JP3915092B2 - Booster antenna for IC card - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無接触形のＩＣカードに好適に使用することができるＩＣカード用のブースタアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無接触形のＩＣカードには、アンテナ搭載形の通信用のＩＣチップが組み込まれている。ただし、ここでいうＩＣカードとは、いわゆるＩＣタグを含むものとする。
【０００３】
アンテナ搭載形のＩＣチップには、通信用のチップ本体とともに、使用周波数に適合するアンテナが一体に搭載されている。そこで、ＩＣチップのアンテナは、外部のリーダライタからの電波を受信してチップ本体に作動用の電力を供給し、チップ本体とリーダライタとの間において必要なデータ交信を実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、ＩＣチップのアンテナは、極めて小形に形成されているので、十分な送受信感度を得ることができず、ＩＣカードによる情報伝達距離が不足しがちであるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ＩＣチップのアンテナに電磁結合する励磁コイルと、ブースタコイルとを設けることによって、情報伝達距離の拡大を図ることができるＩＣカード用のブースタアンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、２次元の螺旋状の励磁コイルと、２次元の螺旋状のブースタコイルと、ブースタコイル内の共振用のコンデンサとをカード基材上に形成してなり、励磁コイルは、内部に設置するアンテナ搭載形のＩＣチップのアンテナに電磁結合し、ブースタコイルは、励磁コイルより開口面積が大きく、励磁コイル、ブースタコイル、コンデンサは、それぞれが互いに重ならないようにカード基材上に配置するとともに、直列接続して閉回路を形成することをその要旨とする。
【０００８】
また、励磁コイルは、ブースタコイルの外部に形成してもよい。
【０００９】
さらに、励磁コイルは、カード基材上の複数のＩＣチップごとに設けてもよい。
【００１０】
なお、励磁コイルは、ブースタコイルの内部に形成してもよく、励磁コイルとＩＣチップとの間には、単一ループの補助コイルをカード基材上に形成してもよい。
【００１１】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナと電磁結合し、ブースタコイルに直列接続されているから、ブースタコイルをＩＣチップの外部アンテナとして作動させることができる。ブースタコイルは、外部のリーダライタからの電波を受信し、励磁コイルを介してＩＣチップのアンテナに伝送することができ、励磁コイルを介してＩＣチップのアンテナからの電波を受信して、外部のリーダライタに送信することができるからである。
【００１２】
なお、励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナからの電波を受信するとき、ＩＣチップのアンテナに対する２次コイルとして作用し、両者のターン数比に従って信号増幅作用をすることができる。また、ブースタアンテナは、励磁コイルより大きな開口面積に形成することにより、十分高い送受信感度を容易に実現することができる。
【００１３】
２次元の螺旋状に形成する励磁コイル、ブースタコイルは、それぞれ所定のターン数に形成し、必要なインダクタンスを実現することができる。
【００１４】
励磁コイル、ブースタコイルは、巻き方向を同一にして、１本の導電パターンや線材により簡単に形成することができる。
【００１５】
励磁コイル内にＩＣチップを設置すれば、励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナに対し、十分密に電磁結合させることができる。
【００１６】
ブースタコイル内に形成する共振用のコンデンサは、たとえば平行パターンによって所要容量を精度よく実現し、外付けのコンデンサを不要にすることができる。
【００１７】
ブースタコイルの外部に励磁コイルを形成すれば、ブースタコイルは、その実効開口面積を最大にすることができる。
【００１８】
複数のＩＣチップごとに設ける励磁コイルは、共通のブースタコイルに直列接続することにより、複数のＩＣチップを連係して作動させることができ、たとえばＩＣカードのメモリ容量を大きくするために有効である。なお、各ＩＣチップは、それぞれに対応する励磁コイルと、共通のブースタコイルとを介し、外部のリーダライタと相互にデータ交信することができる。
【００１９】
ブースタコイルの内部に励磁コイルを形成するときは、励磁コイル、ブースタコイルは、ブースタコイル相当のサイズにコンパクトにまとめることができる。なお、このときも、ＩＣチップは、励磁コイル内に設けるものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
ＩＣカード用のブースタアンテナは、励磁コイルＬ1 と、励磁コイルＬ1 に直列接続するブースタコイルＬ2 とをカード基材ＣＤ上に形成してなる（図１、図２）。
【００２２】
カード基材ＣＤは、紙材や合成樹脂材などの絶縁材料によって薄いカード状に形成されている。励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、それぞれ印刷やエッチングなどの手法によりカード基材ＣＤ上に２次元の螺旋状の導電パターンとして形成されている。なお、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、巻き方向が同一に揃えられている。励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の外部に形成されており、励磁コイルＬ1 内には、チップ本体ＩＣ、アンテナＡを搭載するアンテナ搭載形のＩＣチップＣＰが設置されている。
【００２３】
ブースタコイルＬ2 は、励磁コイルＬ1 より大きい開口面積に形成され、励磁コイルＬ1 より多くのターン数となっている。ブースタコイルＬ2 内には、共振用のコンデンサＣが形成されている。コンデンサＣは、相対向する櫛歯状の導電パターンを介して所定長さ、所定間隔の平行パターンを形成することにより、所要容量を確保することができる。
