JP2005102185A - Loop antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna where a plurality of loop antenna cells are combined, where the total of magnetic moments generated from the loop antenna cells becomes zero as possible by compensating degradation in balance among the loop antenna cells caused by changes in the operation environment. <P>SOLUTION: The direction of magnetic moment of the signal transmitted to a non-contact type data carrier 3 of a plurality of small loop antenna cells 61, 62, and 63 which couple magnetically with an antenna coil 8 of the non-contact type data carrier 3 is so configured as to be opposite to each other. The sum of magnetic moments generated from all the small loop antenna cells 61-63 becomes zero. A conductor constituting a short ring pattern 67 is arranged to the plurality of small loop antenna cells so that a degradation in balance among the small loop antenna cells 61-63 is compensated with the short ring pattern 67. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はループアンテナ装置に関し、特に、複数のデータキャリアと非接触でデータの送受信を行なう電磁誘導型非接触データキャリアシステムのリーダ/ライタ装置に用いて好適なものである。   The present invention relates to a loop antenna device, and is particularly suitable for use in a reader / writer device of an electromagnetic induction type non-contact data carrier system that transmits / receives data to / from a plurality of data carriers in a non-contact manner.

従来、リーダ/ライタ装置とデータキャリアとからなるデータキャリアシステムにおいては、リーダ/ライタ装置のアンテナ装置からサービスエリアに供給する交番磁界に変調をかけることにより、データやコマンドをデータキャリアに送るようにしている。   Conventionally, in a data carrier system including a reader / writer device and a data carrier, data and commands are sent to the data carrier by modulating the alternating magnetic field supplied to the service area from the antenna device of the reader / writer device. ing.

そして、データキャリアにおいては、上記サービスエリアに供給された交番磁界を、内蔵するコイルで受けることにより発生する起電圧を整流してデータキャリアの動作電源としている。また、上記交番磁界にかけられた変調を復調してリーダ/ライタ装置から送られたデータやコマンドを受け取り、上記コマンドに従ってリーダライタにデータを送信する等の所定の動作を行なうようにしている。   In the data carrier, an electromotive voltage generated by receiving the alternating magnetic field supplied to the service area with a built-in coil is rectified to serve as an operation power source for the data carrier. Further, the modulation applied to the alternating magnetic field is demodulated, data and commands sent from the reader / writer device are received, and predetermined operations such as transmitting data to the reader / writer according to the commands are performed.

このようなデータキャリアシステムにおいては、上記リーダライタから所定のサービスエリアに供給する交番磁界の強度を所定の範囲内に制限するとともに、上記サービスエリアの外部には可及的に弱い磁界しか出ないようにすることが望ましい。   In such a data carrier system, the strength of the alternating magnetic field supplied from the reader / writer to a predetermined service area is limited to a predetermined range, and only the weakest magnetic field is generated outside the service area. It is desirable to do so.

上記サービスエリア内に所定の範囲内の強い交番磁界を供給する必要があるのは自明であるが、上記サービスエリア外に達する交番磁界を可及的に弱くするのが望ましいことは、例えば駅の自動改札システムのように、上述のようなリーダ/ライタ装置を複数個並べて設置したときに、互いの動作に干渉しないようにするため、或いは他の機器に対する悪影響を減らすためである。従来のこの種のアンテナ装置としては、例えば、特許文献1がある。   It is obvious that it is necessary to supply a strong alternating magnetic field within a predetermined range in the service area, but it is desirable to make the alternating magnetic field reaching the outside of the service area as weak as possible. This is because when a plurality of reader / writer devices such as those described above are installed side by side as in an automatic ticket gate system, they do not interfere with each other's operation or reduce adverse effects on other devices. As a conventional antenna device of this type, for example, there is Patent Document 1.

従来は、複数のループアンテナセルを下記の条件で組み合わせて、上述したような要求を満たすようにしていた。   Conventionally, a plurality of loop antenna cells are combined under the following conditions to satisfy the above-described requirements.

Figure 2005102185
ここで、Niは各ループアンテナセルの巻き数、Iiは各ループアンテナセルに流れる電流であり、流れる方向によって正負をつけて扱う。また、Siは各ループアンテナセルの面積であり、「NiIiSi」はi番目のループアンテナセルが発生する磁気モーメントである。
Figure 2005102185
Here, Ni is the number of windings of each loop antenna cell, and Ii is a current flowing through each loop antenna cell, and is handled with positive and negative depending on the flowing direction. Si is the area of each loop antenna cell, and “NiIiSi” is the magnetic moment generated by the i-th loop antenna cell.

上記従来のループアンテナ装置は、各ループアンテナセルのサイズよりも遠くに届く交番磁界を弱くできることを利用していた。このようなループアンテナ装置から発生する交番磁界の強度を測定すると、ループサイズよりも遠ざかると交番磁界の強度が急激に下がることが確認できた。   The above-described conventional loop antenna device utilizes the fact that an alternating magnetic field that reaches farther than the size of each loop antenna cell can be weakened. When the strength of the alternating magnetic field generated from such a loop antenna device was measured, it was confirmed that the strength of the alternating magnetic field suddenly decreased when moving away from the loop size.

