JP2007036422A - Transmission coil antenna system - Google Patents
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Description
本発明は、低中波帯における無線信号の送信に用いられる送信コイルアンテナシステムに関し、特に10kHz〜20MHzの周波数範囲内の無線信号の送信に適合した送信コイルアンテナシステムに関するものである。 The present invention relates to a transmission coil antenna system used for transmission of a radio signal in a low and medium wave band, and more particularly to a transmission coil antenna system suitable for transmission of a radio signal in a frequency range of 10 kHz to 20 MHz.
従来、低中波帯の無線信号を送受信する際、その伝送装置および伝送システム、あるいは端末には様々なものが使用され提案されてきた。例えば、典型的な受信装置の一つとしてはAMラジオが挙げられ、比較的新しいところでは、送受信装置の一つとして電波時計が挙げられる。その他、最近注目すべき新しい送受信システムとしては、自動車用のイモビライザ、自動車用又は住設用の遠隔キーレスエントリシステム、あるいはRF−IDシステムなどが挙げられる。 Conventionally, when transmitting and receiving a radio signal in a low and medium wave band, various transmission devices and transmission systems or terminals have been used and proposed. For example, an AM radio is one of typical receiving apparatuses, and a radio clock is one of transmitting / receiving apparatuses. Other recent transmission / reception systems to be noted include an automobile immobilizer, an automobile or residential remote keyless entry system, or an RF-ID system.
特許文献1に開示されているように、10kHz〜20MHzの周波数範囲内で、受信コイルアンテナシステム用の磁芯材の例としては、焼結フェライトコアや、アモルファス合金薄膜からなる積層コア、さらにフェライトとプラスチック混合材、粉末状またはフレーク状の金属とプラスチック混合材からなる種々の磁芯材がある。
As disclosed in
また、低中波帯送受信アンテナシステムの一例としては、特許文献2に開示されているように、送信コイルおよび受信コイルを内蔵し、各々コンデンサと組み合わせて共振回路および同調回路を構成したアンテナ部を有する送受信コイルアンテナシステムが知られている。
Also, as an example of a low / middle-band transmission / reception antenna system, as disclosed in
しかしながら、特許文献2に記載されている構成は、コイルと同調コンデンサを直列に接続したLC直列素子に交流電源を並列に接続した本発明と類似した構成ではあるが、送信コイルアンテナシステムにおいて、巻回数や磁芯材および交流電源との整合性について十分な検討がなされておらず、また十分かつ最適な設計がなされていないため、電子回路のバランスがくずれてしまい、送信コイルアンテナシステム特性(以下、「送信特性」と表す)を著しく低下させる点で問題があった。
However, the configuration described in
ここで、送信特性とは送信コイルアンテナシステムから発生する電界の大きさを指し、電界が大きいほど送信特性が良好である。送信特性の評価は、その電界そのものの大きさ以外に、受信ループアンテナの電圧や、受信コイルアンテナの電圧等でも十分評価できる。更に受信コイルアンテナや受信ループアンテナと電子回路を組み合わせた任意の受信アンテナシステムにおいて、送信可能な距離を求めることによってその距離を送信特性として表すことができる。ただし、送信アンテナシステムが発生する電界は電波法に定められた電界の大きさ以下としなければならない。 Here, the transmission characteristic refers to the magnitude of the electric field generated from the transmission coil antenna system, and the transmission characteristic is better as the electric field is larger. In addition to the magnitude of the electric field itself, the transmission characteristics can be sufficiently evaluated by the voltage of the reception loop antenna, the voltage of the reception coil antenna, and the like. Furthermore, in an arbitrary receiving antenna system in which a receiving coil antenna or a receiving loop antenna is combined with an electronic circuit, the distance can be expressed as a transmission characteristic by obtaining a transmittable distance. However, the electric field generated by the transmitting antenna system must be less than the magnitude of the electric field defined in the Radio Law.
本発明は、送信コイルアンテナシステム特性を改善するために、送信コイルアンテナシステムにおいて、最適なコイル巻回数やその場に適応した磁芯材及び周波数変化に対応した交流電源との整合性、および電気回路のバランスを兼ね備えた送信コイルアンテナシステムを提供することにある。 In order to improve the characteristics of the transmission coil antenna system, the present invention provides a transmission coil antenna system with an optimal number of coil turns, a magnetic core material adapted to the field, consistency with an AC power source corresponding to frequency changes, and electrical An object of the present invention is to provide a transmission coil antenna system having a circuit balance.
本発明は、前記課題の解決のため、磁芯と前記磁芯に巻線を巻回したコイルと、同調コンデンサを直列に接続してなるLC直列素子と、交流電源を並列に接続した送信コイルアンテナシステムにおいて、コイル巻回数は、実効比透磁率が最大となるときのコイル巻回数の1〜2倍の範囲内に設定されていることを特徴とする送信コイルアンテナシステムである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic core, a coil in which a winding is wound around the magnetic core, an LC series element in which a tuning capacitor is connected in series, and a transmission coil in which an AC power source is connected in parallel In the antenna system, the number of coil turns is set within a range of 1 to 2 times the number of coil turns when the effective relative permeability is maximized.
