JP5282898B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、データ担体と非接触で通信を行う、RFID(Radio Frequency IDentification)読取/書込装置に使用するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device used for an RFID (Radio Frequency IDentification) reading / writing device that performs non-contact communication with a data carrier.
近年、送受信アンテナとICチップ等からなる非接触ICカードやICタグ等のデータ担体と、RFID読取/書込装置とで構成し、電磁誘導あるいは電波等により非接触で通信を行うRFIDシステムが、個人認証、あるいは物品管理や工程管理等に利用され普及が進んでいる。一般に、RFIDシステムで使用される電磁誘導あるいは電波等の通信周波数帯は、13.56MHz帯、800MHz乃至1000MHz帯、および2400MHz乃至2500MHz帯の主に三種類であり、それぞれの通信周波数帯の特徴に基づき、使用する通信周波数帯を選択してシステムが構築される。 In recent years, an RFID system comprising a data carrier such as a non-contact IC card or IC tag composed of a transmission / reception antenna and an IC chip, and an RFID reader / writer, and performing non-contact communication by electromagnetic induction or radio waves, It is widely used for personal authentication, article management, process management, and the like. In general, there are three main types of communication frequency bands such as electromagnetic induction or radio waves used in RFID systems: 13.56 MHz band, 800 MHz to 1000 MHz band, and 2400 MHz to 2500 MHz band. Based on this, a system is constructed by selecting a communication frequency band to be used.
通信周波数13.56MHz帯は、一般に電磁誘導による通信方式(以下、電磁誘導方式という)で使用される。この通信方式では、通信距離は短くなるが、比較的大きな電力を、データ担体に対して安定して供給できる。そのため、データ担体に内蔵されるICチップ内での演算処理が必要とされるセキュリティ用途等に使用されている。 The communication frequency 13.56 MHz band is generally used in a communication system using electromagnetic induction (hereinafter referred to as an electromagnetic induction system). In this communication method, the communication distance is shortened, but relatively large power can be stably supplied to the data carrier. For this reason, it is used for security applications that require arithmetic processing in an IC chip built in a data carrier.
また、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および2400MHz乃至2500MHz帯は、電波による通信方式(以下、電波方式という)で使用される。この通信方式は、通信距離が長いことが特徴である。電波方式で用いられる、データ担体に使用される送受信アンテナは、使用する電波の波長の2分の1の長さを有したダイポールアンテナからなる場合が多い。そのため、データ担体の送受信アンテナの大きさは、通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯を用いる場合の方が、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯を用いる場合よりも小さくすることが可能であり、データ担体自体を小型化することができる。一方、データ担体の送受信アンテナによる電波の空間減衰量は、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯を用いる場合の方が、通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯を用いる場合よりも小さいので、通信距離を比較的長くすることができる。 Further, the communication frequencies of 800 MHz to 1000 MHz and 2400 MHz to 2500 MHz are used in radio communication systems (hereinafter referred to as radio systems). This communication method is characterized by a long communication distance. A transmission / reception antenna used for a data carrier used in a radio wave system is often a dipole antenna having a length that is one-half the wavelength of a radio wave to be used. Therefore, the size of the transmission / reception antenna of the data carrier can be made smaller when the communication frequency 2400 MHz to 2500 MHz band is used than when the communication frequency 800 MHz to 1000 MHz band is used, and the data carrier itself is downsized. can do. On the other hand, the spatial attenuation of radio waves by the transmission / reception antenna of the data carrier is smaller when the communication frequency 800 MHz to 1000 MHz band is used than when the communication frequency 2400 MHz to 2500 MHz band is used. Can do.
ところで、RFID読取/書込装置に使用されるアンテナ装置は、使用する通信周波数帯および通信方式によってアンテナ形状が異なる。一般に、通信周波数13.56MHz帯の電磁誘導方式で用いられるRFID読取/書込装置のアンテナ装置としては、一平面内に置かれたループ導体からなる、送受信兼用のループアンテナが用いられる。例えば特許文献1には、非接触式データキャリアシステムのリーダ・ライタ、すなわちRFID読取/書込装置のアンテナ装置として、送受信兼用のループアンテナを使用した技術が開示されている。 By the way, the antenna device used for the RFID reading / writing device has different antenna shapes depending on the communication frequency band and communication method to be used. In general, as an antenna device of an RFID reading / writing device used in an electromagnetic induction method with a communication frequency of 13.56 MHz, a loop antenna for both transmission and reception, which is composed of a loop conductor placed in one plane, is used. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a loop antenna for both transmission and reception is used as a reader / writer of a non-contact data carrier system, that is, an antenna device of an RFID reader / writer.
また、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯の電波方式で用いられるRFID読取/書込装置のアンテナ装置としては、各々の通信周波数帯に対応したデータ担体の送受信アンテナと同様の、送受信兼用のダイポールアンテナ、反射板を前記ダイポールアンテナに組み合わせて構成した送受信兼用のアンテナ、あるいは送受信兼用のパッチアンテナ等が用いられる。例えば特許文献2には、非接触ICタグシステムの質問器、すなわちRFID読取/書込装置のアンテナ装置として、円偏波を受波するパッチアンテナを使用した技術が開示されている。 Further, the antenna device of the RFID reading / writing device used in the radio frequency system of the communication frequency 800 MHz to 1000 MHz band and the communication frequency 2400 MHz to 2500 MHz band is the same as the transmission / reception antenna of the data carrier corresponding to each communication frequency band. A transmission / reception dipole antenna, a transmission / reception antenna configured by combining a reflector with the dipole antenna, a transmission / reception patch antenna, or the like is used. For example, Patent Document 2 discloses a technique using a patch antenna that receives circularly polarized waves as an interrogator of a non-contact IC tag system, that is, an antenna device of an RFID reader / writer.
RFIDシステムにおいて、どのような通信周波数帯、通信方式、あるいはアンテナ装置等を使用しているかは、RFIDシステムを使用するユーザーにとっては、特段重要ではなく、使用している通信周波数帯、通信方式、あるいはアンテナ装置等を、ユーザーが意識することなくスムーズに運用できるものであるのが好ましい。 What kind of communication frequency band, communication method, or antenna device is used in the RFID system is not particularly important for users who use the RFID system, and the communication frequency band, communication method, Alternatively, it is preferable that the antenna device or the like can be operated smoothly without the user being aware of it.
