CN101836330B - 天线电路及其电阻降低方法、以及应答器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以在确保电感的同时将布线电阻降低至适当值以获得期望的特征的天线电路、天线电路的电阻降低方法以及具有该天线电路的应答器。天线电路(11)设置在载波频带为13.56MHz的应答器中。天线电路(11)包括:规定的基体材料(12);以及两个天线导体(13a、13b),由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在基体材料(12)的正面和背面上且电并联。将两个天线导体(13a、13b)各自的厚度设定为大于等于由该两个天线导体(13a、13b)及基体材料(12)构成的整体厚度的5%且小于50%。

Description

天线电路及其电阻降低方法、以及应答器
技术领域
本发明涉及在规定的基体材料的表面上至少形成有天线线圈的天线电路及降低该天线电路的电阻的电阻降低方法、以及具备该天线电路的应答器(transponder)。
背景技术
近年来,一种被称为RFID(Radio Frequency Identification,射频识别技术)的用于进行个体管理的系统在各种行业备受瞩目。该RFID系统是如下的技术:通过被称为应答器的小型非接触式集成电路(Integrated Circuit,下面称为IC)设备与规定的读写器之间进行无线通信,从而以非接触方式对应答器进行数据的读出和/或写入,其中,该小型非接触式集成电路设备能以读出和/或写入的方式存储各种数据且具有通信功能。已经尝试将该RFID系统适用于例如通过将应答器作为标签安装在商品上从而进行生产和物流管理的用途,以上述用途为首,该RFID系统还被适用于交通机关的费用征收或身份证件、甚至电子货币这样的各种用途。
在这样的RFID系统中,可实现几毫米至几米的通信距离,从通信距离较短的形式开始,大体可以区分为紧贴式、邻近式、附近式、以及远离式。并且,在RFID系统中,作为载波频带,一般使用125kHz、134kHz、4.9MHz、13.56MHz、2.45GHz以及5.8GHz。其中,对于作为短波带的13.56MHz的载波频带,在邻近式中使用标准化为ISO(International Organization For Standardization,国际标准化组织)14443,在附近式中使用标准化为ISO15693,从而得到广泛普及。
此外,在RFID系统中,根据数据传送方式大体可以区分为电磁感应方式和电波方式两种方式。电磁感应方式是将数据加在从读写器产生的磁通中加以输送的方式,其主要用于载波频带13.56MHz左右为止的短波带的系统中。上述电磁感应方式具有如下等的优点:难以受到雨或尘埃等的影响,即使在较为恶劣的环境下也可以使用;天线定向性较广,可覆盖的传送范围较广;对非导电体的渗透性良好。另一方面,电波方式是将数据加在从读写器产生的电波中加以输送的方式,其主要用于高载波频带的系统中。上述电波方式具有如下等的优点:与电磁感应方式相比通信距离较长;具有天线定向性,易于限定传送范围。
在此,通过电磁感应方式动作的应答器为了高效率地将磁场的能量转换为电压,通过形成并联谐振电路,从而进行动作所需的电压和数据的授受。因此,该种应答器为了进行动作所需的电压和数据的授受,大多通过环形天线和相对于该环形天线并联的电容器形成谐振电路。基本上,如图38所示,应答器构成为如下的电路:IC芯片103连接在将天线线圈101和调谐用的电容器102并列配置的谐振电路上。
因此,通信距离等基本性能依赖于从读写器产生的磁通的捕捉率(耦合系数)和应答器的谐振阻抗或Q值。因此,在应答器的设计中,在同一尺寸中在确保电感的同时降低布线电阻是非常重要的。
在此,作为降低布线电阻的方法,可以列举有如下的方法:在基体材料单面上形成有天线线圈的单面结构的应答器的情况下,扩大形成天线线圈的图案宽度或图案厚度。但是,在这样的应答器中,由于确定了其外形尺寸的规格,所以图案宽度或图案厚度的变更受到限制,且在同一尺寸下扩大图案宽度的情况下,由于天线线圈的圈数减少,所以导致电感降低。
此外,作为降低布线电阻的方法,可以列举在基体材料的双面上形成天线线圈的方法。但是,在这样的应答器中,存在以下问题,即,由于上下图案的位置偏移,从而天线所具有的杂散电容改变,谐振频率变动。
因此,例如,如专利文献1至专利文献3等所记载,尝试着通过将形成在基体材料双面上的天线线圈并联来降低布线电阻。
如上述专利文献1至专利文献3等所记载,在将多个天线线圈并联的情况下,理论上,可以想到该布线电阻会变为天线线圈根数的倒数倍。但是,在应答器中,存在如下的情况:布线电阻不会单纯地变为天线线圈根数的倒数倍,无法充分降低布线电阻。
在此,在应答器中,在天线线圈的导体中流过高频电流,存在电流密度集中在导体表面的集肤效应的影响,同时当像将多个天线线圈并联时这样存在导体对置的表面时,在该对置面上,电流由于邻近效应难以流过。因此,本发明的发明人认为由于这些集肤效应和邻近效应的影响,布线电阻无法单纯地变为天线线圈根数的倒数倍。
这样,在应答器中,虽然通过并联多个天线线圈,可以在确保电感的同时降低布线电阻,但是在现有技术中,还不存在考虑了由于在导体内流过高频电流而引起的影响的最适合的设计方针。为了进一步提高由于其尺寸上存在限制而导致设计自由度受到限制的应答器的性能,找出上述的设计方针是极其重要的。
专利文献1:日本特开平11-66260号公报
专利文献2:日本特开2007-74334号公报
专利文献3:日本特开2006-352750号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的,其目的在于提供一种天线电路及其电阻降低方法、以及具备该天线电路的应答器,其可以在确保电感的同时将布线电阻降低至适当值而获得想要的特性。
本发明的发明人对多个天线线圈并联时的电流分布等进行反复专心研究,结果注意到虽然由于集肤效应,高频电流流过的导体的布线电阻依赖于频率,但是由于集肤效应,流过导体的电流密度依赖于导体截面的周长而不是导体的截面积,因此认为为了降低布线电阻,期望尽可能地增加天线线圈的截面周长。并且,除了上述见解,作为用于抑制由于邻近效应引起的影响的方法,本发明的发明人发现可以通过对多个天线线圈的导体厚度和这些天线线圈之间夹持的基体材料的厚度进行管理,从而在规定的频带,可以在确保电感的同时将布线电阻降低至适当值,最终完成了本发明。
也就是说,为了达成上述目的的本发明涉及的天线电路的电阻降低方法用于降低设置在应答器中的天线电路的电阻,其中,所述应答器以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,且载波频带为13.56MHz,上述天线电路的电阻降低方法的特征在于,上述天线电路包括:规定的基体材料;以及两个天线导体,由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在上述基体材料的正面和背面上且电并联,其中,将上述两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由上述两个天线导体及上述基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%。
在这样的本发明涉及的天线电路的电阻降低方法中,通过将两个天线导体各自的厚度相对于由并联的两个天线导体及基体材料构成的整体厚度形成在规定范围内,从而可以获得比将两个天线导体并联带来的电阻降低效果更大的电阻降低效果。具体而言,在本发明涉及的天线电路的电阻降低方法中,通过将两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由两个天线导体及基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%,从而在13.56MHz的载波频带,可以在确保电感的同时将布线电阻降低至适当值。
