JP2011066759A

JP2011066759A - Antenna device and communication device

Info

Publication number: JP2011066759A
Application number: JP2009216862A
Authority: JP
Inventors: Norio Saito; 憲男斎藤; Satoru Sugita; 悟杉田
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a communication device having a built-in antenna device which can improve communication characteristics while made thin on the whole. <P>SOLUTION: The antenna device includes: a resonance circuit 111 having an antenna coil 11a which is inductively coupled to a reader writer 2 on receiving a magnetic field transmitted by the reader writer 2 to communicate; a resonance circuit 112 having a booster coil 11c which is disposed overlapping the antenna coil 11a across an insulating substrate 113 and has substantially the same external shape as that of the antenna coil 11a; and a communication processing unit 13 which is driven with a current flowing to the resonance circuit 111 to communicate with the reader writer 2, wherein the resonance circuits 111 and 112 have a resonance frequency equal to an oscillation frequency of a transmitter, and the number of turns of the booster coil 11c is larger than that of the antenna coil 11a. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発信器から発信される磁界を受けて、当該発信器と誘導結合されて通信可能となるアンテナ装置、及び、このアンテナ装置を組み込んだ通信装置に関する。 The present invention relates to an antenna device capable of receiving a magnetic field transmitted from a transmitter, inductively coupled with the transmitter, and enabling communication, and a communication device incorporating the antenna device.

携帯電話機などの携帯型電子機器に組み込まれるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールは、トランスとしての誘導結合を利用して、リーダーライターと通信を行っている。換言すれば、このアンテナモジュールは、リーダーライターからの磁界をアンテナコイルで受けて電力に変換することで、その電力を使って通信処理回路を動かしている。このときに、アンテナモジュールは、アンテナコイルで受け取る電力を最大にし、さらにモジュール内で処理した負荷変調を効率よくリーダーライタに戻すため、リーダーライターのアンテナとの誘導結合が強いことが必要となる。さらに、リーダーライターから発信される信号の周波数に共振させることで、効率よく電力を受け取っている。この電力の受け取りを最大にするためには、コイル間の磁気的結合が強いことと、アンテナの抵抗が低いこと、すなわち、アンテナコイルのＱ値が高いことが必要となる。 An RFID (Radio Frequency Identification) antenna module incorporated in a portable electronic device such as a cellular phone communicates with a reader / writer using inductive coupling as a transformer. In other words, the antenna module receives the magnetic field from the reader / writer by the antenna coil and converts it into electric power, and moves the communication processing circuit using the electric power. At this time, the antenna module needs to have strong inductive coupling with the reader / writer antenna in order to maximize the power received by the antenna coil and efficiently return the load modulation processed in the module to the reader / writer. Furthermore, power is efficiently received by resonating with the frequency of the signal transmitted from the reader / writer. In order to maximize the power reception, it is necessary that the magnetic coupling between the coils is strong and the resistance of the antenna is low, that is, the Q value of the antenna coil is high.

通信距離を長くすることを目的として、搬送波の周波数に共振しているコイルを、アンテナモジュール内に組み込む発明が提案されている。 For the purpose of extending the communication distance, an invention has been proposed in which a coil resonating at the frequency of a carrier wave is incorporated in an antenna module.

例えば、特許文献１に記載された発明では、ブースターコイルをリーダーライタとカードアンテナの間もしくは同一面上に配置し、ブースターコイルがアンテナコイルより大きいことを想定している。 For example, in the invention described in Patent Document 1, it is assumed that the booster coil is arranged between the reader / writer and the card antenna or on the same plane, and the booster coil is larger than the antenna coil.

特開２００５−３２３０１９号公報JP 2005-323019 A

上述した特許文献１に記載された発明は、通信距離の長距離化が大きく期待できるが、特に、小型化を要求されている携帯型電子機器内に実装する場合には、大きなブースターアンテナコイルは適さない。確かに、通信特性を改善するためにはブースターコイルが効果的ではあるが、アンテナコイルに比べて大きなブースターコイルを使う必要があり、携帯型電子機器内部に実装する場合、その用途が限られてくる。 Although the invention described in Patent Document 1 described above can be expected to greatly increase the communication distance, particularly when mounted in a portable electronic device that is required to be downsized, a large booster antenna coil is used. Not suitable. Certainly, a booster coil is effective to improve communication characteristics, but it is necessary to use a booster coil that is larger than the antenna coil, and its use is limited when it is mounted inside a portable electronic device. come.

また、アンテナ間における通信感度を高くするために、コイルの巻数を増やすことと、アンテナコイルに磁界を引き込む役割を果たす磁性シートを活用して、相互インダクタンスを大きくすることが試みられている。 In order to increase the communication sensitivity between antennas, attempts have been made to increase the mutual inductance by increasing the number of turns of the coil and using a magnetic sheet that plays a role of drawing a magnetic field into the antenna coil.

しかし、磁気結合を強くする目的でコイルの巻数を増やすと、コイルの抵抗が高くなり、最適な巻数以上に効率を上げることが次の理由から難しい。 However, when the number of turns of the coil is increased for the purpose of strengthening the magnetic coupling, the resistance of the coil increases, and it is difficult to increase the efficiency beyond the optimum number of turns for the following reason.

