JP2004282403A - Antenna and data reader - Google Patents

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JP2004282403A
JP2004282403A JP2003071020A JP2003071020A JP2004282403A JP 2004282403 A JP2004282403 A JP 2004282403A JP 2003071020 A JP2003071020 A JP 2003071020A JP 2003071020 A JP2003071020 A JP 2003071020A JP 2004282403 A JP2004282403 A JP 2004282403A
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reactance
antenna
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capacitor
primary coil
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JP2003071020A
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Inventor
Masuo Murakami
Tatsuyuki Shikura
達之 四蔵
益雄 村上
Original Assignee
Fuji Electric Holdings Co Ltd
富士電機ホールディングス株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a data reader and an antenna capable of extending the communication distance. <P>SOLUTION: The antenna attached to the data reader has a constitution for setting the reactance C<SB>a</SB>of a primary coil side reactance circuit on the basis of a value C<SB>b</SB>of a secondary coil side capacitor, so that the communication distance can be extended. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、無線信号を送受信することによって、非接触式カードなどの被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置に関する。 The present invention, by transmitting and receiving radio signals to a data reading apparatus for reading the data on the medium to be read such as a non-contact type card.
【0002】 [0002]
【従来技術】 [Prior art]
従来、無線信号により非接触で通信可能な非接触式ICカードがある。 Conventionally, there is a non-contact type IC card capable of communicating without contact by radio signal. 情報読取装置がこのICカードから情報を読み出す場合の動作を図15を参照しつつ説明する。 Information reading apparatus will be described with reference to FIG. 15 the operation of reading information from the IC card. 情報読取装置の信号処理回路50内のキャリア信号発生器で所定のキャリア信号を発生し、増幅器51により所定の電圧レベルまで増幅した後、ループアンテナ52から磁界として放出する。 Information reading device a predetermined carrier signal generated by the carrier signal generator of the signal processing circuit 50 of, after amplified by the amplifier 51 to a predetermined voltage level, to release the magnetic field from the loop antenna 52. カード60がループアンテナ52と十分に電磁誘導を引き起こす範囲内にあると、電力がカード60に供給される。 When the card 60 is within the range that causes sufficient electromagnetic induction with the loop antenna 52, power is supplied to the card 60. このとき、カード60のスイッチ61を読み出し情報に応じてオン/オフすると、キャリアレベルが変化し、この変動を信号処理回路50側で検波回路53により検波すればデータを読み出すことができる。 At this time, when the on / off according to the information read switch 61 of the card 60, the carrier level is changed, the data can be read out if the detection by the detection circuit 53 of this variation in the signal processing circuit 50 side.
【0003】 [0003]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
図15に示すような非接触IDカードシステムでは、情報読取装置とカードとの通信距離を延ばすことが望まれている。 In the non-contact ID card system as shown in FIG. 15, it is to extend the communication distance between the information reader and the card is desired. 通信距離を延ばす1つの方法としては、ループアンテナが発生する磁界強度を大きくすることが考えられるが、この方法では、例えば増幅器の増幅度を大きくする必要があり、装置の大型化やコストアップにつながるという問題がある。 One way to extend the communication distance, it is conceivable to increase the magnetic field strength loop antenna occurs in this way, for example, it is necessary to increase the amplification factor of the amplifier, the size and cost of the apparatus there is a problem that lead.
【0004】 [0004]
そこで、通信距離を延ばす他の方法として、下記特許文献1に示すような方法が考えられている。 Therefore, as another method of extending the communication distance, it is believed that the method shown in Patent Document 1. この方法では、図16に示すように、1次ループと2次ループとでトランスを形成し、2次ループにはコンデンサを接続して、このコンデンサの値を可変に制御してアンテナの入力インピーダンスを調整し通信距離を延ばしている。 In this method, as shown in FIG. 16, to form a transformer between the primary loop and the secondary loop, the secondary loop by connecting a capacitor, the input impedance of the antenna the value of this capacitor is variably controlled and extending the adjustment communicating distance. なお、1次ループ側には、固定値として数千pF程度の値を有する直流カット用のコンデンサが必要に応じて設けられている。 Note that the primary loop side, are provided as needed capacitor for cutting direct current having a value of several thousands pF as a fixed value.
【0005】 [0005]
なお、図17に示すように、アンテナから信号処理回路(RF回路)70を見たとき、RF回路70は開放電圧V (アンテナを接続していないときの信号処理回路の出力電圧)と内部インピーダンス(抵抗分R 及び内部リアクタンス分X )で表現することができる(例えば下記文献2を参照)。 Internal Incidentally, as shown in FIG. 17, when viewed signal processing circuit (RF circuit) 70 from the antenna, RF circuit 70 open voltage V 0 (output voltage of the signal processing circuit when not connected to the antenna) can be expressed by impedance (resistance component R g and internal reactance X g) (e.g., see the following reference 2). なお、図ではリアクタンスX として誘導性であるインダクタL を図示しているが、容量性の場合もあり得る。 Although the figure illustrates the inductor L g is an inductive as reactance X g, it may also be a capacitive. 以下では、リアクタンスX が誘導性の場合を説明する。 In the following, the reactance X g will be described the case of inductive.
【0006】 [0006]
アンテナは1次ループ71と2次ループ72とからなり、1次ループ71は自己インダクタンスL と抵抗R を、また、2次ループ72は自己インダクタンスL と抵抗R を、それぞれ有する。 The antenna consists of the primary loop 71 and the secondary loop 72., the primary loop 71 of self-inductance L 1 and a resistance R 1, The secondary loop 72 is a self-inductance L 2 of the resistor R 2, a, respectively. Mは1次ループ71と2次ループ72の相互インダクタンスである。 M is the mutual inductance of the primary loop 71 and the secondary loop 72. ここで、2次ループ72に直列に接続されているコンデンサC とアンテナの放射磁界強度との関係を図18に示す。 Here, a secondary loop 72 the relationship between the radiation field strength of the capacitor C 2 and the antenna connected in series in Figure 18.
