JP4071672B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、無線カードとの間で無線による通信を行うアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のアンテナ装置には、所定間隔を存して複数回ループ状に巻かれる送受信用のループアンテナを備えてなるものが知られている。
このアンテナ装置においては、磁界強度を増大させることにより、無線通信装置と無線カードとの間の通信可能距離を増大させることができる。磁界強度を増大させるには、送受信用ループアンテナをその間隔を密にして複数巻きにしたり、或いは、送受信用ループアンテナに送る電力(電流)を上昇させる等の方法が試みられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−148606号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、送受信用ループアンテナの巻数を単に増やすだけでは、送受信用ループアンテナのインダクタ成分が増えてしまい、結果的に磁界強度を大きくすることができなかった。
【0005】
また、ループアンテナに送る電力(電流)を上昇させた場合には、消費電力が大となり、不経済的なものになる。
【0006】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、ループアンテナの巻き数を増やしてもそのインダクタ成分を増やすことなく、また、消費電力を大とすることなく、磁界強度を大きくできるようにしたアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、所定間隔を存して複数回ループ状に巻かれる無線通信用のループアンテナを備え、前記ループアンテナは、基板の表面側に形成される1巻目のループ部と2巻目のループ部を有し、前記1巻目のループ部と2巻目のループ部との間に間隔を密にする部分と疎にする部分を形成し、前記2巻目のループ部は、その半周が前記1巻目のループ部の内側に沿い、残りの半周が前記1巻目のループ部の外側に沿うように巻かれる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態である無線通信装置1を示すもので、この無線通信装置1は制御部2とアンテナ部3とによって構成されている。
【0009】
制御部2はCPU回路4とメモリ回路5とRF(無線)回路6とによって構成されている。アンテナ部3は、送受信用ループアンテナ(以後、ループアンテナという)8を有してなる。
【0010】
制御部2にて処理されたデータはループアンテナ8を介して無線カード10との間で無線による送受信を行い、所定のデータ情報処理を行い、この処理結果を上位装置との間で送受する。
【0011】
図2は、ループアンテナ8の概略的構成を示すものである。
ループアンテナ8は、印刷配線基板21上に印刷された2回巻きのループ状の印刷配線22を有している。
【0012】
印刷基板21上には、スルーホール25、26が設けられている。これらのスルーホール25、26は、印刷基板21の表面と裏面とを貫通している。印刷基板21の表面においてスルーホール25とスルーホール26との間には、少なくとも1つの印刷配線22が配置できるような間隔が設けられている。
【0013】
印刷配線22は、印刷基板21の外周に沿って1巻き目のループ22aが配置される。この1巻き目の印刷配線22aは、上記スルーホール25と26との間を通るように配置される。
【0014】
印刷基板21上の2巻き目のループとなる印刷配線22bは、1巻き目のループ22aの内側に沿ってスルーホール25まで配置される。スルーホール25において、印刷配線22bは印刷基板21の表面から裏面に移行する。スルーホール25で印刷基板21の裏面に至った印刷配線22bは、印刷基板21の裏面でスルーホール26に達する。
【0015】
スルーホール26において、印刷配線22bは印刷基板21の裏面から表面に移行する。ここで、スルーホール25は1巻き目のループ22aの内側となっており、スルーホール26は1巻き目のループ22aの外側になっている。このため、2巻き目の印刷配線22bは、スルーホール25まで1巻き目のループ22aの内側を通って、印刷基板21の裏面で交差(クロス)し、スルーホール26から1巻き目のループ22aの外側を通る。従って、スルーホール26で表面に至った印刷配線22bは、1巻き目のループ22aの外側を印刷基板21の外周に沿って2巻き目のループを形成する。
【0016】
