JP4822302B1 - Transmission / reception antenna and transmission / reception apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力を増大させることなく、周波数特性の広帯域化を図ることができるようにする。
【解決手段】磁性体11と、この磁性体に設けられた励振用ループアンテナ12と、この励振用ループアンテナと非接触状態で近接配置された送受信用ループアンテナ13と、この送受信用ループアンテナの両端に接続された共振用コンデンサ14と、を有し、磁性体は、基板21に固着される台座部22と、この台座部から中心軸が基板に略直交するように突出した柱状部23と、を備え、励振用ループアンテナは1回巻きのループ部12aを有し、送受信用ループアンテナは複数回巻きのループ部13aを有し、これらの励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナが、磁性体の柱状部に同軸的に巻き付けられた態様で設けられたものとする。
【選択図】図2An object of the present invention is to make it possible to widen the frequency characteristics without increasing the power consumption.
A magnetic body, an excitation loop antenna provided on the magnetic body, a transmission / reception loop antenna arranged close to the excitation loop antenna in a non-contact state, and the transmission / reception loop antenna. The magnetic body is composed of a pedestal portion 22 fixed to the substrate 21 and a columnar portion 23 protruding from the pedestal portion so that the central axis is substantially orthogonal to the substrate. The excitation loop antenna has a one-turn loop portion 12a, the transmission / reception loop antenna has a plurality of turns loop portion 13a, and the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna are magnetic. It shall be provided in the aspect wound coaxially around the columnar part of the body.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ICタグや非接触ICカードなどの無線通信媒体に電力を供給するとともにその無線通信媒体との間で信号を送受信する送受信アンテナとそれを用いた送受信装置に関するものである。 The present invention relates to a transmission / reception antenna that supplies power to a wireless communication medium such as an IC tag or a non-contact IC card and transmits / receives a signal to / from the wireless communication medium, and a transmission / reception apparatus using the transmission / reception antenna.
近年、物流システム、交通システム、商品管理システム、書籍管理システム、個人認証システム、および電子マネーシステムなどにおいて、ICタグや非接触ICカードなどの無線通信媒体を用いて、物品の識別や個人認証などを行う技術が広く普及している。このような無線通信媒体を利用したシステムでは、無線通信媒体に電力を供給するとともにその無線通信媒体との間で信号を送受信する送受信装置が用いられているが、種類が異なるシステムの無線通信媒体との通信を1台の送受信装置で共用することができると都合がよい。 In recent years, in logistics systems, transportation systems, merchandise management systems, book management systems, personal authentication systems, electronic money systems, etc., using wireless communication media such as IC tags and non-contact IC cards, etc., identification of articles and personal authentication Technology to do is widely spread. In such a system using a wireless communication medium, a transmission / reception device that supplies power to the wireless communication medium and transmits / receives a signal to / from the wireless communication medium is used. It is convenient that the communication with can be shared by a single transmission / reception device.
ところが、システムの種類が異なると、無線通信媒体の通信方式も異なる場合があり、この場合、送受信装置との間での通信で用いられる帯域幅も異なることがあるため、送受信装置において周波数特性の広帯域化が望まれる。そこで、このような要望にこたえるべく、送受信アンテナの送受信経路に介在させた複数の抵抗体(抵抗値)を順次切り換えることで周波数特性の広帯域化を図るようにした技術が知られている(特許文献1参照)。 However, if the type of system is different, the communication method of the wireless communication medium may be different. In this case, the bandwidth used for communication with the transmission / reception device may also be different. Broadband is desired. Therefore, in order to meet such a demand, a technique is known in which a plurality of resistors (resistance values) interposed in a transmission / reception path of a transmission / reception antenna are sequentially switched to widen a frequency characteristic (patent). Reference 1).
しかしながら、前記従来の技術では、送受信アンテナの送受信経路に常時抵抗体が介在する結果として、抵抗体による電力損失が生じて、消費電力を大きくしてしまうという問題が生じる。 However, in the conventional technique, as a result of the resistor always being present in the transmission / reception path of the transmission / reception antenna, there is a problem that power loss is caused by the resistor and power consumption is increased.
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、消費電力を増大させることなく、周波数特性の広帯域化を図ることができるように構成された送受信装置を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and the main purpose thereof is to increase the bandwidth of the frequency characteristics without increasing the power consumption. An object of the present invention is to provide a configured transmission / reception device.