さらに、交流電源は定電圧交流電源であることを特徴とする送信コイルアンテナシステムである。 Furthermore, the AC power supply is a constant voltage AC power supply, and the transmission coil antenna system is characterized in that it is a constant voltage AC power supply.
従って、本発明によれば、送信コイルアンテナシステムにおいて、最適なコイル巻回数やその場に適応した磁芯材及び周波数変化に対応した交流電源との整合性、および電気回路のバランスを兼ね備えた送信コイルアンテナシステムを提供することが可能となるため、その場に応じた様々な磁芯材や交流電源を用いたときに最適で良好な送信コイルアンテナシステムを構成することができる。 Therefore, according to the present invention, in the transmission coil antenna system, the optimal number of coil turns, the magnetic core material adapted to the field, the compatibility with the AC power source corresponding to the frequency change, and the balance of the electric circuit are transmitted. Since it becomes possible to provide a coil antenna system, an optimal and favorable transmission coil antenna system can be configured when various magnetic core materials and AC power supplies are used according to the situation.
図1は、本発明の実施の形態に係わる送信コイルアンテナシステムを説明するために示した構成図である。本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。巻線を施したコイル1と同調コンデンサ3を直列接続したLC直列素子に、矩形波出力を得る交流電源2を並列に接続し、RF−IDのLF波帯域である120kHz〜135kHzの周波数帯で、所定の周波数を同調させ所定の電圧をかける。
FIG. 1 is a configuration diagram shown for explaining a transmission coil antenna system according to an embodiment of the present invention. Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An
図2は、本発明の実施の形態に係わるコイル1を説明するために示した構成図である。コイル1は、金属の粉末とプラスチックとから成る板状の磁芯4に、ポリウレタン製の巻線5(ポリウレタン被膜銅線)を所定回数巻回する。
FIG. 2 is a configuration diagram shown for explaining the
実際の測定は、コイル1の巻線5の巻回数を変化させ、更に同調コンデンサを毎回変更させて所定の周波数に同調させて、実効比透磁率と送信特性との関係を得る。ここで、送信コイルアンテナシステムの送信特性は、定められた受信LC並列回路と電子回路を組み合わせた受信アンテナシステムにて送信可能な距離を求め送信特性とする。このように、最適巻回数の設定は送信コイルアンテナシステムがバーアンテナであるため数値的な解析が困難であり、磁芯4の形状や交流電源2によっても変動する。このため、最適巻回数は実効比透磁率と送信特性との関係より、実験で求めるのが簡便で且つ、精度が高いことになる。
In actual measurement, the number of turns of the winding 5 of the
また、送信コイルアンテナシステムの規模にも依存するが、送信コイルアンテナシステムには数百mA〜数Aの電流を流す場合が多い。このため、定電流源の場合、定められた電流に達するまで交流電源が動作する。もし、コイル、同調アンテナの回路が切断し、交流電源から漏電した場合、人体等に危険を伴うことが想定される。交流電源が定電圧回路であれば人体等が交流電源に接触した場合でも5V〜10Vの低い交流電圧源で有れば比較的安全であり、交流電源は定電圧交流電源であることが望ましい。 Although depending on the scale of the transmission coil antenna system, a current of several hundred mA to several A is often passed through the transmission coil antenna system. For this reason, in the case of a constant current source, the AC power supply operates until a predetermined current is reached. If the circuit of the coil and the tuning antenna is cut and the power is leaked from the AC power supply, it is assumed that there is a danger to the human body. If the AC power source is a constant voltage circuit, even if a human body or the like is in contact with the AC power source, it is relatively safe if it is a low AC voltage source of 5 V to 10 V, and the AC power source is preferably a constant voltage AC power source.
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明の送信コイルアンテナシステムについて、さらに詳しく説明する。図2のコイル1の磁芯4は、Fe−Al−Si系合金(センダスト)粉末とプラスチックとからなり、その磁芯4の形状は角状で、大きさは3×3×100mmであり、ポリウレタン製の巻線5(ポリウレタン被膜銅線)が90〜250回数巻回したものである。
Next, the transmission coil antenna system of the present invention will be described in more detail by giving specific examples. The
図3は、本発明の実施例1における巻線の巻回数を変えて、更に同調コンデンサを毎回変更して125kHzに同調させ、交流電源が5Vの時の実効比透磁率と送信特性との関係を示す図である。図3より、実効比透磁率と送信特性は相関性を持ち、最高値は110巻回数であった。巻回数が少ない場合、コイルの実効比透磁率は急激に減少し、送信特性も急激に低下した。一方、巻回数が多い場合、実効比透磁率は、なだらかに減少し、送信特性もなだらかに低下した。 FIG. 3 shows the relationship between effective relative permeability and transmission characteristics when the number of turns of the winding in Example 1 of the present invention is changed and the tuning capacitor is changed every time to tune to 125 kHz and the AC power supply is 5V. FIG. From FIG. 3, the effective relative permeability and the transmission characteristics have a correlation, and the maximum value is 110 turns. When the number of turns was small, the effective relative permeability of the coil decreased rapidly, and the transmission characteristics also decreased rapidly. On the other hand, when the number of windings was large, the effective relative permeability decreased gradually, and the transmission characteristics also decreased gradually.
