CN107431276B - 环路天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大的环路天线。该环路天线具备作为连接到信号源(5)或者接收电路的开放环路的主环路(1)和作为具有与所述主环路(1)相同形状的闭合环路的放大用环路(2)，所述主环路(1)与所述放大用环路(2)被配置在由绝缘体形成的平面基板的同一面，对所述主环路(1)连接第1电容，对所述放大用环路连接第2电容。

Description

环路天线

技术领域

本发明涉及可以有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大的环路天线。

背景技术

以往，提出利用了磁场的无线系统。磁场与电波不同，与人体、电介质的相互作用极小，因此有利于形成不受人体、障碍物干扰的明确的无线区域。另外，电波的距离衰减特性为20dB/dec.，但是磁场的距离衰减特性为60dB/dec.，磁场也适于明确地区分无线区域边界。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-125991号公报

专利文献2：日本特开2014-135538号公报

专利文献3：日本特开2014-135539号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，与电波相比，急剧的磁场的距离衰减特性(60dB/dec.)是扩大无线区域方面的不利因素。以往，为了在使用了磁场的无线系统中扩大区域，需要增加从发射机提供的电流。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种可以有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大的环路天线。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的第一环路天线，其特征在于，具备作为连接到信号源或者接收电路的开放环路的主环路和作为具有与所述主环路相同形状的闭合环路的放大用环路，所述主环路和所述放大用环路被配置在由绝缘体形成的平面基板的同一面上。

本发明的第二环路天线，其特征在于，具备作为连接到信号源或者接收电路的开放环路的主环路和作为具有与所述主环路相同形状的闭合环路的放大用环路，所述主环路和所述放大用环路被配置在由绝缘体形成的平面基板的不同的面上或者层叠多个平面基板的构造中的不同的平面基板上。

发明效果

根据本发明所涉及的环路天线，在使用信号源时，可以在放大用环路中积累比流过主环路的电流足够大的电流，因此可以生成大的磁场。

另外，根据本发明所涉及的环路天线，在使用接收电路时，由于在接收磁场时在放大用环路中积累大的电流的效果，与不使用放大用环路的情况相比，可以通过主环路接收大的接收电流。

以上的结果，可以有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大。

附图说明

图1是表示第一实施方式的环路天线的一例的图。

图2是表示第二实施方式的环路天线的一例的图。

图3是表示第三实施方式的环路天线的一例的图。

图4是表示第四实施方式的环路天线的一例的图。

图5是表示放大用环路2的电流I2与电容C1和C2的关系的图。

图6是表示当C1＝31.56[pF]，C2＝222.09[pF]时的I1、I2的频率依赖性(计算值)的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的环路天线的一例的图。

环路天线是谐振环路天线，具备主环路1和放大用环路2。

主环路1被形成在由绝缘体形成的平面基板(未图示)上，具有用于连接信号源5或者接收电路(未图示)的端子T、T，并成为开放环路。圈数是1。图1是以连接了信号源5为例的图。在主环路1上串联连接了电阻R1与电容C1。

另外，在形成了主环路1的平面基板的同一面，与主环路1极为接近地形成了放大用环路2。放大用环路2不具备端子，并成为闭合环路。圈数是1。放大用环路2被配置在主环路1的内侧。

主环路1与放大用环路2的距离例如是由主环路1或者放大用环路2所包围的区域的面积的平方根的十分之一以下。在放大用环路2上串联连接了电阻R2与电容C2。

如果从信号源5向主环路1提供交流电流I1，则由于主环路1与放大用环路2之间的互感，在放大用环路2中流过交流电流I2。通常，如果将R2设为比R1小，则I2比I1大。因此，可以扩大由环路天线产生的磁场的区域。

I2依赖于频率、R1、R2、C1、C2、信号源5的内部电阻R0、环路形状等多个因素。因此，优选的是调整R1、R2、C1、C2，并使I2最大化。

此外，图1表示将信号源5连接到环路天线，并作为发送天线使用时的例子，但是也可以连接接收电路来代替信号源5，并使用环路天线作为接收天线。

在这种情况下，通过从外部接收的磁场，在放大用环路2中积累大的交流电流I2，但是由于存在互感，流过主环路1的交流电流I1与不存在放大用环路2的情况相比变大。通过根据频率、环路形状等设定R1、R2、C1、C2，可以使I1最大化。因此，从对方侧来看，也可以扩大磁场的区域。