本発明の送受信アンテナは、磁性体と、この磁性体に設けられた励振用ループアンテナと、この励振用ループアンテナと非接触状態で近接配置された送受信用ループアンテナと、この送受信用ループアンテナの両端に接続された共振用コンデンサと、を有し、前記磁性体は、基板に固着される台座部と、この台座部から中心軸が前記基板に略直交するように突出した柱状部と、を備え、前記励振用ループアンテナは1回巻きのループ部を有し、前記送受信用ループアンテナは複数回巻きのループ部を有し、これらの励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナが、前記磁性体の柱状部に同軸的に巻き付けられた態様で設けられた構成とする。 The transmission / reception antenna of the present invention includes a magnetic body, an excitation loop antenna provided on the magnetic body, a transmission / reception loop antenna disposed in close proximity to the excitation loop antenna, and the transmission / reception loop antenna. A resonance capacitor connected to both ends, and the magnetic body includes a pedestal portion fixed to the substrate, and a columnar portion protruding from the pedestal portion so that a central axis is substantially orthogonal to the substrate. The excitation loop antenna includes a one-turn loop portion, the transmission / reception loop antenna includes a plurality of turn loop portions, and the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna include the magnetic body. It is set as the structure provided in the aspect wound around the columnar part of the same axis.
また、本発明の送受信装置は、前記のように構成された送受信アンテナと、この送受信アンテナに送信信号を出力する送信処理部と、前記送受信アンテナからの受信信号が入力される受信処理部と、前記送信処理部および前記受信処理部を制御する制御部と、を有し、前記励振用ループアンテナが前記送信処理部に接続され、前記送受信用ループアンテナが前記受信処理部と接続された構成とする。 Moreover, the transmission / reception apparatus of the present invention includes a transmission / reception antenna configured as described above, a transmission processing unit that outputs a transmission signal to the transmission / reception antenna, a reception processing unit that receives a reception signal from the transmission / reception antenna, A control unit that controls the transmission processing unit and the reception processing unit, the excitation loop antenna connected to the transmission processing unit, and the transmission / reception loop antenna connected to the reception processing unit; To do.
本発明によれば、消費電力を増大させることなく、周波数特性の広帯域化を図ることができ、通信方式が異なる別のシステムの無線通信媒体との通信を1台の送受信装置で対応することが可能になる。 According to the present invention, the frequency characteristics can be widened without increasing the power consumption, and communication with a wireless communication medium of another system having a different communication method can be handled by a single transmission / reception device. It becomes possible.
前記課題を解決するためになされた第1の発明は、磁性体と、この磁性体に設けられた励振用ループアンテナと、この励振用ループアンテナと非接触状態で近接配置された送受信用ループアンテナと、この送受信用ループアンテナの両端に接続された共振用コンデンサと、を有し、前記磁性体は、基板に固着される台座部と、この台座部から中心軸が前記基板に略直交するように突出した柱状部と、を備え、前記励振用ループアンテナは1回巻きのループ部を有し、前記送受信用ループアンテナは複数回巻きのループ部を有し、これらの励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナが、前記磁性体の柱状部に同軸的に巻き付けられた態様で設けられた構成とする。 A first invention made to solve the above-described problems is a magnetic body, an excitation loop antenna provided on the magnetic body, and a transmission / reception loop antenna disposed in close proximity to the excitation loop antenna in a non-contact state. And a resonance capacitor connected to both ends of the transmission / reception loop antenna, and the magnetic body includes a pedestal portion fixed to the substrate, and a central axis extending substantially perpendicular to the substrate from the pedestal portion. And the excitation loop antenna has a one-turn loop portion, and the transmission / reception loop antenna has a plurality of turn loop portions. The loop antenna is provided in such a manner that it is coaxially wound around the columnar portion of the magnetic body.
これによると、送信信号が励振用ループアンテナに入力されると、その送信信号が磁気誘導により励振用ループアンテナから送受信用ループアンテナに伝達され、このとき送信信号が増幅されて送受信用ループアンテナから出力される。 According to this, when a transmission signal is input to the excitation loop antenna, the transmission signal is transmitted from the excitation loop antenna to the transmission / reception loop antenna by magnetic induction. At this time, the transmission signal is amplified and transmitted from the transmission / reception loop antenna. Is output.
この構成により、励振用ループアンテナと送受信用ループアンテナとを近接配置して、励振用ループアンテナと送受信用ループアンテナとの結合係数を比較的大きく設定することで、周波数特性の広帯域化を図ることができる。また、周波数特性の広帯域化のために送受信アンテナの送受信経路に抵抗体を介在させる必要がないため、消費電力が増大することを避けることができる。 By this configuration, the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna are arranged close to each other, and the coupling coefficient between the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna is set to be relatively large, thereby achieving a wider frequency characteristic. Can do. Further, since it is not necessary to interpose a resistor in the transmission / reception path of the transmission / reception antenna in order to widen the frequency characteristics, it is possible to avoid an increase in power consumption.
