JP2010004257A - Loop antenna, and radio transmitting/receiving device - Google Patents

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JP2010004257A JP2008160524A JP2008160524A JP2010004257A JP 2010004257 A JP2010004257 A JP 2010004257A JP 2008160524 A JP2008160524 A JP 2008160524A JP 2008160524 A JP2008160524 A JP 2008160524A JP 2010004257 A JP2010004257 A JP 2010004257A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a loop antenna and a radio transmitting/receiving device, capable of coping with two stacked IC cards. <P>SOLUTION: An antenna portion 1 has a receiving loop antenna 10, a transmitting loop antenna 11, and self-resonant loop antennas 12 and 13, which are arranged on a same plane substrate. For the receiving loop antenna, a capacitor C1 is connected to a coil with wire turns n of 1 which is arranged on an outermost periphery within a substrate of 105 mm×70 mm to form a resonance circuit. For the transmitting loop antenna, a capacitor C2 is connected to a coil with wire turns n of 2 which is arranged inside of the receiving loop antenna 10 to form and connect the resonance circuit to a drive circuit for outputting a carrier magnetic field of 13.56 MHz. For each of two self-resonant loop antennas arranged in parallel with each other inside of the receiving loop antenna and the transmitting loop antenna, a capacitor is connected to loop coils arranged outside and inside of each of the loop antennas arranged in parallel to form the resonance circuits respectively which resonate at about 20 MHz. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動改札システムなどにおいて、定期券として用いられる非接触型ICカードと非接触で送受信を行うループアンテナ及び無線送受信装置に関する。   The present invention relates to a loop antenna and a wireless transmission / reception apparatus that perform non-contact transmission / reception with a non-contact type IC card used as a commuter pass in an automatic ticket gate system or the like.

近年、駅務機器における自動改札装置や係員処理装置などには、定期券として用いられる非接触型ICカード(以下、ICカードと称する。)と送受信を行い、通行の可否を判別する無線送受信装置としての非接触型ICカードリーダ・ライタ(以下、R/W装置と称する。)が備えられている場合が多い。   2. Description of the Related Art In recent years, a wireless transmission / reception device that performs transmission / reception with a non-contact type IC card (hereinafter referred to as an IC card) used as a commuter pass for an automatic ticket gate device or a clerk processing device in a station service device, and determines whether or not traffic is allowed. In many cases, a non-contact type IC card reader / writer (hereinafter referred to as an R / W device) is provided.

このR/W装置は、装置の内部に配置したループアンテナから磁界を発生することによって上記ICカードと非接触で通信を行う(例えば、特許文献1参照。)。   This R / W device communicates with the IC card in a non-contact manner by generating a magnetic field from a loop antenna disposed inside the device (see, for example, Patent Document 1).

このループアンテナは、送信用ループアンテナと受信用ループアンテナが同一平面状に配置されて構成されている。この種のループアンテナは、自動改札装置に搭載されて用いられることから、通過する利用客が当該自動改札装置の読取・書込部(R/W装置のアンテナ部)にかざしたICカードとは安定して通信が可能であるが、その他の利用客が携帯するICカードとは通信しないことが望ましい。   This loop antenna is configured by arranging a transmission loop antenna and a reception loop antenna on the same plane. Since this type of loop antenna is mounted on and used in an automatic ticket gate device, what is an IC card in which a passing customer is held over the reading / writing unit (the antenna unit of the R / W device) of the automatic ticket gate device? Although stable communication is possible, it is desirable not to communicate with an IC card carried by other users.