特開平10−209737号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-209737

しかしながら、このような作用を安定的に再現するためには、ループアンテナ装置が単体で測定環境に設置されているときだけである。すなわち、上述のように、ループサイズよりも遠ざかると交番磁界の強度が急激に下がるように設計されたループアンテナ装置であっても、周囲の環境の影響で各ループアンテナセル間のバランスが崩れると、ループサイズよりも遠ざかった位置まで強い磁界が届いてしまう問題があった。   However, in order to stably reproduce such an action, it is only when the loop antenna device is installed alone in the measurement environment. That is, as described above, even if the loop antenna device is designed so that the strength of the alternating magnetic field rapidly decreases when the distance is larger than the loop size, the balance between the loop antenna cells is lost due to the influence of the surrounding environment. There is a problem that a strong magnetic field reaches a position far from the loop size.

すなわち、ループアンテナ装置における各ループアンテナセル間のバランスは、アンテナの近くに金属等が非対称に設置されると、上記金属に誘導電流が流れて磁界が発生することにより崩れてしまうことがある。このため、ループアンテナ装置をリーダ/ライタ装置に組み込むときに、各ループアンテナセル間のバランスが崩れてしまう問題があった。   That is, the balance between the loop antenna cells in the loop antenna device may be disrupted when a metal or the like is installed asymmetrically near the antenna and an induced current flows through the metal to generate a magnetic field. For this reason, when the loop antenna device is incorporated in the reader / writer device, there is a problem that the balance between the loop antenna cells is lost.

また、例えバランスよくリーダ/ライタ装置にループアンテナ装置を組み込んだ場合であっても、上記リーダ/ライタ装置を設置する際に、ループアンテナ装置の周囲環境まで含めてバランスを取るのは、実質上は不可能であった。   Even if the loop antenna device is incorporated in the reader / writer device in a well-balanced manner, when the reader / writer device is installed, the balance including the surrounding environment of the loop antenna device is substantially effective. Was impossible.

また、タグを特定のアンテナセル上に置いたときに、タグのコイルに流れる誘導電流によっても、各ループアンテナセル間のバランスが上述の場合と同様に崩れてしまう問題があった。すなわち、複数のループアンテナセルを組み合わせて磁気モーメントの総和を「0」にする調整を行っただけでは、各ループアンテナセル間のバランスが運用中に崩れてしまいやすい問題があった。   In addition, when the tag is placed on a specific antenna cell, there is a problem that the balance between the loop antenna cells is broken as in the case described above due to the induced current flowing in the coil of the tag. That is, there is a problem that the balance between the loop antenna cells is likely to be lost during operation only by adjusting the sum of the magnetic moments to “0” by combining a plurality of loop antenna cells.

本発明は上述の問題点にかんがみ、複数の小ループアンテナセルを組み合わせたループアンテナ装置において、動作環境の変化により生じる各ループアンテナセル間のバランスの崩れを補償して、各ループアンテナセルから発生する磁気モーメントの総和を常に最小限に低減できるようにすることを目的とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention compensates for a loss of balance between the loop antenna cells caused by a change in the operating environment in a loop antenna device in which a plurality of small loop antenna cells are combined. The object is to always reduce the sum of the magnetic moments to be minimized.

本発明のループアンテナ装置は、非接触型のデータキャリアのアンテナコイルと磁気的に結合する複数個の小ループアンテナセルを有し、上記非接触型のデータキャリアへ信号を送信するループアンテナ装置において、上記複数個の小ループアンテナセルは、上記非接触型のデータキャリアへ送信する信号の磁気モーメントの方向が相互に逆向きとなるように構成されていて、総ての小ループアンテナセルから発生される磁気モーメントの和が0となるように構成されているとともに、上記複数個の小ループアンテナセル全体に対してまとめてショートリングを構成する導体が配設されていることを特徴としている。   The loop antenna apparatus of the present invention includes a plurality of small loop antenna cells that are magnetically coupled to an antenna coil of a non-contact type data carrier, and transmits a signal to the non-contact type data carrier. The plurality of small loop antenna cells are configured such that the directions of magnetic moments of signals transmitted to the non-contact type data carrier are opposite to each other, and are generated from all the small loop antenna cells. The sum of the magnetic moments is set to 0, and the conductors constituting the short ring are arranged for the whole of the plurality of small loop antenna cells.

また、本発明の他の特徴とするところは、上記複数個の小ループアンテナセルを構成する導体、及び上記ショートリングを構成する導体は基板上に積層されて構成されていることを特徴としている。   Another feature of the present invention is characterized in that the conductors constituting the plurality of small loop antenna cells and the conductors constituting the short ring are laminated on a substrate. .