特に、励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナにそれぞれ流れる電流が互いに逆向きとなるため、励振用ループアンテナに流れる電流で生じる磁束が、送受信用ループアンテナに流れる電流で生じる磁束を弱めるように作用するが、送受信用ループアンテナを複数回のループを有する構成とする一方で、励振用ループアンテナを1回巻きのループを有する構成とすることで、送受信用ループアンテナの磁束が弱められることを抑制することができ、これにより、励振用ループアンテナの送信パワーを高めなくても、送受信用ループアンテナから十分な強度の送信信号が出力されるため、消費電力を低く抑えることができる。 In particular, since the currents flowing through the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna are opposite to each other, the magnetic flux generated by the current flowing through the excitation loop antenna acts to weaken the magnetic flux generated by the current flowing through the transmission / reception loop antenna. However, the transmission / reception loop antenna is configured to have a plurality of loops, while the excitation loop antenna is configured to have a one-turn loop, thereby suppressing the flux of the transmission / reception loop antenna from being weakened. Thus, even if the transmission power of the excitation loop antenna is not increased, a sufficiently strong transmission signal is output from the transmission / reception loop antenna, so that power consumption can be kept low.
また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記励振用ループアンテナは、前記台座部に近接した前記柱状部の基部側に配置され、前記送受信用ループアンテナは、前記台座部から離反した前記柱状部の先端側に配置された構成とする。 In a second aspect based on the first aspect, the excitation loop antenna is disposed on the base side of the columnar portion adjacent to the pedestal portion, and the transmission / reception loop antenna is separated from the pedestal portion. It is set as the structure arrange | positioned at the front end side of the said columnar part.
これによると、送受信用ループアンテナによる信号の送信および無線通信媒体からの信号の受信を能率よく行うことができる。 According to this, it is possible to efficiently transmit the signal by the transmission / reception loop antenna and receive the signal from the wireless communication medium.
また、第3の発明は、前記第1若しくは第2の発明において、前記磁性体の台座部は、前記励振用ループアンテナおよび前記送受信用ループアンテナより大径に形成された構成とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the pedestal portion of the magnetic body is formed to have a larger diameter than the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna.
これによると、基板側、特に基板を挟んで送受信アンテナと相反する側に配置された部品による磁気的な影響を抑えることができる。 According to this, the magnetic influence by the components arranged on the substrate side, particularly on the side opposite to the transmitting / receiving antenna across the substrate can be suppressed.
また、第4の発明は、前記第1乃至第3の発明において、前記励振用ループアンテナと前記送受信用ループアンテナとの間の相互誘導による電磁結合の結合係数Kが0.5から0.7の範囲に収まるように設定された構成とする。 According to a fourth invention, in the first to third inventions, a coupling coefficient K of electromagnetic coupling by mutual induction between the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna is 0.5 to 0.7. The configuration is set so as to be within the range.
これによると、送信性能と受信性能とを両立させた高い総合通信性能を実現することができる。 According to this, it is possible to realize a high overall communication performance that balances transmission performance and reception performance.
また、第5の発明は、前記第1乃至第4の発明にかかる送受信アンテナと、この送受信アンテナに送信信号を出力する送信処理部と、前記送受信アンテナからの受信信号が入力される受信処理部と、前記送信処理部および前記受信処理部を制御する制御部と、を有し、前記励振用ループアンテナが前記送信処理部に接続され、前記送受信用ループアンテナが前記受信処理部と接続された構成とする。
A fifth invention is a transmission / reception antenna according to the first to fourth inventions, a transmission processing unit that outputs a transmission signal to the transmission / reception antenna, and a reception processing unit that receives a reception signal from the transmission / reception antenna. And a control unit that controls the transmission processing unit and the reception processing unit, wherein the excitation loop antenna is connected to the transmission processing unit, and the transmission / reception loop antenna is connected to the reception processing unit. The configuration.
