JP2017118274A - Printed wiring board and antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、1つのアンテナ形状で複数の周波数に共振可能な印刷配線板およびアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a printed wiring board and an antenna device that can resonate at a plurality of frequencies with one antenna shape.
情報通信機器、通信端末機器および計測機器等の高周波部品の信号伝達線路として用いられるアンテナ装置、特にワイヤレス給電(無線給電)用のアンテナ装置は、電源供給を周波数による共振にて行っている。この場合、周波数によって共振するインダクタンス値およびキャパシタンス値が決まる。そのため、ターゲットの周波数に合わせて先にインダクタンス値およびキャパシタンス値を決め、これらの値に合わせてアンテナ形状を決めていた。 An antenna device used as a signal transmission line of a high-frequency component such as an information communication device, a communication terminal device, and a measurement device, particularly an antenna device for wireless power feeding (wireless power feeding) performs power supply by resonance by frequency. In this case, an inductance value and a capacitance value that resonate are determined by the frequency. Therefore, the inductance value and the capacitance value are determined in advance according to the frequency of the target, and the antenna shape is determined according to these values.
そこで、従来、周波数によって共振するインダクタンス値の微調整が可能なマッチング回路を備えたアンテナ装置が提案されていた。例えば、特許文献1には、アンテナエレメントの放射エレメントと給電部間にマッチング回路を設け、このマッチング回路の給電線部に複数個のマッチング素子(コンデンサ)を装着することが提案されている。
Therefore, conventionally, an antenna device including a matching circuit that can finely adjust an inductance value that resonates with frequency has been proposed. For example,
しかしながら、この場合、ターゲットの周波数に合わせてアンテナ装置のアンテナ形状を決めているので、1つの周波数にしか共振できないという問題があった。すなわち、複数の周波数をターゲットに共振させる場合は、それぞれの周波数に対応したアンテナ形状に変更する必要があった。 However, in this case, since the antenna shape of the antenna device is determined according to the frequency of the target, there is a problem that resonance can be made only at one frequency. That is, when resonating a plurality of frequencies with the target, it is necessary to change the antenna shape to correspond to each frequency.
本発明は、1つのアンテナ形状で、複数の周波数に共振できる印刷配線板およびアンテナ装置を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a printed wiring board and an antenna device that can resonate at a plurality of frequencies with a single antenna shape.
本発明は、上記課題を解決するべく完成されたものであって、以下の構成からなる。
(1)異なる周波数に対応した複数のアンテナ回路と、前記アンテナ回路の始点と終点とをそれぞれ接続した、共振用コンデンサ実装用の複数のランドとを備え、前記ランドが隣接して配置され、かつ前記アンテナ回路を直列に接続したことを特徴とする印刷配線板。
(2)前記アンテナ回路は、ループアンテナである(1)に記載の印刷配線板。
(3)前記アンテナ回路は、ミアンダ状のループアンテナである(1)に記載の印刷配線板。
(4)前記アンテナ回路は、コイル状のループアンテナで、コイルの渦巻の中心から別の層を経由してアンテナ回路の形成層に戻ってくる2層以上である(1)に記載の印刷配線板。
(5)前記ランドは、表面実装用チップ部品の実装を可能にした(1)〜(4)のいずれかに記載の印刷配線板。
(6)前記ランドは、隣接した全てのランドが1〜9mm2の面積内に収まる(1)〜(5)のいずれかに記載の印刷配線板。
(7)異なる周波数に対応したアンテナ回路を形成した印刷配線板を用いたアンテナ装置であって、印刷配線板上に形成した複数のアンテナ回路と、前記アンテナ回路の始点と終点とをそれぞれ接続する複数のランドとを備え、前記ランドが隣接して配置され、かつ前記アンテナ回路を直列に接続し、前記アンテナ回路の始点と終点とが接続するように共振用コンデンサを実装したことを特徴とするアンテナ装置。
(8)前記アンテナ装置において、不要なアンテナ回路に信号が流れないように0Ω抵抗で短絡させる(7)に記載のアンテナ装置。
(9)前記アンテナ回路は、ループアンテナである(7)または(8)に記載のアンテナ装置。
(10)前記アンテナ回路は、ミアンダ状のループアンテナである(7)または(8)に記載のアンテナ装置。
(11)前記アンテナ回路は、コイル状のループアンテナで、コイルの渦巻の中心から別の層を経由してアンテナ回路の形成層に戻ってくる2層以上の印刷配線板に形成した(7)または(8)に記載のアンテナ装置。
(12)前記ランドは、表面実装用チップ部品の実装を可能にした(7)〜(11)のいずれかに記載のアンテナ装置。
(13)前記ランドは、隣接した全てのランドが1〜9mm2の面積内に収まる(7)〜(12)のいずれかに記載のアンテナ装置。
The present invention has been completed in order to solve the above problems, and has the following configuration.