【0007】 [0007]
図18において、横軸のキャパシタンス比K は、アンテナの共振周波数がキャリアの周波数と一致するときのコンデンサC の値C との比(K =C /C )であり、縦軸の磁界強度比は、コンデンサC =C のときの磁界強度H との比(=H/H )である。 18, the capacitance ratio K 2 of the horizontal axis is the ratio of the value C 0 of the capacitor C 2 when the resonant frequency of the antenna matches the frequency of the carrier (K 2 = C 2 / C 0), vertical field intensity ratio of the axis is the ratio between the magnetic field intensity H 0 when the capacitor C 2 = C 0 (= H / H 0).
【0008】 [0008]
図から明らかなように、比率K が約1.2となるようにコンデンサC を調整すると、アンテナの共振周波数をキャリアの周波数と一致させた場合(すなわち、K =1の場合)に比べ、約1.4倍だけ磁界強度比を大きくすることができる。 As can be seen, by adjusting the capacitor C 2 so that the ratio K 2 is about 1.2, when the resonance frequency of the antenna to match the frequency of the carrier (i.e., the case of K 2 = 1) compared, it is possible to increase the magnetic field intensity ratio by about 1.4 times.
【0009】 [0009]
しかし、この方法では、無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置において、回路係数などが必ずしも最適に調整されているとは限らないという問題がある。 However, in this method, by transmitting and receiving radio signals, a data reading apparatus for reading the data on the medium to be read, there is a problem that not necessarily such as a circuit coefficient is always optimally adjusted.
【0010】 [0010]
本発明の課題は、通信距離を延ばすことが可能なデータ読取装置、及びアンテナを提供することである。 An object of the present invention, a data reading device capable of extending the communication distance, and to provide an antenna.
【0011】 [0011]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開2001−185939「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」 JP 2001-185939 "antenna coil and the electromagnetic induction type non-contact data carrier system,"
【非特許文献1】 Non-Patent Document 1]
「回路の応答」コロナ社、電子通信学会編【0012】 "Circuit of response" Corona Publishing Co., Ltd., the Institute of Electronics and Communication Engineers ed. [0012]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。 The present invention for solving the above problems, adopts the following configuration.
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明のアンテナは、無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置に備えられたアンテナにおいて、信号処理回路から電圧を供給されると共に、コンデンサ及びインダクタの少なくとも1つを含むリアクタンス回路が接続された1次コイルと、該1次コイルと相互誘導により結合し、コンデンサが接続された2次コイルとを備え、前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とするアンテナである。 That is, according to one aspect of the present invention, the antenna of the present invention is provided by transmitting and receiving radio signals, the antenna provided in the data reading apparatus for reading the data on the medium to be read, a voltage from the signal processing circuit together are a primary coil reactance circuit is connected comprising at least one of capacitors and inductors, coupled by mutual induction with said primary coil, and a secondary coil which capacitor is connected, the secondary based on the value of the coil side of the capacitor, an antenna, characterized in that setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil side.
【0013】 [0013]
ここで、前記1次コイル側のリアクタンスのリアクタンスを、前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて設定するので、従来例のように、前記2次コイル側のコンデンサの値に関係なく、1次コイル側に固定値として数千pF程度の値を有するコンデンサを直流カット用に設ける場合と比較して、通信距離を延ばすことが可能なアンテナを提供することができる。 Here, the reactance of the primary coil of the reactance, so set based on the value of the secondary coil side of the capacitor, unlike the conventional examples, regardless of the value of the secondary coil side capacitor, 1 a capacitor having a value of several thousands pF as a fixed value to the next coil side as compared with the case where the DC blocking, it is possible to provide a can be extended communication distance antenna.
【0014】 [0014]
また、本発明の別態様によれば、本発明のデータ読取装置は、無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置において、コンデンサ及びインダクタの少なくとも1つを含むリアクタンス回路が設けられた1次コイルと、該1次コイルと相互誘導により結合し、コンデンサが設けられた2次コイルとを有するアンテナと、前記1次コイルに電圧を供給する信号処理回路とを備え、前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とするデータ読取装置である。 Also, the reactance according to another embodiment, the data reading device of the present invention, including by transmitting and receiving radio signals, a data reading apparatus for reading the data on the medium to be read, at least one of capacitors and inductors of the present invention comprising a primary coil circuit is provided, coupled by mutual induction with said primary coil, an antenna and a secondary coil which capacitor is provided, and a signal processing circuit for supplying a voltage to the primary coil , based on the value of the secondary coil side of the capacitor, a data reading apparatus characterized by setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil side.
【0015】 [0015]
ここで、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを、前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて設定するので、従来例のように、前記2次コイル側のコンデンサの値に関係なく、1次コイル側に固定値として数千pF程度の値を有するコンデンサを直流カット用に設ける場合と比較して、通信距離を延ばすことが可能なデータ読取装置を提供することができる。 Here, the reactance of the reactance circuit of the primary coil side, since the set based on the value of the secondary coil side of the capacitor, unlike the conventional examples, regardless of the value of the secondary coil side of the capacitor, a capacitor having a value of several thousands pF as a fixed value to the primary coil side as compared with the case where the DC blocking, it is possible to provide a data reading device capable of extending the communication distance.
【0016】 [0016]
【発明の実施形態】 [Embodiment of the invention]
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。 It will be described with the embodiment of the present invention with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態のアンテナを示す図である。 Figure 1 is a diagram showing an antenna of an embodiment of the present invention. このアンテナは、無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置に備えられたアンテナである。 This antenna, by transmitting and receiving radio signals, an antenna provided in the data reading apparatus for reading the data on the medium to be read.