并且,为了达成上述目的的本发明涉及的天线电路是设置在应答器中,所述应答器以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,且载波频带为13.56MHz,上述天线电路的特征在于,包括:规定的基体材料;以及两个天线导体,由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在上述基体材料的正面和背面上并电并联,上述两个天线导体各自的厚度为大于等于由上述两个天线导体及上述基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%。
此外,为了达成上述目的的本发明涉及的应答器以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,其载波频带为13.56MHz,上述应答器的特征在于,包括:天线电路,在规定的基体材料的表面上至少形成有天线线圈;以及IC芯片,安装在上述天线电路上,上述天线电路包括:两个天线导体,由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在上述基体材料的正面和背面上并电并联,上述两个天线导体各自的厚度为大于等于由上述两个天线导体及上述基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%。
在这样的本发明涉及的天线电路及应答器中,可以获得比将两个天线导体并联带来的电阻降低效果更大的电阻降低效果。
本发明由于可以获得比将两个天线导体并联带来的电阻降低效果更大的电阻降低效果,所以在13.56MHz的载波频带,可以在确保电感的同时将布线电阻降低至适当值而获得想要的特征。
附图说明
图1是示出利用了作为本发明实施方式所示的应答器的RFID系统的简要构成例的框图;
图2是在作为本发明实施方式所示的应答器中使用的天线电路的立体图;
图3是图2所示的天线电路的分解立体图;
图4是示出在模拟实验中使用的天线电路的模型的图;
图5是示出使用导体尺寸为宽0.3mm×厚0.05mm的模型进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体间隔的关系的图;
图6是示出将模型的尺寸设定为宽0.1mm×厚0.1mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图7是示出将模型的尺寸设定为宽0.1mm×厚0.1mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.045mm时的电流分布的图;
图8是示出将模型的尺寸设定为宽0.05mm×厚0.05mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图9是示出将模型的尺寸设定为宽0.15mm×厚0.15mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图10是示出将模型的尺寸设定为宽0.15mm×厚0.15mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.06mm时的电流分布的图;
图11是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图12是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.07mm时的电流分布的图;
图13是示出将模型的尺寸设定为宽0.3mm×厚0.3mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图14是示出将模型的尺寸设定为宽0.3mm×厚0.3mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.11mm时的电流分布的图;
图15是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.5mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图16是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.5mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.18mm时的电流分布的图;
图17是示出将模型的尺寸设定为宽0.8mm×厚0.8mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图18是示出将模型的尺寸设定为宽0.8mm×厚0.8mm进行模拟实验的结果的图,其是示出将各导体的厚度设定为0.28mm时的电流分布的图;
图19是示出将模型的尺寸设定为宽1.0mm×厚1.0mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图20是示出将模型的尺寸设定为宽1.0mm×厚1.0mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.36mm时的电流分布的示意图;
图21是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.3mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图22是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.3mm进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.11mm时的电流分布的图;
图23是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图24是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm、将电介质的介电常数设定为3进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图25是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm、将电介质的介电常数设定为4进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图26是示出将模型的尺寸设定为宽0.2mm×厚0.2mm、将电介质的介电常数设定为10进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图27是示出在模拟中使用的天线电路的模型的图,其是示出设置有磁性片的模型的图;
图28是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.6mm、在下侧的导体的下面未设置间隔而设置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图29是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.6mm、在下侧的导体的下面未设置间隔而设置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.26mm时的电流分布的图;
