JP5655602B2 - Antenna and RFID device - Google Patents
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Description
本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)システムのような無線通信システムに用いられるアンテナおよびそれを備えたRFIDデバイスに関し、特にHF帯のRFIDシステムに適用されるアンテナおよびRFIDデバイスに関する。 The present invention relates to an antenna used in a radio communication system such as an RFID (Radio Frequency Identification) system and an RFID device including the antenna, and more particularly to an antenna and an RFID device applied to an HF band RFID system.
近年、物品の情報管理を行うための無線通信システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたRFIDタグとを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するRFIDシステムが実用化されている。ここで、RFIDタグは、所定の情報を記憶し、所定のRF信号を処理するRFICチップと、RF信号の送受信を行うアンテナとを備えている。 In recent years, as a wireless communication system for managing article information, a reader / writer that generates an induced magnetic field and an RFID tag attached to an article communicate with each other in a non-contact manner using an electromagnetic field to transmit predetermined information. RFID systems have been put into practical use. Here, the RFID tag includes an RFIC chip that stores predetermined information and processes a predetermined RF signal, and an antenna that transmits and receives the RF signal.
たとえば特許文献1には、ブースターコイルを用いたRFIDタグが開示されている。図1はそのRFIDタグに備えられたブースターコイルとIC素子との配列を示す平面図である。このRFIDタグは、アンテナコイルが一体形成されたRFIC2と、ブースターコイル3および静電容量接続用の導体膜4a,4bが形成された絶縁部材6と、これらを一体にケーシングする基体とで構成されている。RFIC2には、矩形スパイラル状のアンテナコイルが一体に形成されていて、そのアンテナコイルが絶縁部材6のブースターコイル形成面側に向けて取り付けられている。
For example,
絶縁部材6の裏面には表面に導体膜4a,4bに対向する静電容量接続用の導体膜5a,5bが形成される。また、絶縁部材6の表面側に形成された静電容量接続用の導体膜4a,4bは、ブースターコイル3を介して電気的に接続され、絶縁部材6の裏面側に形成された静電容量接続用の導体膜は導線を介して電気的に接続されている。
On the back surface of the
このRFIDタグにおいては、RFIC2のアンテナコイルとブースターコイル3とが電磁界結合して、RFIC2とブースターコイル3との間で信号が伝達される。
In this RFID tag, the antenna coil of the
しかしながら、図1に示したようなRFIDタグにおいては、アンテナコイルはRFICチップと同サイズ、ブースターコイルはカードサイズであるため、両者のサイズが大きく異なる。そのため、アンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くすることが難しい。なお、特許文献1には、ブースターコイルのうちRFICチップが搭載される部分の形状をアンテナコイルに近似した形状とし、RFICチップ側のアンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くする構造が開示されているが、この構造では、ブースターコイルの形状が複雑化するとともに、ブースターコイルの外形寸法が大きくなってしまう傾向にある。
However, in the RFID tag as shown in FIG. 1, since the antenna coil is the same size as the RFIC chip and the booster coil is the card size, the sizes of both are greatly different. Therefore, it is difficult to increase the degree of coupling between the antenna coil and the booster coil.
また、アンテナコイルとブースターコイルを備えたアンテナにおいては、一般に、アンテナコイルとブースターコイルとが重なる領域またはその近傍を通る磁束が互いに打ち消し合う状況が生じる。図1に示したアンテナにおいても、例えば磁束B0とB1は何れもアンテナコイルとブースターコイルを同方向に通過するが、磁束B2はアンテナコイルとブースターコイルを逆方向に通過する。そのため、アンテナコイルによって形成される磁界とブースターコイルによって形成される磁界とが打ち消し合うヌル点が生じる場合がある。このヌル点ではリードライトができなくなってしまう。 Moreover, in an antenna provided with an antenna coil and a booster coil, generally, a situation occurs in which magnetic fluxes passing through a region where the antenna coil and the booster coil overlap or in the vicinity thereof cancel each other. Also in the antenna shown in FIG. 1, for example, both the magnetic fluxes B0 and B1 pass through the antenna coil and the booster coil in the same direction, but the magnetic flux B2 passes through the antenna coil and the booster coil in the reverse direction. Therefore, there may be a null point where the magnetic field formed by the antenna coil and the magnetic field formed by the booster coil cancel each other. At this null point, read / write cannot be performed.
