JP2007013662A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化及び薄型化を可能とするとともに、通信機能付き電子機器との通信距離を大きくする。
【解決手段】 通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型のＩＣカード用のアンテナ装置６０において、上記誘導結合を行うための平面状に導線が巻線されたループコイル６１と、ループコイル６１の一方の側に設けられた一方の領域６１ａを一方の面から覆うとともに、ループコイル６１内を挿通して、ループコイル６１の他方の側に設けられた他方の領域６１ｂを他方の面から覆う磁性体６２とを備え、ループコイル６１は、磁性体６２に一方及び他方の面から覆われることで全領域を覆われる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通信機能を備えた電子機器により電磁場を誘導結合することによりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型のＩＣカード用のアンテナ装置に関する。

近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のＩＣカードやＩＣタグ等を用いた、いわゆるＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。このＲＦＩＤシステムは、図１４に模式的に示すように、非接触式ＩＣカード１００と、このＩＣカード１００に対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタ１０１とから構成されている。このＲＦシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２から磁束が放射されると、放射された磁束が誘導結合によってＩＣカード１００側のループアンテナ１０３と磁気的に結合し、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との間で通信が行われる。

このようなＲＦＩＤシステムでは、従来の接触型ＩＣカードシステムのように、リーダライタに対してＩＣカードを装填したり金属接点を接触させたりする手間が省け、簡易且つ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。

このＲＦＩＤシステムでは、電磁誘導によりリーダライタ１０１からＩＣカード１００に対して必要な電力の供給が行われるため、ＩＣカード内に電池等の電源を持つ必要がなく、構成を簡素化でき低価格で信頼性の高いＩＣカードを提供することができる。

しかしながら、ＩＣカードに搭載される通信周波数１３．５６ＭＨｚのＩＣタグが金属の周辺にあると、その影響を受けて、通信がうまくいかない場合がある。電磁誘導方式で通信する１３．５６ＭＨｚでは、金属が近くにあるとその金属の影響を受けてインダクタンスが変化することによる共振周波数のずれや、磁束変化などから、電力確保ができなくなる。

そこで、上述したＲＦＩＤシステムでは、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ１０３をＩＣカード１００側に設ける必要がある。

ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナへの影響を低減しうる従来技術としては、例えば、特許文献１に示す板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減したＩＣカード用のアンテナ装置が開示されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１のアンテナ装置では、通信距離を大きくし通信範囲を広げるには限界があった。また、通信可能な範囲が狭いため、非接触で通信エラーとなる場合があり、利便性の面でも非接触のメリットが十分に活かされていなかった。

特開２００１−３３１７７２号公報

本発明の目的は、小型化及び薄型化を可能とするとともに、通信機能付き電子機器との通信距離の向上を可能とする非接触型ＩＣカード用のアンテナ装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型のＩＣカード用のアンテナ装置において、上記誘導結合を行うための平面状に導線が巻線されたループコイルと、上記ループコイルの一方の側に設けられた一方の領域を一方の面から覆うとともに、上記ループコイル内を挿通して、上記ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域を他方の面から覆う磁性体とを備え、上記ループコイルは、上記磁性体に一方の面から覆われ、上記磁性体に他方の面から覆われることで全領域を覆われる。

本発明に係るアンテナ装置は、小型化及び薄型化できるとともに、通信機能付き電子機器との通信距離を大きくでき、通信可能な範囲を広げることができる。

以下、本発明を適用したアンテナ装置を図面を参照して説明する。

まず、本発明を適用したアンテナ装置を用いたＲＦＩＤシステムについて説明する。ＲＦＩＤシステムは、図１に示すように、非接触型ＩＣカード１と、このＩＣカード１に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ（以下、Ｒ／Ｗという。）５０とから構成されている。

ＩＣカード１は、例えばＩＳＯ７８１０に準拠した電池等の電源を内蔵していない所謂バッテリレスのＩＣカードである。このＩＣカードは、いわゆるクレジットカードと同サイズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさの短辺と長辺を有する長方形状に形成されている。このＩＣカード１は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ２と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路及びメモリが集積されたＩＣ(Integrated Circuit)３とを有している。

