JP2010263486A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、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アンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device used in an RFID (Radio Frequency Identification) system that communicates with an external device via an electromagnetic field signal.
近年、利用が拡大しているRFIDシステムにおいては、携帯電話等の携帯電子機器とリーダ・ライタの各々に情報通信用のアンテナを搭載し、互いにデータを交信している。このようなRFID用のアンテナ装置として、磁性体コアを備えた磁性体アンテナが特許文献1〜3に開示されている。
In an RFID system that has been used in recent years, an antenna for information communication is mounted on each of a portable electronic device such as a mobile phone and a reader / writer to exchange data with each other. As such an RFID antenna device,
ここで特許文献1〜3の各アンテナを携帯電子機器に組み込めばどのような構成になるかについて、各図を参照して説明する。
図1は特許文献1のアンテナを携帯電子機器に組み込んだ状態を示す三面図である。磁性体アンテナ31は、基材11に渦巻き状に形成されたコイル導体12を備えたフレキシブル基板10に対して、コイル導体12と同等の形状を有するシート状または平板状の磁性体コア20を設けたものである。
Here, with reference to each figure, it will be described what kind of configuration the antennas of
FIG. 1 is a trihedral view showing a state in which the antenna of
特許文献2のアンテナは、コイル導体が同心円盤状に形成され、コイル導体の径中心とコイル導体の内周部との中間に形成される磁束発生部位からコイル導体の外側に延長して高透磁率のシート状磁性体が配置されたものである。
In the antenna of
図3は前記特許文献2の構成を矩形状の磁性体アンテナにして携帯電子機器に組み込んだ状態を示す二面図である。磁性体アンテナ32は、基材11に渦巻き状に形成されたコイル導体12を備えたフレキシブル基板10に対して、コイル導体12の中心とコイル導体12の内周部との中間からコイル導体12の外側にまで延びる位置に磁性体コア20を配置している。
FIG. 3 is a two-side view showing a state in which the configuration of
特許文献3のアンテナは、ループ状のコイル導体の内側に対応する位置にのみ磁性体コアが設けられたものである。
図4は前記特許文献3の構成を矩形状の磁性体アンテナにし、携帯電子機器に組み込んだ状態を示す二面図である。磁性体アンテナ33は、基材11に渦巻き状に形成されたコイル導体12を備えたフレキシブル基板10に対して、コイル導体12の内周部より内側に磁性体コア20を配置している。
The antenna of
FIG. 4 is a two-sided view showing a state in which the configuration of
図1に示したアンテナにおいては、コイル導体の自己インダクタンスが、通信相手となるコイル導体との相互インダクタンスに比べて大きい。すなわち通信相手(リーダ・ライタ、ICカード、ICカード機能付き携帯端末等)のアンテナと磁気的結合しない磁束の割合が多いため、弱い結合しか得られず、通信性能が劣化する。 In the antenna shown in FIG. 1, the self-inductance of the coil conductor is larger than the mutual inductance with the coil conductor that is the communication partner. That is, since there is a large proportion of magnetic flux that is not magnetically coupled to the antenna of the communication partner (reader / writer, IC card, portable terminal with IC card function, etc.), only weak coupling can be obtained, and communication performance deteriorates.
