JP4208254B2 - アンテナユニット,無線通信構造体及びアンテナ構造 - Google Patents
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Description
又、本発明は、導電性部材を有する被検出体及び前記被検出体に装着されたアンテナを備え、前記アンテナを介して信号を送信し得るように構成された無線通信構造体であって、前記アンテナを介して送信される信号の通信特性を一定に保持し得る無線通信構造体の提供を他の目的とする。
さらに、本発明は、導電性部材及び非導電性部材を有する被検出体に適用されるアンテナ構造であって、アンテナを介して送信される信号の通信特性を一定に保持し得るアンテナ構造の提供をさらに他の目的とする。
さらに、ダイポールアンテナの共振周波数と導電性平板部材の共振周波数とが異なるように構成されているため、2つの共振周波数が設けられることとなり、アンテナユニットとしての帯域を広げることができる。
斯かる構成を備えることにより、前記ダイポールアンテナの通信特性を悪化させることなく、前記アンテナユニット全体の回転軸回りの重量バランスをより向上させることができる。
さらに、前記ダイポールアンテナと導電性平板部材の環状部の内周縁との間の間隙が周方向に沿って略一定となるように、前記ダイポールアンテナを環状部の周方向に沿って円弧状に形成すれば、環状部の中心を回転軸として平面内で回転させたときのアンテナユニット全体の動バランスをより均等に保持することができる。
さらに、前記無線通信構造体においては、前記導電性平板部材は、該導電性平板部材と直交する方向に沿って視た際に、前記導電性部材が該導電性平板部材の前記中央開口内に位置せず、且つ、前記導電性部材の外周縁の少なくとも一部が非導電性部材を挟んだ状態で該導電性平板部材に跨るように、前記被検出体に装着されている。斯かる構成によれば、前記導電性平板部材及び前記導電性部材の間に介挿される基板,保護フィルム及び/又は接着層等の前記樹脂層が誘電体として作用することで、前記導電性平板部材及び前記導電性部材の間に静電容量が生じ、この静電容量の存在により、導電性平板部材と被検出体の導電性部材とは電気的に結合された状態とみなすことができる。
つまり、ダイポールアンテナを囲繞するように配置された導電性平板部材と直交する方向に沿って視た際に、該導電性平板部材の中央開口内には導電性部材がオーバーラップしない状態で、前記導電性平板部材と前記導電性部材とが誘電体を挟んだ状態でオーバーラップするように構成されており、従って、前記アンテナの通信特性が前記被検出体の導電性部材や他の導電性部材の有無等によって影響を受けることを有効に防止でき、前記無線通信構造体の通信特性を前記ダイポールアンテナ及び前記導電性平板部材の物性によって一義的に決定することができる。
さらに、ダイポールアンテナの共振周波数と導電性平板部材の共振周波数とが異なるように構成されているため、2つの共振周波数が設けられることとなり、無線通信構造体としての帯域を広げることができる。
したがって、前記ダイポールアンテナの通信特性が外部環境によって影響されることを防止しつつ、円盤状の被検出体を回転させた際の動バランスを無線通信構造体全体として均等に保持することができる。よって、円盤状の被検出体を高速回転させて記録されたデータの読み出し等を行う際に、回転ぶれが生じ難く、アンテナおよび導電性平板部材を取り付けることによる読み取り不良等の影響を抑制することができる。
このように配置された状態において、前記環状部と電気的に接続された前記平衡部が、前記回転軸を基準にして前記ダイポールアンテナとは略対称に配置されている。
したがって、前記ダイポールアンテナの通信特性が外部環境によって影響されることを防止しつつ、円盤状の被検出体を回転させた際の動バランスを無線通信構造体全体として均等に保持することができる。
斯かる構成においては、前記被検出体への前記導電性平板部材及び前記ダイポールアンテナの装着作業を効率良く行うことができる。
斯かる構成においては、前記導電性平板部材は、好ましくは、前記導電性部材の内周縁が前記回転軸を基準にした径方向位置に関し該導電性平板部材の内周縁及び外周縁の間に位置するように、前記被検出体に装着される。
図1は本実施の形態に係るアンテナユニットを備えた無線通信構造体の概略平面図である。
