CN1581580A - 天线用片状线圈及片状线圈式天线 - Google Patents

Abstract

一种天线用片状线圈及使用它的片状线圈式天线，该片状线圈式天线，具有纵绕型的片状线圈(5)。该片状线圈(5)，由磁性体芯(51)和被卷绕在主体部(51b)上的绕线(52)构成，其中，磁性体芯(51)由底肩部(51a)及主体部(51b)构成。绕线(52)的高度(H1)被设定为高于主体部(51b)的高度(H2)。在绕线(52)和主体部(51b)上，设置有其上面是平面状的非磁性部件。根据这个结构，不会招致绕线的大型化且可提高线圈指向上方的磁通密度、增强天线效率。

Description

天线用片状线圈及片状线圈式天线

技术领域

本发明涉及天线用片状线圈及片状线圈式天线，尤其涉及一种在非接触IC卡用读写器内组装并使用的天线用片状线圈及片状线圈式天线。

以往，人们所知的是利用磁场结合、以非接触进行通讯的IC卡用读写器。在IC卡用读写器上，例如组装专利文献1中所记载的线圈式收发天线。该线圈式收发天线，如图20所示，是由天线用线圈105和装有该天线用线圈105的电路基板130构成的。

天线用线圈105，由磁性体芯110和绕线120构成。磁性体芯110为平板状，在其上面，沿着外周边形成环状槽111。由此，在磁性体芯110的中央部，相对地凸出了长方体状的轴柱112。

绕线120是以轴柱112作为芯并在其周围进行多次卷绕后被收容在环状槽111内。绕线120的终端部121、122从环状槽111内被引导到外部，与未图示的收发电路相连接。

天线用线圈105，被设置在电路基板130的略中央部，在电路基板130的下面，形成了大面积的未图示的接地图案。

但是，以往的天线用线圈105存在有下述问题，即，从轴柱112的敞开上面向指向上方的磁通密度较低，因而与通讯时的IC卡距离短。要想提高磁通密度来提高天线效率，其可能的对策就是增加绕线120的匝数，但这样做就会使线圈105本身趋于大型化，不是一个好的解决方法。

另外，由于在磁性体芯110的上面存在凹凸，所以就有在将天线用线圈105安装在电路基板130上时、安装机的吸咀不能可靠地吸附天线用线圈105的上面的情况。

[专利文献1]特开平8-279714号公报。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种不会招致绕线的大型化并可提高指向线圈上方的磁通密度和天线效率的天线用片状线圈及使用该线圈的片状线圈式天线。

而且，除了上述目的之外，本发明的另一目的在于提供一种在往电路基板上安装时、能由安装机的吸咀可靠地进行吸附的小型天线用片状线圈及使用该线圈的片状线圈式天线。

为了达到上述目的，本发明的天线用片状线圈，由磁性体芯和绕线构成，所述磁性体芯，由底肩部和相对于该底肩部垂直设置的主体部构成；所述绕线，卷绕于该磁性体芯主体部上；其特征在于：所述绕线的高度高于所述磁性体芯的主体部高度。

根据以上结构，可产生以线圈轴为中心、指向上方的磁通，并通过将绕线的高度设定为高于主体部的高度，可在线圈轴上使指向上方的磁通密度变高。另外，由磁性体芯的底肩部形状也可控制水平方面的指向性。

换言之，本发明涉及的天线用片状线圈，即使其绕线的高度与以往的片状线圈的绕线高度相同，但通过降低磁性体芯的主体部高度，也不会招致绕线的大型化，可使指向线圈上方的磁通密度提高，并提高天线效率。

在本发明的天线用片状线圈上，磁性体芯的主体部高度最好是在绕线高度的90％以上100％以下，最理想的是在93.3～96.7％之间。

而且，最好是具有覆盖磁性体芯的主体部的敞开上面和绕线的上面的非磁性部件，且该非磁性部件上面为平面状。通过把非磁性部件上面形成为平面状，当把天线用片状线圈安装在电路基板上时，可提高由安装机的吸咀实施的吸附性，同时，在由吸咀进行吸附时，可防止绕线发生绕乱的现象。

另外，在磁性体芯的主体部外周面上，为了使敞开上面的面积小于与底肩部接合的部分面积，也可设置成锥面，这样，可进一步增强从主体部的敞开上面指向上方的磁通指向性。

另外，磁性体芯的底肩部和主体部由不同材料构成，构成底肩部的材料的复数相对磁导率的虚数部，可设定为在使用频率数带上低于构成主体部的材料复数相对磁导率的虚数部。通过在与磁通上方的指向性没有直接关系的底肩部上使用低损失的材料，不会使磁通的指向性产生恶化，并能提高天线效率。

