JP5709690B2

JP5709690B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP5709690B2
Application number: JP2011178463A
Authority: JP
Inventors: 義直 ▲高▼田; 高尚玉舟
Original assignee: Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: JP2013042391A; CN102956991B; CN102956991A; KR20130020563A; TWM448806U

Description

本発明は、アンテナに関する。

近距離無線通信を行うＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の送受信にはループアンテナが用いられている。例えば、特許文献１には、ハウジングに設けられた接続部に複数の個別電線を接続することにより、直列接続された複数の個別電線に多重のループを形成させたＲＦＩＤアンテナが示されている。

このようなＲＦＩＤアンテナに、ＲＦＩＤ以外の無線通信に及ぼすノイズを低減するため、又はＲＦＩＤ以外の無線通信系との結合を低減するため、信号のフィルタを搭載することが考えられる。

例えば、特許文献２には、誘電体共振装置が備えるフレキシブルフィルムに、キャパシタを成す互いに対面した導体パターンと、平面状のコイルパターンとからなるフィルタ部が設けられた構成が示されている。

特開２００９−６０５１９号公報特開平１０−２４２７０６号公報

しかしながら、この誘電体共振装置では、キャパシタとして専用のパターンが配置されているため、フレキシブルフィルム上でフィルタ部が占有する面積が大きい。また、嵩高の共振器との接続するためのＬ字状の接続部を要するので、誘電体共振装置のベースとなる硬質基板の他にフレキシブルフィルムを要する。したがって、部品点数が多くなってしまう。

本発明は上記問題点を解決し、部品点数が少なく、面積が縮小されたフィルタ部を有するアンテナを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本発明のアンテナは、
ループ状に延びた導体からなるループアンテナ素子部と、
上記ループアンテナ素子部と送受信機器との間の信号を中継する、上記ループアンテナ素子部の両端が接続された中継基板とを備え、
上記中継基板が、
絶縁板と、
上記絶縁板の表面に設けられた、上記送受信機器の導体と接続する外部接続パッドと、
上記絶縁板の表裏面のいずれかに設けられた、上記ループアンテナ素子部の両端が接続された素子接続パッドと、
上記絶縁板の裏面のうち、この絶縁板を挟んで上記外部接続パッドと対向する領域に設けられるとともに上記素子接続パッドと電気的に繋がった、上記外部接続パッドとの間でキャパシタを形成するキャパシタパターンと、
インダクタ素子とを備えたことを特徴とする。

本発明のアンテナでは、ループアンテナ素子部と送受信機器との間の信号を中継する中継基板にキャパシタが直接形成される。また、キャパシタを形成する一対の電極の一方には、外部接続パッドが兼用される。したがって、アンテナの部品点数が少なく、また基板の面積が縮小される。

ここで、上記本発明のアンテナにおいて、上記インダクタ素子は、上記絶縁板の表面および裏面においてそれぞれ上記外部接続パッドおよび上記キャパシタパターンに接続されて、表面および裏面の絶縁板を挟んで互いに対向する領域にそれぞれ渦巻状に延び、それぞれ渦巻状に延びた各先端が絶縁板を貫通して互いに接続されていることが好ましい。

インダクタ素子は、絶縁板を挟んで互いに対向する領域の双方を利用して配置されるため、小さな領域に配置することができる。したがって、基板の面積がさらに縮小される。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数が少なく、面積が縮小されたフィルタ部を有するアンテナが実現する。

本発明の一実施形態であるＲＦＩＤアンテナの外観図である。図１に示す中継基板を示す外観図である。図２のパート（Ａ）は表面であり、パート（Ｂ）は裏面である。図１および図２に示すＲＦＩＤアンテナの等価回路を示す回路図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるＲＦＩＤアンテナの外観図である。

図１に示すＲＦＩＤアンテナＡは、ＲＦＩＤにおける無線通信を行うための装置である。ＲＦＩＤアンテナＡは、図示しない送受信機器に接続されて動作する。

ＲＦＩＤアンテナＡは、ループアンテナ素子部１および中継基板２を備えている。

ループアンテナ素子部１は、ループ状に延びた複数の電線１１ａ〜１１ｄからなる。より詳細には、ループアンテナ素子部１は、４つの個別電線１１ａ〜１１ｄがそれぞれ被覆され１つに束ねられた多心ケーブルＣである。多心ケーブルＣが有する４つの電線１１ａ〜１１ｄのそれぞれの両端は、中継基板２に接続されている。４本の電線１１ａ〜１１ｄを有する多心ケーブルＣを用いることによって、ケーブルＣを所定の長さに切断し両端の被覆を除去するだけで、互いに同じ長さを有し互いに同じ領域を複数回ループするアンテナ素子が安価に作成できる。

中継基板２には、４つの電線１１ａ〜１１ｄのそれぞれの両端が接続される。また、中継基板２には、２つの外部接続パッド２１，２２が設けられている。外部接続パッド２１，２２には、図示しない送受信機器が接続される。