また、磁性体コア内での磁気エネルギーの損失が大きいため、通信性能が劣化する。すなわち、図1に示したようにコイル導体12の背後に携帯端末機器の基板等の導体板40が存在すると、通信相手のアンテナの作る磁界の一部は、図1中に磁束MFaで示すような経路を通る。この磁束MFaはコイル導体12のループと鎖交しないため、アンテナ間の結合にはほとんど寄与しない。
In addition, since the loss of magnetic energy in the magnetic core is large, the communication performance deteriorates. That is, as shown in FIG. 1, when a
また、磁性体アンテナ31は、図外のコンデンサと組みあわせて共振回路が構成されるが、決められた周波数で共振させるため、コイル導体の採れる自己インダクタンス値には上限がある。そのため、コイル導体で結合にほとんど寄与しないで、言わば「近回り」して磁性体コアを磁束が通過することによって自己インダクタンスを増やすのは好ましくない。さらに、磁性体コア20内を磁束が通ると、磁性体コア内でエネルギー損失が起こる。特に、磁束密度の高い部分(導体と磁性体コアが近接しているところ)で損失が大きい。図2はこの磁気エネルギーの損失について示す三面図である。図2において、相手側アンテナと磁束が鎖交せず、磁性体コア20を近回りする磁束MFdによって、図2(C)でハッチングした部分で大きな損失が生じる。
The
図3に示したアンテナにおいては、図3にコイル導体部A1で示す磁束の抜ける箇所に磁性体がないため磁束が抜けにくく、また開口面での磁性体の占める割合が小さいため磁束が入りにくい、という問題がある。 In the antenna shown in FIG. 3, there is no magnetic material at the location where the magnetic flux is shown by the coil conductor portion A1 in FIG. There is a problem.
図4に示したアンテナにおいては、図3にコイル導体部A1,A2で示す磁束の抜ける箇所に磁性体がないため磁束が抜けにくく、また開口面での磁性体の占める割合が小さいため磁束が入りにくい、という問題がある。 In the antenna shown in FIG. 4, since there is no magnetic material at the location where the magnetic flux is shown by the coil conductor portions A1 and A2 in FIG. There is a problem that it is difficult to enter.
そこで、この発明の目的は、相手側アンテナとの磁気的結合が強く、通信性能の高いアンテナ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device that has strong magnetic coupling with a counterpart antenna and high communication performance.
前記課題を解決するために、この発明のアンテナ装置は次のように構成する。
(1)コイル導体が形成されたフレキシブル基板、及び前記フレキシブル基板に接してまたは近接して配置される磁性体コアを備えた磁性体アンテナと、
前記磁性体アンテナに近接配置される導体板と、を備えたアンテナ装置において、
前記コイル導体は巻回中心部を導体開口部とする渦巻き状に形成され、
前記磁性体コアは、前記導体板の第1の端辺寄りの位置で、且つ前記第1の端辺から最も離れた位置にあるコイル導体部を覆わない位置に配置されたものとする。
In order to solve the above problems, the antenna device of the present invention is configured as follows.
(1) A flexible antenna on which a coil conductor is formed, and a magnetic antenna provided with a magnetic core disposed in contact with or close to the flexible substrate;
In an antenna device comprising a conductor plate disposed close to the magnetic antenna,
The coil conductor is formed in a spiral shape with the winding center as a conductor opening,
The magnetic core is disposed at a position near the first end side of the conductor plate and at a position not covering the coil conductor portion that is farthest from the first end side.
(2)例えば、前記磁性体コアは、前記導体板の前記第1の端辺に対向する第2の端辺から前記導体板の長さの約0.4倍以上離れた位置にある導体部を覆わない位置に配置される。
この構成によれば、相手側アンテナと磁気的結合強度が増し、通信性能が向上する。また、磁性体コア内での磁気エネルギーの損失が減少し、通信性能が向上する。さらに、磁性体コアのサイズを小さくすることができる。
(2) For example, the magnetic core is a conductor portion located at a position separated from the second end side facing the first end side of the conductor plate by at least about 0.4 times the length of the conductor plate. It is arranged at a position not covering.
According to this configuration, the magnetic coupling strength with the counterpart antenna is increased, and the communication performance is improved. Further, loss of magnetic energy in the magnetic core is reduced, and communication performance is improved. Furthermore, the size of the magnetic core can be reduced.
(3)また、前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち、前記導体板の第1・第2の端辺に直交する第3・第4の端辺の一方または両方に近接する部分に前記磁性体コアが覆わない構造とする。
この構成によれば、通信性能をほとんど劣化させることなく、インダクタンスを変えることができる。また、磁性体コアのサイズを小さくできる。
(3) Further, the magnetic core may be formed on a portion of the coil conductor adjacent to one or both of the third and fourth end sides orthogonal to the first and second end sides of the conductor plate. The magnetic core is not covered.