これによると、前記と同様の理由により、消費電力を増大させることなく、周波数特性の広帯域化を図ることができる。 According to this, for the same reason as described above, the frequency characteristics can be widened without increasing the power consumption.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態にかかる送受信装置が適用された送受信システムを示す全体構成図である。この送受信システムは、物流システム、交通システム、商品管理システム、書籍管理システム、および個人認証システム等に活用されるものであり、無線通信媒体1と、この無線通信媒体1に電力を供給するとともに、その無線通信媒体1との間で信号を送受信する送受信装置2とを有している。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a transmission / reception system to which a transmission / reception apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. This transmission / reception system is utilized for a logistics system, a traffic system, a merchandise management system, a book management system, a personal authentication system, and the like, and supplies power to the
無線通信媒体1は、商品や書籍に貼付されたICタグや、個人認証等に用いられる非接触ICカード等の周知のものであり、その詳しい説明は省略するが、送受信用ループアンテナ3と、それに接続された制御IC(図示せず)により構成されており、例えば13.56MHzの周波数帯を利用して送受信装置2との間で通信を行う。
The
送受信装置2は、送受信アンテナ4と、この送受信アンテナ4に接続されたリーダライタ装置5と、このリーダライタ装置5に接続された制御装置6とにより構成され、制御装置6はネットワーク回線7に接続されている。リーダライタ装置5は、送受信アンテナ4に送信信号を出力する送信処理部8と、送受信アンテナ4からの受信信号が入力される受信処理部9と、送信処理部8および受信処理部9を制御する制御部10とにより構成され、制御部10は制御装置6に接続されている。
The transmission /
送受信アンテナ4は、磁性体11と、この磁性体11に互いに非接触状態で近接配置された励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13と、この送受信用ループアンテナ13の両端に接続された共振用コンデンサ14と、を備えた構成となっている。
The transmission /
励振用ループアンテナ12には、フィルタ回路17を介してリーダライタ装置5の送信処理部8が接続され、また送受信用ループアンテナ13には、フィルタ回路18を介してリーダライタ装置5の受信処理部9が接続されている。
A
また、この送受信装置2においては、送受信用ループアンテナ13で受信した信号を受信処理部9に導く受信信号路上にカップリングコンデンサ19が設けられている。特にここでは、フィルタ回路18と受信処理部9との間にカップリングコンデンサ19が設けられている。
In the transmission /
この送受信装置2においては、送信処理部8からの送信信号が、フィルタ回路17を介して励振用ループアンテナ12に入力され、これに応じて励振用ループアンテナ12に生じる電流による磁気誘導で、送信信号が励振用ループアンテナ12から送受信用ループアンテナ13に伝達されて、この送受信用ループアンテナ13から送信信号が無線通信媒体1に送信される。無線通信媒体1では、送受信用ループアンテナ13からの送信信号を送受信用ループアンテナ3で受信し、これにより受信と電力供給が行われる。
In this transmission /
一方、無線通信媒体1からの送信信号は、送受信用ループアンテナ13で受信され、その受信信号が、フィルタ回路18とカップリングコンデンサ19を介して受信処理部9に入力される。
On the other hand, a transmission signal from the
図2は、送受信アンテナ4を示す斜視図である。送受信アンテナ4を構成する磁性体11は、基板21に固着される台座部22と、この台座部22から中心軸が基板21に略直交するように突出した柱状部23と、を備えている。台座部22は円板状に形成されている。柱状部23は円柱状に形成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the transmission /
励振用ループアンテナ12は1回巻きの円形状のループ部12aを有し、送受信用ループアンテナ13は複数回(ここでは4回)巻きの円形状のループ部13aを有し、これらの励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13が、磁性体11の柱状部23の外面に同軸的に巻き付けられた態様で設けられている。
The
励振用ループアンテナ12は、台座部22に近接した柱状部23の基部側に配置され、送受信用ループアンテナ13は、台座部22から離反した柱状部23の先端側に配置されている。これにより、送受信用ループアンテナ13による信号の送信および無線通信媒体1からの信号の受信を能率よく行うことができる。
The
磁性体11の台座部22は、励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13より大径に形成されている。これにより、基板21側、特に基板21を挟んで送受信アンテナ4と相反する側に配置された部品による磁気的な影響を抑えることができる。
The
図3は、送受信アンテナ4の分解斜視図である。磁性体11の柱状部23には、励振用ループアンテナ12のループ部12aおよび送受信用ループアンテナ13のループ部13aがそれぞれ巻き付けられる位置に沿って溝31,32が形成されている。これにより、励振用ループアンテナ12のループ部12aおよび送受信用ループアンテナ13のループ部13aを確実に位置決めすることができる。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the transmission /