因此，根据第一实施方式的环路天线，可以扩大利用了磁场的无线系统的区域。

此外，放大用环路2也可以配置在主环路1的外侧。即配置为一个环路包含另一个环路。在后述的实施方式中也同样。另外，放大用环路2如图1所示，与主环路是相同形状(几何形状)。相同形状包括相似形。在后述的实施方式中也同样。

另外，在获得期望的电流以及区域时，可以不使用R1、R2、C1、C2的某一个或者多个。在后述的实施方式中也同样。

[第二实施方式]

图2是表示第二实施方式所涉及的环路天线的一例的图。

第一实施方式的主环路1和放大用环路2的圈数都是1，但是在第二实施方式中圈数都是3，除此以外的结构与第一实施方式相同。放大用环路2被配置在主环路1的内侧。

在本发明中，圈数是任意的，任意圈数都是有效的。另外，虽然主环路1与放大用环路2的圈数可以不同，但是当圈数为2以上时，通过使主环路1的圈数与放大用环路2的圈数相等，可以增大互感，可以提高电流的放大效果。因此，优选的是主环路1的圈数与放大用环路2的圈数相等。

[第三实施方式]

图3是表示第三实施方式所涉及的环路天线的一例的图。

在第一实施方式以及第二实施方式中，在平面基板的同一平面设置主环路1和放大用环路2，并且为了使它们接近，在主环路1的内侧或者外侧配置放大用环路2。

在第三实施方式中，在平面基板的表面形成主环路1，在同一平面基板的背面形成放大用环路2。除此以外的结构与第一实施方式相同。主环路1和放大用环路2可以分别在平面基板的不同的面(表面和背面)形成。因此，可以在平面基板的背面形成主环路1，在同一平面基板的表面形成放大用环路2。

通过在同一平面基板的表面和背面形成主环路1和放大用环路2，可以将主环路1与放大用环路2设为同一形状，并且使它们互相接近。在这种情况下，可以将主环路1与放大用环路2设为形状以及大小相同的完全相同的形状。在这种情况下，主环路1与放大用环路2的距离与平面基板的厚度基本一致。距离是由主环路1或者放大用环路2所包围的区域的面积的平方根的十分之一以下。

由于主环路1与放大用环路2为同一形状，因此主环路1与放大用环路2之间的磁耦合系数可以接近1，可以增大互感。因此，在使用信号源5时，针对恒定的I1可以获得更大的I2，在使用接收电路时，针对恒定的I2可以获得更大的I1。也就是说，可以扩大磁场的区域。

此外，主环路1和放大用环路2可以在层叠平面基板的构造中被配置在不同的平面基板上。在这种情况下，主环路1与放大用环路2的距离与平面基板的厚度的整数倍(1倍、2倍、…)的某一个基本一致。距离是由主环路1或者放大用环路2所包围的区域的面积的平方根的十分之一以下。

[第四实施方式]

图4是表示第四实施方式所涉及的环路天线的一例的图。

在第四实施方式中，是在第三实施方式的环路天线中，将圈数设为3的结构。除此以外的结构与第三实施方式相同。

如图2所示，如果在平面基板的同一面上形成圈数多的主环路1和放大用环路2，则存在由主环路1所包围的区域的面积与由放大用环路2所包围的区域的面积的差变大的问题。如果该差过大，则主环路1与放大用环路2之间的互感减少，很难进行磁场的区域扩大(放大I2)。

在第四实施方式中，主环路1与放大用环路2例如被配置在同一平面基板的不同的面上，因此即使增加主环路1和放大用环路2的圈数，也可以使主环路1与放大用环路2接近。与在对平面基板进行多层化的构造中，将主环路1与放大用环路2配置在不同平面基板的情况下也相同。

因此，可以不减少主环路1与放大用环路2之间的互感，扩大磁场的区域，圈数越多，越可以提高该效果。

另外，通过使主环路1的圈数与放大用环路2的圈数相等，还可以提高互感，扩大磁场的区域。

[第五实施方式]

