JP2019180007A

JP2019180007A - 共振回路、アンテナ装置

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Publication number: JP2019180007A
Application number: JP2018067893A
Authority: JP
Inventors: 加賀谷　仁; Hitoshi Kagaya; 仁加賀谷; 駿梅津; Jun Umetsu
Original assignee: Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Toppan Edge Inc
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP7115885B2; WO2019189739A1

Abstract

【課題】アンテナの小型化を可能とするとともに、目的とする周波数特性が得られる共振回路およびそれを備えたアンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明の共振回路１０は、ループ状をなす回路線２１からなる共振部２０と、ＩＣチップに電気的に接続される給電部３０と、共振部２０と給電部３０の間に介在する平面視櫛歯状をなすコンデンサ部４０と、を備えた共振回路１０であって、共振部２０は、回路線２１によって形成されるループの内側の領域α内に延在する折り返し部２２，２３，２４，２５を有し、給電部３０およびコンデンサ部４０は、領域α内に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、共振回路およびそれを備えたアンテナ装置に関する。

ＩＣタグやＩＣラベル等の非接触型データ受送信体は、例えば、製品の製造管理、製品の流通管理等に用いられる。
非接触型データ受送信体は、共振周波数に応じてアンテナの長さが設定される。しかしながら、アンテナが長くなり過ぎると、非接触型データ受送信体の設置場所が制限されることがあるため、共振周波数を変えることなく、アンテナを小型化することが望まれている。

小型化が可能な非接触型データ受送信体用途のアンテナとしては、例えば、アンテナ共振波長の２分の１波長よりも短い実効長のダイポール部と、ダイポール部の中央に設けられた給電部と、ダイポール部に、タグアンテナのアドミッタンスの虚部がチップのアドミッタンスの虚部と同等の絶対値を持つように、タグアンテナのアドミッタンスを調整する長さを持ったインダクタンス部とを有するタグアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、小型化が可能な非接触型データ受送信体用途のアンテナとしては、例えば、動作周波数帯域の中で最大の周波数において、アンテナ共振波長の２分の１よりも短い実効長を有するダイポール部と、ダイポール部の中央に設けられた給電部と、給電部を中心に囲むように形成され、かつ両端がダイポール部に接続されているインダクタンス部と、ダイポール部の両端に、ダイポール部の線路幅より広い領域を設けた端部とを有するタグアンテナが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、小型化が可能な非接触型データ受送信体用途のアンテナとしては、例えば、導体で形成され、かつ動作周波数帯域の中で最大の周波数において、アンテナ共振波長の１／６〜３／８の実効長を有するダイポール部と、ダイポール部の中央に設けられた給電部と、給電部を中心に囲むように形成され、かつ両端がダイポール部に接続され、タグアンテナのアドミッタンスの虚部がチップのアドミッタンスの虚部と同等の絶対値を持つように、タグアンテナのアドミッタンスを調整する長さを持ち、かつチップのキャパシタンス成分と共振するインダクタンス部を設け、ダイポール部の放射抵抗が、ダイポール部の導体による損失によって、チップの抵抗と同程度となるようにするタグアンテナが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１−１０９６９８号公報特許第４３３０５７５号公報特許第４７００１０１号公報

しかしながら、特許文献１〜３では、アンテナの小型化が可能であるものの、アンテナの共振周波数の極大値が、目的とする周波数よりも低周波数側にシフトしてしまい、目的とする周波数特性が得られないという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、アンテナの小型化を可能とするとともに、目的とする周波数特性が得られる共振回路およびそれを備えたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の共振回路は、ループ状をなす回路線からなる共振部と、ＩＣチップに電気的に接続される給電部と、前記共振部と前記給電部の間に介在する平面視櫛歯状をなすコンデンサ部と、を備えた共振回路であって、前記共振部は、前記回路線によって形成されるループの内側の領域α内に延在する折り返し部を有し、前記給電部および前記コンデンサ部は、前記領域α内に配置されたことを特徴とする。

本発明のアンテナ装置は、本発明の共振回路と、該共振回路と非接触で電磁結合するブースターアンテナと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アンテナの小型化を可能とするとともに、目的とする周波数特性が得られる共振回路およびそれを備えたアンテナ装置を提供することができる。