励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13は、磁性体11の台座部22の裏面側を通って各々の末端(接続端子)12b,13bが台座部22の外周側に引き出されるように配設されいる。具体的には、磁性体11の台座部22に、励振用ループアンテナ12の引出部12cおよび送受信用ループアンテナ13の引出部13cがそれぞれ挿通される4つの孔35が並んで形成されており、台座部22の裏面側には、励振用ループアンテナ12の引出部12cおよび送受信用ループアンテナ13の引出部13cがそれぞれ嵌り込む4つの溝36が互いに平行に形成されている。これにより、励振用ループアンテナ12の引出部12cおよび送受信用ループアンテナ13の引出部13cを確実に位置決めすることができる。
The
磁性体11は、励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13が巻き付けられた上で、接着剤や両面テープなどを用いて基板21に固着される(図2参照)。
The
図4は、基板21の要部斜視図である。基板21には、励振用ループアンテナ12の末端12bおよび送受信用ループアンテナ13の末端13bがそれぞれ接続される4つの銅箔パターン41〜44が形成されている。励振用ループアンテナ12の末端12bが接続される2つの銅箔パターン41,42は、磁性体11の台座部22から離反する向きに延出されており、ここに基板21上に実装されたフィルタ回路17(図1参照)が接続される。
FIG. 4 is a perspective view of the main part of the
送受信用ループアンテナ13の末端13bが接続される2つの銅箔パターン43,44には共振用コンデンサ14が接続されており、この2つの銅箔パターン43,44の一方43は、銅箔パターン41との干渉を避けるために一旦磁性体11の台座部22に近接する向きに延出された後、U字形状に湾曲して磁性体11の台座部22から離反する向きに延出されており、ここに基板21上に実装されたフィルタ回路18(図1参照)が接続される。
The
図5は、送信時に励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13に生じる電流の状態を示す斜視図である。送信時に、送信信号が励振用ループアンテナ12の末端(接続端子)12bに入力されると、励振用ループアンテナ12に実線矢印で示すように電流I1が生じ、これに応じて送受信用ループアンテナ13には磁気誘導により破線矢印で示すように励振用ループアンテナ12の電流I1と逆向きの電流I2が生じ、これにより送信信号が増幅されて送受信用ループアンテナ13から出力される。
FIG. 5 is a perspective view showing a state of current generated in the
次に、送受信アンテナ4の特性について等価回路を用いて説明する。図6は、送受信アンテナ4をトランス回路を用いて表現した等価回路を示す図である。図7は、送受信アンテナ4をコイルを用いて表現した等価回路を示す図である。
Next, the characteristics of the transmission /
励振用ループアンテナ12が有するインダクタンス値L1と、送受信用ループアンテナ13が有するインダクタンス値L2との間には、電磁結合による相互誘導Mが存在する。相互誘導Mとインダクタンス値L1およびインダクタンス値L2との間には次式が成り立つ。
M=K×√(L1×L2) (式1)
ここで、結合係数Kは、0≦K≦1の範囲の値となる。式1より明らかなように、結合係数Kが大きい程、相互誘導Mの値は大きくなる。
A mutual induction M due to electromagnetic coupling exists between the inductance value L1 of the
M = K × √ (L1 × L2) (Formula 1)
Here, the coupling coefficient K is a value in the range of 0 ≦ K ≦ 1. As is clear from
ここで、励振用ループアンテナ12に一次側電流I1が流れると、この一次側電流I1により生じる磁束により、相互誘導Mを介して、送受信用ループアンテナ13の開放端に誘起電圧V2が生じる。送受信用ループアンテナ13の開放端には共振用コンデンサ14(C1)が接続されているため、インダクタンスL2とコンデンサC1からなる閉回路に二次側電流I2が流れる。
Here, when the primary side current I1 flows through the
図8は、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との間の結合係数Kと、励振用ループアンテナ12に流れる一次側電流I1の周波数特性との関係を示す図である。図9は、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との間の結合係数Kと、送受信用ループアンテナ13に流れる二次側電流I2の周波数特性との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the coupling coefficient K between the
図8から明らかなように、一次側電流I1は共振周波数fo(ここでは、13.56MHz)でピーク値(最小値)をとり、結合係数Kの値が0.1から1.0に向けて大きくなるのに応じて、一次側電流I1のピーク値が小さくなり、これに伴って一次側電流I1の値が全帯域で小さくなっており、特に共振周波数foから離れた周波数でも一次側電流I1の値が小さくなっており、周波数帯域が広がっていることが分かる。 As is clear from FIG. 8, the primary current I1 takes a peak value (minimum value) at the resonance frequency fo (here, 13.56 MHz), and the value of the coupling coefficient K is from 0.1 to 1.0. As the value increases, the peak value of the primary-side current I1 decreases, and accordingly, the value of the primary-side current I1 decreases in the entire band. In particular, the primary-side current I1 even at a frequency away from the resonance frequency fo. It can be seen that the value of is small and the frequency band is widened.