而且，磁性体芯的底肩部可以是由沿相对于底肩部的主面平行的方向配置易磁化轴的各方异性磁性体构成，尤其是可由六方晶铁素体材料构成。如果是显示出磁性各向异性的材料，那么，通过把易磁化轴沿相对于底肩部的主面平行的方向配置，可使得从底肩部的底面穿过底侧的泄漏磁通少于Ni-Zn类的铁素体，从而可提高天线效率。

另外，本发明的片状线圈式天线，包括具有上述特征的天线用片状线圈、和绕线终端部与电相连接的电极部。根据以上的结构，能得到小型且天线效率好的片状线圈式天线。另外，可由安装机来完成天线用片状线圈的自动安装。

在本发明的片状线圈式天线中，最好是把天线用片状线圈、多个邻近地配置，并将各天线用片状线圈进行电连接，以使各天线用片状线圈所产生的磁通形成同一极性。这样，分别在天线用片状线圈上流动的电流所产生的磁通在相邻的天线用片状线圈间被抵消，从而可等效地得到近似一个大型线圈的磁通分布。因此，能够加长与IC卡的通讯距离。

根据本发明的天线用片状线圈，即使是与以往相同高度的绕线，但由于指向线圈上方的磁通密度变高，所以能加长IC卡的通讯距离。其结果，能得到不会招致大型化、天线效果又好的片状线圈式天线。

附图说明

图1表示本发明的片状线圈式天线的第1实施例的立体图。

图2是图1所示的片状线圈式天线的纵截面图。

图3是表示把图1所示的片状线圈式天线安装在电路基板上的状态的立体图。

图4是把图1所示的片状线圈式天线组装后的IC卡用读写器的概略结构图。

图5是图4所示的IC卡用读写器的电路方块图。

图6是表示图1所示的片状线圈式天线的绕线高度与磁性体芯的主体部高度关系的局部扩大截面图。

图7是表示线圈轴上的磁通密度的坐标图。

图8是表示线圈轴上的磁通密度的坐标图。

图9是表示线圈轴上的磁通密度的坐标图。

图10是表示线圈轴上的磁通密度的坐标图。

图11是表示线圈轴上的磁通密度的坐标图。

图12是表示本发明的片状线圈式天线的第2实施例的立体图。

图13是表示本发明的片状线圈式天线的第3实施例的立体图。

图14是表示本发明的片状线圈式天线的第4实施例的截面图。

图15是表示本发明的片状线圈式天线的第5实施例的截面图。

图16是表示第5实施例中的磁通密度分布的坐标图。

图17是表示本发明的片状线圈式天线的第6实施例的立体图。

图18是表示第6实施例的变形例的立体图。

图19是表示绕线的变形例的立体图。

图20是表示以往的线圈型天线的立体图。

图中：1、1A、1B、1C、1D、80-片状线圈式天线，5-片状线圈，6-电极，51-磁性体芯，51a-底肩部，51b-主体部，51ba-敞开上面，51bb-外周面，52-绕线，53-非磁性部件，61-非磁性壳体，H1-绕线高度，H2-磁性体芯的主体部高度。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的天线用片状线圈及片状线圈式天线的

实施例进行说明。

[第1实施例，图1～9]

图1是片状线圈式天线1的外面立体图，图2是其纵截面图。片状线圈式天线1具有纵绕型的片状线圈5。片状线圈5由底肩部51a与主体部51b构成的磁性体芯51和卷绕在主体部51b上的绕线52和上面是平面状非磁性部件53构成。

磁性体芯51的主体部51b，其底部与底肩部51a接合，且相对于底肩部51a垂直设置。即，片状线圈5，将主体部51b的敞开上面51ba置于上侧，是将磁通φ在上方敞开的开磁路型的线圈，其作为天线线圈而发挥作用。

绕线52，一般是在铜线上施加了聚氨脂等绝缘包膜的绕线。绕线52的两个终端部52a，在从底肩部51a的底面跨过侧面而形成的电极6上、通过热压接方法进行电连接。另外，绕线52的高度被设定为比磁性体芯51的主体部51b的高度稍微高一些，关于这方面的效果作用将于后述。

而且，非磁性部件53，以覆盖住主体部51b的敞开上面51ba和绕线52上面的方式而形成。把非磁性部件53的上面形成平面状的理由，如图3所示，是在把片状线圈式天线1安装在电路基板16上时，能够由安装机的吸咀可靠地吸着，并在由吸咀实施吸着时，可防止绕线52发生绕乱的情况。该非磁性部件53，例如，是把卷绕了绕线52的磁性体芯51、从主体部51b的敞开上面51ba侧起浸渍在树脂熔池中，当在绕线52的上部及主体部51b的上部附着了树脂之后，从树脂熔池中提出，再通过光或热使树脂硬化而形成。而且，这时为了在绕线52的外周面上也形成树脂，也可在树脂熔池中进行浸渍。另外，非磁性部件53也通过贴附板状部件而形成。

