JP2017041913A - 磁界アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】フィード線から生じる不要磁界を防止し、各導体ループに流れる電流の適正化を
図ること。
【解決手段】信号源Ｓからの給電を受ける導体ループ１と、導体ループ１に
電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサＣ２が直列接続された
導体ループ２とを有し、導体ループ１と導体ループ２はいずれも他方の外側に配置されている。
【選択図】 図４
図ること。
【解決手段】信号源Ｓからの給電を受ける導体ループ１と、導体ループ１に
電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサＣ２が直列接続された
導体ループ２とを有し、導体ループ１と導体ループ２はいずれも他方の外側に配置されている。
【選択図】 図４
Description
本発明は、磁界を利用したアンテナの技術に関する。
電波の距離減衰率は２０ｄＢ／ｄｅｃに留まるが、磁界の距離減衰率は６０ｄＢ／ｄｅ
ｃを越えうる。従い、無線エリアを明確に限定するには、距離減衰率が大きいほど好都合
なので、電波よりも磁界が適している。このような磁界の特性に着目し、磁界を利用した
近距離無線技術が提案されている（特許文献１）。
ｃを越えうる。従い、無線エリアを明確に限定するには、距離減衰率が大きいほど好都合
なので、電波よりも磁界が適している。このような磁界の特性に着目し、磁界を利用した
近距離無線技術が提案されている（特許文献１）。
一般に磁界を生成する場合はループアンテナが利用される。また、複数のループアンテ
ナを利用することで磁界分布を多彩に生成することができる。例えば、２つのループアン
テナを利用し、互いの磁気モーメントを打ち消すことにより、６０ｄＢ／ｄｅｃを上回る
距離減衰率を得ることも可能である（特許文献２、非特許文献１）。
ナを利用することで磁界分布を多彩に生成することができる。例えば、２つのループアン
テナを利用し、互いの磁気モーメントを打ち消すことにより、６０ｄＢ／ｄｅｃを上回る
距離減衰率を得ることも可能である（特許文献２、非特許文献１）。
ここで、従来の磁界アンテナについて説明する。図１１は、従来の磁界アンテナの構成
を示す図である。従来の磁界アンテナは、異径の導体ループ１，２を同心円状に配設して
構成される。有限の内部抵抗Ｒ１を有する一般的な信号源Ｓから供給された電流は、２つ
の経路に分岐される。分岐された一方は外側の導体ループ１に流れ込み、他方はフィード
線ＦＬｉｎを経由して内側の導体ループ２に流れ込む。導体ループ１と導体ループ２に流
すべき電流の比は、設計者が実現したい磁界分布によって異なるが、各導体ループ１，２
の電流出力側にそれぞれ設けられた抵抗Ｒ０１，Ｒ０２の値を変更することにより調整で
きる。
を示す図である。従来の磁界アンテナは、異径の導体ループ１，２を同心円状に配設して
構成される。有限の内部抵抗Ｒ１を有する一般的な信号源Ｓから供給された電流は、２つ
の経路に分岐される。分岐された一方は外側の導体ループ１に流れ込み、他方はフィード
線ＦＬｉｎを経由して内側の導体ループ２に流れ込む。導体ループ１と導体ループ２に流
すべき電流の比は、設計者が実現したい磁界分布によって異なるが、各導体ループ１，２
の電流出力側にそれぞれ設けられた抵抗Ｒ０１，Ｒ０２の値を変更することにより調整で
きる。
佐々木、外４名、"複数の電流ループを利用した磁界分布制御の基 本検討、―短距離無線認証のために―"、電子情報通信学会、信学技報 Vol.113、No.85、2013年6月17日、p.7-12
しかしながら、信号源Ｓから導体ループ２へ給電するために少なくとも２つのフィード
線ＦＬｉｎ，ＦＬｏｕｔが必要になり、必然的にフード線の全長（合計長）が長くなるた
め、このフィード線から近距離無線通信に不要な磁界が発生する。
線ＦＬｉｎ，ＦＬｏｕｔが必要になり、必然的にフード線の全長（合計長）が長くなるた
め、このフィード線から近距離無線通信に不要な磁界が発生する。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、フィード線から生じる不要磁界を防
止し、各導体ループに流れる電流の適正化を図ることを目的とする。
止し、各導体ループに流れる電流の適正化を図ることを目的とする。
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の磁界アンテナは、信号源からの給電を受ける第１の導体ループと、前記第１の導体ループに電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサが直列接続された第２の導体ループと、を有し、前記第１の導体ループと前記第２の導体ループはいずれも他方の外側に配置され、前記第１の導体ループの電流と前記第２の導体ループの電流を逆相にする場合、前記第２の可変容量コンデンサの容量には、前記第２の導体ループの共振条件を満たす値よりも小さい値が設定されていることを要旨とする。