本発明の実施形態による共振回路の要部構成を示す平面図である。本発明の実施形態によるアンテナ装置の要部構成を示す平面図である。実験例における非接触型データ受送信体の特性を示すグラフである。

本発明の共振回路およびそれを備えたアンテナ装置の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下で参照する図面においては、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。

［共振回路］
図１は、本発明の実施形態による共振回路の要部構成を示す平面図である。
図１に示す通り、本実施形態の共振回路１０は、共振部２０と、給電部３０と、コンデンサ部４０とから概略構成されている。

共振部２０は、共振回路１０を非接触型データ受送信体に用いる場合、他のアンテナと電気的な接続（電磁界結合、すなわち、電界結合および／または磁界結合）をするためのものである。
共振回路１０において、共振部２０は、給電部３０およびコンデンサ部４０を除く、回路線２１からなる。共振部２０は、例えば、図１に示すように、平面視四角形状をなし、かつループ状をなす回路線２１からなる。
また、共振部２０は、回路線２１によって形成されるループの内側の領域α内に延在する折り返し部２２，２３，２４，２５を有する。

なお、ループの内側の領域αとは、コンデンサ部４０を除くループの主要部によって形成される枠の輪郭の内側の領域である。また、ループの内側の領域αとは、折り返し部２２，２３，２４，２５を設けない場合に、折り返し部２２，２３，２４，２５に相当する回路線２１を延長して繋がる仮想線によって形成されるループの内側の領域のことである。

本実施形態では、折り返し部２２，２３，２４，２５は、回路線２１によって形成される四角形の各角を基点として、回路線２１がループの内側の領域α内に延在することによって形成されている。詳細には、折り返し部２２，２３，２４，２５は、回路線２１によって形成される四角形の各角が、四角形の対角線方向に沿って領域α内に押し込まれ、平行する２本の回路線２１が領域α内で曲線状（半円形状）の回路線２１で連接されたような形状をなしている。

なお、本実施形態では、折り返し部２２，２３，２４，２５が、回路線２１によって形成される四角形の対角線方向に沿って形成されている場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、例えば、折り返し部が、回路線によって形成される四角形の各辺の中央部が、四角形の一辺に沿って領域α内に押し込まれ、平行する２本の回路線が領域αで連接されたような形状をなしていてもよい。また、折り返し部を形成する位置や、折り返し部の数は特に限定されず、共振部２０の共振周波数に応じて、適宜調整される。

共振部２０の長さと折り返し部２２，２３，２４，２５の長さの和は、特に限定されず、共振部２０の共振周波数に応じて、適宜調整される。共振部２０の長さと折り返し部２２，２３，２４，２５の長さの和は、例えば、周波数９２０ＭＨｚの１／２波長、１／３波長、１／４波長に相当する長さである。
また、回路線２１の幅は、使用する部材の比誘電率に合せて調整することにより、共振回路１０の周波数特性を調整することができる。

給電部３０は、共振回路１０を非接触型データ受送信体に用いる場合、ＩＣチップと電気的に接続される。すなわち、共振回路１０を非接触型データ受送信体に用いる場合、給電部３０にＩＣチップが実装される。
また、給電部３０は、図１に示すように、領域α内に配置される。
さらに、給電部３０は、回路線２１によって形成される四角形の一辺２１Ａと垂直方向に延在するように配設されている。

コンデンサ部４０は、共振回路１０を非接触型データ受送信体に用いる場合、共振部２０と他のアンテナの電気的な接続を可能とするために、共振周波数を所定の範囲に調整するためのものである。
また、コンデンサ部４０は、図１に示すように、領域α内に配置される。さらに、コンデンサ部４０は、共振部２０および給電部３０と同一面上にあり、共振部２０と給電部３０の間に介在している。より詳細には、コンデンサ部４０は、共振部２０と給電部３０の連接点２８において、給電部３０と分岐して、給電部３０よりも外側（回路線２１によって形成されるループ側）に配置されている。

