JP2014187412A - アンテナ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの感度向上までは考慮されていない従来の磁性体シートを用いたアンテナ構造に対して、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造を提供することを目的とする。
【解決手段】近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ構造であって、平面上に渦巻き状に形成された導体２を有するアンテナ３と、扁平状粉末磁性体を所望の方向に配向させた磁性体シート５とを備え、前記アンテナ３と前記磁性体シート５とを重ね合わせ、前記磁性体シート５の前記配向は、前記アンテナ３と前記磁性体シート５が重なり合う領域において、前記平面の面方向に優先的に配向しており、前記アンテナ３より外側の少なくとも一部の領域において、前記平面と直交する方向に優先的に配向していることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、近距離無線通信のアンテナに関し、特に、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくいアンテナ構造に関する。

最近の高度情報化に伴って、近距離無線通信を利用することにより、さまざまな情報を自動的に取り込み、情報内容を自動認識するシステムが広く用いられてきた。この自動認識するシステムの一つとして、非接触式ＩＣカードを用いた、所謂ＲＦＩＤシステム（Radio Frequency Identification System）が広く用いられている。この非接触型のＲＦＩＤシステムは、電磁誘導、磁気結合、磁気共鳴等を用いた方法がさまざま提案され、図１５に示すように、携帯機器８２０側に設けられたループアンテナ８２２とリーダ・ライタ８１０側のコイルアンテナ８１２との間で、近距離無線通信を行っている。

このＲＦＩＤシステムを利用した従来技術として、携帯電話に代表される携帯型の情報機器が良く知られている。文献特許１では、図１６に示すように、携帯情報機器に適用されたＲＦＩＤアンテナ構造９００が提案されている。ＲＦＩＤアンテナ構造９００は、基板９０１上に矩形の渦巻状のパターンで印刷されたアンテナコイル９０２と、このアンテナコイル９０２に接続されるＩＣ９０４および共振用コンデンサ９０３と、このアンテナコイル９０２と電池９０６との間に挟まれた磁性体シート９０５とから構成されている。そして、通常ＥＭＣ対策として携帯情報機器の筐体に金属蒸着膜もしくは導電材塗装を施すが、このＥＭＣ対策は、ＲＦＩＤの通信のための電磁界を弱めるので、電池９０６の収納部にはＥＭＣ対策を行わず、ＲＦＩＤのアンテナコイル９０２と電池９０６との間に磁性体シート９０５を設けたとしている。つまり、電池９０６自身の金属製の筐体をＥＭＣ対策部品とし、磁束を導く磁路抵抗の低い磁路として磁性体シート９０５が働くので、ＲＦＩＤの通信距離を１０ｃｍ程度、確保できるとしている。

特開２００４−２２７０４６号公報

しかしながら、従来例１では、アンテナのさらなる感度向上までは考慮されておらず、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響され、本来の通信距離が確保できないと言った問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の請求項１によるアンテナ構造は、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ構造であって、平面上に渦巻き状に形成された導体を有するアンテナと、扁平状粉末磁性体を所望の方向に配向させた磁性体シートとを備え、前記アンテナと前記磁性体シートとを重ね合わせ、前記磁性体シートの前記配向は、前記アンテナと前記磁性体シートが重なり合う領域において、前記平面の面方向に優先的に配向しており、前記アンテナより外側の少なくとも一部の領域において、前記平面と直交する方向に優先的に配向していることを特徴としている。

また、本発明の請求項２によるアンテナ構造は、前記磁性体シートが、前記アンテナより外側の領域において、曲げて形成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項３によるアンテナ構造は、前記磁性体シートの曲がり量が、前記磁性体シートのシート厚と同等以上であることを特徴としている。

また、本発明の請求項４によるアンテナ構造は、前記磁性体シートの作製時に電界を加え、前記アンテナより外側の一部の領域の配向を変えたことを特徴としている。

また、本発明の請求項５によるアンテナ構造は、前記アンテナが、ＲＦＩＤタグ及びリーダライタを用いたＲＦＩＤシステムのアンテナであって、前記ＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナであることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、本発明のアンテナ構造は、磁性体シートの配向が、アンテナと磁性体シートが重なり合う領域において、アンテナが形成された平面の面方向に優先的に配向しており、アンテナより外側の一部の領域において、平面と直交する方向に優先的に配向したので、扁平状粉末磁性体が優先的に配向された磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができ、アンテナ間の通信を確実なものとできる。したがって、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造を提供することができる。

