JP4106673B2 - Antenna device using coil unit, printed circuit board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、小形の通信機器や、非接触式のICカード等に特に好適に使用することができるコイルユニットを使用するアンテナ装置、プリント回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
非接触形のICカードには、使用周波数に適合するコイル状のアンテナが組み込まれている。
【0003】
従来のアンテナは、ICカードの外周に沿って2次元の螺旋状に形成されており、ICカードに作動用の電力を供給したり、情報伝達用の搬送波を送受信したりすることができる。
【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、コイルは、単なる2次元に形成されているため、小さいパターンサイズにして高インダクタンスを実現することが難しく、回路設計が困難になる場合が少なくない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、積層する複数の基材のそれぞれにコイルを形成することによって、パターンサイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実現することができるコイルユニットを使用するアンテナ装置、プリント回路基板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出願に係る第1発明(請求項1に係る発明をいう、以下同じ)の構成は、複数のコイルユニットを基板上に配列してなり、各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続し、コイルユニットは、いずれかを主エレメントとして電子モジュールに接続し、他のすべてを電子モジュールに接続しない副エレメントとすることをその要旨とする。
【0008】
第2発明(請求項3に係る発明をいう、以下同じ)の構成は、複数のコイルユニットと、コイルユニットにそれぞれ接続してコイルユニットの数相当まで増設可能なICモジュールと、各コイルユニットに結合するとともに電子モジュールの通信回路に接続する結合コイルと、コイルユニット、ICモジュール、結合コイルを搭載する基板とを備えることをその要旨とする。
【0009】
なお、各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続することができる。
【0010】
また、第1発明、第2発明において、基板は、基材によって形成してもよい。
【0011】
【作用】
かかる第1発明の構成によるときは、各コイルユニットのコイルは、積層する基材のそれぞれに形成し、磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続されている。そこで、各コイルは、各基材上において、他の基材上のコイルからの磁束と錯交し、全体として、必要な高インダクタンスを容易に実現することができる。なお、コイルユニットは、高感度のコイル状のアンテナとして好適に使用することができる他、一般的なインダクタンス素子や、トランス素子等としても使用することができる。ただし、ここでいう基材とは、プリント基板を含む任意の絶縁板、絶縁フィルム、絶縁シート等をいうものとし、基材の材質としては、エポキシ樹脂を含む任意のプラスチック樹脂の他、セラミックスや、マイカ、ガラスなどを使用することができる。一方、コイルは、金属を含む任意の導電性材料により、基材に対し、印刷や、エッチング、蒸着等の手法によって形成することができる。
【0012】
コイルは、2次元の螺旋状に形成することにより、形成工程を簡単にすることができ、全体の製造コストを低減させることができる。
【0013】
外部に露出するコイルに保護材を設けるときは、保護材は、コイルを機械的に保護し、コイルの断線事故や、酸化、絶縁劣化等を有効に防止することができる。
【0014】
また、複数のコイルユニットを基板に配列し、いずれかを主エレメントとすることにより、他のすべてを副エレメントとすることができる。すなわち、主エレメントは、ラジエータエレメントとして作動し、副エレメントは、ディレクタエレメントまたはリフレクタエレメントとして作動することにより、全体として高性能のアレイアンテナを形成することができる。
【0015】
第2発明の構成によるときは、各コイルユニットは、ICモジュールに接続することにより、ICモジュールのアンテナとして作動することができる。そこで、ICモジュールは、コイルユニットを介し、外部からの電波または交流磁界によって作動用の電力を給電するとともに、外部の機器との間にデータを送受信することができ、このときの基板には、各ICモジュール用の個別の配線が全く不要である。
【0016】
なお、第1発明、第2発明において、基板は、コイルユニットの基材によって形成してもよく、コイルユニットの基材と別の絶縁材によって形成してもよい。前者によれば、コイルユニットの形成と同時に基板を形成することができ、全体の製造工程を著るしく簡略化することができる。
【0017】
【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。
【0018】
コイルユニット10は、積層する複数の基材11、11…と、基材11、11…のそれぞれに形成するコイル12、12…とを備えてなる(図1、図2)。
【0019】
基材11、11…は、それぞれ適切な絶縁材料によって形成されている。最上層の基材11の上面には、通信回路や、マイクロプロセッサ、書込み可能な不揮発性のメモリ等を含むICモジュール15が実装され、ICモジュール15から引き出すライン15a、15bが形成されている。コイル12、12…は、各基材11の下面に2次元の螺旋状に形成されている。