また、本発明のその他の特徴とするところは、上記複数個の小ループアンテナセルのそれぞれには、各小ループアンテナセルからから放射される電界成分を減らすための電界シールド用導体が配設されていて、上記電界シールド用導体の各々にはショートリングが構成されるのを防止するためのギャップが形成されていることを特徴としている。   Another feature of the present invention is that each of the plurality of small loop antenna cells is provided with an electric field shielding conductor for reducing an electric field component radiated from each small loop antenna cell. Each of the electric field shielding conductors is characterized in that a gap for preventing a short ring from being formed is formed.

本発明によれば、非接触型のデータキャリアのアンテナコイルと磁気的に結合する複数個の小ループアンテナセルを有し、上記非接触型のデータキャリアへ信号を送信するループアンテナ装置において、上記複数個の小ループアンテナセルを、上記非接触型のデータキャリアへ送信する信号の磁気モーメントの方向が相互に逆向きとなるように構成して、総ての小ループアンテナセルから発生される磁気モーメントの和が0となるように構成するとともに、上記複数個の小ループアンテナセルに対してショートリングを構成する導体を配設したので、周囲の環境の影響で各ループアンテナセル間のバランスが崩れた場合は、上記ショートリングを構成する導体に誘導電流が流れ、この誘導電流によって発生する磁界により、各ループアンテナセル間のバランスの崩れを補償することができる。これにより、アンテナの近くに金属等が非対称に設置されたり、データキャリアが特定のアンテナセル上に置かれたりしても、複数のループアンテナセルを組み合わせて磁気モーメントの総和を「0」にするようにしたループアンテナ装置において、各ループアンテナセル間のバランスが運用中に崩れた場合でも良好に補償して不要な電磁波が遠方に放射されてしまうのを防止することができる。   According to the present invention, in a loop antenna apparatus having a plurality of small loop antenna cells that are magnetically coupled to an antenna coil of a non-contact type data carrier and transmitting a signal to the non-contact type data carrier, A plurality of small loop antenna cells are configured such that the directions of magnetic moments of signals transmitted to the non-contact type data carrier are opposite to each other, so that the magnetism generated from all the small loop antenna cells Since the sum of moments is set to 0, and a conductor that forms a short ring is provided for the plurality of small loop antenna cells, the balance between the loop antenna cells is influenced by the surrounding environment. When collapsed, an induced current flows through the conductor constituting the short ring, and each loop antenna is caused by a magnetic field generated by the induced current. It is possible to compensate for the imbalance between Le. As a result, even if a metal or the like is placed asymmetrically near the antenna or the data carrier is placed on a specific antenna cell, the sum of the magnetic moments is set to “0” by combining a plurality of loop antenna cells. In such a loop antenna device, even when the balance between the loop antenna cells is lost during operation, it is possible to compensate well and prevent unnecessary electromagnetic waves from being radiated far away.

次に、添付図面を参照しながら本発明のループアンテナ装置の実施の形態を説明する。   Next, an embodiment of a loop antenna device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施の形態のループアンテナ装置が用いられる状況の一例を示し、リーダ/ライタ装置2のサービスエリアSAにデータキャリア3を近づけている様子を示している。   FIG. 1 shows an example of a situation in which the loop antenna device of the present embodiment is used, and shows a state where the data carrier 3 is brought close to the service area SA of the reader / writer device 2.

図2に示すように、本実施の形態の送信ループアンテナ装置は、基板60上に第1の小ループコイル61、第2の小ループコイル62、第3の小ループコイル63の3個の小ループコイルが形成されている。本発明のループアンテナ装置においては、更に多くの小ループコイルを有する構造に適用することも可能である。   As shown in FIG. 2, the transmission loop antenna apparatus according to the present embodiment includes three small loop coils 61, a second small loop coil 62, and a third small loop coil 63 on a substrate 60. A loop coil is formed. The loop antenna device of the present invention can be applied to a structure having more small loop coils.

上記第1の小ループコイル61は、上記第2の小ループコイル62及び第3の小ループコイル63の2倍の面積で構成されている。また、図2に示したように、上記第1の小ループコイル61で発生する交番磁界61aと、上記第2の小ループコイル62及び第3の小ループコイル63で発生する交番磁界62a、63aとは向きが逆になっている。   The first small loop coil 61 has an area twice that of the second small loop coil 62 and the third small loop coil 63. Further, as shown in FIG. 2, the alternating magnetic field 61a generated by the first small loop coil 61, and the alternating magnetic fields 62a and 63a generated by the second small loop coil 62 and the third small loop coil 63. The direction is reversed.

また、図3に示すように、上記第1〜第3の小ループコイル61、62、63上には電界シールド64〜66が配設されている。これらの電界シールド64〜66は、上記第1〜第3の小ループコイル61、62、63から放射される電界成分をシールドするために配設されているものである。   As shown in FIG. 3, electric field shields 64 to 66 are disposed on the first to third small loop coils 61, 62, and 63. These electric field shields 64 to 66 are disposed to shield electric field components radiated from the first to third small loop coils 61, 62, and 63.

