構造となっていてもよい。ＰＣの手許のスペースにすべり込ませる場合には、できるだけ薄く作りプラスチップ表と金属面の間のスペースに滑り込ませるのが従来の変更が不要で手っ取り早く、ＰＣ基板あるいはＰＣＭＣＩＡのスペース等に回路基板を置くようにすることもできる。リーダの接続インターフェースはＵＳＢ、ＳＤ、ＰＣＭＣＩＡ等の端子に接続し、ソフトウェア（ＤＳ、ＳＤＫ、ＡＰ等）で対応するカード、携帯電話等に対して、応用ソフトウェアを開発利用することができる。一般業務教育、学習等や、決済端末インターネットアクセス端末としても有効である。 FIG. 13B shows a case where the NFC reader is stored in the PC. An integrated reader as shown in FIG. 10 may be used, or the antenna unit and the reader unit may be arranged separately. If you want to slide into the space of your PC, make it as thin as possible and slide it into the space between the chip surface and the metal surface. It is also possible to place a circuit board. The connection interface of the reader is connected to terminals such as USB, SD, PCMCIA, etc., and application software can be developed and used for cards, mobile phones, etc. that are supported by software (DS, SDK, AP, etc.). It is also effective as general business education, learning, etc., and as a payment terminal Internet access terminal.
図１４には、本発明の平行線コイルアンテナをタグや共振器に用いる場合の実施例である。上下のアンテナコイルを２つのコイル２ａ，２ｂで代表示している。タグやＩＣカードに用いる場合、ＩＣは２個のコイルと直列（図１４（ｂ））または並列（図１４（ｃ））に示すようにして用いる。共振器として用いた場合には、コンデンサが取り付けられている。コンデンサは２個のコイルと直列（図１４（ｃ））、あるいは並列（図１４（ｄ））に接続される。 FIG. 14 shows an embodiment when the parallel-line coil antenna of the present invention is used for a tag or a resonator. The upper and lower antenna coils are represented by two coils 2a and 2b. When used for a tag or an IC card, the IC is used as shown in series (FIG. 14B) or in parallel (FIG. 14C) with two coils. When used as a resonator, a capacitor is attached. The capacitor is connected to the two coils in series (FIG. 14C) or in parallel (FIG. 14D).
共振器には大きな電流が流れるので、不要放射を抑えるのには本発明が適している。一般には両面も用いるので、金属面ＭＢは用いていない。ＰＣＢ１、ＰＣＢ２の間には磁性体板Ｍｔが挟まれている。使用時にある金属面に用いた場合、他にも金属面が現れる場合もあり、両面受信できるようにしておいた方が便利なこともある。金属面がどちら側にあっても使用できる。これも万能タグの一つである。このような振る舞いはタグとしてだけでなく、センサとして使用する場合も同じである。タグの場合、金属体にあらかじめ固定されることが分かっているときは、最初から金属面を金属体の当る方にあてがって調整をしておいてもよい。 Since a large current flows through the resonator, the present invention is suitable for suppressing unnecessary radiation. Since both sides are generally used, the metal surface MB is not used. A magnetic plate Mt is sandwiched between PCB1 and PCB2. When used on a metal surface at the time of use, other metal surfaces may appear, and it may be convenient to be able to receive both sides. Can be used on either side of the metal surface. This is also one of the universal tags. This behavior is the same when used as a sensor as well as a tag. In the case of a tag, when it is known that the tag is fixed in advance to the metal body, the metal surface may be applied from the beginning to the contact side of the metal body and adjusted.
次に、図１５には、ノートブックＰＣのどの部分にＮＦＣセンサアンテナあるいは本発明のアンテナを取り付けるかを示すもので、手前の左右のスペース、液晶面の手前の右下角の部分、あるいは液晶全面を利用し感度を上げる位置とする場合がある。この位置は実施例であってこの位置でなければならないことはない。特に液晶の場合、金属面の前のバックライトの直ぐ後に取り付けるとスクリーンを通して充分な通信感度が得られる。 Next, FIG. 15 shows to which part of the notebook PC the NFC sensor antenna or the antenna of the present invention is attached, the left and right spaces in front, the lower right corner part in front of the liquid crystal surface, or the entire liquid crystal surface. May be used to increase the sensitivity. This position is an example and does not have to be this position. In particular, in the case of a liquid crystal, sufficient communication sensitivity can be obtained through the screen if it is mounted immediately after the backlight in front of the metal surface.