また、図2は図1におけるII−II線断面図である。
なお、前記第1面とは前記平板部材12が位置する平面に対して直交する方向に関し一方側を向く面を言い、下記第2面とは前記第1面とは反対側を向く面を言う。
詳しくは、前記被検出体2は、回転軸Xと略同軸上に配置された導電性部材であるアルミ蒸着層21であって、中央が開口とされた無端状のアルミ蒸着層21を有している。
前記アンテナユニット1は、前記導電性平板部材12の少なくとも一部が、前記回転軸Xに沿った平面視において、前記アルミ蒸着層21の内周縁21aに跨るように、前記被検出体2の第1面にベースフィルム11の第2面が装着されている。
即ち、前記アンテナユニット1は、前記アルミ蒸着層21が平面視において前記導電性平板部材21の中央開口とはオーバーラップしない状態で、該アルミ蒸着層21の少なくとも一部が平面視において前記導電性平板部材12とオーバーラップするように、前記被検出体2に装着されている。
前記アンテナ13には、所定の情報(被検出体2の情報、例えば、データフォルダ名、識別番号、記録日時等)が記録される。さらに、前記アンテナ13には、前記情報を送受信可能なICチップ131が取り付けられている。
なお、前記アンテナ13は、常に情報を送受信するように構成されることも可能であるし、若しくは、情報を要求する信号を受信する毎に前記情報を送受信するように構成されることも可能である。
前記円盤記録媒体は、例えば、ポリカーボネート樹脂層22aと、該樹脂層22aの一部にアルミ等を蒸着することで積層された導電性部材21と、前記導電性部材21を覆うように積層された保護用のポリカーボネート樹脂層22bとを備え、前記導電性部材21が樹脂層22a,22bによって挟み込まれている。
なお、円盤状の被検出体2は、一般的に、導電性部材21の第1面及び第2面のうちの一方がデータ読み取り面とされ、他方はレーベル23が形成(印刷またはシートを貼着)されたレーベル面とされる。
なお、前記ベースフィルム11と前記被検出体2とを接着剤により接着することも可能であるし、若しくは、前記ベースフィルム11自体を粘着性の接着剤層とし、該ベースフィルム11を被検出体2に直接接着することも可能である。
さらに、本実施の形態においては、前記導電性平板部材12は、平面視において、前記回転軸X回りの全周にわたって前記被検出体2の前記導電性部材21の内周縁21aに跨るように、被検出体2に装着されている。つまり、前記アンテナユニット1は、前記被検出体2における前記導電性部材21の内周縁21aが平面視(図1参照)において前記導電性平板部材12の内周縁12aと外周縁12bとの間に位置するように、前記被検出体2に装着されている。
さらに、前記アンテナユニット1においては、前記被検出体2における前記導電性部材21が平面視において前記導電性平板部材12の中央開口とはオーバーラップせず、且つ、前記導電性平板部材12が平面視において前記ベースフィルム11及び樹脂層22を挟んだ状態で前記導電性部材21の内周縁21aに跨るように配置されている。従って、平面視でオーバーラップした部分(被検出体2の導電性部材21の内周縁21aと導電性平板部材12の外周縁12bとで囲まれる領域)が前記絶縁性ベースフィルム11および被検出体2の前記樹脂部材22を誘電体とするコンデンサとして機能する。
このように、平面上に形成された前記アンテナ13を無端状の前記導電性平板部材12によって囲繞すると共に、前記被検出体2の前記導電性部材21が平面視において前記導電性平板部材12の中央開口内に位置しない状態で、前記導電性平板部材12と前記導電性部材21とを誘電体を挟んだ状態で平面視においてオーバーラップさせることにより、前記アンテナ13の通信特性が前記被検出体2における前記導電性部材21によって影響されることを有効に防止でき、該アンテナ13の通信特性を一義的に決定することができる。
ただし、前記導電性平板部材12が、平面視において前記導電性部材21におけるデータ記録領域に到達すると、前記被検出体2の記録媒体としての機能を損なうおそれがある。従って、被検出体2の導電性部材21におけるデータ領域の内周縁21bより内側に導電性平板部材12の外周縁12bが位置することが好ましい。
静電容量は前記導電性平板部材12と前記導電性部材21との距離に反比例するため、前記距離(すなわち、ベースフィルム11および被検出体2の樹脂部材22によって形成される誘電体の厚み)は可及的に小さくするのが好ましい。
