JP3528367B2 - リーダ・ライタ用アンテナ - Google Patents

リーダ・ライタ用アンテナ

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正弘 藤本
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10316—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves using at least one antenna particularly designed for interrogating the wireless record carriers
    • G06K7/10336—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves using at least one antenna particularly designed for interrogating the wireless record carriers the antenna being of the near field type, inductive coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/04—Screened antennas
    • H04B5/26—

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、質問器と応答器と
の間で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データ
キャリアシステムの質問器に使用するループアンテナに
関する。さらに詳しくは、本発明は、質問器から応答器
に送信信号を送信すると共に、質問器で応答器からの返
信信号を受信するために使用するループアンテナであっ
て、応答器からの返信信号を検出する場合に、質問器か
らの送信信号が検出されないようにし、それにより返信
信号の検出を容易化し、読取りの信頼度を向上させるル
ープアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、質問器と応答器との間で電磁誘導
により近距離通信を行う非接触式データキャリアシステ
ムが注目され、急速に普及しつつある。例えば、自動改
札や入退室管理システム等において、質問器としてリー
ダ・ライタを使用し、応答器としてＩＣカードやＩＤカ
ード等のカードを使用する非接触情報カードシステムが
使用されている。
【０００３】この非接触式データキャリアシステムで
は、質問器は、応答器に情報を送信しあるいはさらに電
力を供給するために、数百Ｋ〜数ＭＨｚ程度の周波数の
電磁波を応答器に送信し、それと同時に応答器からの返
信信号を受信し、検出する。この場合、質問器には、通
常、応答器に信号あるい電力を送信する送信用アンテナ
と応答器からの返信信号を受信する受信用アンテナとの
兼用アンテナとして、一つのループアンテナが設けられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
非接触式データキャリアシステムでは、質問器で応答器
からの返信信号を受信し、検出する際に、その質問器の
ループアンテナ端子には、応答器からの返信信号だけで
なく、当該質問器が応答器に向けて送出した送信信号も
現れる。この場合、通信距離（即ち、質問器と応答器と
の距離）が大きい程、質問器から応答器に送出する送信
信号の強度が強くなるので、質問器のループアンテナ端
子に現れる送信信号と返信信号との比は通信距離が大き
くなるほど大きくなり、通常、質問器のループアンテナ
端子に現れる送信信号は、本来検出すべき返信信号に比
して１００〜１０万倍程度も強い。このため、質問器の
ループアンテナ端子には、受信のためには有害で強烈な
不用信号の中に微弱な返信信号が現れることとなってい
た。しかも、質問器のループアンテナ端子で応答器から
の返信信号を受信する際に不用に受信される送信信号の
受信強度は、質問器のループアンテナの作製時のばらつ
きや共振容量のばらつきのために一定しない。さらには
温度変動などによりループアンテナのインダクタンス、
キャパシタンス、Ｑ等が変化するために、応答器からの
返信信号を受信する際のループアンテナ端子での不用波
のレベルも時々刻々変化する。したがって、質問器のル
ープアンテナで応答器からの返信信号を受信し、正確に
検出することが非常に困難であり、データの読取りの信
頼度を確保することが容易でないという問題があった。
またそれゆえに、返信信号を読み取るための回路が複雑
で高価なものになるという問題もあった。
【０００５】なおこのような問題は、質問器に、送信用
アンテナと受信用アンテナとの兼用アンテナとして一つ
のループアンテナを設けた場合だけでなく、送信用アン
テナと受信用アンテナとを別個に設けた場合でも、従
来、同様に生じていた。すなわち、単に質問器に送信用
アンテナと受信用アンテナとを別個に設けても、送信用
アンテナと受信用アンテナとの間には結合が起こり、送
信用アンテナからの送信信号は直接的に受信用アンテナ
に誘起されるので、受信用アンテナ端子には不用な送信
信号が高いレベルで現れることとなる。
【０００６】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決しようとするものであり、質問器と応答器との間で