通信周波数帯あるいは通信方式が異なるデータ担体と通信を行う場合には、それぞれの通信周波数帯あるいは通信方式に対応したRFID読取/書込装置がそれぞれ個別に必要となり、RFIDシステム導入コストの増大、あるいは運用時の効率の悪さ等が問題となる。これに対処するため、RFID読取/書込装置に、複数の通信周波数帯あるいは複数の通信方式に対応したアンテナ装置を複数併設して、一台のRFID読取/書込装置で運用可能なRFIDシステムが実現されている。 When communicating with a data carrier having a different communication frequency band or communication method, an RFID reader / writer corresponding to each communication frequency band or communication method is required individually, increasing the RFID system introduction cost, or Inefficiency during operation is a problem. In order to cope with this, an RFID system that can be operated by a single RFID reading / writing device by arranging a plurality of antenna devices corresponding to a plurality of communication frequency bands or a plurality of communication systems in the RFID reading / writing device. Is realized.
しかしこの場合、使用する通信周波数帯あるいは通信方式に対応した、最適な形状あるいは寸法を有した、複数の異なるアンテナ装置を準備する必要がある。例えば、通信周波数13.56MHz帯、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯の三つの通信周波数帯で通信を行うRFID読取/書込装置を用いてRFIDシステムを構築する場合、RFID読取/書込装置は、例えば電磁誘導方式のループアンテナからなるアンテナ装置、電波方式のダイポールアンテナからなるアンテナ装置、そして電波方式のパッチアンテナからなるアンテナ装置といったように、形状も寸法も様々である三種のアンテナ装置が混在した複雑な構成となってしまう。 However, in this case, it is necessary to prepare a plurality of different antenna devices having an optimum shape or size corresponding to the communication frequency band or communication method to be used. For example, when an RFID system is constructed using an RFID reader / writer that performs communication in three communication frequency bands of a communication frequency of 13.56 MHz, a communication frequency of 800 MHz to 1000 MHz, and a communication frequency of 2400 MHz to 2500 MHz, The reading / writing device has various shapes and dimensions, such as an antenna device made up of an electromagnetic induction type loop antenna, an antenna device made up of a radio wave type dipole antenna, and an antenna device made up of a radio wave type patch antenna. It becomes a complicated configuration in which three types of antenna devices are mixed.
また、このような複雑な構成を回避する一手段として、通信周波数13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子を備え、各々のアンテナ素子の全長が、使用する通信周波数に相当する波長の4分の1の長さを有し、これらを一つの基板上で同心円状に配置して、各々の通信を電磁誘導方式で行なう、小型で低コストのアンテナ装置が提案されている。 Further, as a means for avoiding such a complicated configuration, a loop-shaped antenna element capable of communicating in a communication frequency of 13.56 MHz, a loop-shaped antenna element capable of communicating in a communication frequency of 800 MHz to 1000 MHz, and a communication frequency It has loop-shaped antenna elements that can communicate in the band of 2400 MHz to 2500 MHz, and the total length of each antenna element has a length that is a quarter of the wavelength corresponding to the communication frequency to be used. There has been proposed a small and low-cost antenna device that is arranged concentrically and performs each communication by an electromagnetic induction method.
しかし、上述した技術は、3つの通信周波数帯のうち、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子で通信する際の通信条件に合わせて、各々のアンテナ素子の全長、あるいはそれらの配置を決定しており、通信周波数13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子で通信する場合、通信に必要な磁界の強さを得られない場合がある。 However, the above-described technique performs communication using a loop antenna element that can communicate in the communication frequency range of 800 MHz to 1000 MHz and a loop antenna element that can communicate in the communication frequency range of 2400 MHz to 2500 MHz among the three communication frequency bands. The total length of each antenna element or the arrangement thereof is determined in accordance with the communication conditions at the time, and when communication is performed using a loop-shaped antenna element capable of communication in a communication frequency of 13.56 MHz, a magnetic field necessary for communication You may not get the strength of.
通信周波数13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子の全長を長くし、アンテナ素子の巻き回数を増やして磁界の強さをある程度高めることは可能であるが、例えば通信周波数13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子を同心円の最外側に配置すると、基板上でのアンテナ素子の占める割合が大きくなり、小型化には不向きである。 Although it is possible to increase the magnetic field strength to some extent by increasing the total length of the loop-shaped antenna element capable of communicating in the communication frequency 13.56 MHz band and increasing the number of turns of the antenna element, for example, the communication frequency 13.56 MHz band If the loop-shaped antenna elements that can communicate with each other are arranged on the outermost side of the concentric circle, the proportion of the antenna elements on the substrate increases, which is not suitable for downsizing.
また、ループ状のアンテナ素子の周辺、例えば前記ループ状のアンテナ素子が内蔵されたアンテナ装置の検出面の反対側等に金属等がある場合は、その磁気的影響によりアンテナ特性の低下が問題となる。すなわち、前記ループ状のアンテナ素子が発生した磁気エネルギーは、その周辺にある金属等の内部で電流として消費されてしまい、本来想定していた通信に必要な磁界の強さが得られず通信距離が減少してしまう可能性がある。特に、磁界エリアの広い13.56MHz帯での通信の場合に、その影響が顕著である。 In addition, when there is metal or the like around the loop-shaped antenna element, for example, on the opposite side of the detection surface of the antenna device incorporating the loop-shaped antenna element, there is a problem that the antenna characteristics are deteriorated due to the magnetic effect. Become. That is, the magnetic energy generated by the loop-shaped antenna element is consumed as a current inside the surrounding metal or the like, and the strength of the magnetic field necessary for communication that was originally assumed cannot be obtained, and the communication distance May decrease. In particular, the influence is remarkable in the case of communication in the 13.56 MHz band having a wide magnetic field area.