以上のように、巻回数には適切な設計値が存在し、送信特性を安定化させるためには、実効比透磁率が最大となる時の最適値より巻回数を多く巻く方法が有効である。そこで、コイルの磁芯の寸法ばらつき、磁芯材の諸物性値のばらつき、コンデンサ定数のばらつき等で巻回数の適正値は±50%程度ばらつくことを考慮して実際の設計時には、最適値巻回数を下回らないことを加味し、最適値の1〜2倍に設定することが望ましい。そこで、今回設定したコイルで交流電源が5Vの場合、最適値の巻回数が110であることから、巻回数の適正値は110〜220巻回数であった。また、110巻回数の時の同調コンデンサ定数は7,300pFであった。 As described above, there is an appropriate design value for the number of turns, and in order to stabilize the transmission characteristics, a method of winding more turns than the optimum value when the effective relative permeability is maximum is effective. . Therefore, in consideration of the fact that the appropriate value of the number of windings varies by about ± 50% due to variations in the dimensions of the magnetic core of the coil, variations in the physical properties of the magnetic core material, variations in the capacitor constant, etc. Taking into account that the number of times does not fall, it is desirable to set it to 1 to 2 times the optimum value. Therefore, when the AC power supply is 5 V with the coil set this time, the optimum number of turns is 110, and therefore the appropriate value of the number of turns was 110 to 220. In addition, the tuning capacitor constant at 110 turns was 7,300 pF.
次に、他の具体的な実施例を挙げ、本発明の送信コイルアンテナシステムについて、さらに詳しく説明する。図4は、本発明の実施例2における巻線の巻回数を変えた時の実効比透磁率と送信特性との関係を示す図である。磁芯4は、Fe−Al−Si系合金(センダスト)粉末とプラスチックとからなり、その磁芯4の形状は角状で、大きさは6×6×80mmであり、ポリウレタン製の巻線5(ポリウレタン被膜銅線)が10〜100回数巻回したものである。
Next, other specific examples will be given to describe the transmission coil antenna system of the present invention in more detail. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the effective relative permeability and the transmission characteristics when the number of turns of the winding in Example 2 of the present invention is changed. The
巻線の巻回数を変えて、更に同調コンデンサを毎回変更して125kHzに同調させ、交流電源が10Vの時、最大となる実効比透磁率の最適値は30巻回数であった。したがって、巻回数の適正値は30〜60巻回数であり、30巻回数の時の同調コンデンサ定数は25,000pFであった。 When the number of winding turns was changed and the tuning capacitor was changed every time to tune to 125 kHz. When the AC power supply was 10 V, the optimum value of the effective relative permeability that was the maximum was 30 turns. Therefore, the appropriate value of the number of turns was 30 to 60, and the tuning capacitor constant at the time of 30 turns was 25,000 pF.
本発明の送信コイルアンテナシステムは、10kHz〜20MHzの無線信号を送信、受信可能な無線送信および受信システムに適用可能である。また、遠隔キーレスエントリシステムにおいて、ユーザにより携帯されている受信アンテナシステムに送信するユーザ識別信号を送信するためのアンテナとして用いることもできる。特に、その遠隔キーレスエントリシステムが自動車に採用された場合、本発明の送信コイルアンテナシステムシステムを自動車の一部に搭載することとしても良い。更に具体的には、自動車のドアハンドル部に設けることとしても良い。 The transmission coil antenna system of the present invention is applicable to a radio transmission and reception system capable of transmitting and receiving a radio signal of 10 kHz to 20 MHz. Moreover, in a remote keyless entry system, it can also be used as an antenna for transmitting a user identification signal transmitted to a receiving antenna system carried by a user. In particular, when the remote keyless entry system is employed in an automobile, the transmission coil antenna system system of the present invention may be mounted on a part of the automobile. More specifically, it may be provided on the door handle of an automobile.
1 コイル
2 交流電源
3 同調コンデンサ
4 磁芯
5 巻線
1
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JP2005213855A JP2007036422A (en) | 2005-07-25 | 2005-07-25 | Transmission coil antenna system |
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- 2005-07-25 JP JP2005213855A patent/JP2007036422A/en active Pending
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