電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャリ
アシステムにおいて、質問器のアンテナで応答器からの
返信信号を受信する際に、質問器から応答器に送信した
送信信号が質問器のアンテナ端子に現れないようにし、
それにより応答器からの返信信号の検出を容易化し、読
取りの信頼度を向上させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、質問器と応答器からなる非接触式データ
キャリアの質問器のリーダ・ライタ用アンテナにおい
て、質問器のリーダ・ライタ用アンテナが応答器に信号
を送信する送信用アンテナと応答器からの信号を受信す
る受信用アンテナとからなり、該受信用アンテナが、該
受信用アンテナと送信用アンテナとの磁界結合により該
受信用アンテナに互いに逆極性の磁界が誘起され、かつ
それら逆極性の磁界が互いに打ち消し合う位置に配され
ているループコイルからなることを特徴とするリーダ・
ライタ用アンテナを提供する。
【０００８】特に、このようなリーダ・ライタ用アンテ
ナであって、送信用アンテナが、互いに逆極性の磁界を
発生する少なくとも２つのループコイルからなり、これ
らループコイルから発せられた互いに逆極性の磁界によ
って受信用アンテナに誘起される磁界が互いに打ち消し
合うように受信用アンテナが配されており、かつこの場
合に、送信用アンテナから送出された磁界の磁界強度
が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少する
ように、送信用アンテナの各ループコイルのループ径、
巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差を選び、
又はこれらの少なくとも一つの要素がさらに精密に調整
されているもの、を提供する。
【０００９】本発明のリーダ・ライタ用アンテナは、別
個に設けられた送信用アンテナと受信用アンテナとから
なっており、かつ、受信用アンテナは、この受信用アン
テナと送信用アンテナとの磁界結合により互いに逆極性
の磁界が誘起されると共に、それら逆極性の磁界が互い
に打ち消し合う位置に配されているループコイルからな
っているので、本発明のリーダ・ライタ用アンテナを設
けた質問器では、送信用アンテナから応答器に情報の送
信あるいは電力の供給を行う送信信号を送出している間
でも、受信用アンテナでは、送信用アンテナからの送信
信号が打ち消されるので、送信信号が受信用アンテナ端
子に現れることが防止される。したがって、受信用アン
テナでは応答器からの返信信号を容易に読み出すことが
可能となり、データの読取り信頼度も向上する。
【００１０】特に、本発明のリーダ・ライタ用アンテナ
において、送信用アンテナとして互いに逆極性の磁界を
発生する少なくとも２つのループコイルを設け、これら
ループコイルから発せられた互いに逆極性の磁界によっ
て受信用アンテナに誘起される磁界が互いに打ち消し合
うようにし、さらにこの場合に、送信用アンテナから送
出された磁界の磁界強度が、通信エリアに比して通信エ
リア外で大きく減少するように、送信用アンテナの各ル
ープコイルのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及
び電流の位相差の少なくとも一つの要素を選び、これら
を調整すると、通信エリア内では磁界強度を十分に高く
して良好な通信品質を確保しつつ、通信エリア外では磁
界強度を低減させ、近隣機器又は近隣通信系への干渉や
妨害を大きく抑制することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。なお、各図中、同一符号
は同一又は同等の構成要素を表している。
【００１２】図１は、リーダ・ライタ用アンテナの一態
様の構成図である。このリーダ・ライタ用アンテナ１ａ
は、別個に設けられた送信用アンテナ２と受信用アンテ
ナ３とからなっている。このうち送信用アンテナ２は、
同一平面内に同軸状に形成された、多重円形の内側ルー
プコイル２ａと一重円形の外側ループコイル２ｂとから
なり、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂと
は、巻き方向が互いに逆向きとなるように一条のアンテ
ナ導体から成形されている。したがって、内側ループコ
イル２ａと外側ループコイル２ｂとは、送信信号の送出
時に互いに逆極性の磁界を発生することとなる。
【００１３】このような送信用アンテナ２は、例えば、
１本の導線を巻き回し、同図のような内側ループコイル
と外側ループコイルを成形することにより得ることがで
きる。あるいは、絶縁層上に銅箔等の導体層を有する基
板の当該導体層をエッチングすることにより形成しても
よい。
【００１４】一方、受信用アンテナ３は、そのループ径
が、同図に示すように、送信用アンテナの内側ループコ
イル２ａより大きく外側ループコイル２ｂよりも小さい
円形のループコイルからなり、内側ループコイル２ａ及
び外側ループコイル２ｂと略同軸状に配されている。こ
こで受信用アンテナ３のループ径や内側ループコイル２
ａ及び外側ループコイル２ｂに対する位置は、この受信
用アンテナ３と内側ループコイル２ａとの相互インダク
タンスと、受信用アンテナ３と外側ループコイル２ｂと
の相互インダクタンスとが同じ大きさでかつ逆極性とな
り、これらが互いに打ち消し合うように適宜定める。具
体的には、例えば、受信用アンテナ端子に内側ループコ