すなわち、各小ループコイル61、62、63からは電界及び磁界という形で高周波電力信号が放射される。しかし、データキャリアシステムにおける動作や通信に必要となるのは磁界成分であり、電界成分は他のリーダライタとデータキャリア間の通信や、他の無線装置における通信の妨げになるので好ましくない。   That is, a high frequency power signal is radiated from each small loop coil 61, 62, 63 in the form of an electric field and a magnetic field. However, a magnetic field component is necessary for the operation and communication in the data carrier system, and the electric field component is not preferable because it hinders communication between another reader / writer and the data carrier and communication in another wireless device.

そこで、図3に示すように、本実施の形態においては上記第1の小ループコイル61に対して第1の電界シールド用導体64を、第2の小ループコイル62に対して第2の電界シールド用導体65を、第3の小ループコイル63に対して第3の電界シールド用導体66をそれぞれ配設している。図示しないが、第1の電界シールド用導体64、65、66と各小ループコイル61、62、63の間には、電気絶縁層を介在させて電気的に絶縁している。   Therefore, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, a first electric field shielding conductor 64 is provided for the first small loop coil 61, and a second electric field is provided for the second small loop coil 62. The shield conductor 65 and the third electric field shield conductor 66 are arranged for the third small loop coil 63, respectively. Although not shown, the first electric field shield conductors 64, 65, 66 and the small loop coils 61, 62, 63 are electrically insulated by interposing an electric insulating layer.

上記第1の電界シールド用導体64にはギャップ64aが設けられており、第2の電界シールド用導体65にはギャップ65aが設けられており、第3の電界シールド用導体66にはギャップ66aが設けられている。   The first electric field shield conductor 64 is provided with a gap 64a, the second electric field shield conductor 65 is provided with a gap 65a, and the third electric field shield conductor 66 is provided with a gap 66a. Is provided.

これにより、上記第1の小ループコイル61〜第3の小ループコイル63から放射される電磁波において、電界成分は上記第1の電界シールド用導体64〜第3の電界シールド用導体66によって遮蔽し、磁界成分の発生に対しては上記ギャップ64a、65a及び66aを設けて妨害しないようにしている。   Thereby, in the electromagnetic waves radiated from the first small loop coil 61 to the third small loop coil 63, the electric field component is shielded by the first electric field shield conductor 64 to the third electric field shield conductor 66. The gaps 64a, 65a and 66a are provided to prevent the occurrence of magnetic field components.

さらに、上記電界シールド用導体64、65、66に重ねてショートリングパターン67が配設されている。上記ショートリングパターン67は上記3つの小ループコイル61、62、63に対してはまとめてショートリングのパターンとなっている。また、図示しないが、電界シールド用導体64、65、66とショートリングパターン67の間には、電気絶縁層を配置している。   Further, a short ring pattern 67 is disposed so as to overlap the electric field shielding conductors 64, 65 and 66. The short ring pattern 67 is a short ring pattern for the three small loop coils 61, 62, 63. Although not shown, an electric insulation layer is disposed between the electric field shield conductors 64, 65 and 66 and the short ring pattern 67.

上記ショートリングパターン67は、ギャップ67a、67bを有しているため、上記3つの小ループコイル61、62、63それぞれの個別に対してはショートリングになっていない。このため、上記3つの小ループコイル61、62、63間のバランスが崩れた場合には上記ショートリングパターン67に誘導電流が流れて磁界が発生して、ループアンテナ装置全体としての磁気モーメントが0になるようにしている。   Since the short ring pattern 67 has gaps 67a and 67b, it is not a short ring for each of the three small loop coils 61, 62 and 63. For this reason, when the balance between the three small loop coils 61, 62, 63 is lost, an induced current flows through the short ring pattern 67 to generate a magnetic field, and the magnetic moment of the entire loop antenna device is zero. It is trying to become.

すなわち、本実施の形態のループアンテナ装置においては、データキャリアシステムにおける動作や通信において妨げとなる電界成分の放射を可及的に少なくして、データキャリアとの間において良好な通信を行なうことができるようにしている。また、複数のループアンテナセル61,62,63を組み合わせたループアンテナ装置の外周にシールドを兼ねたショートリングパターン67を設けている。   That is, in the loop antenna device of the present embodiment, it is possible to perform good communication with the data carrier by reducing the radiation of the electric field component that hinders the operation and communication in the data carrier system as much as possible. I can do it. Further, a short ring pattern 67 that also serves as a shield is provided on the outer periphery of a loop antenna device in which a plurality of loop antenna cells 61, 62, 63 are combined.

すなわち、本実施の形態のループアンテナ装置の場合には、複数のループアンテナセル61,62,63から放射される磁気モーメントの総和は「0」になっているため、外周のシールドを兼ねたショートリングパターン67には本来は電流が流れない。   That is, in the case of the loop antenna device of the present embodiment, since the sum of the magnetic moments radiated from the plurality of loop antenna cells 61, 62, 63 is “0”, a short circuit that also serves as an outer shield. Originally, no current flows through the ring pattern 67.