請求項２の発明によれば、本発明のアンテナ構造は、磁性体シートが、アンテナより外側の領域において、曲げて形成されているので、曲げられた部分の磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより確実に形成することができ、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、本発明のアンテナ構造は、磁性体シートの曲がり量が磁性体シートのシート厚と同等以上であるので、曲げられた部分に磁束が確実に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより一層確実に形成することができ、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより一層防ぐことができる。

請求項４の発明によれば、本発明のアンテナ構造は、磁性体シートの作製時に電界を加え、アンテナより外側の一部の領域の配向を変えたので、１枚の磁性体シートを用いるだけで、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができる。このことにより、容易に組み立てることができ、近距離無線通信の通信距離を向上させたアンテナ構造の製造コストを下げることができる。

請求項５の発明によれば、本発明のアンテナ構造は、平面状のアンテナと磁性体シートを組み合わせてアンテナ構造としたので、薄さが求められる携帯機器のＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナに用いることができる。このことにより、ＲＦＩＤシステムの通信距離を向上させたアンテナ構造を提供することができる。

したがって、本発明のアンテナ構造は、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成させ、アンテナ間の通信を確実なものとでき、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態のアンテナ構造を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造を説明する図であって、図１に示すＺ１側から見た平面図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造を説明する図であって、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造に用いた磁性体シートを説明する図であって、図４（ａ）は、図３に示すＰ１部分の断面模式図であり、図４（ｂ）は、磁性体シートの断面ＳＥＭ写真の一例である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造に用いた磁性体シートを説明する図であって、図５（ａ）は、図３に示すＱ１部分の断面模式図であり、図５（ｂ）は、磁性体シートの断面ＳＥＭ写真の一例である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造を適用したＲＦＩＤシステムにおける磁束を示した構成図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造の効果について、シミュレーションを用いて検証した検証構成図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造の効果について、シミュレーションを用いて検証した結果であり、図８（ａ）は、シミュレーション結果１であり、図８（ｂ）は、シミュレーション結果２である。 本発明の第２実施形態のアンテナ構造を説明する斜視図である。 本発明の第２実施形態のアンテナ構造を説明する図であって、図９に示すＺ１側から見た平面図である。 本発明の第２実施形態のアンテナ構造を説明する図であって、図１０に示すＸＩ−ＸＩ線における断面図である。 本発明の第２実施形態のアンテナ構造を適用した近距離無線通信における磁束を示した構成図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造の変形例を示す図であって、図１３（ａ）は、変形例２の側面構成図であり、図１３（ｂ）は、変形例３の側面構成図である。 本発明の第１実施形態のアンテナ構造の変形例を示す図であって、図１４（ａ）は、変形例４の斜視図であり、図１４（ｂ）は、変形例５の斜視図である。 従来における非接触型のＲＦＩＤシステムを説明する構成図である。 従来例１における携帯情報機器に適用されたＲＦＩＤアンテナ構造を説明した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１を説明する斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１を説明する図であって、図１に示すＺ１側から見た平面図である。図３は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１を説明する図であって、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。図４は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１に用いた磁性体シート５を説明する図であって、図４（ａ）は、図３に示すＰ１部分の断面模式図であり、図４（ｂ）は、磁性体シート５の断面ＳＥＭ写真の一例である。図５は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１に用いた磁性体シート５を説明する図であって、図５（ａ）は、図３に示すＱ１部分の断面模式図であり、図５（ｂ）は、磁性体シート５の断面ＳＥＭ写真の一例である。

本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１は、図１ないし図３に示すように、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ３と、磁性体シート５とを備えて構成される。

アンテナ３は、図１ないし図３に示すように、基板１と導体２とを備えて構成され、基板１上の片面側平面に導体２を渦巻き状に形成している。また、アンテナ３は、ＲＦＩＤタグ及びリーダライタを用いたＲＦＩＤシステムのアンテナであって、ＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナである。そして、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１に用いたＲＦＩＤシステムの空間伝送方式は、電磁結合方式を用いている。