本発明は、上述した実情に鑑み、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、RF信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生を抑制したアンテナ、およびそれを備えたRFIDデバイスを提供することを目的としている。 In view of the above-described circumstances, the present invention provides an antenna that has a high coupling degree between a feeding coil and a booster antenna, is excellent in RF signal transmission efficiency, and further suppresses generation of a null point, and an RFID device including the antenna. The purpose is to do.
(1)本発明のアンテナは次のように構成される。
第1ブースターコイル素子と第2ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子および前記第2ブースターコイル素子はそれぞれループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子と前記第2ブースターコイル素子は、平面上の隣接する位置に配置され、前記第1ブースターコイル素子の導体パターンと前記第2ブースターコイル素子の導体パターンは、互いの隣接部分で電流が逆方向に流れるように接続されていて、
前記第1ブースターコイル素子は、前記給電コイルよりも大きく、互いに容量を介して結合する積層された第1コイルおよび第2コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第1ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置された
ことを特徴とする。
(1) The antenna of the present invention is configured as follows.
A booster antenna composed of a first booster coil element and a second booster coil element, and a feeding coil coupled to the booster antenna;
The feeding coil is composed of a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are each configured by a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are arranged at adjacent positions on a plane, and the conductor pattern of the first booster coil element and the conductor pattern of the second booster coil element are adjacent to each other. Is connected so that the current flows in the opposite direction,
The first booster coil element is composed of a stacked first coil and second coil that are larger than the feeding coil and are coupled to each other via a capacitance.
The feeding coil is disposed at a position where it is electromagnetically coupled to the first booster coil element.
この構成により、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、RF信号の伝達効率に優れたアンテナが得られる。 With this configuration, an antenna having a high coupling degree between the feeding coil and the booster antenna and excellent RF signal transmission efficiency can be obtained.
(2)前記給電コイルは、前記第1コイルおよび第2コイルの両方に対して電磁界結合する位置に配置されていることが好ましい。
このことにより、給電コイルとブースターアンテナとの結合度がより高められる。
(2) It is preferable that the said feeding coil is arrange | positioned in the position couple | bonded with an electromagnetic field with respect to both the said 1st coil and a 2nd coil.
This further increases the degree of coupling between the feeding coil and the booster antenna.
(3)前記給電コイルは前記第1ブースターコイル素子の外形より内側に配置されていることが好ましい。この構造により、ヌル点の発生をより確実に抑制できる。 (3) It is preferable that the said feeding coil is arrange | positioned inside the external shape of a said 1st booster coil element. With this structure, generation of a null point can be more reliably suppressed.
(4)前記第2ブースターコイル素子は、互いに接続された、または容量を介して結合する、積層された第3コイルおよび第4コイルで構成されていることが好ましい。
この構造により、第1ブースターコイル素子および第2ブースターコイル素子を単層で構成する場合に比べて、実質的に小さなブースターアンテナで高利得が得られる。
(4) It is preferable that the second booster coil element is composed of a stacked third coil and fourth coil that are connected to each other or coupled via a capacitor.
With this structure, a high gain can be obtained with a substantially small booster antenna as compared with the case where the first booster coil element and the second booster coil element are formed of a single layer.
(5)前記第1コイルおよび前記第3コイルは第1の層に形成され、前記第2コイルおよび前記第4コイルは第2の層に形成された構造であることが好ましい。
この構造により、ブースターアンテナを少ない層数で容易に構成できる。
(5) Preferably, the first coil and the third coil are formed in a first layer, and the second coil and the fourth coil are formed in a second layer.
With this structure, the booster antenna can be easily configured with a small number of layers.
(6)前記給電コイルおよび前記第1ブースターコイル素子はいずれも四辺を有する矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第1ブースターコイル素子はそれぞれの前記四辺のうち三辺に沿って層方向に重なっていることが好ましい。
この構造により、給電コイルとブースターアンテナとの結合度をより高めることができる。
(6) Each of the feeding coil and the first booster coil element has a rectangular shape having four sides, and the feeding coil and the first booster coil element are layered along three sides of the four sides in a plan view. It is preferable to overlap in the direction.
With this structure, the degree of coupling between the feeding coil and the booster antenna can be further increased.