そのためには、ICカードとR/W装置との通信距離を延ばし、通信可能領域を広げることが望ましい。その理由は、近年、ICカードの発行メーカが増え、特性の異なるICカードが出回っており、これらのICカードに対応するためには、通信距離を大きく(通信可能領域を大きく)しながら、通信不能領域を少なくし、通信特性を向上することが課題になっている。特に、カードを2枚重ねて使用した場合に通信性能が低下するという課題がある。
特許第3579899号公報(10−11頁、図6)
For this purpose, it is desirable to extend the communication distance between the IC card and the R / W device and to expand the communicable area. The reason for this is that in recent years, IC card issuers have increased, and IC cards with different characteristics are on the market. In order to support these IC cards, communication distance is increased (communication area is increased) and communication is performed. The problem is to reduce the impossible area and improve the communication characteristics. In particular, there is a problem that the communication performance is lowered when two cards are used in an overlapping manner.
Japanese Patent No. 3579899 (page 10-11, FIG. 6)

上述したように、近年、ICカードを2枚重ねて使用するシステムが増えてきている。このICカードを2枚重ねて使用した場合、上記R/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が1枚のみの場合と比べて極端に小さくなり、この受信信号を正常に復調できない場合には、通信不良が発生するという課題があった。   As described above, in recent years, an increasing number of systems use two IC cards. When two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of the return signal from the IC card received by the R / W device becomes extremely small compared to the case where only one IC card is received, and the received signal cannot be demodulated normally. In this case, there is a problem that communication failure occurs.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき、通信不良の発生を低減することが可能なるループアンテナ及びループアンテナを備えた無線送受装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and even when two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of a return signal from the IC card received by the R / W device can be sufficiently secured, It is an object of the present invention to provide a loop antenna and a wireless transmission / reception device including the loop antenna that can reduce the occurrence of communication failure.

上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載の無線送受信装置は、磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置であって、ICカードのサイズより大きく、そのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、前記送信用ループアンテナと接続され、この送信用ループアンテナにキャリア周波数の電圧を供給することによって、当該送信用ループアンテナからキャリア周波数の磁界を輻射する駆動回路と、前記受信用ループアンテナで受信した信号を処理する処理回路と、を備え、前記送信用ループアンテナは、第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記受信用ループアンテナは、第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記自己共振用ループアンテナ部は、外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第4の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振ループアンテナと、を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a wireless transmission / reception apparatus according to claim 1 of the present invention is a wireless transmission / reception apparatus that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field, and is larger than the size of the IC card. A receiving loop antenna disposed on the outermost periphery of a planar substrate smaller than twice the size, a transmitting loop antenna disposed inside the receiving loop antenna, and a juxtaposed arrangement inside the transmitting antenna The two self-resonant loop antenna units are connected to the transmission loop antenna, and a carrier frequency voltage is supplied to the transmission loop antenna, thereby radiating a carrier frequency magnetic field from the transmission loop antenna. A drive circuit; and a processing circuit for processing a signal received by the reception loop antenna, the transmission loop antenna A coil having a first number of turns and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil and forming a first resonance circuit, wherein the receiving loop antenna has a second A coil having a number of turns and a capacitor that is connected between the start and end of winding of the coil to form a second resonance circuit, and the self-resonant loop antenna unit is disposed outside. A first self-resonant loop antenna having an endless loop formed by a coil having a number of turns of 3 and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil and forming a third resonance circuit; A coil having a fourth number of turns disposed inside the first self-resonant loop antenna and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a fourth resonance circuit And a second self-resonant loop antenna in which an endless loop is formed. The resonance frequency of the first self-resonant loop antenna and the second self-resonant loop antenna is set to the resonance frequency of the transmission loop antenna. It is characterized by being set to a frequency several MHz higher.

また、本発明の請求項3記載のループアンテナは、磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置のループアンテナであって、ICカードのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、前記送信用ループアンテナは、第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記受信用ループアンテナは、第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、前記自己共振用ループアンテナ部は、外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振用ループアンテナと、を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする。   A loop antenna according to claim 3 of the present invention is a loop antenna of a wireless transmission / reception apparatus that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field, and is a plane smaller than twice the size of the IC card. Receiving loop antenna arranged on the outermost periphery of the substrate, a transmitting loop antenna arranged inside the receiving loop antenna, and two self-resonant loop antennas arranged side by side inside the transmitting antenna The transmission loop antenna includes a coil having a first number of turns, and a capacitor connected between a winding start and a winding end of the coil to form a first resonance circuit, The reception loop antenna includes a coil having a second number of turns, and a capacitor connected between the winding start and the winding end of the coil and forming a second resonance circuit. And the self-resonant loop antenna unit is connected between a coil having a third number of turns arranged outside and a winding start and end of the coil, and forms a third resonance circuit. A first self-resonant loop antenna that forms an endless loop, a coil having a second number of turns arranged inside the first self-resonant loop antenna, and the start and end of winding of the coil And a second self-resonant loop antenna having an endless loop formed by a capacitor that forms a fourth resonant circuit and is connected between the first self-resonant loop antenna and the second self-resonant loop antenna. The resonant frequency of the self-resonant loop antenna is set to a frequency several MHz higher than the resonant frequency of the transmitting loop antenna.

