JP3986701B2

JP3986701B2 - 無線カード用通信装置

Info

Publication number: JP3986701B2
Application number: JP06855899A
Authority: JP
Inventors: 一太郎小林; 伸二池澤
Original assignee: 日立情報通信エンジニアリング株式会社
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000268138A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信装置のアンテナコイルから送られる誘導磁界を無線カードで受け、受けた誘導磁界を電源として使用し無線カードのデータを通信装置に応答する無線カード用通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、通信装置と無線カード間で磁界を介して交信を行う無線カード用通信について、図８を参照して説明する。
図８において、６００は従来の通信装置、５は無線カードである。
従来の通信装置６００は、無線カード５に誘導磁界を送るために、磁界を放射しかつ無線カード５からのデータを受信するアンテナコイル（コイル状のアンテナ）２及びアンテナ基板３と、アンテナコイル２に電力を供給しかつアンテナコイル２の電圧を検出する送受信回路４と、共振回路８などを有している。この通信装置６００は、上位装置７と電気的に接続されている。
無線カード５は、アンテナコイル２が放射する電磁界を受け取り、動作するための電源として用い、通信装置６００と交信する。
このような無線カード５は、通信装置６００と接触すること無く交信可能なので、カードの利便性が高い。なお、この従来の無線カード用の通信装置６００としては、例えば、特開平５―５４２０６号公報に記載のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の無線カード用通信装置６００において、利便性を高めるためには、無線カード５の動作可能となる領域が広い程良く、そのためには、アンテナコイル２周辺の磁界強度が強いほど良い。一方、送受信において、不必要な範囲の磁界強度は、弱い程良い。例えば、無線カード５をアンテナコイル２の近傍、すなわち数ｃｍで使用する場合、アンテナコイル２近傍（数ｃｍ）の磁界は強く、アンテナコイル２の遠方、すなわち数十ｃｍ〜数ｍの磁界は弱くする磁界強度特性が求められている。
しかしながら、従来の無線カード用通信装置６００では、アンテナコイル２の近傍の磁界を強くしようとすれば、アンテナコイル２の遠方の磁界も強くなり、逆にアンテナコイル２の遠方の磁界を弱くしようとすれば、逆にアンテナコイル２の近傍の磁界も弱くなり、前記望む磁界強度特性が容易に得られないという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するもので、近傍の磁界強度が強くかつ遠方の電磁界強度が弱い磁界強度特性が得られる無線カード用通信装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、通信装置との間で磁界を介してデータ交信を行う無線カードに磁界を放射しかつ前記無線カードからのデータを受信するアンテナコイルと、前記アンテナコイルに電力を供給しかつ前記アンテナコイルに誘起した電圧を検出する送受信回路と、前記アンテナコイル面に対して異なる平行面に配置された閉ループ導体と、を有する無線カード用通信装置において、前記閉ループ導体は、少なくとも前記アンテナコイルの中心を囲み、且つ中心が該アンテナコイルの中心に対して偏芯させた位置に配置されていると共に、電気的に接地されていることを第１の特徴とする。
この結果、本発明の無線カード用通信装置は、アンテナコイルの中心を偏芯して囲みかつ電気的に接地されている閉ループ導体により、磁界密度の分布を変化させて、近傍の磁界強度が強くかつ遠方の電磁界強度が弱い磁界強度特性が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の無線カード用通信装置の参考例について、図１乃至図３、図７を参照しながら説明する。図中、図８と同符号は、同一のものを示す。
図１において、６は無線カード用通信装置の参考図である。この無線カード用通信装置６は、無線カード５に誘導磁界を送るために、磁界を放射しかつ無線カード５からのデータを受信するアンテナコイル（コイル状のアンテナ）２及びアンテナ基板３と、アンテナコイル２に電力を供給しかつアンテナコイル２の電圧を検出する送受信回路４と、共振回路８と、閉ループ状の導体１などを有している。この本発明の無線カード用通信装置６は、上位装置７と電気的に接続されている。