イル２ａから送信信号を送出することにより現れる端子
電圧と外側ループコイル２ｂから送信信号を送出するこ
とにより現れる端子電圧とが等しくなり、受信用アンテ
ナ端子の見掛上の端子電圧が０となるように受信用アン
テナ３のコイル定数やその位置を決定すればよい。な
お、この図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａや後述す
るリーダ・ライタ用アンテナ１ｂ（図２）、１ｃ（図
３）、１ｄ（図４）、１ｅ（図７）、１ｆ（図９）、１
ｇ（図１０）、１ｈ（図１１）、１ｉ（図１２）のよう
に、送信用アンテナ２及び受信用アンテナ３が構造上左
右又は上下に高い対称性を有している場合には、受信用
アンテナ３のループ径や送信用アンテナを構成する各ル
ープコイルに対する位置は、比較的容易に予測すること
ができる。
【００１５】受信用アンテナ３の形成方法については、
上述の送信用アンテナと同様に、１本の導線を巻き回す
ことにより形成してもよく、あるいは基板のエッチング
により形成してもよい。特に、送信用アンテナ２を、両
面に導体層を有する両面基板の一方の導体層をエッチン
グすることにより形成する場合には、受信用アンテナ３
は両面基板の他面をエッチングすることにより形成する
ことが、作製工程を簡略化する点から好ましい。
【００１６】以上のような送信用アンテナ２と受信用ア
ンテナ３からなるリーダ・ライタ用アンテナ１ａを質問
器に備えることにより、質問器の受信用アンテナ３で応
答器からの返信信号を受信している間に、その質問器の
送信用アンテナ２（内側ループコイル２ａ及び外側ルー
プコイル２ｂ）から応答器へ情報の送信あるいは電力供
給のために送信信号が送られていても、受信用アンテナ
３内では、送信用アンテナ２からの互いに逆極性の送信
信号が打ち消し合うので、受信用アンテナ３の端子に送
信信号により不用な電圧の発生することが大きく抑制さ
れる。したがって、受信用アンテナ３において、返信信
号を容易にかつ読取り信頼度高く検出することが可能と
なる。
【００１７】また、このように送信用アンテナを構成す
る内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂから
互いに逆極性の磁界を発生させる場合に、内側ループコ
イル２ａ及び外側ループコイル２ｂから発生する磁界を
合成したトータルの磁界強度が、通信エリアに比して通
信エリア外で大きく減少するように、各ループコイルを
調整することが好ましく、特に、送信用アンテナ２から
送出された磁界の磁界強度が、送信波長に比べて充分に
短い距離の範囲内で、送信用アンテナ２からの距離のｎ
乗（ｎ＞３）に反比例して減衰するように調整すること
が好ましい（特願平７−１２０８１０号の特許請求の範
囲参照）。これにより、通信エリア内では磁界強度を十
分に高くして良好な通信品質を確保しつつ、通信エリア
外では磁界強度を低減させ、近隣機器又は近隣通信系へ
の干渉や妨害を大きく抑制することが可能となる。
【００１８】この場合の調整方法としては、各ループコ
イル２ａ、２ｂのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対
値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素を適宜調整
すればよい。また、図示していないが、微調整を容易に
するために内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル
２ｂに可変インダクタンス、可変キャパシター又は可変
抵抗を接続してこれらを調整してもよく、また、ループ
コイルを基板上に形成する場合には、その基板上のルー
プコイルの周囲に金属箔等からなる調整用パターンを配
し、そのパターンの配置や面積を調整してもよい。
【００１９】本発明のリーダ・ライタ用アンテナは、送
信用アンテナと受信用アンテナとを別個に設け、受信用
アンテナと送信用アンテナとの磁界結合によりその受信
用アンテナに逆極性の磁界が誘起され、かつ、それら逆
極性の磁界が互いに打ち消し合うように受信用アンテナ
を配する限り、種々の態様をとることができる。送信用
アンテナや受信用アンテナを構成する各ループコイルの
形状、巻数、個数、配置等について特に制限はない。
【００２０】例えば、図１のリーダ・ライタ用アンテナ
１ａでは、送信用アンテナ２を、送信信号の送出時に互
いに逆極性の磁界を発生する２つのループコイル２ａ、
２ｂから構成したが、図２に示すリーダ・ライタ用アン
テナ１ｂのように、送信用アンテナ２を単一のループコ
イルから構成してもよい。この場合、受信用アンテナ３
は、そのループ面が、送信用アンテナ２のループ面に対
して垂直になるように配すればよい。このとき、送信用
アンテナ２が送信信号の送出時に発生する磁束（図中破
線）であって、受信用アンテナ３に入る磁束のうち、送
信用アンテナ２のループ面の一方の面側の磁束２ｘと他
方の面側の磁束２ｙとが等量となるようにする。これに
より、受信用アンテナ３では、送信用アンテナ２が発生
した磁束２ｘ、２ｙが互いに打ち消される。したがっ
て、送信信号により、受信用アンテナ３の端子に不用な
電圧の発生することが防止される。
【００２１】また、図１のリーダ・ライタ用アンテナ１
ａでは、送信用アンテナ２を、同一平面内に同軸状に形
成した、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂ
とから構成したが、図３に示すリーダ・ライタ用アンテ