本発明によれば、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき通信不良の発生を低減することが可能なループアンテナ及び無線送受装置を提供することを目的とする。   According to the present invention, even when two IC cards are used in an overlapping manner, the amplitude of the return signal from the IC card received by the R / W device can be sufficiently secured, and the occurrence of communication failure can be reduced. An object of the present invention is to provide a loop antenna and a wireless transmission / reception device.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係るループアンテナを備えた無線送受信装置100である。この無線送受信装置100は、ループアンテナを構成するアンテナ部1、送信部2、受信部3を有して構成される。   FIG. 1 is a wireless transmission / reception apparatus 100 including a loop antenna according to a first embodiment of the present invention. The wireless transmission / reception apparatus 100 includes an antenna unit 1, a transmission unit 2, and a reception unit 3 that constitute a loop antenna.

図2は、アンテナ部1の構成をわかりやすく表現した説明図である。以下、この図も参照して説明する。   FIG. 2 is an explanatory diagram expressing the configuration of the antenna unit 1 in an easily understandable manner. Hereinafter, description will be given with reference to this figure.

アンテナ部1は、受信用ループアンテナ10(ループアンテナ10)、送信用ループアンテナ11(ループアンテナ11)及び自己共振用ループアンテナ部で構成される。   The antenna unit 1 includes a reception loop antenna 10 (loop antenna 10), a transmission loop antenna 11 (loop antenna 11), and a self-resonance loop antenna unit.

自己協信用ループアンテナ部は、自己共振用ループアンテナ12(第1の自己共振用ループアンテナ)及び自己共振用ループアンテナ13(第2の自己共振用ループアンテナ)を有し、同一平面基板上に配置して構成される。本実施例では、プリント板配線基板によって実現している。   The self-collaborative loop antenna unit has a self-resonant loop antenna 12 (first self-resonant loop antenna) and a self-resonant loop antenna 13 (second self-resonant loop antenna) on the same plane substrate. Arranged and configured. In this embodiment, this is realized by a printed circuit board.

なお、プリント配線基板のサイズはICカードと磁界による通信を行うためそのサイズと同程度であることが好ましい。その理由は、受信用ループアンテナの外周がICカードより小さいと、受信用ループアンテナからの距離に対して変化が大きくなり不特定多数の利用客が携帯して利用する場合には通信の安定性が悪くなる場合がある。一方大きすぎる場合には、受信ループ内で均一な受信をすることが困難になる。以上の理由により、本実施例では、プリント基板配線のサイズをICカードのサイズよりは大きくその2倍よりは小さい平面基基板に設定してある。   Note that the size of the printed wiring board is preferably approximately the same as the size of the printed circuit board in order to communicate with the IC card using a magnetic field. The reason is that if the outer circumference of the receiving loop antenna is smaller than the IC card, the change will be larger with respect to the distance from the receiving loop antenna, and the communication stability will be improved when many unspecified customers carry it. May get worse. On the other hand, when it is too large, it becomes difficult to perform uniform reception within the reception loop. For the above reasons, in this embodiment, the size of the printed circuit board wiring is set to be a flat base substrate that is larger than the size of the IC card and smaller than twice that.