其上面安装了片状线圈式天线1的电路基板16，例如如图4所示，被组装在非接触IC卡用读写器31内。另外，虽未图示，但在电路基板16的上面，除了片状线圈式天线1之外，还设置了收发电路等。另外，在电路基板16的下面，设置了大面积的接地电极。

电路基板16被贴付在绝缘盒35的内侧底面上。图5是表示这样得到的IC卡用读写器31的电路方块图。

由上述结构所构成的片状线圈式天线1，由于从磁性体芯51的主体部51b的敞开上面起主要指向上方(垂直方向)的磁通φ的指向性好，所以，即使是小型的，也能使得与IC卡20的通讯距离长。另一方面，从主体部51的底部出来的磁通φ，主要经过底肩部51a从底肩部侧面脱离。因此，片状线圈式天线1所发生的磁通φ，在设置于电路基板16下面的大面积接地电极上难以产生涡电流。

为了进一步增强从磁性体芯51的主体部51b的敞开上面51ba向上方指向的磁通φ的指向性，如图6所示，使绕线52的高度H1高于主体部51b的高度H2。这时，在主体部51b的敞开上面51ba与绕线52的上面之间形成了高度差h，不过，例如，以使敞开上面51ba的非磁性部件53的厚度加厚，也能确保了非磁性部件53上面的平坦性。

图7～图11表示了相对于绕线52的高度H1(固定为3.0mm)，把主体部2的高度H2渐渐降低时、其线圈轴上的磁通密度。图中横轴是表示始于线圈最上部Z(参照图6)的高度，纵轴表示磁通密度。

在图7中，特性曲线A表示把主体部51b的高度H2设定为2.9mm(高度差h＝0.1mm)时的磁通密度。在图8中，特性曲线B表示把主体部51b的高度H2设定为2.8mm(高度差h＝0.2mm)时的磁通密度。在图9中，特性曲线C表示把主体部51b的高度H2设定为2.7mm(高度差h＝0.3mm)时的磁通密度。在图10中，特性曲线D表示把主体部51b的高度H2设定为2.6mm(高度差h＝0.4mm)时的磁通密度。在图11中，特性曲线E表示把主体部51b的高度H2设定为2.5mm(高度差h＝0.5mm)时的磁通密度。

另外，图7～图11中，为了便于分别比较，把H1＝H2(高度差h＝0)时的磁通密度用虚线状的特性曲线F来表示。

这时，片状线圈5的电感都是0.94μH，磁性体芯51的相对磁导率为1600，在绕线52上流动1.0A的电流。而且，高度H2为3.0mm的绕线52的卷绕数是10匝。

从上述图7～图11中可清楚地看到，通过相对于绕线52的高度H1、使主体部51b的高度H2降低，可在绕线52的轴上使指向上方的磁通密度变高，从而提高了天线效率。但是，当主体部51b的高度H2降低到2.6mm(参照图10)或降低到2.5mm(参照图11)左右时，在线圈最上部Z附近的磁通密度较大，并且在稍稍离开位置上的磁通密度与其说和高度差h＝0的情况相等，还不如说是降低。

因此，主体部51b的高度H2，最好是在绕线52的高度H1的90％以上并且不足100％，理想的是在93.3～96.7％之间。

另外，为了不使磁通φ的指向性恶化、提高磁通φ的放射效率(天线效率)，可将磁性体芯51的底肩部51a和主体部51b分别由不同的材料制作。而且，将构成底肩部51a的材料的复数相对磁导率的虚数部、在片状线圈式天线1上所使用频率带上设定得低于构成主体部51b的材料复数相对磁导率的虚数部。即，在与磁通φ上方的指向性没有直接关系的底肩部51a上，使用低损失的材料。例如，如果在用于IC卡用读写器的情况下，进行材料的选定，以便其在13.56MHz频带上、使构成底肩部51a的材料的复数相对磁导率的虚数低于构成主体部51b的材料复数相对磁导率的虚数部。

另外，作为提高其他天线效果率的方法，具有用沿相对于底肩部51a的主面平行的方向配置易磁化轴的各向异性磁性体(例如六方晶铁素体材料)来制作磁性体芯51的底肩部51a的方法。由于六方晶铁素体材料显示了磁的各向异性，所以，通过把易磁化轴沿相对于底肩部51a的主面平行的方向配置，从底肩部51a的底面穿过底侧的泄漏磁通可少于Ni-Zn类的铁素体。因此，泄漏磁通很难到达设置在电路基板16下面的大面积接地电极上，这样可减少接地电极中的涡电流损失。因此，磁通φ的放射效率不会变坏，从而能加长与IC卡20的通讯距离。

