JP4186149B2 - Auxiliary 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、非接触形のＩＣカードに好適に使用することができるＩＣカード用の補助アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触形のＩＣカードには、アンテナ搭載形の通信用のＩＣモジュールを組み込むことがある。
【０００３】
アンテナ搭載形のＩＣモジュールは、使用周波数に適合する２次元のコイル状のアンテナが通信用ＩＣチップ上に一体に搭載されている。そこで、ＩＣモジュールのアンテナは、外部からの到来電波を受信してＩＣチップに作動用の電力を供給したり、外部機器との間において情報伝達用の電波を送受信したりすることができる。
【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、ＩＣモジュールのアンテナは、ＩＣチップに搭載するために極めて小形に形成されているので、十分な送受信感度を得ることができず、ＩＣカードによる情報伝達距離を十分大きくすることができない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、使用周波数に共振する主コイルをＩＣカード本体に設けることによって、送受信感度を高め、情報伝達距離の拡大を図ることができるＩＣカード用の補助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カード本体上に設ける多重の螺旋状の主コイルと、ギャップを伴う１ターンに形成し、主コイルに電磁結合させる副コイルとを備えてなり、主コイルは、副コイルとともに使用周波数に共振させ、副コイルの開口面は、主コイルの開口面内に含まれるとともに、アンテナ搭載形の通信用のＩＣモジュールを副コイルの開口面に設置することをその要旨とする。
【０００７】
なお、主コイル、副コイルは、電気的に絶縁することができる。
【０００８】
また、主コイルは、平行パターンによる共振用のコンデンサを備えることができ、副コイルのギャップは、主コイルのコンデンサとともに共振用のコンデンサを形成することができる。
【０００９】
なお、副コイルは、導電性のシート材により形成してもよい。
【００１０】
さらに、副コイルは、主コイルに積層して配置することができる。
【００１１】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、主コイルは、アンテナ搭載形の通信用のＩＣモジュールを開口面に設置することにより、外部からの到来電波に共振してＩＣモジュールのアンテナに大きな起電力を発生させるとともに、ＩＣモジュールからの電波を外部に効率よく発信させ、ＩＣモジュールのアンテナの送受信感度を高くしてＩＣカードによる情報伝達距離を大きくすることができる。主コイルは、ＩＣチップ上のＩＣモジュールのアンテナに比して、格段に大きな開口面積を有するからである。
【００１２】
多重の螺旋状に形成する主コイルは、インダクタンスを大きくし、必要な共振用のコンデンサの容量を小さくすることができる。
【００１３】
主コイルは、平行パターンによって共振用のコンデンサを精度よく形成することができ、外付けのコンデンサを省略することができる。
【００１４】
Ｑが高い副コイルを主コイルに電磁結合させることにより、副コイルは、主コイルの導体径を実質的に大きくし、主コイルの見掛けのＱを向上させて全体としての共振特性を鋭くし、使用周波数における送受信感度を一層高めることができる。なお、副コイルは、主コイルに対してできるだけ密に電磁結合させるものとし、主コイルの開口面内に副コイルの開口面が含まれるように配置することが好ましい。また、副コイルの開口面は、通信用のＩＣモジュールを設置し得る必要最少面積に形成することが好ましい。
【００１５】
副コイルは、ギャップを伴う１ターンに形成することにより、最大のＱを容易に実現することができる。なお、このときのギャップは、共振用のコンデンサの一部を形成する。また、副コイルは、銅やアルミニウム、銀等の導電性のシート材を所定形状に切断することにより、ギャップを伴う１ターンに容易に形成することができる。
【００１６】
主コイルに副コイルを積層すれば、主コイル、副コイルは、ＩＣカード本体上の占有面積を最小にすることができる。なお、副コイルは、主コイルの導体の全部または一部に対して積層し、このときの副コイルは、たとえば主コイルを形成する絶縁性の線材の絶縁膜や、主コイルと副コイルとの間に介装する絶縁フィルム等を介し、主コイルから電気的に絶縁するものとする。
【００１７】
【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。
【００１８】
ＩＣカード用の補助アンテナは、ＩＣカード本体１１上に主コイルＬを備えてなる（図１）。なお、ＩＣカード本体１１上には、主コイルＬに電磁結合する副コイルＤが配置されている。
【００１９】
ＩＣカード本体１１は、紙材や合成樹脂材等の絶縁材料によって薄いカード状に形成されている。主コイルＬは、絶縁性の線材によってＩＣカード本体１１上に多重の螺旋状に形成されている。なお、主コイルＬは、線材の両端部を主コイルＬの開口面Ｌ1 内に引き出して所定長さ、所定間隔の平行パターンを形成することにより、共振用のコンデンサＣをＩＣカード本体１１上に形成している。
【００２０】