請求項２に記載の磁界アンテナは、信号源からの給電を受ける第１の導体ループと、前記第１の導体ループに電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサが直列接続された第２の導体ループと、を有し、前記第１の導体ループと前記第２の導体ループはいずれも他方の外側に配置され、前記第１の導体ループの電流と前記第２の導体ループの電流を同相にする場合、前記第２の可変容量コンデンサの容量には、前記第２の導体ループの共振条件を満たす値よりも大きい値が設定されていることを要旨とする。
請求項２に記載の磁界アンテナは、信号源からの給電を受ける第１の導体ループと、前記第１の導体ループに電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサが直列接続された第２の導体ループと、を有し、前記第１の導体ループと前記第２の導体ループはいずれも他方の外側に配置され、前記第１の導体ループの電流と前記第２の導体ループの電流を同相にする場合、前記第２の可変容量コンデンサの容量には、前記第２の導体ループの共振条件を満たす値よりも大きい値が設定されていることを要旨とする。
請求項３に記載の磁界アンテナは、請求項１乃至２のいずれかに記載の磁界アンテナにおいて、前記第２の導体ループの共振条件は次式
（ただし、Ｃは第２の可変容量コンデンサの容量、Ｌは第２の導体ループの自己インダクタンス、ｆは共振周波数である）で表されることを要旨とする。
請求項４に記載の磁界アンテナは、請求項１乃至３のいずれかに記載の磁界アンテナにおいて、前記第１の導体ループと前記信号源の間に第１の可変容量コンデンサが直列接続されていることを要旨とする。
請求項５に記載の磁界アンテナは、請求項４に記載の磁界アンテナにおいて、前記第１の可変容量コンデンサの容量には、前記第１の導体ループの共振条件を満たす値が設定されていることを要旨とする。
以上より、各発明によれば、第２の導体ループは信号源からの給電を受ける第１の導体
ループに電磁結合されるため、フィード線を用いることなく第２の導体ループへ給電可能
となりフィード線から生じる不要磁界を防止できる。また、第２の導体ループ内に第２の
可変容量コンデンサが直列接続されているため、その容量を調整することにより第１の電
流ループと第２の電流ループに対して適切な値の電流を供給できる。
ループに電磁結合されるため、フィード線を用いることなく第２の導体ループへ給電可能
となりフィード線から生じる不要磁界を防止できる。また、第２の導体ループ内に第２の
可変容量コンデンサが直列接続されているため、その容量を調整することにより第１の電
流ループと第２の電流ループに対して適切な値の電流を供給できる。
本発明によれば、フィード線から生じる不要磁界を防止し、各導体ループに対して適切
な値の電流を供給できる。
な値の電流を供給できる。
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。この磁界アンテ
ナは、内部抵抗Ｒ１を有する信号源Ｓと、給電点ＰＳを介して信号源Ｓからの給電を受け
る外側の導体ループ１と、外側の導体ループ１に電磁結合され、閉じた導体ループ内に第
２の可変容量コンデンサＣ２が直列接続された内側の導体ループ２と、を備えて構成され
る。各導体ループ１，２は、同一平面上で外側の導体ループ１が内側の導体ループ２を内
包するように同心円状に配置される。
図１は、第１の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。この磁界アンテ
ナは、内部抵抗Ｒ１を有する信号源Ｓと、給電点ＰＳを介して信号源Ｓからの給電を受け
る外側の導体ループ１と、外側の導体ループ１に電磁結合され、閉じた導体ループ内に第
２の可変容量コンデンサＣ２が直列接続された内側の導体ループ２と、を備えて構成され
る。各導体ループ１，２は、同一平面上で外側の導体ループ１が内側の導体ループ２を内
包するように同心円状に配置される。
従来の磁界アンテナは、図１１を用いて説明したように、内側の導体ループ２へ電流を
供給するためにフィード線を利用していた。一方、本発明ではそのような給電線を排除し
、外側の導体ループ１と内側の導体ループ２の間に存在する相互インダクタンスＭを利用
して内側の導体ループ２に電流を供給する。
供給するためにフィード線を利用していた。一方、本発明ではそのような給電線を排除し
、外側の導体ループ１と内側の導体ループ２の間に存在する相互インダクタンスＭを利用
して内側の導体ループ２に電流を供給する。