ループアンテナ10は、アンテナ部1の最外周に、104mm×67mmの四角形に配置し、コイルの巻数nはn=1に設定してある(第1の巻数)。アンテナを構成するコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間には、コンデンサCが配置され、受信した信号に対して共振回路(第1の共振回路)が形成されている。 The loop antenna 10 is arranged in a 104 mm × 67 mm square on the outermost periphery of the antenna unit 1, and the number of turns n of the coil is set to n = 1 (first number of turns). Between the winding end of the winding start and a coil of a coil constituting the antenna, is arranged a capacitor C 2, the resonance circuit (first resonance circuit) is formed for the received signal.

ループアンテナ11は、アンテナ10の内側に配置され、コイルの巻数nはn=2に設定してある(第2の巻数)。アンテナを構成するコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間には、コンデンサCが接続され、送信信号に対して共振回路(第2の共振回路)が形成されている。このように構成されたループアンテナ11は、駆動回路2に接続されており、キャリア発生器(図示しない)から出力された13.56MHzのキャリアを磁界として発生させる。 The loop antenna 11 is arranged inside the antenna 10, and the number of turns n of the coil is set to n = 2 (second number of turns). Between the winding end of the winding start and a coil of a coil constituting the antenna, is connected to the capacitor C 1, the resonance circuit (second resonance circuit) is formed on the transmission signal. The loop antenna 11 configured as described above is connected to the drive circuit 2 and generates a 13.56 MHz carrier output from a carrier generator (not shown) as a magnetic field.

ループアンテナ12及び13は、ループアンテナ10及びループアンテナ11の内側に並置されて配置される。ループアンテナ12は、外側に配置されたループアンテナ12a及び内側に配置された12bで構成される。同様にループアンテナ13は、外側に配置されたループアンテナ13a及び内側に配置された13bで構成される。   The loop antennas 12 and 13 are arranged side by side inside the loop antenna 10 and the loop antenna 11. The loop antenna 12 includes a loop antenna 12a arranged on the outside and 12b arranged on the inside. Similarly, the loop antenna 13 includes a loop antenna 13a arranged on the outer side and 13b arranged on the inner side.

外側に配置されたループアンテナ12a及び13aは同様に構成あされ、ループアンテナを構成するコイルの巻数n=3(第3の巻数)に設定され、前者はコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間にコンデンサCが接続されて第3の共振回路が形成され、後者はコンデンサCが接続されて第4の共振回路が形成される。これらは共に、ループアンテナ11の共振周波数(13.56MHzの近傍に設定された周波数)より数MHz高い約20MHzで共振する。 The loop antennas 12a and 13a arranged on the outer side are similarly configured, and the number of turns of the coil constituting the loop antenna is set to n = 3 (the third number of turns), and the former includes the winding start of the coil and the winding end of the coil. is the capacitor C 3 is connected between the third resonant circuit is formed, the latter a fourth resonance circuit is formed by connecting a capacitor C 5. Both of these resonate at about 20 MHz, which is several MHz higher than the resonance frequency of the loop antenna 11 (frequency set in the vicinity of 13.56 MHz).

内側に配置されたループアンテナ12b及び13bは同様に構成され、ループアンテナを構成するコイルの巻数n=4(第4の巻数)に設定され、前者はコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりとの間にコンデンサCが接続されて第5の共振回路が形成され、後者はコンデンサCが接続されて第6の共振回路が形成される。これらは共に、ループアンテナ11の共振周波数(13.56MHz)より数MHz高い約20MHzで共振する。 The loop antennas 12b and 13b arranged on the inner side are configured in the same manner, and the number of turns of the coil constituting the loop antenna is set to n = 4 (fourth number of turns), and the former includes the winding start of the coil and the winding end of the coil. fifth resonant circuit capacitor C 4 is connected is formed between the latter sixth resonant circuit is formed by connecting the capacitor C 6 is. Both of these resonate at about 20 MHz, which is several MHz higher than the resonance frequency (13.56 MHz) of the loop antenna 11.

図3は、図1に示すアンテナ部1の受信時の概略等価回路である。ループアンテナ10が受ける磁界(鎖交磁束数)は同一平面上に形成されたループアンテナ11及びアンテナ12、13も受けることになる。   FIG. 3 is a schematic equivalent circuit at the time of reception of the antenna unit 1 shown in FIG. The magnetic field (number of flux linkages) received by the loop antenna 10 is also received by the loop antenna 11 and the antennas 12 and 13 formed on the same plane.