副コイルＤは、導電性のシート材によって主コイルＬのパターン面積の約半分程度の大きさに形成されている。副コイルＤには、主コイルＬの開口面Ｌ1 より小さい開口面Ｄ1 が形成され、開口面Ｄ1 には、ギャップＤ2 が形成されており、副コイルＤは、ギャップＤ2 を伴う１ターンに形成されている。なお、副コイルＤは、開口面Ｄ1 が主コイルＬの開口面Ｌ1 内に位置するようにして、主コイルＬ上に積層して配置されている。また、主コイルＬ、副コイルＤは、主コイルＬの線材の絶縁膜を介して互いに絶縁されている。ただし、開口面Ｌ1 、Ｄ1 とは、それぞれ主コイルＬ、副コイルＤによって囲まれる内部領域をいうものとする。
【００２１】
副コイルＤの開口面Ｄ1 には、ベース材Ｂを介して通信用のＩＣモジュールＭが設置されている（図１、図２）。ＩＣモジュールＭは、通信用ＩＣチップＰ上に２次元のコイル状のアンテナＡが一体に搭載され、アンテナ搭載形に形成されている。なお、ＩＣモジュールＭは、ＩＣカード本体１１上において、副コイルＤの開口面Ｄ1 を介して主コイルＬの開口面Ｌ1 内に設置されている。また、通信用ＩＣチップＰは、共振用、インピーダンス整合用のコンデンサＣa 、Ｃb と、本体チップＩＣとを備えており（図３）、アンテナＡは、コンデンサＣa 、Ｃb を介して本体チップＩＣに接続されている。
【００２２】
主コイルＬ、副コイルＤは、互いに電磁結合されており、全体として使用周波数に共振する。ただし、このとき、副コイルＤのギャップＤ2 は、主コイルＬのコンデンサＣとともに、共振用のコンデンサを形成しており、副コイルＤは、高いＱとなっている。また、ＩＣモジュールＭ上のアンテナＡも、使用周波数に共振している。そこで、アンテナＡは、大きな開口面積を有する主コイルＬを介し、送受信感度が十分に高くなり、ＩＣモジュールＭの情報伝達距離を大きくすることができる。一方、主コイルＬは、使用周波数に共振するとき、副コイルＤが存在することによって見掛け上のＱが高くなり、全体として鋭い共振特性が得られ、高い送受信感度を得ることができる。
【００２３】
以上の説明において、主コイルＬは、絶縁性の線材を使用するに代えて、印刷やエッチング等の手法によりＩＣカード本体１１上に直接形成してもよく、ＩＣカード本体１１と別体の絶縁シート上に形成し、ＩＣカード本体１１上に貼着してもよい。また、ＩＣモジュールＭ用のベース材Ｂを省略し、副コイルＤの開口面Ｄ1 をさらに小さくすることができる。
【００２４】
【他の実施の形態】
主コイルＬに組み合わせる共振用のコンデンサＣは、平行パターンによって形成するが、その物理的な形態を任意に変更することができる（図４）。たとえば、図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ角状、円状に形成し、同図（Ｃ）は、櫛状に形成するものを図示している。なお、コンデンサＣは、主コイルＬの内部の開口面Ｌ1 に形成する他、主コイルＬの外部に形成してもよい。
【００２５】
また、副コイルＤは、その形状や配置を任意に変更することができる。たとえば、副コイルＤは、主コイルＬの全体に積層してもよく（図５（Ａ））、主コイルＬの開口面Ｌ1 内に設けてもよい（同図（Ｂ））。また、副コイルＤは、ＩＣカード本体１１の裏面側に付設し、ＩＣカード本体１１を介して主コイルＬに電磁結合させてもよい（同図（Ｃ））。なお、副コイルＤは、これを全部省略してもよく、このときのＩＣモジュールＭは、主コイルＬの開口面Ｌ1 内において、主コイルＬに十分近接させて設置するか、主コイルＬ上に設置するのがよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、使用周波数に共振する主コイルをＩＣカード本体上に設けることによって、主コイルは、通信用のＩＣモジュールのアンテナに大きな起電力を発生させ、ＩＣモジュールからの電波を外部に効率よく発信させることができるから、ＩＣモジュールのアンテナの送受信感度を高め、ＩＣカードによる情報伝達距離の拡大を図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】 全体構成分解斜視図
【図２】 図１のＸ矢視相当拡大側面図
【図３】 等価回路図
【図４】 他の実施の形態を示す要部模式説明図
【図５】 他の実施の形態を示す模式説明図
【符号の説明】
Ｍ…ＩＣモジュール
Ａ…アンテナ
Ｌ…主コイル
Ｄ…副コイル
Ｌ1 、Ｄ1 …開口面
Ｄ2 …ギャップ
Ｃ…コンデンサ
１１…ＩＣカード本体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an auxiliary antenna for an IC card that can be suitably used for a non-contact type IC card.
[0002]
[Prior art]
A non-contact IC card may incorporate an antenna-mounted communication IC module.
[0003]
