JP3879098B2 - Booster antenna for IC card - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触式のＩＣカードに好適に使用することができるＩＣカード用のブースタアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触式のＩＣカードには、通信用のＩＣチップとともにアンテナコイルが組み込まれている。ただし、ここでいうＩＣカードとは、いわゆるＩＣタグを含むものとする。
【０００３】
ＩＣチップは、使用周波数に適合するアンテナコイルとともにカード基材に一体に搭載されている。アンテナコイルは、十分な送受信感度を得るために、ＩＣカードのカード基材の外周に沿って長方形の枠状に形成されている。そこで、アンテナコイルは、外部のリーダライタからの電波を受信してＩＣチップに作動用の電力を供給し、ＩＣチップとリーダライタとの間において必要なデータ交信を実現することができる。なお、ＩＣチップは、使用用途や必要な情報伝達距離に応じて通信方式や使用周波数が適切に選定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、複数枚のＩＣカードを重ねて使用すると、それぞれのＩＣカードのアンテナコイルが互いに干渉し、送受信感度が低下したり、情報伝達距離が不足したりすることがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ブースタコイルをカード基材の長辺方向に繰返し連続的に屈曲させることによって、ＩＣカードを重ねて使用しても十分な情報伝達距離を得ることができるＩＣカード用のブースタアンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ＩＣチップの外部アンテナとして作動するブースタコイルをカード基材上に形成してなり、ブースタコイルは、コイル幅の３倍以上の有効幅となるようにカード基材の各長辺方向に繰返し連続的に屈曲させることをその要旨とする。
【０００７】
なお、ブースタコイルは、コイル幅の３倍以上の有効幅となるようにカード基材の一方の短辺方向に繰返し連続的に屈曲させることができる。
【０００８】
また、ブースタコイルには、ＩＣチップのアンテナに電磁結合する励磁コイルを直列接続してもよく、ブースタコイルは、励磁コイルより開口面積を大きくしてもよい。
【０００９】
さらに、励磁コイル、ブースタコイルは、２次元の螺旋状に形成することができ、巻き方向を同一にすることができる。
【００１０】
なお、ブースタコイルには、共振用のコンデンサを付設してもよい。
【００１１】
ただし、この発明において、ブースタコイルのコイル幅とは、ギャップを介してブースタコイルのターン数相当だけ平行配列する平行導体パターンのギャップを含む総幅をいい、有効幅とは、このような平行導体パターンの屈曲部分における最大幅をいう。
【００１２】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、ＩＣチップの外部アンテナとして作動するブースタコイルは、外部のリーダライタからの電波を受信してＩＣチップに伝送することができ、ＩＣチップからの応答データを外部のリーダライタに伝達することができる。なお、ブースタコイルは、コイル幅の３倍以上の有効幅に繰返し連続的に屈曲しているから、長方形のアンテナコイルを有する別のＩＣカードを重ねても、カード基材の長辺に沿うアンテナコイルの直線状の長辺を斜めに完全に横切るため、別のＩＣカードのアンテナコイルとの相互干渉が極めて少なく、送受信感度の低下や情報伝達距離の減少が殆ど認められない。ただし、ブースタコイルは、カード基材の有効面積内に最大開口面積を実現するように、カード基材上に形成するものとする。
【００１３】
ブースタコイルは、カード基材の短辺方向にも繰返し連続的に屈曲させることにより、別のＩＣカードのアンテナコイルとの相互干渉を一層効果的に抑制することができる。
【００１４】
ブースタコイルに直列接続する励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナに対する２次コイルとして作用し、両者のターン数比に従って信号増幅作用をすることができる。
【００１５】
ブースタコイルは、励磁コイルより大きな開口面積にすることにより、十分高い送受信感度を容易に実現することができる。なお、励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナに対して十分密に電磁結合させるために、内部にＩＣチップを設置するに必要な最小の開口面積とすることが好ましい。
【００１６】
２次元の螺旋状に形成する励磁コイル、ブースタコイルは、カード基材上に互いに重ならないように配列し、それぞれ所定のターン数に形成して必要なインダクタンスを実現することができる。
【００１７】
励磁コイル、ブースタコイルは、巻き方向を同一にすることにより、１本の導電パターンや線材を使用して簡単に形成することができる。
【００１８】
ブースタコイルは、共振用のコンデンサを付設することにより、共振時のＱを高くして鋭い周波数特性を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
ＩＣカード用のブースタアンテナは、励磁コイルＬ1 と、励磁コイルＬ1 に直列接続するブースタコイルＬ2 とをカード基材ＣＤ上に形成してなる（図１、図２）。
【００２１】