图30是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.5mm、在下侧的导体的下面设置0.1mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图31是将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.5mm、在下侧的导体的下面设置0.1mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度设定为0.21mm时的电流分布的图;
图32是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.4mm、在下侧的导体的下面设置0.2mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图33是示出将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.4mm、在下侧的导体的下面设置0.2mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.15mm时的电流分布的图;
图34是将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.3mm、在下侧的导体的下面设置0.3mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图35是将模型的尺寸设定为宽0.5mm×厚0.3mm、在下侧的导体的下面设置0.3mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是示出各导体的厚度为0.11mm时的电流分布的图;
图36是示出将模型的尺寸设定为宽0.3mm×厚0.165mm、在下侧的导体的下面设置0.1mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;
图37是示出将模型的尺寸设定为宽0.3mm×厚0.215mm、在下侧的导体的下面设置0.05mm的间隔配置磁性片进行模拟实验的结果的图,其是求得电阻值相对于导体厚度的关系的图;以及
图38是应答器的基本电路结构的示意图。
具体实施方式
下面,参照附图,对适用了本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示,本实施方式涉及用于所谓的RFID(RadioFrequency Identification,射频识别技术)系统中的作为非接触式IC(Integrated Circuit,集成电路)卡的应答器10,其能够以读出和/或写入的方式存储各种数据且具有通信功能,通过与规定的读写器1之间进行无线通信,从而可通过该读写器1以非接触的方式进行数据的读出和/或写入。尤其该应答器10安装了天线线圈(环形天线),该天线线圈由所谓的印刷天线构成,其中,该印刷天线在作为基体材料的规定的树脂基板的双面上形成有天线导体图案,该应答器10通过恰当地管理天线线圈的导体厚度和这些天线线圈之间所夹持的基体材料的厚度而形成。
具体而言,在应答器10的内部设置有至少安装了天线线圈和IC芯片的电路基板。
图2示出了在应答器10中使用的基本的电路基板的简要立体图,图3示出了该电路基板的分解立体图。该电路基板通过对天线电路11安装IC芯片而构成,该天线电路11在规定的基体材料12的双面上分别至少形成有天线导体13a、13b,其中,基体材料12在规定的绝缘支撑体的双面上施加了铜箔等规定的导电箔,天线导体13a、13b由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成;并且,IC芯片将用于实现应答器10功能的各种部件进行集成电路化,以作为单一的半导体芯片等,其中,用于实现应答器10功能的各种部件例如是二极管电桥(diode bridge)、CPU(Central Processing Unit,中央处理器)、ROM(Read Only Memory,只读存储器)、以及EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,可擦除可编程只读存储器)。
天线电路11的主表面例如形成为大致矩形的卡状。在该天线电路11中,基体材料12只要是一般用作印刷布线基板的基体材料,就可以使用,而与其种类无关。具体而言,基体材料12通过使用在双面施加了铜箔等规定的导电箔的所谓的刚性(rigid)基板而构成,上述刚性基板例如有由美国电气制造者协会(National ElectricalManufacturers Association;NEMA)规定为记号XXP、XPC等的纸酚醛基板、规定为同记号FR-2的纸聚酯基板、规定为同记号FR-3的纸环氧基板、规定为同记号CEM-1的玻璃纸复合环氧基板、规定为同记号CHE-3的玻璃无纺纸复合环氧基板、规定为同记号G-10的玻璃布环氧基板、规定为同记号FR-4的玻璃布环氧基板。此外,其中,最优选吸湿性和尺寸变化小、具有自消炎性的玻璃布环氧基板(FR-4)。
并且,天线电路11构成为:通过对施加在基体材料12的双面上的导电箔进行光刻,从而使作为放射电极的天线导体13a、13b以露出的方式形成在正面和背面上。具体而言,在天线电路11中,漩涡状天线导体13a、13b对置地形成在基体材料12的正面和背面上。此外,虽然在图2及图3中示出了漩涡状天线导体13a、13b沿着该基体材料12的各边卷绕形成的样子,但是对于相关天线导体13a、13b的天线图案,只要可以作为天线线圈而发挥作用,也可以是例如卷绕成大致同心圆状的图案构成的漩涡状天线图案。
此外,在天线电路11中,在内部施加了导电箔的多个未图示的通孔从基体材料12的正面向背面以贯通的方式穿透设置。天线导体13a、13b通过这些通孔并联且电连接。由此,在天线电路11中,与仅在基体材料12的任一表面上形成天线导体的情况相比,可以降低布线电阻。
这样的由双面基板构成的、通过对基体材料12进行加工而形成的天线电路11安装有规定的IC芯片,并被内置在应答器10中。此外,在应答器10中,为了在降低存在于应答器周围的金属体对天线线圈的影响的同时防止电磁波障碍,虽然没有特别图示,但是优选在天线电路11的至少一个任意表面侧设置磁性片。这样的磁性片例如可以是将适量的扁平形状的软磁性粉末分散、混合在橡胶或塑料等结合剂中而形成。作为扁平形状的软磁性粉末,可以使用由磁性不锈钢(Fe-Cr-Al-Si类合金)、铁硅铝磁合金(Fe-Si-Al类合金)、坡莫合金(Fe-Ni类合金)、硅铜(Fe-Cu-Si类合金)、Fe-Si类合金、Fe-Si-B(-Cu-Nb)类合金、Fe-Ni-Cr-Si类合金、Fe-Si-Cr类合金、Fe-Si-Al-Ni-Cr类合金等任意软磁性材料构成的粉末。例如,对于在以便携式电话为首的便携通信机器中安装应答器10的情况而言,为了防止由于该便携通信机器的金属壳体或电池组件等的影响而缩短通信距离,通过设置这样的磁性片,从而可以强化磁通收敛作用,实现稳定的通信。
此外,本发明的发明人假设在特别广泛使用的短波带(13.56MHz)中使用具备这样的天线电路11的应答器10,为了验证由并联天线导体13a、13b带来的布线电阻的降低效果,进行了模拟实验。
如果是在通常使用的基板上形成的宽0.3mm×厚0.05mm的铜图案,则短波带(13.56MHz)的电阻是2.0748Ω/m,如果将将铜图案的厚度设定为2倍、即0.1mm,则电阻变为1.6657Ω/m。与此相对,如果在基体材料和粘结剂的合计厚度为0.065mm的双面基板的双面上分别形成0.05mm的铜图案并通过通孔并联,则其电阻变为1.291Ω/m。这是将铜图案的厚度设定为2倍、即0.1mm的单层铜图案时的电阻值的78%左右。
这样,在天线电路11中,通过并联天线导体13a、13b,从而可以降低布线电阻。但是,并联铜图案时的电阻值1.291Ω/m是将相同厚度的铜图案仅形成在基体材料一个表面上时的电阻值2.0748Ω/m的62%左右。