これにより、ループの半周ごとに、外側(1巻き目)、内側(1巻き目)、内側(2巻き目)、外側(2巻き目)となる2巻きのループアンテナ8が印刷基板21上に印刷されている。
【0017】
このように構成されるループアンテナ8は1巻目のループ22aと2巻目のループ22bとの間の間隔を密(寸法d)にする部分と、疎(寸法c)にする部分を有している。
【0018】
図3は1巻きのループアンテナ11の概略的構成を示すものである。
ループアンテナ11は、印刷配線基板12上に印刷された1回巻きのループ状の印刷配線13を有している。
【0019】
次に、上記したループアンテナの巻き数による磁界強度の変化について説明する。
まず、ループアンテナ8、11に関する各パラメータを以下のように定義する。
ループアンテナ11のインダクタ成分 …L1
ループアンテナ部22aのインダクタ成分 …L2a
ループアンテナ部22bのインダクタ成分 …L2b
ループアンテナ部22a、22b間の結合度 …M
ループアンテナ11の磁界強度 …H1
ループアンテナ部22a、22bの磁界強度 …H2
ループアンテナ11、ループアンテナ部22a、22bに流れる電流…I
ループアンテナの巻数 …N
ループアンテナ22a、22bの間隔 …c
としたとき、
結合によるインダクタ成分Lは、
【数1】
結合度Mは、
【数2】
磁界強度Hは、
【数3】
となる。
【0020】
無線通信装置のアンテナ部のループアンテナを1巻とした場合、インダクタ成分L1、磁界強度H1は上記(3)式により
【数4】
となる。
【0021】
次に、アンテナ部のループアンテナを2巻とした場合、インダクタ成分L2は(1)式より、
L2=L2a+L2b+2M (5)式となる。
【0022】
また、ループアンテナ2a、2bは同一のものとすると(1)、(2)式より
L2a=L2b、M=L2a (6)式
となり、
L2=4L2a (7)式
となって、
2巻ループアンテナのインダクタ成分は、ループアンテナ2aのインダクタ成分の4倍となることがわかる。
【0023】
また、2巻ループアンテナの磁界強度H2は上記(3)式により
【数5】
となり、
1巻のループアンテナ1と2巻のループアンテナ2aが同等のものであれば、
L1=L2a (10)式
となるので、制御部から与える電流値、出力が同じであれば巻数が2倍になっても磁界強度は変化しないことになる。
【0024】
そこで、(7)式において2巻のループアンテナのインダクタ成分がL2aの4倍未満であれば、(8)式より巻数を2倍にすることで磁界強度が増すことがわかる。
【0025】
2巻のループアンテナのインダクタ成分をL2aの4倍未満にするには図2において、ループアンテナL2a、L2bの間隔cを調整し、疎間隔となるように配置することが必要となる。
【0026】
本発明では、実際に疎結合となるようにループアンテナを配置し、磁界強度が増すことを実験により証明した。
図4に実際に作成した1巻ループアンテナR1の寸法図を、図5に2巻ループアンテナR2の寸法図を示す。
【0027】
このアンテナのインダクタ成分、磁界強度を表1に示す。
【表1】
【0028】
表1の通り、インダクタは2.262/0.914=2.47倍となり、4倍未満であるので、磁界強度は6.77A/mから7.80A/mに増しており、本発明により効果があることがわかる。
【0029】
図6は第1の変形例である疎巻ループアンテナ31を示すものである。
この疎巻ループアンテナ31は四角型(長方形)に構成され、1巻目のアンテナ部31aと2巻目のアンテナ部31bとの間の隙間が全て一定の寸法eとなって疎間隔となっている。
【0030】
図7は第2の変形例である疎巻ループアンテナ35を示すものである。
この疎巻ループアンテナ35は楕円型に構成され、1巻目のアンテナ部35aと2巻目のアンテナ部35bとの間の隙間が短手方向で密(寸法f)、長手方向で疎(寸法g)となっている。
【0031】
なお、楕円型のループアンテナにおいて1巻目のアンテナ部と2巻目のアンテナ部との間の隙間が短手方向で疎、長手方向で密としても良い。
【0032】
図8は、第3の変形例である疎巻ループアンテナ40を示すものである。
この疎巻ループアンテナ40は、楕円型に構成され、1巻目のアンテナ部40aと2巻目のアンテナ部40bとの間の隙間が全て一定の寸法hとなっている。
【0033】
これら図4〜図6に示す疎巻ループアンテナにおいても上記した実施形態で説明したものと同様の作用効果を奏する。
【0034】
次に、ループアンテナに発生するサイドローブについて説明する。
図9は、2巻の疎ループアンテナ45を示し、図8はそのA方向からみたときの磁力線の断面を示す。
【0035】
