JP2009206974A - Magnetic body antenna, and antenna apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するRFID(Radio Frequency Identification)システム等に用いられる磁性体アンテナ及び該磁性体アンテナを備えるアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic antenna used in an RFID (Radio Frequency Identification) system or the like that communicates with an external device via an electromagnetic field signal, and an antenna device including the magnetic antenna.
RFIDシステムで用いられる携帯電子機器に搭載されるアンテナが特許文献1に開示されている。図1は特許文献1に記載されるアンテナ装置の構造を示す正面図である。
図1(A)(B)のいずれの例でも、コイル導体パターンを形成したフレキシブル基板を磁性体コア4a,4bにそれぞれ巻き付けるように取り付けて、第1のコイル部2a及び第2のコイル部2bを形成している。この二つのコイル部2a,2bを回路基板21に所定間隔を有して配置(実装)することによってアンテナ装置を構成している。
1A and 1B, the flexible substrate on which the coil conductor pattern is formed is attached so as to be wound around the
図1において破線はアンテナのコイル部2a,2bが発生する磁界(磁力線)、又はこのアンテナ装置をリーダ・ライタ側のアンテナ20に近接させた状態でアンテナのコイル部2a,2bが受ける磁界(磁力線)を表している。
このようなアンテナ装置が携帯電話端末や携帯情報端末等の携帯電子機器に実装して使用される場合には、リーダ・ライタとの通信可能距離を伸ばすために、遠方でのリーダ・ライタとアンテナの結合係数を向上させる必要がある。2つのコイル間の遠方での結合係数を向上させるためには、アンテナ単独の磁束をより遠方で周回させる必要がある。 When such an antenna device is mounted and used in a portable electronic device such as a mobile phone terminal or a portable information terminal, the reader / writer and the antenna at a distant place are used in order to extend the communicable distance with the reader / writer. It is necessary to improve the coupling coefficient. In order to improve the coupling coefficient in the distance between the two coils, it is necessary to circulate the magnetic flux of the antenna alone in the distance.
しかし、特許文献1に示されているアンテナ装置は、磁性体コア(フェライトコア)の軸方向に対して垂直な面をループ面とするコイルが形成されていて、且つ回路基板に直接実装または非常に近い位置に配置されている。この構造によると、磁束の周回経路が最適位置より小さくなる傾向があり、そのため、通信距離を稼ぐためには不利であり、アンテナ性能が損なわれる問題があることがわかった。
However, the antenna device disclosed in
また、図1(B)に示したように、第1・第2のコイル部2a,2bの中間位置から第1・第2のコイル部2a,2bの外側を向く、第1・第2のコイル部2a,2bのループ面の法線の方向が回路基板21から遠ざかる方向を向いていると、上述の傾向がさらに顕著になることがわかった。
Further, as shown in FIG. 1B, the first and
そこで、本発明の目的は、リーダ・ライタ側アンテナ等の相手側アンテナとの遠方での結合係数を向上させて、通信可能距離を伸ばした磁性体アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic antenna having an increased communication distance by improving a coupling coefficient in the distance to a partner antenna such as a reader / writer side antenna, and an antenna device including the same. It is in.
上記問題点を解決するために、本発明は次のように構成する。
(1)磁性体コアの周囲にそれぞれ巻回された第1・第2の少なくとも2つのコイルが回路基板に実装または近接配置されるとともに、第1・第2のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第1・第2のコイルの誘起電圧が同極性で合成されるように前記第1・第2のコイルが接続された、(または第1・第2のコイルに通電したときに第1・第2のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するように第1・第2のコイルが接続された)磁性体アンテナにおいて、
前記第1・第2のコイルの内側端から外側端方向を向く、前記第1・第2のコイルのループ面の法線が前記回路基板方向にそれぞれ傾斜するように形成する。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
(1) At least two first and second coils wound around the magnetic core are mounted on or arranged in proximity to the circuit board, and the inner and outer ends of the first and second coils The first and second coils are connected so that the induced voltages of the first and second coils generated when the magnetic flux is transmitted between them are combined with the same polarity (or the first and second coils). In the magnetic antenna, the first and second coils are connected so that the magnetic flux is transmitted between the inner and outer ends of the first and second coils when the coil is energized.