因此,本发明的发明人为了对这样的现象进行详细的验证,在短波带(13.56MHz),改变两个天线导体间的间隔,即改变这些天线导体间所夹持的基体材料的厚度,进行了模拟实验,求得电阻值相对于间隔的关系。具体而言,如图4所示,使用如下的模型进行模拟实验:在相当于基体材料12的电介质52的双面(上侧及下侧)上设置有相当于天线导体13a、13b的由铜构成的两个导体53a、53b。导体53a、53b被固定为宽0.3mm×厚0.05mm。并且,电介质52的介电常数是“1”。其结果如表1所示。
表1
从上表1可知,两个导体53a、53b的间隔、即基体材料52的厚度变化时,电阻值变化。因此,若求取电阻值相对于两个导体53a、53b的间隔的关系,则可以获得如图5所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:随着增大两个导体53a、53b的间隔,并联时的整体电阻值单调地减少。此外,可以推测如果两个导体53a、53b的间隔无限大,则变为单个导体53a的电阻值的1/2。根据该结果,即使将两个天线导体并联,但只要这些天线导体的间隔、即基体材料的厚度不是无限大,则其电阻值就不是单个天线导体的电阻值的1/2。这是由在天线导体内流过高频电流引起的集肤效应、和由两个天线导体隔着基体材料对置引起的邻近效应产生的影响。
因此,在天线电路中,为了降低布线电阻,虽然只要尽可能地增大天线导体的间隔即可,但由于其厚度存在与规格对应的限制,所以在现实中难以进行上述处理。因此,本发明的发明人考虑通过控制两个天线导体各自的厚度和基体材料的厚度之比,从而可实现考虑了集肤效应和邻近效应的影响的最适合的设计。并且,本发明的发明人为了求得最适合的设计方针,使用如图4所示的模型,在短波带(13.56MHz),使两个天线导体的厚度和基体材料的厚度变化,进行模拟实验,从而对流过天线导体的电流分布进行调查。
首先,将模型的尺寸设定为宽0.1mm×厚0.1mm,在该厚度0.1mm的范围内,如下面的表2所示,改变两个导体53a、53b的厚度,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表2
Figure GPA00001115210000151
从上表2可知,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图6所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.045mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的45%左右的情况下,整体电阻值取最小值(3.199Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图7中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.045mm时的电流分布。如图7可知,虽然在两个导体53a、53b的整体呈现大致一样的电流分布,几乎无法掌握集肤效应及邻近效应的影响,但当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于0.045mm时,整体的电阻值返回上升,鉴于这样的结果,可以推测多少存在集肤效应及邻近效应的影响。换言之,可以推测在由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度小于规定厚度的情况下,不会呈现集肤效应及邻近效应,随着逐渐大于规定厚度,显著呈现集肤效应及邻近效应。
为了验证该推测,本发明的发明人缩小模型的厚度并进行同样的模拟实验。具体而言,将模型的尺寸设定为宽0.05mm×厚0.05mm,在该厚度0.05mm的范围内,如下面的表3所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表3
Figure GPA00001115210000161
从上表3可知,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图8所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值单调地降低。也就是说,未观察到随着分别增大两个导体53a、53b的厚度而降低的整体的电阻值返回上升的倾向。这表示在将由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度缩小至0.05mm左右的情况下,两个导体53a、53b各自的厚度变为集肤厚度的2倍,实质上没有呈现集肤效应及邻近效应的影响。因此,可以推测在由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度大于等于0.1mm左右的情况下,呈现集肤效应及邻近效应的影响。
因此,本发明的发明人使模型的厚度向大于0.1mm的方向变化,并进行同样的模拟实验。首先,将模型的尺寸设定为宽0.15mm×厚0.15mm,在该厚度0.15mm的范围内,如下面的表4所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表4
Figure GPA00001115210000171
从上表4可知,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图9所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.06mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的40%左右的情况下,整体电阻值取最小值(2.087Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图10中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.06mm时的电流分布。如图10可知,电流分布在两个导体53a、53b的表面最高,越向内部越低,由此可知,呈现了集肤效应的影响。并且,在两个导体53a、53b的对置面上,可以观察到有较多电流难以流过的区域,从而也可知呈现邻近效应的影响。
并且,将模型的大小设定为宽0.2mm×厚0.2mm,在该厚度0.2mm的范围内,如下面的表5所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表5
Figure GPA00001115210000181
从上表5可知,在使模型宽度和整体厚度变化的情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图11所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.07mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的35%左右的情况下,整体电阻值取最小值(1.546Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图12中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.07mm时的电流分布。如图12可以明确地知道,电流分布虽然由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,但这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。也就是说,验证出随着增大由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度,显著呈现集肤效应及邻近效应的影响。