また今後、ICタグ等のデータ担体の情報に対し、いつでもどこでもアクセス可能なユビキタス社会に向けて、例えば携帯電話や腕時計等の機器に、RFID読取/書込装置が実装可能となるよう、RFID読取/書込装置の小型化が必須であり、それに伴いRFID読取/書込装置の内部に組み込まれるアンテナ装置の小型化が必要となる。 In the future, RFID readers / writers will be able to be mounted on devices such as mobile phones and watches for the ubiquitous society where information on data carriers such as IC tags can be accessed anytime and anywhere. The downsizing of the writing / writing device is indispensable, and accordingly, the downsizing of the antenna device incorporated in the RFID reading / writing device is required.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、少なくとも通信周波数13.56MHz帯、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯の三つの通信周波数帯で、電磁誘導方式にて通信可能となるよう、前記通信周波数帯の各々に対応した、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を備え、各々のアンテナ素子の全長が、使用する通信周波数に相当する波長の4分の1の長さを有し、これらを一つの基板上で同心円状に配置して、各々の通信を電磁誘導方式で行なうとともに、ループ状の磁性体を、前記三つのループ状のアンテナ素子のうちの、通信周波数13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子の下部近傍に備えて、周辺の金属等による磁気的影響を抑え、前記通信周波数13.56MHz帯で通信する場合の磁界の強さを大きくして、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であり、かつ小型で低コストである、RFID読取/書込装置に使用するアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide at least three communication frequencies of a communication frequency band of 13.56 MHz, a communication frequency of 800 MHz to 1000 MHz, and a communication frequency of 2400 MHz to 2500 MHz. At least three loop-shaped antenna elements corresponding to each of the communication frequency bands are provided so that communication can be performed by electromagnetic induction in the band, and the total length of each antenna element corresponds to the communication frequency to be used. They have a length of one-fourth of the wavelength, are arranged concentrically on one substrate, perform each communication by electromagnetic induction, and form a loop-shaped magnetic body into the three loop-shapes. Among the antenna elements of the above, in the vicinity of the lower part of the loop-shaped antenna element capable of communication in the communication frequency 13.56 MHz band, the surrounding metal RFID which is capable of suppressing magnetic influences, increasing the strength of the magnetic field when communicating in the communication frequency 13.56 MHz band, suppressing deterioration of antenna characteristics, and being small and low cost. An object of the present invention is to provide an antenna device used for a reading / writing device.
すなわち本発明によれば、データ担体と非接触で通信を行うRFID読取/書込装置に使用するアンテナ装置であって、前記アンテナ装置は、少なくとも13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子と、800MHz乃至1000MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子と、2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子を有し、前記13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の4分の1の長さより短く、かつ前記800MHz乃至1000MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の4分の1の長さより短く、かつ前記2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の4分の1の長さより短くするとともに、前記13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、前記2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、および前記2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の各々を、同一平面内にあって、同心円状、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように配置して構成し、かつ前記13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を備えるアンテナ装置が得られる。 That is, according to the present invention, an antenna device used in an RFID read / write device that performs non-contact communication with a data carrier, the antenna device being a loop antenna that communicates at a frequency of at least 13.56 MHz band. A loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of 800 MHz to 1000 MHz band and a loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of 2400 MHz to 2500 MHz, and communicates at a frequency of 13.56 MHz band The total length of the antenna element is shorter than a quarter of the wavelength corresponding to the frequency, and the total length of the loop-shaped antenna element communicating at the frequency of the 800 MHz to 1000 MHz band is 4 of the wavelength corresponding to the frequency. Shorter than one-half length and the circumference of the 2400 MHz to 2500 MHz band The total length of the loop-shaped antenna element that communicates by number is shorter than a quarter of the wavelength corresponding to the frequency, and the loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of the 13.56 MHz band, the 2400 MHz to 2400 MHz The loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of 2500 MHz band and the loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of 2400 MHz to 2500 MHz are in the same plane, and are concentric, concentric, and concentric. A loop-shaped magnetic body in the vicinity of the lower portion of the loop-shaped antenna element that is arranged and configured so as to have a shape, a concentric polygonal shape, or a substantially concentric polygonal shape and communicates at a frequency of the 13.56 MHz band. Is obtained.
本発明のアンテナ装置は、RFID読取/書込装置に使用され、少なくとも三つの通信周波数帯、すなわち、少なくとも通信周波数13.56MHz帯、通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯で、データ担体と通信を行うことが可能となるよう、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を備えるのがよい。 The antenna device of the present invention is used in an RFID reader / writer, and has at least three communication frequency bands, that is, at least a communication frequency of 13.56 MHz band, a communication frequency of 800 MHz to 1000 MHz, and a communication frequency of 2400 MHz to 2500 MHz. In order to be able to communicate with the data carrier, it is preferable to provide at least three loop antenna elements.
前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子は、送信用のアンテナ素子、受信用のアンテナ素子、または送受信兼用のアンテナ素子のいずれであってもよく、例えば絶縁基板上に固定された、絶縁被覆銅線等を少なくとも1ターン巻回してなるループ状のアンテナ素子、あるいは絶縁基板上に銅箔等で形成した導体パターンからなり、少なくとも1ターン巻回してなるループ状のアンテナ素子等であるのがよい。 The at least three loop-shaped antenna elements may be any of an antenna element for transmission, an antenna element for reception, or an antenna element for both transmission and reception. For example, an insulation-coated copper wire fixed on an insulating substrate Or the like, or a loop-shaped antenna element formed of a conductive pattern formed of copper foil or the like on an insulating substrate and wound for at least one turn.
使用する通信周波数帯が先の三種類である場合は、13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子(以下、第一のループアンテナ素子という)、800MHz乃至1000MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子(以下、第二のループアンテナ素子という)、および2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子(以下、第三のループアンテナ素子という)の全長の各々を、前記周波数の各々に相当する波長の4分の1の長さよりも短いものとするのがよい。 When the communication frequency bands to be used are the above three types, a loop antenna element that communicates at a frequency of 13.56 MHz band (hereinafter referred to as a first loop antenna element), and a communication at a frequency of 800 MHz to 1000 MHz band. Each of the total length of a loop-shaped antenna element (hereinafter referred to as a second loop antenna element) and a loop-shaped antenna element (hereinafter referred to as a third loop antenna element) communicating at a frequency of 2400 MHz to 2500 MHz band, It is preferable that the length is shorter than a quarter of the wavelength corresponding to each frequency.
さらに、第一のループアンテナ素子、第二のループアンテナ素子、および第三のループアンテナ素子の各々は、同一平面内、例えば平板状の絶縁基板の一方の面上に配置されたものであって、前記絶縁基板の中心に、例えば円形状の第三のループアンテナ素子を配置し、その外側に、前記円形状の第三のループアンテナ素子と離間して、円形状の第二のループアンテナ素子を配置し、さらにその外側に、前記円形状の第二のループアンテナ素子と離間して、円形状の第一のアンテナ素子を配置して、同心円状となるように構成するのが好適である。 Further, each of the first loop antenna element, the second loop antenna element, and the third loop antenna element is disposed on the same plane, for example, on one surface of a flat insulating substrate. For example, a circular third loop antenna element is disposed at the center of the insulating substrate, and the circular second loop antenna element is separated from the circular third loop antenna element on the outside thereof. It is preferable that a circular first antenna element is disposed on the outer side of the circular second loop antenna element so as to be concentric. .