(1) comprising a plurality of antenna circuits corresponding to different frequencies, and a plurality of lands for mounting a capacitor for resonance, respectively connected to the start point and end point of the antenna circuit, and the lands are arranged adjacent to each other; A printed wiring board comprising the antenna circuits connected in series.
(2) The printed circuit board according to (1), wherein the antenna circuit is a loop antenna.
(3) The printed circuit board according to (1), wherein the antenna circuit is a meander-shaped loop antenna.
(4) The printed circuit according to (1), wherein the antenna circuit is a coiled loop antenna, and has two or more layers that return from the center of the coil spiral to another layer of the antenna circuit via another layer. Board.
(5) The printed wiring board according to any one of (1) to (4), wherein the land enables mounting of a chip component for surface mounting.
(6) The printed land board according to any one of (1) to (5), wherein all the adjacent lands are within an area of 1 to 9 mm 2 .
(7) An antenna device using a printed wiring board on which antenna circuits corresponding to different frequencies are formed, wherein a plurality of antenna circuits formed on the printed wiring board are connected to the start point and the end point of the antenna circuit, respectively. A plurality of lands are provided, the lands are arranged adjacent to each other, the antenna circuit is connected in series, and a resonance capacitor is mounted so that a start point and an end point of the antenna circuit are connected. Antenna device.
(8) The antenna device according to (7), wherein the antenna device is short-circuited with a 0Ω resistor so that a signal does not flow to an unnecessary antenna circuit.
(9) The antenna device according to (7) or (8), wherein the antenna circuit is a loop antenna.
(10) The antenna device according to (7) or (8), wherein the antenna circuit is a meandering loop antenna.
(11) The antenna circuit is a coiled loop antenna, and is formed on a printed wiring board having two or more layers that returns from the center of the coil spiral to another layer of the antenna circuit via another layer (7) Or the antenna apparatus as described in (8).
(12) The antenna device according to any one of (7) to (11), wherein the land enables mounting of a chip component for surface mounting.
(13) The antenna device according to any one of (7) to (12), wherein all the adjacent lands are within an area of 1 to 9 mm 2 .
本発明によれば、共振用コンデンサの配置位置を変えることによって、印刷配線板およびアンテナ装置のインダクタンス値を任意に変更できるので、1つのアンテナ形状で複数の周波数に共振できる。 According to the present invention, since the inductance values of the printed wiring board and the antenna device can be arbitrarily changed by changing the arrangement position of the resonance capacitor, the antenna can resonate at a plurality of frequencies.