According to this configuration, the inductance can be changed with almost no deterioration in communication performance. Further, the size of the magnetic core can be reduced.
この発明によれば、相手側アンテナと磁気的結合する磁束の割合が増え、通信性能が向上する。また、磁性体コア内での磁気エネルギーの損失が減少し、通信性能が向上する。 According to the present invention, the proportion of magnetic flux that is magnetically coupled to the counterpart antenna is increased, and communication performance is improved. Further, loss of magnetic energy in the magnetic core is reduced, and communication performance is improved.
《第1の実施形態》
図5は第1の実施形態に係るアンテナ装置の三面図である。このアンテナ装置は磁性体アンテナ51と導体板40とで構成されている。磁性体アンテナ51はフレキシブル基板10と磁性体コア20とで構成されている。フレキシブル基板10は基材11に対して巻回中心部を導体開口部CWとする渦巻き状のコイル導体12が形成されて構成されている。
<< First Embodiment >>
FIG. 5 is a three-side view of the antenna device according to the first embodiment. This antenna device includes a
磁性体コア20の寸法L(導体板40の長手方向寸法)はフレキシブル基板10より短い。磁性体コア20は、導体板40の第1の端辺S1寄りの位置で且つ第1の端辺S1から最も離れた位置にあるコイル導体部A3を覆わない位置に配置されている。このような構成により、次の効果を奏する。
The dimension L of the magnetic core 20 (the longitudinal dimension of the conductor plate 40) is shorter than that of the
図2に示したアンテナ装置と異なり、磁束が近回りして通る磁性体コア20内でエネルギー損失が少なくなり、アンテナ効率が向上する。
また、図3に示したアンテナ装置と異なり、磁束が抜けようとするコイル導体部A1に磁性体コア20が存在するため、相手側アンテナとの磁界結合が高まる。
Unlike the antenna device shown in FIG. 2, energy loss is reduced in the
In addition, unlike the antenna device shown in FIG. 3, the
さらに、導体板40の第1の端辺S1寄りのコイル導体部A2部分に磁性体コア20が存在するので、図4に示した構造のアンテナ装置に比べて磁性体アンテナ51の導体開口部CWに磁束が抜けやすくなり、アンテナ特性が向上する。
Furthermore, since the
図6は、図5に示した導体板40に対する磁性体アンテナ51の配置位置と通信相手側アンテナとの結合量との関係を示す図である。ここで寸法Yは図5に示した導体板40の長手方向の寸法である。寸法yは導体板40の第1の端辺S1に対向する第2の端辺S2からコイル導体部A3部分までの距離である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the arrangement position of the
図6の横軸は前記寸法Yに対する寸法yの比、縦軸は通信相手側アンテナとの結合量である。図6において、折れ線Aは、図5に示した磁性体コア20がコイル導体部A3にまで存在する構造(コイル導体12の形成領域の全体に亘って磁性体コア20が存在する構造)での特性、折れ線Bは、図5に示した構造のアンテナ装置の特性である。
In FIG. 6, the horizontal axis represents the ratio of the dimension y to the dimension Y, and the vertical axis represents the amount of coupling with the communication partner antenna. In FIG. 6, the broken line A is a structure in which the
前記寸法yが小さい範囲(y/Y<0.4)では、コイル導体12の形成領域の全体に亘って磁性体コア20が存在する方が結合量は大きい。
In the range where the dimension y is small (y / Y <0.4), the coupling amount is larger when the