カード基材ＣＤは、紙材や合成樹脂材などの絶縁材料によって薄いカード状に形成されている。励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、それぞれ印刷やエッチングなどの手法によって作る導電パターンにより、または１本の線材により、カード基材ＣＤ上に巻き方向が同一の２次元の螺旋状の平行導体パターンとして形成されている。励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の外部に形成されており、励磁コイルＬ1 内には、チップ本体ＩＣにアンテナＡを搭載するＩＣチップＣＰが設置されている。
【００２２】
ブースタコイルＬ2 は、励磁コイルＬ1 より大きい開口面積に形成され、励磁コイルＬ1 より多くのターン数となっている。ブースタコイルＬ2 は、カード基材ＣＤの各長辺方向に屈曲角θ≒９０°となるように繰返し連続的に屈曲されて屈曲部分Ｇ1 、Ｇ1 を形成するとともに、カード基材ＣＤの一方の短辺方向にも、屈曲角θ≒９０°となるように繰返し連続的に屈曲され、別の屈曲部分Ｇ2 を形成している。なお、各屈曲部分Ｇ1 、Ｇ2 におけるブースタコイルＬ2 の有効幅Ｗ1 、Ｗ2 は、コイル幅Ｗa に対し、Ｗ2 ＞Ｗ1 ≧３Ｗa となっている。ブースタコイルＬ2 内には、共振用のコンデンサＣが形成され、ブースタコイルＬ2 に付設されている。コンデンサＣは、相対向する櫛歯状の導電パターンを介して所定長さ、所定間隔の平行導体パターンを形成し、所要容量を確保することができる。
【００２３】
励磁コイルＬ1 は、ＩＣチップＣＰのアンテナＡに電磁結合されており、ブースタコイルＬ2 は、コンデンサＣとともに、ジャンパ線Ｂ1 を介して励磁コイルＬ1 に直列接続されている。ただし、図２の符号Ｍは、アンテナＡ、励磁コイルＬ1 の電磁結合を示している。なお、励磁コイルＬ1 は、ＩＣチップＣＰの外形サイズ相当に開口面積を小さくし、アンテナＡに対して十分密に電磁結合されている。
【００２４】
ブースタコイルＬ2 は、外部の図示しないリーダライタからの電波Ｓ1 を受信し、励磁コイルＬ1 、アンテナＡを介してＩＣチップＣＰのチップ本体ＩＣに高周波電力を供給し、チップ本体ＩＣを起動するとともに、電波Ｓ1 に含まれるデータをチップ本体ＩＣに伝送することができる。このとき、アンテナＡは、励磁コイルＬ1 により励磁される。また、ＩＣチップＣＰは、必要に応じてリーダライタからの電波Ｓ1 に含まれるデータに応答し、応答データに従って電波Ｓ1 を負荷変調する。負荷変調の内容は、アンテナＡから励磁コイルＬ1 を介してブースタコイルＬ2 に伝送され、ブースタコイルＬ2 を介してリーダライタに伝達される。すなわち、ブースタコイルＬ2 は、励磁コイルＬ1 、アンテナＡを介し、ＩＣチップＣＰの外部アンテナとして作動し、ＩＣチップＣＰの情報伝達距離を大きくすることができる。
【００２５】
ブースタコイルＬ2 を有するＩＣカードは、カード基材ＣＤに別のＩＣカードのカード基材ＣＤa を重ねて使用しても、リーダライタＲＷとの情報伝達距離の減少が殆どない（図３）。なお、別のカード基材ＣＤa には、長方形の枠状のアンテナコイルＬa が外周に沿って形成されており、アンテナコイルＬa は、たとえば共振用のコンデンサＣa を介してカード基材ＣＤa 上のＩＣチップＣＰa に接続されている。そこで、カード基材ＣＤ、ＣＤa を重ねると、ブースタコイルＬ2 は、屈曲部分Ｇ1 、Ｇ1 、Ｇ2 がアンテナコイルＬa の直線状の各辺を斜めに完全に横切り（図４）、アンテナコイルＬa との相互干渉を最小に抑えることができる。
【００２６】
【他の実施の形態】
カード番号や名前、有効期限などを表示するエンボス加工部分ＣＤ1 、ＣＤ1 をカード基材ＣＤに設ける場合（図５）、ブースタコイルＬ2 は、エンボス加工部分ＣＤ1 、ＣＤ1 を避けて形成するものとする。また、ブースタコイルＬ2 は、カード基材ＣＤの短辺方向の屈曲部分Ｇ2 を省略してもよい（同図）。さらに、コンデンサＣは、複数のコンデンサＣ1 、Ｃ2 …を並列接続して所要容量を実現してもよい（同図）。
【００２７】
励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の内部に設けてもよく（図６）、共振用のコンデンサＣは、ブースタコイルＬ2 の外部に形成してもよい（同図）。また、ブースタコイルＬ2 は、カード基材ＣＤの短辺方向に複数回、繰返し連続的に屈曲させて屈曲部分Ｇ2 を形成してもよい（同図）。なお、図６において、屈曲部分Ｇ2 の有効幅Ｗ2 は、Ｗ2 ≒Ｗ1 ≧３Ｗa に設定されている。
【００２８】
以上の説明において、ブースタコイルＬ2 は、各屈曲部分Ｇ1 、Ｇ2 において、屈曲角θ≒９０°に屈曲させるに代えて、θ＜９０°に屈曲させてもよく（図７（Ａ））、θ＞９０°に屈曲させてもよい（同図（Ｂ））。また、屈曲角θを不連続的に変化させてもよく（同図（Ｃ））、連続的に変化させてもよい（同図（Ｄ））。ただし、図７において、ブースタコイルＬ2 、アンテナコイルＬa は、それぞれのコイル幅を無視して図示されている。
【００２９】
なお、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、１本の絶縁性の線材によりカード基材ＣＤ上に形成してもよい。さらに、ブースタコイルＬ2 は、共振用のコンデンサＣとともに、アンテナＡを有しないＩＣチップＣＰに直接接続し（図８）、ＩＣチップＣＰの外部アンテナとして作動させてもよい。ただし、このときのＩＣチップＣＰは、結合用のコンデンサを内蔵していてもよく、外部のコンデンサＣに対し、直列接続してもよく（同図（Ａ））、並列接続してもよい（同図（Ｂ））。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、カード基材上に形成するブースタコイルを繰返し連続的に屈曲させることによって、ブースタコイルは、別のＩＣカードのアンテナコイルとの相互干渉を最小に抑えることができるから、ＩＣカードを重ねて使用しても十分な情報伝達距離を容易に得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 全体構成模式平面図