図１に示した系の等価回路を図２に示す。外側のループ１と内側の導体ループ２の自己
インダクタンスをそれぞれＬ１とＬ２とする。また、外側の導体ループ１と内側の導体ル
ープ２を流れる電流をそれぞれＩ１とＩ２とし、図１の矢印の方向を電流の正方向と定義
する。Ｖｉｎは信号源Ｓからの出力電圧である。
インダクタンスをそれぞれＬ１とＬ２とする。また、外側の導体ループ１と内側の導体ル
ープ２を流れる電流をそれぞれＩ１とＩ２とし、図１の矢印の方向を電流の正方向と定義
する。Ｖｉｎは信号源Ｓからの出力電圧である。
この等価回路を利用して計算した各電流Ｉ１，Ｉ２の絶対値と位相をそれぞれ図３（ａ
）と（ｂ）に示す。ただし、計算に用いたパラメータは図３に示した値を利用し、Ｃ２を
変数として横軸にとった。図３（ａ）より、Ｃ２を適切に調整することにより、導体ルー
プ１，２の電流比を変化させられることがわかる。また、内側の導体ループ２の共振条件
（（２πｆ）２×Ｌ２×Ｃ２＝１）を満たすＣ２を図３のパラメータを用いて計算すると
５０７ｐＦとなるが、図３（ｂ）より、この値を境として電流Ｉ１の位相が反転すること
がわかる。
）と（ｂ）に示す。ただし、計算に用いたパラメータは図３に示した値を利用し、Ｃ２を
変数として横軸にとった。図３（ａ）より、Ｃ２を適切に調整することにより、導体ルー
プ１，２の電流比を変化させられることがわかる。また、内側の導体ループ２の共振条件
（（２πｆ）２×Ｌ２×Ｃ２＝１）を満たすＣ２を図３のパラメータを用いて計算すると
５０７ｐＦとなるが、図３（ｂ）より、この値を境として電流Ｉ１の位相が反転すること
がわかる。
従い、電流Ｉ１と電流Ｉ２を同相にしたい場合、Ｃ２＜５０７ｐＦの範囲で適切な電流
比になるようＣ２を設定すればよい。逆に、電流Ｉ１と電流Ｉ２を逆相にしたい場合、Ｃ
２＞５０７ｐＦの範囲で適切な電流比になるようＣ２を設定すればよい。このようにＣ２
を適切に調整することによって、設計者の希望に応じた電流比（Ｉ１：Ｉ２）を実現でき
る。結果として、Ｃ２を適切に調整することにより、様々な磁界分布を作り出すことが可
能になる。
比になるようＣ２を設定すればよい。逆に、電流Ｉ１と電流Ｉ２を逆相にしたい場合、Ｃ
２＞５０７ｐＦの範囲で適切な電流比になるようＣ２を設定すればよい。このようにＣ２
を適切に調整することによって、設計者の希望に応じた電流比（Ｉ１：Ｉ２）を実現でき
る。結果として、Ｃ２を適切に調整することにより、様々な磁界分布を作り出すことが可
能になる。
より具体的なケースで考えてみる。磁界を急激に減衰させるための手法として、２つの
導体ループ１，２に付随する磁気モーメントを相殺させる方法が提案されている（特許文
献２）。磁気モーメントの大きさは、導体ループが囲む部分の面積と電流の積で与えられ
る。また、磁気モーメントの向きは、電流の方向に対して右ネジの向きで与えられる。仮
に導体ループ１と導体ループ２の面積比が４：１の場合、Ｉ１：Ｉ２＝１：（−４）にな
るように設定すればよい。ただし、負号は電流Ｉ２の向きが負方向であることを表す。言
い換えると、電流Ｉ１と電流Ｉ２は逆相である。従い、図３を見ればわかる通り、Ｃ２＞
５０７ｐＦの範囲で｜Ｉ１｜：｜Ｉ２｜＝１：４になるようにＣ２を調整すればよい。具
体的には、Ｃ２＝６１５ｐＦに調整すればよい。
導体ループ１，２に付随する磁気モーメントを相殺させる方法が提案されている（特許文
献２）。磁気モーメントの大きさは、導体ループが囲む部分の面積と電流の積で与えられ
る。また、磁気モーメントの向きは、電流の方向に対して右ネジの向きで与えられる。仮
に導体ループ１と導体ループ２の面積比が４：１の場合、Ｉ１：Ｉ２＝１：（−４）にな
るように設定すればよい。ただし、負号は電流Ｉ２の向きが負方向であることを表す。言
い換えると、電流Ｉ１と電流Ｉ２は逆相である。従い、図３を見ればわかる通り、Ｃ２＞
５０７ｐＦの範囲で｜Ｉ１｜：｜Ｉ２｜＝１：４になるようにＣ２を調整すればよい。具
体的には、Ｃ２＝６１５ｐＦに調整すればよい。
〔第２の実施の形態〕
図４は、第２の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。本実施の形態で
は、２つの導体ループ１，２をいずれも他方の外側に配置している。その他の構成は第１
の実施の形態と同じである。この場合、系の等価回路は第1の実施形態と同様であるが、
相互インダクタンスＭは負となる。Ｍが負になる場合の数値計算結果を図５に示す。導体
ループ２を導体ループ１の外側に配置した場合であっても、第1の実施の形態と同様にＣ
２を適切に調整することにより設計者の希望に応じた電流比（Ｉ１：Ｉ２）を実現できる
。結果として、Ｃ２を適切に調整することにより、様々な磁界分布を作り出すことが可能
になる。
図４は、第２の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。本実施の形態で