前記導電性平板部材12は、平面視において、前記被検出体2の回転軸Xと略同軸に配置される環状部121と、前記被検出体2の中心(重心)Xを基準にして前記ダイポールアンテナ13と略対称に配置される平衡部122とを有し、前記環状部121および前記平衡部122は接続部123を介して電気的に接続されている。なお、前記環状部121、前記平衡部122および前記接続部123は、上述の通り、アルミ等の導電性の膜をエッチングすることにより形成される。
また、前記平衡部122は前記接続部123を介して前記環状部121に電気的に結合されている。従って、前記平衡部122が前記アンテナ13の通信特性に影響を与えることを防止できる。
なお、本実施の形態においては、前記平衡部122の両端部および中央部が前記接続部123を介して前記環状部121に電気的に接続されているが、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
即ち、図3(a)に示す前記アンテナユニット3においては、前記アンテナ13は、前記アンテナ13の外周縁13bと前記導電性平板部材12における幅狭部124の内周縁124aとの間に前記Sを存する状態で該幅狭部124によってよって画されるスペース内に配置されている。
斯かる構成を備えることにより、円盤状の前記被検出体2を回転させた際の動バランスを前記アンテナユニット3全体として均等に保持することができる。従って、円盤状の前記被検出体2を高速回転させて記録されたデータの読み出し等を行う際に、回転ぶれが生じ難く、アンテナユニット3を取り付けることによる読み取り不良等の影響を抑制することができる。
斯かる構成を備えることにより、前記アンテナ13の通信特性を悪化させることなく、前記アンテナユニット3全体の回転軸回りの重量バランスをより向上させることができる。
又、好ましくは、前記導電性平板部材12における前記幅広部125の内周縁125aは前記アンテナ13の内周縁13aと同一径とされる。
斯かる構成を備えることにより、前記アンテナユニット3全体の回転軸回りの重量バランスをより向上させることができる。
斯かるアンテナユニット4においても、円盤状の被検出体2を回転させた際の動バランスをアンテナユニット4全体として均等に保持することができる。従って、円盤状の被検出体2を高速回転させて記録されたデータの読み出し等を行う際に、回転ぶれが生じ難く、アンテナユニット4を取り付けることによる読み取り不良等の影響を抑制することができる。
詳しくは、図4に示す形態においては、前記導電性平板部材12は、前記被検出体2の回転軸Xと略同軸上に配置された環状部121を有している。前記環状部121は、平面視において誘電体を挟んだ状態で導電性部材21の内周縁21aに跨るように配置されている。
そして、前記アンテナ13’は、前記環状部121の中央開口内において該環状部121と同軸上に配置された環状のループアンテナとされている。
斯かるアンテナユニット5においても、円盤状の前記被検出体2を回転させた際の動バランスを前記アンテナユニット5全体として均等に保持することができる。従って、円盤状の前記被検出体2を高速回転させて記録されたデータの読み出し等を行う際に、回転ぶれが生じ難く、アンテナユニット5を取り付けることによる読み取り不良等の影響を抑制することができる。
即ち、図5に示すアンテナユニット6においては、前記導電性平板部材12は、前記導電性部材21の内周縁21aより被検出体2の回転軸Xを基準にして径方向内方に位置する外周縁121bを有する環状部121と、前記回転軸Xを基準にしてダイポール型のアンテナ13と略対称配置されるように前記環状部121から前記接続部123を介して径方向内方へ延びる前記平衡部122と、平面視において誘電体を挟んだ状態で前記導電性部材21の内周縁21aを跨ぐように前記環状部121から径方向外方へ延びる耳部126とを有している。
即ち、前記一対の耳部126は、前記アンテナ13の周方向端部13cと前記平衡部122の周方向端部122cとの間において両者の周方向間隔と略同一長さに亘って延びている。
斯かる形態においても、円盤状の前記被検出体2を回転させた際の動バランスを前記アンテナユニット6全体として均等に保持することができる。従って、円盤状の前記被検出体2を高速回転させて記録されたデータの読み出し等を行う際に、回転ぶれが生じ難く、前記アンテナユニット6を取り付けることによる読み取り不良等の影響を抑制することができる。