まず、磁気的な結合はコイルの巻数を増やして自己インダクタンスを大きくすれば大きくなる。そこでアンテナコイル巻数を増やしていくと、この結合は大きくなっていくが、コイル抵抗が増えてしまう。ＲＦＩＤ用の無線通信システムでは、例えばリーダーライターの発生する搬送波の１３．５６ＭＨｚに併せてカード側のコイルを共振させることで電力を効率よく受け取っている。１３．５６ＭＨｚの周波数では、コイルを形成する導線では表皮効果により、表面の１７ミクロン相当の部分にしか電流が流れない。そこで、巻数を増やすことで増えてしまうコイル抵抗を減らすには、コイルの断面積を広くしても限界がある。また、近接効果により、隣のコイルから漏れてくる磁界によりさらに表皮が薄くされてしまい、許容される寸法でコイル断面積、スペーシングを設計してもコイル抵抗を低減することは実質上難しい。そのため、コイルの巻数はある最適な値で設計せざるを得なくなる。結果として、単にコイルの巻数を増加させるだけでは、通信距離を改善することが難しい。 First, the magnetic coupling increases as the number of turns of the coil is increased to increase the self-inductance. Therefore, as the number of turns of the antenna coil is increased, this coupling increases, but the coil resistance increases. In a radio communication system for RFID, for example, power is efficiently received by resonating a coil on the card side in accordance with 13.56 MHz of a carrier wave generated by a reader / writer. At a frequency of 13.56 MHz, current flows only in a portion corresponding to 17 microns on the surface of the conductor forming the coil due to the skin effect. Therefore, in order to reduce the coil resistance that increases by increasing the number of turns, there is a limit even if the cross-sectional area of the coil is widened. Further, due to the proximity effect, the skin is further thinned by the magnetic field leaking from the adjacent coil, and it is practically difficult to reduce the coil resistance even if the coil cross-sectional area and spacing are designed with allowable dimensions. Therefore, the number of turns of the coil must be designed with a certain optimum value. As a result, it is difficult to improve the communication distance simply by increasing the number of turns of the coil.

また、磁性シートをアンテナモジュールに組み込むことも、今後のアンテナの薄型化の要求に対応するには磁性材料の磁気特性の改善では大きな効果は期待できない状況である。例えば、携帯電話機にアンテナモジュールを実装する場合に問題が発生する。携帯電話機内は電気を流す金属や基板がある。リーダーライターからの１３．５６ＭＨｚの高周波信号が携帯電話機に入ると、その金属部分に渦電流が発生し、それにより磁界がはじき返されてしまうため通信距離が著しく短くなる。これを防ぐためにアンテナモジュールと金属との間に磁性シートを用いる。この磁性シートが金属の渦電流を遮断し、リーダーライターからの信号をはじき返さずにアンテナコイルに導く役目をする。この磁性シートの透磁率が高ければリーダーライターとアンテナコイルとの間の磁気的結合が強くなるので、通信距離を長くすることができる。しかし、リーダーライターとアンテナコイルとの間はほとんどが空気であり、その一部に透磁率が高いシートがあっても、大きな効果は期待できない。さらに、最近は携帯電話機は薄型化の傾向にあり、この磁性シートも薄くすることが求められており、磁性シートの磁気特性を高めても通信距離を長くすることはかなり難しい。以上のように、今後のアンテナ小型化の要求に対し、設計での対応が非常に難しくなっている。 In addition, the incorporation of a magnetic sheet into an antenna module is a situation where improvement of the magnetic properties of the magnetic material cannot be expected to meet the future demand for thinner antennas. For example, a problem occurs when an antenna module is mounted on a mobile phone. There are metals and substrates that carry electricity in the mobile phone. When a high frequency signal of 13.56 MHz from the reader / writer enters the mobile phone, an eddy current is generated in the metal part, thereby repelling the magnetic field, and the communication distance is significantly shortened. In order to prevent this, a magnetic sheet is used between the antenna module and the metal. This magnetic sheet blocks the metal eddy current and serves to guide the signal to the antenna coil without repelling the signal from the reader / writer. If the magnetic sheet has a high magnetic permeability, the magnetic coupling between the reader / writer and the antenna coil becomes strong, so that the communication distance can be increased. However, the space between the reader / writer and the antenna coil is mostly air, and even if there is a sheet with high magnetic permeability in a part thereof, a great effect cannot be expected. Furthermore, mobile phones have recently been in the trend of thinning, and this magnetic sheet is also required to be thin. Even if the magnetic properties of the magnetic sheet are increased, it is quite difficult to increase the communication distance. As described above, it is very difficult to cope with future demands for antenna miniaturization.

このような実情に鑑みて提案されたものであり、本発明は、全体で薄型化を図りつつ通信特性の向上が可能なアンテナ装置、及び、このアンテナ装置を組み込んだ通信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such circumstances, and the present invention provides an antenna device capable of improving communication characteristics while reducing the overall thickness, and a communication device incorporating the antenna device. Objective.