(7)前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高いことが好ましい。 (7) It is preferable that the resonant frequency of the said feeding coil or the resonant frequency of the circuit by the said feeding coil and the feeder circuit connected to this feeding coil is higher than the resonant frequency of the said booster antenna.
この構成により、給電コイルとブースターアンテナとが磁界結合して互いの結合度を高めることができ、ブースターアンテナとリーダライタアンテナ間も磁界を介した通信が可能となる。 With this configuration, the feeding coil and the booster antenna can be magnetically coupled to increase the degree of coupling with each other, and communication between the booster antenna and the reader / writer antenna via the magnetic field is also possible.
(8)本発明のRFIDデバイスはアンテナとこのアンテナに接続されたRFICとを備え、
前記アンテナは、
第1ブースターコイル素子と第2ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子および前記第2ブースターコイル素子はそれぞれループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子と前記第2ブースターコイル素子は、平面上の隣接する位置に配置され、前記第1ブースターコイル素子の導体パターンと前記第2ブースターコイル素子の導体パターンは、互いの隣接部分で電流が逆方向に流れるように接続されていて、
前記第1ブースターコイル素子は、前記給電コイルよりも大きく、互いに容量を介して結合する積層された第1コイルおよび第2コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第1ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置され、
前記RFICは前記給電コイルに接続されたことを特徴とする。
(8) RFID device of the present invention and a RFIC connected antenna and to the antenna,
The antenna is
A booster antenna composed of a first booster coil element and a second booster coil element, and a feeding coil coupled to the booster antenna;
The feeding coil is composed of a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are each configured by a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are disposed at adjacent positions on a plane, and the conductor pattern of the first booster coil element and the conductor pattern of the second booster coil element are adjacent to each other. Is connected so that the current flows in the opposite direction,
The first booster coil element is composed of a stacked first coil and second coil that are larger than the feeding coil and are coupled to each other via a capacitance.
The feeding coil is disposed at a position where the first booster coil element is electromagnetically coupled,
The RFIC is connected to the feeding coil.
本発明によれば、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、RF信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生が抑制されたアンテナ、およびそのアンテナを備えたRFIDデバイスが構成できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coupling | bonding degree of a feeding coil and a booster antenna is high, it is excellent in the transmission efficiency of RF signal, Furthermore, generation | occurrence | production of the null point was suppressed, and the RFID device provided with the antenna can be comprised.
《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態に係るRFIDデバイス301の斜視図である。図3は、給電デバイスの基材20およびブースターアンテナの基材10を除く部分の分解斜視図である。このRFIDデバイス301は、HF帯のRFIDシステムに用いられるRFIDタグとして用いられる。例えばRFIDデバイス301は携帯電子機器内に備えられる。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a perspective view of the
このRFIDデバイス301は、図2に示すように、RFICチップ23と、RFICチップ23に接続された給電コイル21と、給電コイル21に結合するブースターアンテナ110とを備える。
As shown in FIG. 2, the
RFICチップ23は、メモリ回路やロジック回路、クロック回路等を有し、RF信号を処理する集積回路チップとして構成されている。
給電デバイス210は、給電デバイス基材20、給電コイル21およびRFICチップ23を備えている。給電コイル21は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。複数層の矩形スパイラル状の導体パターンは、同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。この給電コイル21の両端に入出力電極22A,22Bが形成されていて、この入出力電極22A,22BにRFICチップ23が接続されている。
The
The
図3に示すように、ブースターアンテナ110は、ブースターアンテナ基材10、第1ブースターコイル素子111と第2ブースターコイル素子112を含んで構成されている。第1ブースターコイル素子111は第1コイル11と第2コイル12とで構成されていて、第2ブースターコイル素子112は第3コイル13と第4コイル14とで構成されている。第1コイル11と第3コイル13とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、第2コイル12と第4コイル14とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。