詳しくは、前記アンテナユニット7は、中央が開口された無端状の導電性平板部材12’と、前記導電性平板部材12’の内周縁12’aとの間に間隙を有しつつ当該導電性平板部材12’の開口内に配置されたアンテナ13’’とを具備しており、該アンテナユニット7は、前記導電性平板部材12’の少なくとも一部が、平面視において、誘電体を挟んだ状態で前記導電性部材21の外周縁21cに跨るように、前記被検出体2’に装着されている。
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
前記環状の導電性平板部材12は、該導電性平板部材12と直交する方向に沿って視た際に、前記導電性部材21が前記中央開口内に位置しない状態で、少なくとも一部が該導電性部材21とオーバーラップするように配置されている。
ここで、本発明に係る無線通信構造体の実施例を示す。
本実施例においては、図1に示す前記アンテナユニット1をアルミ蒸着層である前記導電性部材21を有する円盤状の前記被検出体2に装着した無線通信構造体と、前記アンテナユニット1を導電性部材21を有しない円盤状の被検出体に装着した無線通信構造体とに対して、前記アンテナ13による通信特性(周波数に対するレジスタンス、リアクタンス特性)を計算機上で解析した。
前記アンテナユニット1および前記被検出体2における前記導電性部材21はアルミであり、前記アンテナユニット1と前記導電性部材21との間にはポリカーボネート樹脂層(比誘電率29、上記実施形態の樹脂部材22に相当)が介挿されているものとした。各寸法は、図8に示す通りである。
なお、本実施例で用いた前記無線通信構造体の前記被検出体2において、前記導電性部材21におけるアンテナユニット1の装着面側とは反対側の面上には樹脂層が形成されていない。これは、前記アンテナユニット1が装着される側の面とは反対側に位置する樹脂層(図2における符号22a)は該アンテナユニット1の通信特性に影響を与えないことを考慮して、解析の簡略化を図ったものである。
前記導電性部材21を有さない無線通信構造体は、前記導電性部材21を取り除いた他は、図8の構成と同一とした。
図9(a)に示すように、レジスタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約2.40GHzとなり、前記導電性部材21を有する無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約2.45GHzとなった。従って、両者のシフト量は0.05GHz(本実施例においては、0.05GHzごとに測定している。以下同様)となった。
また、図9(b)に示すように、リアクタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体のピークの(共振)周波数は約2.35GHzとなり、前記導電性部材21を有する無線通信構造体のピークの(共振)周波数は約2.40GHzとなった。従って、両者のシフト量は0.05GHzとなった。
比較例として、前記アンテナ13を有し且つ前記導電性平板部材12を有さない構成の無線通信構造体について、前記実施例と同様の解析を行った。
まず、前記アンテナ13がダイポールアンテナである無線通信構造体(図8において前記導電性平板部材12を取り除いた構成)について解析を行った。
図10に比較例における解析結果を示す。図10(a)は周波数−レジスタンス成分特性を示し、図10(b)は周波数−リアクタンス成分特性を示している。
図10(a)に示すように、レジスタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約2.35GHzとなり、前記導電性部材21を有する無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約1.90GHzとなった。従って、両者のシフト量は0.45GHzとなった。
また、図10(b)に示すように、リアクタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約2.25GHzとなり、前記導電性部材21を有する無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は約1.85GHzとなった。従って、両者のシフト量は0.40GHzとなった。