また、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子の各々の形状は、円形状以外に、方形状、略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれであってもよく、それぞれの形状に応じて、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子の各々は、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように同一平面内に配置して構成するのがよい。 In addition to the circular shape, each of the first loop antenna element, the second loop antenna element, and the third loop antenna element has a rectangular shape, a substantially rectangular shape, a concentric polygonal shape, or a concentric shape. Any of substantially polygonal shapes may be used, and according to the respective shapes, each of the first loop antenna element, the second loop antenna element, and the third loop antenna element is a concentric shape, It is preferable that they are arranged in the same plane so as to have a concentric substantially square shape, a concentric polygonal shape, or a concentric substantially polygonal shape.
さらに、前記第一のループアンテナ素子の下部近傍、すなわち前記アンテナ装置の検出面の反対側にあって、前記第一のループアンテナ素子が配置されている部分に、前記第一のループアンテナ素子の形状に合わせて加工したループ状の磁性体を直接にあるいは離間して配置するのがよい。例えば、前記第一のループアンテナ素子の形状が円形である場合は、前記第一のループアンテナ素子の投影面積を十分覆うことができる帯幅および一定の厚さを有した、シート状体からなる円形のループ状の磁性体を、前記絶縁基板の裏面上に直接、接着剤等で固定する、あるいは前記絶縁基板とループ状の磁性体の間にスペーサー等の媒介物を配置して両者を離間し、各々を接着剤等で固定するようにしてもよい。 Further, in the vicinity of the lower part of the first loop antenna element, that is, on the side opposite to the detection surface of the antenna device, the portion of the first loop antenna element is disposed on the first loop antenna element. It is preferable to arrange a loop-shaped magnetic body processed according to the shape directly or at a distance. For example, when the shape of the first loop antenna element is circular, the first loop antenna element is formed of a sheet-like body having a band width and a certain thickness that can sufficiently cover the projected area of the first loop antenna element. A circular loop-shaped magnetic body is fixed directly on the back surface of the insulating substrate with an adhesive or the like, or a medium such as a spacer is disposed between the insulating substrate and the loop-shaped magnetic body to separate them. Each of them may be fixed with an adhesive or the like.
これにより、本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯で通信可能であり、かつ前記少なくとも三つの通信周波数帯の各々に対応した、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を同一平面内に効率よく配置して、アンテナ素子の占有面積を小さくすることができるので、小型化および低コスト化が容易である。同時に、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々を、対応する周波数に相当する波長の4分の1の長さより短くすることで、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を構成する導体の各々に流れる電流の向きが一様となり、より大きく、かつより指向性の高い磁界を発生させることができる。 As a result, the antenna device of the present invention can communicate in at least three communication frequency bands, and at least three loop antenna elements corresponding to each of the at least three communication frequency bands can be efficiently combined in the same plane. It is possible to reduce the size and cost because it can be arranged well and the area occupied by the antenna element can be reduced. At the same time, each of the total lengths of the at least three loop-shaped antenna elements is made shorter than a quarter length of the wavelength corresponding to the corresponding frequency, whereby the conductor constituting the at least three loop-shaped antenna elements is formed. The direction of the current flowing through each of the two is uniform, and a larger and more directional magnetic field can be generated.
さらに、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子のうち、13.56MHz帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置したので、前記ループ状の磁性体に磁気エネルギーを収斂させることができるため、例え周辺に金属等があった場合でも、前記金属等へ磁界が到達する割合を小さくすることができ、結果として磁気エネルギーのロスを減らすことができる。したがって、前記第一のループアンテナ素子による通信周波数13.56MHz帯での通信において、アンテナ特性の低下を抑制して通信距離を拡大することが可能となる。 Furthermore, among the at least three loop-shaped antenna elements, a loop-shaped antenna element that communicates at a frequency of 13.56 MHz band, that is, a loop-shaped magnetic body is disposed near the lower portion of the first loop antenna element. Since the magnetic energy can be converged on the loop-shaped magnetic body, even if there is a metal or the like in the vicinity, the ratio of the magnetic field reaching the metal or the like can be reduced, and as a result, the magnetic energy can be reduced. Loss can be reduced. Therefore, in communication in the communication frequency 13.56 MHz band by the first loop antenna element, it is possible to suppress the deterioration of the antenna characteristics and increase the communication distance.
上述した構成とすることによって、本発明は以下のような効果を奏す。すなわち本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯、例えば13.56MHz帯、800MHz乃至1000MHz帯、および2400MHz乃至2500MHz帯の通信周波数帯で通信可能であり、同一平面内に各々の通信周波数帯に対応した円形状を有したループ状のアンテナ素子を同心円状に配置することにより、特に、RFID読取/書込装置とデータ担体とが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、前記少なくとも三つの通信周波数帯での通信を電磁誘導方式とすることができるとともに、前記少なくとも三つの通信周波数帯のうち、13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置することによって、前記第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さを大きくして、周辺に金属等がある場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であると同時に、小型化および低コスト化が可能である。 By adopting the above-described configuration, the present invention has the following effects. That is, the antenna device of the present invention can communicate in at least three communication frequency bands, for example, 13.56 MHz band, 800 MHz to 1000 MHz band, and 2400 MHz to 2500 MHz band, and each communication frequency band in the same plane. By arranging the loop-shaped antenna elements having a circular shape corresponding to the above in a concentric manner, particularly when the RFID reader / writer and the data carrier are close to each other and the distance between them is short, Communication in at least three communication frequency bands can be an electromagnetic induction system, and a loop-shaped antenna element capable of communication in the 13.56 MHz band among the at least three communication frequency bands, that is, a first loop antenna By arranging a loop-shaped magnetic body in the vicinity of the lower part of the element, the first loop Even if the strength of the magnetic field generated by the antenna element is increased and there is metal around it, it is possible to suppress the deterioration of the antenna characteristics, and at the same time, it is possible to reduce the size and cost. is there.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明のアンテナ装置は、データ担体、すなわち少なくともICチップとループ状の送受信アンテナを有した非接触ICカードと無線で通信することが可能な、RFID読取/書込装置に使用されるものである。前記アンテナ装置は、異なる三つの通信周波数帯、すなわち13.56MHz帯、800MHz乃至1000MHz帯、および2400MHz乃至2500MHz帯で前記非接触ICカードと通信が可能なものである。 The antenna device of the present invention is used for an RFID reading / writing device capable of wirelessly communicating with a data carrier, that is, a contactless IC card having at least an IC chip and a looped transmitting / receiving antenna. . The antenna device can communicate with the contactless IC card in three different communication frequency bands, that is, a 13.56 MHz band, an 800 MHz to 1000 MHz band, and a 2400 MHz to 2500 MHz band.