As shown in FIG. 3, the
給電デバイス210の給電コイル21は、第1ブースターコイル素子111の第1コイル11、第3コイル13と電磁界結合する位置に(第1ブースターコイル素子111に重ねて)配置されている。具体的には、給電コイル21は第1ブースターコイル素子111の外形より内側に配置されている。また、給電コイル21および第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12はいずれも矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第1ブースターコイル素子はそれぞれの三辺に沿って層方向に重なっている。
The
第1ブースターコイル素子111の第1コイル11、第2コイル12に対する第2ブースターコイル素子112の第3コイル13、第4コイル14の巻回方向は、給電デバイス210の給電コイル21が第1ブースターコイル素子111および第2ブースターコイル素子112に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。
The winding direction of the
図4はRFIDデバイス301のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタL0は給電コイル21のインダクタンスに相当し、キャパシタC0は給電コイル21のキャパシタンス(分布容量)に相当する。給電回路23FはRFICチップ23の給電回路である。また、インダクタL1,L2,L3,L4は第1コイル11,第2コイル12,第3コイル13,第4コイル14にそれぞれ相当する。キャパシタC1は第1コイル11と第2コイル12との間に生じる分布容量に相当し、キャパシタC2は第3コイル13と第4コイル14との間に生じる分布容量に相当する。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the antenna portion of the
相互インダクタンスM3は第1コイル11と第3コイル13との間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスM5は第2コイル12と第4コイル14との間の磁界結合に相当する。相互インダクタンスM4は第1コイル11と第2コイル12との間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスM6は第3コイル13と第4コイル14との間の磁界結合に相当する。
The mutual inductance M3 corresponds to magnetic field coupling between the
相互インダクタンスM1は給電デバイス210の給電コイル21と第1ブースターコイル素子111の第1コイル11との間の磁界結合に相当する。また、相互インダクタンスM2は給電デバイス210の給電コイル21と第1ブースターコイル素子111の第2コイル12との間の磁界結合に相当する。
The mutual inductance M1 corresponds to magnetic field coupling between the feeding
図5は給電デバイスおよびブースターアンテナとリーダライタアンテナとの結合の様子を示す図である。図5(A)は給電コイル21と第1コイル11,第3コイル13(および第2コイル12,第4コイル14)に流れる電流の方向を矢印で表している。図5(B)はリーダライタアンテナの磁束が給電デバイス210およびブースターアンテナを通る様子を磁力線で表した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of coupling of the power feeding device, the booster antenna, and the reader / writer antenna. FIG. 5A shows the direction of current flowing through the feeding
図5(A)に示すように、給電コイル21は、第1ブースターコイル素子の第1コイル11および第2コイル12と電磁界を介して結合する。
As shown in FIG. 5A, the feeding
給電コイル21は、コイル自身が持つインダクタンス成分(図4に示したインダクタL0)と給電コイル21の線間容量で構成されるキャパシタンス成分(図4に示したキャパシタC0)とを有するので、これらによりLC共振回路を構成し、共振周波数を有する。また、給電回路23Fの接続状態で、給電コイル21と給電回路23Fとによる回路の共振周波数を有する。
The feeding
ブースターアンテナ110は、図4に示したインダクタL1〜L4およびキャパシタC1,C2によるLC共振回路で構成される共振周波数を有する。
The
したがって、図5(A)・図5(B)に示すように、ある瞬間、給電コイル21に図中矢印a,bの方向に電流が流れると、ブースターアンテナの第1コイル11〜第4コイル14には図中矢印c〜jの方向に電流が誘起される。すなわち、給電コイル21に矢印a方向および矢印b方向の電流が流れると、矢印a方向の電流によって、第1ブースターコイル素子の第1コイル11に矢印c,d,e,f方向の電流が流れる。また、第2コイル12にも矢印c,d,e,f方向と同方向の電流が流れる。第1ブースターコイル素子の第1コイル11および第2コイル12は第2ブースターコイル素子112の第3コイル13および第4コイル14と電磁界結合するので、第3コイル13および第4コイル14には矢印g,h,i,j方向の電流が流れる。つまり、第1ブースターコイル素子と第2ブースターコイル素子には同方向に電流が流れる。
Therefore, as shown in FIGS. 5A and 5B, when a current flows in the direction of the arrows a and b in the drawing at a certain moment, the
給電コイル21に流れる電流による磁束の向きと第1コイル11、第2コイル12に流れる電流による磁束の向きとは逆であるので、リーダライタアンテナの磁束は給電コイル21を殆ど直接通過しない。換言すると、リーダライタアンテナから給電コイル21は等価的に見えない。そのため、従来のアンテナのようなヌル点の発生が抑制される。
Since the direction of the magnetic flux due to the current flowing through the feeding
リーダライタアンテナの磁束が給電コイル21を直接通過しないための条件は、給電コイル21が第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12の外形より内側に配置されていることである。さらには、給電コイル21のパターン形成範囲の幅A2,B2より第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12のパターン形成範囲の幅A1,B1が大きいことである。この条件を満たすように、給電コイル21と第1コイル11,第2コイル13,第2コイル12,第4コイル14の大きさと位置関係を定めればよい。
A condition for preventing the magnetic flux of the reader / writer antenna from passing directly through the feeding
第1の実施形態に係るアンテナによれば、給電コイルとブースターコイルとの結合度を大きくすることができ、RF信号の伝達効率が高い。また、ヌル点が発生しにくい。 According to the antenna according to the first embodiment, the degree of coupling between the feeding coil and the booster coil can be increased, and the RF signal transmission efficiency is high. Also, a null point is difficult to occur.