図11にこの比較例の解析結果を示す。図11(a)は周波数−レジスタンス成分特性を示し、図11(b)は周波数−リアクタンス成分特性を示している。
図11(a)に示すように、レジスタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は測定範囲内にはほとんど現れず、前記導電性部材21を有する無線通信構造体においては約2.75GHzの周波数に明らかなピークが現れた。
また、図11(b)に示すように、リアクタンス成分に関しては、前記導電性部材21を有さない無線通信構造体においてはピークの(共振)周波数は測定範囲内にはほとんど現れず、前記導電性部材21を有する無線通信構造体においては約2.70GHzの周波数に明らかなピークが現れた。
一方、実施例においては、前記導電性部材21の有無に関わらず、共振周波数を示す周波数ピークのシフト量の変化が微小であることが確認された。即ち、実施例の構成においては、前記導電性部材21の有無によって前記アンテナの通信特性がほとんど変化しないことが確認された。従って、平面上に形成されたアンテナ13を導電性平板部材12によって囲繞し、且つ、平面視において被検出体2の導電性部材21が前記導電性平板部材12の中央開口とはオーバーラップしない状態で前記導電性部材21が平面視において前記導電性平板部材12と誘電体を挟んだ状態でオーバーラップするように構成することにより、前記アンテナ13の通信特性を前記被検出体2における前記導電性部材21の有無や他の外部導電性部材によって影響させることなく一義的に決定することができることが示された。
2,2’ 被検出体
11 ベースフィルム(誘電体)
12 導電性平板部材
12a 導電性平板部材の内周縁
12b 導電性平板部材の外周縁
13,13’,13’’ アンテナ
21 被検出体の導電性部材
21a 被検出体の導電性部材の内周縁
21c 被検出体の導電性部材の外周縁
22 樹脂層(誘電体)
23 被検出体の中心
121 環状部
122 平衡部
124 幅狭部
125 幅広部
Claims (13)
- 導電性部材が樹脂層によって挟み込まれてなる被検出体に装着可能なアンテナユニットであって、
第1面及び前記第1面とは反対側を向く第2面を有し、前記第2面が前記被検出体の前記樹脂層に装着される非導電性のベースフィルムと、
前記ベースフィルムの前記第1面に装着され、中央が開口された無端状の導電性平板部材と、
前記導電性平板部材の内周縁との間に間隙を有することにより前記導電性平板部材に対して絶縁された状態で該導電性平板部材の開口内に位置するように前記ベースフィルムの前記第1面に装着されたダイポールアンテナと、
前記ダイポールアンテナ上に設置されたICチップとを備え、
前記導電性平板部材と直交する平面視において前記被検出体の前記導電性部材が前記導電性平板部材の前記中央開口内に位置しない状態で前記導電性平板部材とはオーバーラップするように、前記被検出体に装着可能とされており、
前記ダイポールアンテナ及び前記導電性平板部材は共振周波数が互いに異なっていることを特徴とするアンテナユニット。 - 前記導電性平板部材は、平面視円形状の環状部と、前記環状部の中心を基準とした周方向に関し前記ダイポールアンテナが位置する領域以外の領域において前記環状部から径方向内方へ伸びる幅広部とを有し、
前記幅広部の周方向終端部と該周方向終端部と対向する前記ダイポールアンテナの周方向終端部とは、前記間隙と同一の間隙を有し、
前記幅広部の内周縁は、前記ダイポールアンテナの内周縁と同一径とされていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナユニット。 - 前記導電性平板部材は、前記被検出体の前記導電性部材の内周縁より前記被検出体の回転軸を基準にして径方向内方に位置する外周縁を有する環状部と、前記回転軸を基準にして前記ダイポールアンテナと略対称配置されるように前記環状部から接続部を介して径方向内方へ延びる平衡部と、平面視において前記被検出体の前記樹脂層を挟んだ状態で前記導電性部材の内周縁を跨ぐように前記環状部から径方向外方へ延びる耳部とを有していることを特徴とする請求項1に記載のアンテナユニット。