ループアンテナ２は、平面状に導線が巻線されたループコイル４からなり、このループコイル４と並列に接続されたコンデンサ５と共に共振回路を構成している。このループアンテナ２は、後述するＲ／Ｗ５０側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣに供給する。

ＩＣ３は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑する整流回路６と、整流回路６から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ７と、整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ(High Pass-Filter)８と、ＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路９と、この復調回路９から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ１０と、復調回路９から供給されるデータを記憶するメモリ１１と、ループコイル４により送信するデータを変調する変調回路１２とを備える。

整流回路６は、ダイオード１３、抵抗１４及びコンデンサ１５から構成されている。このうち、ダイオード１３のアノード端子がループコイル４及びコンデンサ５の一端に接続され、ダイオード１３のカソード端子が抵抗１４及びコンデンサ１５の一端に接続され、抵抗１４及びコンデンサ１５の他端がループコイル４及びコンデンサ５の他端に接続されている。この整流回路６は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ７及びＨＰＦ８に出力する。

レギュレータ７は、上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子、抵抗１４及びコンデンサ１５の一端と接続されている。このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。これにより、シーケンサ１０等の誤動作の原因となる、例えばＩＣカード１の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びにＩＣカード１内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。

ＨＰＦ８は、コンデンサ１６及び抵抗１７により構成されており、上述した整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路９に出力する。

復調回路９は、上述したＨＰＦ８のコンデンサ１６の他端及び抵抗１７の一端と接続されており、このＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に出力する。

シーケンサ１０は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)を内部に有し、上述した復調回路９と接続されている。このシーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ１１に格納されているデータを読み出し、或いはメモリ１１に復調回路９から供給されるデータを書き込む。このシーケンサ１０は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路１２に供給する。

メモリ１１は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ１０と接続されている。このメモリ１１は、シーケンサ１０の解析結果に基づいて、復調回路９から供給されるデータを記憶する。

変調回路１２は、インピーダンス１８とＦＥＴ(Field Effect Transistor)１９との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス１８の一端が上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子に接続され、インピーダンス１８の他端がＦＥＴ１９のドレイン端子と接続され、ＦＥＴ１９のソース端子が接地点に接続され、ＦＥＴ１９のゲート端子がシーケンサ１０と接続されている。この変調回路１２は、上述した共振回路を構成するループコイル４と並列に接続されており、ＦＥＴ１９をシーケンサ１０からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル４に対するインピーダンス１８の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。

これに対して、Ｒ／Ｗ５０は、送受信するデータの制御を行う制御回路５１と、データの変調及び復調を行う変調回路５２及び復調回路５３と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ５４とを有して構成される。

制御回路５１は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路５２及び復調回路５３を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路５２に供給する。また、制御回路５１は、復調回路５３からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。

変調回路５２は、制御回路５１から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ５４に供給する。

復調回路５３は、ループアンテナ５４からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路５１に供給する。

ループアンテナ５４は、導線を平面状に巻線したループコイルからなり、変調回路５２より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、ＩＣカード１側のループコイル４の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ５４には、Ｒ／Ｗ５０のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。

以上のように構成されるＲＦＩＤシステムでは、ＩＤカード１に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、Ｒ／Ｗ５０の制御回路５１が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ（書き込みデータ）を生成し、変調回路５２に供給する。変調回路５２は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ５４に供給する。ループアンテナ５４は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。

ここで、ＩＣカード１のループコイル４及びコンデンサ５からなる共振回路の共振周波数は、Ｒ／Ｗ５０からの発振周波数（キャリア周波数）に対応する値、例えば１３．５６ＭＨｚに設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣ３に供給する。変換された電気信号は、整流回路６に入力され、この整流回路６により整流平滑された後、レギュレータ７に供給される。そして、このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。

整流回路６により整流平滑された信号は、変調回路１２を介してＨＰＦ８に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路９に供給される。この復調回路９は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に供給する。シーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ１１に復調回路９から供給された書き込みデータを書き込む。

一方、シーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ１１から読み出す。また、シーケンサ１０は、読み出しデータに対応して、変調回路１２のＦＥＴ１９がスイッチング動作される。すなわち、変調回路１２では、ＦＥＴ１９がオンされると、インピーダンス１８にループコイル４が並列に接続され、ＦＥＴ１９がオフされると、インピーダンス１８とループコイル４との並列接続が解除される。その結果、このＩＣカード１側のループアンテナ２と磁気的に結合しているＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４のインピーダンスが、読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ５４の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、Ｒ／Ｗ５０は、この変動分を復調回路５３が復調することで、読み出しデータを受信することができる。