【0017】 [0017]
図1において、アンテナは、1次ループ(1次コイル)と2次ループ(2次コイル)とからなり、1次ループには、リアクタンス成分(図ではコンデンサC )が直列に接続されている。 In Figure 1, the antenna is made from the primary loop (the primary coil) and the secondary loop (secondary coil), the primary loop, (in the figure the capacitor C a) reactance component is connected in series . また、2次ループには、共振コンデンサC が直列に接続されている。 Further, in the secondary loop, the resonance capacitor C b is connected in series. なお、図1では、1次ループには、コンデンサC を直列に接続しているが、コンデンサの替わりにインダクタを直列に接続したり、コンデンサとインダクタの組み合わせを接続したりしてもよい。 In FIG 1, the primary loop, but by connecting a capacitor C a in series, or to connect an inductor in series instead of the capacitor may or connect a combination of capacitors and inductors.
【0018】 [0018]
以下では、1次ループに接続するリアクタンスの値(コンデンサ、またはインダクタ、あるいは、これらコンデンサとインダクタとの組み合わせ)をどのようにして求めるかにつき説明する。 Hereinafter, the value of the reactance to be connected to the primary loop (capacitors or inductors, or, combination of capacitors and inductors) will be described or obtained as how to.
【0019】 [0019]
図2は、図1のアンテナとそのアンテナの1次ループ側に接続された送信回路(RF回路、または電源)とを示す等価回路である。 Figure 2 is an equivalent circuit showing the antenna and connected to the transmitting circuit to the primary loop side of the antenna of FIG. 1 (RF circuit or power). なお、図2においては、1次ループ側に以下の手順により値を設定され挿入されることになる上記リアクタンス(例えば図1ではコンデンサC に対応)は含まれていない。 In FIG. 2, (corresponding to, for example, in Figure 1 the capacitor C a) above reactance to be inserted is set to a value by the following procedure in the primary loop side is not included.
【0020】 [0020]
また、図2において、誘導性のリアクタンスを有するRF回路10は交流電圧V が印加される電源11、電源抵抗12、電源インダクタンス13により構成される。 Also configured in FIG. 2, power supply 11 RF circuit 10 where the alternating voltages V 1 is applied with an inductive reactance, the power resistor 12, a source inductance 13. は電源抵抗12の抵抗値、L は電源インダクタンス13のインダクタンス値である。 R g is the resistance of the source resistance 12, L g is the inductance value of the power supply inductance 13. なお、RF回路10のリアクタンスが容量性の場合、電源インダクタンス13は(電源)キャパシタンスで置き換えられる。 Note that the reactance of the RF circuit 10 is the case of the capacitive power supply inductance 13 is replaced by (power) capacitance.
【0021】 [0021]
図2においてRF回路10は1次ループ(主要部)20に接続されている。 RF circuit 10 in FIG. 2 is connected to the primary loop (main unit) 20. 1次ループ20は、図1の1次コイルに対応しており、抵抗21と自己インダクタンス22とを有する。 Primary loop 20 corresponds to the primary coil of FIG. 1, and a resistor 21 and a self-inductance 22. は抵抗21の抵抗値、L は自己インダクタンス22のインダクタンス値である。 Resistance of R 1 is the resistance 21, L 1 is the inductance value of the self-inductance 22.
【0022】 [0022]
2次ループ(共振器)30は、図1の2次コイルに対応すると共に、1次ループ20と相互誘導により結合し、抵抗31と自己インダクタンス32と共振キャパシタンス(共振コンデンサ)33とを有する。 Secondary loop (resonator) 30 is configured to correspond to the secondary coil of FIG. 1, coupled by mutual induction with the primary loop 20, having a resistor 31 and a self-inductance 32 and resonant capacitor (resonant capacitor) 33. は抵抗31の抵抗値、L は自己インダクタンス32のインダクタンス値、Cは共振キャパシタンス33のキャパシタンス値である。 The resistance of R 2 the resistance 31, L 2 is the inductance value of the self-inductance 32, C is the capacitance value of the resonant capacitor 33. また、V は、共振コンデンサ33の両端に生じる電圧、Mは1次ループと2次ループとの相互インダクタンスである。 Also, V 2 is the voltage developed across the resonant capacitor 33, M is the mutual inductance between the primary loop and the secondary loop.
【0023】 [0023]
カードの受信電圧はアンテナが作る磁束に比例し、その磁束はアンテナを流れる電流に比例する。 Received voltage of the card is proportional to the magnetic flux antennas make, its magnetic flux is proportional to the current flowing through the antenna. アンテナを流れる電流には、1次ループを流れる電流I と2次ループを流れる電流I とがあり、それらの間には、I >>I の関係が成り立つので、与えられたアンテナ定数(R ,R ,L ,L ,M)の下で、通信距離をより長くするには、上記I が最大となるように、等価回路における上記アンテナ定数以外の回路定数を調整することになる。 Antenna The current flowing through the antenna, there is a current I 1 flowing through the primary loop and the current I 2 flowing through the secondary loop, between them, the relationship I 2 >> I 1 holds, given under constant (R 1, R 2, L 1, L 2, M), the communication distance to a longer, as in the I 2 becomes maximum, the circuit constants other than the antenna constant of the equivalent circuit It will be adjusted. なお、回路定数R をどこまでも小さく調整することはできない。 Incidentally, it is not possible to adjust also reduce the circuit constants R g far. その理由は、R を小さくすればI の値を大きくすることができるが、回路が安定動作するためには、R は所定値以上でなければならず、この所定値がR の下限値となるからである。 The reason is that it is possible to increase the value of I 2 by reducing the R g, for the circuit to operate stably, R g has to be not less than the predetermined value, the predetermined value is R g This is because the lower limit value. 一方、I が最大のとき、V も最大となるので、以下ではV が最大となる場合について、2次ループ側のコンデンサの値に基づいて、1次ループ側のリアクタンスを設定する場合を考える。 On the other hand, when I 2 is maximum, if so V 2 becomes maximum, the case where V 2 is maximized in the following, based on the value of the secondary loop side capacitor, to set the reactance of the primary loop side think of.