【０００７】
前記閉ループ導体１は、ロの字形状の枠体形状をなし、その材質は銅であり、その寸法は横が７０ｍｍ、縦が７７ｍｍ、幅が５ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍである。アンテナコイル２は、巻き数例えば６の円状コイルをなし、アンテナ基板３に形成されており、その寸法は直径が３０ｍｍ、線幅が０．３ｍｍである。アンテナ基板３は、矩形形状をなし、その寸法は横が６０ｍｍ、縦が６５ｍｍである。
【０００８】
そして、図２に示すように、閉ループ導体１は、アンテナ基板３を囲むように、同心にかつ同一平面上に配置されている。また、この閉ループ導体１は、送受信回路４のグランド電位に電線を介して接続されている。
【０００９】
この無線カード用通信装置は、以上のごとき構成からなり、以下、その作動について図１を参照して説明する。
まず、通信装置６において、上位装置７から送られたデータは、送受信回路４において搬送波周波数をもとに変調され、かつ、アンテナコイル２から放射される磁界を介して無線カード５に送出される。
次に、無線カード５において、アンテナコイル２から放射された磁界は、電力に変換、蓄積される。一方、通信装置６から送出されたデータは、さきの電力を消費して、復調、処理、記憶され、その後、処理、変調されて通信装置６に返送される。
それから、通信装置６において、無線カード５から返送された返送データは、アンテナコイル２を介して受信、復調され、送受信回路４を介して上位装置７に返送される。
【００１０】
上記の一連の動作を行うにあたって、共振回路８とアンテナコイル２とは並列共振回路を構成し、その共振周波数を送信信号の搬送波の周波数と等しく調整したので、比較的少ない電力で強い磁界を放射できる。
また、閉ループ導体１は、前述したようにアンテナコイル２の周囲に配置されるので、アンテナコイル２から磁界が放射される際に、その閉ループ導体１には、渦電流が発生する。この渦電流により閉ループ導体１から別個の磁界が再放射され、この別個の磁界がアンテナコイル２から放射される磁界と合成されるので、アンテナコイル２遠方の電磁界強度が、閉ループ導体１が無い時と比較して弱くなり、アンテナコイル２近傍の磁界は閉ループ導体１が無い時と比較すると強くなる。
【００１１】
次に、本例における無線カード用通信装置６の閉ループ導体１の効果を図３を参照して説明する。
図３は、アンテナコイル２からの放射電磁界強度（縦軸）の実測値と、アンテナコイル２からの距離（横軸）との関係を示したグラフである。
【００１２】
この図３において、Ａは、本例における無線カード用通信装置６から閉ループ導体１を実装しない場合の電磁界強度と距離との関係を示す。
Ｂは、本例における無線カード用通信装置６のように閉ループ導体１を実装し、かつ閉ループ導体１を接地しなかった場合の電磁界強度と距離との関係を示す。
Ｃは、本例における無線カード用通信装置６のように閉ループ導体１を実装し、かつ閉ループ導体を接地した場合の電磁界強度と距離との関係を示す。
Ｃ’はＣの条件で出力が強くなるように共振回路８を調整したものを示す。
また、Ｄは無線カード５が動作するために必要な電磁界強度を示す。Ｘ１はＡの場合の無線カード５の読み取り距離を示し、Ｘ２はＣ’の場合の無線カード５の読み取り距離を示す。
【００１３】
この図３に示すように、ＡとＣ’とにおいて電磁界強度を比較すると、近傍においてはＡに比べＣ’の方が強く、遠方においてはＡに比べＣ’の方が弱い。また、無線カード５が動作するために必要な電磁界強度Ｄを満足する距離が、Ａに比べてＣ’の方が長い。このことから、Ａに比べてＣ’の方がより広い範囲で無線カード５を動作させることが可能である。
なお、この図３において、閉ループ導体１がある時Ｃ‘と無い時Ａとでは、共振周波数が異なるので、それぞれの場合において共振回路８により、搬送波周波数付近で共振するように調節されているとする。
【００１４】
また、ＢとＣとを比較すると、近傍での電磁界強度において、ＢとＣとの間の差はさほどないが、遠方での電磁界強度において、ＣのほうがＢよりも弱い。このように、閉ループ導体１を接地することにより電磁界強度と距離との関係が変化する。
【００１５】
以上のように、本参考例における無線カード用通信装置６は、アンテナコイル２周辺に配した閉ループ導体１の効果により、磁界密度の分布を変化させることができるため、近傍の磁界強度を弱めること無く遠方の電磁界強度を弱めることが可能になる。この遠方の磁界強度を弱めることで、他の機器への影響を抑えることができる。一方、近傍の磁界強度を強くすることで、無線カード５と通信装置６とがより離れた距離でもデータや電力を授受できるので、無線カード５を通信装置６に近づけて動作させる手間が解消され、この無線カード５や通信装置６を利用するシステムの利便性を向上するものである。