以上のようにして、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信が行われ、ＩＣカード１に対してＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。

ところで、上述したＩＣカード１側のループアンテナ２は、図２、図３及び図４に示すように構成されたアンテナ装置６０を用いた。このアンテナ装置６０は、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル６１と、このループコイル６１の一方の側に設けられた一方の領域６１ａを一方の面Ｆ１から覆うとともに、ループコイル６１内を挿通して、ループコイル６１の他方の側に設けられた、一方の領域６１ａ以外の残りの領域である、他方の領域６１ｂを他方の面Ｆ２から覆う磁性体６２とを備えている。そして、ループコイル６１は、磁性体６２に一方の面Ｆ１から覆われ、磁性体６２に他方の面Ｆ２から覆われることで、全領域がいずれかの面から覆われた状態となっている。

ループコイル６１は、例えばポリイミドやＰＥＴ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル６１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル６１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル６１となる導体パターンを形成してもよい。ループコイル６１の一方の領域６１ａ及び他方の領域６１ｂは、それぞれ、略矩形に巻線された導線の対向する部分６１ｄ，６１ｅを覆う領域である。また、ループコイル６１には、導線内に設けられ磁性体６２を挿通するための挿通孔６１ｃが設けられる。この挿通孔６１ｃは、例えば、円状、楕円状等の頂点を３つ以上有する形状である。尚、このループコイルは、対向する一対の辺における巻き線の幅及び間隔を変化させて非対称形状にすることで通信可能な範囲を更に広げることができる。

磁性体６２は、ループコイル６１の一方の側に設けられた一方の領域６１ａを一方の面Ｆ１から覆う第１の部分６２ａと、ループコイル６１の他方の側に設けられた他方の領域６１ｂを他方の面から覆う第２の部分６２ｂと、ループコイル内に形成された挿通孔６１ｃを挿通され第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂを連結する挿通部６２ｃとを有する。この磁性体６２により覆われていないループコイル６１の一方の面Ｆ１がＲ／Ｗ５０との通信領域とされる。すなわち、ループコイル６１の一方の面Ｆ１がＲ／Ｗ５０に対向される側の面となる。

磁性体６２の第２の部分６２ｂにより覆われたループコイル６１の他方の領域６１ｂの面積が、磁性体６２の第１の部分６２ａにより覆われたループコイル６１の一方の領域６１ａの面積より大きくされる。この面積が大きくされた側である第２の部分６２ｂで覆われたループコイル６１の他方の領域６１ｂの覆われていない側、すなわち、一方の面Ｆ１側が通信領域とされる。

磁性体６２の幅及び長さは、ループコイル６１の幅及び長さよりもそれぞれ大きく形成され、第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂがそれぞれ、一方の面Ｆ１側及び他方の面Ｆ２側から覆うことによりループコイル６１の全領域をどちらかの面側から覆うようにされている。

磁性体６２の挿通部６２ｃは、第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂより幅が小さく形成されている。すなわち、磁性体６２は、挿通部６２ｃとなる部分の幅方向の両側に切り込み部を設けることで、第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂ及び挿通部６２ｃを形成する。この切り込み部の大きさは、磁性体６２の厚さやループコイル６１に設けた挿通孔６１ｃの大きさによって適宜選択することができる。尚、ここでは、切り込み部を設けることで第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂを形成するように構成したが、これに限られるものではなく、別体に形成した第１及び第２の部分を挿通部となる部分で接合するように構成しても良く、このとき、ループコイルにおいて、その両面が磁性体の第１及び第２の部分に覆われる領域があってもよい。