ナ１ｃのように、送信用アンテナ２として、２つの別個
の円形のループコイル２ａ、２ｂを互いにループが重な
らないように併置させ、これらループコイル２ａ、２ｂ
の双方の上に重なるように楕円形の受信用アンテナ３を
配してもよい。この場合、送信信号の送出時に２つのル
ープコイル２ａ、２ｂから互いに逆極性の磁界が発生す
るようにするためには、例えば、ループコイル２ａ、２
ｂに逆方向の電流が流れるようにアンテナ端子を接続す
ればよい。
【００２２】図４（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面
図）のリーダ・ライタ用アンテナ１ｄは、送信用アンテ
ナ２として、その互いに逆極性の磁界を発生するループ
コイル２ａ、２ｂが隣接し、かつそれらの巻き方向が互
いに逆向きとなるように、一条のアンテナ導体を成形し
たものを設け、ループコイルからなる受信用アンテナ３
を、送信用アンテナの２つのループコイル２ａ、２ｂの
略中心に、その受信用アンテナ３のループ面が送信用ア
ンテナのループコイル２ａ、２ｂのループ面と平行にな
るように設けた例である。
【００２３】この図４のような送信用アンテナ２は、例
えば、１本の導線を８の字状に引き回すことにより成形
することができる。あるいは、図５に示したように、絶
縁層を挟んで両面に導体層を有する両面基板４の片面に
図中実線で示したようなＳ字状の導体パターンをエッチ
ングにより形成し、他面に図中破線で示したようなＳ字
状の導体パターンをエッチングにより形成し、双方のパ
ターンをスルーホールｈ1 、ｈ2 で接続することにより
形成してもよい。
【００２４】なお、送信用アンテナ２を、互いに逆極性
の磁界を発生する２つのループコイルから形成する場合
に、これらループコイルを、図４あるいは前述の図１に
示したように、１本の導線を巻き回すことにより形成で
きる態様とするか、あるいは、図３のように別個の独立
的なループコイルから形成するかは、適宜定めることが
できるが、互いに逆極性の磁界が発生するように各ルー
プコイルを流れる電流の向きや位相を個別に設定する必
要がなく、送信用アンテナの設計が容易である点から
は、前者の方が好ましい。
【００２５】図６は、図４の送信用アンテナ２が発生す
る磁力線の説明図である。同図のように、送信用アンテ
ナ２のループコイル２ａから発生する磁界とループコイ
ル２ｂから発生する磁界とは逆極性である。そこで、こ
の送信用アンテナ２においても、前述の図１の送信用ア
ンテナと同様に、これらループコイル２ａ、２ｂから発
生する磁界のトータルの磁界強度が、通信エリアに比し
て通信エリア外で大きく減少するように、各ループコイ
ル２ａ、２ｂのループ径、巻数、電流の絶対値及び電流
の位相差の少なくとも一つの要素を適宜調整することが
好ましい。
【００２６】また、図６に示したように、送信用アンテ
ナ２の２つのループコイル２ａ、２ｂの接点付近近傍で
は磁束密度が高くなる。そこで、図４に示したように、
この磁束密度が高くなる領域に、受信用アンテナ３のル
ープコイルをループコイル２ａ、２ｂのループ面と平行
に配した場合、受信用アンテナ３のループコイルには、
送信用アンテナのループコイル２ａ及びループコイル２
ｂからそれぞれ逆極性の電圧が強く誘起されることにな
る。ここで、図１の場合と同様に、受信用アンテナ３の
ループコイルと送信用アンテナのループコイル２ａとの
相互インダクタンスと、受信用アンテナ３のループコイ
ルと送信用アンテナのループコイル２ｂとの相互インダ
クタンスとが同じ大きさでかつ逆極性となるように受信
用アンテナ３のループコイルのコイル定数を設定する
と、受信用アンテナ３ではこれらは互いに打ち消し合
う。よって、この態様においても、受信用アンテナ３の
端子において、送信信号による不用な電圧の発生を大き
く抑制することができる。
【００２７】なお、図４の送信用アンテナの隣接する２
つのループコイル２ａ、２ｂの接点付近近傍では、上述
のように磁束密度が高くなるので、このような送信用ア
ンテナを使用することにより、応答器が質問器からの送
信信号を所定の受信感度で受信できるようにするために
必要とされる、応答器のアンテナの質問器の送信用アン
テナに対する角度範囲を大きく拡大することができる。
【００２８】図７（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面
図）のリーダ・ライタ用アンテナ１ｅは、送信用アンテ
ナ２として、図４のリーダ・ライタ用アンテナ１ｄの送
信用アンテナと同様のものを設け、受信用アンテナ３
を、そのループ面が送信用アンテナのループコイル２
ａ、２ｂのループ面と垂直になるように設けた例であ
る。また、図８はこの場合の磁力線の説明図である。こ
のように受信用アンテナ３を設けた場合、前述の図２の
リーダ・ライタ用アンテナ１ｂと同様に、送信用アンテ
ナ２が送信信号の送出時に発生する磁束（図中破線）で
あって、受信用アンテナ３に入る磁束のうち、送信用ア
ンテナ２のループ面の一方の面側の磁束２ｘと他方の面
側の磁束２ｙとが等量となるようにすると、送信用アン
テナ２が発生した磁束２ｘ、２ｙは、受信用アンテナ３
では互いに打ち消される。よって、この態様においても
受信用アンテナ３の端子に送信信号による不用な電圧が
発生することが大きく抑制される。
【００２９】図９のリーダ・ライタ用アンテナ１ｆは、
その送信用アンテナ２を、図４のリーダ・ライタ用アン
テナ１ｄと同様に、一条のアンテナ導体を、巻き方向が
互いに逆向きのループコイルが隣接するように引き回
