JP2001102860A

JP2001102860A - ループアンテナ

Info

Publication number: JP2001102860A
Application number: JP27384499A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Igarashi; 啓介五十嵐; Takahiro Watanabe; 高洋渡辺; Manabu Nakamura; 学中村
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】通信エリアでの電力伝送、情報通信の品質を
高めると同時に、エリア外での電界強度を規制値内に抑
えることができるループアンテナを提供する。【解決手段】ループアンテナ１３はアンテナ面積を２
等分割する。すなわち、物理的形状、電気的性状が略同
一の２つの部分ループアンテナ１３ａ、１３ｂを近接さ
せる。これらの部分ループアンテナ１３ａ、１３ｂにそ
の位相が反転している高周波電流を流す。この結果、こ
のループアンテナ１３から３ｍ離れた地点にてその電界
強度を測定すると、磁束同士のキャンセル効果が発生
し、電波法の規制値を通り越えることができる。また、
３分割、４分割など任意に分割可能である。前者では互
いに１２０度ずつ、後者では９０度ずつその位相がずれ
た高周波電流を流すことなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はループアンテナ、詳
しくは電磁結合方式の移動情報通信体システムに用いら
れるループアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動情報通信体システムは、ＩＣカー
ド、メモリカード、ページャなどの移動情報通信体と、
これとの間で電力、データなどを送受信するリーダライ
タとを含んで構成されている。例えばＩＣカードはクレ
ジットカードと同様な大きさのカード基板にマイクロコ
ンピュータチップとメモリチップとを埋設して構成され
ている。このＩＣカードを用いたＩＣカードシステムで
は、リーダライタからＩＣカードに対して電力を供給
し、これらの間ではコマンド、データ等が通信されてい
る。リーダライタとＩＣカードとの間の電力伝送や情報
通信では、端子同士を接触させて行う接触方式の他、電
磁波を用いて行う非接触方式も採用されている。非接触
方式での情報通信においても種々の態様が示されてい
る。例えば図７に示すように、リーダライタ４１は、同
一平面上（同図ではＸＹ平面に平行な平面上）で方形に
導線を重ね巻きしたコイルをループアンテナ４２として
備えている。リーダライタ４１は、このループアンテナ
４２を用いてＩＣカード４３のループアンテナ４４との
間で電力の伝送や情報の通信を行う。

【０００３】具体的には、リーダライタ４１ではループ
アンテナ４２のコイルに高周波電流ｉ２を流し、ループ
アンテナ４２に磁束φ６を発生させる。この磁束φ６
が、ループアンテナ４２の上方にかざされたＩＣカード
４３のループアンテナ４４のコイル面を貫くことによ
り、ループアンテナ４２、４４間での電磁結合を用いて
リーダライタ４１からＩＣカード４３への送電や情報送
信が行われる。ＩＣカード４３からリーダライタ４１へ
の情報送信についても同様にループアンテナ４２、４４
間での電磁結合により行われる。図７では、リーダライ
タ４１やＩＣカード４３において電力の伝送を行う電力
伝送用ループアンテナと情報の通信を行う情報通信用ル
ープアンテナとをそれぞれ１つのループアンテナ４２、
４４で共用させた例を示している。また、リーダライタ
４１とＩＣカード４３との間での電力伝送や情報通信で
は、リーダライタ４１に備えられたループアンテナ４２
の上方の０〜２０ｃｍ程度内の領域が通信エリアとして
用いられる。この通信エリアにＩＣカード４３がかざさ
れた態様で、リーダライタ４１とＩＣカード４３との間
での電力伝送や情報通信が実行される。