この磁性体６２を製造するには、まず、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。なお、ここでは、磁性粉として、Ｆｅを９６重量％、Ｃｒを３重量％、Ｃｏを０．３重量％及びその他の磁性材料を含有するＦｅ系磁性材料を用いた。次に、この磁性塗料を濾過し、バインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。次に、押出し成型機を用いて、液溜め部に溜められた磁性塗料を一対の間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性材を作製する。次に、長尺状の磁性材を乾燥させ、この磁性材中から溶剤を除去する。次に、塗布装置を用いて、一対のローラ帯状の磁性材を挟み込みながら、この磁性材の一主面上に接着剤を塗布する。次に、帯状の磁性材を所定の形状に型抜きプレスして磁性体６２が作製される。

尚、この磁性体６２は、磁気特性を満足するものであれば、任意の軟磁性材料を用いて任意の製法により作製されたものと用いることができる。例えば、磁性材料としてアモルファス合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金等を用いることができ、これらの各微粉末をゴム系のバインダで混錬、分散、塗布して作製されたものや、メッキ法やスパッタ法により軟磁性薄板としたもの、或いはフェライト系粉末（Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト）をプレス焼結体としたバインダを含まない単一素材のみによるバルク薄板等を用いることができる。また、上述の粉末に絶縁層を形成してもよい。絶縁層の形成方法としては加熱により酸化膜を形成し、アニール処理する方法や粉末にスパッタで酸化膜を形成しても良い。磁性材は、フレキシビリティ性を有するシート状のものであってもよいし、平板状フェライト等の焼成物からなる硬い板状のものであってもよい。

そして、磁性体６２は、その面内方向において通信周波数における実効透磁率μ’（実数部）が３０以上とされ、実効透磁率μ’’（虚数部）が１．０以下とされている。アンテナ装置６０において、磁性体６２の実効透磁率μ’が３０以上とされ、実効透磁率μ’’が１．０以下とされるので、磁性体の厚さを薄くしても、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能となる。尚、実効透磁率μ’を５０以上とするとさらに通信距離を向上することができる。

そして、アンテナ装置６０を製造するには、上述のように作製されたループコイル６１にＩＣチップ６３をコイルと並列共振回路を形成するよう接続する。ここで、用いられるＩＣチップ６３は、例えば、ＩＳＯ１４４４３、ＩＳＯ１５６９３準拠のＩＣチップである。ＩＣチップ６３の接続方法としては、ＡＣＦ又はワイヤーボンド方式であるが、特に限定はされない。次に、ループコイル６１の中心部に、磁性体６２を挿通させるための挿通孔６１ｃが形成される。この挿通孔６１ｃに、磁性体６２の挿通部６２ｃを挿通させた状態で、第１の部分６２ａが、ループコイル６１の一方の領域６１ａを一方の面Ｆ１から覆うとともに、第２の部分６２ｂが、ループコイル６１の他方の領域６１ｂを他方の面Ｆ２から覆った状態で、ループコイル６１と磁性体６２とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体６２は、接着剤が塗布された面をループコイル６１と対向する主面と対向するようにする。以上のように、上述したアンテナ装置６０を作製することができる。このように、アンテナ装置６０は、ループコイル６１の挿通孔６１ｃに磁性体６２を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤により貼り付けてなるので、その構造から製造が容易である。また、アンテナ装置６０は、磁性体６２及びループコイル６１の厚みを抑えることができ、薄型化及び小型化を実現する。

以上のように構成されたアンテナ装置６０における磁場分布は、図３に示すように、磁性体６２の第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂで覆われたループコイル６１の領域のうち、面積が大きくされた第２の部分６２ｂで覆われた他方の領域６１ｂの覆われた面と反対側である一方の面Ｆ１側において、強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置６０による磁場分布は、従来のアンテナ装置のような対称形状に磁場が形成される磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。さらに、説明すると、第１及び第２の部分６２ａ，６２ｂのそれぞれで覆われる領域の面積を変化させることで磁場の強さを調節することが可能となる。

したがって、このアンテナ装置６０では、ループコイル６１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信距離を大きくでき、通信可能な範囲を広げることが可能である。そして、アンテナ装置６０は、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信が行われ、ＩＣカード１に対するＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行うことを実現する。

本発明を適用したアンテナ装置６０は、図３に示すように、磁性体６２がループコイル６１の一方の側に設けられた一方の領域６１ａを一方の面Ｆ１から覆うとともに、ループコイル６１内を挿通してループコイル６１の他方の側に設けられた他方の領域６１ｂを他方の面から覆うように設けられ、ループコイル６１が磁性体６２に一方及び他方の面から覆われることで全領域を覆われるように構成されることによって、ループコイル６１の一方の面Ｆ１側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置６０は、薄型化及び小型化を可能とするとともに、磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることができる。