し、これにより、互いに逆極性の磁界を発生するループ
コイルが隣接するようにしたものであるが、ループコイ
ルとして３つのループコイル２ａ、２ｂ、２ｃが一列に
隣接するようにしたものである。この場合、両端部の２
つのループコイル２ａ、２ｃの極性が同方向になり、こ
れらループコイル２ａ、２ｃと中央部のループコイル２
ｂとが逆極性となる。したがって、受信用アンテナ３の
ループコイルと送信用アンテナの両端部のループコイル
２ａ、２ｃとの相互インダクタンスと、受信用アンテナ
３のループコイルと送信用アンテナの中央部のループコ
イル２ｂとの相互インダクタンスとが同じ大きさでかつ
逆極性となるように受信用アンテナ３のループコイルの
コイル定数を設定する。これにより受信用アンテナ３
に、送信信号による不用な電圧が発生することを抑制で
きる。
【００３０】図１０のリーダ・ライタ用アンテナ１ｇ
は、図９のリーダ・ライタ用アンテナ１ｆの送信用アン
テナ２の両端部のループコイル２ａ、２ｃを非円形に形
成したものである。このように、本発明で使用する送信
用アンテナ及び受信用アンテナのループコイルの形状
は、円形に限らず、種々の形状をとることができる。
【００３１】図１１のリーダ・ライタ用アンテナ１ｈ
は、その送信用アンテナ２が、図９のリーダ・ライタ用
アンテナ１ｆと同様に３つのループコイル２ａ、２ｂ、
２ｃが隣接し、かつ隣接するループコイルの巻き方法が
互いに逆向きになるようにしたものであるが、図９の送
信用アンテナ２に比して、図１１のリーダ・ライタ用ア
ンテナ１ｈは両端部のループコイル２ａ、２ｃのループ
径を小さくし、中央部のループコイル２ｂの巻数を減ら
したものである。
【００３２】また、図１１のリーダ・ライタ用アンテナ
１ｈの受信用アンテナ３には、補助コイル３ｐ、３ｑが
設けられている。この受信用アンテナ３のループコイル
が巻線コイルである場合には、その補助コイル３ｐ、３
ｑを変形し、また、ループコイルが基板上の導体層をエ
ッチングによりパターニングしたものである場合には補
助コイル３ｐ、３ｑのパターンを削ること等により、受
信用アンテナ３と送信用アンテナ２との相互誘導インダ
クタンスのバランスを精度よく調整することが可能とな
る。したがって、受信用アンテナ３には、相互誘導イン
ダクタンス調整用の補助コイル３ｐ、３ｑを設けること
が好ましい。
【００３３】図１２のリーダ・ライタ用アンテナ１ｉ
は、図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａと同様に、送
信用アンテナ２が、同一平面内に同軸状に形成された、
内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとからな
り、受信用アンテナ３のループコイルをこれら内側ルー
プコイル２ａと外側ループコイル２ｂとに略同軸状に配
したものであるが、図１１のリーダ・ライタ用アンテナ
１ｈと同様に、受信用アンテナ３に、受信用アンテナ３
と送信用アンテナ２との相互誘導インダクタンスのバラ
ンスを精度よく調整するための補助コイル３ｐ、３ｑ、
３ｒ、３ｓを設けたものである。
【００３４】なお、受信用アンテナ３と送信用アンテナ
２との相互誘導インダクタンスの調整方法としては、図
１１や図１２に示したように補助コイルを設ける他に、
送信用アンテナの各ループコイルあるいは受信用アンテ
ナのループコイルに、可変キャパシターや可変抵抗を接
続し、これを調整してもよく、また、ループコイルの周
囲に金属箔等を配し、その金属箔の配置や面積を調整す
ることにより行ってもよい。
【００３５】以上のように、本発明のリーダ・ライタ用
アンテナは、基本的に送信用アンテナと受信用アンテナ
とからなり、好ましくは、送信用アンテナを、送信信号
の送出時に互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２
つのループコイルから構成したものである。そして、受
信用アンテナでは、送信用アンテナから送出された磁界
が打ち消し合うようにし、これにより受信用アンテナで
送信信号が検出されることを防止したものである。
【００３６】さらに本発明では、このような基本的構成
に加えて、受信用アンテナにおいて送信用アンテナから
の送信信号が厳重に遮断されるように、種々の手段を設
けることができる。すなわち、受信用アンテナで送信用
アンテナからの磁界が打ち消し合うようにしても、受信
用アンテナと送信用アンテナとの静電結合による迷結合
容量が存在し、これにより漏洩電流が受信用アンテナに
流れる。図１３は、このような漏洩電流の一般的な説明
図であり、送信用アンテナ２のコイルに矢印のように電
流が流れると、迷結合容量Ｃを通じて受信用アンテナ３
にも矢印のように電流が流れることを表している。
【００３７】本発明では、迷結合容量Ｃの影響を大きく
抑制し、漏洩電流の問題を解消するために、例えば、迷
結合容量Ｃが大きく抑制されるように、受信用アンテナ
にバイファイラーチョークを設けたり、あるいは受信用
アンテナを静電シールドすることができる。
【００３８】このうち、バイファイラーチョークを設け
る態様としては、例えば図１４に示すように、受信用ア
ンテナ３のループコイルの後段にバイファイラーチョー
ク５を設け、バイファイラーチョーク５と受信回路本体
との間にマッチングトランス６を設けることができる。
この場合、バイファイラーチョークを構成する２つのコ
イルは同方向電流に対するインピーダンスを大きくする
ことが好ましく、このために、例えば、コイルの巻数を