【００２４】
励磁コイルＬ1 は、ＩＣチップＣＰのアンテナＡに電磁結合されている。ブースタコイルＬ2 は、コンデンサＣとともに、ジャンパ線Ｂ1 、ブースタコイルＬ2 の外側の迂回パターンＢ2 、ジャンパ線Ｂ3 を介して励磁コイルＬ1 に直列接続され、閉回路を形成している。ただし、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 、コンデンサＣは、それぞれが互いに重ならないようにカード基材ＣＤ上に配置されており、図２の符号Ｍは、アンテナＡ、励磁コイルＬ1 の電磁結合を示している。なお、励磁コイルＬ1 は、ＩＣチップＣＰの外形サイズ相当に開口面積を小さくすることにより、アンテナＡに対して十分密に電磁結合されている。
【００２５】
ブースタコイルＬ2 は、外部の図示しないリーダライタからの電波Ｓ1 を受信し、励磁コイルＬ1 、アンテナＡを介してＩＣチップＣＰのチップ本体ＩＣに高周波電力を供給し、チップ本体ＩＣを起動するとともに、電波Ｓ1 に含まれるデータをチップ本体ＩＣに伝送することができる。このとき、アンテナＡは、励磁コイルＬ1 により励磁される。また、ＩＣチップＣＰは、アンテナＡを介して必要なデータを含む電波を発信し、励磁コイルＬ1 を介してブースタコイルＬ2 に伝送し、ブースタコイルＬ2 は、電波Ｓ2 としてリーダライタに送出する。すなわち、ブースタコイルＬ2 は、励磁コイルＬ1 、アンテナＡを介し、ＩＣチップＣＰ用の外部アンテナとして作動し、ＩＣチップＣＰの情報伝達距離を拡大することができる。
【００２６】
以上の説明において、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、絶縁性の被膜を有する１本の線材を使用してカード基材ＣＤ上に形成してもよい（図３）。また、共振用のコンデンサＣは、線材の両端部をブースタコイルＬ2 内に引き出して所定長さ、所定間隔の平行パターンに形成することにより、所要容量に形成することができる（同図）。なお、コンデンサＣは、ブースタコイルＬ2 内に形成する螺旋状の平行パターンにより形成してもよい（図４）。さらに、ブースタコイルＬ2 は、カード基材ＣＤに帯状の磁気記憶部分ＣＤ1 を設けるとき（図５）、磁気記憶部分ＣＤ1 を横切らないように形成するものとする。
【００２７】
【他の実施の形態】
励磁コイルＬ1 は、カード基材ＣＤ上の複数のＩＣチップＣＰ、ＣＰごとに形成することができる（図６、図７）。なお、励磁コイルＬ1 、Ｌ1 は、共通のブースタコイルＬ2 に対応しており、各励磁コイルＬ1 内には、ＩＣチップＣＰが設置されている。ブースタコイルＬ2 は、ジャンパ線Ｂ4 、迂回パターンＢ5 、ジャンパ線Ｂ6 、迂回パターンＢ7 、ジャンパ線Ｂ8 を介し、コンデンサＣとともに、励磁コイルＬ1 、Ｌ1 に直列接続されている。すなわち、ＩＣチップＣＰ、ＣＰは、それぞれ励磁コイルＬ1 を介して共通のブースタコイルＬ2 を使用し、外部のリーダライタとデータ交信することができる。なお、図６、図７において、ＩＣチップＣＰ、励磁コイルＬ1 は、２以上の任意の組数を設けてもよい。
【００２８】
励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の内部に設けてもよい（図８、図９）。なお、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 の間には、共振用のコンデンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 が並列接続して形成されている。また、励磁コイルＬ1 内には、ＩＣチップＣＰが設置され、励磁コイルＬ1 、ＩＣチップＣＰの間には、単一ループの補助コイルＬ1a、Ｌ1aがカード基材ＣＤ上に形成されている。
【００２９】
ブースタコイルＬ2 は、ジャンパ線Ｂ9a、Ｂ9bを介し、コンデンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 とともに、励磁コイルＬ1 に直列接続されている。補助コイルＬ1a、Ｌ1aは、励磁コイルＬ1 の導体パターンの幅を実質的に大きくして見掛けのＱを向上させるとともに、励磁コイルＬ1 をＩＣチップＣＰのアンテナＡに密に電磁結合させることができる。また、励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の内部に形成することにより、全体サイズをブースタコイルＬ2 の外形相当に小形化することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＩＣチップのアンテナに電磁結合する励磁コイルと、励磁コイルに直列接続するブースタコイルとをカード基材上に形成することによって、ブースタコイルは、励磁コイルを介してＩＣチップの外部アンテナとして作動することができるから、ＩＣカードの情報伝達距離を拡大することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 全体構成平面説明図
【図２】 等価回路図
【図３】 他の実施の形態を示す図１相当図（１）
【図４】 他の実施の形態を示す模式平面図（１）
【図５】 他の実施の形態を示す模式平面図（２）
【図６】 他の実施の形態を示す模式平面図（３）
【図７】 図６の等価回路図
【図８】 他の実施の形態を示す図１相当図（２）
【図９】 図８の等価回路図
【符号の説明】
ＣＤ…カード基材
ＣＰ…ＩＣチップ
Ａ…アンテナ
Ｌ1 …励磁コイル
Ｌ2 …ブースタコイル
Ｃ…コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a booster antenna for an IC card that can be suitably used for a contactless IC card.
[0002]
[Prior art]
A contactless IC card incorporates an antenna-mounted communication IC chip. However, the IC card here includes a so-called IC tag.
[0003]