前記アンテナ装置は、前記三つの通信周波数帯の各々に対応した三つのループ状のアンテナ素子を備えており、その全長の各々は、各々の周波数に相当する波長の4分の1よりも短い長さを有している。 The antenna device includes three loop-shaped antenna elements corresponding to the three communication frequency bands, each of which is shorter than a quarter of a wavelength corresponding to each frequency. Have
前記三つのループ状のアンテナ素子、すなわち13.56MHz帯の周波数で通信する第一のループアンテナ素子、800MHz乃至1000MHz帯の周波数で通信する第二のループアンテナ素子、および2400MHz乃至2500MHz帯の周波数で通信する第三のループアンテナ素子は、例えば前記三つのループ状のアンテナ素子の各々が円形状からなる場合には、先の順序で内側から外側に向かって、同心円状に、ガラスエポキシ等の絶縁基板のおもて面上に、各々離間して配置、固定される。 The three loop antenna elements, ie, a first loop antenna element that communicates at a frequency of 13.56 MHz band, a second loop antenna element that communicates at a frequency of 800 MHz to 1000 MHz band, and a frequency of 2400 MHz to 2500 MHz band. For example, when each of the three loop antenna elements is formed in a circular shape, the third loop antenna element for communication is concentrically formed from the inner side to the outer side in the above order, and is insulated with glass epoxy or the like. On the front surface of the substrate, they are arranged and fixed separately from each other.
なお、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子は、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上にエッチング等により銅膜を円形のループ状に形成したもの、裏面に粘着性を有した銅箔を円形のループ状に加工し、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上に貼り付けたもの、あるいは絶縁被覆された銅線を円形のループ状に加工し、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上に接着剤等を介して接着、固定したもの等のいずれであってよい。 The first loop antenna element, the second loop antenna element, and the third loop antenna element are formed by circularly forming a copper film by etching or the like on the front surface of the insulating substrate such as glass epoxy. What was formed in a loop shape, copper foil having adhesiveness on the back surface was processed into a circular loop shape, and was pasted on the front surface of the insulating substrate such as glass epoxy, or insulation coated copper The wire may be processed into a circular loop shape and bonded or fixed to the front surface of the insulating substrate such as glass epoxy via an adhesive or the like.
また、前記絶縁基板のおもて面上に設けた、前記第一のループアンテナ素子の下部近傍に、前記第一のループアンテナ素子の形状に合わせて加工したループ状の磁性体を直接にあるいは離間して配置するのがよい。 In addition, a loop-shaped magnetic body processed according to the shape of the first loop antenna element is provided directly or near the lower portion of the first loop antenna element provided on the front surface of the insulating substrate. It is better to arrange them apart.
前記ループ状の磁性体は、例えば前記第一のループアンテナ素子が円形状からなる場合は、前記第一のループアンテナ素子の投影面積を十分覆うことができる帯幅および一定の厚さを有した、バインダ中に磁性粉末を分散して固体化したシート状体からなる円形のループ状の磁性体、あるいは軟磁性フェライト等のセラミックス材料や鉄合金等の金属材料等からなる円形のループ状の磁性体を使用するのがよい。特に前記シート状体からなる円形のループ状の磁性体は、柔軟性を有し、軽量であり、加工が容易であるので、前記絶縁基板に固定する際の作業性がよい。 For example, when the first loop antenna element has a circular shape, the loop-shaped magnetic body has a band width and a certain thickness that can sufficiently cover the projected area of the first loop antenna element. , Circular loop-shaped magnetic body made of a sheet-like body in which magnetic powder is dispersed and solidified in a binder, or a circular loop-shaped magnetic body made of a ceramic material such as soft magnetic ferrite or a metal material such as an iron alloy It is better to use the body. In particular, a circular loop-shaped magnetic body made of the sheet-like body is flexible, lightweight, and easy to process. Therefore, the workability when fixing to the insulating substrate is good.
また、前記三つのループ状のアンテナ素子の入出力端子の各々は、前記絶縁基板の一側端面に並ぶように設けてもよいし、スルーホール等を介して、前記絶縁基板の裏面に導出して設けるようにしてもよい。 Further, each of the input / output terminals of the three loop antenna elements may be provided so as to be aligned with one end face of the insulating substrate, or may be led out to the back surface of the insulating substrate through a through hole or the like. You may make it provide.
以下、本発明のアンテナ装置の実施例について、図1を参照しながら説明する。 An embodiment of the antenna device of the present invention will be described below with reference to FIG.
図1は、本発明の実施例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図1(a)は上面図、図1(b)は側面図を示す。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to an embodiment of the present invention. 1A is a top view and FIG. 1B is a side view.
本発明のアンテナ装置100は、データ担体、すなわち非接触ICカードと、三つの通信周波数帯、すなわち電磁誘導方式による通信周波数13.56MHz帯、電波方式および電磁誘導方式による通信周波数800MHz乃至1000MHz帯、および電波方式および電磁誘導方式による通信周波数2400MHz乃至2500MHz帯で通信可能なものであり、本実施例においては、通信に使用する実際の周波数の各々を、13.56MHz、953MHz、および2450MHzに設定した。
The
ただし、ここで、通信周波数953MHz、および通信周波数2450MHzで通信する通信方式を電波方式および電磁誘導方式としたが、本発明のアンテナ装置100を用いた、前記通信周波数953MHz、および前記通信周波数2450MHzでの通信においては、いわゆる電波方式の通信に制限したものではなく、前記非接触ICカードを担持したユーザーがRFID読取/書込装置へアクセスする時の実際の通信距離によって、通信方式が異なってくるものである。具体的には、前記RFID読取/書込装置から前記非接触ICカードが比較的遠方にあって、両者間の距離が長い場合、例えば数mの場合は電波方式で通信を行い、前記RFID読取/書込装置と前記非接触ICカードとが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、例えば数cmないし数十cmの場合は電磁誘導方式で通信を行うようにしたものである。
However, here, although the communication method for communication at the communication frequency of 953 MHz and the communication frequency of 2450 MHz is the radio wave method and the electromagnetic induction method, the communication frequency of 953 MHz and the communication frequency of 2450 MHz using the
一般に、電磁波は、近傍界と遠方界で異なる性質を示す。すなわち互いが直交した電界と磁界とが振動しながら伝播する電磁波は、近傍界においては磁界成分が支配的であり、逆に遠方界においては電界成分が支配的、あるいは電界成分と磁界成分が等量で存在している。つまり、電磁波は、本実施例で例示するようなループ状のアンテナ素子を用いれば、近傍界においては電磁誘導方式で通信、遠方界においては電波方式で通信することを可能にしている。 In general, electromagnetic waves exhibit different properties in the near field and the far field. In other words, the electromagnetic wave propagating while the electric and magnetic fields orthogonal to each other vibrate are dominated by the magnetic field component in the near field, and conversely, the electric field component is dominant in the far field, or the electric field component and the magnetic field component are equal. Present in quantity. That is, the electromagnetic wave can be communicated in the near field by the electromagnetic induction method and in the far field by the radio wave method by using a loop-shaped antenna element as exemplified in this embodiment.