【0024】 [0024]
すなわち、まず、RF回路のリアクタンスが誘導性の場合には、V を最大とするL とCとの組を求め、そのようにして求めたL とCとの組に対し、L とアンテナ側から見たRF回路のリアクタンスとの差をなくすように値を設定したリアクタンス(インダクタ、コンデンサ、またはそれらの組み合わせ)を1次ループに直列に接続する。 That is, first, when the reactance of the RF circuit is inductive obtains a set of the L g and C to maximize V 2, with respect to the set of its way obtained L g and C, L g and connecting reactance set value to eliminate the difference between the reactance of RF circuits as viewed from the antenna side in series with the (inductor, capacitor or a combination thereof) the primary loop.
【0025】 [0025]
次に、RF回路のリアクタンスが容量性の場合には、V を最大とするC とCとの組を求め、そのようにして求めたC とCとの組に対し、C とアンテナ側から見たRF回路のリアクタンスとの差をなくすように値を設定したリアクタンス(インダクタ、コンデンサ、またはそれらの組み合わせ)を1次ループに直列に接続する。 Then, when the reactance of the RF circuit of the capacitive obtains a set of the C g and C to maximize V 2, with respect to the set of its way C g and C obtained, and C g reactance set value to eliminate the difference between the reactance of RF circuits as viewed from the antenna side is connected in series with the (inductor, capacitor or a combination thereof) the primary loop.
【0026】 [0026]
以下では、図2を参照しつつ、上記した1次ループ側のリアクタンスを設定するプロセスをより具体的に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 2, illustrating a process for setting the reactance of the primary loop side described above in greater detail.
図2の回路において、以下の式が成り立つ。 In the circuit of FIG. 2, the following equation holds.
ここで、(2)(3)式より、 Here, from (2) (3),
=(C/M)(jωL +(1/jωC)+R )V ・・・(4) I 1 = (C / M) (jωL 2 + (1 / jωC) + R 2) V 2 ··· (4)
(4)式を(1)式に代入すると、次式となる。 (4) Substituting equation in the equation (1), the following equation.
【0027】 [0027]
/V =1/α ・・・(5) V 2 / V 1 = 1 / α ··· (5)
ただし、α=(C/M)(R +R +jωL +jωL )(jωL +1/jωC+R )+ω CM ・・・(6) However, α = (C / M) (R g + R 1 + jωL g + jωL 1) (jωL 2 + 1 / jωC + R 2) + ω 2 CM ··· (6)
ここで、上記比V /V を最大、すなわち、αを最小とするCの値を下記(7)式より求める。 Here, the maximum the ratio V 2 / V 1, i.e., the value of C that minimizes the α determined from the following equation (7).
0=∂(|α| )/∂C=2A・(dA/dC)+2B・(dB/dC)・・・(7) 0 = ∂ (| α | 2 ) / ∂C = 2A · (dA / dC) + 2B · (dB / dC) ··· (7)
ただし、Aはαの実数部、Bはαの虚数部で、|α| =A +B However, the real part of A alpha, B is the imaginary part of the α, | α | 2 = A 2 + B 2
(6)式を(7)式に代入して計算することにより、下記(8)式が得られ、この式により与えられたL に対し上記比V /V を最大とするCの値が求められる。 By calculating by substituting the equation (6) (7), the following equation (8) is obtained, with respect to L g given by the equation of C that maximizes the ratio V 2 / V 1 value is required.
【0028】 [0028]
ここで、計算により、∂ (|α| )/∂C >0となるので、(8)式を満たすCに対し、|α| が極小となり、(5)式の比V /V が最大となることが分かる。 Here, the calculation, ∂ 2 since the (| 2 | α) / ∂C 2> 0, to C satisfying the expression (8), | alpha | 2 becomes minimum, (5) the ratio V 2 / V 1 it can be seen that the maximum.
【0029】 [0029]
送信回路(RF回路)のリアクタンスが容量性の場合は、そのキャパシタンスをC とすると、(1)式において、L を(−1/ω )で置き換えた次式により計算を行い、下記(9)式により与えられたC に対し上記比V /V を最大とするCの値を求める。 If the reactance of the transmission circuit (RF circuit) capacitive performs when the capacitance and C g, calculated by the following equation is replaced by the equation (1), the L g (-1 / ω 2 C g) , to C g given by the following expression (9) determines the value of C that maximizes the ratio V 2 / V 1.
【0030】 [0030]
このようにして、(8)または(9)式により、与えられたL に対してV を最大とするC、または、与えられたC に対してV を最大とするCを求めている。 In this way, we obtain a C to maximize C, or the V 2 for a given C g to maximize V 2 relative to (8) or (9) below, given L g ing.
【0031】 [0031]
ここで、例えばV を最大にするL とCの組を決めるには、(8)式を(5)(6)式に代入して比V /V をCを用いずにL で表した式を求め、その式をL で偏微分して、微係数=0となるL の値を求める。 L Here, To determine the set of L g and C to maximize the example V 2, the ratio V 2 / V 1 by substituting (8) (5) (6) without using the C We obtain a formula expressed in g, the expression and partial differentiation in L g, finding the value of L g which is a derivative = 0. そして、このようにして求めたL に対応するCを(8)式により算出する。 Then, to calculate the C corresponding to L g obtained as described above by equation (8).
【0032】 [0032]
その後は、そのようにして求めたL とCとの組に対し、L とアンテナ側から見たリアクタンスとの差をなくすように値を設定したリアクタンス(インダクタ、コンデンサ、またはそれらの組み合わせ)を1次ループに直列に接続する。 Then, with respect to the set of L g and C obtained in this way, L g and reactance setting a value to eliminate the difference between the reactance seen from the antenna side (inductor, capacitor or a combination thereof) a connected in series to the primary loop.