は、２つの導体ループ１，２をいずれも他方の外側に配置している。その他の構成は第１
の実施の形態と同じである。この場合、系の等価回路は第1の実施形態と同様であるが、
相互インダクタンスＭは負となる。Ｍが負になる場合の数値計算結果を図５に示す。導体
ループ２を導体ループ１の外側に配置した場合であっても、第1の実施の形態と同様にＣ
２を適切に調整することにより設計者の希望に応じた電流比（Ｉ１：Ｉ２）を実現できる
。結果として、Ｃ２を適切に調整することにより、様々な磁界分布を作り出すことが可能
になる。
〔第３の実施の形態〕
図６は、第３の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。図７は、図６に
示した系の等価回路を示す図である。本実施の形態では、給電点ＰＳと外側の導体ループ
１の間に第１の可変容量コンデンサＣ１を直列接続している。その他の構成は第１の実施
の形態と同じである。例えば、外側の導体ループ１の共振条件（（２πｆ）２×Ｌ１×Ｃ
１＝１）を満たすようにＣ１を設定するとＣ１＝２５３ｐＦとなり、図８に示した電流特
性を得ることができる。つまり、電流Ｉ１と電流Ｉ２の極値が得られるＣ２の値が一致す
るので、電流比を容易に調整することができる。
図６は、第３の実施の形態に係る磁界アンテナの構成を示す図である。図７は、図６に
示した系の等価回路を示す図である。本実施の形態では、給電点ＰＳと外側の導体ループ
１の間に第１の可変容量コンデンサＣ１を直列接続している。その他の構成は第１の実施
の形態と同じである。例えば、外側の導体ループ１の共振条件（（２πｆ）２×Ｌ１×Ｃ
１＝１）を満たすようにＣ１を設定するとＣ１＝２５３ｐＦとなり、図８に示した電流特
性を得ることができる。つまり、電流Ｉ１と電流Ｉ２の極値が得られるＣ２の値が一致す
るので、電流比を容易に調整することができる。
〔第４の実施の形態〕
第３の実施の形態では、外側の導体ループ１の共振条件を満たすためにＣ１＝２５３ｐ
Ｆとしたが、本実施の形態では、その共振条件を満たす値よりも大きな値をＣ１に設定し
た場合の例として、Ｃ１＝５００ｐＦとした場合の電流特性を図９に示す。電流Ｉ１と電
流Ｉ２が逆相になる領域において、図８の場合よりも特に電流Ｉ２が大きくなっているこ
とがわかる。従い、第３の実施の形態において、電流Ｉ１と電流Ｉ２を逆相に設定する必
要があり、かつ大電流を流す必要がある場合には、上記共振条件を満たす値よりも大きな
Ｃ１を利用するのが好ましい。
第３の実施の形態では、外側の導体ループ１の共振条件を満たすためにＣ１＝２５３ｐ
Ｆとしたが、本実施の形態では、その共振条件を満たす値よりも大きな値をＣ１に設定し
た場合の例として、Ｃ１＝５００ｐＦとした場合の電流特性を図９に示す。電流Ｉ１と電
流Ｉ２が逆相になる領域において、図８の場合よりも特に電流Ｉ２が大きくなっているこ
とがわかる。従い、第３の実施の形態において、電流Ｉ１と電流Ｉ２を逆相に設定する必
要があり、かつ大電流を流す必要がある場合には、上記共振条件を満たす値よりも大きな
Ｃ１を利用するのが好ましい。
〔第５の実施の形態〕
第３の実施の形態では、外側の導体ループ１の共振条件を満たすためにＣ１＝２５３ｐ
Ｆとしたが、本実施の形態では、その共振条件を満たす値よりも小さな値をＣ１に設定し
た場合の例として、Ｃ１＝１００ｐＦとした場合の電流特性を図１０に示す。電流Ｉ１と
電流Ｉ２が同相になる領域において、図８の場合よりも特に電流Ｉ２が大きくなっている
ことがわかる。従い、第３の実施の形態において、電流Ｉ１と電流Ｉ２を同相に設定する
必要があり、かつ大電流を流す必要がある場合には、上記共振条件を満たす値よりも小さ
なＣ１を利用するのが好ましい。
第３の実施の形態では、外側の導体ループ１の共振条件を満たすためにＣ１＝２５３ｐ
Ｆとしたが、本実施の形態では、その共振条件を満たす値よりも小さな値をＣ１に設定し
た場合の例として、Ｃ１＝１００ｐＦとした場合の電流特性を図１０に示す。電流Ｉ１と
電流Ｉ２が同相になる領域において、図８の場合よりも特に電流Ｉ２が大きくなっている
ことがわかる。従い、第３の実施の形態において、電流Ｉ１と電流Ｉ２を同相に設定する
必要があり、かつ大電流を流す必要がある場合には、上記共振条件を満たす値よりも小さ
なＣ１を利用するのが好ましい。
以上より、各実施の形態によれば、導体ループ２は信号源Ｓからの給電を受ける導体ル
ープ１に電磁結合されるので、フィード線を用いることなく導体ループ２へ給電可能とな
りフィード線から生じる不要磁界を防止できる。また、導体ループ２内に第２の可変容量
コンデンサＣ２が直列接続されているので、その容量を調整することにより電流ループ１
，２に対して適切な値の電流を供給できる。