また、本発明を適用したアンテナ装置６０は、ループコイル６１の一方の面Ｆ１側の磁場分布を強調するとともに、所定の実効透磁率μ’、μ’’とされた磁性体を用いることで、薄型化を実現し、通信可能な範囲を拡大し、自由空間での通信距離の大幅な向上を実現するとともに、金属の影響を低減し、金属内の通信距離の大幅な向上も実現できる。

以上のように、本発明を適用したアンテナ装置６０は、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信性を向上させ、ＩＣカード１に対してＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で正確に行われることを実現する。

尚、上述したＩＣカード１側のループアンテナ２は、図５に示すように、ループコイルの一対の辺における巻き線の幅及び／又は間隔を変化させて非対称形状にされたアンテナ装置７０を用いたものであってもよい。

このアンテナ装置７０は、図５に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル７１と、このループコイル７１の一方の側に設けられた一方の領域７１ａを一方の面から覆うとともに、ループコイル７１内を挿通して、ループコイル７１の他方の側に設けられた、一方の領域７１ａ以外の残りの領域である、他方の領域７１ｂを他方の面から覆う磁性体７２とを備えている。そして、ループコイル７１は、磁性体７２に一方の面から覆われ、磁性体７２に他方の面から覆われることで、全領域がいずれかの面から覆われた状態となっている。ここで、ループコイル７１は、上述したループコイル６１と同様に作製される。ループコイル７１は、対向する一対の辺における巻き線の幅を非対称形状に形成されている。すなわち、ループコイル７１の他方の領域７１ｂに覆われる他方の側の部分７１ｅが、一方の領域７１ａに覆われる一方の側の部分７１ｄに比べて巻き線の幅が広くされている。また、ループコイル７１には、導線内に設けられ磁性体７２を挿通するための挿通孔７１ｃが設けられる。この挿通孔７１ｃは、例えば、円状、楕円状等の頂点を３つ以上有する形状である。

磁性体７２は、ループコイル７１の一方の側に設けられた一方の領域７１ａを一方の面から覆う第１の部分７２ａと、ループコイル７１の他方の側に設けられた他方の領域７１ｂを他方の面から覆う第２の部分７２ｂと、ループコイル内に形成された挿通孔７１ｃを挿通され第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂを連結する挿通部７２ｃとを有する。この磁性体７２により覆われていないループコイル７１の一方の面がＲ／Ｗ５０との通信領域とされる。すなわち、ループコイル７１の一方の面がＲ／Ｗ５０に対向される側の面となる。

磁性体７２の第２の部分７２ｂにより覆われたループコイル７１の他方の領域７１ｂの面積が、磁性体７２の第１の部分７２ａにより覆われたループコイル７１の一方の領域７１ａの面積より大きくされる。ここで、面積が大きくされる第２の部分７２ｂにより覆われる他方の領域７１ｂ側に、ループコイル７１の巻き線の幅が広くされた他方の側７１ｅが配置されている。この面積が大きくされた側である第２の部分７２ｂで覆われたループコイル６１の他方の領域７１ｂの覆われてない側、すなわち、一方の面側が通信領域とされる。

磁性体７２の幅及び長さは、ループコイル７１の幅及び長さよりもそれぞれ大きく形成され、第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂがそれぞれ、一方の面側及び他方の面側から覆うことによりループコイル７２の全領域をどちらかの面側から覆うようにされている。

磁性体７２の挿通部７２ｃは、第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂより幅が小さく形成されている。すなわち、磁性体７２は、挿通部７２ｃとなる部分の幅方向の両側に切り込み部を設けることで、第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂ及び挿通部７２ｃを形成する。この切り込み部の大きさは、磁性体７２の厚さやループコイル７１に設けた挿通孔７１ｃの大きさによって適宜選択することができる。尚、ここでは、切り込み部を設けることで第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂを形成するように構成したが、これに限られるものではなく、別体に形成した第１及び第２の部分を挿通部となる部分で接合するように構成しても良く、このとき、ループコイルにおいて、その両面が磁性体の第１及び第２の部分に覆われる領域があってもよい。この磁性体７２の製造方法は、上述した磁性体６２の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。