また、アンテナ３は、絶縁性の基板１の片面側平面上に、渦巻き状パターンのスクリーン版を用いて、バインダー樹脂と導電性部材とを有した導電性インクを印刷し、乾燥，固化して、導体２を作製して得られる。導電性部材には、銀等の導電性粉末を用い、基板１には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）或いはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のフィルム基材を用いている。また、アンテナ３への給電を行うため、絶縁性の合成樹脂を用いた層間絶縁層３ｒを利用して、基板１の片側辺部に、制御基板（図示していない）との接続用の取出端子３ｔをそれぞれ片面側に設けている。なお、基板１に導電性インクをスクリーン印刷してアンテナ３を作製したが、両面のプリント配線基板（ＰＣＢ）を用い、フォトリソグラフィー法によって、銅または銅合金からなる導電体をパターニングし、アンテナ３としても良い。その際には、渦巻き状パターンの渦巻きの中の配線取出しは、層間絶縁層３ｒを用いなく、スルーホールを用いて片側の取出端子３ｔと連結するようにする。

磁性体シート５は、図１ないし図３に示すように、導体２が形成されている基板１の片面側と反対の面とを重ね合わせ、アンテナ３の最外形より外側の領域において、曲げて形成されている。また、図３に示すように、磁性体シート５の曲がり量ＢＮが、磁性体シート５のシート厚ＴＮと同等以上になるように構成している。なお、基板１を用いなく導体２のみでアンテナ３を構成した場合、例えば磁性体シート５の平面上に直接印刷を行ってアンテナ３を構成した場合は、導体２が収まるように、導体２の外周の領域で、磁性体シート５を曲げて形成すると良い。

また、磁性体シート５は、図４及び図５に示すように、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂ＰＬ５と、扁平状粉末磁性体Ｍ５とから構成され、板状の形状をしている。また、磁性体シート５は、合成樹脂ＰＬ５のマトリックスに、扁平状粉末磁性体Ｍ５の長手方向が磁性体シート５の面内方向ＰＤの所望の方向に揃えた形で、複数の扁平状粉末磁性体Ｍ５を並べるように配向ＨＤさせている。ここで言う配向ＨＤとは、複数の扁平状粉末磁性体Ｍ５の平均傾き角度が磁性体シート５の面内方向ＰＤに対して、４５°以下の状態を指し、好ましくは１０°以下の状態を指している。このようにして、複数の扁平状粉末磁性体Ｍ５の磁化が磁性体シート５の面内方向ＰＤの所望の方向に配向ＨＤするようになり、磁性体シート５の磁界の向きが、所望の方向に揃うようになる。このため、所望の方向の磁路抵抗が下がり、磁束が面内方向ＰＤに通りやすくなる。

ここで、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１に用いた磁性体シート５の製造方法について説明する。まず、鉄を主成分とする材料、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用い、水アトマイズ法により磁性粉末を作製する。なお、水アトマイズ法に限定されず、ガスアトマイズ法、上記合金溶湯から急冷したリボンを粉砕して粉末化する液体急冷法等を用いても良い。また、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、液体急冷法の処理条件については、原料の種類に応じて通常行われる条件を用いることが出来る。そして、得られた磁性粉末を分級して粒度を揃えた後に、遊星撹拌型ボールミル等の装置を用いて、磁性粉末を扁平状に加工する。なお、必要に応じて、磁性粉末の内部応力を緩和させる目的で、扁平状に加工された扁平状粉末磁性体Ｍ５にアニール処理を施しても良い。

次に、磁性体シート５を構成する合成樹脂ＰＬ５と、扁平状粉末磁性体Ｍ５とを有して成る混合液（スラリー）を、ドクターブレード装置に供給し、基材（キャリアテープ）を引きながら、ブレードにより混合液を所定厚さで基材上に塗布する。そして、加熱することにより、基材上に合成樹脂ＰＬ５と扁平状粉末磁性体Ｍ５とから構成される磁性体シート５が得られる。なお、磁性体シート５は、この基材と一緒に用いても良いが、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１への適用は、アンテナ構造１０１の省スペース化のため、この基材を除去して、単独で適用した。