図6は給電コイル21の共振周波数、ブースターアンテナの共振周波数、およびリーダライタアンテナと結合して通信する周波数の関係を示す図である。図6の横軸は周波数、縦軸はアンテナのリターンロスである。給電コイル21の共振周波数(または、給電コイル21と給電回路23Fとによる共振周波数)faはブースターアンテナの共振周波数fbより高い。例えばfa=14MHz、fb=13.6MHz、通信周波数foは13.56MHzである。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship among the resonance frequency of the feeding
仮に、給電コイルの共振周波数とブースターアンテナの共振周波数が同じであると、縮退が解け、給電コイルとブースターアンテナとが結合しにくくなってしまう。また、給電コイルの共振周波数faがブースターアンテナの共振周波数fbより低いと、給電コイルとブースターアンテナとの結合が容量性で結合することになるが、コイル同士の容量結合は強くならず、その結果、高い結合強度が得られない。 If the resonance frequency of the power feeding coil and the booster antenna are the same, the degeneracy is solved and the power feeding coil and the booster antenna are hardly coupled. If the resonance frequency fa of the feeding coil is lower than the resonance frequency fb of the booster antenna, the coupling between the feeding coil and the booster antenna is capacitively coupled, but the capacitive coupling between the coils is not strong, and as a result. High bond strength cannot be obtained.
第1の実施形態では上述のとおり、給電コイル21の共振周波数faはブースターアンテナの共振周波数fbより高いので、給電コイルとブースターアンテナとが誘導性で結合することになり、高い結合強度が得られる。
In the first embodiment, as described above, since the resonance frequency fa of the feeding
また、リーダライタアンテナの共振周波数は通信周波数foまたはfo付近に設定されていて、ブースターアンテナの共振周波数fbは通信周波数foに等しいかまたは略等しく設定されている。そして給電コイル21の共振周波数faがブースターアンテナの共振周波数fbより高く、通信周波数foより高く設定されているので、ブースターアンテナがリーダライタアンテナと近接して強く結合したときのブースターアンテナの共振周波数fbが高周波側にシフトする量が抑制される。そのため、リーダライタアンテナと強く結合したときのヌル点が発生しにくいという効果を奏する。これは、近接する二つの共振器(この場合、ブースターアンテナと給電コイル)が磁気結合しているので、互いの共振周波数に近づく方向の周波数変化を抑制しあうという効果を利用している。
In addition, the resonance frequency of the reader / writer antenna is set near the communication frequency fo or fo, and the resonance frequency fb of the booster antenna is set equal to or substantially equal to the communication frequency fo. Since the resonance frequency fa of the feeding
また、図4に示したように、ブースターアンテナにおけるインダクタL1〜L4は、相互インダクタンスM3〜M6で互いに結合しているため、インダクタL1〜L4を単純に合わせたインダクタンス値よりも、全体の実効的なインダクタンス値は大きい。その結果、小型でも十分なインダクタンス値を有するブースターアンテナを実現できる。 Further, as shown in FIG. 4, the inductors L1 to L4 in the booster antenna are coupled to each other by mutual inductances M3 to M6. The inductance value is large. As a result, a small booster antenna having a sufficient inductance value can be realized.