The normal lines of the loop surfaces of the first and second coils are inclined in the circuit board direction from the inner ends of the first and second coils toward the outer end direction.
この構成により、コイルの外側端から発生する(コイルを透過する)磁束の向きは、実装先の回路基板方向を向くこととなる。そのため、磁束の周回経路が大きくなり、より遠方にあるアンテナとの結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。 With this configuration, the direction of the magnetic flux generated from the outer end of the coil (through the coil) is directed toward the circuit board at the mounting destination. Therefore, the magnetic flux circulation path becomes larger, the amount of coupling with the antenna located farther increases, and the communication distance performance is improved.
(2)前記第1・第2のコイルは、それぞれコイル導体が複数回巻回されてなり、
前記ループ面の法線が前記回路基板方向に傾斜しているコイルは前記外側端付近に巻回された前記コイル導体によるコイル部のみとしてもよい。
(2) The first and second coils are each formed by winding a coil conductor a plurality of times,
The coil in which the normal line of the loop surface is inclined toward the circuit board may be only the coil portion formed by the coil conductor wound around the outer end.
一般に複数巻回されたコイルにおいては、コイルのループ面が斜めになることによってインダクタンス値が低下するが、上記構成によれば、外側の端部付近に巻回されたコイル導体のみが傾斜することになるので、インダクタンス値の低下量が抑えられる。そのため必要なインダクタンス値を得るためのコイル巻回数及びコイル導体の線路長が長くならず、アンテナが大型化することもない。 In general, in a coil wound in a plurality of turns, the inductance value is reduced by making the loop surface of the coil slant. However, according to the above configuration, only the coil conductor wound near the outer end is inclined. Therefore, the amount of decrease in inductance value can be suppressed. Therefore, the number of coil turns and the line length of the coil conductor for obtaining a necessary inductance value are not increased, and the antenna is not enlarged.
(3)前記外側端付近に巻回されたコイル導体は、前記回路基板側とは反対面側の線幅が前記回路基板側の線幅より広く形成されたものとしてもよい。 (3) The coil conductor wound in the vicinity of the outer end may be formed such that the line width on the side opposite to the circuit board side is wider than the line width on the circuit board side.
この構成により、コイルのループ面が等価的に斜めになるが、最も外側のコイル導体のみ、その半面の線幅が広くなるだけであるので、インダクタンス値が低下することなく磁束の周回経路を大きくすることができる。 With this configuration, the loop surface of the coil is equivalently slanted, but only the outermost coil conductor only has a wider line width on the half surface, so that the magnetic flux circulation path is increased without lowering the inductance value. can do.
(4)本発明のアンテナ装置は、上記構成の磁性体アンテナと、該磁性体アンテナが実装される回路基板と、を備え、前記第1・第2のコイルが巻回される前記磁性体コアの、前記第1・第2のコイルの前記外側端が、平面視で前記回路基板の外縁か、または外縁より外部に位置するようにして構成する。 (4) An antenna device of the present invention includes the magnetic antenna having the above-described configuration and a circuit board on which the magnetic antenna is mounted, and the magnetic core around which the first and second coils are wound. The outer ends of the first and second coils are configured to be located on the outer edge of the circuit board or on the outside of the outer edge in plan view.
この構成により、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が回路基板の電極(グランドパターン)に遮断されることなく、回路基板側へ向かう磁束密度が高くなり、磁束の周回経路が大きくなって、通信距離性能がより向上することになる。 With this configuration, the magnetic flux directed toward the circuit board from the outer end of the coil is not blocked by the circuit board electrode (ground pattern), the magnetic flux density toward the circuit board is increased, and the magnetic flux circulation path is increased. Thus, the communication distance performance is further improved.