此外,将模型的大小设定为宽0.3mm×厚0.3mm,在该厚度0.3mm的范围内,如下面的表6所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表6
Figure GPA00001115210000191
从上表6可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图13所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.11mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的36.7%左右的情况下,整体电阻值取最小值(1.019Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图14中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.11mm时的电流分布。在该图14中也示出了:电流分布由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。
此外,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.5mm,在该厚度0.5mm的范围内,如下面的表7所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表7
Figure GPA00001115210000201
从上表7可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图15所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.18mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的36%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.607Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图16中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.18mm时的电流分布。在该图16中也示出了:电流分布由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。
并且,将模型的大小设定为宽0.8mm×厚0.8mm,在该厚度0.8mm的范围内,如下面的表8所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表8
Figure GPA00001115210000221
从上表8可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图17所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.28mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的35%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.3821Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图18中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.28mm时的电流分布。在该图18中也示出了:电流分布由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。
此外,将模型的大小设定为宽1.0mm×厚1.0mm,在该厚度1.0mm的范围内,如下面的表9所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表9
Figure GPA00001115210000231
从上表9可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图19所示的结果。也就是说,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的34%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的37%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的效果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.36mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的36%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.3083Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。此外,在图20中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.36mm时的电流分布。在该图20中也示出了:电流分布由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。
并且,作为将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况的例子,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.3mm,在该厚度0.3mm的范围内,如下面的表10所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表10
Figure GPA00001115210000251
从上表10可知,即使在将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图21所示的结果。也就是说,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.11mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的36.7%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.737Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。该结果与将模型的大小设定为宽0.3mm×厚0.3mm的情况相同。由此可知:在天线电路中,通过适当地确定两个导体53a、53b的厚度而不是宽度,从而可以将电阻值设定为最小。此外,在图22中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.11mm时的电流分布。在该图22中也示出了:电流分布由于集肤效应在两个导体53a、53b的表面最高,这两个导体53a、53b的对置面由于邻近效应电流难以流过。