最後に、上述のように作製された磁性体シート５を加熱軟化させて、磁性体シート５の両端を略直角に折り曲げてＵ字状に形成する。このようにして、簡単な工程で容易に略直角に折り曲げられた磁性体シート５を作製することができる。また、１枚の磁性体のシートを用いて、折り曲げて形成された磁性体シート５を作製しているので、大きさの違う磁性体のシートを別々に準備し組み合わせて用いる場合と比較して、組立を簡単にすることができるとともに、磁性体シート５の製造コストを低くすることができる。

そして、図３に示すように、この曲げて形成された磁性体シート５の曲げられた側の面とアンテナ３の基板１の面とを重ね合わせると、図４に示す磁性体シート５の配向ＨＤは、アンテナ３と磁性体シート５が重なり合う領域において、導体２が形成された基板１上の平面の面方向、つまりＸ１−Ｘ２方向に優先的に配向したようになる。このため、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。つまり、磁束は、図３に示すＰ１の部分の磁性体シート５の面内をＸ１−Ｘ２方向に優先的に通過するようになる。

また、アンテナ３の最外形より外側の領域において、磁性体シート５が曲げて形成されているので、図５に示す磁性体シート５の配向ＨＤは、曲げられた方向、つまりつまりＺ１−Ｚ２方向に優先的に配向したようになる。このため、曲げられた部分において、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。つまり、磁束は、図３に示すＱ１の部分の磁性体シート５の面内をＺ１−Ｚ２方向に優先的に通過するようになる。

次に、このようにして構成された本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１を適用したＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦＩＤタグに用いたアンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３とリーダライタＲＷ側のコイルＲ３との間の磁界の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１を適用したＲＦＩＤシステムにおける磁束ＭＢを示した構成図である。

アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３の磁界は、図６に示すように、リーダライタＲＷ側のコイルＲ３により生じる磁束ＭＢが、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３の背面側（Ｚ２側）に配置された磁性体シート５を通過するようになるので、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３を通過し易くなっている。特に、図４に示すように、磁性体シート５の面内方向ＰＤがＸ１−Ｘ２方向に向いているので、磁性体シート５のＸ１−Ｘ２方向の磁路抵抗が下がり、磁性体シート５を磁束ＭＢが通りやすくなっている。このため、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３とリーダライタＲＷ側のコイルＲ３との磁束ループが確実なものとなり、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３とコイルＲ３とが磁気結合し易くなる。このことにより、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３の渦巻き状パターンの中心部分のアンテナ感度が強くなる。さらに、図５に示すように、曲げて形成された部分の磁性体シート５の面内方向ＰＤがＺ１−Ｚ２方向に向いているので、曲げて形成された部分の磁性体シート５のＺ１−Ｚ２方向の磁路抵抗が下がり、曲げて形成された部分の磁性体シート５を磁束ＭＢが通りやすくなっている。このため、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３とリーダライタＲＷ側のコイルＲ３との磁束ループがより確実なものとなり、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３とコイルＲ３とがより磁気結合し易くなる。このことにより、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３の渦巻き状パターンの中心部分のアンテナ感度がより強くなる。

このようにして、磁性体シート５の配向ＨＤが、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３と磁性体シート５が重なり合う領域において、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３が形成された平面の面方向（図６に示すＸ１−Ｘ２方向）に優先的に配向しており、アンテナ（ＲＦＩＤアンテナ）３の最外形より外側の領域、つまり、曲げて形成され部分において、平面の面方向（図６に示すＸ１−Ｘ２方向）と直交する方向（図６に示すＺ１−Ｚ２方向）に優先的に配向したので、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束ＭＢが優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができ、アンテナ間の通信を確実なものとできる。

また、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１に用いたＲＦＩＤシステムの空間伝送方式が電磁結合方式を用いているので、磁性体シート５によって磁束ＭＢをより閉じ込めることができる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより確実に形成することができ、アンテナ間の通信をより確実なものとできる。したがって、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造１０１を提供することができる。