【0020】
最上層のコイル12は、最上層の基材11の接続点11aを介して外周端が一方のライン15aに接続されており、外周端から反時計回りに形成され、中間層の基材11の接続点11bを介して内周端が中間層のコイル12の内周端に接続されている。また、中間層のコイル12は、内周端から反時計回りに形成され、最下層の基材11の接続点11cを介して外周端が最下層のコイル12の外周端に接続されている。さらに、最下層のコイル12は、外周端から反時計回りに形成され、最下層の基材11の接続点11d、中間層の基材11の接続点11e、最上層の基材11の接続点11fを介して内周端が他方のライン15bに接続されている。なお、各接続点11i(i=a、b…)は、各基材11を上下に貫通して形成されている。
【0021】
そこで、各基材11の下面に形成するコイル12、12…は、ICモジュール15からの電流により、磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続されている。なお、各コイル12の形成面積、ターン数、基材11、11…の積層枚数は、コイルユニット10の所要インダクタンスに応じて任意に設定することができる。また、各コイル12の巻き方向、接続形態は、各コイル12からの磁界の発生方向が同一方向である限り、図示以外の任意の形態であってもよい。
【0022】
外部に露出する最下層のコイル12には、保護材13が設けられている(図2の二点鎖線)。保護材13は、最下層のコイル12を機械的に保護することができる。ただし、コイル12、12…は、それぞれ各基材11の上面に形成してもよく、このときの保護材13は、外部に露出する最上層のコイル12に設けるものとする。なお、保護材13は、別の基材11によって形成してもよい。
【0023】
このようなコイルユニット10は、小形の通信機器やICカード等にコンパクトに組み込み、送受信用のアンテナとして使用することができる。コイルユニット10は、コイル12、12…が一体のコイルとして作動し、図示しないコンデンサとともに外部からの電波に共振し、ICモジュール15に作動用の電力を給電することができる。また、ICモジュール15は、コイルユニット10を介し、外部の通信機器との間に必要なデータ交換機能を実現することができる。
【0024】
以上の説明において、コイルユニット10に作用させる外部からの電波は、適当な交流磁界に代えてもよい。また、ICモジュール15を基材11に搭載するに代えて、接続点11a、11fを外部の電子モジュールに引き出して接続してもよい。なお、コイルユニット10は、送受信用のアンテナとして使用する他、一般的なインダクタンス素子、トランス素子などとして広く使用することができる。
【0025】
【他の実施の形態】
図1、図2に示すコイルユニット10は、基板21上に配列し、アンテナ装置を形成してもよい(図3)。
【0026】
基板21の上面には、複数のコイルユニット10、10…が所定配列に搭載されている。コイルユニット10、10…は、いずれかを主エレメントとし、他の全てを副エレメントとしている。主エレメントとしてのコイルユニット10は、一端の可変容量形のコンデンサC1 を介して基板21の外部に引き出されており、副エレメントとしてのコイルユニット10、10…には、それぞれコンデンサC2 が組み合わされている。そこで、主エレメントとしてのコイルユニット10は、ラジエータエレメントとして作動し、副エレメントとしてのコイルユニット10、10…は、ディレクタエレメントまたはリフレクタエレメントとして作動することにより、全体としてアレイアンテナを形成することができる。
【0027】
なお、図3において、基板21上には、図1に倣って、主エレメントしてのコイルユニット10に接続する電子モジュールを併せ搭載してもよい。
【0028】
基板21に搭載するコイルユニット10、10…は、それぞれICモジュール35に接続可能とし(図4)、全体として一体のプリント回路基板を形成してもよい。
【0029】
基板21には、演算ユニット31、通信回路32からなる電子モジュール30が搭載されている。演算ユニット31は、通信回路32と双方向に接続されており、通信回路32には、コンデンサC3 を介し、基板21上に形成する結合コイル33が接続されている。また、演算ユニット31、通信回路32は、バッテリBによって給電されている。各ICモジュール35は、書込み可能な不揮発性のメモリ35a、通信回路35bを備えており、コイルユニット10に接続されている。
【0030】
そこで、演算ユニット31は、通信回路32、結合コイル33、コイルユニット10、10…を介し、各ICモジュール35に対して作動用の電力を供給し、各ICモジュール35との間に任意のデータ交換機能を実現することができる。結合コイル33は、各コイルユニット10に対し、電磁的または磁気的に結合されており、演算ユニット31は、電波または交流磁界を介し、各ICモジュール35と個別に交信することができるからである。
【0031】
ICモジュール35は、各コイルユニット10に対して簡単に接続することができ、したがって、基板21は、必要に応じ、ICモジュール35を簡単に増設することができる(図4の二点鎖線)。すなわち、基板21は、あらかじめ必要な数のコイルユニット10、10…を設けておくことにより、コイルユニット10、10…の数相当までICモジュール35、35…を任意に増設することができる。ただし、基板21上には、図4に拘らず、任意の数のコイルユニット10、10…を搭載しておくことができる。
【0032】
なお、図3、図4において、コイルユニット10、10…を共通の基材11、11…によって形成し、基板21をコイルユニット10、10…と一体に形成してもよい。すなわち、基板21は、共通の基材11、11…によって形成することができる。また、図4において、演算ユニット31、通信回路32、コンデンサC3 は、その全部または一部を基板21の外部に配設してもよい。