多くしたり、コイルにフェライト等のコアを挿入するこ
とが好ましい。これにより、漏洩電流を大きく抑制し、
受信用アンテナ端子での漏洩電流による電圧降下をほぼ
解消することができる。これに対して、応答器からの返
信信号による電流は、バイファイラーチョークを逆方向
に流れることにより電圧降下が起きないので減衰しな
い。したがって、本来の目的信号は良好に検出すること
ができる。
【００３９】一方、受信用アンテナを静電シールドする
態様としては、例えば図１５のように受信用アンテナ３
にシールド線（又は同軸ケーブル）７を用い、シールド
外被７ａを接続して接地することができる。この場合、
シールド線７の内部導体７ｂをアンテナとして使用す
る。また、シールド線７の一部７ｘでシールド外被７ａ
の一部を切除し、シールド外被７ａにループが形成され
ないようにする。
【００４０】また、図１６のように導電性のパイプ材８
で受信用アンテナ３を覆い、このパイプ材を接地するこ
とによりシールドしてもよい。このパイプ材８は同図１
６（ｂ）の断面図に示したように、絶縁材９で被覆した
アンテナ導体３ａを覆うＣ字状のパイプからなり、一端
が接地されているものである。
【００４１】図１７（同図（ａ）上面図、同図（ｂ）側
面図、同図（ｃ）底面図）は、図１に示したようなリー
ダ・ライタ用アンテナに対し、その送信用アンテナ２と
受信用アンテナ３の対向するループ面にそれぞれ円板状
の送信アンテナ板１０ｘ、受信アンテナ板１０ｙを配
し、この送信アンテナ板１０ｘのループコイル２ａ、２
ｂと反対側の面にはアース板１１ｘ（図１７（ａ）中、
ドットで塗りつぶした部分）を設け、受信アンテナ板１
０ｙのループコイルと反対側の面にもアース板１１ｙ
（図１７（ｃ）中、ドットで塗りつぶした部分）を設
け、さらにこれらアース板１１ｘとアース板１１ｙとの
間に絶縁板１２を配し、アース板１１ｘ及びアース板１
１ｙを接地したものである。
【００４２】図１８（同図（ａ））は、図１に示したよ
うなリーダ・ライタ用アンテナの受信用アンテナのシー
ルドをより厳重に行うために、絶縁導線からなる送信用
アンテナ（内側ループコイル巻数３，外側ループコイル
巻数１）と受信用アンテナ（ループコイル巻数１）とそ
れぞれ銅製のシールド管１３に収容し、シールドした例
である。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）のようにシー
ルド管１３でシールドした送信用アンテナの内側ループ
コイル２ａのＡ1 部分の拡大説明図であり、同図（ｃ）
は内側ループコイル２ａのＢ部分の拡大断面図である。
このように、このシールド管１３は、Ａ1 部分におい
て、導電性パイプ１３ａを絶縁体１３ｂに矢印のように
両側から嵌合させ、導電性パイプ１３ａの導電ループが
閉じないようにしたものである。この内側ループコイル
のＡ1 部分に対応する送信用アンテナの外側ループコイ
ルのＡ2 部分及び受信用アンテナのＡ3 部分も同様に構
成されている。
【００４３】
【実施例】
実施例１、比較例１ 図１に示した態様の本発明のリーダ・ライタ用アンテナ
１ａを作製した。この場合、送信用アンテナ２を構成す
る内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂのコ
イル定数は表１のように設定した（実施例１）。
【００４４】また、比較のために、送信用アンテナを単
一のループコイルから構成する以外は実施例１と同様に
してリーダ・ライタ用アンテナを作製した。この場合、
送信用アンテナのループコイルのコイル定数は表１のよ
うに設定し、目的距離１５ｃｍの位置での磁界強度が１
００ｄＢμＶ／ｍとなるように電流を決めた。
【００４５】
【表１】 半径(mm) 巻数（回） 電流(A) 実施例１ 内側ループコイル２ａ： ５０ ３ １．５ 外側ループコイル２ｂ： ６１．２ ２ １．５ 比較例１ 単一ループコイル ： ５０．０ ３ ０．１０２ これらの送信用アンテナによる磁界強度分布、即ち、送
信用アンテナからの距離と磁界強度との関係をサーチコ
イルを用いて実測した。この結果を図１９に示す。
【００４６】図１９から、比較例の送信用アンテナで
は、磁界強度がアンテナからの距離の３乗に逆比例して
緩やかに低下しているが、実施例１の送信用アンテナで
は、磁界強度はアンテナからの距離の５乗に逆比例し、
アンテナからの距離が大きくなるにしたがって急激に低
下している。したがって、通信エリアの磁界強度を大き
くし、かつ、通信エリア外では十分に磁界強度を低下さ
せ、近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑
制することが可能となる。
【００４７】また、受信用アンテナのループコイルを１
回巻としてそのループ径を種々変化させた場合の、受信
用アンテナのループコイルと送信用アンテナの内側ルー
プコイルとの相互インダクタンスＭ(3-2a)、受信用アン
テナのループコイルと送信用アンテナの外側ループコイ
ルとの相互インダクタンスＭ(3-2b)、受信用アンテナの
ループコイルと、送信用アンテナとして内側及び外側の
ループコイルが逆極性となるようにこれらを直列に接続
し、これを１個の送信用コイルと見たときのこの送信用
アンテナのコイルとの相互インダクタンスＭ(3-2a,3-2
b) を求めた。この結果を図２０に示す。
【００４８】図２０から、送信用アンテナの内側ループ
コイル２ａが半径５０ｍｍで３回巻であり、外側ループ
コイル２ｂが半径６１．２ｍｍで２回巻であり、これら