根据以上结果可知:在天线电路中,在由天线导体及基体材料构成的整体厚度大于等于0.1mm的情况下,受到集肤效应及邻近效应的影响,在将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的35%且小于等于45%的情况下,可以将电阻值设定为最小。此外,也可知在天线电路中,如果将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%,则可以获得实际使用中没有问题的电阻值。并且,在上述的模拟实验中,可以观察到如下的倾向:随着由天线导体及基体材料构成的整体厚度的增加,天线导体的厚度占该整体厚度的最适合的比例减少,当整体厚度变为大于等于0.2mm时,在大于等于35%且小于等于37%的范围内大致恒定。可以推测这是由于在由天线导体及基体材料构成的整体厚度大于等于0.2mm的情况下,只要天线导体的间隔不极端地变大,就呈现显著的集肤效应和邻近效应的影响。因此,在天线电路中,优选在由天线导体及基体材料构成的整体厚度大于等于0.2mm且小于等于1.0mm的情况下,将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的35%且小于等于37%。
接下来,为了验证由基体材料12的介电常数带来的影响,使相当于基体材料12的电介质52的介电常数变化,进行了模拟实验。具体而言,在使用上述的设定为宽度0.2mm×厚0.2mm的模型、并将电介质52的介电常数设定为“2”、“3”、“4”、“10”的情况下,使两个导体53a、53b各自的厚度变化,进行了模拟实验。其结果分别如下表11至下表14所示。并且,在各介电常数的情况下,电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系如图23至图26所示。
表11
Figure GPA00001115210000271
表12
Figure GPA00001115210000272
表13
Figure GPA00001115210000273
表14
Figure GPA00001115210000281
将这些上表11至上表14与上表5进行比较可知,即使改变介电常数也可获得相同的效果。由此可知,在天线电路中,在不依靠基体材料的介电常数,而将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的35%且小于等于45%的情况下,可以将电阻值设定为最小。
接下来,为了对设置磁性片时的影响进行验证,进行了模拟实验。由于导体的集肤厚度以导磁率μ’为参数,所以在设置有磁性片的情况下,可以推测受到该影响。
具体而言,如图27所示,使用以下模型进行了模拟实验,在该模型中,在相当于基体材料12的电介质52的双面(上侧及下侧)上,设置相当于天线导体13a、13b的由铜构成的两个导体53a、53b,在下侧导体53b的下方设置磁性片54。以磁性片54的规格设定为:大小是宽2.5mm×厚0.25mm,导磁率μ’是40,磁损耗μ”是0.5,导电率是11S,介电常数是1。
首先,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.6mm,在下侧导体53b的下表面以不设置间隔的方式设置磁性片,在该厚度0.6mm的范围内,如下表15所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表15
Figure GPA00001115210000291
从上表15可知,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,使电阻值变为最小的导体53a、53b各自的厚度与不设置磁性片的情况不一样,在导体53a、53b之间不同,是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图28所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的45%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的30%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.26mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的43%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.637Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。根据该结果可知,在两个导体53a、53b的厚度相同的情况下,使整体电阻值变为最小值的导体53a、53b的厚度受到未设置磁性片54一侧即上侧的导体53a的厚度的影响较大。此外,在图29中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.26mm时的电流分布。如图29可知,在紧贴磁性片54的下侧的导体53b的下表面,电流难以流过,相应地,两个导体53a、53b对置面的电流增加。
并且,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.5mm,在下侧导体53b的下面设置0.1mm的间隔且配置磁性片54,在该厚度0.5mm的范围内,如下表16所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表16
Figure GPA00001115210000311
从上表16可知,在使模型的宽度和整体厚度变化的情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,导体53a、53b各自的电阻值变为最小时的导体53a、53b的厚度是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图30所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的44%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的28%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.21mm的情况下、即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的42%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.668Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。根据该结果可知,在两个导体53a、53b的厚度相同的情况下,整体电阻值变为最小值时的导体53a、53b的厚度受到未设置磁性片54一侧即上侧的导体53a的厚度的影响较大。此外,在图31中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.21mm时的电流分布。在该图31中示出了如下的情况:在紧贴磁性片54的下侧的导体53b的下表面,电流难以流过,相应地,两个导体53a、53b对置面的电流增加,但是若与如图29所示的结果相比,则可知流过导体53b的下表面的电流增加。这个结果表示由于在导体53b和磁性片54之间存在间隔,所以该磁性片54对导体53b的电阻值的影响变小。
此外,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.4mm,在下侧导体53b的下面设置0.2mm的间隔配置磁性片54,在该厚度0.4mm的范围内,如下表17所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表17