ところが、周囲に金属等がきて各小ループアンテナセル61〜63間のバランスが崩れると、上記ショートリングパターン67に電流が誘導されて磁界を発生し、この発生した磁界により全体のバランスが崩れるのを補正するように作用させている。これは、特定のアンテナセルの上にデータキャリアがきたことにより、全体のバランスが崩れた場合も同様である。   However, when a metal or the like comes around and the balance between the small loop antenna cells 61 to 63 is lost, a current is induced in the short ring pattern 67 to generate a magnetic field, and the generated magnetic field causes the overall balance to be lost. It works to correct. The same applies to the case where the overall balance is lost due to the arrival of the data carrier on a specific antenna cell.

すなわち、本実施の形態においては、複数のループアンテナセル61〜63を組み合わせて、総てのループアンテナセルから発生する磁気モーメントの和を0にするとともに、外周にシールドを兼ねたショートリングパターン67を設けることで、近傍には強い磁界を供給し、遠方には弱い磁界しか出さないループアンテナの特性が設置時に金属やデータキャリアが近づいてバランスが崩れた場合でも維持できる効果がある。また、特定のアンテナセルにデータキャリアが集中して多数近づいてそのアンテナセル領域の磁界強度が変化する変化巾を抑える効果を得ることができる。   That is, in the present embodiment, a plurality of loop antenna cells 61 to 63 are combined so that the sum of magnetic moments generated from all the loop antenna cells is zero, and the short ring pattern 67 also serves as a shield on the outer periphery. By providing the loop antenna, there is an effect that the characteristics of the loop antenna that supplies a strong magnetic field in the vicinity and emits a weak magnetic field in the distance can be maintained even when the balance is lost due to a metal or data carrier approaching at the time of installation. In addition, it is possible to obtain an effect of suppressing a change width in which a large number of data carriers concentrate on a specific antenna cell and the magnetic field strength in the antenna cell region changes.

図5に、本実施の形態のループアンテナ装置の分解斜視図を示す。図5に示したように、本実施の形態のループアンテナ装置は、基板60上に第1の小ループコイル61、第2の小ループコイル62及び第3の小ループコイル63を形成して複数のループアンテナを構成している。   FIG. 5 shows an exploded perspective view of the loop antenna device of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the loop antenna device of the present embodiment includes a plurality of first small loop coils 61, second small loop coils 62, and third small loop coils 63 formed on a substrate 60. The loop antenna is configured.

また、上記複数のループアンテナの上側及び下側に電界シールドを兼ねたショートリング67を設けている。また、上述した実施の形態のループアンテナ装置においては、上記ショートリングパターン67が電界シールドの効果も有しているので、図5の分解斜視図においては電界シールド64〜66を省略している。   Further, short rings 67 that also serve as electric field shields are provided above and below the plurality of loop antennas. Further, in the loop antenna device of the above-described embodiment, the short ring pattern 67 also has the effect of electric field shielding, so the electric field shields 64 to 66 are omitted in the exploded perspective view of FIG.

また、図5に記載の実施例における、基板60の小ループコイル61,62,63が形成された面と反対側のショートリングパターン67を、基板60と小ループコイル61,62,63の間に位置を変えて配置することも可能である。この場合も上述のように、小ループコイル61,62,63と各ショートリングパターン67の間に電気絶縁層を配置する。   Further, in the embodiment shown in FIG. 5, the short ring pattern 67 on the opposite side of the surface of the substrate 60 on which the small loop coils 61, 62, 63 are formed, It is also possible to arrange them at different positions. Also in this case, as described above, an electrical insulating layer is disposed between the small loop coils 61, 62, 63 and each short ring pattern 67.

次に、図6を参照しながら本実施の形態のループアンテナ装置を使用したデータキャリアシステムの一例を説明する。   Next, an example of a data carrier system using the loop antenna device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

リーダライタ2では、ホスト1などからのデータがCPU15で処理されて送信回路12へ送られる。この送信回路12には、一定振幅の高周波信号が発振回路11から供給されており、この高周波信号が上記データで変調されて変調高周波信号が出力される。   In the reader / writer 2, data from the host 1 or the like is processed by the CPU 15 and sent to the transmission circuit 12. The transmission circuit 12 is supplied with a high-frequency signal having a constant amplitude from the oscillation circuit 11, and the high-frequency signal is modulated with the data and a modulated high-frequency signal is output.

この変調高周波信号がドライバ13を介して、基板60上に構成された送信コイル6に送られる。上記送信コイル6を、本実施の形態においては第1の小ループコイル61、第2の小ループコイル62及び第3の小ループコイル63によって構成している。   This modulated high-frequency signal is sent to the transmission coil 6 formed on the substrate 60 via the driver 13. The transmission coil 6 is constituted by a first small loop coil 61, a second small loop coil 62, and a third small loop coil 63 in the present embodiment.

上記リーダライタ2には、データキャリア3が接近しており、リーダライタ2の送信コイル6と上記データキャリア3のアンテナコイル8とが電磁結合されている。そのため、データキャリア3においては、リーダライタ2の送信コイル6からデータキャリア3のアンテナコイル8を介して変調高周波信号が送受信回路4に供給される。   The data carrier 3 is close to the reader / writer 2, and the transmission coil 6 of the reader / writer 2 and the antenna coil 8 of the data carrier 3 are electromagnetically coupled. Therefore, in the data carrier 3, a modulated high frequency signal is supplied to the transmission / reception circuit 4 from the transmission coil 6 of the reader / writer 2 via the antenna coil 8 of the data carrier 3.