また、図9から明らかなように、二次側電流I2は共振周波数foでピーク値(最大値)をとり、この二次側電流I2のピーク値と、その近傍の周波数での二次側電流I2の値は、結合係数Kの値が0.1から0.4の範囲で、結合係数Kの値が大きくなるのに応じて大きくなるが、結合係数Kの値が0.4を超えると逆に小さくなる。一方、共振周波数foから離れた周波数帯での二次側電流I2の値は、結合係数Kの値が0.1から1.0に向けて大きくなるのに応じて一様に大きくなっており、周波数帯域が広がっていることが分かる。 Further, as apparent from FIG. 9, the secondary current I2 takes a peak value (maximum value) at the resonance frequency fo, and the peak value of the secondary current I2 and the secondary current at a frequency in the vicinity thereof. The value of I2 increases as the value of the coupling coefficient K increases in the range where the value of the coupling coefficient K ranges from 0.1 to 0.4, but when the value of the coupling coefficient K exceeds 0.4, Conversely, it becomes smaller. On the other hand, the value of the secondary current I2 in the frequency band away from the resonance frequency fo increases uniformly as the value of the coupling coefficient K increases from 0.1 to 1.0. It can be seen that the frequency band is widened.
次に、励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13から発生する磁束(磁界強度)について説明する。一般的にコイル導体を流れる電流Iにより発生する磁界強度Hとコイル導体のインダクタンスLとは次式の関係を有している。
H∝L×I (式2)
すなわち、磁界強度Hはインダクタンス値Lとコイル導体を流れる電流Iの積に比例する。
Next, the magnetic flux (magnetic field strength) generated from the
H∝L × I (Formula 2)
That is, the magnetic field strength H is proportional to the product of the inductance value L and the current I flowing through the coil conductor.
したがって、共振周波数foおいて、励振用ループアンテナ12に流れる一次側電流I1により発生する磁界強度H1は、励振用ループアンテナ12のインダクタンス値L1と一次側電流I1の積に比例する。同様に、送受信用ループアンテナ13に流れる二次側電流I2により発生する磁界強度H2は、送受信用ループアンテナ13のインダクタンス値L2と二次側電流I2の積に比例する。
Therefore, the magnetic field intensity H1 generated by the primary current I1 flowing through the
ここで、図5に示したように、励振用ループアンテナ12に流れる一次側電流I1と、送受信用ループアンテナ13に流れる二次側電流I2とは、電流の向きが逆方向となるため、励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13にそれぞれ発生する磁束の向きも逆方向となり、相殺現象が生じる。この相殺現象を考慮した送受信アンテナ4としての磁界強度Hは、送受信用ループアンテナ13の磁界強度H2から、励振用ループアンテナ12の磁界強度H1を減じた値となる。換言すると、励振用ループアンテナ12に電流が流れる結果として発生する磁束が、送受信用ループアンテナ13に電流が流れる結果として発生する磁束を弱める状態となる。
Here, as shown in FIG. 5, the primary side current I1 flowing through the
そこで、本第1実施形態においては、送受信用ループアンテナ13を複数回のループ部13aを有する構成とする一方で、励振用ループアンテナ12を1回巻きのループ部12aを有する構成とすることで、送受信用ループアンテナ13の磁束が弱められることを抑制するようにしている。これにより、励振用ループアンテナ12からの送信パワーを高めなくても、送受信用ループアンテナ13からは十分な磁束が発生するため、消費電力を低く抑えることができる。
Thus, in the first embodiment, the transmission /
本第1実施形態では、送受信用ループアンテナ13の巻き数を4としたが、この送受信用ループアンテナ13の巻き数はこれに限定されるものではなく、適宜に設定すればよいが、特に励振用ループアンテナ12のインダクタンス値L1と、送受信用ループアンテナ13のインダクタンス値L2とが、L2≧10×L1の条件を満足するように設定するとよい。
In the first embodiment, the number of turns of the transmission /
図10は、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との間の結合係数Kに応じた送信出力および受信感度の周波数特性を示す図である。ここで、送信出力および受信感度は、図9に示した二次側電流I2の特性に、送受信用ループアンテナ13のインダクタンス値L2を乗じた値と略同一となる。図11は、結合係数K=0.7の場合の周波数特性と、抵抗Rを用いて周波数特性の広帯域化を図った従来例による周波数特性とを示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating frequency characteristics of transmission output and reception sensitivity according to the coupling coefficient K between the
図11に示すように、本実施形態(A線)と従来例(B線)とを比較すると、本実施形態では送信電力及び受信感度が従来例よりも高く、しかも周波数特性が広帯域であることが分かる。このように本実施形態では、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との結合係数Kを適切に設定することで、周波数特性の広帯域化を図ることができ、従来例のように送受信アンテナの送受信経路に抵抗体を介在させてはいないので、消費電力を低く抑えることができる。
As shown in FIG. 11, when this embodiment (A line) is compared with the conventional example (B line), in this embodiment, the transmission power and the reception sensitivity are higher than those of the conventional example, and the frequency characteristics are wideband. I understand. As described above, in the present embodiment, by appropriately setting the coupling coefficient K between the