ープ１に電磁結合されるので、フィード線を用いることなく導体ループ２へ給電可能とな
りフィード線から生じる不要磁界を防止できる。また、導体ループ２内に第２の可変容量
コンデンサＣ２が直列接続されているので、その容量を調整することにより電流ループ１
，２に対して適切な値の電流を供給できる。
１，２…導体ループ
Ｃ１，Ｃ２…可変容量コンデンサ
ＰＳ…給電点
Ｓ…信号源
Ｃ１，Ｃ２…可変容量コンデンサ
ＰＳ…給電点
Ｓ…信号源
Claims (5)
- 信号源からの給電を受ける第１の導体ループと、
前記第１の導体ループに電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサが直列接続された第２の導体ループと、を有し、
前記第１の導体ループと前記第２の導体ループはいずれも他方の外側に配置され、
前記第１の導体ループの電流と前記第２の導体ループの電流を逆相にする場合、前記第２の可変容量コンデンサの容量には、前記第２の導体ループの共振条件を満たす値よりも小さい値が設定されていることを特徴とする磁界アンテナ。 - 信号源からの給電を受ける第１の導体ループと、
前記第１の導体ループに電磁結合され、閉じた導体ループ内に第２の可変容量コンデンサが直列接続された第２の導体ループと、を有し、
前記第１の導体ループと前記第２の導体ループはいずれも他方の外側に配置され、
前記第１の導体ループの電流と前記第２の導体ループの電流を同相にする場合、前記第２の可変容量コンデンサの容量には、前記第２の導体ループの共振条件を満たす値よりも大きい値が設定されていることを特徴とする磁界アンテナ。 - 前記第２の導体ループの共振条件は次式
で表されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の磁界アンテナ。 - 前記第１の導体ループと前記信号源の間に第１の可変容量コンデンサが直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁界アンテナ。
- 前記第１の可変容量コンデンサの容量には、
前記第１の導体ループの共振条件を満たす値が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の磁界アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016232317A JP2017041913A (ja) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 磁界アンテナ |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014132448A Division JP2016012773A (ja) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | 磁界アンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017041913A true JP2017041913A (ja) | 2017-02-23 |
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ID=58206713
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017041913A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006129431A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ループアンテナユニット及び無線通信媒体処理装置 |
| JP2009065426A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Tamura Seisakusho Co Ltd | ブースターアンテナコイル |
| US20130146671A1 (en) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Infineon Technologies Ag | Booster antenna structure for a chip card |
| JP2013534074A (ja) * | 2010-05-14 | 2013-08-29 | クアルコム，インコーポレイテッド | 無線電力伝送器の電磁界分布の制御 |
-
2016
- 2016-11-30 JP JP2016232317A patent/JP2017041913A/ja active Pending
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