2つのループアンテナ45a,45bには同方向に流れる電流によりA方向からの見た図10のようにループアンテナ45a,45bを中心に同じ方向に磁力線が発生する。2つのループアンテナ45a,45bは間隔があるため、2つのループアンテナ45a,45bの間にある磁力線46a,46bは打ち消し合い、結果的に図11に示すような磁力線47となる。
【0036】
図13は、2巻の密ループアンテナ50を示し、図14はそのB方向から見たときの磁力線の断面を示す。
2つのループアンテナ50a,50bには同方向に流れる電流によりB方向からの図14に示すようにループアンテナ50a,50bを中心に同じ方向に磁力線51a,51bが発生する。
【0037】
2つのループアンテナ50a,50bは間隔が狭いため、2つのループアンテナ50a,50bの外側の磁力線は互いの磁力線により増大し、結果的に図15に示すような磁力線52となる。
【0038】
図11及び図15より、ループアンテナ外側の磁力線は密ループアンテナの方が強くなっており、そのためサイドローブ(アンテナ外周の外側に発生する磁界領域)は図12に示す疎ループアンテナ45のサイドローブ60よりも、図16に示す密ループアンテナ50のサイドローブ61の方が範囲が広くなっている。
【0039】
無線システムにおいて、無線カードがサイドローブ領域に入ってしまうと意図しない通信を行ってしまい、正常な無線通信を妨げる原因となるため、サイドローブ領域は極力抑える必要がある。
【0040】
そこで、2巻のループアンテナの間隔を疎間隔とすることによりサイドローブを抑制し、意図しない不要な無線通信を減少させることを可能となる。
なお、本発明は上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【0041】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、複数巻きループアンテナの間隔を磁界強度が増大するように調整して巻くため、無線通信装置と無線カードとの通信可能距離を伸びすことができ、その結果、安定して通信できる領域を増すことができる。
【0042】
また、制御部からの出力を増大させることなく、磁界強度を上げることができるため、消費電力を増加させることもないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態である無線通信装置を概略的に示す構成図。
【図2】 同実施形態の2巻の疎アンテナ装置を示す平面図。
【図3】 1巻のアンテナ装置を示す平面図。
【図4】 図3の1巻のアンテナ装置を実際に作成して示す寸法図。
【図5】 図2の2巻のアンテナ装置を実際に作成して示す寸法図。
【図6】 同実施形態のアンテナ装置の第1の変形例を示す平面図。
【図7】 同実施形態のアンテナ装置の第2の変形例を示す平面図。
【図8】 同実施形態のアンテナ装置の第3の変形例を示す平面図。
【図9】 同実施形態の疎ループアンテナを示す平面図。
【図10】 図9の疎ループアンテナに発生する磁力線を示す図。
【図11】 図10の磁力線を示す等価図。
【図12】 図9の疎ループアンテナに発生するサイドローブを示す図。
【図13】 密ループアンテナを示す平面図。
【図14】 図13の密ループアンテナに発生する磁力線を示す図。
【図15】 図14の磁力線を示す等価図。
【図16】 図13の密ループアンテナに発生するサイドローブを示す図。
【符号の説明】
8,31,35,40,45…ループアンテナ、d,f…密間隔、c,e,g,h…疎間隔。
Claims (4)
- 所定間隔を存して複数回ループ状に巻かれる無線通信用のループアンテナを備え、
前記ループアンテナは、基板の表面側に形成される1巻目のループ部と2巻目のループ部を有し、前記1巻目のループ部と2巻目のループ部との間に間隔を密にする部分と疎にする部分を形成し、
前記2巻目のループ部は、その半周が前記1巻目のループ部の内側に沿い、残りの半周が前記1巻目のループ部の外側に沿うように巻かれることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記基板は一対のスルーホールを穿設し、
前記2巻目のループ部は、前記基板の一対のスルーホールを通過することにより前記1巻目のループ部の内側から外側に向かうことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 前記ループアンテナは四角形状をなすように巻かれたことを特徴とする請求項1または2記載のアンテナ装置。
- 前記ループアンテナは楕円形状をなすように巻かれたことを特徴とする請求項1または2記載のアンテナ装置。
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