この結果、ループアンテナ10のコイルのインダクタンスL、コンデンサC、電流I、誘起された起電力をU1とすると、等価回路は概略下式(1)で示すことができる。受信回路に誘導起電力以外の電源がないため、下式(2)で示すU1=0となる。受信部のインピーダンスをZとするとき、このZに取り出される電圧は下式(3)で示すことができる。ここで、相互インダクタンスM12、M13、M14、M15、M16はそれぞれループアンテナ10のコイルLに対するコイルL、L、L、Lとの相互インダクタンスである。

Figure 2010004257
As a result, assuming that the inductance L 1 of the coil of the loop antenna 10, the capacitor C 1 , the current I 1 , and the induced electromotive force is U 1, the equivalent circuit can be roughly expressed by the following equation (1). Since there is no power source other than the induced electromotive force in the receiving circuit, U1 = 0 expressed by the following equation (2). When the impedance of the receiving unit is Z, the voltage extracted to Z can be expressed by the following equation (3). Here, mutual inductances M 12 , M 13 , M 14 , M 15 , and M 16 are mutual inductances with the coils L 2 , L 3 , L 4 , and L 5 for the coil L 1 of the loop antenna 10, respectively.
Figure 2010004257

ここで、ループアンテナ10が誘起する起電力L(dI/dt)に対して、ループアンテナ12、13は、それぞれ閉回路からなる共振回路を構成する。また、磁界の中にあるコイルの特性上、そのときの磁界を打ち消す方向に起電力が発生する(逆起電力)ため、見かけ上アンテナ12、13があることによって磁界の強さが弱められる。 Here, with respect to the electromotive force L 1 (dI 1 / dt) induced by the loop antenna 10, the loop antennas 12 and 13 each constitute a resonance circuit composed of a closed circuit. Further, due to the characteristics of the coil in the magnetic field, an electromotive force is generated in the direction that cancels the magnetic field at that time (back electromotive force). Therefore, the presence of the antennas 12 and 13 apparently weakens the strength of the magnetic field.

アンテナ12、13は上述したように直列共振回路を構成している。従って、共振時回路のインピーダンスが低下し、電流値が増加することにより、当該共振周波数の磁界を弱める効果がある。   The antennas 12 and 13 constitute a series resonance circuit as described above. Accordingly, the impedance of the circuit at the time of resonance is reduced and the current value is increased, so that there is an effect of weakening the magnetic field at the resonance frequency.

本実施例では、この共振周波数を約20MHzに設定してあり、基準となる搬送波13.56MHzに対して良好であることが確かめられている。   In this embodiment, the resonance frequency is set to about 20 MHz, and it is confirmed that the resonance frequency is good with respect to the reference carrier wave 13.56 MHz.

次に、自己共振用ループアンテナが複数あることの効果を説明する。受信アンテナが例えば1個のみの場合には、ICカード4をアンテナ部1に近づけると、ICカードとループアンテナ10との距離の二乗に反比例して磁界の強さが変化するのは知られている。ここで、ICカード4と無線通信する場合には、磁界の強さが上記距離に応じて大きく変化するため、安定した通信を行うためには、設定した通信範囲及び通信距離の間で、距離に応じて磁界が急激な変化を行わないことが望ましい。   Next, the effect of having a plurality of self-resonant loop antennas will be described. For example, when there is only one receiving antenna, it is known that when the IC card 4 is brought close to the antenna unit 1, the strength of the magnetic field changes in inverse proportion to the square of the distance between the IC card and the loop antenna 10. Yes. Here, when wirelessly communicating with the IC card 4, the strength of the magnetic field varies greatly depending on the distance. Therefore, in order to perform stable communication, the distance between the set communication range and communication distance is Accordingly, it is desirable that the magnetic field does not change rapidly.