In an antenna-mounted IC module, a two-dimensional coil-shaped antenna that conforms to a use frequency is integrally mounted on a communication IC chip. Therefore, the antenna of the IC module can receive incoming radio waves from outside and supply operating power to the IC chip, and can transmit and receive radio waves for information transmission with external devices.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to such a conventional technique, the antenna of the IC module is formed in a very small size for mounting on the IC chip, so that sufficient transmission / reception sensitivity cannot be obtained, and the information transmission distance by the IC card is sufficiently increased. There was a problem that I could not.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a main coil that resonates at a use frequency in an IC card body, thereby improving the transmission / reception sensitivity and increasing the information transmission distance. It is to provide an auxiliary antenna.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the structure of the present invention comprises a multiple helical main coil provided on the IC card body and a sub-coil formed in one turn with a gap and electromagnetically coupled to the main coil. The main coil resonates with the sub-coil at the operating frequency, the opening surface of the sub-coil is included in the opening surface of the main coil, and an antenna-mounted communication IC module is installed on the opening surface of the sub-coil. This is the gist.
[0007]
In addition, the main coil and the subcoil can be electrically insulated.
[0008]
Further, the main coil can be provided with a capacitor for resonance by a parallel pattern, and the gap of the sub coil can form a capacitor for resonance together with the capacitor of the main coil.
[0009]
The subcoil may be formed of a conductive sheet material.
[0010]
Furthermore, the subcoil can be disposed on the main coil.
[0011]
[Action]
According to the configuration of the invention, the main coil generates a large electromotive force in the antenna of the IC module by resonating with an incoming radio wave from the outside by installing an antenna-mounted communication IC module on the opening surface. At the same time, it is possible to efficiently transmit radio waves from the IC module to the outside, increase the transmission / reception sensitivity of the antenna of the IC module, and increase the information transmission distance by the IC card. This is because the main coil has a much larger opening area than the antenna of the IC module on the IC chip.
[0012]
The main coil formed in multiple spirals can increase the inductance and reduce the required capacitance of the resonance capacitor.