【0033】
さらに、図1の基材11、11…、図3、図4の基板21は、フェライトなどの高磁性材料を混入し、埋設するなどの手段により、各コイルユニット10のインダクタンスを一層大きくすることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、この出願に係る第1発明、第2発明のコイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれにコイルを形成し、磁界の発生方向が同一方向となるようにコイルを直列接続することによって、全体として一体のコイルとして作動させることができるから、パターンサイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実現することができる。
【0035】
したがって、第1発明、第2発明によれば、このようなコイルユニットを利用することによって、高性能のアレイアンテナとしてのアンテナ装置または各ICモジュール用の個別の配線が不要なプリント回路基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 コイルユニットの分解斜視図
【図2】 図1のX−X線矢視相当拡大断面図
【図3】 他の実施の形態を示す使用状態平面図(1)
【図4】 他の実施の形態を示す使用状態平面図(2)
【符号の説明】
10…コイルユニット
11…基材
12…コイル
13…保護材
21…基板
35…ICモジュール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device and a printed circuit board using a coil unit that can be used particularly suitably for a small communication device, a non-contact type IC card, and the like.
[0002]
[Prior art]
A non-contact type IC card incorporates a coiled antenna that matches the operating frequency.
[0003]
The conventional antenna is formed in a two-dimensional spiral along the outer periphery of the IC card, and can supply power for operation to the IC card and transmit / receive a carrier wave for information transmission.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to such a conventional technique, since the coil is simply formed in two dimensions, there is a problem that it is difficult to realize a high inductance with a small pattern size and circuit design is often difficult.
[0005]
Therefore, in view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to easily realize a necessary high inductance with a minimum pattern size by forming a coil on each of a plurality of substrates to be laminated. An object of the present invention is to provide an antenna device and a printed circuit board using a coil unit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the first invention according to this application for achieving the above object (referring to the invention according to claim 1, the same applies hereinafter) is formed by arranging a plurality of coil units on a substrate, and each coil unit is laminated. The coils to be formed on each of the plurality of substrates are connected in series so that the direction of magnetic field generation is the same direction, and the coil unit is connected to the electronic module with one of the main elements as the main element, and all the other are connected to the electronic module. The gist is to make the sub-element not to be connected.