《第2の実施形態》
図7は第2の実施形態に係るRFIDデバイス302の斜視図である。図8(A)はRFIDデバイス302の分解斜視図、図8(B)はブースターアンテナ120の下面に形成されているコイルのパターンを示す図である。図8(B)においては、上面のコイルパターンを除いて描いている。
<< Second Embodiment >>
FIG. 7 is a perspective view of an
このRFIDデバイス302は、給電デバイス220と、給電デバイス220に結合するブースターアンテナ120とを備える。
The
給電デバイス220は、給電デバイス基材20、給電コイル21およびRFICチップ23を備えている。給電コイル21は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。この給電コイル21の両端にRFICチップ23が接続されている。
The
ブースターアンテナ120は、第1ブースターコイル素子121と第2ブースターコイル素子122を含んで構成されている。第1ブースターコイル素子121は第1コイル11と第2コイル12とで構成され、第2ブースターコイル素子122は第3コイル13、第4コイル14およびパッド電極15,16で構成されている。第1コイル11と第3コイル13とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、第2コイル12と第4コイル14とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。
The
第1ブースターコイル素子121は9ターン巻回された第1コイル11と9ターン巻回された第2コイル12とで構成されている。第2ブースターコイル素子122は9ターン巻回された第3コイル13と9ターン巻回された第4コイル14とで構成されている。いずれのコイルも図7・図8においては図面の煩雑化を避けるためターン数を減らして描いている。
The first
給電デバイス220の給電コイル21は、第1ブースターコイル素子121の第1コイル11、第2コイル12と電磁界結合する位置に(第1ブースターコイル素子に重ねて)配置されている。具体的には、給電コイル21は第1ブースターコイル素子121の外形より内側に配置されている。また、給電コイル21および第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12はいずれも矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第1ブースターコイル素子はそれぞれの三辺に沿って層方向に重なっている。
The
第1ブースターコイル素子121の第1コイル11、第2コイル12に対する第2ブースターコイル素子122の第3コイル13、第4コイル14の巻回方向は、給電コイル21が第1ブースターコイル素子121および第2ブースターコイル素子122に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。
In the winding direction of the
第3コイル13の内周端にはパッド電極15が接続されていて、第4コイル14の内周端はパッド電極16が接続されている。この二つのパッド電極15,16はパウチングされていて、直流的に導通している。第1ブースターコイル素子121の構成は、第1の実施形態で図3に示した第1ブースターコイル素子111と基本的に同様である。
A
給電デバイス220は、7ターン巻回された2層の矩形スパイラル状導体パターンで構成されている。なお、図7、図8においては図面の煩雑化を避けるためにターン数を減らして描いている。この給電デバイス220の外形寸法は5mm角である。2層の矩形スパイラル状導体パターンは同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、この矩形スパイラル状パターンはポリイミドや液晶ポリマ等の熱可塑性樹脂シートからなる給電デバイス基材20に設けられている。
The
給電デバイス220にはコンデンサチップ24を備えている。コンデンサチップ24は給電コイル21およびRFICチップ23に対して並列に接続されている。このコンデンサチップ24は、給電デバイス220の共振周波数を調整するために設けられている。この給電デバイス220の共振周波数は14MHzに設定されている。
The
図8(A)、図8(B)から明らかなように、給電コイル21は、第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12および第2ブースターコイル素子の第3コイル13、第4コイル14と電磁界を介して結合する。
As is clear from FIGS. 8A and 8B, the feeding
図9はRFIDデバイス302のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタL0は給電コイル21に相当し、キャパシタC0は給電デバイス220に設けられているコンデンサチップ24に相当する。給電回路23FはRFICチップ23の給電回路である。また、インダクタL1,L2,L3,L4はコイル11,12,13,14にそれぞれ相当する。キャパシタC1は第1コイル11と第2コイル12との間に生じる容量に相当する。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the antenna portion of the
図8に示したパッド電極15,16はパウチングされているので、第1の実施形態で図4に示したキャパシタC2に相当するキャパシタは無い。そのため、ブースターアンテナ120のキャパシタンス成分を大きくでき、所定の共振周波数を得るために要するブースターアンテナのサイズをより小さくできる。
Since the
ブースターアンテナを構成する矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、PET等の熱硬化性樹脂シートからなる給電デバイス基材20に設けられている。ブースターアンテナ120はY方向の幅W1が25mm、X方向の幅W2が10mmである。このブースターアンテナの共振周波数は13.56MHzに設定されている。
The rectangular spiral conductor pattern constituting the booster antenna is obtained by patterning a metal foil such as copper, silver, or aluminum by etching or the like, and is provided on the power