【図２】 等価回路図
【図３】 使用状態説明図
【図４】 使用状態模式説明図
【図５】 他の実施の形態を示す図１相当図（１）
【図６】 他の実施の形態を示す図１相当図（２）
【図７】 他の実施の形態を示す模式説明図
【図８】 他の実施の形態を示す等価回路説明図
【符号の説明】
ＣＰ…ＩＣチップ
Ａ…アンテナ
ＣＤ…カード基材
Ｗa …コイル幅
Ｗ1 、Ｗ2 …有効幅
Ｌ1 …励磁コイル
Ｌ2 …ブースタコイル
Ｃ…コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a booster antenna for an IC card that can be suitably used for a non-contact type IC card.
[0002]
[Prior art]
An antenna coil is incorporated in a non-contact type IC card together with an IC chip for communication. However, the IC card here includes a so-called IC tag.
[0003]
The IC chip is integrally mounted on the card substrate together with an antenna coil that matches the operating frequency. The antenna coil is formed in a rectangular frame shape along the outer periphery of the card base of the IC card in order to obtain sufficient transmission / reception sensitivity. Accordingly, the antenna coil can receive radio waves from an external reader / writer and supply operating power to the IC chip, thereby realizing necessary data communication between the IC chip and the reader / writer. Note that the communication method and frequency used for the IC chip are appropriately selected according to the intended use and the required information transmission distance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When such a conventional technique is used, when a plurality of IC cards are used in a stacked manner, the antenna coils of the respective IC cards interfere with each other, and transmission / reception sensitivity may be reduced, or the information transmission distance may be insufficient. was there.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a sufficient information transmission distance even when an IC card is used repeatedly by repeatedly bending the booster coil in the long side direction of the card base material in view of the problems of the prior art. Is to provide a booster antenna for an IC card.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the structure of the present invention is such that a booster coil that operates as an external antenna of an IC chip is formed on a card substrate, and the booster coil has an effective width that is at least three times the coil width. The gist of the invention is to repeatedly bend the card base material repeatedly in the direction of each long side.