コンデンサ部４０は、図１に示すように、平面視櫛歯状をなしている。
コンデンサ部４０は、上記の四角形の一辺２１Ａと垂直方向に延在するように配設された主線部４１と、主線部４１を基端とし、上記の四角形の一辺２１Ａと平行方向に延在するように配設された櫛歯部４２，４３と、を有する。櫛歯部４２と櫛歯部４３は、所定の間隔を置いて、配設されている。また、コンデンサ部４０は、主線部４１Ａおよび櫛歯部４２Ａ，４３Ａを有する第１の部位４７と、主線部４１Ｂおよび櫛歯部４２Ｂ，４３Ｂを有する第２の部位４８と、を有する。これら第１の部位４７と第２の部位４８は一対をなしている。さらに、コンデンサ部４０では、領域αの中心部側から上記の四角形の一辺２１Ａへ向かって順に、櫛歯部４２Ａ、櫛歯部４２Ｂ、櫛歯部４３Ａおよび櫛歯部４３Ｂがこの順に並列するように、第１の部位４７と第２の部位４８が配設されている。

なお、本実施形態では、コンデンサ部４０が、櫛歯部４２Ａ，４３Ａを有する第１の部位４７と、櫛歯部４２Ｂ，４３Ｂを有する第２の部位４８と、を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、コンデンサ部を構成する櫛歯部の数が、共振部の共振周波数に応じて適宜調整される。また、コンデンサ部を構成する櫛歯部の大きさも、共振部の共振周波数に応じて適宜調整される。

本実施形態の共振回路１０は、図１に示すように、基材５０の一面５０ａに設けられていてもよい。基材の有無は、共振回路１０を適用する対象物に応じて適宜選択される。

共振部２０、給電部３０およびコンデンサ部４０を構成する材料としては、例えば、公知のポリマー型導電インク、銀インク組成物等の導電性のインク、金属箔、電気メッキや静電メッキにより形成された金属薄膜、金属蒸着等の各種薄膜形成法により形成された金属薄膜、金属板等が挙げられる。

基材５０としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる基材、ポリイミドからなる基材、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を染み込ませて熱硬化処理を施し板状にした基材（ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４、ＦＲ−４）等が挙げられる。ＦＲ−４としては、具体的には、パナソニック社製のＲ−１７００（商品名）等が挙げられる。

また、本実施形態の共振回路１０は、給電部３０に実装されるＩＣチップを備えていてもよい。
ＩＣチップは、外部から非接触で共振回路１０を介して供給される電力によって動作し、外部との間で共振回路１０を介した無線通信を行って非接触状態でデータの書き込み及び読み出しを行う半導体集積回路である。このＩＣチップとしては、特に限定されず、共振回路１０を介して非接触状態でデータの書き込みおよび読み出しが可能なものであれば、任意のものを用いることができる。

本実施形態の共振回路１０は、ループ状をなす回路線２１からなる共振部２０と、ＩＣチップに電気的に接続される給電部３０と、共振部２０と給電部３０の間に介在する平面視櫛歯状をなすコンデンサ部４０と、を備え、共振部２０は、回路線２１によって形成されるループの内側の領域α内に延在する折り返し部２２，２３，２４，２５を有し、給電部３０およびコンデンサ部４０は、領域α内に配置されるため、非接触型データ受送信体に用いた場合に、アンテナとなる共振部２０の小型化を可能とするとともに、目的とする周波数特性が得られる。

［アンテナ装置］
図２は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の要部構成を示す平面図である。
図２に示す通り、本実施形態のアンテナ装置１００は、本実施形態の共振回路１０と、共振回路１０と非接触で電磁界結合するブースターアンテナ１１０とから概略構成されている。

ブースターアンテナ１１０は、中央部１１０Ａと、中央部１１０Ａに連接し、中央部１１０Ａから紙面の左右方向にそれぞれ沿在する直線状の放射部１１０Ｂ，１１０Ｂとから構成されている。ブースターアンテナ１１０は、共振回路１０の共振部２０に沿うように、かつ互いに９０度の角度をなすように中央部１１０Ａが折り曲げられている。言い換えれば、平面視四角形状をなす共振部２０に沿って配置されるブースターアンテナ１１０の中央部１１０Ａは、平面視コ字状をなしている。