しかし、y/Y≧0.4であると、図5に示したように、導体板40の第2の端辺S2に近い側のコイル導体部A3に磁性体コア20が存在しない構造である方が強い結合が得られる。
However, when y / Y ≧ 0.4, as shown in FIG. 5, the
したがって、磁性体アンテナ51をいずれか一方の端辺寄りに配置する場合には、図5に示したとおり、導体板40の第1の端辺S1寄りに配置し、その第1の端辺S1から最も離れた位置にあるコイル導体部A3を磁性体コア20が覆わないように構成する。
Therefore, when the
《第2の実施形態》
第1の実施形態では、導体板40の長手方向について、フレキシブル基板10に対する磁性体コア20の配置位置をどのようにするかについて示したが、第2の実施形態では、前述と同様の現象を利用して、磁性体コア20の、導体板40の第1・第2の端辺に直交する第3の端辺または第4の端辺に近接する部分をどのような形状にするかについて示すものである。
<< Second Embodiment >>
In the first embodiment, the arrangement position of the
図7(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置に用いる磁性体アンテナ52の上面図である。図7(B)はその下面図である。
磁性体アンテナ52は、フレキシブル基板10及び磁性体コア20で構成されている。フレキシブル基板10は矩形状の基材11に対して巻回中心部を導体開口部CWとする渦巻き状のコイル導体12が形成されて構成されている。
FIG. 7A is a top view of the
The
図7では、磁性体アンテナ52のみを示しているが、この磁性体アンテナ52を、第1の実施形態で図5に示した磁性体アンテナ51と置換する。すなわち、磁性体アンテナ52は、図5に示したアンテナ装置と同様に、導体板40の一つの端辺寄りに配置される。図7に示した例では、導体板40の第1の端辺S1から最も離れた位置にあるコイル導体部A3を覆わないだけでなく、導体板40の第1・第2の端辺に直交する第3の端辺に近接するコイル導体部A1にも磁性体コア20が覆わないように磁性体コア20を設けている。
Although only the
図8は第2の実施形態に係るアンテナ装置に用いる別の磁性体アンテナ53の構成を示す図であり、図8(A)は磁性体アンテナ53の上面図、図8(B)は下面図である。この磁性体アンテナ53は、図5に示したアンテナ装置と同様に、導体板40の一つの端辺寄りに配置される。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of another
図8の磁性体アンテナ53の磁性体コア20は、導体板40の第1の端辺S1から最も離れた位置にあるコイル導体部A3を覆わないだけでなく、導体板40の第1・第2の端辺に直交する第3の端辺及び第4の端辺に近接するコイル導体部A1,A1にも磁性体コア20が覆わないように磁性体コア20を設けている。
The
図9は、導体板40の短辺方向の寸法Xに対する第3の端辺S3及び第4の端辺S4から磁性体アンテナ53のコイル導体12までの寸法xの関係を示す三面図である。
また、図10は前記x/Xに対する結合量の関係、及び前記x/Xに対する磁性体アンテナ53のインダクタンスの関係を示す図である。ここで折れ線Aは、図9に示した磁性体アンテナ53の磁性体コア20がA1,A1部分にまで覆っている場合の特性、Bは図8及び図9に示した磁性体アンテナ53を用いた場合の特性である。
FIG. 9 is a three-view diagram showing the relationship of the dimension x from the third end S3 and the fourth end S4 to the
FIG. 10 is a diagram showing the relationship of the coupling amount with respect to x / X and the relationship of the inductance of the
このようにx/Xの変化に対するインダクタンスの変化傾向は同等であるが、x/Xの変化に対する結合量の変化は小さくなる。そのため、通信性能を殆ど劣化させることなくインダクタンスを容易に設定できるようになる。 Thus, the change tendency of the inductance with respect to the change of x / X is the same, but the change of the coupling amount with respect to the change of x / X becomes small. Therefore, the inductance can be easily set with almost no deterioration in communication performance.