この発明によれば、コイルから発生する(コイルを透過する)磁束は、コイルの外側の端部から実装先の回路基板方向を向いて、磁束の周回経路が大きくなる。そのため、より遠方にあるアンテナとの結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。 According to the present invention, the magnetic flux generated from the coil (transmitted through the coil) is directed from the outer end of the coil toward the circuit board at the mounting destination, and the magnetic flux circulation path becomes larger. For this reason, the amount of coupling with a farther antenna increases, and the communication distance performance improves.
《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す図である。
図2(A)は、磁性体アンテナ22と、それを実装する回路基板21及びこれらによって構成されるアンテナ装置101の正面図である。平板状のフェライトからなる磁性体コア14a,14bの周囲には、コイル導体が形成されたフレキシブル基板を巻き付けられてコイル13a,13bがそれぞれ構成されている。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the magnetic antenna and the antenna device according to the first embodiment.
FIG. 2A is a front view of the
この第1・第2の二つのコイル13a,13bは、後に示すように、内側端(回路基板21に実装した状態での略中間位置Cに近い側)と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第1・第2のコイル13a,13bの誘起電圧が合成されるように、この二つのコイル13a,13bが接続されている。
As will be described later, the first and
図2(B)はコイル13aの端部付近の拡大図である。コイル13aはコイル導体131,132,133・・・の複数のコイル導体が巻回されてなり、図中の破線は磁性体コア14aの後方端面でのコイル導体のパターンを、実線は磁性体コア14aの手前の端面(正面)でのコイル導体のパターンをそれぞれ表している。
FIG. 2B is an enlarged view of the vicinity of the end of the
コイル13bについてもコイル13aと同様の構成である。但し、コイル13aとは左右対称形を成している。
このようにしてコイル13a,13bのループ面の法線Nは回路基板21方向にそれぞれ傾斜している。
The
In this way, the normal lines N of the loop surfaces of the
このように、第1・第2のコイル13a,13bのループ面の法線Nが回路基板21方向にそれぞれ傾斜していることによって、図2(A)に示すようにコイル13a,13bの外側端から出入りする磁束の方向は法線方向となり、リーダ・ライタ側アンテナ20から遠ざかる方向となる。
Thus, the normal lines N of the loop surfaces of the first and
また、第1・第2のコイル13a,13bが巻回される磁性体コア14a,14bの、外側端は、平面視で回路基板21の外縁か、または外縁より外部に位置している(はみ出している。)。そのため、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が回路基板の電極(グランドパターン)に遮断されず、回路基板側へ向かう磁束密度が高くなり、磁束の周回経路がより大きくなる。
Further, the outer ends of the
以上に述べた作用によって、磁束の周回経路が大きくなって、より遠方にあるリーダ・ライタ側アンテナ20との結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
By the action described above, the magnetic flux circulation path becomes larger, the amount of coupling with the reader /
図3は、図2に示したコイル13aのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。図3(A)はフレキシブル基板の展開した平面図、図3(B)は磁性体コア14aの回りに巻き付けるように折り曲げた状態での上面図、図3(C)はその正面図、図3(D)はその背面図である。図3(B)(C)(D)については磁性体コア14a,14bも含めて表している。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a pattern on the flexible substrate of the
図3(B)に示したように、フレキシブル基板15が磁性体コア14を取り巻くように折り曲げられた状態で、次のように各コイル導体同士が接続される。
図3(A)中の符号p1〜p4,q1〜q4は、フレキシブル基板15に形成されているコイル導体131〜133の端部(接続点)であり、図3(B)に示した状態で、コイル導体131〜133の一方の端部p1〜p3がコイル導体132〜134の他方の端部q1〜q3に対してそれぞれ導通し、コイル導体134の一方の端部p4が接続線路135の端部q4に導通する。
As shown in FIG. 3B, the coil conductors are connected to each other as follows in a state where the
Symbols p1 to p4 and q1 to q4 in FIG. 3A are end portions (connection points) of the
コイル導体131の一方の端部はフレキシブル基板15の突出部9にまでそれぞれ引き出されている。この突出部9のコイル導体の端部が、実装先である回路基板上の接続部に接続される。このようにして、第1・第2のコイル13a,13bの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第1・第2のコイル13a,13bの誘起電圧が加算される極性で、この第1・第2のコイル13a,13bが接続される。
One end of the