そのためには、ICカード4に対して受信ループアンテナ10の感度を上げると共に、このループアンテナ10で通信できる範囲を広げながら安定した受信を行うことが望まれる。本実施例では、そのために、ループアンテナ10の内側を2分割にし、空間磁界に対して共振点を複数配置(実施例では4箇所)し、広い範囲で磁界の強さの変動を低減するようにした。   For this purpose, it is desired to increase the sensitivity of the reception loop antenna 10 with respect to the IC card 4 and to perform stable reception while expanding the range in which the loop antenna 10 can communicate. In the present embodiment, for this purpose, the inside of the loop antenna 10 is divided into two parts, and a plurality of resonance points are arranged with respect to the spatial magnetic field (four in the embodiment) so as to reduce the fluctuation of the magnetic field strength over a wide range. I made it.

また、自己共振用アンテナ12、13を複数にすることにより、各ループアンテナのインダクタンスL、L,L、Lの値を小さくすることができるため、コンデンサC、C、C、Cの値を実務上選択しやすい値にする効果がある。 Moreover, by a plurality of self-resonance antenna 12, it is possible to reduce the value of the inductance L 3, L 4, L 5 , L 6 of each loop antenna, a capacitor C 3, C 4, C This has the effect of making the values of 5 and C 6 easy to select in practice.

図4は、図1に示すアンテナ部1の送信時の概略等価回路である。ループアンテナ11による磁界はループアンテナ10及びループアンテナ12、13と一部共通の磁束鎖交数を有する。   FIG. 4 is a schematic equivalent circuit at the time of transmission of the antenna unit 1 shown in FIG. The magnetic field generated by the loop antenna 11 has a magnetic flux linkage number that is partially common to the loop antenna 10 and the loop antennas 12 and 13.

この結果、ループアンテナ11のコイルのインダクタンスL,コンデンサC、電流I、各コイル間の相互インダクタンスをM21、M23、M24、M25、M26とし、ドライバから供給される電源U=Eとすると、下式(4)で示すことができる。

Figure 2010004257
As a result, the inductance L 2 of the coil of the loop antenna 11, the capacitor C 2 , the current I 2 , and the mutual inductance between the coils are M 21 , M 23 , M 24 , M 25 , M 26, and the power supplied from the driver When U = E, it can be expressed by the following equation (4).
Figure 2010004257

この場合の動作は、電磁気学で一般的に知られているため、詳細の説明は省略するが、そのエッセンスのみ説明すると以下のようになる。   Since the operation in this case is generally known in electromagnetism, the detailed description is omitted, but only the essence will be described as follows.

ループアンテナ10及びループアンテナ12、13はそれぞれ閉回路からなる共振回路を構成する。上述したように、これらのループアンテナはアンテナ11による磁束を打ち消す方向に発生する(逆起電力)、しかしながら、ドライバの供給能力が十分である場合には、この磁束を補うように電流が供給される。結果的には、ループアンテナ10及びアンテナ12、13による逆起電力の効果は考慮しなくてもよいことになる。すなわち、自己共振用ループアンテナが複数ある場合の効果は、受信時には効果が得られるが、送信するときには送信回路の系に影響を与えない。   The loop antenna 10 and the loop antennas 12 and 13 each constitute a resonance circuit composed of a closed circuit. As described above, these loop antennas are generated in the direction to cancel the magnetic flux by the antenna 11 (counterelectromotive force). However, when the driver's supply capability is sufficient, current is supplied to supplement this magnetic flux. The As a result, the effect of the back electromotive force by the loop antenna 10 and the antennas 12 and 13 need not be considered. That is, the effect when there are a plurality of self-resonant loop antennas is obtained at the time of reception, but does not affect the system of the transmission circuit at the time of transmission.

図5は、以上説明したアンテナ部1に係るプリント配線基板の実体配線図である。本実施例では、ICカードサイズ(54mm×85mm)に対してプリント配線基板サイズ(67mm×104mm)とし、ICカードサイズの2倍以内とし、従来に比べて小型のプリント配線基板により要求される機能を達成している。   FIG. 5 is a substantial wiring diagram of the printed wiring board according to the antenna unit 1 described above. In this embodiment, the printed wiring board size (67 mm × 104 mm) is set to the IC card size (54 mm × 85 mm) and within twice the size of the IC card size, and functions required by a smaller printed wiring board than before. Has achieved.