【0033】 [0033]
なお、V を最大にするC とCの組についても同様の方法で決めることができるので、説明を省略する。 Since the V 2 can be determined in a similar manner for the set of C g and C to maximize omitted.
以下では、アンテナとそのアンテナの1次ループ側に接続されたRF回路とに具体的な数値を設定し、上記した1次ループに接続するリアクタンスの値を回路計算ツールにより求めた。 In the following, set the specific values ​​to the RF circuit connected to the antenna and the primary loop side of the antenna, the value of the reactance to be connected to the primary loop described above was determined by the circuit calculation tool.
【0034】 [0034]
図3は、この計算において使用したアンテナの形状を示す図であり、図4はアンテナやRF回路に設定した抵抗、インダクタンス等の値を示す図である。 Figure 3 is a view showing the shape of the antenna used in this calculation, 4 resistors set the antenna and RF circuit is a diagram showing the values ​​of the inductance and the like.
まず、アンテナからRF回路側を見たRFインピーダンス+アンテナの接続リードのインピーダンスとを求める。 First, the impedance of the RF impedance + antenna connecting leads viewed RF circuit side from the antenna. 図5(a)は回路計算ツールによる計算回路である。 5 (a) is a calculation circuit by the circuit calculation tool. RF回路の実測した抵抗及びリアクタンスの値は図4よりそれぞれ26Ω、0.282μH(j24Ωに相当)であり、アンテナ接続位置に電圧源を接続して、ノード▲7▼の電圧とノード▲1▼−▲4▼を流れる電流の比からインピーダンスの周波数特性を計算する。 The value of the actually measured resistance and reactance of RF circuits are each from FIG 4 26Ω, 0.282μH (corresponding to J24omu), which is connected with a voltage source to the antenna connection position, the node ▲ 7 ▼ voltage and node ▲ 1 ▼ - ▲ 4 ▼ calculating the frequency characteristic of the impedance from the ratio of current flowing through. 図5(b)はその周波数特性の計算結果を示す図である。 5 (b) is a graph showing the calculation result of the frequency characteristics. 図5(b)に示すグラフは、RF回路の交流電源の周波数を横軸にとり、インピーダンスの実数部(抵抗分)とインピーダンスの虚数部(リアクタンス分)とを縦軸にとっている。 The graph shown in FIG. 5 (b), the horizontal axis the frequency of the AC power supply of the RF circuit, taking the imaginary part of the real part of the impedance (resistance component) impedance and (reactance component) on the vertical axis. そして、その実数部と虚数部とに対応して2本の直線がグラフ上に描かれている。 Then, in response to its real and imaginary parts two straight lines are drawn on the graph. この計算例では、交流電源の周波数の値を13.56MHzに設定しているので、この13.56MHzのところでの抵抗分と、リアクタンス分とを読み取ることにより、図6に示すように、アンテナ側から見たRF側定数が求められる。 In this calculation example, since the set value of the frequency of the AC power supply to 13.56 MHz, by reading the resistance of at the 13.56 MHz, and a reactance component, as shown in FIG. 6, the antenna side RF side constant as viewed from is determined.
【0035】 [0035]
続いて、(8)式によりL とCとの関係を求めて図示すると、図7(a)に示すグラフが得られる。 Then, when illustrating seeking relationship between L g and C by (8), the graph shown in FIG. 7 (a) is obtained. また、このL とCの組み合わせを(5)(6)式に代入してL とV /V の関係を求めて図示すると、図7(b)に示すグラフが得られ、L =1.2μH(C=354pF)に対し電圧比V /V が最大となることがわかる。 Further, when the L g and C combinations (5) (6) are substituted into equation illustrates seeking relationship L g and V 2 / V 1, to obtain a graph shown in FIG. 7 (b), L g = 1.2μH (C = 354pF) to the voltage ratio V 2 / V 1 it can be seen that the maximum.
【0036】 [0036]
同様に、(9)式によりC とCとの関係を求めて図示すると、図8(a)に示すグラフが得られる。 Similarly, it is shown obtained relation between C g and C (9) below, the graph shown in FIG. 8 (a) is obtained. また、このC とCの組み合わせを(5)(6)式に代入してC とV /V の関係を求めて図示すると、図8(b)に示すグラフが得られ、C =80pF(C=293pF)に対し電圧比V /V が最大となることがわかる。 Further, when the C g and C combinations (5) (6) are substituted into equation illustrates seeking a relationship C g and V 2 / V 1, to obtain a graph shown in FIG. 8 (b), C g = 80pF (C = 293pF) to the voltage ratio V 2 / V 1 it can be seen that the maximum.
【0037】 [0037]
そして、図7(b)と図8(b)との電圧比V /V のピーク値を比較すればわかるように、この計算例では、RF回路のリアクタンスが容量性であった方が、RF回路のリアクタンスが誘導性である場合より、発生磁束を高くすることができる。 As can be seen by comparing the peak value of the voltage ratio V 2 / V 1 in FIG. 7 (b) and FIG. 8 (b) and, in this calculation example, is more reactance of RF circuits were capacitive , than the reactance of the RF circuit is inductive, it is possible to increase the generated magnetic flux.
【0038】 [0038]
この発生磁束がより高くなる場合、すなわち、RF回路のリアクタンスC =80pF、共振器のキャパシタンスC=293pFの場合につき以下で、1次ループ側のリアクタンスの設定方法を説明する。 If the magnetic flux generated is higher, i.e., the reactance C g = 80 pF of RF circuits, the following per case capacitance C = 293pF resonator, illustrating a method of setting the primary loop side reactance.