[0007]
The booster coil can be repeatedly bent continuously in one short side direction of the card base so that the effective width is three times or more the coil width.
[0008]
The booster coil may be connected in series with an exciting coil that is electromagnetically coupled to the antenna of the IC chip, and the booster coil may have an opening area larger than that of the exciting coil.
[0009]
Furthermore, the exciting coil and the booster coil can be formed in a two-dimensional spiral, and the winding direction can be made the same.
[0010]
A booster coil may be provided with a resonance capacitor.
[0011]
However, in this invention, the coil width of the booster coil refers to the total width including the gap of the parallel conductor pattern arranged in parallel by the number corresponding to the number of turns of the booster coil via the gap, and the effective width refers to such a parallel conductor. The maximum width at the bent part of the pattern.
[0012]
[Action]
According to the configuration of the invention, the booster coil that operates as the external antenna of the IC chip can receive the radio wave from the external reader / writer and transmit it to the IC chip, and the response data from the IC chip can be transmitted to the external reader. Can be communicated to the writer. In addition, since the booster coil is repeatedly bent continuously in an effective width of three times or more of the coil width, even if another IC card having a rectangular antenna coil is stacked, the antenna along the long side of the card base Since the linear long side of the coil is completely crossed diagonally, there is very little mutual interference with the antenna coil of another IC card, and almost no decrease in transmission / reception sensitivity or decrease in information transmission distance is observed. However, the booster coil is formed on the card base so as to realize the maximum opening area within the effective area of the card base.
[0013]
The booster coil can be more effectively suppressed from mutual interference with the antenna coil of another IC card by repeatedly and continuously bending the booster coil in the short side direction of the card base.
[0014]
The exciting coil connected in series with the booster coil acts as a secondary coil for the antenna of the IC chip, and can amplify the signal according to the turn ratio of both.
[0015]
The booster coil can easily realize sufficiently high transmission / reception sensitivity by making the opening area larger than that of the exciting coil. Note that the exciting coil preferably has a minimum opening area necessary for installing the IC chip therein in order to electromagnetically couple the IC coil to the antenna of the IC chip sufficiently densely.
[0016]
The exciting coil and the booster coil formed in a two-dimensional spiral shape are arranged so as not to overlap each other on the card base material, and can be formed in a predetermined number of turns to realize a necessary inductance.
[0017]
The exciting coil and the booster coil can be easily formed by using one conductive pattern or wire by making the winding direction the same.
[0018]
The booster coil can be provided with a resonance capacitor to increase the Q at the time of resonance and realize a sharp frequency characteristic.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
The booster antenna for an IC card is formed by forming an exciting coil L1 and a booster coil L2 connected in series with the exciting coil L1 on a card substrate CD (FIGS. 1 and 2).
[0021]
The card substrate CD is formed in a thin card shape by an insulating material such as a paper material or a synthetic resin material. The exciting coil L1 and the booster coil L2 are each formed as a two-dimensional spiral parallel conductor pattern having the same winding direction on the card substrate CD by a conductive pattern made by a technique such as printing or etching, or by a single wire. Is formed. The excitation coil L1 is formed outside the booster coil L2, and an IC chip CP on which the antenna A is mounted on the chip body IC is installed in the excitation coil L1.
[0022]
The booster coil L2 has a larger opening area than the exciting coil L1, and has a larger number of turns than the exciting coil L1. The booster coil L2 is repeatedly and continuously bent so as to have a bending angle θ≈90 ° in each long side direction of the card substrate CD to form bent portions G1 and G1, and one short side of the card substrate CD. Also in the side direction, it is repeatedly bent continuously so that the bending angle θ≈90 °, thereby forming another bent portion G2. The effective widths W1 and W2 of the booster coil L2 at the bent portions G1 and G2 are such that W2> W1 ≧ 3Wa with respect to the coil width Wa. A resonance capacitor C is formed in the booster coil L2, and is attached to the booster coil L2. Capacitor C can form a parallel conductor pattern having a predetermined length and a predetermined interval via opposing comb-like conductive patterns, thereby ensuring a required capacity.