図1(a)および図1(b)に示すように、本発明のアンテナ装置100は、少なくとも、絶縁基板107と、前記絶縁基板107のおもて面上に配置した、三つのループ状のアンテナ素子からなるものである。前記絶縁基板107は、縦50mm×横50mm×厚さ0.8mmのガラスエポキシ基板である。前記三つのループ状のアンテナ素子、すなわち周波数13.56MHzで通信する第一のループアンテナ素子101、周波数953MHzで通信する第二のループアンテナ素子102、および周波数2450MHzで通信する第三のループアンテナ素子103の各々は、前記絶縁基板107のおもて面上に、エッチングによって、一定の幅を有する帯状の銅膜が方形状となるように形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
なお、方形状の第二のループアンテナ素子102と方形状の第三のループアンテナ素子103の各々は1ターンの巻回数を有したものとし、方形状の第一のループアンテナ素子101のみ、2ターンの巻回数を有したものとしている。
Each of the square second
実際の設計において、特に周波数13.56MHzの電磁誘導方式で通信する場合、巻回数が少ないと受信感度の低下を招く可能性があるため、前記第一のループアンテナ素子101を構成する帯状の銅膜の全長を長くすることで巻回数を増やしている。
In actual design, especially when communicating by an electromagnetic induction method with a frequency of 13.56 MHz, if the number of turns is small, the reception sensitivity may be lowered. Therefore, the strip-shaped copper constituting the first
ただし、巻回で重なる部分については、前記絶縁基板107に形成したスルーホール108a,108bを介して、前記絶縁基板107の裏面にエッチングで形成した帯状のブリッジ銅膜112と繋がるようにして絶縁を確保している。
However, the portion overlapped by the winding is insulated so as to be connected to the band-shaped
RFID読取/書込装置とデータ担体、すなわち非接触ICカードとが互いに近傍にあって、両者の通信距離が短い場合、前記アンテナ装置100を構成する各アンテナ素子を、上述したようなループ状とすることで、電磁誘導により磁界を発生し、相対して存在する前記非接触ICカードの送受信アンテナを構成する導体に誘導電流を誘起させて給電することができ、これによって、両者の通信が可能となる。
When the RFID reading / writing device and the data carrier, that is, the non-contact IC card are close to each other and the communication distance between them is short, each antenna element constituting the
前記第一のループアンテナ素子101を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は340mm、前記第二のループアンテナ素子102を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は68mm、および前記第三のループアンテナ素子103を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は24mmである。前記第一のループアンテナ素子101が通信する周波数13.56MHzに相当する波長の4分の1の長さは約5530mm、前記第二のループアンテナ素子102が通信する周波数953MHzに相当する波長の4分の1の長さは約78.7mm、および前記第三のループアンテナ素子103が通信する周波数2450MHzに相当する波長の4分の1の長さは30.6mmであるので、前記三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々は、通信周波数の各々に相当する波長の4分の1の長さより短い構成となっている。
The total length of the strip-shaped copper film formed by etching constituting the first
前記三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々を、波長の4分の1の長さより短い構成としたのは、前記三つのループ状のアンテナ素子のいずれかの全長を、波長の4分の1の長さより長くすると、長くしたアンテナ素子に流れる電流の向きだけ反転してしまい、前記三つのループ状のアンテナ素子に流れる電流の向きが一様とならないために、発生する磁界が打ち消しあうようになり、結果として、通信に必要十分な大きさの磁界を発生させることができないからである。 Each of the total lengths of the three loop-shaped antenna elements is configured to be shorter than a quarter of the wavelength. This is because the total length of any of the three loop-shaped antenna elements is equal to the quarter of the wavelength. If the length is longer than 1, the direction of the current flowing through the elongated antenna element is reversed, and the direction of the current flowing through the three loop-shaped antenna elements is not uniform, so that the generated magnetic fields cancel each other. As a result, it is not possible to generate a magnetic field having a sufficiently large size for communication.