【０００４】ＩＣカードシステムにおいて、リーダライ
タ４１からＩＣカード４３へ伝送される電力量を大きく
することが要求される場合がある。また、リーダライタ
４１からＩＣカード４３への情報通信の品質を向上させ
ることが要求される場合がある。これらの場合、リーダ
ライタ４１の電力伝送用・情報通信用のループアンテナ
に流す高周波電流の値を大きくし、ループアンテナから
発生する磁束を大きくすることが行われる。すなわち、
リーダライタ４１のループアンテナ４２から発生する磁
束φ６を大きくすると、ＩＣカード４３のループアンテ
ナ４４に誘起される電圧の大きさを大きくすることがで
きる。この結果、リーダライタ４１とＩＣカード４３と
の間での電力伝送や情報通信の品質を向上させることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成に係る従来の
ループアンテナにあっては、ループアンテナから発生す
る磁束が大きくなるにしたがって、ループアンテナによ
りその通信エリア外で作られる電磁界の強度が大きくな
ってしまう。この結果、このループアンテナを備えたリ
ーダライタにより構成されるシステムの通信エリアを超
えて他のシステムの通信エリアにまで影響を及ぼす場合
がある。また、電波法によれば、リーダライタのループ
アンテナから３ｍ離れた位置で、ループアンテナによる
電界強度が５００μＶ／ｍ以下（３２２ＭＨｚ以下）と
なることが要求される。したがって、従来のループアン
テナでは、電界強度の規制値を守りつつ、比較的近傍の
通信エリアに存在するＩＣカードとの間での電力伝送や
情報通信の品質を向上させることが困難であった。

【０００６】そこで、本発明は、通信エリアでの電力伝
送、情報通信の品質を高めると同時に、通信エリア外で
の電界強度を規制値内に抑えることができるループアン
テナを提供することを、その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電磁結合により移動情報通信体とリーダライタとの
間で電力・情報を送受するループアンテナを、物理的形
状および電気的特性が略同一のＮ個の部分ループアンテ
ナで構成し、これらの部分ループアンテナを互いに近接
配置するとともに、これらの部分ループアンテナのそれ
ぞれに位相が３６０度／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつず
れた高周波電流を供給したループアンテナである。ここ
に、各部分ループアンテナの物理的形状および電気的特
性が略同一であることは、ループアンテナを構成するコ
イルの線径、長さ、巻数、コイル面積（アンテナ面積）
などが略同一であることを意味する。よって、位相のみ
が異なる高周波電流をそれぞれに流したとき、所定距離
離れた空間では、これらの各部分ループアンテナにより
発生する磁束同士が相殺することとなる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、上記Ｎ個の部分
ループアンテナはアンテナ面積が略同一である請求項１
に記載のループアンテナである。

【０００９】請求項１、２に記載の発明によれば、各部
分ループアンテナに高周波電流を流したとき、それらの
ループアンテナから発生する磁界同士は所定距離の通信
エリア外では磁束同士がキャンセルしあうこととなる。
この通信エリアの外部では位相がずれた高周波電流によ
り発生する各磁束を合成すると、合成磁束は個別磁束に
比較して大幅に低減される。これらの結果、ループアン
テナの近傍のエリア内では高品質の電力伝送、情報通信
を行えるとともに、エリア外では他のシステムに対して
与える影響を大幅に低減することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るループアンテ
ナの第１実施例を図１〜図４を参照して説明する。本実
施例では、移動情報通信体としてＩＣカードを用い、リ
ーダライタとＩＣカードとの間で電力伝送や情報通信を
行うＩＣカードシステムを例として説明する。本実施例
では、リーダライタ、ＩＣカードにおいて電力伝送用の
ループアンテナと情報通信用のそれが１つのループアン
テナで共用されている。図１に示すように、本実施例の
ＩＣカードシステムは、金融、流通、交通、医療等のデ
ータ処理を行う情報処理装置１と、情報処理装置１に接
続されたリーダライタ２と、リーダライタ２との間で非
接触方式によって電力の伝送および情報の通信を行うＩ
Ｃカード３とを備えている。このシステムでは、ＩＣカ
ード３はリーダライタ２から電磁誘導によって供給され
た電力で動作する。ＩＣカード３への制御コマンドや書
き込みデータ等はリーダライタ２からＩＣカード３へ無
線によって通信される。とともに、ＩＣカード３からの
読み出しデータ等はＩＣカード３からリーダライタ２へ
無線によって通信される。