また、図３に示すように、磁性体シート５の曲がり量ＢＮが、磁性体シート５のシート厚ＴＮと同等以上になっている。このため、曲げられた部分に磁束ＭＢが確実に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより一層確実に形成することができ、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより一層防ぐことができる。なお、この曲がり量ＢＮは、多ければ多いほど曲げられた部分に磁束ＭＢが確実に通過するようになるので、多ければ多いほど良いが、アンテナ構造１０１の全体の厚みが厚くなるので、適用製品によって曲がり量ＢＮの上限が決められる場合がある。例えば、磁性体シート５のシート厚ＴＮに２００μｍ、アンテナ３の基板１の板厚に１００μｍを用いた場合、アンテナ３の導体２の上面を超える高さになるように、曲がり量ＢＮを２００μｍ〜３００μｍ程度にするのがより好適である。

以下、本発明の効果について、シミュレーションを用いて検証した結果を、比較例１と比較しながら詳細に説明をする。

図７は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１の効果について、シミュレーションを用いて検証したアンテナ構造Ｓ１０１の検証構成図である。図８は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１の効果について、シミュレーションを用いて検証した結果であり、図８（ａ）は、シミュレーション結果１であり、図８（ｂ）は、シミュレーション結果２である。

図７に示すように、シミュレーションは、アンテナＳ３と磁性体シートＳ５とを備えて構成されたアンテナ構造Ｓ１０１と、アンテナＳ３より発生させた磁束を検知する検波プレートＳＰとを対向して配置させ、アンテナＳ３と検波プレートＳＰとの対向距離ＳＨを変化させて行った。そして、この対向距離ＳＨを変化させたときの磁束密度がどの様に変化したかのシミュレーション結果を図８に示している。

磁性体シートＳ５は、１ｍｍのシート厚ＴＮとし、アンテナＳ３の最外形より外側の領域において曲げて形成されている部分の曲がり量ＢＮを、１ｍｍとした曲がり量ＢＮ１と２ｍｍとした曲がり量ＢＮ２との２つについて設定した。曲がり量ＢＮ１のシミュレーション結果１を図８（ａ）に示しており、曲がり量ＢＮ２のシミュレーション結果２を図８（ｂ）に示している。

アンテナＳ３は、１ｍｍ厚みで２５ｍｍ×２５ｍｍの大きさの基板Ｓ１上の片面側平面上に、３５μｍ厚みの導体Ｓ２を渦巻き状に形成している。但し、渦巻きは１ターンとした。また、検波プレートＳＰは、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに設定し、アンテナＳ３の渦巻きの中心位置に対向するように配置した。

解析には、アンシス・ジャパン株式会社製の電磁界解析ツールである高周波３次元電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を用い、アンテナＳ３の導体Ｓ２に電力１Ｗをデフォルト値として入れて、その電力で生じる電磁界の分布をシミュレーションしている。

比較例１として、上述した磁性体シートＳ５が無い場合の検証構成図（図示していない）を用い、それ以外の条件は全て同じにして、同様に解析を行った。比較例１のシミュレーション結果ＣＰは、説明を容易にするため、図８（ａ）のシミュレーション結果１のグラフ及び図８（ｂ）のシミュレーション結果２のグラフに記して同時に示している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、アンテナＳ３と検波プレートＳＰとの対向距離ＳＨがいずれの場合でも、磁性体シートＳ５が存在する方が検波プレートＳＰに到達する磁束密度が高くなっている。このことは、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになったため、アンテナＳ３と検波プレートＳＰ間で形成される磁束ループを確実に形成することができたことを意味している。

また、図８（ａ）のＢＮ１と図８（ｂ）ＢＮ２とを比較すると、２ｍｍとした曲がり量ＢＮ２の方が、１ｍｍとした曲がり量ＢＮ１より、検波プレートＳＰに到達する磁束密度が高くなっている。特に、アンテナＳ３と検波プレートＳＰとの対向距離ＳＨが１２.５ｍｍの場合、ＢＮ２の方が高い値が得られている。このことは、曲げられた部分の扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになったため、アンテナＳ３と検波プレートＳＰ間で形成される磁束ループをより確実に形成することができたことを意味している。したがって、アンテナ間の通信を確実なものとでき、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより防ぐことができる。