【0039】 [0039]
図6に示すように、接続リードを含めたアンテナから見たRF回路のリアクタンスはX =+35.55であるので、RF回路のリアクタンスC とアンテナから見たRF回路のリアクタンスX との差により1次ループに直列に接続するキャパシタンスC を次式により求めることができる。 As shown in FIG. 6, the reactance of the RF circuit as viewed from including connection leads antenna is a X g = + 35.55, and the reactance X g for RF circuits as viewed from the reactance C g and the antenna of the RF circuit the capacitance C c connected in series to the primary loop by the difference can be obtained by the following equation.
【0040】 [0040]
−1/ωC =1/ωC X g -1 / ωC c = 1 / ωC g
上式より、C =1/[(1/ωC +X )ω]=1/[(1/2π×13.56×10 ×80×10 −12 )+35.55]×(2π×13.56×10 )≒64pF From the above equation, C c = 1 / [( 1 / ωC g + X g) ω] = 1 / [(1 / 2π × 13.56 × 10 6 × 80 × 10 -12) +35.55] × (2π × 13.56 × 10 6) ≒ 64pF
以上の計算から、磁束を最大とするには、図9に示すように、主要部のキャパシタンスの値として64pF,共振器のキャパシタンスの値として293pFを設定すればよい。 From the above calculation, to maximize the magnetic flux, as shown in FIG. 9, 64PF as the value of the capacitance of the main portion, it may be set to 293pF as the value of the capacitance of the resonator.
【0041】 [0041]
図10は、1次コイル側のリアクタンスがコンデンサである場合に、その1次コイル側に直列に接続したコンデンサの容量C と磁界強度比(上記電圧比V /V に比例)との関係を示す図である。 10, when the reactance of the primary coil side is a capacitor, the capacitance C a and the magnetic field intensity ratio of capacitor connected in series to the primary coil (proportional to the voltage ratio V 1 / V 2) is a graph showing the relationship.
【0042】 [0042]
図10において、各曲線は、所定のK の値に対応している。 10, each curve corresponds to the value of the predetermined K 2. ここで、K =C /C (C は2次コイルの共振コンデンサの容量、C はアンテナの共振周波数がキャリア周波数と一致するときのC の値)である。 Here, K 2 = C b / C 0 (C b is the capacitance of the resonant capacitor of the secondary coil, C 0 is C value of b when the resonance frequency of the antenna coincides with the carrier frequency) is. グラフの尺度が異なるので一概にはいえないが、各K に対応する曲線のピークを結べば図7や図8に対応する図が得られる。 Because scale of the graph is different can not be said sweepingly, corresponding to FIG. 7 and 8 if Musube the peak of the curve corresponding to the K 2 is obtained.
【0043】 [0043]
図11は、1次ループと2次ループとのキャパシタンス比C /C と磁界強度との関係を示す図であり、特に、回路係数としてのコンデンサの容量が取る範囲が従来例と本実施形態とでは異なることを説明する図である。 Figure 11 is a diagram showing a relationship between the capacitance ratio C a / C b and the magnetic field strength between the primary loop and the secondary loop, in particular, a range taken by the capacitance of the capacitor as a circuit coefficient conventional example present it is a diagram illustrating a different in the form. なお、グラフ上の点に対応するC とC の値は、図10の各K において磁界が最大となるC とC である。 The value of C a and C b corresponding to a point on the graph is the C a and C b the magnetic field is maximized at each K 2 in FIG. 10. 従来の場合、1次ループ側に設けられるコンデンサの容量C は、直流カット用のため、一般に数千pF以上である(ここでは1000pFとした)。 For conventional capacitance C a of the capacitor provided in the primary loop side for DC blocking is generally several thousand pF or more (here was 1000pF). これに対し、本実施形態では、上記計算例からも明らかなように、C の代表的な値は数十pFである。 In contrast, in the present embodiment, as is clear from the above calculation example, typical values of C a is several tens of pF. これにより、本実施形態と従来例とでは、1次ループ側に設けられるコンデンサの容量C に1桁以上の開きが生じることがわかる。 Thus, in the present embodiment and the conventional example, it can be seen that one digit or more open to the capacitance C a of the capacitor provided in the primary loop side occurs.
【0044】 [0044]
図12は、本実施形態における回路係数としてのコンデンサの容量が取る範囲を示す図である。 Figure 12 is a diagram showing a range in which capacitance takes the capacitor as a circuit coefficient in the present embodiment.
図13は、磁界強度比と上記K との関係を示す図であり、磁界強度比のピーク値を本実施形態と従来例とで比較している。 Figure 13 is a graph showing the relationship between the magnetic field intensity ratio and the K 2, it compares the peak value of the magnetic field intensity ratio in the present embodiment and the conventional example. 本実施形態では、従来例と比較し、2次ループ側のキャパシタンスに応じて、1次ループ側のキャパシタンスを設定する構成としていることから、磁界強度比として従来の約1.4倍の値が得られる。 In the present embodiment, as compared with the conventional example, according to the capacitance of the secondary loop side, since it has a configuration to set the capacitance of the primary loop side, the conventional approximately 1.4 times the value as the magnetic field intensity ratio can get.