以上説明したように、本発明の自己共振用ループアンテナを分割することにより受信距離によって磁界の強度が急激な変化をした場合であっても、安定した受信信号を確保することができる。この結果、ICカードを2枚重ねて使用した場合であってもR/W装置が受信するICカードからの返信信号の振幅が十分確保でき通信不良の発生を低減することが可能なループアンテナ及びループアンテナを備えた無線送受信装置を提供することができる。   As described above, by dividing the self-resonant loop antenna of the present invention, a stable received signal can be secured even when the strength of the magnetic field changes suddenly depending on the reception distance. As a result, even when two IC cards are used in an overlapping manner, a loop antenna capable of sufficiently ensuring the amplitude of a return signal from the IC card received by the R / W device and reducing the occurrence of communication failure, and A wireless transmission / reception apparatus including a loop antenna can be provided.

本発明の実施例1に係るループアンテナを備えた無線送受信装置。1 is a wireless transmission / reception apparatus including a loop antenna according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すアンテナ部の構成をわかりやすく説明した説明図。Explanatory drawing explaining the structure of the antenna part shown in FIG. 1 clearly. 図1に示すアンテナ部の受信時の概略等価回路。The schematic equivalent circuit at the time of reception of the antenna part shown in FIG. 図1に示すアンテナ部の送信時の概略等価回路。The schematic equivalent circuit at the time of transmission of the antenna part shown in FIG. 図1に示すアンテナ部のプリント配線基板の実体配線図。FIG. 2 is a substantial wiring diagram of a printed wiring board of the antenna unit shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

L1〜L6 インダクタンス
C1〜C6 容量
Z1、Z2 インピーダンス
1 アンテナ部
10 受信用ループアンテナ
11 送信用ループアンテナ
12〜15 自己共振用ループアンテナ
2 送信部
21 駆動回路
3 受信部
100 無線送受信装置
L1 to L6 Inductances C1 to C6 Capacitances Z1 and Z2 Impedance 1 Antenna unit 10 Reception loop antenna 11 Transmission loop antenna 12 to 15 Self-resonant loop antenna 2 Transmission unit 21 Drive circuit 3 Reception unit 100 Wireless transmission / reception apparatus

Claims (4)

磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置であって、
ICカードのサイズより大きくそのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、
この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、
この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、
前記送信用ループアンテナと接続され、この送信用ループアンテナにキャリア周波数の電圧を供給することによって、当該送信用ループアンテナからキャリア周波数の磁界を輻射する駆動回路と、
前記受信用ループアンテナで受信した信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記送信用ループアンテナは、
第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記受信用ループアンテナは、
第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記自己共振用ループアンテナ部は、
外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、
この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第4の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振ループアンテナと、
を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とする無線送受信装置。
A wireless transmission / reception device that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field,
A receiving loop antenna disposed on the outermost periphery of the planar substrate that is larger than the size of the IC card and smaller than twice the size;
A transmission loop antenna disposed inside the reception loop antenna;
Two self-resonant loop antenna portions arranged in parallel inside the transmitting antenna;
A drive circuit connected to the transmission loop antenna and radiating a carrier frequency magnetic field from the transmission loop antenna by supplying a carrier frequency voltage to the transmission loop antenna;
A processing circuit for processing a signal received by the reception loop antenna;
With
The transmission loop antenna is
A coil having a first number of turns and a capacitor connected between the beginning and end of winding of the coil to form a first resonant circuit;
The reception loop antenna is
A coil having a second number of turns and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a second resonant circuit;
The self-resonant loop antenna unit is
A first self-resonant that forms an endless loop by a coil having a third number of turns arranged outside and a capacitor that is connected between the start and end of winding of the coil and forms a third resonance circuit Loop antenna for
A coil having a fourth number of turns disposed inside the first self-resonant loop antenna and a capacitor connected between the winding start and the winding end of the coil and forming a fourth resonance circuit; A second self-resonant loop antenna forming an endless loop;
A radio transmitting / receiving apparatus comprising: a resonance frequency of the first self-resonance loop antenna and the second self-resonance loop antenna set to a frequency several MHz higher than a resonance frequency of the transmission loop antenna .
前記送信用ループアンテナの第1の共振回路の共振周波数を送信用キャリア周波数13.56MHzの近傍に設定し、
前記第1の自己共振用ループアンテナに係る第3の共振回路及び第2の自己共振用ループアンテナに係る第4の共振回路の共振周波数が20MHzであることを特徴とする請求項1記載の無線送受信装置。
The resonance frequency of the first resonance circuit of the transmission loop antenna is set in the vicinity of the transmission carrier frequency of 13.56 MHz,
2. The radio according to claim 1, wherein a resonance frequency of the third resonance circuit related to the first self-resonance loop antenna and the fourth resonance circuit related to the second self-resonance loop antenna is 20 MHz. Transmitter / receiver.
磁界を発生することによってICカードとの通信を非接触で行う無線送受信装置のループアンテナであって、
ICカードのサイズの2倍より小さい平面状基板の最外周に配置した受信用ループアンテナと、
この受信用ループアンテナの内側に配置した送信用ループアンテナと、
この送信用アンテナの内側に並置して配置した2個の自己共振用ループアンテナ部と、
前記送信用ループアンテナは、
第1の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第1の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記受信用ループアンテナは、
第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第2の共振回路を形成するコンデンサと、を有し、
前記自己共振用ループアンテナ部は、
外部に配置した第3の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第3の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第1の自己共振用ループアンテナと、
この第1の自己共振用ループアンテナの内側に配置した第2の巻数を有するコイルと、このコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に接続され、第4の共振回路を形成するコンデンサと、により無端ループを形成した第2の自己共振用ループアンテナと、
を備え、前記第1の自己共振用ループアンテナ及び前記第2の自己共振用ループアンテナの共振周波数を前記送信用ループアンテナの共振周波数より数MHz高い周波数に設定したことを特徴とするループアンテナ。
A loop antenna of a wireless transmission / reception device that performs non-contact communication with an IC card by generating a magnetic field,
A receiving loop antenna disposed on the outermost periphery of the planar substrate smaller than twice the size of the IC card;
A transmission loop antenna disposed inside the reception loop antenna;
Two self-resonant loop antenna portions arranged in parallel inside the transmitting antenna;
The transmission loop antenna is
A coil having a first number of turns and a capacitor connected between the beginning and end of winding of the coil to form a first resonant circuit;
The reception loop antenna is
A coil having a second number of turns and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a second resonant circuit;
The self-resonant loop antenna unit is
A first self-resonant that forms an endless loop by a coil having a third number of turns arranged outside and a capacitor that is connected between the start and end of winding of the coil and forms a third resonance circuit Loop antenna for
A coil having a second number of turns disposed inside the first self-resonant loop antenna and a capacitor connected between the start and end of winding of the coil to form a fourth resonance circuit; A second self-resonant loop antenna forming an endless loop;
And a resonance frequency of the first self-resonance loop antenna and the second self-resonance loop antenna is set to a frequency several MHz higher than the resonance frequency of the transmission loop antenna.
前記送信用ループアンテナの第1の共振回路の共振周波数を送信用キャリア周波数13.56MHzの近傍に設定し、
前記第1の自己共振用ループアンテナに係る第3の共振回路及び第2の自己共振用ループアンテナに係る第4の共振回路の共振周波数が20MHzであることを特徴とする請求項3記載のループアンテナ。
The resonance frequency of the first resonance circuit of the transmission loop antenna is set in the vicinity of the transmission carrier frequency of 13.56 MHz,
4. The loop according to claim 3, wherein a resonance frequency of the third resonance circuit according to the first self-resonance loop antenna and the fourth resonance circuit according to the second self-resonance loop antenna is 20 MHz. antenna.
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