なお、パッド電極15とパッド電極16とはビアホール電極等の層間接続導体を利用して接続してもよい。
The
図10はRFIDデバイス302のリターンロス特性(S11)をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を9.0MHzから25.0MHzまでスイープしている。図中m1で示す点が13.56MHzである。このように、インピーダンス軌跡の途中のm1で示す位置に一つのループが生じていることから、共にLC共振回路である給電デバイス220とブースターアンテナ120との結合により、共振点が二つできていることがわかる。また、図11はRFIDデバイス302の通過特性(S21)を示す図である。この図において周波数frは共振周波数、faは反共振周波数である。このように共振周波数frは使用周波数である13.56MHz付近の周波数としている。
FIG. 10 is a diagram showing the return loss characteristic (S11) of the
《第3の実施形態》
図12は、第3の実施形態のRFIDデバイス303の分解斜視図である。第2の実施形態と異なるのは、ブースターアンテナ130の給電デバイス220の配置位置と、第2ブースターコイル素子122の第3コイル13、第4コイル14のパッド電極15,16の構造である。図12において領域MAは給電デバイス220を搭載する領域である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 12 is an exploded perspective view of the
第2の実施形態では、図7・図8に示したとおり、第2ブースターコイル素子122から遠い側で、第1ブースターコイル素子121のコイルの三辺に給電デバイス220のコイル21の三辺が重なるように給電デバイス220を配置した。第3の実施形態では、前記領域MAで示すとおり、第2ブースターコイル素子の第3コイル13、第4コイル14に近い側の、第1ブースターコイル素子の第1コイル11、第2コイル12の三辺に給電デバイス220のコイル21の三辺が重なるように給電デバイス220を配置している。
In the second embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the three sides of the
また、第2の実施形態では第2ブースターコイル素子の第3コイル13、第4コイル14のパッド電極15,16を直流的に接続した。第3の実施形態では、第2ブースターコイル素子の第3コイル13、第4コイル14のパッド電極15,16は誘電体層を介して対向している。
In the second embodiment, the
第1ブースターコイル121は9ターン巻回されたコイル11と9ターン巻回された第2コイル12とで構成されている。第2ブースターコイル122は9ターン巻回された第3コイル13と9ターン巻回された第4コイル14とで構成されている。但し、図12においては、図面の煩雑化を避けるため各コイルのターン数を減らして描いている。
The
図13はRFIDデバイス303のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタL0は給電コイル21に相当し、キャパシタC0は給電デバイス220に設けられているコンデンサチップ24に相当する。給電回路23FはRFICチップ23の給電回路である。インダクタL1,L2,L3,L4はコイル11,12,13,14にそれぞれ相当する。キャパシタC1は第1コイル11と第2コイル12との間に生じる容量に相当する。キャパシタC2は、第3コイル13と第4コイル14との間に生じる分布容量およびパッド電極15,16間に生じる容量の合成容量に相当する。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the antenna portion of the
このようにして、第2ブースターコイル素子全体の占有面積が小さくても、パッド電極15,16で大きな容量成分を得ることができる。
In this way, even if the occupied area of the entire second booster coil element is small, a large capacitance component can be obtained with the
図14はRFIDデバイス303のリターンロス特性(S11)をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を9.0MHzから25.0MHzまでスイープしている。図中m1で示す点が13.56MHzである。この構造によっても、インピーダンス軌跡の途中のm1で示す位置に一つのループが生じていることから共振点が二つできていることがわかる。また、図15はRFIDデバイス303の通過特性(S21)を示す図である。この図において周波数frは共振周波数、faは反共振周波数である。このように共振周波数frは使用周波数である13.56MHz付近の周波数としている。
FIG. 14 is a diagram showing the return loss characteristic (S11) of the
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、給電コイル、ブースターコイルの何れも矩形スパイラル状の導体パターンで構成したが、これらはループ状の導体パターンで構成してもよい。また、ターン数は必要に応じて1ターンであってもよい。
<< Other embodiments >>
In each of the embodiments described above, both the feeding coil and the booster coil are configured by a rectangular spiral conductor pattern, but may be configured by a looped conductor pattern. Further, the number of turns may be one turn as necessary.