本発明の一実施形態である印刷配線板100は、図1に示すように、印刷配線板100上に形成した複数のアンテナ回路1と、このアンテナ回路1の始点1Aと終点1Bとをそれぞれ接続する複数のランド2とから構成される。
As shown in FIG. 1, a printed
アンテナ回路1は、図1に示すように、配線4に一端が接続された1番目のランド2に始点1Aが設けられ、他端の終点1Bが隣接する別のランド2と直列に接続される。アンテナ回路1の始点1Aと終点1Bは近傍に設けられる。このようにランド2と別のランド2とに始点1Aと終点1Bをそれぞれ有するアンテナ回路1は、異なる周波数に対応するように、それぞれのインダクタンス値の大きさが異なる。
As shown in FIG. 1, the
アンテナ回路1は、電波を放射する部材であれば特に限定されないが、例えば両面に銅箔を有する印刷配線板にアンテナ導体をパターニング形成したプリントアンテナであるのが好ましい。このようなプリントアンテナは、印刷配線板上に積層された銅箔または銅箔上に更にめっきした導体をパターニング(エッチング)することによって製造される。アンテナ回路1の形状は任意に設定でき、例えば、直線状のアンテナ、ループアンテナ、ミアンダ状のループアンテナ、コイル状のループアンテナなどが挙げられる。
The
ランド2は表面実装用チップ部品の実装を可能にしたものであり、図1に示すように、アンテナ回路1の始点1Aと終点1Bとをそれぞれ接続し、かつ制御回路(図示せず)と配線4で接続される。このランド2は、所定の導体、例えば銅箔または銅箔上に更にめっきした導体などから形成される。ランド2の形状は、図1に示すような断面L字形だけではなく、例えば矩形などのような形状であってもよい。
The
このランド2は、後述する共振用コンデンサ3を実装可能であり、複数個が隣接して配置される。このとき、隣接するランド2間には間隙を設ける必要がある。
さらに好ましくは、複数のランド2の全てが、印刷配線板100の1箇所に集中するように配置されるのがよく、このとき、隣接した全てのランド2が1〜9mm2の面積内に収まるのがよい。さらに好ましくは、1〜6mm2の面積内に収まるのがよい。このようにランド2が配置された場合、印刷配線板およびアンテナ装置を小型化することができる。
The
More preferably, all of the plurality of
図2は、ループアンテナであるアンテナ回路1と、ミアンダ状のループアンテナ6、6'とが混在する印刷配線板を示している。
ミアンダ状のループアンテナ6はアンテナ回路1より配線長を長くし、インダクタンス値を増加させることができる。また、ミアンダ状のループアンテナ6'はミアンダ状のループアンテナ6よりさらに配線長を長くしており、インダクタンス値をさらに増加させることができる。
FIG. 2 shows a printed wiring board in which an
The meander-
図3は、ループアンテナであるアンテナ回路1と、コイル状のループアンテナ7,7'とが混在する印刷配線板を示している。コイル状のループアンテナ7は、コイル状に渦巻を描くようにアンテナ回路を巻き、このアンテナ回路の渦巻の中心から終点7Bへ接続するように、2層以上の構造となっている。
コイル状のループアンテナ7,7'は、コイルの渦巻の中心から、上位または下位の別の層を経由して、元のアンテナ回路の形成層に戻るような2層以上の構造を有する。2層以上としたのは、1層構造の場合、アンテナ回路をコイル状にすれば、終点7Bがコイルの渦巻の中心7Cになってしまい、アンテナ回路形成層のみで、終点7Bを始点7Aの近傍に引出しできない。そのため、コイル状のループアンテナ7が別の層を経由しない1層構造の場合、ジャンパ線などをはんだ付けして終点7B近傍に引き出すことになり、印刷配線板単体でアンテナ回路の配線が完結できなくなってしまう。
また、コイル状のループアンテナ7はアンテナ回路1より配線長を長くしており、インダクタンス値を増加させることができる。また、コイル状のループアンテナ7'はコイル状のループアンテナ7より巻数を増やすことで、さらに配線長を長くして、インダクタンス値を増加させることができる。
FIG. 3 shows a printed wiring board in which an
The coiled
Further, the coiled
図2、3にそれぞれ示すミアンダ状のループアンテナとコイル状のループアンテナは、一番低い周波数が低くても、それほど低くない周波数のアンテナ回路と同じ面積で形成できるようにしたものであり、対応可能な周波数帯が変わっても、印刷配線板の面積が同一であるため、容易に使用できる。
印刷配線板としては、複数の周波数に対応したアンテナ回路をあらかじめ形成しておき、実際に使うときに、実際に使う周波数に合致したアンテナ回路またはアンテナ回路の組合せを選択すればよい。
The meandering loop antenna and coiled loop antenna shown in FIGS. 2 and 3 can be formed with the same area as the antenna circuit having a frequency not so low even if the lowest frequency is low. Even if the possible frequency band changes, the printed wiring board has the same area, so it can be used easily.