【００１１】リーダライタ２は、情報処理装置１との間
で情報の通信を行うインタフェース１１と、図外の外部
電源から電力を受電する電源回路１２と、ＩＣカード３
へ電力を送電するとともに、ＩＣカード３との間で情報
の通信を行うループアンテナ１３と、これら各手段１
１、１２、１３を制御する制御送受信部１４とを備えて
いる。このループアンテナ１３は、方形に巻かれたコイ
ルから構成されている。制御送受信部１４は、マイクロ
コンピュータと、送受信回路とを含んで構成されてい
る。マイクロコンピュータは、制御プログラムを格納し
たメモリ（ＲＯＭ）と、プログラムを実行するＣＰＵ
と、演算に使用するメモリ（ＲＡＭ）と、Ｉ／Ｏ（入出
力機構）とを有している。制御送受信部１４は、電源回
路１２から受電した電力を高周波電流に変換してループ
アンテナ１３から送電させる機能を有している。また、
情報処理装置１からインタフェース１１を介して受信し
た情報を無線通信に適した形に変換してループアンテナ
１３から送信させる機能や、ループアンテナ１３で受信
した情報を復調してインタフェース１１を介して情報処
理装置１へ送信させる機能をも有している。

【００１２】また、図３に示すように、ＩＣカード３
は、リーダライタ２から送電された電力を受信するとと
もに、リーダライタ２との間で情報の通信を行うループ
アンテナ３１と、データを読み書き自在に格納するメモ
リ３２と、これら各手段３１、３２を制御する制御送受
信部３３とを備えている。このループアンテナ３１は、
方形に巻かれたコイルから構成されている。制御送受信
部３３は、ＣＰＵなどを有したマイクロコンピュータ
と、送受信回路とを含んで構成されている。制御送受信
部３３では、ループアンテナ３１で受信した磁束の変化
を電力に変換し、また、メモリ３２から読み出した情報
を無線通信に適した形に変換してループアンテナ３１か
ら送信し、さらに、ループアンテナ３１で受信した情報
を復調してメモリ３２に書き込むなどの機能を有してい
る。

【００１３】ここで、図４を参照してループアンテナ１
３について説明する。図４には、測定用ループアンテナ
２１および電界強度計２２によりリーダライタ２のルー
プアンテナ１３から発生した磁束により作られる電界強
度の大きさを遠方で測定する場合をも模式的に示してい
る。電界強度測定用のループアンテナ２１のアンテナ面
を貫く磁束により誘起される電圧を測定することによ
り、ループアンテナ１３が遠方に作る電界強度を測定す
る。この場合、測定用アンテナ２１はリーダライタ２の
ループアンテナ１３から比較的遠方に位置しているた
め、測定用アンテナ２１の位置では、ループアンテナ１
３を構成する両コイル１３ａ、１３ｂからの距離がほぼ
等しいもの（ほぼ等しく３ｍ程度）とみなすことができ
る。

【００１４】そして、図４に示すように、リーダライタ
２に取り付けられたループアンテナ１３はアンテナ面積
を２分割し、この２つの面積を等しくして構成されてい
る。すなわち、物理的形状、電気的性状が略同一の２つ
のループアンテナ１３ａ、１３ｂを並んで近接させて構
成している。ここで、２つの部分ループアンテナ１３
ａ、１３ｂにはその位相が反転している高周波電流を流
すこととする。この結果、このループアンテナ１３から
３ｍ離れた地点にてその電界強度を測定すると、測定用
アンテナ２１では磁束同士のキャンセル効果が発生し、
電波法の規制値を通り越えられることとなる。再言する
と、物理的形状および電気的特性の同じ部分ループアン
テナ１３ａ、１３ｂに１８０度位相の異なる高周波電流
ｉをそれぞれ流す。これらのアンテナ１３ａ、１３ｂで
は互いに位相の反転した（位相が互いに１８０度ずれ
た）ほぼ同じ大きさの磁束φ２、φ３が発生する。部分
ループアンテナ１３ａ、１３ｂから３ｍ離れた地点での
電界強度は、そのアンテナ１３ａによる磁束がつくる磁
界と、アンテナ１３ｂによるそれとを合成したものにな
る。ここで、測定用アンテナ２１を基準とすると、２つ
の部分ループアンテナ１３ａ、１３ｂは測定用アンテナ
２１からほぼ３ｍ離れた地点にあって、各々のアンテナ
コイルを流れている電流は逆相である。また、磁束φ
２、φ３同士は互いに打ち消し合う。この結果、その電
流がつくる磁束が測定用のループアンテナ２１に誘起す
る電圧（電界強度）はループアンテナ１３ａ、１３ｂの
それよりもきわめて小さいものとなる。一方、各々の部
分ループアンテナ１３ａ面（１３ｂ面）の近傍（例えば
０〜２０ｃｍ程度）では各々のアンテナのつくる磁界が
支配的であり、リーダライタ２よりＩＣカード３への電
力伝送および通信に与える影響は少ない。すなわち、リ
ーダライタ２からＩＣカード３へ電力や情報を送信する
場合、ループアンテナ１３ａ、１３ｂに高周波電流が流
され、ループアンテナ１３ａ、１３ｂからそれぞれ磁束
が発生する。ＩＣカード３が部分ループアンテナ１３ａ
（または１３ｂ）のコイル面のみの上方にかざされた形
態では、主にこのコイル面から発生した磁束によりＩＣ
カード２のループアンテナ３１に電圧が誘起されるた
め、リーダライタ２からＩＣカード３へ電磁結合により
電力や情報を伝送することができる。