[0008]
The configuration of the second invention (referring to the invention according to claim 3, hereinafter the same) includes a plurality of coil units, an IC module that can be connected to each coil unit and can be expanded to the number of coil units, and each coil unit. The gist of the present invention is to include a coupling coil coupled to the communication circuit of the electronic module and a board on which the coil unit, the IC module, and the coupling coil are mounted.
[0009]
In addition, each coil unit can connect in series the coil formed in each of the several base material to laminate | stack so that the generation | occurrence | production direction of a magnetic field may become the same direction.
[0010]
In the first and second inventions, the substrate may be formed of a base material.
[0011]
[Action]
According to the configuration of the first invention, the coils of each coil unit are formed on each of the base materials to be laminated, and are connected in series so that the magnetic field generation direction is the same direction. Therefore, each coil interlaces with the magnetic flux from the coil on the other base material on each base material, and as a whole, the required high inductance can be easily realized. The coil unit can be suitably used as a highly sensitive coiled antenna, and can also be used as a general inductance element, transformer element, or the like. However, the base material here means any insulating plate, insulating film, insulating sheet or the like including a printed circuit board, and the material of the base material is ceramics or any plastic resin including an epoxy resin. Mica, glass, etc. can be used. On the other hand, a coil can be formed with respect to a base material by methods, such as printing, an etching, and vapor deposition, by the arbitrary conductive materials containing a metal.
[0012]
By forming the coil in a two-dimensional spiral shape, the forming process can be simplified, and the entire manufacturing cost can be reduced.
[0013]
When a protective material is provided on a coil that is exposed to the outside, the protective material mechanically protects the coil and can effectively prevent a coil disconnection accident, oxidation, insulation deterioration, and the like.
[0014]
Further, by arranging a plurality of coil units on a substrate and using one as a main element, all the others can be used as sub-elements. That is, the main element operates as a radiator element, and the sub-element operates as a director element or a reflector element, so that a high-performance array antenna can be formed as a whole.
[0015]
According to the configuration of the second invention, each coil unit can operate as an antenna of the IC module by being connected to the IC module. Therefore, the IC module can supply power for operation by an external radio wave or an AC magnetic field via the coil unit, and can transmit and receive data to and from an external device. No separate wiring is required for each IC module.
[0016]
In the first and second inventions, the substrate may be formed of a base material of the coil unit or may be formed of an insulating material different from the base material of the coil unit. According to the former, the substrate can be formed simultaneously with the formation of the coil unit, and the entire manufacturing process can be remarkably simplified.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Therefore, the
[0022]
A
[0023]
Such a
[0024]
In the above description, the external radio wave applied to the
[0025]
[Other embodiments]
The
[0026]
On the upper surface of the
[0027]
In FIG. 3, an electronic module connected to the
[0028]
The
[0029]
An electronic module 30 including an
[0030]
Therefore, the
[0031]
The
[0032]
3 and 4, the
[0033]
Further, the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, in the coil units of the first and second inventions according to this application, coils are formed on each of a plurality of base materials to be laminated, and the coils are connected in series so that the magnetic field generation direction is the same direction. By connecting, it can be operated as an integral coil as a whole, so that the required high inductance can be easily realized with a minimum pattern size.
[0035]
Therefore, according to the first and second inventions, by using such a coil unit, an antenna device as a high-performance array antenna or a printed circuit board that does not require individual wiring for each IC module is formed. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a coil unit. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view corresponding to the line XX in FIG. 1. FIG. 3 is a plan view of a use state showing another embodiment (1).
FIG. 4 is a plan view of a use state showing another embodiment (2).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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