次に、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との間の結合係数Kの最適値について説明する。図12は、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との間の結合係数Kに関する通信総合評価を示す図である。ここでは、結合係数Kをパラメータとして、無線通信媒体1に信号を送信する際の送信性能をA線で、無線通信媒体1からの応答信号を受信する際の受信性能をB線で、送信性能および受信性能の双方を勘案した総合通信性能をC線でそれぞれ示している。
Next, the optimum value of the coupling coefficient K between the
送信性能(A線)は、結合係数K=0.3〜0.7の範囲で良好な結果を示しており、受信性能(B線)は、結合係数K=0.5〜0.9の範囲で良好な結果を示している。よって、送信性能および受信性能の双方を勘案した総合通信性能(C線)は、結合係数K=0.5〜0.7の範囲で最適となる。本第1実施形態の構成では、前記のように、結合係数Kが概ね0.7となることから、良好な通信性能を実現することができる。 The transmission performance (A line) shows a good result in the range of the coupling coefficient K = 0.3 to 0.7, and the reception performance (B line) of the coupling coefficient K = 0.5 to 0.9. Good results in the range. Therefore, the total communication performance (C line) considering both transmission performance and reception performance is optimal in the range of the coupling coefficient K = 0.5 to 0.7. In the configuration of the first embodiment, as described above, the coupling coefficient K is approximately 0.7, so that good communication performance can be realized.
以上のように本第1実施形態によれば、上記の構成により、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との結合係数Kが比較的大きく設定されるため、周波数特性の広帯域化を実現することができる。また、送受信アンテナ4における磁性体11の柱状部23を、高さを低くした扁平な形状とすることで、基板21からの突出寸法を小さくすることができる。このため、例えばノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末、携帯電話等に搭載することも可能になる。
As described above, according to the first embodiment, with the above configuration, the coupling coefficient K between the
次に、図13を参照して、受信信号路上に設けたカップリングコンデンサ19について説明する。図13は、送受信装置2の要部模式図である。
Next, the
送受信アンテナ4では、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13とを近接させて、磁気誘導により励振用ループアンテナ12から送受信用ループアンテナ13に送信信号を伝達して増幅するようにしている。このため、励振用ループアンテナ12から送受信用ループアンテナ13に伝達される送信信号が受信処理部9に回り込む。一方、送受信用ループアンテナ13では無線通信媒体1から送信される信号を受信し、その受信信号が受信処理部9に入力される。よって、送受信用ループアンテナ13自体は無給電であるが、送信信号と受信信号との間で大きな信号強度のレベル差が生じる。
In the transmission /
特に、前記のように、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13との結合係数Kを0.5から0.7の範囲とすると、受信処理部9に回り込む送信信号の信号強度が受信信号より高くなることがあり、この場合、送信信号が受信処理部9での受信信号の処理の支障となる。
In particular, as described above, when the coupling coefficient K between the
そこで、本第1実施形態では、送受信用ループアンテナ13と受信処理部9とをカップリングコンデンサ19を介して接続するようにしている。これにより、受信処理部9に回り込む送信信号の強度が低くなるため、送信信号と受信信号との干渉を抑制し、受信処理部9での受信信号の処理を正常に行うことができる。カップリングコンデンサ19には、送信信号および受信信号の周波数などの特性に基づいて、送信信号に対して高周波的に高いインピーダンスとなるような所要の容量(例えば3pF)のものが用いられる。
Therefore, in the first embodiment, the transmission /
以上のように構成された送受信アンテナ4は、例えば携帯電話装置に適用することができる。図14は、送受信アンテナ4を携帯電話装置51に適用した例を示す斜視図である。なお、図14では、携帯電話装置51の筐体52を透視して内部に収容された部品を示している。図15は、携帯電話装置51の分解斜視図である。
The transmission /
図14および図15に示すように、携帯電話装置51の筐体52内には、送受信アンテナ4が取り付けられた基板21と、電池パック53と、磁性体シート54と、無給電ループアンテナ55と、が収容されており、筐体52の開口部が蓋体56で覆われる。
As shown in FIGS. 14 and 15, in the
図15に示すように、送受信アンテナ4は、磁性体11の柱状部23がその中心軸が筐体52の厚さ方向となるように配置される。無給電ループアンテナ55は、筐体52に全体に渡って均等な感度が得られるようにするものであり、送受信アンテナ4を中心にして周回する小ループ55aと、筐体52の側縁部に沿って周回する大ループ55bとを備えている。磁性体シート54は、電池パック53の金属面による磁気的な影響が無給電ループアンテナ55に及ぶことを抑えるものであり、電池パック53と無給電ループアンテナ55との間に配置されている。
As shown in FIG. 15, the transmission /
なお、前記の例では、図2に示したように、柱状部23が円柱状、すなわち断面が円形をなし、励振用ループアンテナ12および送受信用ループアンテナ13が円形状のループ部を有するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば柱状部が角柱状、すなわち断面が方形状をなし、励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナが方形状のループ部を有するものも可能である。
In the above example, as shown in FIG. 2, the
また、前記の例では、柱状部23は円形の一定断面となり、励振用ループアンテナ12と送受信用ループアンテナ13とが同一径となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、励振用ループアンテナが配設される部分と、送受信用ループアンテナが配設される部分とが異なる径となるようにしてもよい。