【００１５】以上のように、このループアンテナ１３に
おいては、その遠方（通信エリア外）におけるリーダラ
イタ２が与える電界強度を抑えることができる。また、
遠方における電界強度が小さく一定であれば、リーダラ
イタ２はより多くの電力を出力することができる。よっ
て、リーダライタ２の近傍にて無線通信を行うＩＣカー
ド３に対してはより多くの電力およびより良い通信品質
を提供することができる。この出力のアップはリーダラ
イタ２とＩＣカード３との間の通信距離の拡大に寄与す
るものでもある。

【００１６】図５にはこの発明の第２実施例を示してい
る。この実施例にあっては、ループアンテナのアンテナ
面積を３分割し、この３つの面積を等しくしたものであ
る。そして、この３つの部分ループアンテナ１３ｃ、１
３ｄ、１３ｅには位相が１２０度ずつずれている高周波
電流を流す。その結果、例えばアンテナから３ｍ離れた
地点にては各磁束のキャンセル効果が発生し、電波法の
規制値をクリアすることができる。

【００１７】すなわち、物理的形状および電気的特性の
同じ部分ループアンテナ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを並設
し、これらに互いに１２０度ずつ位相がずれた高周波電
流を流す。アンテナ１３ｃにｉｓｉｎ（ωｔ＋θ）の電
流を、アンテナ１３ｄにはｉｓｉｎ（ωｔ＋２π／３＋
θ）を、アンテナ１３ｅにはｉｓｉｎ（ωｔ＋４π／３
＋θ）の電流を流すものである。この場合、３ｍ離れた
地点での電界強度は、アンテナ１３ａに高周波電流を流
すことにより作られる磁界と、アンテナ１３ｄによる磁
界と、アンテナ１３ｅによる磁界との合成したものとな
る。この合成したものが電界強度測定用ループアンテナ
２１にて測られることになる。すなわち、測定用ループ
アンテナ２１よりみれば、３つのの部分アンテナはいず
れも等しく３ｍ離れた地点にあり、各々のコイルを流れ
ている電流の総和は０となる。したがって、これらのコ
イルに流れる電流がつくる磁束を測定用のループアンテ
ナ２１で検知することになり、ループアンテナ２１の誘
起電圧（すなわち電界強度）は単一のアンテナで構成し
たものより小さい。また、これら部分アンテナ同士（１
３ｃ、１３ｄまたは１３ｄ、１３ｅまたは１３ｅ、１３
ｃ）の境界部分の上方にＩＣカードをかざしたときその
データ伝送、電力供給への影響も小さい。これらの境界
部分では２つの部分ループアンテナにより生じる磁束同
士は合成されて作用するからである。その他の構成、作
用効果は上記実施例と同じである。