【0045】 [0045]
なお、図1では、C (もしくは対応するリアクタンス成分)、C をアンテナ面と同じ平面に接続しているが、図14に示すように、アンテナと、RF回路が含まれる信号処理回路基板をケーブル等で接続し、この基板上にC 、またはC の少なくとも1つを設置するようにしてもよい(図では、C とC の双方を設置している)。 In FIG. 1, C a (or the corresponding reactance component), but are connected to C b in the same plane as the antenna surface, as shown in FIG. 14, the signal processing circuit board included an antenna, an RF circuit the connected by cable or the like, C a to the substrate or may be installed at least one of the C b, (in the figure, are installed both C a and C b). アンテナを機器、例えば自動販売機等に取り付ける場合、アンテナ周囲には、金属や取り付けパネル等の構成品がある。 The antenna device, when mounting, for example, in a vending machine or the like, around the antenna, there is components, such as metal or mounting panel. そして、それら構成品によってコンデンサの調整スペースがなくなったり、それら構成品の影響でアンテナ特性が変化したりするという問題がある。 The lost or adjustment space of the capacitor by their components, antenna characteristics due to the influence of their components there is a problem that changes or. そこで、上記したC 、C を信号処理回路基板上に設置することにより、コンデンサC 、C の回路係数に対する上記構成品による悪影響を防ぐことができる。 Therefore, the above-mentioned C a, by placing a C b to the signal processing circuit board, it is possible to prevent the adverse effect of the components to the circuit coefficients of the capacitor C a, C b.
【0046】 [0046]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上、説明したように、本発明によれば、本発明のデータ読取装置に備えられたアンテナでは、1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを、2次コイル側のコンデンサの値に基づいて設定するので、通信距離を延ばすことが可能である。 As described above, according to the present invention, in a data read antenna provided in the apparatus of the present invention, the reactance of the reactance circuit of the primary coil is set based on the value of the secondary coil side capacitor since, it is possible to extend the communication distance.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施形態のアンテナを示す図である。 1 is a diagram showing an antenna of an embodiment of the present invention.
【図2】図1のアンテナとそのアンテナの1次ループ側に接続されたRF回路とを示す等価回路から1次ループ側に挿入されるリアクタンスを除いた図である。 2 is a view excluding the reactance to be inserted from the equivalent circuit in the primary loop side shown Figure 1 of the antenna and the RF circuit connected to the primary loop side of the antenna.
【図3】計算例において使用したアンテナの形状を示す図である。 3 is a diagram showing the shape of the antenna used in the calculation example.
【図4】計算例において、アンテナやRF回路に設定した抵抗、インダクタンス等の数値を示す図である。 [4] In the calculation example, the resistance is set to the antenna and RF circuit is a diagram showing the numerical value of the inductance and the like.
【図5】アンテナから見たRF回路側の定数の計算プロセスを説明する図であり、(a)は回路計算ツールによる計算回路を、(b)はその周波数特性の計算結果を、それぞれ示す図である。 [Figure 5] is a view for explaining the calculation process of the RF circuit side constant as viewed from the antenna, (a) shows the diagram showing a calculation circuit by the circuit calculation tool, the (b) the calculation results of the frequency characteristics, respectively it is.
【図6】アンテナ側から見たRF定数を示す図である。 6 is a diagram showing an RF constant as viewed from the antenna side.
【図7】RF回路(電源)のリアクタンスが誘導性の場合において、(a)は電源インダクタンスL と共振キャパシタンスCとの関係を示す図であり、(b)は電源インダクタンスL と入出力電圧比との関係を示す図である。 In [7] When the reactance of the RF circuit (power supply) is induced, (a) is a diagram showing the relationship between the power supply inductance L g and the resonance capacitance C, (b) the source inductance L g O is a graph showing the relationship between the voltage ratio.
【図8】RF回路(電源)のリアクタンスが容量性の場合において、(a)は電源キャパシタンスC と共振キャパシタンスCとの関係を示す図であり、(b)は電源キャパシタンスC と入出力電圧比との関係を示す図である。 [8] In the case reactance of RF circuit (power supply) capacitive, (a) is a diagram showing the relationship between the power supply capacitance C g and the resonant capacitance C, (b) the power supply capacitance C g O is a graph showing the relationship between the voltage ratio.
【図9】計算例の計算結果を示す図である。 9 is a diagram showing a calculation result of the calculation examples.
【図10】1次コイル側のコンデンサの容量C と磁界強度比との関係を示す図である。 It is a diagram showing the relationship between the Figure 10 volume of the primary coil side of the capacitor C a and the magnetic field intensity ratio.
【図11】1次ループと2次ループとのキャパシタンス比C /C と磁界強度との関係を示す図であり、特に、回路係数としてのコンデンサの容量が取る範囲が従来例と本実施形態とでは異なることを説明する図である。 [Figure 11] is a diagram showing a relationship between the capacitance ratio C a / C b and the magnetic field strength between the primary loop and the secondary loop, in particular, a range taken by the capacitance of the capacitor as a circuit coefficient conventional example present it is a diagram illustrating a different in the form.
【図12】本実施形態における回路係数としてのコンデンサの容量が取る範囲を示す図である。 Is a diagram illustrating a range in which capacitance takes the capacitor as the circuit coefficients in [12] this embodiment.
【図13】磁界強度比と上記K との関係を示す図であり、磁界強度比のピーク値を本実施形態と従来例とで比較している図である。 [Figure 13] is a diagram showing the relationship between the magnetic field intensity ratio and the K 2, is a diagram that compares the peak value of the magnetic field intensity ratio in the present embodiment and the conventional example.
【図14】本実施形態のアンテナとそのアンテナの1次ループ側に接続されたRF回路とを含む情報読取装置の構成例である。 14 is a configuration example of the antenna and the information reading apparatus including an RF circuit connected to the primary loop side of the antenna of this embodiment.
【図15】従来例の非接触式ICカードシステムである。 15 is a non-contact type IC card system of prior art.
【図16】従来例のアンテナを示す図である。 16 is a diagram showing an antenna of a conventional example.
【図17】従来例のアンテナとそのアンテナの1次ループ側に接続されたRF回路とを示す等価回路である。 FIG. 17 is an equivalent circuit of an antenna in the conventional example and the RF circuit connected to the primary loop side of the antenna.