以上により、本発明のアンテナ構造１０１は、磁性体シート５の配向ＨＤが、アンテナ３と磁性体シート５が重なり合う領域において、アンテナ３が形成された平面の面方向（図６に示すＸ１−Ｘ２方向）に優先的に配向しており、アンテナ３より外側の領域において、平面の面方向（図６に示すＸ１−Ｘ２方向）と直交する方向（図６に示すＺ１−Ｚ２方向）に優先的に配向したので、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束ＭＢが優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができ、アンテナ間の通信を確実なものとできる。したがって、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造１０１を提供することができる。

さらに、磁性体シート５が、アンテナ３の最外形より外側の領域において、曲げて形成されているので、曲げられた部分の扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束ＭＢが優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより確実に形成することができ、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより防ぐことができる。

また、磁性体シート５の曲がり量ＢＮが、磁性体シート５のシート厚ＴＮと同等以上であるので、曲げられた部分に磁束ＭＢが確実に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループをより一層確実に形成することができ、アンテナが配置される場所や使用環境条件等からの影響をより一層防ぐことができる。

また、平面状のアンテナ３と磁性体シート５を組み合わせてアンテナ構造１０１としたので、薄さが求められる携帯機器のＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナに用いることができる。このことにより、ＲＦＩＤシステムの通信距離を向上させたアンテナ構造１０１を提供することができる。

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２を説明する斜視図である。図１０は、本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２を説明する図であって、図９に示すＺ１側から見た平面図である。図１１は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０２を説明する図であって、図１０に示すＸＩ−ＸＩ線における断面図である。図１２は、本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２を適用した通信システムにおける磁束ＭＢを示した構成図である。第２実施形態のアンテナ構造１０２は、第１実施形態に対し、磁性体シート５の曲げ部分を設けていない点が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２は、図９ないし図１１に示すように、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ２３と、磁性体シート２５とを備えて構成され、アンテナ２３は、図９ないし図１１に示すように、基板２１と導体２２とを備えて構成され、基板２１上の片面側平面に導体２２を渦巻き状に形成している。

また、アンテナ２３は、両面のプリント配線基板（ＰＣＢ）を用い、フォトリソグラフィー法によって、銅または銅合金からなる金属層をパターニングし、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂からなる絶縁性の基板２１の片面側平面上に、渦巻き状に形成された導体２２を有している。また、アンテナ２３への給電を行うため、基板２１の片側辺部に、制御基板（図示していない）との接続用の取出端子２３ｔをそれぞれ片面側に設けている。その際には、渦巻き状パターンの渦巻きの中の配線取出しは、スルーホールランド２２ｓを介して、スルーホール及び裏面側の配線（図示していない）を用いて片側の取出端子２３ｔと連結するようにしている。

磁性体シート２５は、図９ないし図１１に示すように、導体２２が形成されている基板２１の片面側と反対の面とを重ね合わせている。また、磁性体シート２５は、第1実施形態の磁性体シート５と同様に、図４及び図５に示すように、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂ＰＬ５と、扁平状粉末磁性体Ｍ５とから構成され、板状の形状をしている。また、磁性体シート２５は、合成樹脂ＰＬ５のマトリックスに、扁平状粉末磁性体Ｍ５の長手方向が磁性体シート２５の面内方向ＰＤの所望の方向に揃えた形で、複数の扁平状粉末磁性体Ｍ５を並べるように配向ＨＤさせている。

しかしながら、磁性体シート２５は、磁性体シート２５の作製時に電界を加え、アンテナ２３より外側の一部の領域の配向を変えている。具体的には、合成樹脂ＰＬ５と扁平状粉末磁性体Ｍ５とを有して成る混合液（スラリー）を所定厚さで基材上に塗布した後、加熱、硬化させる際に、アンテナ２３より外側の一部の領域であり磁性体シート２５の平面と直交する方向に電界を加えている。そして、アンテナ２３より外側の一部の領域である、図１１に示すＱ２の部分の配向ＨＤは、図５に示したように、電界が加えられた方向、つまりＺ１−Ｚ２方向に優先的に配向したようになる。このため、電界が加えられた部分において、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。つまり、磁束は、図１１に示すＱ２の部分の磁性体シート２５の厚み方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に優先的に通過するようになる。