アンテナ装置７０を製造するには、上述のように作製されたループコイル７１にＩＣチップ７３をコイルと並列共振回路を形成するよう接続する。ここで、用いられるＩＣチップ７３及びその接続方法は、上述のＩＣチップ６３及びその接続方法と同様である。また、ループコイル７１に磁性体７２を貼り合わせる方法も、上述したアンテナ装置６０と同様である。

以上のように構成されたアンテナ装置７０における磁場分布は、磁性体７２の第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂで覆われたループコイル７１の領域のうち、面積が大きくされた第２の部分７２ｂで覆われた他方の領域７１ｂの覆われた面と反対側である一方の面側において強調されたものとなる。これは、面積が大きくされた第２の部分７２ｂで覆われたことに加え、第２の部分７２ｂにより覆われる他方の領域７１ｂ側に配置されるループコイル７１の他方の側７１ｅの巻き線の幅が一方の側７１ｄに比べて幅が広くされているからである。尚、ここでは、第２の部分７２ｂにより覆われる他方の領域７１ｂ側に配置されるループコイル７１の他方の側７１ｅの巻き線の幅を一方の側７１ｄに比べて幅を広くされるように構成したが、他方の側７１ｅの巻き線の間隔を一方の側７１ｄに比べて広くされるように構成しても同様の効果が得られる。

すなわち、このアンテナ装置７０による磁場分布は、従来のアンテナ装置のような対称形状に磁場が形成される磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。さらに、説明すると、第１及び第２の部分７２ａ，７２ｂのそれぞれで覆われる領域の面積を変化させること、及び、第２の部分７２ｂにより覆われる他方の領域７１ｂ側に配置されるループコイル７１の他方の側７１ｅの巻き線の間隔及び／又は幅を変化させることにより、磁場の強さを調節することが可能となる。

したがって、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信距離を大きくでき、通信可能な範囲を広げることが可能である。そして、アンテナ装置７０は、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信が行われ、ＩＣカード１に対するＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行うことを実現する。

本発明を適用したアンテナ装置７０は、磁性体７２がループコイル７１の一方の側に設けられた一方の領域７１ａを一方の面から覆うとともに、ループコイル７１内を挿通してループコイルの他方の側に設けられた他方の領域７１ｂを他方の面から覆うように設けられ、ループコイル７１に磁性体７２に一方及び他方の面から覆われることで全領域を覆われるように構成されるとともに、他方の面から覆われる領域側に配置されるループコイル７１の他方の側７１ｅの巻き線の幅が一方の側７１ｄに比べて広く形成されることによって、ループコイル７１の一方の面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置７０は、薄型化及び小型化を可能とするとともに、磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることができる。

また、本発明を適用したアンテナ装置７０は、ループコイル７１の一方の面Ｆ１側の磁場分布を強調するとともに、所定の実効透磁率μ’、μ’’とされた磁性体を用いることで、薄型化を実現し、通信可能な範囲を拡大し、自由空間での通信距離の大幅な向上を実現するとともに、金属の影響を低減し、金属内の通信距離の大幅な向上も実現できる。

以上のように、本発明を適用したアンテナ装置７０は、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信性を向上させ、ＩＣカード１に対してＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で正確に行われることを実現する。

次に、上述した本発明を適用したアンテナ装置６０の実施例を以下に示す。尚、本発明を適用したアンテナ装置６０と比較するための比較例１〜４のアンテナ装置の構造について図６乃至図１３を用いて説明する。

比較例１のアンテナ装置１１０は、図６及び図７に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル１１１と、ループコイル１１１のＩＣカード１と対向する面とは反対側の面に貼り合わされ、ループコイル１１１より幅及び長さが大きく形成される磁性体１１２とを備える。

比較例２のアンテナ装置１２０は、図８及び図９に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル１２１と、ループコイル１２１のＩＣカード１と対向する面とは反対側の面に貼り合わされ、ループコイル１２１より幅及び長さが小さく形成される磁性体１２２とを備える。