上述した課題を解決するため、本発明に係るアンテナ装置は、発信器から発信される磁界を受けて、発信器と誘導結合されて通信可能となる第１のコイルを有する第１の共振回路と、絶縁基板を介して第１のコイルと重畳する位置に配置され、外形状が第１のコイルと略同一である第２のコイルを有する第２の共振回路とを備え、第１の共振回路及び上記第２の共振回路は、その共振周波数が、発信器の発振周波数と一致し、第２のコイルの巻数は、第１のコイルの巻数以上であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an antenna device according to the present invention includes a first resonance circuit including a first coil that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled to the transmitter to enable communication. A second resonance circuit having a second coil that is disposed at a position overlapping with the first coil via an insulating substrate and has a second coil whose outer shape is substantially the same as that of the first coil. The second resonance circuit has a resonance frequency that matches the oscillation frequency of the oscillator, and the number of turns of the second coil is equal to or greater than the number of turns of the first coil.

また、本発明に係る通信装置は、発信器から発信される磁界を受けて、発信器と誘導結合されて通信可能となる第１のコイルを有する第１の共振回路と、絶縁基板を介して第１のコイルと重畳する位置に配置され、外形状が第１のコイルと略同一である第２のコイルを有する第２の共振回路と、第１の共振回路に流れる電流により駆動し、発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、第１の共振回路及び第２の共振回路は、その共振周波数が、発信器の発振周波数と一致し、第２のコイルの巻数は、第１のコイルの巻数以上であることを特徴とする。 In addition, the communication device according to the present invention receives a magnetic field transmitted from a transmitter, is inductively coupled to the transmitter, and has a first resonance circuit having a first coil that can communicate, and an insulating substrate. A second resonance circuit having a second coil which is disposed at a position overlapping with the first coil and whose outer shape is substantially the same as that of the first coil, and is driven by a current flowing in the first resonance circuit to transmit A communication processing unit that communicates with the transmitter, the first resonant circuit and the second resonant circuit have a resonant frequency that matches the oscillation frequency of the transmitter, and the number of turns of the second coil is It is more than the number of turns of the first coil.

本発明は、第１のコイルと重畳する位置に、第１のコイルと外形状が略同一で、第１のコイルの巻数以上の巻数の第２のコイルを設け、第１のコイルと第２のコイルとの間で作用する相互インダクタンスを利用して、第１のコイルの通信特性の向上を図ることで、全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現することができる。 In the present invention, a second coil having substantially the same outer shape as the first coil and having a number of turns equal to or greater than the number of turns of the first coil is provided at a position overlapping the first coil. By using the mutual inductance acting between the first coil and the other coil to improve the communication characteristics of the first coil, it is possible to achieve good communication characteristics while reducing the overall thickness.

本発明が適用されたアンテナモジュールが組み込まれた無線通信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radio | wireless communications system incorporating the antenna module to which this invention was applied. アンテナ基板の積層構造について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the laminated structure of an antenna board | substrate. アンテナコイルａｎｔの巻数を４に固定した状態で、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数を１から６まで変化させた各アンテナモジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of each antenna module which changed the turn number of the booster coil boost from 1 to 6 in the state which fixed the turn number of the antenna coil ant to 4. ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数に応じたＱ値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of Q value according to the number of turns of booster coil boost. アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔとの巻数が同数となるように構成された実施例Ａの通信特性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the communication characteristic of Example A comprised so that the winding number of the antenna coil ant and the booster coil boost might become the same number. アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔの積層状態を変化させたときの通信特性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the communication characteristic when changing the lamination | stacking state of the antenna coil ant and the booster coil boost.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明が適用されたアンテナモジュールは、電磁波を発信する発信器との間で発生する電磁誘導により通信可能状態となるアンテナ装置であって、例えば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。 An antenna module to which the present invention is applied is an antenna device that is in a communicable state by electromagnetic induction generated with a transmitter that transmits electromagnetic waves. For example, for an RFID (Radio Frequency Identification) as shown in FIG. The wireless communication system 100 is used by being incorporated.

無線通信システム１００は、本発明が適用されたアンテナモジュール１と、アンテナモジュール１に対するアクセスを行うリーダーライター２とからなる。 The wireless communication system 100 includes an antenna module 1 to which the present invention is applied, and a reader / writer 2 that accesses the antenna module 1.

リーダーライター２は、アンテナモジュール１に対して磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナモジュール１に向けて磁界を発信するアンテナ２ａと、アンテナ２ａを介して誘導結合されたアンテナモジュール１と通信を行う制御基板２ｂとを備える。 The reader / writer 2 functions as a transmitter that transmits a magnetic field to the antenna module 1, and specifically, an antenna 2a that transmits a magnetic field toward the antenna module 1, and an antenna that is inductively coupled via the antenna 2a. A control board 2b that communicates with the module 1 is provided.

