CN108028465A - 环状天线 - Google Patents

环状天线 Download PDF

Info

Publication number
CN108028465A
CN108028465A CN201680051375.8A CN201680051375A CN108028465A CN 108028465 A CN108028465 A CN 108028465A CN 201680051375 A CN201680051375 A CN 201680051375A CN 108028465 A CN108028465 A CN 108028465A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
msub
loop
msup
mfrac
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680051375.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108028465B (zh
Inventor
佐佐木爱郎
佐佐木爱一郎
沟田勉
森村浩季
加加见修
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of CN108028465A publication Critical patent/CN108028465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108028465B publication Critical patent/CN108028465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明提供一种环状天线，主环路(1)是被缠绕在由磁性体或者绝缘体形成的棒状的杆(3)上的开放环路，并具有用于连接信号源(5)、接收电路(未图示)的端子(T、T)。匝数是1以上，例如是5。图1作为例子，是连接了信号源(5)的图。另外，在与缠绕了主环路(1)的杆(3)的部分不同的部分缠绕着放大用环路(2)。由此，主环路(1)与放大用环路(2)相互分离。放大用环路(2)是不具备端子的闭合环路。匝数是1以上，例如是5。匝数可以与主环路(1)的匝数相同，也可以不同。

Description

环状天线
技术领域
本发明涉及能够有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大的环状天线。
背景技术
近年，在NFC(Near Field Communication)等的短距离无线认证技术中，进行一种有意限定认证区域并与用户的意图、行为联动的服务。当使用磁场形成认证区域时，使用环状天线(线圈)，通过使电流通过天线在天线面上形成球状的磁场分布。在利用磁场的无线系统中，与使用电波的系统相比，距离衰减特性急剧，具有可以明确地区分无线区域边界的优点，但是为了将无线区域扩大至更广范围，需要增加从发射机提供的电流。
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
本发明是鉴于以上问题而做出的，其目的在于提供一种能够有助于使用了磁场的无线系统的区域扩大的功耗低的环状天线。
用于解决课题的手段
为了解决上述问题，本发明的环状天线的特征在于，具备：主环路，其是连接到信号源或者接收电路的开放环路；放大用环路，其是具有与所述主环路相同形状的闭合环路；第1电容，其连接到所述主环路；以及第2电容，其连接到所述放大用环路，所述主环路与所述放大用环路被缠绕在由磁性体或者绝缘体形成的棒状的杆上。
发明效果
根据本发明所涉及的环状天线，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，因此其结果是可以生成大的磁场。
另外，根据本发明所涉及的环状天线，在使用接收电路时，根据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时相比，可以在主环路中接收大的接收电流。
根据以上的结果，不用大幅度地增加功耗，就能够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1实施方式所涉及的环状天线的一个例子的图。
图2是表示第2实施方式所涉及的环状天线的一个例子的图。
图3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4是表示当C1＝31.56[PF]，C2＝222.09[PF]时的I1、I2的频率依存性(计算值)的图。
具体实施方式
以下，参照附图针对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1是表示第1实施方式所涉及的环状天线的一个例子的图。
环状天线是共振型的环状天线，并具备主环路1和放大用环路2。
主环路1是缠绕在由磁性体或者绝缘体形成的棒状的杆3上的开放环路，并具有用于连接信号源5、接收电路(未图示)的端子T、T。匝数是1以上，例如是5。图1作为例子，是连接了信号源5的图。在主环路1中，电阻R1与电容C1串联连接。
在与缠绕了主环路1的杆3的部分不同的部分缠绕着放大用环路2。主环路1与放大用环路2相互分离。放大用环路2是不具备端子的闭合环路。匝数是1以上，例如是5。匝数可以与主环路1的匝数相同，也可以不同。在放大用环路2中，电阻R2与电容C2串联连接。
如果从信号源5向主环路1提供给交流电流I1，则通过主环路1与放大用环路2之间的互感，交流电流I2流过放大用环路2。通常，如果将电阻R2的电阻值设为比电阻R1的电阻值小，则交流电流I2比交流电流I1大。因此，可以扩大由环状天线产生的磁场的区域。
交流电流I2依赖于频率、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、信号源5的内部电阻R0、环路形状等多个要素。因此，优选的是，调整电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2的各值，使交流电流I2最大。
此外，图1表示将信号源5连接到环状天线，并作为发送天线使用时的例子，但是也可以在环状天线上代替信号源5而连接接收电路，作为接收天线来使用环状天线。
在这种情况下，通过从外部接收的磁场，在放大用环路2中积累较大交流电流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时相比也会变大。通过根据频率、环路形状等来设定电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2的各值，可以使交流电流I1最大。因此，即使从对方一侧来看，也可以扩大磁场的区域。
因此，根据第1实施方式的环状天线，可以扩大利用了磁场的无线系统的区域。
此外，例如，如果可以获得所期望的电流、区域，根据情况，可以不使用电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2的任意1个以上。在后述的实施方式中也是同样的。
[第2实施方式]
图2是表示第2实施方式所涉及的环状天线的一个例子的图。
第1实施方式的主环路1、放大用环路2相互分离，但是在第2实施方式中，主环路1与放大用环路2以相互并行的方式缠绕在杆3上，除此以外的结构与第1实施方式相同。
在第1实施方式中，由于具有杆3，因此主环路1与放大用环路2产生较大的磁耦合。在第2实施方式中，使主环路1与放大用环路2并行。其结果，主环路1与放大用环路2接近，可以产生更大的磁耦合。因此通过放大用环路2可以积累较大电流，并可以更加扩大磁场的区域。
在本发明中，匝数是任意的，任意的匝数都是有效的。另外，主环路1与放大用环路2的匝数可以不同，但是当设匝数为2以上时，通过将主环路1的匝数与放大用环路2的匝数设为相同，可以使互感增大，并可以提高电流的放大效果。因此，优选的是将主环路1的匝数与放大用环路2的匝数设为相等。
[第3实施方式]
第3实施方式的环状天线是对主环路1与放大用环路2中连接的电容进行了优化的环状天线。其他的结构与第1、第2实施方式相同。
例如，设从信号源5产生的信号的频率f为10MHz，设连接到主环路1的电阻R1为25Ω，设连接到放大用环路2的电阻R2为1Ω，设信号源5的内部电阻R0为25Ω。
另外，设主环路1与放大用环路2的自感L是相等的1μH。
环路的自感依赖于环路的几何形状。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，容易将它们的自感设为相等。
图3是表示放大用环路2的电流I2与电容C1和电容C2的关系的图。
在上述条件下，如果将电容C1和电容C2作为变量来模拟电流I2，则可以获得图3所示的结果。可知当电容C1为30PF左右并且电容C2为220PF左右时，I2为最大。
另一方面，如果将上述参数代入以下式子，则可以获得电容C1＝31.56[PF]，电容C2＝222.09[PF]。各频率ω通过ω＝2πf进行计算。
[数学式1]
因此，如果将通过该式计算出的值的电容C1、C2连接到主环路1和放大用环路2，则可以使电流I2最大，获得最大的放大效果。
当将接收电路连接到主环路1时，使用将上式的信号源5的内部电阻R0变更为接收电路的内部电阻R4的下式来计算电容C1、C2的值。
[数学式2]
图4是表示当C1＝31.56[PF]，C2＝222.09[PF]时的电流I1、I2的频率依存性(计算值)的图。
如图4所示，在10MHz时电流放大效果最大。也就是说，相对于电流I1为10mA，电流I2为70mA以上。电流I2是电流I1的7倍以上。因此，可以将可生成的磁场的振幅放大至7倍以上。即，不用增加从信号源5供给的电流I1，就可以放大流过环状天线的电流，因此可以使用较低功耗来生成较大磁场。其结果是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；
3 杆；
5 信号源；
C1、C2 电容；
I1、I2 电流；
R0、R4 内部电阻；
R1、R2 电阻；
T 端子。