が同一平面に同軸配置されている場合に、受信用アンテ
ナのループコイルを半径５８．４ｍｍで１回巻としたと
きにＭ＝０となり、受信用アンテナと送信用アンテナと
の結合が無くなることがわかる（図中、矢印で示した箇
所）。したがって、受信用アンテナのコイル定数は、こ
の受信用アンテナと送信用アンテナとの結合が無くなる
点のコイル定数とすればよいことがわかる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、質問器と応答器との間
で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャ
リアシステムにおいて、質問器のアンテナで応答器から
の返信信号を受信する際に、質問器から応答器に送出し
た送信信号が質問器のアンテナ端子に現れないように
し、それにより応答器からの返信信号の検出を容易化
し、読取りの信頼度を向上させることができる。
【００５０】さらに、本発明において、送信用アンテナ
として互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２つの
ループコイルを設け、これらループコイルのループ径、
巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の少なく
とも一つの要素を選び、これを適宜設定することによ
り、本来の通信エリア内では高い強度の磁界強度を有す
るが、アンテナからの距離が大きくなるにしたがって急
激に磁界強度が減少し、通信エリア外では確実に磁界強
度を所定の値以下とすることができる。
【００５１】したがって、質問器から応答器へ送出する
磁界強度を、通信エリア内では良好な通信品質を確保す
るために十分に高くしつつ、通信エリア外では磁界強度
を低減させて近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を
大きく抑制し、それと同時に、質問器で応答器からの返
信信号の検出する際に、質問器から応答器へ送出した送
信信号が不用に検出されることを抑制し、それにより応
答器からの返信信号の検出を容易化し、読取りの信頼度
を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの一態様の
構成図である。
【図２】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様
の構成図である。
【図３】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様
の構成図である。
【図４】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様
の構成図である（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面
図）。
【図５】本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する
送信用アンテナの説明図である。
【図６】本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する
送信用アンテナが発する磁力線と、それが受信用アンテ
ナに及ぼす作用の説明図である。
【図７】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様
の構成図である（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面
図）。
【図８】本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する
送信用アンテナが発する磁力線と、それが受信用アンテ
ナに及ぼす作用の説明図である。
【図９】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様
の構成図である。
【図１０】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態
様の構成図である。
【図１１】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態
様の構成図である。
【図１２】本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態
様の構成図である。
【図１３】送信用アンテナと受信用アンテナとの静電結
合による漏洩電流の説明図である。
【図１４】漏洩電流を防止するバイファイラーチョーク
の説明図である。
【図１５】漏洩電流を防止するためにシールド線を用い
て受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。
【図１６】漏洩電流を防止するためにパイプ材を用いて
受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。
【図１７】漏洩電流を防止するためにアース板を用いて
受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。
【図１８】漏洩電流を防止するためにシールド管を用い
て受信用アンテナと送信用アンテナをシールドする場合
の説明図である。
【図１９】実施例及び比較例のリーダ・ライタ用アンテ
ナの送信用アンテナについて、アンテナからの距離と磁
界強度との関係図である。