【００１８】図６には第３実施例を示している。この実
施例では、リーダライタのアンテナ面積を４等分割した
ものである。４つの部分ループアンテナ１３ｆ、１３
ｇ、１３ｈ、１３ｉには、その位相が互いに９０度ずつ
ずれている高周波電流を流す。詳しくは、物理的形状お
よび電気的特性の同じ部分ループアンテナ１３ｆ、１３
ｇ、１３ｈ、１３ｉにそれぞれ位相が異なる（０，π／
２，π，３π／２）高周波電流を流す。部分ループアン
テナ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉには、それぞれｉ
ｓｉｎ（ωｔ＋θ），ｉｓｉｎ（ωｔ＋π／２＋θ），
ｉｓｉｎ（ωｔ＋π＋θ），ｉｓｉｎ（ωｔ＋３π／２
＋θ）の電流を流すものである。測定用ループアンテナ
２１よりみれば、４つの部分アンテナはほぼ３ｍの地点
に有り、各々のコイルを流れる電流は９０度（π／２）
ずつずれており、４つのアンテナに流れている電流の総
和は０となる。したがって、これらのコイルに流れる電
流がつくる磁束を測定用のループアンテナ２１で検知す
ることになり、ループアンテナの誘起電圧（すなわち電
界強度）は単一のアンテナで構成したものより小さくな
る。その他の構成、作用は上記各実施例と同じである。

【００１９】以上のように、本発明では、遠方でのルー
プアンテナが作る電磁界強度を低減することができれば
よい。このループアンテナを構成する部分ループアンテ
ナの数は限定されず、それらのアンテナ面積は、必ずし
も各部分アンテナのコイル面積が完全に一致している必
要はない。要は、実用上で有効な程度で、遠方でのルー
プアンテナが作る電磁界強度を低減することができる構
成であれば、部分アンテナ同士の面積が多少異なってい
ても構わない。

【００２０】また、本発明のリーダライタでは、ＩＣカ
ードへ情報を送信する情報送信用のループアンテナとＩ
Ｃカードから情報を受信する情報受信用のループアンテ
ナとが必ずしも１つのループアンテナで共用されていな
くてもよく、例えば両ループアンテナが別体で備えられ
ていてもよい。また、ループアンテナのコイルの巻き数
としては任意の数であってよい。上記実施例では、リー
ダライタによりＩＣカードから受信される情報の処理等
を行う機能を有した情報処理装置をリーダライタとは別
個の装置として構成したが、情報処理等を行う機能とリ
ーダライタの機能とを一体化した構成が用いられてもよ
い。移動情報通信体としてＩＣカードが用いられた場合
を例として説明したが、本発明では、リーダライタとの
間で非接触で電力の伝送や情報の通信を行うものであれ
ば、どのような移動情報通信体が用いられてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると、ループアンテナの遠方
では一対のコイル部分から発生した磁束が互いに打ち消
し合うことにより、ループアンテナから発生する磁束を
大きくして通信エリアに存在する移動情報通信体との間
での電力伝送の品質を向上させた場合でも、ループアン
テナの通信エリア外でのループアンテナが作る電磁界強
度を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るＩＣカードシステム
の構成例を示す模式図である。

【図２】本発明の第１実施例に係るリーダライタを示す
模式図である。

【図３】本発明の第１実施例に係るＩＣカードを示す模
式図である。

【図４】本発明の第１実施例に係るループアンテナの構
成例を説明するための図である。

【図５】本発明の第２実施例に係るループアンテナの構
成例を説明するための図である。

【図６】本発明の第３実施例に係るループアンテナの構
成例を説明するための図である。

【図７】従来のループアンテナのコイル面に形成される
磁界を示す模式図である。

【符号の説明】

２・・・リーダライタ、３・・・ＩＣカード（移動情報通信体）、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１
３ｇ、１３ｈ、１３ｉ・・・部分ループアンテナ、１３・・・ループアンテナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村学東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内Ｆターム(参考） 5B035 AA11 BB09 BC00 CA01 CA12 CA23 CA35 5J021 AA02 AA03 AA04 AA05 AA09 AB04 DB03 EA04 FA05 GA08 HA05 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁結合により移動情報通信体とリーダ
ライタとの間で電力・情報を送受するループアンテナ
を、物理的形状および電気的特性が略同一のＮ個の部分
ループアンテナで構成し、これらの部分ループアンテナを互いに近接配置するとと
もに、これらの部分ループアンテナのそれぞれに位相が３６０
度／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつずれた高周波電流を供
給したループアンテナ。
【請求項２】上記Ｎ個の部分ループアンテナはアンテ
ナ面積が略同一である請求項１に記載のループアンテ
ナ。