Claims (7)

1.一种环状天线，其特征在于，具备：
主环路，其是连接到信号源或者接收电路的开放环路；
放大用环路，其是具有与所述主环路相同形状的闭合环路；
第1电容，其连接到所述主环路；以及
第2电容，其连接到所述放大用环路，
所述主环路和所述放大用环路缠绕在由磁性体或者绝缘体形成的棒状的杆上。
2.根据权利要求1所述的环状天线，其特征在于，
所述主环路的匝数与所述放大用环路的匝数相等。
3.根据权利要求1或2所述的环状天线，其特征在于，
所述主环路与所述放大用环路相互分离。
4.根据权利要求1或2所述的环状天线，其特征在于，
所述主环路和所述放大用环路以相互并行的方式进行缠绕。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的环状天线，其特征在于，
所述环状天线具有：
第1电阻，其串联连接到所述第1电容；以及
第2电阻，其串联连接到所述第2电容。
6.根据权利要求5所述的环状天线，其特征在于，
所述主环路连接到所述信号源，
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，
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow>
其中，L是所述主环路和所述放大用环路的自感，
ω是施加给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。
7.根据权利要求5所述的环状天线，其特征在于，
所述主环路连接到所述接收电路，
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，
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow>
其中，L是所述主环路和所述放大用环路的自感，
ω是信号的角频率，
R4是所述接收电路的负载电阻，
R1是所述第1电阻，R2是所述第2电阻。
CN201680051375.8A 2016-01-22 2016-08-26 环状天线 Active CN108028465B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016010346A JP6077148B1 (ja) 2016-01-22 2016-01-22 ループアンテナ
JP2016-010346 2016-01-22
PCT/JP2016/074921 WO2017126151A1 (ja) 2016-01-22 2016-08-26 ループアンテナ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108028465A true CN108028465A (zh) 2018-05-11
CN108028465B CN108028465B (zh) 2019-03-01

Family

ID=57981606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680051375.8A Active CN108028465B (zh) 2016-01-22 2016-08-26 环状天线