In the above example, the
すなわち、柱状部において、励振用ループアンテナが配設される部分が、送受信用ループアンテナが配設される部分より小断面で、励振用ループアンテナが送受信用ループアンテナより小径となるようにしてもよい。また、これとは逆に、励振用ループアンテナが配設される部分が、送受信用ループアンテナが配設される部分より大断面で、励振用ループアンテナが送受信用ループアンテナより大径となるようにしてもよい。この他に、柱状部は、先端側に向けて次第に拡径する形態など、種々の形態が可能である。 That is, in the columnar portion, the portion where the excitation loop antenna is disposed has a smaller cross section than the portion where the transmission / reception loop antenna is disposed, and the excitation loop antenna has a smaller diameter than the transmission / reception loop antenna. Good. Conversely, the portion where the excitation loop antenna is disposed has a larger cross section than the portion where the transmission / reception loop antenna is disposed, and the excitation loop antenna is larger in diameter than the transmission / reception loop antenna. It may be. In addition, the columnar portion can have various forms such as a form in which the diameter gradually increases toward the tip side.
本発明にかかる送受信アンテナとそれを用いた送受信装置は、消費電力を増大させることなく、周波数特性の広帯域化を図ることができる効果を有し、ICタグや非接触ICカードなどの無線通信媒体に電力を供給するとともにその無線通信媒体との間で信号を送受信する送受信アンテナとそれを用いた送受信装置などとして有用である。 The transmission / reception antenna and the transmission / reception apparatus using the same according to the present invention have an effect that the frequency characteristics can be widened without increasing the power consumption, and a wireless communication medium such as an IC tag or a non-contact IC card. It is useful as a transmission / reception antenna for transmitting and receiving signals to / from the wireless communication medium and a transmission / reception device using the antenna.
1 無線通信媒体
2 送受信装置
4 送受信アンテナ
8 送信処理部
9 受信処理部
10 制御部
12 励振用ループアンテナ、12a ループ部
13 送受信用ループアンテナ、13a ループ部
14 共振用コンデンサ
22 台座部
23 柱状部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記磁性体は、基板に固着される台座部と、この台座部から中心軸が前記基板に略直交するように突出した柱状部と、を備え、
前記励振用ループアンテナは1回巻きのループ部を有し、前記送受信用ループアンテナは複数回巻きのループ部を有し、これらの励振用ループアンテナおよび送受信用ループアンテナが、前記磁性体の柱状部に同軸的に巻き付けられた態様で設けられたことを特徴とする送受信アンテナ。 A magnetic body, an excitation loop antenna provided on the magnetic body, a transmission / reception loop antenna disposed in close proximity to the excitation loop antenna, and a resonance antenna connected to both ends of the transmission / reception loop antenna A capacitor, and
The magnetic body includes a pedestal portion fixed to the substrate, and a columnar portion protruding from the pedestal portion so that a central axis is substantially orthogonal to the substrate,
The excitation loop antenna has a one-turn loop portion, the transmission / reception loop antenna has a plurality of turns loop portions, and the excitation loop antenna and the transmission / reception loop antenna are formed in a columnar shape of the magnetic body. A transmission / reception antenna provided in a manner wound coaxially around a portion.
前記励振用ループアンテナが前記送信処理部に接続され、前記送受信用ループアンテナが前記受信処理部と接続されたことを特徴とする送受信装置。 A transmitting and receiving antenna according to any one of claims 1 to 4, a transmission processing unit that outputs a transmission signal to the transmitting and receiving antenna, a reception processing unit for receiving signals from the transmitting and receiving antennas is input, the transmission process And a control unit for controlling the reception processing unit,
The transmission / reception apparatus, wherein the excitation loop antenna is connected to the transmission processing unit, and the transmission / reception loop antenna is connected to the reception processing unit.
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