この変調高周波信号は、整流回路21で整流され、電源回路22に供給されてデータキャリア3の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。また、アンテナコイル8の出力信号は受信回路23にも供給され、この部分でデータが復調されてCPU5に供給される。CPU5は、タイミング回路25及びリセット回路26の出力に基づいて動作し、供給されるデータを処理して所定のものを図示しないメモリに書き込む。   This modulated high-frequency signal is rectified by the rectifier circuit 21 and supplied to the power supply circuit 22 to generate a predetermined power supply voltage necessary for each part of the data carrier 3. The output signal of the antenna coil 8 is also supplied to the receiving circuit 23, where the data is demodulated and supplied to the CPU 5. The CPU 5 operates based on the outputs of the timing circuit 25 and the reset circuit 26, processes the supplied data, and writes predetermined data in a memory (not shown).

最後に、データキャリア3からリーダライタ2へデータが送信される場合、すなわち受信モードについて説明する。   Finally, a case where data is transmitted from the data carrier 3 to the reader / writer 2, that is, a reception mode will be described.

リーダライタ2の送信回路12からは、無変調で一定振幅の高周波信号が出力され、ドライバ13、送信コイル6、アンテナコイル8を介してデータキャリア3に送られる。   From the transmission circuit 12 of the reader / writer 2, a high-frequency signal with no modulation and a constant amplitude is output and sent to the data carrier 3 through the driver 13, the transmission coil 6 and the antenna coil 8.

このとき、リーダライタ2にはデータキャリア3が接近しており、リーダライタ2の送信コイル6とデータキャリア3のアンテナコイル8とが磁気結合されている。そのため、データキャリア3においては、リーダライタ2の送信コイル6からデータキャリア3のアンテナコイル8を介して高周波信号が送受信回路4に供給される。この高周波信号は、整流回路21で整流され、電源回路22に供給されてデータキャリア3の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。   At this time, the data carrier 3 is approaching the reader / writer 2, and the transmission coil 6 of the reader / writer 2 and the antenna coil 8 of the data carrier 3 are magnetically coupled. Therefore, in the data carrier 3, a high frequency signal is supplied from the transmission coil 6 of the reader / writer 2 to the transmission / reception circuit 4 via the antenna coil 8 of the data carrier 3. The high-frequency signal is rectified by the rectifier circuit 21 and supplied to the power supply circuit 22 to generate a predetermined power supply voltage necessary for each part of the data carrier 3.

一方、データキャリア3においては、図示しないメモリから読み出されたデータがCPU5で処理されて送信回路24に供給される。送信回路24は、例えば負荷抵抗とスイッチとからなり、データの“1”、“0”ビットに応じてこのスイッチがオン、オフする。このように送信回路24のスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル8に対する負荷が変動する。   On the other hand, in the data carrier 3, data read from a memory (not shown) is processed by the CPU 5 and supplied to the transmission circuit 24. The transmission circuit 24 is composed of, for example, a load resistor and a switch, and this switch is turned on and off according to the “1” and “0” bits of data. When the switch of the transmission circuit 24 is turned on and off in this way, the load on the antenna coil 8 varies.

このため、リーダライタ2においては、受信コイル7に流れる高周波電流の振幅が変動する。すなわち、この高周波電流は、データキャリア3のCPU5から送信回路24に供給されるデータによって振幅変調される。この変調高周波信号が受信回路14で復調されてデータが得られる。このデータはCPU15で処理されて、ホスト1などに送られる。   For this reason, in the reader / writer 2, the amplitude of the high-frequency current flowing through the receiving coil 7 varies. That is, the high frequency current is amplitude-modulated by data supplied from the CPU 5 of the data carrier 3 to the transmission circuit 24. The modulated high frequency signal is demodulated by the receiving circuit 14 to obtain data. This data is processed by the CPU 15 and sent to the host 1 or the like.

ところで、このデータキャリア3の用途としては、クレジットカードや電子マネーのように、一度に1枚のカードを取り扱うものの他に、書籍の管理や商品在庫管理のように、複数の本または商品にデータキャリア3を1枚ずつ取り付け、これらの本または商品の情報をリーダライタ2で読み取る、あるいはこれらの本または商品の中から特定のものを検索するといったように、一度に複数のカードを取り扱う場合がある。   By the way, the data carrier 3 can be used for data on a plurality of books or products, such as book management and product inventory management, in addition to handling one card at a time, such as credit cards and electronic money. There are cases in which a plurality of cards are handled at a time, such as attaching the carrier 3 one by one and reading the information of these books or products with the reader / writer 2 or searching for a specific one of these books or products. is there.