An antenna mounted type IC chip is integrally mounted with a communication chip body and an antenna suitable for the frequency used. Therefore, the antenna of the IC chip can receive a radio wave from an external reader / writer and supply operating power to the chip body, thereby realizing necessary data communication between the chip body and the reader / writer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to such a conventional technique, since the antenna of the IC chip is formed in a very small size, there is a problem that sufficient transmission / reception sensitivity cannot be obtained and the information transmission distance by the IC card tends to be insufficient. .
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an IC card that can increase the information transmission distance by providing an exciting coil and a booster coil that are electromagnetically coupled to an antenna of an IC chip in view of the problems of the prior art. It is to provide a booster antenna.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention has a structure in which a two-dimensional helical excitation coil, a two-dimensional helical booster coil, and a resonance capacitor in the booster coil are formed on a card substrate. The excitation coil is electromagnetically coupled to the antenna mounted IC chip antenna installed inside, the booster coil has a larger opening area than the excitation coil, and the excitation coil, booster coil, and capacitor do not overlap each other. Thus, the gist is to form a closed circuit by arranging in series on the card substrate.
[0008]
The exciting coil may be formed outside the booster coil.
[0009]
Further, the excitation coil may be provided for each of a plurality of IC chips on the card base.
[0010]
The exciting coil may be formed inside the booster coil, and a single loop auxiliary coil may be formed on the card substrate between the exciting coil and the IC chip.
[0011]
[Action]
According to the configuration of the present invention, the exciting coil is electromagnetically coupled to the antenna of the IC chip and is connected in series to the booster coil. Therefore, the booster coil can be operated as an external antenna of the IC chip. The booster coil can receive a radio wave from an external reader / writer and transmit it to the IC chip antenna via the excitation coil, and can receive a radio wave from the IC chip antenna via the excitation coil. This is because it can be transmitted to the reader / writer.
[0012]
The excitation coil acts as a secondary coil for the IC chip antenna when receiving radio waves from the IC chip antenna, and can amplify the signal according to the turn ratio of the two. Further, the booster antenna can be easily realized with sufficiently high transmission / reception sensitivity by being formed in an opening area larger than that of the exciting coil.