図１６には、携帯電話、Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）等のＭｏｂｉｌｅ機器に本発明のアンテナを取り付ける場合、プラスチックの直ぐ後のスペースに取り付ける場合を図１６（ａ）に示す。金属面で本体が覆われている場合（図１６（ｂ））に、金属面の外側にアンテナを取り付ける場合で、外観を損なわないようにアンテナは薄形で塗装色を工夫したり、形状やデザインを工夫する必要がある。 FIG. 16 shows a case where the antenna of the present invention is attached to a mobile device such as a mobile phone, Smartphone (registered trademark), iPhone (registered trademark), iPod (registered trademark), or a case where the antenna is installed in a space immediately after plastic. Shown in (a). When the main body is covered with a metal surface (Fig. 16 (b)), when the antenna is attached to the outside of the metal surface, the antenna is thin and the paint color is devised, It is necessary to devise the design.
図１７には、携帯電話やＳｍａｒｔｐｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、ｉＰｏｄ（登録商標）等のＭｏｂｉｌｅ機器に本発明のアンテナ１を取り付け、リーダ回路７を別に取り付けた場合の例を示す。本発明によるアンテナの磁界（Ｆｌｕｘ）が下方に現れていることが分かる。また、側方にも磁界が出ているので、携帯電話を横にした場合でも通信ができる利点がある。ＮＦＣの場合には、携帯電話自体がリーダともターゲットともなるので双方向の機能が備わっている。 FIG. 17 shows an example in which the antenna 1 of the present invention is attached to a mobile device such as a mobile phone, Smartphone (registered trademark), iPhone (registered trademark), iPod (registered trademark), and the reader circuit 7 is separately mounted. . It can be seen that the magnetic field (Flux) of the antenna according to the present invention appears below. Further, since a magnetic field is also generated on the side, there is an advantage that communication is possible even when the mobile phone is placed sideways. In the case of NFC, since the mobile phone itself serves as a reader and a target, it has a bidirectional function.
１ 本体
ａ ループコイル（アンテナ）の半径
２ａ 上の線（上のコイル）
２ｂ 下の線（下のコイル）
Ａｎｔ１ 上のループコイル
Ａｎｔ２ 下のループコイル
Ｃｏｎ コネクタ
ｄｓ 平行線の距離（ループ間の距離）
ｄｍ 磁性体を挟んだ平行線間の距離
２ コイル（線）
２ρ 線の太さ
３ ＩＣ
６ 磁性体板
７ ＩＣ並びに回路部
８ ＮＦＣＩＣ
ＣＰＰ プラスチック絶縁板または磁性体板
Ｈ 磁界
Ｈθ 極座標θ方向の磁界
Ｈｚ 円筒座標ｚ方向の磁界
Ｈ１ 上の線の磁界
Ｈ２ 下の線の磁界
Ｉ 電流
ＩＣ ｃａｒｄ（ＩＣカード） ＩＣ Ｔａｇ（ＩＣタグ）
Ｉ１ 上の線の電流
Ｉ２ 下の線の電流
Ｉｍａｇｅ 影像（虚像）
Ｌ１ コイルの一辺の長さ
Ｌ２ コイルのもう一辺の長さ
Ｍａｇ 磁性体板
Ｍ 金属面（Ｍｅｔａｌ）
Ｍａｔｃｈ 整合部
Ｍｔ 磁性体板
ＭＢ 金属板（面）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ コイルの端部
Ｐ５，Ｐ６ アンテナコイルの給電部
ＰＣ パーソナルコンピュータ
ＰＣＢ プリント基板
ＰＣＢ１ 上のコイルアンテナ基板
ＰＣＢ２ 下のコイルアンテナ基板
ＰＯＳ （ポイントオブセールス）端末
ＳＤ ＳＤカードインターフェース
ＵＳＢ ＵＳＢインターフェース
1 Body a Radius 2a of loop coil (antenna) Line on upper (upper coil)
2b Lower wire (lower coil)
Loop coil on Ant1 Ant2 Loop coil on bottom Con Connector ds Distance between parallel lines (distance between loops)
dm Distance between parallel lines with a magnetic material in between 2 Coils (lines)
2ρ Line thickness 3 IC
6 Magnetic plate 7 IC and circuit part 8 NFCIC
CPP Plastic insulating plate or magnetic plate H Magnetic field H θ Magnetic field in the polar coordinate θ direction Hz Magnetic field H in the cylindrical coordinate z direction Magnetic field H in the line above H 1 Magnetic field in the line below 2 I Current IC card (IC card) IC Tag (IC tag)
I 1 Line current I 2 Line current Image Image Image (virtual image)
L 1 Length of one side of the coil L 2 Length of the other side of the coil Mag Magnetic plate M Metal surface (Metal)
Match Matching section Mt Magnetic plate MB Metal plate (surface)
P1, P2, P3, P4 Coil ends P5, P6 Antenna coil feeding unit PC Personal computer PCB Coil antenna board PCB2 on printed circuit board PCB1 Coil antenna board POS (point of sales) terminal SD SD card interface USB USB interface
Claims (22)
Priority Applications (1)
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| JP2009214677A JP2011066628A (en) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | Parallel two-wire loop antenna magnetic field and application system thereof |
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Publications (1)
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