As the printed wiring board, an antenna circuit corresponding to a plurality of frequencies may be formed in advance, and when actually used, an antenna circuit or a combination of antenna circuits that matches the actually used frequency may be selected.
(アンテナ装置)
図4は、3つのループアンテナのアンテナ回路11〜13がそれぞれ直列に接続されたランド2に、共振用コンデンサ3および0Ω抵抗(抵抗器)5を配置した、アンテナ装置201を示している。
(Antenna device)
FIG. 4 shows an
共振用コンデンサ3は、希望の周波数帯に共振点が設定されるように、アンテナ回路11〜13のインダクタンス値から、キャパシタンス値を定めるものである。0Ω抵抗5は、不要なアンテナ回路に信号が流れないように短絡させるものである。なお、共振用コンデンサ3および0Ω抵抗5の形状は特に限定されないが、それぞれ両端部に端子を有し、2つのランド2間のみを接続するものであるのがよい。
The
図4に示すアンテナ装置201の場合、図に矢印で示すように、電流は共振用コンデンサ3を始点と終点に配置されたアンテナ回路11を通った後、アンテナ回路12,13を通らず、0Ω抵抗5を通って配線4へと流れる。このとき、インダクタンス値の大きさは、アンテナ回路11と共振用コンデンサ3による共振回路により決定される。
In the case of the
図5に示すアンテナ装置202の場合、図に矢印で示すように、電流は0Ω抵抗5によりアンテナ回路11を通らず、共振用コンデンサ3を始点と終点に配置されたアンテナ回路12の方へ流れ、さらに0Ω抵抗5によりアンテナ回路13を通らず、配線4へと流れる。このとき、インダクタンス値の大きさは、アンテナ回路12と共振用コンデンサ3による共振回路により決定される。
In the case of the
図6に示すアンテナ装置203の場合、図に矢印で示すように、電流は0Ω抵抗5によりアンテナ回路11、12を通らず、共振用コンデンサ3を始点と終点に配置されたアンテナ回路13の方へ流れ、配線4へと流れる。このとき、インダクタンス値の大きさは、アンテナ回路13と共振用コンデンサ3による共振回路により決定される。
In the case of the
図7に示すアンテナ装置204の場合、図に矢印で示すように、電流はアンテナ回路11〜13を通る。このとき、インダクタンス値の大きさは、アンテナ回路11〜13と共振用コンデンサ3による共振回路により決定される。
In the case of the
なお、上記した図4〜図7では、全てアンテナ回路としてループアンテナを使用したが、特に限定されず、ミアンダ状のループアンテナやコイル状のループアンテナを用いてもよい。また、アンテナ回路やランドの数も限定されず、共振用コンデンサ3と0Ω抵抗5の実装の仕方によってインダクタンス値を容易に変更することができる。
なお、本発明のアンテナ装置の場合、図7に示すように0Ω抵抗5は使用しない場合もあるが、共振用コンデンサ3は必ず1つ使用される。
In FIGS. 4 to 7 described above, the loop antenna is used as the antenna circuit. However, the antenna circuit is not particularly limited, and a meandering loop antenna or a coiled loop antenna may be used. Further, the number of antenna circuits and lands is not limited, and the inductance value can be easily changed depending on how the
In the antenna device of the present invention, the
このようなアンテナ装置は、複数の規格が存在し、規格ごとに周波数が異なるものに応用でき、例えば、ワイヤレス給電(無線給電)のQi規格や、ICタグなどに利用されるRF−IDにも応用することができる。 Such an antenna device has a plurality of standards, and can be applied to those having different frequencies for each standard. For example, the Qi standard for wireless power feeding (wireless power feeding) and RF-ID used for IC tags and the like can be applied. Can be applied.