第五实施方式的环路天线是将连接到主环路1与放大用环路2的电容进行了优化的环路天线，其他与第1～第四实施方式相同。

例如将从信号源5产生的信号的频率f设为10MHz，将连接到主环路1的电阻R1设为25Ω，将连接到放大用环路2的电阻R2设为1Ω，将信号源5的内部电阻R0设为25Ω。即电阻R2比电阻R1与内部电阻R0之和小。

另外，设主环路1与放大用环路2的自感L是相等的1μH。

环路的自感依赖于几何形状，因此通过将主环路1与放大用环路2的几何形状设为相同，易于使它们的自感相等。

图5是表示放大用环路2的电流I2与电容C1和C2的关系的图。

上述条件下，如果将电容C1和C2作为变量来模拟I2，则成为图5。可知当C1在30pF附近并且C2在220pF附近时，I2最大。

另一方面，如果将上述参数代入以下的数学式，可以获得C1＝31.56[pF]，C2＝222.09[pF]。

[数学式1]

因此，如果将通过该式计算出的值的C1、C2连接到主环路1与放大用环路2，则可以使I2最大，获得最大的放大效果。

图6是表示当C1＝31.56[pF]，C2＝222.09[pF]时的I1、I2的频率依赖性(计算值)的图。

如图所示，在10MHz时电流放大效果最大。也就是说，相对于I1(信号源5的耗电)为10mA，I2在70mA以上，可以在I2中流过I1的7倍以上的电流。因此，可以将可生成的磁场的振幅放大至7倍以上。即，不增加从信号源5提供的电流，就可以放大流过环路天线的电流，因此可以使用较少耗电来生成大的磁场。其结果，可以扩大利用了磁场的无线系统的区域。

符号说明

1 主环路；

2 放大用环路；

5 信号源；

C1、C2 电容；

I1、I2 电流；

R0 内部电阻；

R1、R2 电阻；

T 端子。

Claims (8)

1.一种环路天线，其特征在于，具备：

主环路，其是连接到信号源的开放环路；以及

放大用环路，其是具有与所述主环路相同形状的闭合环路，

所述主环路与所述放大用环路被配置在由绝缘体形成的平面基板的同一面上，

对所述主环路串联连接第1电容和第1电阻，

对所述放大用环路串联连接第2电容和第2电阻，

对所述信号源连接内部电阻，

所述第2电阻小于所述第1电阻与所述内部电阻之和。

2.根据权利要求1所述的环路天线，其特征在于，

所述主环路与所述放大用环路的距离是由所述主环路或者所述放大用环路所包围的区域的面积的平方根的十分之一以下。

3.根据权利要求1所述的环路天线，其特征在于，

所述主环路的圈数与所述放大用环路的圈数相等。

4.根据权利要求1所述的环路天线，其特征在于，

当所述主环路的自感与所述放大用环路的自感相等时，

所述主环路的所述第1电容C1、所述放大用环路的所述第2电容C2满足下式的条件，

其中，L是所述主环路与所述放大用环路的自感，

ω是施加到所述主环路的信号的角频率，

R0是所述信号源的内部电阻，

R1是所述第1电阻、R2是所述第2电阻。

5.一种环路天线，其特征在于，具备：

主环路，其是连接到信号源的开放环路；以及

放大用环路，其是具有与所述主环路相同形状的闭合环路，

所述主环路与所述放大用环路被配置在由绝缘体形成的平面基板的不同的面上或者层叠多个平面基板的构造中的不同的平面基板上，

对所述主环路串联连接第1电容和第1电阻，

对所述放大用环路串联连接第2电容和第2电阻，

对所述信号源连接内部电阻，

所述第2电阻小于所述第1电阻与所述内部电阻之和。

6.根据权利要求5所述的环路天线，其特征在于，

所述主环路与所述放大用环路的距离是由所述主环路或者所述放大用环路所包围的区域的面积的平方根的十分之一以下。

7.根据权利要求5所述的环路天线，其特征在于，

所述主环路的圈数与所述放大用环路的圈数相等。

8.根据权利要求5所述的环路天线，其特征在于，

当所述主环路的自感与所述放大用环路的自感相等时，

所述主环路的所述第1电容C1、所述放大用环路的所述第2电容C2满足下式的条件，

其中，L是所述主环路与所述放大用环路的自感，

ω是施加到所述主环路的信号的角频率，

R0是所述信号源的内部电阻，

R1是所述第1电阻、R2是所述第2电阻。

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