【図18】2次ループ側のコンデンサC とアンテナの放射磁界強度との関係を示す図である。 18 is a diagram showing the relationship between the radiation field strength of the secondary loop side of the capacitor C 2 and the antenna.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
10 RF回路11 電源12 抵抗13 インダクタンス20 1次ループ21 抵抗22 インダクタンス30 2次ループ31 抵抗32 インダクタンス33 共振キャパシタンス50 信号処理回路51 増幅器52 ループアンテナ53 検波回路60 カード61 スイッチ70 信号処理回路71 1次ループ72 2次ループ 10 RF circuit 11 power supply 12 resistor 13 inductance 20 primary loop 21 resistance 22 inductance 30 secondary loop 31 resistance 32 inductance 33 resonant capacitance 50 signal processing circuit 51 amplifier 52 loop antenna 53 detection circuit 60 cards 61 switch 70 signal processing circuit 71 1 next loop 72 secondary loop

Claims (10)

  1. 無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置に備えられたアンテナにおいて、 By transmitting and receiving radio signals, the antenna provided in the data reading apparatus for reading the data on the medium to be read,
    信号処理回路から電圧を供給されると共に、コンデンサ及びインダクタの少なくとも1つを含むリアクタンス回路が接続された1次コイルと、 Is supplied a voltage from a signal processing circuit, and a primary coil reactance circuit is connected comprising at least one of capacitors and inductors,
    該1次コイルと相互誘導により結合し、コンデンサが接続された2次コイルとを備え、 Coupled by mutual induction with said primary coil, and a secondary coil which capacitor is connected,
    前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とするアンテナ。 Antenna, characterized in that based on the value of the secondary coil side of the capacitor, setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil side.
  2. 前記2次コイルのコンデンサの値を可変に制御し、該可変に制御された2次コイルのコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項1記載のアンテナ。 Claims wherein the value of the capacitor of the secondary coil variably controlled based on the value of the capacitor of the variable controlled secondary coil, characterized in that setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil antenna of claim 1, wherein.
  3. 前記信号処理回路のリアクタンスと前記アンテナから見た前記信号処理回路のリアクタンスとの差をなくすように、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項1記載のアンテナ。 To eliminate the difference between the reactance of the signal processing circuit as viewed from the reactance of the signal processing circuit antenna, the antenna of claim 1, wherein the setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil .
  4. 無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置において、 By transmitting and receiving radio signals, a data reading apparatus for reading the data on the medium to be read,
    コンデンサ及びインダクタの少なくとも1つを含むリアクタンス回路が設けられた1次コイルと、該1次コイルと相互誘導により結合し、コンデンサが設けられた2次コイルとを有するアンテナと、 A primary coil reactance circuit is provided comprising at least one of capacitors and inductors, coupled by mutual induction with said primary coil, an antenna and a secondary coil which capacitor is provided,
    前記1次コイルに電圧を供給する信号処理回路とを備え、 And a signal processing circuit for supplying a voltage to the primary coil,
    前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とするデータ読取装置。 Based on the value of the secondary coil side of the capacitor, the data reading apparatus characterized by setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil side.
  5. 前記2次コイルのコンデンサの値を可変に制御し、該可変に制御された2次コイルのコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項4記載のデータ読取装置。 Claims wherein the value of the capacitor of the secondary coil variably controlled based on the value of the capacitor of the variable controlled secondary coil, characterized in that setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil data reading apparatus in claim 4 wherein.
  6. 前記信号処理回路のリアクタンスと前記アンテナから見た前記信号処理回路のリアクタンスとの差をなくすように、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項4記載のデータ読取装置。 To eliminate the difference between the reactance of the signal processing circuit as viewed from the reactance of the signal processing circuit antenna, the data according to claim 4, wherein the setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil reader.
  7. 前記1次コイルのリアクタンス回路、及び前記2次コイルのコンデンサの少なくとも1つを前記信号処理装置側に設けたことを特徴とする請求項4記載のデータ読取装置。 The reactance circuit of the primary coil, and a data reading apparatus according to claim 4, characterized in that provided in the signal processing apparatus at least one of the capacitors of the secondary coil.
  8. 無線信号を送受信することによって、被読取媒体上のデータを読み取るデータ読取装置に備えられたアンテナの定数設定方法において、 By transmitting and receiving radio signals, the constant setting method of an antenna provided in the data reading apparatus for reading the data on the medium to be read,
    信号処理回路から電圧を供給されると共に、コンデンサ及びインダクタの少なくとも1つを含むリアクタンス回路が接続された1次コイルと、該1次コイルと相互誘導により結合し、コンデンサが接続された2次コイルとを備える前記アンテナのリアクタンス回路のリアクタンスを、前記2次コイル側のコンデンサの値に基づいて設定したことを特徴とするアンテナの定数設定方法。 It is supplied a voltage from a signal processing circuit, and a primary coil reactance circuit is connected comprising at least one of capacitors and inductors, coupled by mutual induction with said primary coil, secondary coil capacitor is connected wherein the reactance of the reactance circuit of the antenna, constant setting method of the antenna, characterized in that set on the basis of the value of the secondary coil side capacitor comprising and.
  9. 前記2次コイルのコンデンサの値を可変に制御し、 The value of the capacitor of the secondary coil variably controlled,
    該可変に制御された2次コイルのコンデンサの値に基づいて、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項8記載のアンテナの定数設定方法。 The variable, depending on the value of the capacitor controlled secondary coil, constant setting method of an antenna according to claim 8, wherein the setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil side.
  10. 前記信号処理回路のリアクタンスと前記アンテナから見た前記信号処理回路のリアクタンスとの差をなくすように、前記1次コイル側のリアクタンス回路のリアクタンスを設定したことを特徴とする請求項8記載のアンテナの定数設定方法。 To eliminate the difference between the reactance of the signal processing circuit as viewed from the reactance of the signal processing circuit antenna, the antenna of claim 8, wherein the setting the reactance of the reactance circuit of the primary coil constant method of setting.
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