このような場合には、データキャリア3を小さくし、リーダライタ2の送受信コイル6,7を大きくする必要がある。また、データキャリア3を小さくした場合、当然に内蔵されているアンテナコイル8も小さくなるので、データキャリア3を動作させるのに必要な電力を供給するためには、リーダライタ2の送信コイル6に発生させる磁界強度を強くする必要がある。   In such a case, it is necessary to reduce the data carrier 3 and increase the transmission / reception coils 6 and 7 of the reader / writer 2. Further, when the data carrier 3 is reduced, the built-in antenna coil 8 is naturally reduced. Therefore, in order to supply power necessary for operating the data carrier 3, the transmitter coil 6 of the reader / writer 2 is supplied. It is necessary to increase the strength of the generated magnetic field.

その反面において、上述したようにサービスエリアSA外には不要な電磁波が放射されないようにする必要がある。本実施の形態の送信コイル6は、上述したように、複数のループアンテナセル61〜63を組み合わせて、総てのループアンテナセルから発生する磁気モーメントの和を0にするとともに、外周にシールドを兼ねたショートリングパターン67を設けている。   On the other hand, as described above, it is necessary to prevent unnecessary electromagnetic waves from being emitted outside the service area SA. As described above, the transmission coil 6 according to the present embodiment combines a plurality of loop antenna cells 61 to 63 to reduce the sum of magnetic moments generated from all the loop antenna cells to 0 and to provide a shield on the outer periphery. A short ring pattern 67 is also provided.

これにより、近傍には強い磁界を供給し、遠方には弱い磁界しか出さないループアンテナの特性が設置時に金属やデータキャリアが近づいてバランスが崩れても維持することができるので、上述したような要求を十分に満足させることができる。   As a result, the characteristics of a loop antenna that supplies a strong magnetic field in the vicinity and emits a weak magnetic field in the distance can be maintained even when the metal or data carrier approaches and loses balance during installation. The request can be fully satisfied.

以下に、具体的な効果の測定例を示す。   Hereinafter, measurement examples of specific effects will be shown.

図7に示すように、60mm×120mmのループコイル71,72を並列に並べる。ここで、第1のループコイル71、及び第2のループコイル72の「巻き数は15T」であり、「インダクタンスL値は130μH」であり、「Q値は33」である。これらの値はショートリングの有無によらず一定である。また、「測定周波数は125KHz」であり、中心点でバランスが取れているところの検出点73の磁界が0点のところで磁界を検出する。   As shown in FIG. 7, 60 mm × 120 mm loop coils 71 and 72 are arranged in parallel. Here, the “number of windings” of the first loop coil 71 and the second loop coil 72 is 15 T, the “inductance L value is 130 μH”, and the “Q value is 33”. These values are constant regardless of the presence or absence of a short ring. Further, “the measurement frequency is 125 KHz”, and the magnetic field is detected when the magnetic field at the detection point 73 that is balanced at the center point is zero.

そして、ショートリングパターンが無いときに、第1のループコイル71側の20mm下方位置に、40mm角で、厚さが1mmのアルミ板74を置くと、第1のループコイル71とバランスが崩れて磁界が検出されるようになる。   And, when there is no short ring pattern, if a 40 mm square aluminum plate 74 having a thickness of 1 mm is placed 20 mm below the first loop coil 71 side, the balance with the first loop coil 71 is lost. A magnetic field is detected.

図8は、ショートリングパターンが有る場合に、ループアンテナ間のバランスが崩れたときに発生する磁界の強度を検出する実験例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing an experimental example for detecting the strength of the magnetic field generated when the balance between the loop antennas is lost when there is a short ring pattern.

図8に示したように、ショートリングパターン75が有るときにも、第1のループコイル71側の下20mmに40mm角のアルミ板1mm厚さを置くと、第1のループコイル71と第2のループコイル72とのバランスが崩れて磁界が検出されるようになるが、検出点での磁界強度はショートリングパターンを付けなかった場合の半分に押さえられていてバランスの崩れが少なくなっていることが確認できた。   As shown in FIG. 8, even when the short ring pattern 75 is present, if the 1 mm thickness of a 40 mm square aluminum plate is placed 20 mm below the first loop coil 71 side, The balance with the loop coil 72 is lost and the magnetic field is detected, but the magnetic field intensity at the detection point is suppressed to half that when the short ring pattern is not attached, and the balance is less lost. I was able to confirm.

また、実験の結果によれば同じコイルであっても、一方のアンテナセル側だけにデータキャリアを10個置いた場合も、左右からの磁界強度比はショートリングパターン無しでは、「100:100→92:100」となる。   Further, according to the experimental results, even when the same coil is used and 10 data carriers are placed only on one antenna cell side, the magnetic field strength ratio from the left and right is “100: 100 → 92: 100 ".

一方、ショートリングパターン付の場合には、「100:100→96:100」となる。これらの結果から明らかなように、ショートリングパターン付の方がバランスの崩れが小さくなっているのが分かる。   On the other hand, when the short ring pattern is provided, “100: 100 → 96: 100”. As is clear from these results, it can be seen that the balance loss is smaller with the short ring pattern.