このように各コイル導体131〜134のパターンは磁性体コアの上面と下面とで左右方向にずれた位置に配置されているので、上述したとおり、コイルの内側端から外側端を向くループ面の法線は回路基板方向を向くように傾斜する。
As described above, since the patterns of the
《第2の実施形態》
図4は第2の実施形態に係る磁性体アンテナ23及びアンテナ装置102の構成を示す正面図である。
第1・第2のコイル13a,13bはそれぞれ複数のコイル導体131〜134を備えているが、これらのコイル導体のうち最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体131のみが、第1の実施形態の場合と同様に、そのループ面の法線Nが回路基板21方向を向くように傾斜している。他のコイル導体132〜134については従来のコイルと同様に、それらのループ面の法線Nが磁性体コア14a,14bの軸方向を向くようにそれぞれパターンが形成されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
<< Second Embodiment >>
FIG. 4 is a front view showing the configuration of the
Each of the first and
このように構成することによって、複数のコイル導体のうち殆どはそれぞれのループ面が磁性体コア14a,14bの軸方向に対して垂直に(ループ面の法線が磁性体コアの軸方向を)向くので、コイルのインダクタンス値を低下させることなく、磁束の周回経路を大きくすることができる。
With this configuration, most of the plurality of coil conductors have their loop surfaces perpendicular to the axial direction of the
このようにコイル13a,13bの外側の端部付近に位置するコイル導体によるループ面を透過する磁束は回路基板21側を向くとともに回路基板21の電極(グランドパターン)に影響されずに磁束の周回経路が大きく広がることになる。
Thus, the magnetic flux passing through the loop surface by the coil conductor located near the outer ends of the
また、外側の端部付近に巻回されたコイル導体のみが傾斜することになるので、インダクタンス値の低下量が抑えられる。そのため必要なインダクタンス値を得るためのコイル巻回数及びコイル導体の線路長が長くならず、アンテナが大型化することもない。 Moreover, since only the coil conductor wound around the outer end portion is inclined, the amount of decrease in the inductance value can be suppressed. Therefore, the number of coil turns and the line length of the coil conductor for obtaining a necessary inductance value are not increased, and the antenna is not enlarged.
《第3の実施形態》
図5は第3の実施形態に係る磁性体アンテナ24及びアンテナ装置103の構成を示す正面図である。
第1・第2のコイル13a,13bはそれぞれ複数のコイル導体131〜134を備えているが、これらのコイル導体のうち最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体131は、回路基板21側とは反対面側の線幅が回路基板21側の線幅より広く形成されている。他のコイル導体132〜134については従来のコイルと同様に、回路基板21側とその反対面側についても同じ線幅のパターンが形成されている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 5 is a front view showing the configuration of the
Each of the first and
図6は、図5に示したコイル13aのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。図6(A)はフレキシブル基板の展開した平面図、図6(B)は磁性体コア14aの回りを取り巻くように折り曲げた状態での上面図、図6(C)はその正面図、図6(D)はその背面図である。図6(B)(C)(D)については磁性体コア14a,14bも含めて表している。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a pattern on the flexible substrate of the
図6(B)に示したように、フレキシブル基板15が磁性体コア14を取り巻くように折り曲げられた状態で、次のように各コイル導体同士が接続される。図6(A)中の符号p1〜p4,q1〜q4は、フレキシブル基板15に形成されているコイル導体131〜133の端部(接続点)であり、図6(B)に示した状態で、コイル導体131〜133の一方の端部p1〜p3がコイル導体132〜134の他方の端部q1〜q3に対してそれぞれ導通し、コイル導体134の一方の端部p4が接続線路135の端部q4に導通する。
As shown in FIG. 6B, in the state where the
コイル導体131の一方の端部はフレキシブル基板15の突出部9にまでそれぞれ引き出されている。この突出部9のコイル導体の端部が、実装先である回路基板上の接続部に接続される。
One end of the
このように、最も外側の端部付近のコイル導体131については、回路基板21側とは反対側の線幅が回路基板21側の線幅より広いため、この最も外側のコイル導体131によるループ面は、等価的にはその法線が回路基板21側を向くようになる。その結果、図5に示すように磁束の周回経路が大きくなって、より遠方にあるリーダ・ライタ側アンテナ20との結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
As described above, the
《第4の実施形態》
図7は第4の実施形態に係る磁性体アンテナ25及びアンテナ装置104の構成を示す正面図である。
第1・第2のコイル13a,13bはそれぞれ複数のコイル導体131〜134を備えている。これらのコイル導体131〜134の構成は図4に示した第2の実施形態の場合と同様に、最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体131が、そのループ面の法線Nが回路基板21方向を向くように傾斜している。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 7 is a front view showing the configuration of the