一方、図１１に示すＰ２の部分の配向ＨＤは、図４に示したように、アンテナ２３と磁性体シート２５が重なり合う領域において、導体２２が形成された基板２１上の平面の面方向、つまりＸ１−Ｘ２方向に優先的に配向したようになる。このため、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束が優先的に通過するようになる。つまり、磁束は、図１１に示すＰ２の部分の磁性体シート２５の面内をＸ１−Ｘ２方向に優先的に通過するようになる。

次に、このようにして構成された本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２を適用した距離無線通信において、アンテナ２３と通信相手ＳＷ側のコイルＲ２３との間の磁界の流れについて、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の第２実施形態のアンテナ構造１０２を適用した距離無線通信における磁束ＭＢを示した構成図である。

アンテナ２３の磁界は、図１２に示すように、通信相手ＳＷ側のコイルＲ２３により生じる磁束ＭＢが、アンテナ２３の背面側（Ｚ２側）に配置された磁性体シート２５を通過するようになるので、アンテナ２３を通過し易くなっている。特に、図４に示すように、磁性体シート２５の面内方向ＰＤがＸ１−Ｘ２方向に向いているので、磁性体シート２５のＸ１−Ｘ２方向の磁路抵抗が下がり、磁性体シート２５を磁束ＭＢが通りやすくなっている。このため、アンテナ２３と通信相手ＳＷ側のコイルＲ２３との磁束ループが確実なものとなり、アンテナ２３とコイルＲ２３とが磁気結合し易くなる。このことにより、アンテナ２３の渦巻き状パターンの中心部分のアンテナ感度が強くなる。さらに、図５に示すように、アンテナ２３より外側の一部の領域で電界が加えられた部分の磁性体シート２５の配向ＨＤが磁性体シート２５の厚み方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に向いているので、電界が加えられた部分の磁性体シート２５のＺ１−Ｚ２方向の磁路抵抗が下がり、アンテナ２３より外側の一部の領域の磁性体シート２５を磁束ＭＢが通りやすくなっている。このため、アンテナ２３と通信相手ＳＷ側のコイルＲ２３との磁束ループがより確実なものとなり、アンテナ２３とコイルＲ２３とがより磁気結合し易くなる。このことにより、アンテナ２３の渦巻き状パターンの中心部分のアンテナ感度がより強くなる。

このようにして、磁性体シート２５の配向ＨＤが、アンテナ２３と磁性体シート２５が重なり合う領域において、アンテナ２３が形成された平面の面方向（図１２に示すＸ１−Ｘ２方向）に優先的に配向しており、アンテナ２３の最外形より外側の領域、つまり、電界が加えられた部分において、平面の面方向（図１２に示すＸ１−Ｘ２方向）と直交する方向（図１２に示すＺ１−Ｚ２方向）に優先的に配向したので、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束ＭＢが優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができ、アンテナ間の通信を確実なものとできる。

また、磁性体シート２５の作製時に電界を加え、アンテナ２３より外側の一部の領域の配向を変えたので、１枚の磁性体のシートを用いるだけで、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができる。このことにより、容易に組み立てることができ、近距離無線通信の通信距離を向上させたアンテナ構造１０２の製造コストを下げることができる。

以上により、本発明のアンテナ構造１０２は、磁性体シート２５の配向ＨＤが、アンテナ２３と磁性体シート２５が重なり合う領域において、アンテナ２３が形成された平面の面方向（図１２に示すＸ１−Ｘ２方向）に優先的に配向しており、アンテナ２３より外側の領域において、平面の面方向（図１２に示すＸ１−Ｘ２方向）と直交する方向（図１２に示すＺ１−Ｚ２方向）に優先的に配向したので、扁平状粉末磁性体Ｍ５が優先的に配向ＨＤされた方向の磁路抵抗が下がり、磁路抵抗の低い磁路を磁束ＭＢが優先的に通過するようになる。このことにより、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ間で形成される磁束ループを確実に形成することができ、アンテナ間の通信を確実なものとできる。したがって、アンテナが配置される場所や使用環境条件等に影響されにくい近距離無線通信のアンテナ構造１０２を提供することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