図７は、アンテナコイル２の内径よりも閉ループ状導体１が小さく、かつアンテナ基板３と閉ループ状導体１とが重なった配置の参考例である。
【００１６】
図４乃至図６は、本発明の一実施形態による閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板の配置の例を示す。
図４は、閉ループ導体１の中心とアンテナコイル２の中心とが一致せず、かつアンテナ基板３と閉ループ状導体１とが重なった配置を示す。
図５は、閉ループ導体１が矩形でアンテナコイル２が円形でアンテナコイル２の中心が閉ループ状導体１の角付近にあり、アンテナコイル２の一部分が閉ループ状導体１の外側に出て、かつアンテナ基板３と閉ループ状導体１とが重なった配置を示す。
図６は、閉ループ状体１およびアンテナコイル２が共に矩形で、閉ループ導体１の一部分とアンテナコイル２の一部分が重なった配置を示す。
なお、上述の図４乃至図６において、閉ループ導体１とアンテナ基板３との位置関係が逆転する場合もある。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の無線カード用通信装置は、閉ループ導体が、少なくとも前記アンテナコイルの中心を囲み且つ該アンテナコイルの中心とを偏芯させた位置に配置されていると共に、電気的に接地されていることにより、磁界密度の分布を変化させて、近傍の磁界強度が強くかつ遠方の電磁界強度が弱い磁界強度特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となる無線カード用通信装置を示した構成図である。
【図２】（Ａ）は閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板の平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】アンテナコイルからの放射電磁界強度（縦軸）の実測値と、アンテナコイルからの距離（横軸）との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態を示し、（Ａ）は閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板例を示した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、（Ａ）は閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板の変形例を示した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示し、（Ａ）は閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板の変形例を示した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】（Ａ）は閉ループ導体、アンテナコイル、アンテナ基板の変形例を示した平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】従来の無線カード用通信装置の一実施形態を示した構成図である。
【符号の説明】
１：閉ループ導体、２：アンテナコイル、３：アンテナ基板、４：送受信回路、５：無線カード、６：通信装置、７：上位装置、８：共振回路、Ａ：閉ループ導体１を有しない場合の電磁界強度、Ｂ：閉ループ導体１（非接地）を有する場合の電磁界強度、Ｃ：閉ループ導体１（接地）を有する場合の電磁界強度、Ｃ’：閉ループ導体１（接地）を有する場合で出力が強くなるように調整したの電磁界強度、Ｄ：無線カード５が動作するのに必要な電磁界強度、Ｘ１：Ａの場合の無線カード５の読み取り距離、Ｘ２：Ｃ’の場合の無線カード５の読み取り距離。

Claims

アンテナ基板上に搭載され通信装置との間で磁界を介してデータ交信を行う無線カードに磁界を放射しかつ前記無線カードからのデータを受信するアンテナコイルと、前記アンテナコイルに電力を供給しかつ前記アンテナコイルに誘起した電圧を検出する送受信回路と、前記アンテナコイル面に対して異なる平行面に配置された閉ループ導体と、を有する無線カード用通信装置において、
前記閉ループ導体は、少なくとも前記アンテナコイルの中心を囲み、且つ中心が該アンテナコイルの中心に対して偏芯させアンテナコイルとアンテナ基板上で重なった位置に配置されていると共に、電気的に接地されていることを特徴とする無線カード用通信装置。