比較例３のアンテナ装置１３０は、図１０及び図１１に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル１３１と、ループコイル１３１の挿通孔を挿通され一方の面の一部を覆うとともに、他方の面の一部を覆うように貼り合わされ、ループコイル１３１より幅を小さく且つ長さを大きく形成される磁性体１３２とを備える。

比較例４のアンテナ装置１４０は、図１２及び図１３に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が巻線されたループコイル１４１と、ループコイル１４１の挿通孔を挿通され一方の面の一部を覆うとともに、他方の面の一部を覆うように貼り合わされ、ループコイル１４１より幅及び長さが小さく形成される磁性体１４２とを備える。

本発明を適用したアンテナ装置６０と同じ構造とされた実施例１，２、並びに、上述の比較例１〜４のアンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０のそれぞれの実効透磁率μ’，μ’’を以下の表１に示すとおりとして通信評価を行い、金属内での通信可能距離の結果及び自由空間における通信可能距離の結果について表１に示す。ここで、実施例１及び比較例１の磁性体としてフェライト系磁性材を用い、実施例２及び比較例２の磁性体としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系磁性材を用いた。また、実効透磁率μ’は、例えば、φ７ｍｍのリング状のサンプルを作製し、これに導線コイルを５ターン巻いてインピーダンスアナライザー等を用いてキャリア周波数（１３．５６ＭＨｚ）における交流比透磁率を測定し、定量化することにより得られる。

表１の通信結果に示すように、本発明を適用したアンテナ装置６０の構造とされた本実施例１，２のアンテナ装置では、自由空間での通信距離だけでなく、金属内での通信距離を大きくでき、すなわち、通信可能な範囲を広げることができる。

また、本実施例１，２のアンテナ装置では、磁性体の面内方向において通信周波数における実効透磁率μ’を３０以上、実効透磁率μ’’を１．０以下とすることができ、さらに、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能となる。

本発明を適用したアンテナ装置を用いたＲＦＩＤシステムの構成を示す回路図である。 本発明を適用したアンテナ装置を示す平面図である。 本発明を適用したアンテナ装置の磁場分布を示す側面図である。 本発明を適用したアンテナ装置の図２に示すＡ−Ａ断面を示す断面図である。 本発明を適用したアンテナ装置の他の例を示す平面図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例１のアンテナ装置を示す平面図である。 比較例１のアンテナ装置を示す側面図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例２のアンテナ装置を示す平面図である。 比較例２のアンテナ装置を示す側面図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例３のアンテナ装置を示す平面図である。 比較例３のアンテナ装置を示す側面図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例４のアンテナ装置を示す平面図である。 比較例４のアンテナ装置を示す側面図である。 従来のＲＦＩＤシステムを示す斜視図である。

符号の説明

１ ＩＣカード、 ２ ループアンテナ、 ３ ＩＣ、 ４ ループコイル、 ５ コンデンサ、 ６ 整流回路、 ７ レギュレータ、 ８ ＨＰＦ、 ９ 復調回路、 １０ シーケンサ 、 １１ メモリ、 １２ 変調回路、 ５０ Ｒ／Ｗ、 ５１ 制御回路、 ５２ 変調回路、 ５３ 復調回路、 ５４ ループアンテナ、 ６０ アンテナ装置、 ６１ ループコイル、 ６２ 磁性体

Claims (4)

1. 通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型のＩＣカード用のアンテナ装置において、
   上記誘導結合を行うための平面状に導線が巻線されたループコイルと、
   上記ループコイルの一方の側に設けられた一方の領域を一方の面から覆うとともに、上記ループコイル内を挿通して、上記ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域を他方の面から覆う磁性体とを備え、
   上記ループコイルは、上記磁性体に一方の面から覆われ、上記磁性体に他方の面から覆われることで全領域を覆われるアンテナ装置。
2. 上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、
   上記ループコイルの上記磁性体により覆われた上記他方の面の領域の面積が、上記ループコイルの上記磁性体により覆われた上記一方の面の領域の面積より大きくされる請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、
   上記ループコイルの上記他方の側が上記一方の側より巻線の幅が広くされている請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、
   上記ループコイルの上記他方の側が上記一方の側より巻線の間隔が広くされている請求項１記載のアンテナ装置。

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