[0013]
The main coil can accurately form a resonance capacitor by a parallel pattern, and an external capacitor can be omitted.
[0014]
By electromagnetically coupling the secondary coil having a high Q to the main coil, the secondary coil substantially increases the conductor diameter of the main coil, improves the apparent Q of the main coil, and sharpens the resonance characteristics as a whole, Transmission / reception sensitivity at the operating frequency can be further increased. The subcoil is preferably electromagnetically coupled to the main coil as closely as possible, and is preferably arranged so that the opening surface of the subcoil is included in the opening surface of the main coil. Moreover, it is preferable to form the opening surface of a subcoil in the required minimum area where the IC module for communication can be installed.
[0015]
By forming the secondary coil in one turn with a gap, the maximum Q can be easily realized. The gap at this time forms a part of the resonance capacitor. Further, the secondary coil can be easily formed in one turn with a gap by cutting a conductive sheet material such as copper, aluminum, or silver into a predetermined shape.
[0016]
If the subcoil is laminated on the main coil, the main coil and subcoil can minimize the occupied area on the IC card body. The subcoil is laminated on all or part of the conductor of the main coil. The subcoil at this time is, for example, an insulating film of an insulating wire material forming the main coil, or between the main coil and the subcoil. It shall be electrically insulated from the main coil through an insulating film or the like interposed therebetween.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
The auxiliary antenna for the IC card includes a main coil L on the IC card main body 11 (FIG. 1). On the IC card main body 11, a sub coil D that is electromagnetically coupled to the main coil L is disposed.
[0019]
The IC card main body 11 is formed in a thin card shape by an insulating material such as a paper material or a synthetic resin material. The main coil L is formed in multiple spirals on the IC card body 11 by an insulating wire. The main coil L draws both ends of the wire into the opening L1 of the main coil L to form a parallel pattern having a predetermined length and a predetermined interval, whereby the resonance capacitor C is placed on the IC card main body 11. Forming.
[0020]
The subcoil D is formed in a size of about half of the pattern area of the main coil L by a conductive sheet material. The sub-coil D has an opening surface D1 smaller than the opening surface L1 of the main coil L. The opening surface D1 has a gap D2, and the sub-coil D is formed in one turn with the gap D2. ing. The subcoil D is laminated on the main coil L so that the opening surface D1 is positioned within the opening surface L1 of the main coil L. Further, the main coil L and the subcoil D are insulated from each other via an insulating film of a wire material of the main coil L. However, the opening surfaces L1 and D1 refer to internal regions surrounded by the main coil L and the subcoil D, respectively.
[0021]
An IC module M for communication is installed on the opening surface D1 of the secondary coil D via the base material B (FIGS. 1 and 2). In the IC module M, a two-dimensional coiled antenna A is integrally mounted on a communication IC chip P, and is formed into an antenna mounting type. The IC module M is installed on the IC card main body 11 in the opening surface L1 of the main coil L via the opening surface D1 of the subcoil D. The communication IC chip P includes capacitors Ca and Cb for resonance and impedance matching, and a main body chip IC (FIG. 3). The antenna A is connected to the main body chip IC via the capacitors Ca and Cb. It is connected.
[0022]
The main coil L and the subcoil D are electromagnetically coupled to each other and resonate with the operating frequency as a whole. However, at this time, the gap D2 of the subcoil D forms a resonance capacitor together with the capacitor C of the main coil L, and the subcoil D has a high Q. Further, the antenna A on the IC module M also resonates at the used frequency. Therefore, the antenna A has sufficiently high transmission / reception sensitivity through the main coil L having a large opening area, and the information transmission distance of the IC module M can be increased. On the other hand, when the main coil L resonates at the operating frequency, the apparent Q becomes high due to the presence of the sub-coil D, and as a whole, sharp resonance characteristics are obtained, and high transmission / reception sensitivity can be obtained.