【図２０】実施例のリーダ・ライタ用アンテナについ
て、受信用アンテナのループコイルのループ径と、その
受信用アンテナと送信用アンテナの内側あるいは外側ル
ープコイルとの相互インダクタンスとの関係図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１
ｉ リーダ・ライタ用アンテナ ２ 送信用アンテナ ２ａ、２ｂ 送信用アンテナのループコイル ３ 受信用アンテナ ３ｐ、３ｑ、３ｒ、３ｓ 受信用アンテナの補助コイ
ル ４ 基板 ５ バイファイラーチョーク ６ マッチングトランス ７ シールド線 ７ａ シールド外被 ７ｂ 内部導体 ８ パイプ材 １０ｘ 送信アンテナ板 １０ｙ 受信アンテナ板 １１ｘ アース板 １１ｙ アース板 １２ 絶縁板 １３ シールド管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳堀 進 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケ ミカル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−236401（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−248704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−83000（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−79182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−89305（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−21683（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭50−27880（ＪＰ，Ｙ１) 特表 昭63−502394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 7/00 H04B 5/00 H01Q 21/00 - 25/04 H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 1/00 - 1/52

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質問器と応答器からなる非接触式データ
    キャリアの質問器のリーダ・ライタ用アンテナにおい
    て、質問器のリーダ・ライタ用アンテナが応答器に信号
    を送信する送信用アンテナと応答器からの信号を受信す
    る受信用アンテナとからなり、 該受信用アンテナが、該受信用アンテナと送信用アンテ
    ナとの磁界結合により該受信用アンテナに互いに逆極性
    の磁界が誘起され、かつそれら逆極性の磁界が互いに打
    ち消し合う位置に配されているループコイルからなり、 受信用アンテナに、該受信用アンテナと送信用アンテナ
    との静電結合による漏洩電流を防止するバイファイラー
    チョークが設けられていることを特徴とするリーダ・ラ
    イタ用アンテナ。
  2. 【請求項２】 送信用アンテナが、互いに逆極性の磁界
    を発生する少なくとも２つのループコイルからなり、こ
    れらループコイルから発せられた互いに逆極性の磁界に
    よって受信用アンテナに誘起される磁界が互いに打ち消
    し合うように受信用アンテナが配されている請求項１記
    載のリーダ・ライタ用アンテナ。
  3. 【請求項３】 送信用アンテナから送出された磁界の磁
    界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減
    少するように、送信用アンテナの各ループコイルのルー
    プ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の
    少なくとも一つの要素が調整されている請求項２記載の
    リーダ・ライタ用アンテナ。
  4. 【請求項４】 送信用アンテナの互いに逆極性の磁界を
    発生するループコイルが、同一平面内に同軸状に形成さ
    れた、内側ループコイルと外側ループコイルとからな
    り、内側ループコイルと外側ループコイルとは、巻き方
    向が互いに逆向きとなるように一条のアンテナ導体から
    成形されている請求項２記載のリーダ・ライタ用アンテ
    ナ。
  5. 【請求項５】 送信用アンテナの互いに逆極性の磁界を
    発生するループコイルが、互いにループが重ならない位
    置に設けられている請求項２記載のリーダ・ライタ用ア
    ンテナ。
  6. 【請求項６】 受信用アンテナに、該受信用アンテナと
    送信用アンテナとの相互誘導インダクタンスを調整する
    補助コイルが設けられている請求項１〜５のいずれかに
    記載のリーダ・ライタ用アンテナ。
  7. 【請求項７】 受信用アンテナに、該受信用アンテナと
    送信用アンテナとの静電結合を防止する静電シールドが
    設けられている請求項１〜６のいずれかに記載のリーダ
    ・ライタ用アンテナ。
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