なお、電磁誘導方式での通信の送受信に係る部位を、第一のループアンテナ素子101、第二のループアンテナ素子102、および第三のループアンテナ素子103と表記しているが、厳密には「アンテナ」ではなく、電磁誘導に関与する「ループ導体」あるいは1ターンまたは2ターンの「コイル」と表記すべきものである。しかし、ここでは便宜上、先のように第一のループアンテナ素子101、第二のループアンテナ素子102、および第三のループアンテナ素子103と表記することとする。
In addition, although the site | part which concerns on transmission / reception of communication by an electromagnetic induction system is described with the 1st
そして、前記三つのループ状のアンテナ素子は、前記絶縁基板107のおもて面上に同心方形状に配置される。すなわち前記絶縁基板107のおもて面上の中心に、方形状の第三のループアンテナ素子103を配置し、その外側に、前記方形状の第三のループアンテナ素子103と離間して、方形状の第二のループアンテナ素子102を配置し、さらにその外側に、前記方形状の第二のループアンテナ素子102と離間して、方形状の第一のアンテナ素子101を配置して、同心方形状となるように構成した。
The three loop antenna elements are arranged concentrically on the front surface of the insulating
なお、前記三つのループ状のアンテナ素子の入出力端子104a,104b,105a,105b,106a,106bの各々は、前記絶縁基板107の一側端面に並ぶように設けられるが、前記第二のループアンテナ素子102の入出力端子105a,105b、および前記第三のループアンテナ素子103の入出力端子106a,106bの各々は、前記第二のループアンテナ素子102を構成する帯状の銅膜の一端および他端、および前記第三のループアンテナ素子103を構成する帯状の銅膜の一端および他端の各々と、前記帯状の銅膜の一端および他端の各々が位置する、前記絶縁基板107に形成したスルーホール109a,109b,110a,110bの各々を介して繋げた、前記絶縁基板107の裏面にエッチングで形成した帯状の引出し銅膜113a,113b,114a,114bの各々の端部としている。
Each of the input /
そしてさらに、ループ状の磁性体111を、同心方形状の最外側に配置した前記方形状の第一のループアンテナ素子101の下部近傍、すなわち前記アンテナ装置100の検出面の反対側に配置した。具体的には、前記第一のループアンテナ素子101が配置されている部分に相当する、前記絶縁基板107の裏面に対して直接に接着剤を塗布して固定した。なお、前記ループ状の磁性体111として、外形50mm×50mm、帯幅10mm、厚さ0.25mmのロの字形状に加工した、シート状体からなるNECトーキン株式会社製のバスタレイド(登録商標)を使用した。
Further, the loop-shaped
また、前記ループ状の磁性体111によるアンテナ特性の低下抑制効果を確認するために、前記アンテナ装置100の検出面に向かう、ロの字形状のバスタレイド(登録商標)を前記絶縁基板107の裏面に配置しない場合の第一のループアンテナ素子101(以下、磁性体なし第一のループアンテナ素子という)が発生する磁界の強さと、前記ロの字形状のバスタレイド(登録商標)を前記絶縁基板107の裏面に配置した場合の第一のループアンテナ素子101(以下、ロの字磁性体あり第一のループアンテナ素子という)が発生する磁界の強さを測定して比較した。ただし、各々のアンテナ装置100は、その検出面が上を向くようにして配置され、前記アンテナ装置100の下部に金属板(図示せず)を敷いた状態でテーブルに置かれている。
Further, in order to confirm the effect of suppressing the deterioration of antenna characteristics by the loop-shaped
その結果、前記アンテナ装置100の検出面に向かう、ロの字磁性体あり第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さが、ロの字磁性体なし第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さに比べて1.4倍となり、アンテナ特性の低下抑制効果が確認できた。同時に、前記絶縁基板107のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子102、および第三のループアンテナ素子103の各々に対して、通信時の電流を流して磁界を発生させ、各々の磁界の強さの確認を行なったが、両者とも磁界の強さは低下せず、両者とも通信には問題はなかった。
As a result, the strength of the magnetic field generated by the first loop antenna element having the square-shaped magnetic body toward the detection surface of the
さらに、前記絶縁基板107と同形状である、縦50mm×横50mm×厚さ0.25mmのバスタレイド(登録商標)を、前記絶縁基板107の裏面に接着剤で固定し、前記絶縁基板107の裏面の全面をカバーするようにした場合の第一のループアンテナ素子101(以下、全面磁性体あり第一のループアンテナ素子という)が発生する磁界の強さを測定した。
Furthermore, Buster Raid (registered trademark) having the same shape as that of the insulating
また、前記絶縁基板107のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子102、および第三のループアンテナ素子103の各々に対して、通信時の電流を流して磁界を発生させ、各々の磁界の強さの確認を行なった。
In addition, a current during communication is passed through each of the second
その結果、前記アンテナ装置100の検出面に向かう、全面磁性体あり第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さが、前記磁性体なし第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さに比べて1.5倍となった。一方、前記絶縁基板107のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子102、および第三のループアンテナ素子103が発生する磁界の強さは、前記ロの字形状のバスタレイド(登録商標)を使用した場合と異なり、両者とも磁界の強さが低下して、両者とも良好に通信することができなかった。
As a result, the strength of the magnetic field generated by the first loop antenna element with the magnetic material toward the detection surface of the
これらの結果から、全面をカバーする磁性体を用いるよりも、ループ状の磁性体111を用いる方が、アンテナ装置100全体としての特性が優れていることが確認された。
From these results, it was confirmed that the characteristics of the
このような構成とすることにより、小型化および低コスト化が可能であるとともに、上述したようなロの字形状のバスタレイド(登録商標)等のループ状の磁性体を、前記第一のアンテナ素子の下部近傍に配置することによって、前記ループ状の磁性体に磁気エネルギーを収斂させることができるため、例え周辺に金属等があった場合でも、前記金属等へ磁界が到達する割合を小さくすることができ、結果として磁気エネルギーのロスを減らすことができる。その結果、磁気ヨークとしての機能を持つ前記ループ状の磁性体は、前記アンテナ装置の検出面に向かう磁界の強さを大きくすることができ、前記第二のアンテナ素子による通信、および前記第三のアンテナ素子による通信に対して影響を与えることなく、前記第一のアンテナ素子のアンテナ特性の低下を抑制することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to reduce the size and cost, and the loop-shaped magnetic body such as the above-mentioned B-shaped Busterade (registered trademark) is used as the first antenna element. Since the magnetic energy can be converged on the loop-shaped magnetic body by arranging it near the lower part of the metal, even if there is a metal or the like in the vicinity, the rate at which the magnetic field reaches the metal or the like is reduced. As a result, the loss of magnetic energy can be reduced. As a result, the loop-shaped magnetic body functioning as a magnetic yoke can increase the strength of the magnetic field toward the detection surface of the antenna device, and the communication by the second antenna element, and the third The deterioration of the antenna characteristics of the first antenna element can be suppressed without affecting the communication by the antenna element.
なお、上述した実施例は、固定されたRFID読取/書込装置のアンテナ装置に対して、データ担体、すなわち非接触ICカードを担持したユーザーがアクセスする場合を想定して説明したものであるが、これとは別に、固定されたデータ担体、例えば商品棚に並べられた商品等の物品に貼付して固定されたICタグに対して、本発明のアンテナ装置を有したRFID読取/書込装置を内蔵した電子通信機器、例えば携帯電話等を担持したユーザーがアクセスする場合等であっても、本発明のアンテナ装置を使用することができる。 The above-described embodiment has been described on the assumption that a user carrying a data carrier, that is, a non-contact IC card, accesses an antenna device of a fixed RFID reader / writer. Separately, an RFID reading / writing device having the antenna device of the present invention is applied to a fixed data carrier, for example, an IC tag attached to and fixed to an article such as a product arranged in a product shelf. The antenna device of the present invention can be used even when a user carrying an electronic communication device with a built-in mobile phone such as a mobile phone accesses.