すなわち、リーダーライター２は、アンテナ２ａと電気的に接続された制御基板２ｂが配設されている。この制御基板２ｂには、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナモジュール１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。例えば、制御回路は、アンテナモジュール１にデータを書き込む場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ２ａを駆動する。また、制御回路は、アンテナモジュール１からデータを読み出す場合、アンテナ２ａで受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダーライターで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。 That is, the reader / writer 2 is provided with a control board 2b electrically connected to the antenna 2a. A control circuit composed of electronic components such as one or a plurality of integrated circuit chips is mounted on the control board 2b. The control circuit executes various processes based on the data received from the antenna module 1. For example, when writing data to the antenna module 1, the control circuit encodes the data, modulates a carrier wave of a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) based on the encoded data, and amplifies the modulated modulation signal Then, the antenna 2a is driven by the amplified modulation signal. Further, when reading data from the antenna module 1, the control circuit amplifies the modulation signal of the data received by the antenna 2a, demodulates the modulation signal of the amplified data, and decodes the demodulated data. In the control circuit, an encoding method and a modulation method used in a general reader / writer are used. For example, a Manchester encoding method or an ASK (Amplitude Shift Keying) modulation method is used.

電子機器の筐体３ａ内部に組み込まれるアンテナモジュール１は、誘導結合されたリーダーライター２との間で通信可能となるアンテナコイル１１ａが実装されたアンテナ基板１１と、磁界をアンテナコイル１１ａに引き込むためアンテナコイル１１ａと重畳する位置に形成された磁性シート１２と、アンテナコイル１１ａに流れる電流により駆動してリーダーライター２との間で通信を行う通信処理部１３とを備える。 The antenna module 1 incorporated in the housing 3a of the electronic device draws a magnetic field into the antenna coil 11a and the antenna substrate 11 on which the antenna coil 11a that can communicate with the reader / writer 2 that is inductively coupled is mounted. The magnetic sheet 12 formed in the position which overlaps with the antenna coil 11a, and the communication processing part 13 which drives with the electric current which flows through the antenna coil 11a, and communicates with the reader / writer 2 are provided.

アンテナ基板１１には、リーダーライター２から発信される磁界の方向Ｚに対して直交する２次元直交平面Ｘ−Ｙに配置したアンテナコイル１１ａと、アンテナコイル１１ａと電気的に接続されたコンデンサ１１ｂとからなる第１の共振回路１１１が実装されている。 The antenna substrate 11 includes an antenna coil 11a disposed on a two-dimensional orthogonal plane XY orthogonal to the direction Z of the magnetic field transmitted from the reader / writer 2, and a capacitor 11b electrically connected to the antenna coil 11a. A first resonance circuit 111 made of is mounted.

第１の共振回路１１１は、通信処理部１３と電気的に接続されており、リーダーライター２から発信される磁界をアンテナコイル１１ａで受けると、リーダーライター２と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、受信信号を通信処理部１３に供給する。ここで、受信信号の信号レベルをできるだけ高くするために、第１の共振回路１１１は、その共振周波数がリーダーライター２の発振周波数と一致するような電気特性を有する素子により構成される。 The first resonance circuit 111 is electrically connected to the communication processing unit 13, and when the antenna coil 11a receives a magnetic field transmitted from the reader / writer 2, it is magnetically coupled to the reader / writer 2 by inductive coupling, The modulated electromagnetic wave is received, and the received signal is supplied to the communication processing unit 13. Here, in order to make the signal level of the received signal as high as possible, the first resonance circuit 111 is configured by an element having an electrical characteristic such that the resonance frequency matches the oscillation frequency of the reader / writer 2.

また、アンテナ基板１１には、リーダーライター２から発信される磁界の方向Ｚに対して直交する２次元直交平面Ｘ−Ｙに配置したブースターコイル１１ｃと、ブースターコイル１１ｃと電気的に接続されたコンデンサ１１ｄとからなる第２の共振回路１１２が実装されている。 The antenna substrate 11 has a booster coil 11c disposed on a two-dimensional orthogonal plane XY orthogonal to the direction Z of the magnetic field transmitted from the reader / writer 2, and a capacitor electrically connected to the booster coil 11c. A second resonance circuit 112 consisting of 11d is mounted.

第２の共振回路１１２は、リーダーライター２から発信される磁界をブースターコイル１１ｃで受けると、リーダーライター２と誘導結合によって磁気的に結合される回路である。ここで、できるだけリーダーライター２との誘導結合を強くするために、第２の共振回路１１２は、その共振周波数がリーダーライター２の発振周波数と一致するような電気特性を有する素子により構成されている。 The second resonance circuit 112 is a circuit that is magnetically coupled to the reader / writer 2 by inductive coupling when a magnetic field transmitted from the reader / writer 2 is received by the booster coil 11c. Here, in order to strengthen the inductive coupling with the reader / writer 2 as much as possible, the second resonance circuit 112 is configured by an element having an electrical characteristic such that the resonance frequency matches the oscillation frequency of the reader / writer 2. .

このような構成からなるアンテナ基板１１は、図２に示すように、アンテナコイル１１ａとブースターコイル１１ｃとが、互いに電気的に絶縁された状態で、リーダーライター２から発信される磁界の方向Ｚに、絶縁基板１１３を介して互いに重畳した位置に配置されている。特に、本実施形態におけるアンテナ基板１１は、小型化を実現する観点から、アンテナコイル１１ａとブースターコイル１１ｃとが完全一致する位置で重畳することが望ましい。また、アンテナコイル１１ａとブースターコイル１１ｃとは、外周形状が略同一となるように、かつ、磁気的に相互インダクタンスが作用するように、絶縁基板１１３の上に実装されている。 As shown in FIG. 2, the antenna substrate 11 having such a configuration is arranged in a direction Z of a magnetic field transmitted from the reader / writer 2 in a state where the antenna coil 11a and the booster coil 11c are electrically insulated from each other. These are disposed at positions overlapping each other via the insulating substrate 113. In particular, it is desirable that the antenna substrate 11 in the present embodiment be superimposed at a position where the antenna coil 11a and the booster coil 11c are completely coincident from the viewpoint of realizing miniaturization. The antenna coil 11a and the booster coil 11c are mounted on the insulating substrate 113 so that the outer peripheral shapes are substantially the same and the mutual inductance acts magnetically.

また、アンテナ基板１１においては、ブースターコイル１１ｃを構成する導線の線幅を、アンテナコイル１１ａを構成する導線の線幅と略同一とすることで、各コイルの電気特性を、巻数をパラメータとして比較することが可能であり、回路特性を容易に調整する観点から、特に好ましい。 Moreover, in the antenna substrate 11, the line width of the conducting wire constituting the booster coil 11c is made substantially the same as the line width of the conducting wire constituting the antenna coil 11a, so that the electrical characteristics of each coil are compared using the number of turns as a parameter. This is particularly preferable from the viewpoint of easily adjusting the circuit characteristics.

磁性シート１２は、リーダーライター２から発信される磁界をアンテナコイル１１ａに引き込むため、アンテナコイル１１ａと重畳する位置に形成される。磁性シート１２は、携帯型電子機器のＳＵＳ板３ｂの内部に設けられた金属部品がリーダーライター２から発信される磁界を跳ね返したり、渦電流が発生するのを抑制する。このような機能を果たすため、磁性シート１２は、磁界が放射されてくる方向の反対側に、接着層１１４を介してアンテナ基板１１と貼り合わされた構造をとる。 The magnetic sheet 12 is formed at a position overlapping the antenna coil 11a in order to draw the magnetic field transmitted from the reader / writer 2 into the antenna coil 11a. The magnetic sheet 12 suppresses a metal component provided inside the SUS plate 3b of the portable electronic device from rebounding a magnetic field transmitted from the reader / writer 2 and generating an eddy current. In order to fulfill such a function, the magnetic sheet 12 has a structure in which the magnetic sheet 12 is bonded to the antenna substrate 11 via the adhesive layer 114 on the side opposite to the direction in which the magnetic field is radiated.

通信処理部１３は、電気的に接続された第１の共振回路１１１に流れる電流により駆動し、リーダーライター２との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータをメモリに書き込む。また、通信処理部１３は、リーダーライター２に送信するデータをメモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合された第１の共振回路１１１を介して変調された電波をリーダーライター２に送信する。 The communication processing unit 13 is driven by a current flowing through the first resonance circuit 111 that is electrically connected, and communicates with the reader / writer 2. Specifically, the communication processing unit 13 demodulates the received modulation signal, decodes the demodulated data, and writes the decoded data to the memory. The communication processing unit 13 reads data to be transmitted to the reader / writer 2 from the memory, encodes the read data, modulates the carrier wave based on the encoded data, and is magnetically coupled by inductive coupling. The modulated radio wave is transmitted to the reader / writer 2 via the resonance circuit 111.

以上のような構成からなるアンテナモジュール１では、全体の薄型化を図りつつアンテナコイル１１ａとブースターコイル１１ｃとの間で作用する相互インダクタンスを利用して、第１の共振回路１１１の通信特性の向上を図る観点から、第２の共振回路１１２におけるブースターコイル１１ｃの巻数が、第１の共振回路１１１におけるアンテナコイル１１ａの巻数以上となるようにして設計される。 In the antenna module 1 configured as described above, the communication characteristics of the first resonance circuit 111 are improved by utilizing the mutual inductance acting between the antenna coil 11a and the booster coil 11c while reducing the overall thickness. From the viewpoint of achieving this, the number of turns of the booster coil 11 c in the second resonance circuit 112 is designed to be equal to or greater than the number of turns of the antenna coil 11 a in the first resonance circuit 111.

次に、アンテナコイルの巻数に応じたアンテナモジュールに係る通信特性の変化について説明する。 Next, a change in communication characteristics related to the antenna module according to the number of turns of the antenna coil will be described.

具体例として、図３（Ａ）から図３（Ｆ）に示すように、アンテナコイルａｎｔの巻数を４に固定した状態で、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数を１から６まで変化させたときの通信特性の変化について、下記の表１を用いて評価する。ここで、リーダーライターから発信される磁界の方向をＺとして、コイルが配置される面をＸ−Ｙ直交座標平面とする。 As a specific example, as shown in FIGS. 3A to 3F, communication characteristics when the number of turns of the booster coil boost is changed from 1 to 6 in a state where the number of turns of the antenna coil ant is fixed to 4. Is evaluated using Table 1 below. Here, the direction of the magnetic field transmitted from the reader / writer is Z, and the surface on which the coil is arranged is the XY orthogonal coordinate plane.

表１では、左端から右端に、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数、各素子の抵抗値、各素子のインダクタンス、各素子の結合係数、及び、通信特性の評価指標としてＱ値を示している。ここで、各素子の抵抗値及びインダクタンスは、リーダーライター２から発信される磁界の発振周波数である１３．５６ＭＨｚのときの値である。 In Table 1, from the left end to the right end, the number of turns of the booster coil boost, the resistance value of each element, the inductance of each element, the coupling coefficient of each element, and the Q value as an evaluation index of communication characteristics are shown. Here, the resistance value and the inductance of each element are values at 13.56 MHz which is the oscillation frequency of the magnetic field transmitted from the reader / writer 2.

すなわち、「１Ｔ」〜「６Ｔ」は、それぞれブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数が「１」〜「６」でことを示す。 That is, “1T” to “6T” indicate that the number of turns of the booster coil boost is “1” to “6”, respectively.

Ｒａｎｔは、アンテナコイルａｎｔの抵抗値を示す。Ｒｂｏｏｓｔは、ブースターコイルｂｏｏｓｔの抵抗値を示す。Ｒｒｗは、リーダーライター側のアンテナコイルの抵抗値を示す。 Rant indicates the resistance value of the antenna coil ant. Rboost indicates the resistance value of the booster coil boost. Rrw indicates the resistance value of the antenna coil on the reader / writer side.

Ｌａｎｔは、アンテナコイルａｎｔの自己インダクタンス値を示す。Ｍａｎｔ−ｂｏｏｓｔは、アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔとの間の相互インダクタンス値を示す。Ｌｂｏｏｓｔは、ブースターコイルｂｏｏｓｔの自己インダクタンス値を示す。Ｍａｎｔ−ｒｗは、アンテナコイルａｎｔとリーダーライター側のアンテナコイルとの間の相互インダクタンス値を示す。Ｍｂｏｏｓｔ−ｒｗは、ブースターコイルｂｏｏｓｔとリーダーライター側のアンテナコイルとの間の相互インダクタンス値を示す。Ｌｒｗは、リーダーライター側のアンテナコイルの自己インダクタンス値を示す。Ｋａｎｔ−ｂｏｏｓｔは、アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔとにおける結合係数を示す。Ｋａｎｔ−ｒｗは、アンテナコイルａｎｔとリーダーライター側のアンテナコイルとにおける結合係数を示す。Ｋｂｏｏｓｔ−ｒｗは、ブースターコイルとリーダーライター側のアンテナコイルにおける結合係数を示す。 Lant represents the self-inductance value of the antenna coil ant. Mant-boost indicates a mutual inductance value between the antenna coil ant and the booster coil boost. Lboost represents the self-inductance value of the booster coil boost. Mant-rw represents a mutual inductance value between the antenna coil ant and the antenna coil on the reader / writer side. Mboost-rw represents a mutual inductance value between the booster coil boost and the antenna coil on the reader / writer side. Lrw represents the self-inductance value of the antenna coil on the reader / writer side. Kant-boost indicates a coupling coefficient between the antenna coil ant and the booster coil boost. Kant-rw represents a coupling coefficient between the antenna coil ant and the antenna coil on the reader / writer side. Kboost-rw represents a coupling coefficient between the booster coil and the antenna coil on the reader / writer side.

Ｑ値は、通信特性の評価指標として下記の（１）式により算出される値であり、その値が大きいほど通信特性が良いことを示す。 The Q value is a value calculated by the following equation (1) as an evaluation index of communication characteristics, and the larger the value, the better the communication characteristics.

Ｑ＝ω×（Ｌａｎｔ＋Ｌｂｏｏｓｔ）／Ｒａｎｔ・・・（１）
次に、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数に応じたＱ値の変化を図４に示す。図４に示すように、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数が１から４に増加するのに伴って、Ｑ値は、７０から１１５程度まで増加する。そして、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数がアンテナコイルａｎｔの巻数と一致するときにＱ値は最大値である１１５程度となり、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数がアンテナコイルａｎｔの巻数より大きくなると、Ｑ値は緩やかに減少して１００程度に収束する。 Q = ω × (Lant + Lboost) / Rant (1)
Next, FIG. 4 shows changes in the Q value according to the number of turns of the booster coil boost. As shown in FIG. 4, the Q value increases from about 70 to about 115 as the number of turns of the booster coil boost increases from 1 to 4. When the number of turns of the booster coil boost matches the number of turns of the antenna coil ant, the Q value becomes about 115 which is the maximum value. When the number of turns of the booster coil boost becomes larger than the number of turns of the antenna coil ant, the Q value gradually decreases. And converge to about 100.

次に、本実施形態に係るアンテナモジュール１の具体例として、アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔとの巻数が同数となるように構成された実施例Ａを用いて、通信特性について評価する。比較対象として次のような比較例Ａ、Ｂを用いる。 Next, as a specific example of the antenna module 1 according to this embodiment, communication characteristics are evaluated using Example A configured so that the number of turns of the antenna coil ant and the booster coil boost is the same. The following comparative examples A and B are used as comparison targets.

比較例Ａは、アンテナコイルａｎｔのみでブースターコイルｂｏｏｓｔがアンテナ基板に実装されていないものである。比較例Ｂは、ブースターコイルｂｏｏｓｔの巻数がアンテナコイルａｎｔの巻数未満となる巻数、具体的には、巻数が４のアンテナコイルａｎｔに対して、巻数が１のブースターコイルｂｏｏｓｔを用いて構成されたものである。 In Comparative Example A, only the antenna coil ant is used, and the booster coil boost is not mounted on the antenna substrate. The comparative example B was configured using a booster coil boost having a number of turns of 1 for a number of turns in which the number of turns of the booster coil boost was less than the number of turns of the antenna coil ant. Is.

なお、実施例Ａ、比較例Ａ、Ｂに係るアンテナモジュールには、それぞれアンテナ基板に対して磁性シートが貼着されており、携帯電話機内などに組み込まれることを想定して、磁性シートが接着されたアンテナ基板の面を基準として約２ｍｍ離間した位置にＳＵＳ板を配置し、図５に示すように通信特性について評価した。 In addition, in the antenna modules according to Example A and Comparative Examples A and B, a magnetic sheet is attached to the antenna substrate, and the magnetic sheet is bonded on the assumption that it is incorporated in a mobile phone or the like. A SUS plate was placed at a position about 2 mm apart from the surface of the antenna substrate, and the communication characteristics were evaluated as shown in FIG.

図５（Ａ）は、アンテナコイルａｎｔの巻数を変化させたときの、実施例Ａ、比較例Ａ、ＢのＱ値の変化を示す図である。図５（Ｂ）は、アンテナコイルａｎｔの巻数を変化させたときの、実施例Ａ、比較例Ａ、Ｂの通信特性として、リーダーライターとの通信状態でアンテナモジュールから戻される信号レベルＶｒｗの変化を示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing changes in the Q values of Example A and Comparative Examples A and B when the number of turns of the antenna coil ant is changed. FIG. 5B shows changes in the signal level Vrw returned from the antenna module in the communication state with the reader / writer as the communication characteristics of Example A and Comparative Examples A and B when the number of turns of the antenna coil ant is changed. FIG.

図５の結果から明らかなように、実施例Ａに係るアンテナモジュールは、比較例Ａ、Ｂと比べてＱ値が大きく、より良好な通信特性が実現できる。 As is apparent from the results of FIG. 5, the antenna module according to Example A has a larger Q value than Comparative Examples A and B, and can realize better communication characteristics.

次に、アンテナ基板上において、アンテナコイルａｎｔとブースターコイルｂｏｏｓｔの積層状態を変化させたときの通信特性について下記の表２に示す。 Next, Table 2 below shows communication characteristics when the laminated state of the antenna coil ant and the booster coil boost is changed on the antenna substrate.

表２においては、「アンテナ」の欄にアンテナコイルの巻数を示し、「ブースター」の欄にブースターコイルの巻数を示す。「正」とは、リーダーライター側にアンテナコイルが実装されたアンテナ基板の面を臨ませるようにしたものである。これに対して、「逆」とは、リーダーライター側にブースターコイルが実装されたアンテナ基板の面を臨ませるようにしたものである。「Ｑ」は、各条件に対応するＱ値を示す。 In Table 2, the number of turns of the antenna coil is shown in the “Antenna” column, and the number of turns of the booster coil is shown in the “Booster” column. “Positive” means that the surface of the antenna substrate on which the antenna coil is mounted faces the reader / writer side. On the other hand, “reverse” means that the surface of the antenna substrate on which the booster coil is mounted faces the reader / writer side. “Q” indicates a Q value corresponding to each condition.

図６は、コイルの巻数を変化させたときのＱ値の変化を表した図である。図６に示すように、「正」の配置、すなわち、リーダーライター側にアンテナコイルが実装されたアンテナ基板の面を臨ませることで、特に良好な通信特性を実現することができる。 FIG. 6 is a diagram showing changes in the Q value when the number of turns of the coil is changed. As shown in FIG. 6, particularly good communication characteristics can be realized by placing the “positive” arrangement, that is, the surface of the antenna substrate on which the antenna coil is mounted on the reader / writer side.

以上の結果から明らかなように、本実施形態に係るアンテナモジュール１は、第２の共振回路１１２におけるブースターコイル１１ｃの巻数が、第１の共振回路１１１におけるアンテナコイル１１ａの巻数以上となるように構成されることで良好な通信特性を実現することができる。特に、本実施形態に係るアンテナモジュール１は、第２の共振回路１１２におけるブースターコイル１１ｃの巻数が、第１の共振回路１１１におけるアンテナコイル１１ａの巻数と一致するように構成されることで良好な通信特性を実現することができる。また、本実施形態に係るアンテナモジュール１は、アンテナコイル１１ａが実装されたアンテナ基板の面を、リーダーライター２側に臨ませることで、特に良好な通信特性を実現することができる。 As is apparent from the above results, the antenna module 1 according to the present embodiment is configured so that the number of turns of the booster coil 11c in the second resonance circuit 112 is equal to or greater than the number of turns of the antenna coil 11a in the first resonance circuit 111. By configuring, good communication characteristics can be realized. In particular, the antenna module 1 according to the present embodiment is good when it is configured so that the number of turns of the booster coil 11 c in the second resonance circuit 112 matches the number of turns of the antenna coil 11 a in the first resonance circuit 111. Communication characteristics can be realized. In addition, the antenna module 1 according to the present embodiment can achieve particularly good communication characteristics by making the surface of the antenna substrate on which the antenna coil 11a is mounted face the reader / writer 2 side.

ここで、単に良好な通信特性を実現する観点では、ブースターコイルの開口面積をアンテナコイルの開口面積よりも大きくすることが望ましいが、アンテナモジュールの小型化を実現するという観点では、アンテナコイルとブースターコイルとの外形状を略同一にすることが好ましいという物理的な制約がある。 Here, from the viewpoint of simply realizing good communication characteristics, it is desirable to make the opening area of the booster coil larger than the opening area of the antenna coil. However, from the viewpoint of realizing miniaturization of the antenna module, the antenna coil and the booster There is a physical restriction that it is preferable to make the outer shape of the coil substantially the same.

このような制約下において、本実施形態に係るアンテナモジュール１は、アンテナコイル１１ａと外形状が略同一で、アンテナコイル１１ａの巻数以上の巻数のブースターコイル１１ｃをアンテナ基板に設け、アンテナコイル１１ａとブースターコイル１１ｃとの間で作用する相互インダクタンスを利用して、アンテナコイル１１ａの通信特性の向上を図ることで、全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現することができる。 Under such restrictions, the antenna module 1 according to the present embodiment has a substantially identical outer shape to the antenna coil 11a, and is provided with a booster coil 11c having a number of turns equal to or greater than the number of turns of the antenna coil 11a on the antenna substrate. By using the mutual inductance acting between the booster coil 11c and improving the communication characteristics of the antenna coil 11a, good communication characteristics can be realized while reducing the overall thickness.

また、本実施形態に係るアンテナモジュール１は、アンテナコイル１１ａと外形状が略同一で、アンテナコイル１１ａの巻数以上の巻数のブースターコイル１１ｃを設ければ、全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現することができるが、特にアンテナコイル１１ａが実装されたアンテナ基板１１の面をリーダーライター２側に臨ませるように配置することで、より良好な通信特性が実現される。 Further, the antenna module 1 according to the present embodiment has an outer shape substantially the same as that of the antenna coil 11a, and is provided with a booster coil 11c having a number of turns equal to or greater than the number of turns of the antenna coil 11a. Although it is possible to realize the characteristics, particularly better communication characteristics are realized by arranging the antenna substrate 11 on which the antenna coil 11a is mounted so as to face the reader / writer 2 side.

１アンテナモジュール、２リーダーライター、２ａアンテナ、２ｂ制御基板、３ａ筐体、３ｂＳＵＳ板、１１アンテナ基板、１１ａアンテナコイル、１１ｂコンデンサ、１１ｃブースターコイル、１１ｄコンデンサ、１２磁性シート、１３通信処理部、１００無線通信システム、１１１共振回路、１１２共振回路、１１３絶縁基板、１１４接着層 1 antenna module, 2 reader / writer, 2a antenna, 2b control board, 3a housing, 3b SUS board, 11 antenna board, 11a antenna coil, 11b capacitor, 11c booster coil, 11d capacitor, 12 magnetic sheet, 13 communication processing unit, 100 wireless communication system, 111 resonance circuit, 112 resonance circuit, 113 insulating substrate, 114 adhesive layer

Claims

A first resonance circuit having a first coil that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled with the transmitter to enable communication;
A second resonance circuit having a second coil disposed at a position overlapping with the first coil via an insulating substrate and having an outer shape substantially the same as the first coil;
The first resonance circuit and the second resonance circuit have a resonance frequency that matches the oscillation frequency of the transmitter,
The number of turns of the second coil is equal to or greater than the number of turns of the first coil.

The antenna apparatus according to claim 1, wherein the number of turns of the second coil is substantially the same as the number of turns of the first coil.

The antenna device according to claim 1 or 2, wherein a line width of the conducting wire constituting the second coil is substantially the same as a line width of the conducting wire constituting the first coil.

A first resonance circuit having a first coil that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled with the transmitter to enable communication;
A second resonance circuit having a second coil disposed at a position overlapping the first coil via an insulating substrate and having an outer shape substantially the same as the first coil;
A communication processing unit that is driven by a current flowing through the first resonance circuit and performs communication with the transmitter;
The first resonance circuit and the second resonance circuit have a resonance frequency that matches the oscillation frequency of the transmitter,
The number of turns of the second coil is equal to or greater than the number of turns of the first coil.