[0023]
The exciting coil L1 is electromagnetically coupled to the antenna A of the IC chip CP, and the booster coil L2 is connected in series to the exciting coil L1 through the jumper wire B1 together with the capacitor C. However, the symbol M in FIG. 2 indicates the electromagnetic coupling between the antenna A and the exciting coil L1. The exciting coil L1 has a small opening area corresponding to the outer size of the IC chip CP and is electromagnetically coupled to the antenna A sufficiently densely.
[0024]
The booster coil L2 receives a radio wave S1 from an external reader / writer (not shown), supplies high frequency power to the chip body IC of the IC chip CP via the excitation coil L1 and the antenna A, and activates the chip body IC. Data contained in the radio wave S1 can be transmitted to the chip body IC. At this time, the antenna A is excited by the exciting coil L1. Further, the IC chip CP responds to data included in the radio wave S1 from the reader / writer as necessary, and load-modulates the radio wave S1 according to the response data. The content of the load modulation is transmitted from the antenna A to the booster coil L2 via the exciting coil L1, and is transmitted to the reader / writer via the booster coil L2. That is, the booster coil L2 operates as an external antenna of the IC chip CP via the exciting coil L1 and the antenna A, and can increase the information transmission distance of the IC chip CP.
[0025]
Even if the IC card having the booster coil L2 is used with the card base CDa of another IC card superimposed on the card base CD, there is almost no decrease in the information transmission distance with the reader / writer RW (FIG. 3). Another card substrate CDa is formed with a rectangular frame-shaped antenna coil La along the outer periphery. The antenna coil La is connected to the IC on the card substrate CDa via a resonance capacitor Ca, for example. Connected to the chip CPa. Therefore, when the card bases CD and CDa are overlapped, the booster coil L2 has the bent portions G1, G1, and G2 completely and completely crossing the straight sides of the antenna coil La (FIG. 4). Mutual interference can be minimized.
[0026]
[Other embodiments]
When the embossed portions CD1 and CD1 for displaying the card number, name, expiration date, etc. are provided on the card substrate CD (FIG. 5), the booster coil L2 is formed avoiding the embossed portions CD1 and CD1. Further, the booster coil L2 may omit the bent portion G2 in the short side direction of the card substrate CD (the same figure). Further, the capacitor C may realize a required capacity by connecting a plurality of capacitors C1, C2,.
[0027]
The exciting coil L1 may be provided inside the booster coil L2 (FIG. 6), and the resonance capacitor C may be formed outside the booster coil L2 (FIG. 6). Further, the booster coil L2 may be repeatedly bent continuously in the short side direction of the card substrate CD a plurality of times to form the bent portion G2 (the same figure). In FIG. 6, the effective width W2 of the bent portion G2 is set such that W2≈W1 ≧ 3Wa.
[0028]
In the above description, the booster coil L2 may be bent at θ <90 ° in place of the bending angle θ≈90 ° at each of the bent portions G1 and G2 (FIG. 7A), It may be bent at> 90 ° ((B) in the figure). Further, the bending angle θ may be changed discontinuously ((C) in the figure) or may be changed continuously ((D) in the figure). However, in FIG. 7, the booster coil L2 and the antenna coil La are shown ignoring their coil widths.
[0029]
The exciting coil L1 and the booster coil L2 may be formed on the card substrate CD by one insulating wire. Further, the booster coil L2 may be directly connected to the IC chip CP without the antenna A together with the resonance capacitor C (FIG. 8) to operate as an external antenna of the IC chip CP. However, the IC chip CP at this time may incorporate a coupling capacitor, and may be connected in series to the external capacitor C (FIG. 1A) or in parallel ( (B)).
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the booster coil formed on the card base material is repeatedly bent continuously so that the booster coil minimizes mutual interference with the antenna coil of another IC card. Therefore, there is an excellent effect that a sufficient information transmission distance can be easily obtained even if the IC cards are stacked and used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of the overall configuration. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram. FIG. 3 is an explanatory diagram of a usage state. FIG. 4 is a schematic diagram of a usage state. )
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1 showing another embodiment (2).
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing another embodiment. FIG. 8 is an equivalent circuit explanatory diagram showing another embodiment.
CP ... IC chip A ... antenna CD ... card substrate Wa ... coil width W1, W2 ... effective width L1 ... excitation coil L2 ... booster coil C ... capacitor
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