また、以上に示した各実施形態では、給電コイルが第1ブースターコイル素子および第2ブースターコイル素子に対して主に磁界を介して結合する例を示したが、周波数帯域によっては主に電界を介して結合するようにしてもよい。さらには電界および磁界の両方を介して結合するようにしてもよい。これは高周波信号の場合に、給電コイルとブースターアンテナとの間の静電容量でも十分にエネルギーが伝達されるからである。 Moreover, in each embodiment shown above, although the example which a feeding coil couple | bonds with a 1st booster coil element and a 2nd booster coil element mainly via a magnetic field was shown, depending on a frequency band, an electric field is mainly shown. You may make it couple | bond together. Further, coupling may be performed via both an electric field and a magnetic field. This is because, in the case of a high-frequency signal, sufficient energy is transmitted even with the capacitance between the feeding coil and the booster antenna.
また、以上に示した各実施形態では、HF帯のRFIDデバイスに適用する例を示したが、本発明はHF帯に限らず例えばUHF帯のRFIDデバイスにも同様に適用できる。 Further, in each of the embodiments described above, an example in which the present invention is applied to an RFID device in the HF band has been shown, but the present invention is not limited to the HF band, and can be similarly applied to, for example, an RFID device in the UHF band.
C0,C1,C2…キャパシタ
L0〜L4…インダクタ
M1〜M6…相互インダクタンス
10…ブースターアンテナ基材
11…第1コイル
12…第2コイル
13…第3コイル
14…第4コイル
15,16…パッド電極
20…給電デバイス基材
21…給電コイル
22A,22B…入出力電極
23…RFICチップ
23F…給電回路
24…コンデンサチップ
110,120,130…ブースターアンテナ
111,121…第1ブースターコイル素子
112,122…第2ブースターコイル素子
210,220…給電デバイス
301〜303…RFIDデバイス
C0, C1, C2 ... capacitors L0 to L4 ... inductors M1 to M6 ...
Claims (8)
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子および前記第2ブースターコイル素子はそれぞれループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子と前記第2ブースターコイル素子は、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第1ブースターコイル素子の導体パターンと前記第2ブースターコイル素子の導体パターンは、互いの隣接部分で電流が逆方向に流れるように接続され、
前記第1ブースターコイル素子は、前記給電コイルよりも大きく、互いに容量を介して結合する積層された第1コイルおよび第2コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第1ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置された
ことを特徴とするアンテナ。 A booster antenna composed of a first booster coil element and a second booster coil element, and a feeding coil coupled to the booster antenna;
The feeding coil is composed of a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are each configured by a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are arranged at adjacent positions on a plane,
The conductor pattern of the first booster coil element and the conductor pattern of the second booster coil element are connected such that current flows in the opposite direction in the adjacent portions of each other,
The first booster coil element is composed of a stacked first coil and second coil that are larger than the feeding coil and are coupled to each other via a capacitance.
The antenna according to claim 1, wherein the feeding coil is disposed at a position where it is electromagnetically coupled to the first booster coil element.
前記アンテナは、
第1ブースターコイル素子と第2ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子および前記第2ブースターコイル素子はそれぞれループ状またはスパイラル状の導体パターンで構成され、
前記第1ブースターコイル素子と前記第2ブースターコイル素子は、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第1ブースターコイル素子の導体パターンと前記第2ブースターコイル素子の導体パターンは、互いの隣接部分で電流が逆方向に流れるように接続され、
前記第1ブースターコイル素子は、前記給電コイルよりも大きく、互いに容量を介して結合する積層された第1コイルおよび第2コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第1ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置され、
前記RFICは前記給電コイルに接続されたことを特徴とするRFIDデバイス。 An RFID device that includes a RFIC connected antenna and to the antenna,
The antenna is
A booster antenna composed of a first booster coil element and a second booster coil element, and a feeding coil coupled to the booster antenna;
The feeding coil is composed of a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are each configured by a loop-shaped or spiral-shaped conductor pattern ,
The first booster coil element and the second booster coil element are arranged at adjacent positions on a plane,
The conductor pattern of the first booster coil element and the conductor pattern of the second booster coil element are connected such that current flows in the opposite direction in the adjacent portions of each other,
The first booster coil element is composed of a stacked first coil and second coil that are larger than the feeding coil and are coupled to each other via a capacitance.
The feeding coil is disposed at a position where the first booster coil element is electromagnetically coupled,
The RFID device, wherein the RFIC is connected to the feeding coil.
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