[第2实施例及第3实施例  图12及图13]

图12所示的片状线圈式天线1A，设置有具有圆板状底肩部51a的磁性体芯51。另外，图13所示的片状线圈式天线1B，设置有具有四方柱形主体部51b的磁性体芯51。这些片状线圈5，在其底肩部51a上没有形成电极，绕线52的终端部52a被引出到外部并被焊接到设在电路基板上的电极上。

[第4实施例  图14]

图14所示的片状线圈式天线1C，是用非磁性壳体61覆盖住磁性体芯51的主体部51b的敞开上面和绕线52的上面。非磁性壳体61的上面是平坦的。

[第5实施例  图16及图17]

图15所示的片状线圈式天线1D，在磁性体芯51的主体部51b上，以敞开上面51ba的面积小于与底肩部51a接合的底面面积、而在主体部51的外周面51bb上设置锥面。这样，能进一步增强从磁性体芯51的主体部51b的敞开上面51ba起向上方指向的磁通φ的指向性。

图16是上述片状线圈式天线1D的磁通密度分布。在图16中，横轴表示相对于绕线52中心轴的距离。特性曲线G1表示始于电路基板16表面高度H3(参照图6)在6.5mm位置上的磁通密度分布。同样，特性曲线G2、G3、G4、G5分别表示始于电路基板16表面高度H3在7.5mm、8.5mm、9.5mm、10.5mm位置上的磁通密度分布。

这时，片状线圈5的电感是0.944μH，磁性体芯51的相对磁导率为1600，在绕线52上流动1.0A的电流。绕线52的卷绕数是12.1匝。

[第6实施例  图17及图18]

如图17所示，片状线圈式天线80，是把多个(4个)片状线圈5以轴对称状的方式设置在电路基板16上。各片状线圈5虽然可以进行电串联连接，也可并联连接，但是，由各片状线圈5产生的磁通为同一极性。

根据这点，由分别流过片状线圈5上的电流所产生的磁通，在相邻的片状线圈5间部分被抵消，从而可等效地得到近似一个大型线圈的磁通分布。因此，能够加长与IC卡20的通讯距离。而且，这时如图18所示，当把片状线圈5暂时安装在磁性体基板85上、再装在电路基板16上并加以配线时，可进一步可靠地使磁通抵消，所以，能得到更显著的效果。其结能够扩大片状线圈式天线80与IC卡20的通讯距离。

[其他实施例]

本发明的天线用片状线圈及片状线圈式天线不仅限于上述实施例，在其宗旨范围内可进行种种变更。

例如，一般来讲，在绕线52上使用被覆有聚氨脂的软铜线等，不过也可以是预先卷绕如图19所示的片状平板绕线52并将其嵌入磁性体芯51的主体部51b内的结构。另外，主体部51b不仅限于圆柱状，也可以采用方柱状或椭圆柱状。

Claims (9)

1.一种天线用片状线圈，由磁性体芯和绕线构成，所述磁性体芯，由底肩部和相对于该底肩部垂直设置的主体部构成；所述绕线，卷绕于该磁性体芯主体部上；其特征在于：

所述绕线的高度高于所述磁性体芯的主体部高度。

2.如权利要求1所述的天线用片状线圈，其特征在于：所述磁性体芯的主体部高度是所述绕线高度的90％以上、不到100％。

3.如权利要求1所述的天线用片状线圈，其特征在于：还具有覆盖所述磁性体芯的主体部的敞开上面和所述绕线上面的非磁性部件，该非磁性部件上面为平面状。

4.如权利要求1所述的天线用片状线圈，其特征在于：所述磁性体芯的主体部外周面，以该主体部的敞开上面的面积小于与底肩部接合的部分的面积而形成为锥面。

5.如权利要求1所述的天线用片状线圈，其特征在于：所述磁性体芯的底肩部和主体部由不同的材料构成，构成底肩部的村料的复数相对磁导率的虚数部，在所使用频率带上，低于构成主体部的材料的复数相对磁导率的虚数部。

6.如权利要求1所述的天线用片状线圈，其特征在于：所述磁性体芯的底肩部，由沿相对于底肩部的主面平行的方向配置易磁化轴的各向异性磁性体构成。

7.如权利要求6所述的天线用片状线圈，其特征在于：所述各向异性磁性体由六方晶铁素体材料构成。

8.一种片状线圈式天线，其特征在于：具有权利要求1所述的天线用片状线圈，和与所述绕线的终端部构成电连接的电极部。

9.如权利要求8所述的片状线圈式天线，其特征在于：所述天线用片状线圈、以多个邻近配置，并将各天线用片状线圈构成电连接，以便使各天线用片状线圈所产生的磁通成为同一极性。

Images