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10454172B2 (zh)
EP (1) EP3327864B1 (zh)
JP (1) JP6077148B1 (zh)
KR (1) KR101950917B1 (zh)
CN (1) CN108028465B (zh)
WO (1) WO2017126151A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6243569B1 (ja) * 2017-06-20 2017-12-06 日本電信電話株式会社 ループアンテナ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1185865A (zh) * 1995-05-30 1998-06-24 传感电子公司 用于改进询问场分布的eas系统天线结构
CN102057552A (zh) * 2008-06-05 2011-05-11 高通股份有限公司 用于无线功率转移的铁氧体天线

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58182732A (ja) * 1982-04-20 1983-10-25 Casio Comput Co Ltd オ−トクリア方式
US4805232A (en) * 1987-01-15 1989-02-14 Ma John Y Ferrite-core antenna
JP2001185939A (ja) 1999-12-24 2001-07-06 Mitsubishi Electric Corp アンテナコイル及び電磁誘導型非接触データキャリアシステム
FR2805930B1 (fr) * 2000-02-18 2005-12-30 Aisin Seiki Dispositif d'antenne en boucle
AU8048701A (en) * 2000-07-06 2002-01-21 Crane Company C Twin coil antenna
JP3882595B2 (ja) * 2001-11-28 2007-02-21 アイシン精機株式会社 アンテナ装置
JP2005102101A (ja) * 2003-09-01 2005-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd ゲートアンテナ装置
JP4572555B2 (ja) * 2004-03-25 2010-11-04 パナソニック株式会社 挿入型記憶媒体装置および電子機器
JP2008259039A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Alps Electric Co Ltd アンテナ装置
US8487479B2 (en) * 2008-02-24 2013-07-16 Qualcomm Incorporated Ferrite antennas for wireless power transfer
JP5218369B2 (ja) * 2009-10-13 2013-06-26 Ｔｄｋ株式会社 Ｒｆｉｄ及び無線通信機
JP5684695B2 (ja) 2011-12-13 2015-03-18 日本電信電話株式会社 無線通信システム
JP5662954B2 (ja) 2012-02-08 2015-02-04 株式会社東芝 制御装置および無線電力伝送装置
KR102144360B1 (ko) 2012-12-05 2020-08-13 삼성전자주식회사 스마트 근거리무선통신 안테나 매칭 네트워크 시스템 및 그것을 포함한 유저 장치
JP5914368B2 (ja) 2013-01-08 2016-05-11 日本電信電話株式会社 携帯端末装置および無線通信システム
JP5813672B2 (ja) 2013-01-08 2015-11-17 日本電信電話株式会社 無線通信システム
CN204991962U (zh) 2014-02-14 2016-01-20 株式会社村田制作所 天线装置及无线通信装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1185865A (zh) * 1995-05-30 1998-06-24 传感电子公司 用于改进询问场分布的eas系统天线结构
CN102057552A (zh) * 2008-06-05 2011-05-11 高通股份有限公司 用于无线功率转移的铁氧体天线

Also Published As

Publication number Publication date
EP3327864B1 (en) 2019-11-27
EP3327864A1 (en) 2018-05-30
CN108028465B (zh) 2019-03-01
WO2017126151A1 (ja) 2017-07-27
JP2017130863A (ja) 2017-07-27
KR101950917B1 (ko) 2019-02-21
US20180342806A1 (en) 2018-11-29
KR20180030707A (ko) 2018-03-23
JP6077148B1 (ja) 2017-02-08
EP3327864A4 (en) 2019-04-17
US10454172B2 (en) 2019-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Review of near-field wireless power and communication for biomedical applications
CN104685713B (zh) 阻抗转换电路以及无线通信装置
CN104704678B (zh) 阻抗转换电路的设计方法
Nguyen et al. Splitting frequency diversity in wireless power transmission
US8164530B2 (en) Antenna formed of multiple resonant loops
Wang et al. An improvement of SNR for simultaneous wireless power and data transfer system with full-duplex communication mode
JP2010050844A (ja) ループアンテナ及び通信装置
CN106532979A (zh) 一种利用分数阶电容抵消内阻的分数阶无线电能传输系统
CN106298166B (zh) 包括可变器件的无线通信设备和可变电感器
CN102918709A (zh) 天线馈入结构及天线
Machnoor et al. Wireless telemetry system with independent power and data frequency resonance
Ye et al. Multi-band parity-time-symmetric wireless power transfer systems
CN108028465A (zh) 环状天线
US20130113300A1 (en) Combined balun transformer and harmonic filter
CN107431276A (zh) 环路天线
Robichaud et al. Comparison between inductance topologies for resonant wireless power transmission applications
Kim et al. New structure for high Q-factor printed antenna in wireless power transmission
TW201201227A (en) Transformer
US10396440B2 (en) Dynamic-range active flat-torus split-phase aggregator
Agbinya et al. Models and Design of Cooperative Relaying in Inductive Communication Systems
CN110537293B (zh) 环形天线以及环形天线的设计方法
JP2017130915A (ja) ループアンテナ
Mohanty et al. Systematic Analysis to Select Suitable Resonator Topology for Wireless Power Transfer Application
Durnan Mutual decoupling of collocated loops and coils
CN102314999B (zh) 变压器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant