JP2014086945A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触でデータを読み取り又は書き込みを行うRFIDリーダ装置等に用いられるアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device used in an RFID reader device or the like that reads or writes data without contact.
従来、RFID(Radio Frequency Identification)リーダ装置又はRFIDリーダ・ライタ装置等の非接触通信装置は、電磁誘導方式で交信する無線IC、ICカード、非接触式データキャリア及びその読み込み機・書き込み機として種々の分野に採用されてきている(特許文献1及び2参照)。近年、この非接触通信装置は、スマートフォンやタブレットPC等など小型情報端末にも搭載されてきている。
Conventionally, non-contact communication devices such as RFID (Radio Frequency Identification) reader devices or RFID reader / writer devices are various as wireless ICs, IC cards, non-contact data carriers and readers / writers thereof that communicate with each other by electromagnetic induction. (See
RFIDリーダ・ライタ装置の無線通信機能は、図9に示すように、例えばIC部7、整合回路部8(マッチング回路)、アンテナ部103によって構成されている。このRFIDリーダ・ライタ装置を小型化することによって、アンテナ部103、IC部7及び整合回路部8を回路基板101の極微小なスペースに配置する構成がとられてきている。
As shown in FIG. 9, the wireless communication function of the RFID reader / writer device includes, for example, an
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
近年、図10に示すように、アンテナ部としてコイル状導体パターン102を内蔵した小型アンテナ素子100を採用して、全体をさらに小型化することが検討されている。この小型RFID用のアンテナ素子100は、チップ化されて小型であることが最大の特徴であり、図9に示すような同サイズのパターンアンテナと比較すれば磁性体の磁束収束効果によりインダクタンスが増大し、結果としてアンテナから放射される磁束(磁束φ=インダクタンスL×電流i)を大きくする特性を利用したものである。
しかしながら、小型RFIDアンテナと非接触ICカードとの通信距離は、接触状態から数十mmを想定した場合であり、特に30mm以上の通信用途においては小型のアンテナ素子100単体では実用的にはまだ磁束が足りず、通信距離が不十分であった。通信距離が短い理由はアンテナサイズも原因の一つである。
The following problems remain in the conventional technology.
In recent years, as shown in FIG. 10, it has been studied to further reduce the size of the whole by adopting a
However, the communication distance between the small RFID antenna and the non-contact IC card is assumed to be several tens of millimeters from the contact state. Particularly in communication applications of 30 mm or more, the
小型RFID用のアンテナ素子を利用したリーダライタ(R/W)と一般的に使用されているクレジットカードサイズの非接触ICカード(JIS X 6301で規定しているID−1型)とを通信する場合は、お互いのアンテナサイズが異なっているので、磁界結合(相互インダクタンス)が小さく、大きいアンテナ(例えばID−1型サイズに近いサイズ)を使ったR/Wと比較すると通信距離が短い。よって小型アンテナ素子の特徴を維持しつつも、更なる通信特性(通信距離や対応可能な非接触ICカードの種類)の向上のためにインダクタンスを上げ、磁束を増大する方法が望まれている。 Communicates between a reader / writer (R / W) that uses an antenna element for a small RFID and a non-contact IC card (ID-1 type defined in JIS X 6301) that is generally used for credit cards. In this case, since the antenna sizes are different from each other, the magnetic field coupling (mutual inductance) is small, and the communication distance is short compared to the R / W using a large antenna (for example, a size close to the ID-1 type size). Therefore, there is a demand for a method of increasing the magnetic flux and increasing the magnetic flux in order to further improve the communication characteristics (communication distance and compatible non-contact IC card) while maintaining the characteristics of the small antenna element.
磁束φは磁束密度Bに比例するが(磁束φ=磁束密度B×面積S)、その磁束密度Bを上げるにはコイルの巻き数を上げることで可能になる。アンテナの面積が制限される場合には特に有効である。しかしながら、小型RFID用のアンテナ素子は渦巻き状に巻いているので、図11の(a)に示すアンテナ素子100から図11の(b)に示すアンテナ素子100Aのように巻き数を増大すると面積Sが小さくなり、磁束密度Bは上げることができても、結果として磁束φを増大させることができなくなり、巻き数と面積とのトレードオフの関係にある。
階層状に巻数を増やす方法として、特許文献3に記載の技術もあるが、階層間の容量性が無視できないくらい大きく、容量性が増大し、共振周波数が低下する別の問題が出てくる。いずれにせよ、小型アンテナ素子単体での使用では、限界があった。
Although the magnetic flux φ is proportional to the magnetic flux density B (magnetic flux φ = magnetic flux density B × area S), it is possible to increase the magnetic flux density B by increasing the number of turns of the coil. This is particularly effective when the area of the antenna is limited. However, since the antenna element for small RFID is spirally wound, if the number of turns increases from the
As a method of increasing the number of turns in a layered manner, there is a technique described in
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、磁束を発生させる面積を増やすと共に磁束を増大して通信特性を改善することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of increasing the magnetic flux generation area and increasing the magnetic flux to improve the communication characteristics.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係るアンテナ装置は、給電線が形成された回路基板と、前記給電線に接続されて前記回路基板に設けられデータを受信するアンテナ部とを備え、該アンテナ部が、前記給電線に接続された複数のコイル状導体を有し、前記複数のコイル状導体のうち少なくとも1つが、前記回路基板上に実装された積層チップアンテナに内蔵され、該積層チップアンテナが、全体がチップ状に形成され、積層された複数のセラミックス材料層と、隣接する前記セラミックス材料層の間に設けられた前記コイル状導体となるチップ側導体パターンと、互いに対向する一対の端面に設けられ前記チップ側導体パターンの端部に接続され前記給電線に接続された一対の端部電極とを備え、前記複数のコイル状導体が、前記回路基板上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, an antenna device according to a first aspect of the present invention includes a circuit board on which a feed line is formed, and an antenna unit that is connected to the feed line and is provided on the circuit board to receive data. A plurality of coiled conductors connected to the feeder line, and at least one of the plurality of coiled conductors is built in a multilayer chip antenna mounted on the circuit board; Is formed in a chip shape, and is provided on a pair of end surfaces facing each other, a plurality of laminated ceramic material layers, a chip-side conductor pattern serving as the coiled conductor provided between adjacent ceramic material layers. A pair of end electrodes connected to the ends of the chip-side conductor pattern and connected to the feeder line, and the plurality of coiled conductors are arranged on the circuit board. Together are characterized in that the current flows in the same direction with respect to the central axis and wound in the same direction.
このアンテナ装置では、複数のコイル状導体が、回路基板上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れるので、並んだ複数のコイル状導体によって互いに発生した磁束がオープンループを形成して広い面積で多くの磁束が発生する。したがって、巻き線方向が同じで並んだ複数のコイル状導体により、磁束の発生する面積と発生する磁束とが増大して通信距離を改善することができる。また、複数のコイル状導体のうち少なくとも一つが、小型の積層チップアンテナに内蔵されており、回路基板上にパターン形成した複数の基板側導体パターンのみで複数のコイル状導体を構成した場合に比べて、全体として小型で磁束を増大させることが可能になる。 In this antenna device, a plurality of coiled conductors are arranged side by side on the circuit board, and are wound in the same direction so that current flows in the same direction with respect to the central axis. Magnetic fluxes generated by the conductors form an open loop, and a large amount of magnetic flux is generated over a wide area. Therefore, the area where the magnetic flux is generated and the generated magnetic flux are increased by the plurality of coiled conductors arranged in the same winding direction, so that the communication distance can be improved. In addition, at least one of the plurality of coiled conductors is incorporated in a small multilayer chip antenna, and compared to a case where a plurality of coiled conductors are configured only by a plurality of substrate-side conductor patterns formed on a circuit board. Thus, it is possible to increase the magnetic flux with a small size as a whole.
第2の発明に係るアンテナ装置は、第1の発明において、前記複数のコイル状導体のうち1つが、前記回路基板上にパターン形成した基板側導体パターンであることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、複数のコイル状導体のうち1つが、回路基板上にパターン形成した基板側導体パターンであるので、回路基板上で給電線の延長として基板側導体パターンを形成することができ、部材数を増やすことなく、磁束を増大させることができる。また、小型の積層チップアンテナを採用していることで余った周囲のスペースを活用して基板側導体パターンを配することができ、磁界を効率的に発生させることが可能である。
The antenna device according to a second invention is characterized in that, in the first invention, one of the plurality of coiled conductors is a board-side conductor pattern formed in a pattern on the circuit board.
That is, in this antenna device, since one of the plurality of coiled conductors is a board-side conductor pattern formed on the circuit board, the board-side conductor pattern can be formed as an extension of the feeder line on the circuit board. The magnetic flux can be increased without increasing the number of members. Further, by employing a small multilayer chip antenna, it is possible to arrange the substrate-side conductor pattern by utilizing the excess surrounding space, and it is possible to generate a magnetic field efficiently.
第3の発明に係るアンテナ装置は、第1又は第2の発明において、前記積層チップアンテナが、前記回路基板上に複数並んで実装されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、積層チップアンテナが回路基板上に複数並んで実装されているので、小型の積層チップアンテナが並んで実装されることで、比較的小さい範囲内に磁束の大きい領域を複数並べることができ、より効率的に磁束を発生する面積を増大させることができる。
An antenna device according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, a plurality of the laminated chip antennas are mounted side by side on the circuit board.
That is, in this antenna device, since a plurality of laminated chip antennas are mounted side by side on the circuit board, a plurality of regions having a large magnetic flux can be provided within a relatively small range by mounting a small number of laminated chip antennas side by side. They can be arranged, and the area for generating magnetic flux more efficiently can be increased.
第4の発明に係るアンテナ装置は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記セラミックス材料層が、誘電体材料と磁性体材料とを添加した混合材料で形成され積層された複数のセラミックス材料層であり、最下層の前記セラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層を備えていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、セラミックス材料層が、最下層のセラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層を備えているので、透磁率の実部が高く虚部が低い磁性体層に磁束が集中すると共に磁性体層内で磁束が損失することなく流れ、インダクタンスの変化が生じずに良好な通信が得られる。また、チップ側導体パターンを介して積層された複数のセラミックス材料層と磁性体層とが一体に形成されてチップ化されていると共に一対の端面に端部電極が形成されているので、特性ばらつきが少なく、かつさらに小型化可能であると共にリフロー工程などによる表面実装が可能である。
An antenna device according to a fourth invention is the antenna device according to any one of the first to third inventions, wherein the ceramic material layer is formed of a mixed material in which a dielectric material and a magnetic material are added and laminated. A magnetic layer made of a metal oxide magnetic material or a material obtained by mixing the magnetic material and a sintering aid glass material, which is a material layer and is laminated on the lowermost ceramic material layer. It is characterized by being.
That is, in this antenna apparatus, the ceramic material layer is formed of a metal oxide magnetic material layer or a material obtained by mixing the magnetic material and a sintering aid glass material, which is laminated on the lowermost ceramic material layer. Since the magnetic layer is provided, the magnetic flux concentrates on the magnetic layer with a high real part of the magnetic permeability and a low imaginary part, and the magnetic flux flows in the magnetic layer without loss, and the inductance does not change. Communication is obtained. In addition, since a plurality of ceramic material layers and magnetic layers laminated via the chip-side conductor pattern are integrally formed into a chip and end electrodes are formed on a pair of end surfaces, characteristic variation In addition, it can be further miniaturized and can be surface-mounted by a reflow process.
第5の発明に係るアンテナ装置は、第1から第4の発明のいずれかにおいて、電磁誘導又は電磁結合によってRFIDタグに対して少なくともデータの読み取りを行うRFIDリーダ装置であることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、RFIDリーダ装置であるので、非接触でデータの良好な読み取りを行うことができると共に小型化が可能である。
An antenna device according to a fifth invention is the RFID reader device according to any one of the first to fourth inventions, wherein the antenna device reads at least data from the RFID tag by electromagnetic induction or electromagnetic coupling.
That is, since this antenna device is an RFID reader device, it can read data satisfactorily without contact and can be miniaturized.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るアンテナ装置によれば、複数のコイル状導体が、回路基板上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れるので、磁束の発生する面積と発生する磁束とが増大して通信距離を改善することができる。
したがって、本発明では、通信特性が良好なアンテナ装置が得られることから、RFIDリーダ装置等に好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the antenna device of the present invention, a plurality of coiled conductors are arranged side by side on the circuit board, and are wound in the same direction so that current flows in the same direction with respect to the central axis. The area where magnetic flux is generated and the generated magnetic flux are increased, and the communication distance can be improved.
Therefore, the present invention is suitable for an RFID reader device and the like because an antenna device with good communication characteristics can be obtained.
以下、本発明に係るンテナ装置の第1実施形態を、図1から図4を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, a first embodiment of an antenna apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
第1実施形態のアンテナ装置1は、例えば電磁誘導又は電磁結合によってRFIDタグに対して少なくともデータの読み取りを行うRFIDリーダ装置であって、図1に示すように、給電線FPが形成された回路基板2と、給電線FPに接続されて回路基板2に設けられデータを受信するアンテナ部3とを備えている。なお、給電線FPは、回路基板2上にパターン形成された金属配線である。
The
上記回路基板2は、プリント基板、リジット基板又はフレキシブル基板が採用可能である。
上記アンテナ部3は、給電線FPに接続された複数のコイル状導体を有し、複数のコイル状導体のうち少なくとも1つが、回路基板2上に実装された積層チップアンテナ4に内蔵されている。
The
The
該積層チップアンテナ4が、図2及び図3に示すように、全体がチップ状に形成され、積層された複数のセラミックス材料層12A〜12Dと、隣接するセラミックス材料層12A,12Bの間に設けられたコイル状導体となるチップ側導体パターン13と、互いに対向する一対の端面に設けられチップ側導体パターン13の端部に接続され給電線FPに接続された一対の端部電極14とを備えている。
2 and 3, the
また、複数のコイル状導体のうち1つは、回路基板2上にパターン形成した基板側導体パターン5である。この基板側導体パターン5は、チップ側導体パターン13が内蔵された積層チップアンテナ4の隣りに並んで螺旋状に設けられ、一部がスルーホールH1を介して裏面側に形成されている。すなわち、この基板側導体パターン5とチップ側導体パターン13とは、自己の中心軸に対して互いに同じ巻き方向でパターン形成されている。基板側導体パターン5の材料は、例えばCu,Ag,Au,Sn又はこれらの合金系材料等が採用可能であるが、導体であれば他の材料でも構わない。
One of the plurality of coiled conductors is a board-
また、このアンテナ装置1は、図1に示すように、給電線FPを介してアンテナ部3に給電する回路部6を備えている。該回路部6は、発振器(図示略)に接続されていると共に回路基板2上に実装されたリーダ/ライタ用のIC部7と、該IC部7と回路基板2上の配線で接続されていると共に給電線FPに接続されたマッチング回路である整合回路部8とを備えている。
In addition, as shown in FIG. 1, the
上記複数のコイル状導体、すなわちチップ側導体パターン13と基板側導体パターン5とは、回路基板2上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れるように設定されている。本実施形態では、チップ側導体パターン13と基板側導体パターン5とは、電気的に直列に接続されているが、並列に接続しても構わない。なお、直列の方が整合回路定数を小さくすることができ、並列の場合よりも電流がアンテナ部に多く流れ、磁束も大きい。また、各図において、ある時点での電流の流れる方向を矢印で示している。
The plurality of coiled conductors, that is, the chip-
上記セラミックス材料層12A〜12Dは、誘電体材料と磁性体材料とを添加した混合材料で形成され積層された複数のセラミックス材料層である。
また、この積層チップアンテナ4は、最下層のセラミックス材料層12Dに積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層15を備えている。
The ceramic material layers 12 </ b> A to 12 </ b> D are a plurality of ceramic material layers formed and laminated with a mixed material in which a dielectric material and a magnetic material are added.
The
上記チップ側導体パターン13は、金、銀、白金、パラジウム等の貴金属単体若しくはその合金等で形成された導体配線である。チップ側導体パターン13は、矩形状平板のセラミックス材料層12Bの上面において、その外周部に渦状にパターン形成されている、このチップ側導体パターン13の内側の端部は、スルーホールH2を介して下層のセラミックス材料層12C上に形成された接続用導体パターン13aに接続されている。この接続用導体パターン13aは、端部電極14に接続されている。このようにチップ側導体パターン13は、両端の端部電極14に接続されてチップアンテナを構成している。
The chip-
なお、本実施形態の積層チップアンテナ4は、例えば10mm×15mm×1mmの平板チップ状サイズとされ、チップ側導体パターン13が5.5ターンで巻回されている(図1等では巻回数を省略している)。なお、チップ側導体パターン13は、1ターン以上巻かれていれば構わない。
また、上記チップ側導体パターン13は、セラミックス複合材料グリーンシートの上に印刷又はフォトリソグラフィ法でパターン形成される。
The
The chip-
各セラミックス材料層12A〜12Dは、シートキャスティング法,印刷法又は押出成型法により形成された上記混合材料によるセラミックス複合材料グリーンシートを積層することで形成される。
セラミックス材料層12A〜12Dの誘電体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、PbO/La2O3/BaTiO3 /Ag2O/ZrO2/TiO2/WO3系リラクサー系材料であることが好ましい。また、セラミックス材料層12A〜12Dの磁性体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、Fe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料であることが好ましい。
Each
Various known materials can be used as the dielectric material of the ceramic material layers 12A to 12D, but PbO / La 2 O 3 / BaTiO 3 / Ag 2 O / ZrO 2 / TiO 2 / WO 3 relaxor system A material is preferred. As the magnetic material of the ceramic material layers 12A to 12D, various known materials can be used, but an Fe 2 O 3 / Ni 2 O / CuO / ZnO based ferrite material is preferable.
上記磁性体層15は、シートキャスティング法,印刷法又は押出成型法により形成された金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料による磁性体グリーンシートを用いることで形成される。
上記磁性体層15の磁性体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、Fe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料であることが好ましい。
The
As the magnetic material of the
例えば、上記誘電体材料のPbO/La2O3/BaTiO3 /Ag2O/ZrO2/TiO2/WO3系リラクサー系材料としては、PbO:45〜60wt%、La2O3:3〜10wt%、BaTiO3:5〜10wt%、Ag2O:0.1〜1.0wt%、ZrO2:15〜30wt%、TiO2:3〜10wt%、WO3:3〜10wt%を含有した成分組成を有するものが採用される。
また、上記磁性体材料のFe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料としては、Fe2O:55〜70wt%、ZnO:10〜20wt%、NiO:5〜15wt%、CuO:5〜10wt%を含有した成分組成を有するものが採用される。
For example, as the PbO / La 2 O 3 / BaTiO 3 / Ag 2 O / ZrO 2 / TiO 2 / WO 3 relaxor material of the dielectric material, PbO: 45-60 wt%, La 2 O 3 : 3 10wt%, BaTiO 3: 5~10wt% , Ag 2 O: 0.1~1.0wt%, ZrO 2: 15~30wt%, TiO 2: 3~10wt%, WO 3: contained 3~10Wt% What has a component composition is employ | adopted.
Further, as the Fe 2 O 3 / Ni 2 O / CuO / ZnO ferrite material of the magnetic material, Fe 2 O: 55 to 70 wt%, ZnO: 10 to 20 wt%, NiO: 5 to 15 wt%, CuO: What has the component composition containing 5-10 wt% is employ | adopted.
この積層チップアンテナ4を作製するには、まずチップ側導体パターン13が形成されていないセラミックス複合材料グリーンシートと、チップ側導体パターン13が形成されたセラミックス複合材料グリーンシートと、磁性体グリーンシートとを所定枚数作製する。次に、これらのグリーンシートを所定の順番で積層すると共にスルーホールH2を形成してチップ側導体パターン13を接続してシート積層体とする。
In order to manufacture the
さらに、このシート積層体をチップ状に切断した後に、焼成してチップ状焼結体とする。なお、シート積層体を焼成した後にチップ状に切断してチップ状焼結体としても構わない。次に、上記チップ状焼結体の一対の側面に印刷又はロールコート法等の手法で一対の端部電極14を形成して積層チップアンテナ4が作製される。
なお、上記一対の端部電極14は、受・給電用端子、兼実装用端子となる。また、端部電極14直下に配され基板側導体パターン5から延在する給電線FPの端部には、端部電極14とはんだ材等で接着される実装用のパッド部(図示略)が形成されている。
Furthermore, after cutting this sheet | seat laminated body into a chip shape, it bakes and it is set as a chip-shaped sintered compact. In addition, after baking a sheet | seat laminated body, it is good also as a chip-shaped sintered compact by cut | disconnecting in a chip shape. Next, the pair of
The pair of
このように本実施形態のアンテナ装置1では、複数のコイル状導体が、回路基板2上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れるので、図1の(b)に示すように、並んだ複数のコイル状導体(チップ側導体パターン13、基板側導体パターン5)によって互いに発生した磁束がオープンループを形成して広い面積で多くの磁束が発生する。なお、図4の(a)に示すように、チップ側導体パターン13と基板側導体パターン5との互いの巻き方向が逆である場合、図4の(b)に示すように、互いに発生した磁束が逆相になってクローズドループが形成されてしまうことで、磁束が低減されてしまう。
As described above, in the
したがって、本実施形態のように巻き線方向が同じで並んだ複数のコイル状導体を採用することで、磁束の発生する面積と発生する磁束とが増大して通信距離を改善することができる。また、複数のコイル状導体のうち少なくとも一つが、小型の積層チップアンテナ4に内蔵されており、回路基板2上にパターン形成した複数の基板側導体パターンのみで複数のコイル状導体を構成した場合に比べて、全体として小型で磁束を増大させることが可能になる。
Therefore, by adopting a plurality of coiled conductors arranged in the same winding direction as in the present embodiment, the area where the magnetic flux is generated and the generated magnetic flux are increased, and the communication distance can be improved. When at least one of the plurality of coil-shaped conductors is built in the small
また、上記複数のコイル状導体のうち1つが、回路基板2上にパターン形成した基板側導体パターン5であるので、回路基板2上で給電線FPの延長として基板側導体パターン5を形成することができ、部材数を増やすことなく、磁束を増大させることができる。また、小型の積層チップアンテナ4を採用していることで余った周囲のスペースを活用して基板側導体パターン5を配することができ、磁界を効率的に発生させることが可能である。
In addition, since one of the plurality of coiled conductors is the board-
また、最下層のセラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層15を備えているので、透磁率の実部が高く虚部が低い磁性体層15に磁束が集中すると共に磁性体層15内で磁束が損失することなく流れ、インダクタンスの変化が生じずに良好な通信が得られる。また、チップ側導体パターン13を介して積層された複数のセラミックス材料層12A〜12Dと磁性体層15とが一体に形成されてチップ化されていると共に一対の端面に端部電極14が形成されているので、特性ばらつきが少なく、かつさらに小型化可能であると共にリフロー工程などによる表面実装が可能である。
In addition, since the
なお、セラミックス材料層12A〜12Dの誘電体材料が、PbO/La2O3/BaTiO3 /Ag2O/ZrO2/TiO2/WO3系リラクサー系材料であり、磁性体材料が、Fe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料であるので、誘電体材料の鉛複合ペロブスカイト結晶構造と磁性体材料のスピネル結晶構造は焼結で変化せず、維持される。これにより、セラミックス材料層が、安定したDCバイアス特性の上記リラクサー系材料の誘電体材料特性で得られるキャパシタンスと、該リラクサー系材料に混合同時焼成されても信頼性の高い上記フェライト材料の磁性体材料特性で得られるインダクタンスとの両特性を兼ね備えることができる。 The dielectric material of the ceramic material layers 12A to 12D is a PbO / La 2 O 3 / BaTiO 3 / Ag 2 O / ZrO 2 / TiO 2 / WO 3 relaxor material, and the magnetic material is Fe 2. Since it is an O 3 / Ni 2 O / CuO / ZnO ferrite material, the lead composite perovskite crystal structure of the dielectric material and the spinel crystal structure of the magnetic material are not changed by sintering and are maintained. Accordingly, the ceramic material layer has a capacitance obtained by the dielectric material characteristics of the relaxor material having stable DC bias characteristics, and the magnetic material of the ferrite material having high reliability even when mixed and fired to the relaxor material. It is possible to combine both the characteristics obtained by the material characteristics and the inductance.
次に、本発明に係るアンテナ装置の第2から第4実施形態について、図5から図7を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。 Next, second to fourth embodiments of the antenna device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following description of each embodiment, the same constituent elements described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、複数のコイル状導体として、積層チップアンテナ4に内蔵のチップ側導体パターン13と回路基板2上に形成した基板側導体パターン5とを採用しているのに対し、第2実施形態のアンテナ装置21では、図5に示すように、チップ側導体パターン13を内蔵する積層チップアンテナ4が、回路基板2の表面に2つ並んで実装されている点である。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, a plurality of coiled conductors are formed on the
すなわち、第2実施形態では、回路基板2上に2つの積層チップアンテナ4が互いの端部電極14を対向配置して実装されており、内部のチップ側導体パターン13が同じ巻き方向に設定されている。なお、2つの積層チップアンテナ4は、対向した互いの端部電極14が給電線FPで接続されて直列に接続されている。
このように第2実施形態のアンテナ装置21では、積層チップアンテナ4が回路基板2上に複数並んで実装されているので、小型の積層チップアンテナ4が並んで実装されることで、比較的小さい範囲内に磁束の大きい領域を複数並べることができ、より効率的に磁束を発生する面積を増大させることができる。
That is, in the second embodiment, two
As described above, in the
次に、第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、2つの積層チップアンテナ4が互いの端部電極14を対向配置して実装されているのに対し、第3実施形態のアンテナ装置31では、図6の(a)に示すように、2つの積層チップアンテナ4が、互いの対向方向に直交した方向に一対の端部電極14を並べて実装されている点である。
このように第3実施形態においても、第2実施形態と同様に、小型の積層チップアンテナ4が並んで実装されることで、比較的小さい範囲内に磁束の大きい領域を複数並べることができる。
Next, the difference between the third embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, the two
As described above, in the third embodiment, similarly to the second embodiment, a plurality of regions having a large magnetic flux can be arranged within a relatively small range by mounting the small
なお、図6の(b)に示すように、互いのチップ側導体パターン13の巻き方向を逆にして2つの積層チップアンテナ4を実装してしまうと、図4の場合と同様に、互いに発生した磁束が逆相になってクローズドループを形成してしまうので、積層チップアンテナ4を実装する際に向きを間違えないようにする必要がある。
As shown in FIG. 6B, if two
また、第4実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、2つの積層チップアンテナ4が並べられて実装されているのに対し、第4実施形態のアンテナ装置41では、図7に示すように、4つの積層チップアンテナ4が並べられて実装されている点である。すなわち、第4実施形態では、4つの積層チップアンテナ4が縦2列、横2列に配列されており、給電線FPにより、並列に接続された2つの積層チップアンテナ4が一対直列に接続されている。
Further, the difference between the fourth embodiment and the second embodiment is that in the second embodiment, two
したがって、第4実施形態のアンテナ装置41では、並べられた4つの積層チップアンテナ4により、2つの積層チップアンテナ4を並べた場合よりも、さらに広い面積で磁束を発生させることが可能になる。
Therefore, in the
基板側導体パターン5が無く積層チップアンテナ4を1つだけ実装したアンテナ装置の比較例1と、2つの積層チップアンテナ4を並べた上記第2実施形態のアンテナ装置である実施例1とをリーダ・ライタとして用いて、FeliCa規格の非接触ICカードとTypeA規格の非接触ICカードとについて、それぞれ通信距離試験を行った。その際の最大通信距離を表1に示す。また、実施例1においては、2つの積層チップアンテナ4の間隔を0〜50mmまで変化させて計測を行った。なお、表1では、比較例1を「積層小型チップRFIDアンテナ1個のみの場合」、実施例1を「積層小型チップRFIDアンテナ2個直列でギャップを0mm〜50mmまで変化させた場合」と表記している。
Comparative Example 1 of an antenna device in which only one
これらの試験の結果、比較例1では、FeliCa規格の非接触ICカードとの通信距離が26mmであったのに対し、実施例1では、さらに通信距離が4mm以上改善され、間隔を30mmまで離した状態の際に最大9mm改善した。また、比較例1では、TypeA規格の非接触ICカードとの通信距離が17mmであったのに対し、実施例1では、さらに通信距離が10mm以上改善され、間隔を30mmまで離した状態の際に最大15mm改善した。 As a result of these tests, in Comparative Example 1, the communication distance with the non-contact IC card of the FeliCa standard was 26 mm, whereas in Example 1, the communication distance was further improved by 4 mm or more, and the interval was increased to 30 mm. It was improved by up to 9 mm in the state where it was done. In Comparative Example 1, the communication distance with the Type A non-contact IC card was 17 mm, whereas in Example 1, the communication distance was further improved by 10 mm or more, and the distance was increased to 30 mm. Improved by up to 15 mm.
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施形態では、コイル状導体が矩形の渦状に巻かれているが、円形又は楕円の渦状に巻かれていても構わない。また、1層のチップ側導体パターンだけでなく、スルーホールを介して接続した複層構造としてもよく、立体的なコイル状又は渦状としても構わない。
また、上記各実施形態では、磁性体層をセラミックス材料層と共に同時焼成しているが、別々に焼成してガラス材等の接着剤で互いに接着して一体化しても構わない。
For example, in each of the above embodiments, the coiled conductor is wound in a rectangular spiral shape, but may be wound in a circular or elliptical spiral shape. In addition to a single-layer chip-side conductor pattern, a multilayer structure connected through through holes may be used, or a three-dimensional coil shape or a spiral shape may be used.
In each of the above embodiments, the magnetic layer is simultaneously fired together with the ceramic material layer, but may be separately fired and bonded together with an adhesive such as a glass material to be integrated.
1,21,31,41…アンテナ装置、2…回路基板、3…アンテナ部、4…積層チップアンテナ、5…基板側導体パターン、12A〜12D…セラミックス材料層、13…チップ側導体パターン、14…端部電極、15…磁性体層、FP…給電線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記給電線に接続されて前記回路基板に設けられデータを受信するアンテナ部とを備え、
該アンテナ部が、前記給電線に接続された複数のコイル状導体を有し、
前記複数のコイル状導体のうち少なくとも1つが、前記回路基板上に実装された積層チップアンテナに内蔵され、
該積層チップアンテナが、全体がチップ状に形成され、積層された複数のセラミックス材料層と、隣接する前記セラミックス材料層の間に設けられた前記コイル状導体となるチップ側導体パターンと、互いに対向する一対の端面に設けられ前記チップ側導体パターンの端部に接続され前記給電線に接続された一対の端部電極とを備え、
前記複数のコイル状導体が、前記回路基板上に並んで配されていると共に、同方向に巻回され中心軸に対して互いに同方向に電流が流れることを特徴とするアンテナ装置。 A circuit board on which a feed line is formed;
An antenna unit connected to the feeder line and provided on the circuit board for receiving data;
The antenna unit has a plurality of coiled conductors connected to the feeder line,
At least one of the plurality of coiled conductors is built in a multilayer chip antenna mounted on the circuit board,
The multilayer chip antenna is entirely formed in a chip shape, and a plurality of laminated ceramic material layers, and a chip side conductor pattern serving as the coiled conductor provided between the adjacent ceramic material layers, face each other. A pair of end electrodes provided on a pair of end surfaces and connected to an end of the chip-side conductor pattern and connected to the feeder line,
The antenna device, wherein the plurality of coiled conductors are arranged side by side on the circuit board and are wound in the same direction so that current flows in the same direction with respect to the central axis.
前記複数のコイル状導体のうち1つが、前記回路基板上にパターン形成した基板側導体パターンであることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
One of the plurality of coiled conductors is a board-side conductor pattern in which a pattern is formed on the circuit board.
前記積層チップアンテナが、前記回路基板上に複数並んで実装されていることを特徴とするアンテナ装置。 In the antenna device according to claim 1 or 2,
A plurality of the laminated chip antennas are mounted side by side on the circuit board.
前記セラミックス材料層が、誘電体材料と磁性体材料とを添加した混合材料で形成され積層された複数のセラミックス材料層であり、
最下層の前記セラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層を備えていることを特徴とするアンテナ装置。 In the antenna device according to any one of claims 1 to 3,
The ceramic material layers are a plurality of ceramic material layers formed and laminated of a mixed material obtained by adding a dielectric material and a magnetic material,
Characterized in that it is provided with a magnetic layer formed of a metal oxide magnetic material or a material obtained by mixing the magnetic material and a sintering aid glass material, which is laminated on the lowermost ceramic material layer. Antenna device to do.
電磁誘導又は電磁結合によってRFIDタグに対して少なくともデータの読み取りを行うRFIDリーダ装置であることを特徴とするアンテナ装置。 In the antenna device according to any one of claims 1 to 4,
An antenna device, wherein the antenna device is an RFID reader device that reads at least data from an RFID tag by electromagnetic induction or electromagnetic coupling.
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JP2017022675A (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | リコーイメージング株式会社 | Electronic apparatus |
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