本発明の実施の形態を示し、ループアンテナ装置のサービスエリアにデータキャリアを近づけている様子を示す図である。It is a figure which shows embodiment of this invention and shows a mode that the data carrier is brought close to the service area of a loop antenna apparatus. 本発明の実施の形態のループアンテナ装置を示し、3つの小ループコイルを基板上に配設している様子を示す図である。It is a figure which shows the loop antenna apparatus of embodiment of this invention, and shows a mode that three small loop coils are arrange | positioned on the board | substrate. 3つの小ループコイル上に電界シールド用導体を配設している様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the conductor for electric field shielding is arrange | positioned on three small loop coils. アンテナコイルパターン上にショートリングパターンを配設している様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the short ring pattern is arrange | positioned on the antenna coil pattern. 実施の形態の変形例を示し、ループアンテナ装置の主要な構成を説明するための分解斜視図である。It is a disassembled perspective view for demonstrating the modification of embodiment and demonstrating the main structures of a loop antenna apparatus. データキャリアシステムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a data carrier system. ショートリングパターンが無い場合に、ループアンテナ間のバランスが崩れたときに発生する磁界の強度を検出する実験例を示す図である。It is a figure which shows the experiment example which detects the intensity | strength of the magnetic field generated when the balance between loop antennas collapses when there is no short ring pattern. ショートリングパターンが有る場合に、ループアンテナ間のバランスが崩れたときに発生する磁界の強度を検出する実験例を示す図である。It is a figure which shows the experiment example which detects the intensity | strength of the magnetic field generate | occur | produced when the balance between loop antennas collapses when there exists a short ring pattern.

符号の説明Explanation of symbols

1 ホスト
2 リーダ/ライタ装置
3 データキャリア
4 送受信回路
5 CPU
6 送信コイル
7 受信コイル
8 アンテナコイル
11 発振回路
12 送信回路
13 ドライバ
15 CPU
21 整流回路
22 電源回路
23 受信回路
24 送信回路
25 タイミング回路
26 リセット回路
60 基板
61 第1の小ループコイル
62 第2の小ループコイル
63 第3の小ループコイル
64 第1の電界シールド用導体
64a ギャップ
65 第2の電界シールド用導体
65a ギャップ
66 第3の電界シールド用導体
66a ギャップ
67 ショートリングパターン
67a ギャップ
67b ギャップ
1 Host 2 Reader / Writer Device 3 Data Carrier 4 Transmission / Reception Circuit 5 CPU
6 Transmission coil 7 Reception coil 8 Antenna coil 11 Oscillation circuit 12 Transmission circuit 13 Driver 15 CPU
21 rectifier circuit 22 power supply circuit 23 reception circuit 24 transmission circuit 25 timing circuit 26 reset circuit 60 substrate 61 first small loop coil 62 second small loop coil 63 third small loop coil 64 first electric field shielding conductor 64a Gap 65 Second electric field shield conductor 65a Gap 66 Third electric field shield conductor 66a Gap 67 Short ring pattern 67a Gap 67b Gap

Claims (3)

非接触型のデータキャリアのアンテナコイルと磁気的に結合する複数個の小ループアンテナセルを有し、上記非接触型のデータキャリアへ信号を送信するループアンテナ装置において、
上記複数個の小ループアンテナセルは、上記非接触型のデータキャリアへ送信する信号の磁気モーメントの方向が相互に逆向きとなるように構成されていて、総ての小ループアンテナセルから発生される磁気モーメントの和が0となるように構成されているとともに、上記複数個の小ループアンテナセル全体に対してまとめてショートリングを構成する導体が配設されていることを特徴とするループアンテナ装置。
In a loop antenna device having a plurality of small loop antenna cells magnetically coupled to an antenna coil of a non-contact type data carrier, and transmitting a signal to the non-contact type data carrier,
The plurality of small loop antenna cells are configured such that directions of magnetic moments of signals transmitted to the non-contact type data carrier are opposite to each other, and are generated from all the small loop antenna cells. A loop antenna characterized in that the sum of the magnetic moments is zero, and a conductor constituting a short ring is arranged for all the plurality of small loop antenna cells. apparatus.
上記複数個の小ループアンテナセルを構成する導体、及び上記ショートリングを構成する導体は基板上に積層されて構成されていることを特徴とする請求項1に記載のループアンテナ装置。   2. The loop antenna device according to claim 1, wherein the conductor constituting the plurality of small loop antenna cells and the conductor constituting the short ring are laminated on a substrate. 上記複数個の小ループアンテナセルのそれぞれには、各小ループアンテナセルからから放射される電界成分を減らすための電界シールド用導体が配設されていて、上記電界シールド用導体の各々にはショートリングが構成されるのを防止するためのギャップが形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のループアンテナ装置。
Each of the plurality of small loop antenna cells is provided with an electric field shield conductor for reducing an electric field component radiated from each small loop antenna cell, and each of the electric field shield conductors is short-circuited. The loop antenna device according to claim 1, wherein a gap for preventing the ring from being formed is formed.
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