从上表17可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,导体53a、53b各自的电阻值变为最小时的导体53a、53b的厚度是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图32所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的45%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的30%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.15mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的37.5%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.715Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。根据该结果可知,在两个导体53a、53b的厚度相同的情况下,整体电阻值变为最小值的导体53a、53b的厚度受到未设置磁性片54一侧即上侧的导体53a的厚度的影响较大。此外,在图33中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.15mm时的电流分布。如图33可知,与图31所示的结果相比,流过紧贴磁性片54的下侧的导体53b的下表面的电流增加,相应地,两个导体53a、53b对置面的电流减少。也就是说,根据该结果可知:通过增加导体53b和磁性片54间的间隔,可以进一步减少该磁性片54对导体53b的电阻值的影响。
此外,将模型的大小设定为宽0.5mm×厚0.3mm,在下侧导体53b的下面设置0.3mm的间隔配置磁性片54,在该厚度0.3mm的范围内,如下表18所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表18
从上表18可知,在这种情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,导体53a、53b各自的电阻值变为最小时的导体53a、53b的厚度是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图34所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的43%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的30%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.11mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的37%左右的情况下,整体电阻值取最小值(0.777Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。根据该结果可知,在两个导体53a、53b的厚度相同的情况下,整体电阻值变为最小值的导体53a、53b的厚度受到未设置磁性片54一侧即上侧的导体53a的厚度的影响较大。此外,在图35中示出了将两个导体53a、53b的厚度分别设定为0.11mm时的电流分布。如图35可知,与图33所示的结果相比,流过导体53b的下表面的电流增加,相应地,两个导体53a、53b对置面的电流减少,呈现邻近效应的影响。
此外,作为将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况的例子,将模型的大小设定为宽0.3mm×厚0.165mm,在下侧导体53b的下面设置0.1mm的间隔配置磁性片54,在该厚度0.165mm的范围内,如下表19所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表19
Figure GPA00001115210000361
从上表19可知,在将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,导体53a、53b各自的电阻值变为最小时的导体53a、53b的厚度是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图36所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的42%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的30%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.07mm的情况下,即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的42%左右的情况下,整体电阻值取最小值(1.390Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。
此外,作为将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况的例子,将模型的大小设定为宽0.3mm×厚0.215mm,在下侧导体53b的下面设置0.05mm的间隔配置磁性片54,在该厚度0.215mm的范围内,如下表20所示,使两个导体53a、53b的厚度变化,进行了模拟实验。此外,电介质52的介电常数是“1”。
表20
Figure GPA00001115210000371
从上表20可知,在将模型的宽度和厚度设定为相互不同的值的情况下,当使两个导体53a、53b的厚度分别变化时,电阻值变化,导体53a、53b各自的电阻值变为最小时的导体53a、53b的厚度是不同的值。因此,当求取电阻值相对于两个导体53a、53b各自的厚度的关系时,可以获得如图37所示的结果。也就是说,靠近磁性片的下侧的导体53b的电阻值整体大于上侧的导体53a的电阻值,在将该导体53a的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的47%左右的情况下,上侧导体53a的电阻值变为最小,在将该导体53b的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的37%左右的情况下,下侧导体53b的电阻值变为最小。并且,可以获得如下的结果:虽然随着分别增大两个导体53a、53b的厚度,并联时整体的电阻值也降低,但在两个导体53a、53b的厚度分别变为0.08mm的情况下、即将导体53a、53b各自的厚度设定为由导体53a、53b及电介质52构成的整体厚度的37%左右的情况下,整体电阻值取最小值(1.390Ω/m),当将导体53a、53b各自的厚度设定为大于等于上述值时,整体的电阻值返回上升。
根据以上结果可知:在天线电路中,在设置磁性片的情况下,越是靠近天线导体设置该磁性片,由分割且并联天线导体带来的电阻降低效果越小,但在天线导体和磁性片间的间隔较大的情况下,接近未设置磁性片情况下的状态。尤其可知,在天线电路中,在将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的37%且小于等于43%的情况下,可以使电阻值最小。此外,也可知在天线电路中,即使在设置磁性片的情况下,如果将并联的两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由天线导体及基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%,则可以获得实际使用中没有问题的电阻值。在实际的天线电路中,由于对于天线导体的厚度存在限制,所以通过分离该天线电路的基板和磁性片之间的距离,从而设计可以实现在实际应用中不存在问题的特征。