Each of the first and
図4に示した構成と異なるのは、磁性体コア14a,14bの外側の端面が回路基板21側へ傾斜している点である。このような磁性体コア14a,14bを用いることによって、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が、より効果的に回路基板21方向へ向くことになり、磁束の周回経路がより大きくなる。
4 is different from the configuration shown in FIG. 4 in that the outer end faces of the
なお、図3・図6に示した例では第1・第2のコイル13a,13bを直列に接続した例を示したが、第1・第2のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第1・第2のコイルの誘起電圧が加算(合成)される極性であれば、両者を並列に接続してもよい。
In the example shown in FIGS. 3 and 6, the first and
また、各実施形態では相手側アンテナがリーダ・ライタ側アンテナである例を示したが、本発明はRFIDシステムのリーダ・ライタ側アンテナとの通信に限らず、同様のアンテナを備えた携帯電子機器同士の通信を行うアンテナにも適用できる。 In each embodiment, the counterpart antenna is the reader / writer side antenna. However, the present invention is not limited to the communication with the reader / writer side antenna of the RFID system, and a portable electronic device provided with the same antenna. It can also be applied to antennas that communicate with each other.
さらに、磁性体アンテナは回路基板に直接実装する形態に限らず、回路基板に近接配置するように構成してもよい。 Further, the magnetic antenna is not limited to being directly mounted on the circuit board, and may be configured to be disposed close to the circuit board.
9…突出部
13a,13b…コイル
14a,14b…磁性体コア
15…フレキシブル基板
20…リーダ・ライタ側アンテナ
21…回路基板
22〜25…磁性体アンテナ
101〜104…アンテナ装置
131〜134…コイル導体
135…接続線路
N…法線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ...
Claims (4)
前記第1・第2のコイルの内側端から外側端方向を向く、前記第1・第2のコイルのループ面の法線が前記回路基板方向にそれぞれ傾斜していることを特徴とする磁性体アンテナ。 First and second at least two coils wound around the magnetic core are mounted on or arranged in proximity to the circuit board, and between the inner and outer ends of the first and second coils. In the magnetic antenna to which the first and second coils are connected so that the induced voltages of the first and second coils generated when the magnetic flux is transmitted are synthesized with the same polarity,
A magnetic body characterized in that normal lines of the loop surfaces of the first and second coils are inclined in the circuit board direction from the inner ends of the first and second coils to the outer end direction. antenna.
前記ループ面の法線が前記回路基板方向に傾斜しているコイルは前記外側端付近に巻回された前記コイル導体によるコイル部である請求項1に記載の磁性体アンテナ。 Each of the first and second coils is formed by winding a coil conductor a plurality of times.
2. The magnetic antenna according to claim 1, wherein the coil whose normal of the loop surface is inclined toward the circuit board is a coil portion formed by the coil conductor wound around the outer end.
前記第1・第2のコイルが巻回される前記磁性体コアの、前記第1・第2のコイルの前記外側端が、平面視で前記回路基板の外縁か、または外縁より外部に位置していることを特徴とするアンテナ装置。 A magnetic antenna according to any one of claims 1 to 3, and a circuit board on which the magnetic antenna is mounted,
The outer ends of the first and second coils of the magnetic core around which the first and second coils are wound are located on the outer edge of the circuit board or outside the outer edge in plan view. An antenna device characterized by comprising:
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