また、上述した実施例では、本発明のアンテナ装置に係る、三つのループ状のアンテナ素子を方形状のものとして、同心方形状となるよう、同一平面内に配置して構成したものを例示したが、これらに限らず、円形状を有したループ状のアンテナ素子を同心円状に、略方形状を有したループ状のアンテナ素子を同心略方形状に、任意の多形状を有したループ状のアンテナ素子を同心多角形状に、または任意の略多形状を有したループ状のアンテナ素子を同心略多角形状に、同一平面内に配置して構成したものでもよいし、形状の異なるループ状のアンテナ素子が混在した状態で同一平面内に配置して構成したものであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the antenna device of the present invention is exemplified by three loop-shaped antenna elements arranged in the same plane so as to be concentric, with a rectangular shape. However, the present invention is not limited thereto, and loop-shaped antenna elements having a circular shape are concentric, loop-shaped antenna elements having a substantially rectangular shape are concentric and substantially rectangular, and a loop-shaped antenna having an arbitrary multi-shape is formed. The antenna elements may be configured by concentric polygonal shapes, or loop-shaped antenna elements having any substantially polymorphic shape, arranged concentrically and substantially in the same plane, or loop-shaped antennas having different shapes. It may be arranged and arranged in the same plane in a state where elements are mixed.
なお、ループ状の磁性体は、ループ状のアンテナ素子の形状に合わせて、例示したような方形状のもの以外に、円形状、略方形状、任意の多角形状、あるいは任意の略多角形状のものであってよい。 Note that the loop-shaped magnetic body has a circular shape, a substantially rectangular shape, an arbitrary polygonal shape, or an arbitrary substantially polygonal shape other than the rectangular shape as illustrated in accordance with the shape of the loop-shaped antenna element. It may be a thing.
本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯、例えば13.56MHz帯、800MHz乃至1000MHz帯、および2400MHz乃至2500MHz帯の通信周波数帯で通信可能であり、同一平面内に各々の通信周波数帯に対応した方形状を有したループ状のアンテナ素子を同心方形状に配置することにより、特に、RFID読取/書込装置とデータ担体とが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、前記少なくとも三つの通信周波数帯での通信を電磁誘導方式とすることができるとともに、前記少なくとも三つの通信周波数帯のうち、13.56MHz帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置することによって、前記第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さを大きくして、周辺に金属等がある場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であると同時に、小型化および低コスト化が可能である。 The antenna device of the present invention can communicate in at least three communication frequency bands, for example, 13.56 MHz band, 800 MHz to 1000 MHz band, and 2400 MHz to 2500 MHz band, and each communication frequency band in the same plane. By arranging the loop-shaped antenna elements having a corresponding rectangular shape in a concentric rectangular shape, particularly when the RFID reader / writer and the data carrier are close to each other and the distance between the two is short, Communication in at least three communication frequency bands can be an electromagnetic induction system, and a loop-shaped antenna element capable of communication in the 13.56 MHz band among the at least three communication frequency bands, that is, a first loop antenna By arranging a loop-shaped magnetic body near the lower part of the element, the first loop amplifier It is possible to increase the strength of the magnetic field generated by the N element and suppress the deterioration of the antenna characteristics even when there are metals around it, and at the same time, it is possible to reduce the size and cost. is there.
以上、実施例を用いて、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。 The embodiments of the present invention have been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and the present invention is not limited to the scope of the present invention. Included in the invention. That is, it goes without saying that the present invention also includes various variations and modifications that would be obvious to those skilled in the art.
本発明のアンテナ装置は、データ担体と、電磁誘導あるいは電波等により非接触で通信を行うRFID読取/書込装置を用いたRFIDシステムに係る通信技術分野おいて利用可能であり、特に、複数の異なる通信周波数帯、あるいは複数の異なる通信方式で通信するRFIDシステムに係る通信技術分野おいて利用可能である。 The antenna device of the present invention can be used in a communication technical field related to an RFID system using an RFID reading / writing device that performs non-contact communication with a data carrier by electromagnetic induction or radio waves. The present invention can be used in a communication technology field related to an RFID system that performs communication using different communication frequency bands or a plurality of different communication methods.
100 アンテナ装置
101 第一のループアンテナ素子
102 第二のループアンテナ素子
103 第三のループアンテナ素子
104a,104b,105a,105b,106a,106b 入出力端子
107 絶縁基板
108a,108b,109a,109b,110a,110b スルーホール
111 ループ状の磁性体
112 ブリッジ銅膜
113a,113b,114a,114b 引出し銅膜
100
Claims (1)
前記アンテナ装置は、
少なくとも13.56MHz帯の第1の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第1のアンテナ素子と、
800MHz乃至1000MHz帯の第2の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第2のアンテナ素子と、
2400MHz乃至2500MHz帯の第3の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第3のアンテナ素子とを有し、
前記第1のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第1の周波数に相当する波長の4分の1の長さより短く、かつ前記第2のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第2の周波数に相当する波長の4分の1の長さより短く、かつ前記第3のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第3の周波数に相当する波長の4分の1の長さより短くするとともに、
前記第1のアンテナ素子のループ導体、前記第2のアンテナ素子のループ導体、および前記第3のアンテナ素子のループ導体の各々を、同一平面内にあって、同心円状、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように配置して構成し、
かつ、前記第1のアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を備えることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device for use in an RFID reader / writer that communicates without contact with a data carrier,
The antenna device is
A first antenna element that communicates at a first frequency of at least 13.56 MHz and includes a loop conductor and is connected to each input / output terminal ;
A second antenna element including a loop conductor and connected to each input / output terminal, which communicates at a second frequency of 800 MHz to 1000 MHz;
Communicating a third frequency of 2400MHz to 2500MHz band, and a third antenna element connected to each input terminal comprises a loop conductor,
The length of the loop conductor of the first antenna element is shorter than the first length of 4 minutes of the first wavelength corresponding to the frequency, and the length of the loop conductor of the second antenna element, the first less than 1 in a length of quarter of the wavelength corresponding to the second frequency, and the length of the loop conductor of the third antenna element is shorter than the first length of 4 minutes of the third wavelength corresponding to the frequency And
Each of the loop conductor of the first antenna element, the loop conductor of the second antenna element, and the loop conductor of the third antenna element is in the same plane and is concentric, concentric, or substantially concentric. Arranged to be either rectangular, concentric polygonal, or concentric polygonal,
An antenna device comprising a loop-shaped magnetic body in the vicinity of the lower portion of the first antenna element.
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