如上所述,在作为本发明实施方式所示的天线电路11、以及具备该天线电路11的应答器10中,在基体材料12的正面和背面上形成并联的天线导体13a、13b,将这些天线导体13a、13b各自的厚度设定为大于等于由天线导体13a、13b及基体材料12构成的整体厚度的5%且小于50%,更优选为大于等于35%且小于等于45%,从而在广泛使用的短波带(13.56MHz),可以在确保电感的同时将电阻值降低至适当值,获得想要的特征。
此外,在天线电路11及应答器10中,在设置了磁性片的情况下,通过将并联的天线导体13a、13b各自的厚度设定为大于等于由天线导体13a、13b及基体材料12构成的整体厚度的5%且小于50%,更优选为大于等于37%且小于等于43%,从而在短波带(13.56MHz),可以在确保电感的同时将电阻值降低至适当值,获得想要的特征。
本申请的发明人考虑到在天线导体13a、13b流过高频电流所带来的影响,发现布线电阻并没有单纯地变为设置一个天线导体时的1/2,从而才对这样的天线导体13a、13b的厚度的进行最适合化,与现有技术中公知的并联天线导体13a、13b而带来的电阻降低效果相比,实现卓越的效果,不仅仅是设计的事项。通过使用这样的设计方针来设计应答器,有助于进一步提高由于在尺寸上存在限制导致设计自由度受到限制的应答器的性能。
并且,在天线电路11中,通过使用价格便宜的印刷布线基板作为基体材料12,并形成天线线圈作为印刷天线,易于加工该天线电路11,且可利用印刷布线基板的制造步骤来制造天线电路11,可以大幅度降低整体的制造成本。
此外,本发明并不仅限于上述实施方式。虽然在上述实施方式中,例如,根据使用设置有相当于天线导体13a、13b的、由铜构成的两个导体53a、53b的模型来进行模拟实验的结果,实现了天线导体13a、13b最优化,但是在本发明中,可以很容易地推测出即使是由其他金属构成的导体也可获得相同的结果,且可以很容易地推测出即使在与验证的模型大小不同的大小的情况下也可获得同样效果。
并且,虽然在上述实施方式中,已经对将天线线圈形成为印刷天线的情况进行了说明,但是本发明并不仅限于此,只要可以作为天线线圈而发挥作用则其可以适用任何形态。
如上所述,本领域技术人员应该明白本发明在不脱离其主旨的范围内可以适当有各种变形。

Claims (18)

1.一种电阻降低方法,用于降低设置在应答器中的天线电路的电阻,所述应答器以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,且载波频带为13.56MHz,所述电阻降低方法的特征在于,
以两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由所述两个天线导体及规定的基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%的方式,在所述基体材料的正面和背面上电并联地分别形成构成天线线圈的规定的同一导体图案作为所述天线电路的所述两个天线导体。
2.根据权利要求1所述的电阻降低方法,其特征在于,
将所述两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的35%且小于等于45%。
3.根据权利要求1或2所述的电阻降低方法,其特征在于,
由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度大于等于0.1mm且小于等于1.0mm。
4.根据权利要求1所述的电阻降低方法,其特征在于,
在所述两个天线导体中的任一个天线导体的表面侧设置有磁性片。
5.根据权利要求4所述的电阻降低方法,其特征在于,
将所述两个天线导体各自的厚度设定为大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的37%且小于等于43%。
6.根据权利要求4或5所述的电阻降低方法,其特征在于,
将由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度设定为大于等于0.165mm且小于等于0.6mm。
7.根据权利要求4或5所述的电阻降低方法,其特征在于,
与所述两个天线导体中的任一个天线导体间隔大于等于0.1mm且小于等于0.3mm来配置所述磁性片。
8.根据权利要求4或5所述的电阻降低方法,其特征在于,
所述磁性片的导磁率为40。
9.一种天线电路,设置在应答器中,所述应答器以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,且载波频带为13.56MHz,所述天线电路的特征在于,包括:
规定的基体材料;以及
两个天线导体,由构成天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在所述基体材料的正面和背面上并电并联,
所述两个天线导体各自的厚度大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%。
10.根据权利要求9所述的天线电路,其特征在于,
所述两个天线导体各自的厚度大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的35%且小于等于45%。
11.根据权利要求9或10所述的天线电路,其特征在于,
由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度大于等于0.1mm且小于等于1.0mm。
12.根据权利要求9所述的天线电路,其特征在于,
在所述两个天线导体中的任一个天线导体的表面侧设置有磁性片。
13.根据权利要求12所述的天线电路,其特征在于,
所述两个天线导体各自的厚度大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的37%且小于等于43%。
14.根据权利要求12或13所述的天线电路,其特征在于,
由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度大于等于0.165mm且小于等于0.6mm。
15.根据权利要求12或13所述的天线电路,其特征在于,
所述磁性片与所述两个天线导体中的任一个天线导体间隔大于等于0.1mm且小于等于0.3mm配置。
16.根据权利要求12或13所述的天线电路,其特征在于,
所述磁性片的导磁率为40。
17.根据权利要求9所述的天线电路,其特征在于,
所述基体材料由对双面施加了规定的导电箔的双面印刷布线基板构成,
所述天线导体利用施加在所述基体材料的表面上的导电箔而形成。
18.一种应答器,以能够读出和/或写入的方式存储各种数据,同时具有通信功能,且载波频带为13.56MHz,所述应答器的特征在于,包括:
天线电路,在规定的基体材料的表面上至少形成有天线线圈;以及
IC芯片,安装在所述天线电路上,
所述天线电路包括两个天线导体,所述两个天线导体由构成所述天线线圈的规定的同一导体图案构成,分别形成在所述基体材料的正面和背面上并电并联,
所述两个天线导体各自的厚度大于等于由所述两个天线导体及所述基体材料构成的整体厚度的5%且小于50%。
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Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: Dexerials Corporation

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Applicant before: Sony Chemicals & Information Device Co., Ltd.

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20140528

Termination date: 20171015