- 前記導電性平板部材は、平面視円形状の環状部と、前記環状部の中心を基準にして前記ダイポールアンテナと略対称に配置された平衡部とを有し、
前記環状部および前記平衡部は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナユニット。 - 前記ダイポールアンテナは、前記環状部の内周縁との間の前記間隙が周方向に沿って略一定であることを特徴とする請求項4に記載のアンテナユニット。
- 回転軸回りに回転される円盤状の被検出体であって、前記回転軸と同軸上に配置され且つ中央が開口された無端状の導電性部材を有する被検出体と、
前記導電性部材との間に樹脂層を介して前記被検出体に装着された導電性平板部材であって、中央が開口された無端状の導電性平板部材と、
前記導電性平板部材の内周縁との間に間隙を有することにより前記導電性平板部材に対して絶縁された状態で当該導電性平板部材の開口内に位置するように前記被検出体に装着されたダイポールアンテナと、
前記ダイポールアンテナ上に設置されたICチップとを具備し、
前記導電性平板部材と直交する平面視において前記被検出体の前記導電性部材が前記導電性平板部材の前記中央開口内に位置しない状態で前記導電性平板部材とはオーバーラップするように配置されており、
前記ダイポールアンテナ及び前記導電性平板部材は共振周波数が互いに異なっていることを特徴とする無線通信構造体。 - 前記導電性平板部材は、前記回転軸と同軸上に配置された環状部と、前記回転軸を基準とした周方向に関し前記ダイポールアンテナが位置する領域以外の領域において前記環状部から径方向内方へ延びる幅広部とを有し、
前記幅広部の周方向終端部と該周方向終端部と対向する前記ダイポールアンテナの周方向終端部とは、前記間隙と同一の間隙を有し、
前記幅広部の内周縁は、前記ダイポールアンテナの内周縁と同一径とされていることを特徴とする請求項6に記載の無線通信構造体。 - 前記導電性平板部材は、前記回転軸と同軸上に配置された環状部と、前記回転軸を基準にして前記ダイポールアンテナと略対称に配置される平衡部とを有し、
前記環状部および前記平衡部は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の無線通信構造体。 - 前記導電性平板部材は、前記回転軸に沿って視た際に、前記導電性部材の内周縁の全周にわたって跨るように前記被検出体に装着されることを特徴とする請求項6から8の何れかに記載の無線通信構造体。
- 回転軸回りに回転される円盤状の被検出体であって、前記回転軸と同軸上に配置され且つ中央が開口された無端状の導電性部材の少なくとも一方側の第1面を覆う樹脂層を有する被検出体に適用されるアンテナ構造であって、
前記被検出体の前記樹脂層に装着され、中央が開口された無端状の導電性平板部材と、
前記導電性平板部材の内周縁との間に間隙を存することにより前記導電性平板部材に対して絶縁された状態で該導電性平板部材の中央開口内に位置するように、前記非導電性部材の前記第1面に装着されたダイポールアンテナと、
前記ダイポールアンテナ上に設置されたICチップとを備え、
前記導電性平板部材と直交する平面視において前記被検出体の前記導電性部材が前記導電性平板部材の前記中央開口内に位置しない状態で前記導電性平板部材とはオーバーラップするように、前記被検出体に装着可能とされており、
前記ダイポールアンテナ及び前記導電性平板部材は共振周波数が互いに異なっていることを特徴とするアンテナ構造。 - 前記導電性平板部材及び前記ダイポールアンテナは非導電性のベースフィルム上に積層されてなるアンテナユニットを形成しており、
前記導電性平板部材及び前記ダイポールアンテナは前記ベースフィルムを介して前記被検出体の前記樹脂層に装着されていることを特徴とする請求項9に記載のアンテナ構造。 - 前記回転軸に沿って視た際の前記導電性平板部材と前記導電性部材とのオーバーラップ量は、前記回転軸を基準にした径方向に関し、該回転軸回り周方向全域に亘って同一とされていることを特徴とする請求項9又は10に記載のアンテナ構造。
- 前記ダイポールアンテナと前記導電性平板部材との間の前記間隙は、前記回転軸回りに同一幅とされていることを特徴とする請求項9から11の何れかに記載のアンテナ構造。
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