[0013]
The exciting coil and the booster coil formed in a two-dimensional spiral shape can be formed with a predetermined number of turns, respectively, to achieve a required inductance.
[0014]
The exciting coil and the booster coil can be easily formed with one conductive pattern or wire with the same winding direction.
[0015]
If an IC chip is installed in the excitation coil, the excitation coil can be electromagnetically coupled sufficiently tightly to the antenna of the IC chip.
[0016]
The resonance capacitor formed in the booster coil can realize a required capacity with high accuracy by, for example, a parallel pattern, and can eliminate the need for an external capacitor.
[0017]
If the exciting coil is formed outside the booster coil, the booster coil can maximize its effective opening area.
[0018]
The excitation coil provided for each of the plurality of IC chips can be operated in cooperation with a plurality of IC chips by being connected in series to a common booster coil, and is effective for increasing the memory capacity of an IC card, for example. . Each IC chip can perform data communication with an external reader / writer via an excitation coil corresponding to the IC chip and a common booster coil.
[0019]
When the exciting coil is formed inside the booster coil, the exciting coil and the booster coil can be compactly combined into a size equivalent to the booster coil. Also at this time, the IC chip is provided in the exciting coil.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
The booster antenna for an IC card is formed by forming an exciting coil L1 and a booster coil L2 connected in series with the exciting coil L1 on a card substrate CD (FIGS. 1 and 2).
[0022]
The card substrate CD is formed in a thin card shape by an insulating material such as a paper material or a synthetic resin material. The exciting coil L1 and the booster coil L2 are each formed as a two-dimensional spiral conductive pattern on the card substrate CD by a technique such as printing or etching. The exciting coil L1 and the booster coil L2 have the same winding direction. The exciting coil L1 is formed outside the booster coil L2, and an antenna-mounted IC chip CP on which the chip body IC and the antenna A are mounted is installed in the exciting coil L1.
[0023]
The booster coil L2 has a larger opening area than the exciting coil L1, and has a larger number of turns than the exciting coil L1. A resonance capacitor C is formed in the booster coil L2. Capacitor C can secure a required capacity by forming parallel patterns with a predetermined length and a predetermined interval through opposing comb-like conductive patterns.
[0024]
The exciting coil L1 is electromagnetically coupled to the antenna A of the IC chip CP. The booster coil L2 and the capacitor C are connected in series to the exciting coil L1 via the jumper wire B1, the bypass pattern B2 outside the booster coil L2, and the jumper wire B3 to form a closed circuit. However, the excitation coil L1, the booster coil L2, and the capacitor C are arranged on the card base CD so that they do not overlap each other, and the symbol M in FIG. 2 indicates the electromagnetic coupling between the antenna A and the excitation coil L1. ing. The exciting coil L1 is electromagnetically coupled to the antenna A sufficiently densely by reducing the opening area corresponding to the outer size of the IC chip CP.
[0025]
The booster coil L2 receives a radio wave S1 from an external reader / writer (not shown), supplies high frequency power to the chip body IC of the IC chip CP via the excitation coil L1 and the antenna A, and activates the chip body IC. Data contained in the radio wave S1 can be transmitted to the chip body IC. At this time, the antenna A is excited by the exciting coil L1. The IC chip CP transmits a radio wave including necessary data via the antenna A and transmits it to the booster coil L2 via the exciting coil L1, and the booster coil L2 transmits the radio wave S2 to the reader / writer. That is, the booster coil L2 operates as an external antenna for the IC chip CP via the exciting coil L1 and the antenna A, and can increase the information transmission distance of the IC chip CP.
[0026]
In the above description, the exciting coil L1 and the booster coil L2 may be formed on the card substrate CD using a single wire having an insulating film (FIG. 3). The resonance capacitor C can be formed to have a required capacity by drawing both ends of the wire into the booster coil L2 and forming a parallel pattern with a predetermined length and a predetermined interval (FIG. 5). The capacitor C may be formed by a spiral parallel pattern formed in the booster coil L2 (FIG. 4). Further, the booster coil L2 is formed so as not to cross the magnetic storage portion CD1 when the card-shaped substrate CD is provided with the strip-shaped magnetic storage portion CD1 (FIG. 5).