なお、導体板40の第1・第2の端辺に直交する第3・第4の端辺に近接するコイル導体部A1は次のように定義することもできる。
図11に示すように、導体板40の各辺からコイル導体12までの距離をx1,x2,y1,y2とし、また対向する辺の長さをX,Yとしたとき、x1/X、x2/X、y1/Y,y2/Yの値で導体板40の端辺からの「遠さ」を定義すれば、2番目に遠い導体部と3番目に遠い導体部が前記コイル導体部A1,A1である。
この2番目と3番目に遠い導体部の一方または両方を磁性体コアで覆わないように磁性体コアを設ければよい。
The coil conductor portion A1 adjacent to the third and fourth end sides orthogonal to the first and second end sides of the
As shown in FIG. 11, when the distance from each side of the
A magnetic core may be provided so that one or both of the second and third furthest conductor portions are not covered with the magnetic core.
《第3の実施形態》
図12は第3の実施形態に係るアンテナ装置に用いる磁性体アンテナ54の構成を示す図であり、図12(A)は磁性体アンテナ54の上面図、図12(B)は下面図である。この磁性体アンテナ54は、図5に示したアンテナ装置と同様に、導体板40の一つの端辺寄りに配置される。
<< Third Embodiment >>
12A and 12B are diagrams showing a configuration of the
第2の実施形態で図7に示した磁性体アンテナ52と異なるのは、磁性体コア20の形状である。図12に示す磁性体アンテナ54の磁性体コア20は、導体板40の第1の端辺S1及び第2の端辺S2に直交する端辺に近接するコイル導体部A1の一部に磁性体コア20が覆わないように磁性体コア20を設けている。
What is different from the
図13は第3の実施形態に係るアンテナ装置に用いる別の磁性体アンテナ55の構成を示す図であり、図13(A)は磁性体アンテナ55の上面図、図13(B)は下面図である。この磁性体アンテナ55は、図5に示したアンテナ装置と同様に、導体板40の一つの端辺寄りに配置される。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of another
第2の実施形態で図7に示した磁性体アンテナ52と異なるのは、磁性体コア20の形状である。図13に示す磁性体アンテナ55の磁性体コア20は、導体板40の第1の端辺S1及び第2の端辺S2に直交する端辺に近接する二つのコイル導体部A1,A1の一部に磁性体コア20が覆わないように磁性体コア20を設けている。
What is different from the
このように磁性体コア20の、導体板40の第1・第2の端辺に直交する第3の端辺または第4の端辺に近接する部分の全部または一部を磁性体コアで覆わないように構成することにより、第2の実施形態の場合と同様に、通信性能を殆ど劣化させることなくインダクタンスを容易に設定できるようになる。
In this way, all or part of the portion adjacent to the third end or the fourth end of the
A1,A2,A3…コイル導体部
CW…導体開口部
MFa…磁束
MFd…磁束
S1…第1の端辺
S2…第2の端辺
S3…第3の端辺
S4…第4の端辺
10…フレキシブル基板
11…基材
12…コイル導体
20…磁性体コア
31〜33…従来技術による磁性体アンテナ
40…導体板
51〜55…磁性体アンテナ
A1, A2, A3 ... Coil conductor CW ... Conductor opening MFa ... Magnetic flux MFd ... Magnetic flux S1 ... First edge S2 ... Second edge S3 ... Third edge S4 ...
Claims (3)
前記磁性体アンテナに近接配置される導体板と、を備えたアンテナ装置において、
前記コイル導体は巻回中心部を導体開口部とする渦巻き状に形成され、
前記磁性体コアは、前記導体板の第1の端辺寄りの位置で、且つ前記第1の端辺から最も離れた位置にあるコイル導体部を覆わない位置に配置された、アンテナ装置。 A magnetic substrate including a flexible substrate on which a coil conductor is formed, and a magnetic core disposed in contact with or in proximity to the flexible substrate;
In an antenna device comprising a conductor plate disposed close to the magnetic antenna,
The coil conductor is formed in a spiral shape with the winding center as a conductor opening,
The antenna device, wherein the magnetic core is arranged at a position near the first end side of the conductor plate and at a position not covering the coil conductor portion located farthest from the first end side.
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