[0023]
In the above description, the main coil L may be directly formed on the IC card main body 11 by a technique such as printing or etching instead of using an insulating wire, and the main coil L is insulated separately from the IC card main body 11. It may be formed on a sheet and stuck on the IC card main body 11. Further, the base material B for the IC module M can be omitted, and the opening surface D1 of the auxiliary coil D can be further reduced.
[0024]
[Other embodiments]
The resonance capacitor C combined with the main coil L is formed by a parallel pattern, but its physical form can be arbitrarily changed (FIG. 4). For example, FIGS. 4A and 4B are formed in a square shape and a circular shape, respectively, and FIG. 4C shows a shape formed in a comb shape. The capacitor C may be formed outside the main coil L in addition to being formed on the opening surface L1 inside the main coil L.
[0025]
Moreover, the subcoil D can change the shape and arrangement | positioning arbitrarily. For example, the subcoil D may be laminated on the entire main coil L (FIG. 5A), or may be provided in the opening surface L1 of the main coil L (FIG. 5B). Further, the secondary coil D may be attached to the back side of the IC card main body 11 and electromagnetically coupled to the main coil L via the IC card main body 11 ((C) in the figure). The sub-coil D may be omitted altogether, and the IC module M at this time may be installed in the opening L1 of the main coil L sufficiently close to the main coil L or on the main coil L. It is good to install in.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the main coil that resonates at the operating frequency on the IC card body, the main coil generates a large electromotive force in the antenna of the communication IC module, and the IC module Therefore, it is possible to increase the transmission / reception sensitivity of the antenna of the IC module and to increase the information transmission distance by the IC card.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of the overall configuration. FIG. 2 is an enlarged side view corresponding to the arrow X in FIG. 1. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram. Schematic explanatory diagram showing another embodiment [Explanation of symbols]
M ... IC module A ... Antenna L ... Main coil D ... Subcoil L1, D1 ... Opening surface D2 ... Gap C ... Capacitor 11 ... IC card body

Claims (6)

ＩＣカード本体上に設ける多重の螺旋状の主コイルと、ギャップを伴う１ターンに形成し、前記主コイルに電磁結合させる副コイルとを備えてなり、前記主コイルは、前記副コイルとともに使用周波数に共振させ、前記副コイルの開口面は、前記主コイルの開口面内に含まれるとともに、アンテナ搭載形の通信用のＩＣモジュールを前記副コイルの開口面に設置することを特徴とするＩＣカード用の補助アンテナ。 And multiple spiral primary coil Ru provided on the I C card body is formed in one turn with a gap, it comprises a secondary coil for electromagnetically coupling to the main coil, the main coil, together with the auxiliary coil The sub-coil opening surface is included in the opening surface of the main coil, and an antenna-mounted communication IC module is installed on the opening surface of the sub-coil. Auxiliary antenna for IC card. 前記主コイル、副コイルは、電気的に絶縁することを特徴とする請求項１記載のＩＣカード用の補助アンテナ。2. The auxiliary antenna for an IC card according to claim 1 , wherein the main coil and the sub coil are electrically insulated . 前記主コイルは、平行パターンによる共振用のコンデンサを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣカード用の補助アンテナ。3. The auxiliary antenna for an IC card according to claim 1 , wherein the main coil includes a capacitor for resonance with a parallel pattern. 前記副コイルのギャップは、前記主コイルのコンデンサとともに共振用のコンデンサを形成することを特徴とする請求項３記載のＩＣカード用の補助アンテナ。4. The auxiliary antenna for an IC card according to claim 3 , wherein the gap of the sub coil forms a resonance capacitor together with the capacitor of the main coil . 前記副コイルは、導電性のシート材により形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載のＩＣカード用の補助アンテナ。The secondary coil is electrically conductive auxiliary antenna of claims 1 to an IC card according to any one of claims 4 and forming a sheet material. 前記副コイルは、前記主コイルに積層して配置することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載のＩＣカード用の補助アンテナ。The auxiliary coil, the auxiliary antenna for IC card according to any one of claims 1 to 5, characterized in that arranged stacked in the main coil.
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