[0027]
[Other embodiments]
The exciting coil L1 can be formed for each of the plurality of IC chips CP and CP on the card base CD (FIGS. 6 and 7). The exciting coils L1 and L1 correspond to a common booster coil L2, and an IC chip CP is installed in each exciting coil L1. The booster coil L2 is connected in series to the exciting coils L1 and L1 together with the capacitor C via the jumper wire B4, the bypass pattern B5, the jumper wire B6, the bypass pattern B7, and the jumper wire B8. That is, the IC chips CP and CP can communicate data with an external reader / writer using the common booster coil L2 via the exciting coil L1. 6 and 7, the IC chip CP and the exciting coil L1 may be provided in an arbitrary number of two or more.
[0028]
The exciting coil L1 may be provided inside the booster coil L2 (FIGS. 8 and 9). Note that resonance capacitors C1, C2, C3, and C4 are formed in parallel between the exciting coil L1 and the booster coil L2. An IC chip CP is installed in the exciting coil L1, and auxiliary loops L1a and L1a having a single loop are formed on the card substrate CD between the exciting coil L1 and the IC chip CP.
[0029]
The booster coil L2 is connected in series with the exciting coil L1 through the jumper wires B9a and B9b together with the capacitors C1, C2, C3 and C4. The auxiliary coils L1a and L1a can substantially increase the width of the conductor pattern of the exciting coil L1 to improve the apparent Q, and the exciting coil L1 can be closely electromagnetically coupled to the antenna A of the IC chip CP. Further, the exciting coil L1 can be formed in the booster coil L2 so that the overall size can be reduced to the size corresponding to the outer shape of the booster coil L2.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the booster coil is formed by forming the exciting coil electromagnetically coupled to the antenna of the IC chip and the booster coil connected in series to the exciting coil on the card base. Therefore, there is an excellent effect that the information transmission distance of the IC card can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory plan view of the overall configuration. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view (1) showing another embodiment.
FIG. 5 is a schematic plan view (2) showing another embodiment.
FIG. 6 is a schematic plan view (3) showing another embodiment.
7 is an equivalent circuit diagram of FIG. 6. FIG. 8 is a diagram equivalent to FIG. 1 showing another embodiment (2).
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of FIG. 8 [Explanation of symbols]
CD: Card base CP: IC chip A: Antenna L1: Excitation coil L2: Booster coil C: Capacitor

Claims (5)

２次元の螺旋状の励磁コイルと、２次元の螺旋状のブースタコイルと、該ブースタコイル内の共振用のコンデンサとをカード基材上に形成してなり、前記励磁コイルは、内部に設置するアンテナ搭載形のＩＣチップのアンテナに電磁結合し、前記ブースタコイルは、前記励磁コイルより開口面積が大きく、前記励磁コイル、ブースタコイル、コンデンサは、それぞれが互いに重ならないようにカード基材上に配置するとともに、直列接続して閉回路を形成することを特徴とするＩＣカード用のブースタアンテナ。 A two- dimensional helical excitation coil, a two- dimensional helical booster coil , and a resonance capacitor in the booster coil are formed on a card substrate, and the excitation coil is installed inside. electromagnetically coupled to the antenna of the antenna mounting type IC chip, said booster coil has a larger opening area than the exciting coil, the exciting coil, a booster coil, the capacitor, disposed on the card substrate such that each do not overlap each other And a booster antenna for an IC card, wherein a closed circuit is formed by serial connection . 前記励磁コイルは、前記ブースタコイルの外部に形成することを特徴とする請求項１記載のＩＣカード用のブースタアンテナ。The exciting coil, the booster antenna for claim 1 Symbol mounting IC card and forming the outside of the booster coil. 前記励磁コイルは、カード基材上の複数のＩＣチップごとに設けることを特徴とする請求項２記載のＩＣカード用のブースタアンテナ。3. The booster antenna for an IC card according to claim 2 , wherein the exciting coil is provided for each of a plurality of IC chips on the card substrate. 前記励磁コイルは、前記ブースタコイルの内部に形成することを特徴とする請求項１記載のＩＣカード用のブースタアンテナ。The exciting coil, the booster antenna for claim 1 Symbol mounting IC card, characterized in that formed inside the booster coil. 前記励磁コイルとＩＣチップとの間には、単一ループの補助コイルをカード基材上に形成することを特徴とする請求項４記載のＩＣカード用のブースタアンテナ。5. The booster antenna for an IC card according to claim 4 , wherein a single loop auxiliary coil is formed on the card substrate between the excitation coil and the IC chip.
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