図１３は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１の変形例を示す図であって、図１３（ａ）は、変形例２のアンテナ構造Ｃ２０１の側面構成図であり、図１３（ｂ）は、変形例３のアンテナ構造Ｃ３０１の側面構成図である。図１４は、本発明の第１実施形態のアンテナ構造１０１の変形例を示す図であって、図１４（ａ）は、変形例４のアンテナ構造Ｃ４０１を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は、変形例５のアンテナ構造Ｃ５０１を示す斜視図である。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、ＲＦＩＤタグ及びリーダライタを用いたＲＦＩＤシステムのアンテナ３であって、ＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナであったが、近距離無線通信の信号を送受信するアンテナであれば良く、ＲＦＩＤアンテナに限るものでは無い。

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、導体２が形成されている基板１の片面側と反対の面と磁性体シート５とを重ね合わせた構成にしたが、図１３（ａ）に示すように、導体２が形成されている面と磁性体シート５とを重ね合わせる構成にしても良い。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、曲げ部分を磁性体シート５の両端を略直角に折り曲げてＵ字状に形成したが、図１３（ｂ）に示すように、磁性体のシートを別々に準備し、磁性体シート５に貼り合わせて、曲げ部分Ｃ５Ａ及び曲げ部分Ｃ５Ｂを形成しても良い。

＜変形例４＞
上記第１実施形態の磁性体シート５に、アンテナ３より外側の一部の領域である、図１４（ａ）に示すＲ部分に対して、磁性体シートの作製時に電界を加え、Ｒ部分の配向ＨＤをＺ１−Ｚ２方向に変えて、磁性体シートＣ４５としても良い。このことにより、磁性体シートＣ４５の外周部分がＺ１−Ｚ２方向に配向ＨＤさせることができる。

＜変形例５＞
上記第１実施形態では、磁性体シート５の両端を略直角に折り曲げてＵ字状に形成したが、図１４に示すように、四方に曲げ部分を形成し、箱状に形成しても良い。その際には、別の磁性体のシートを準備し、この磁性体シート５に貼り合わせて、残りの曲げ部分Ｃ５Ｃ及び曲げ部分Ｃ５Ｄを形成した方がより好適である。このことにより、１枚の磁性体のシートを折り曲げて箱状の磁性体シートを作製する場合と比較して、貼り合わせた曲げ部分（Ｃ５Ｃ、Ｃ５Ｄ）の配向ＨＤをＺ１−Ｚ２方向にすることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

１、Ｓ１、２１ 基板
２、Ｓ２、２２ 導体
３、Ｓ３、２３ アンテナ
５、２５、Ｃ４５、Ｓ５ 磁性体シート
ＢＮ、ＢＮ１、ＢＮ２ 曲がり量
Ｍ５ 扁平状粉末磁性体
ＨＤ 配向
ＰＤ 面内方向
ＰＬ５ 合成樹脂
ＴＮ シート厚
１０１、１０２、Ｃ２０１、Ｃ３０１、Ｃ４０１、Ｃ５０１、Ｓ１０１ アンテナ構造

Claims (5)

1. 近距離無線通信の信号を送受信するアンテナ構造であって、
   平面上に渦巻き状に形成された導体を有するアンテナと、扁平状粉末磁性体を所望の方向に配向させた磁性体シートとを備え、
   前記アンテナと前記磁性体シートとを重ね合わせ、
   前記磁性体シートの前記配向は、前記アンテナと前記磁性体シートが重なり合う領域において、前記平面の面方向に優先的に配向しており、前記アンテナより外側の少なくとも一部の領域において、前記平面と直交する方向に優先的に配向していることを特徴とするアンテナ構造。
2. 前記磁性体シートは、前記アンテナより外側の領域において、曲げて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 前記磁性体シートの曲がり量は、前記磁性体シートのシート厚と同等以上であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
4. 前記磁性体シートの作製時に電界を加え、前記アンテナより外側の一部の領域の配向を変えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
5. 前記アンテナは、ＲＦＩＤタグ及びリーダライタを用いたＲＦＩＤシステムのアンテナであって、ＲＦＩＤタグに用いたＲＦＩＤアンテナであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ構造。