また、ブースターアンテナ１１０の中央部１１０Ａは、ブースターアンテナ１１０の長手方向（紙面左右方向）の中央に配置され、ブースターアンテナ１１０の長手方向と平行な第１の直線部１１１と、第１の直線部１１１に連接し、第１の直線部１１１と垂直（ブースターアンテナ１１０の長手方向と垂直）な第２の直線部１１２，１１２とから構成されている。
さらに、ブースターアンテナ１１０は、中央部１１０Ａの中央を通り、ブースターアンテナ１１０の長手方向に対して垂直な直線（中心線）を基準として線対称（紙面左右方向に線対称）となっている。

また、ブースターアンテナ１１０の第１の直線部１１１にコンデンサ部４０が近接するように、共振回路１０が配置されている。

ブースターアンテナ１１０と共振回路１０の共振部２０の間隔は、特に限定されず、ブースターアンテナ１１０と共振部２０とがと非接触で電磁界結合するように適宜調整される。

ブースターアンテナ１１０は、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）で使用されるＵＨＦ帯やマイクロ波帯の電波帯の周波数（３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の１／２波長に相当する長さとなっている。つまり、共振回路１０の給電部３０に実装されるＩＣチップを中心とする２つの領域に放射部１１０Ｂ，１１０Ｂを区分した場合、それぞれの長手方向における長さは、１／４波長に相当する長さとなっている。

ブースターアンテナ１１０を構成する材料としては、共振部２０、給電部３０およびコンデンサ部４０を構成する材料と同様のものが用いられるが、導電性を有した異なる材質でもよい。

本実施形態のアンテナ装置１００は、本実施形態の共振回路１０と、共振回路１０と非接触で電磁界結合するブースターアンテナ１１０とを備えているため、非接触型データ受送信体に用いた場合に、目的とする周波数特性が得られる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実験例１］
図２に示すアンテナ装置の共振回路にＩＣチップを実装し、実験例１の非接触型データ受送信体を作製した。
また、ブースターアンテナの放射部の長さを５０ｍｍとした。

非接触型データ受送信体を金属板上に配置し、情報読出／書込装置（商品名：ＴａｇＦｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｅ、Ｖｏｙａｎｔｉｃ社製）を用いて、それぞれの非接触型データ受送信体の通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。なお、通信距離を測定するに当たり、情報読出／書込装置の出力を一定とした。結果を図３に示す。

［実験例２］
共振回路に、共振部の折り返し部とコンデンサ部を設けなかったこと以外は実験例１と同様にして、実験例２の非接触型データ受送信体を作製した。
実験例２の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして、通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。結果を図３に示す。

［実験例３］
共振回路にコンデンサ部を設けなかったこと以外は実験例１と同様にして、実験例３の非接触型データ受送信体を作製した。
実験例３の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして、通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。結果を図３に示す。

図３に示す結果から、共振回路に、共振部の折り返し部とコンデンサ部を設けることにより、非接触型データ受送信体の共振周波数帯域が高周波数側にシフトすることが確認された。

１０・・・共振回路、２０・・・共振部、２１・・・回路線、２２，２３，２４，２５・・・折り返し部、２８・・・連接点、３０・・・給電部、４０・・・コンデンサ部、４１，４１Ａ，４１Ｂ・・・主線部、４２，４２Ａ，４２Ｂ，４３，４３Ａ，４３Ｂ・・・櫛歯部、４７・・・第１の部位、４８・・・第２の部位、５０・・・基材、１００・・・アンテナ装置、１１０・・・ブースターアンテナ、１１０Ａ・・・中央部、１１０Ｂ・・・放射部、１１１・・・第１の直線部、１１２・・・第２の直線部。

Claims

ループ状をなす回路線からなる共振部と、ＩＣチップに電気的に接続される給電部と、前記共振部と前記給電部の間に介在する平面視櫛歯状をなすコンデンサ部と、を備えた共振回路であって、
前記共振部は、前記回路線によって形成されるループの内側の領域α内に延在する折り返し部を有し、
前記給電部および前記コンデンサ部は、前記領域α内に配置されたことを特徴とする共振回路。
請求項１に記載の共振回路と、該共振回路と非接触で電磁結合するブースターアンテナと、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。