通常の周波数帯(240kHz)と、Qi規格で用いられる周波数帯(125kHz)と、RF−IDで用いられる周波数帯(13.56MHz)は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1つで対応することができる。このアンテナ装置は、240kHz、125kHz、13.56MHzにそれぞれ対応する、ループアンテナの形状の3本のアンテナ回路と、このアンテナ回路の始点と終点とをそれぞれ接続し、かつ隣接して配置された4個のランドと、このランドにアンテナ回路の始点と終点とが接続するよう実装された表面実装用チップ部品(共振用コンデンサ)とを備える。このとき、それぞれの周波数に対応するよう3種類の表面実装用チップ部品(共振用コンデンサ)を用い、ランドに実装する配置位置を変更した。その結果を表1に示す。 A normal frequency band (240 kHz), a frequency band used in the Qi standard (125 kHz), and a frequency band used in RF-ID (13.56 MHz) are each one antenna device according to an embodiment of the present invention. Can respond. This antenna device is connected to three antenna circuits in the shape of a loop antenna corresponding to 240 kHz, 125 kHz, and 13.56 MHz, respectively, and 4 adjacently arranged at the start and end points of this antenna circuit. Each land includes a surface mounting chip component (resonance capacitor) mounted so that the start point and the end point of the antenna circuit are connected to the land. At this time, three types of surface-mounting chip components (resonance capacitors) were used to correspond to the respective frequencies, and the arrangement positions for mounting on the lands were changed. The results are shown in Table 1.
表1によると、表面実装用チップ部品(共振用コンデンサ)の実装位置を変更することで、周波数によって共振するインダクタンス値およびキャパシタンス値を決めることができる。そのため1つのアンテナ装置で複数の周波数に対応することができる。なお、本発明はこの一実施形態に限定されるものではない。 According to Table 1, by changing the mounting position of the surface mounting chip component (resonance capacitor), it is possible to determine the inductance value and the capacitance value that resonate depending on the frequency. Therefore, it is possible to cope with a plurality of frequencies with one antenna device. The present invention is not limited to this embodiment.
このように本発明のアンテナ装置によれば、共振用コンデンサ3の実装位置を変更するだけで、インダクタンス値およびキャパシタンス値から、自由に周波数を選択することができる。そのため、従来のように、共振周波数を決める場合、それぞれの周波数に応じたアンテナ形状にする必要がなく、1つのアンテナ形状で複数の周波数に対応することができる。
As described above, according to the antenna device of the present invention, the frequency can be freely selected from the inductance value and the capacitance value only by changing the mounting position of the
1 アンテナ回路
1A、7A 始点
1B、7B 終点
2 ランド
3 共振用コンデンサ
4 配線
5 0Ω抵抗
6,6' ミアンダ状のループアンテナ
7,7' コイル状のループアンテナ
7C 中心
11,12,13 アンテナ回路
100 印刷配線板
201,202,203,204 アンテナ装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記アンテナ回路の始点と終点とをそれぞれ接続した、共振用コンデンサ実装用の複数のランドとを備え、
前記ランドが隣接して配置され、かつ前記アンテナ回路を直列に接続したことを特徴とする印刷配線板。 Multiple antenna circuits for different frequencies,
A plurality of lands for mounting a capacitor for resonance, each connected with a start point and an end point of the antenna circuit,
A printed wiring board, wherein the lands are arranged adjacent to each other and the antenna circuits are connected in series.
印刷配線板上に形成した複数のアンテナ回路と、
前記アンテナ回路の始点と終点とをそれぞれ接続する複数のランドとを備え、
前記ランドが隣接して配置され、かつ前記アンテナ回路を直列に接続し、
前記アンテナ回路の始点と終点とが接続するように共振用コンデンサを実装したことを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device using a printed wiring board on which antenna circuits corresponding to different frequencies are formed,
A plurality of antenna circuits formed on a printed wiring board;
A plurality of lands each connecting a start point and an end point of the antenna circuit;
The lands are arranged adjacent to each other, and the antenna circuit is connected in series;
An antenna device, wherein a resonance capacitor is mounted so that a start point and an end point of the antenna circuit are connected.
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