図２は、図１に示す中継基板を示す外観図である。図２のパート（Ａ）には、図１に示された中継基板２の表面が示されており、パート（Ｂ）には、パート（Ａ）とは反対側から見た裏面が示されている。

図２に示す中継基板２は、絶縁板２０、および、絶縁板２０の表裏面に設けられた導体パターンを有する。絶縁板２０は、絶縁材料（誘電体）からなる板である。ただし、絶縁板２０には、絶縁材料からなるフィルムも採用可能である。また、導体パターンは金属材料からなる。

図２のパート（Ａ）に示す絶縁板２０の表面には、先に説明した外部接続パッド２１，２２の他に、６つの素子接続パッド２３ａ〜２３ｈ、および２つの表面インダクタパターン２６ａ，２７ａが設けられている。また、図２のパート（Ｂ）に示す絶縁板２０の裏面には、２つのキャパシタパターン２４，２５、および、２つの裏面インダクタパターン２６ｂ，２７ｂが設けられている。

外部接続パッド２１，２２には、図示しない送受信機器が接続され、送受信機器とＲＦＩＤアンテナＡ（図１参照）との間で電力および信号がやり取りされる。外部接続パッド２１，２２には、図示しない送受信機器の端子が接触する。ただし、外部接続パッド２１，２２には、端子の接触以外にも、例えば送受信機器から延びる導線が半田接続されてもよい。外部接続パッド２１，２２は、少なくとも送受信機器のコンタクトや導線が接続されるための広さを有する。

素子接続パッド２３ａ〜２３ｈには、ループアンテナ素子部１（図１参照）を構成する電線１１ａ〜１１ｄの両端が半田接続される。素子接続パッド２３ａ〜２３ｈのいくつかは、４つの電線１１ａ〜１１ｄが直列接続されるように、導体パターンを介して互いに接続されている。このため、４つの電線１１ａ〜１１ｄの両端を素子接続パッド２３ａ〜２３ｈに半田接続するだけで、４周のループアンテナを作ることができる。８つの素子接続パッド２３ａ〜２３ｈのうち両端に配置された２個の素子接続パッド２３ａ，２３ｈが、４周のループからなるループアンテナ素子部１（図１参照）の端子として機能する。

キャパシタパターン２４，２５は、絶縁板２０を挟んで外部接続パッド２１，２２とそれぞれ対向する領域に設けられている。また、キャパシタパターン２４，２５は、導体パターンおよびスルーホール２４ｈ，２５ｈを介して上述した２個の素子接続パッド２３ａ，２３ｈとそれぞれ接続されている。

キャパシタパターン２４，２５のうち、一方のキャパシタパターン２４は、外部接続パッド２１との間に絶縁板２０を挟んでおり、外部接続パッド２１との間にキャパシタ素子を形成している。また、他方のキャパシタパターン２５は、外部接続パッド２２との間に絶縁板２０を挟んでおり、外部接続パッド２２との間にキャパシタ素子を形成している。キャパシタパターン２４，２５が、絶縁板２０を挟んで外部接続パッド２１，２２と重なる面積は、絶縁板２０の厚みおよび誘電率を考慮して、必要とされる容量が得られるように設定されている。

本実施形態では、外部接続パッド２１，２２が、キャパシタ素子の電極に兼用されている。このため、キャパシタ素子の絶縁板２０に占める合計の面積が縮小する。

また、中継基板２には、２つのインダクタ素子が形成されている。ここでは、図２のパート（Ａ）に示す２つの表面インダクタパターン２６ａ，２７ａのうちの一方の表面インダクタパターン２６ａと、図２のパート（Ｂ）に示す２つの裏面インダクタパターン２６ｂ，２７ｂのうちの一方の裏面インダクタパターン２６ｂとに着目する。これらの表面インダクタパターン２６ａおよび裏面インダクタパターン２６ｂは、絶縁板２０を挟んで互いに対向する領域にそれぞれ渦巻状に延びており、それぞれ渦巻状に延びた各先端が絶縁板２０を貫通するスルーホール２６ｈによって互いに接続されている。表面インダクタパターン２６ａの渦巻と、裏面インダクタパターン２６ｂの渦巻とは、双方に亘って流れる電流が同じ向きに回転する向きに形成されている。表面インダクタパターン２６ａおよび裏面インダクタパターン２６ｂの組合せが本発明にいうインダクタ素子の一例に相当する。

表面インダクタパターン２６ａおよび裏面インダクタパターン２６ｂのそれぞれは渦巻状に延びており、それぞれがインダクタンスを有する。本実施形態では、さらに、表面インダクタパターン２６ａおよび裏面インダクタパターン２６ｂが絶縁板２０を挟んで互いに対向する領域にそれぞれ渦巻状に延びているため、表面インダクタパターン２６ａと裏面インダクタパターン２６ｂとの間の相互インダクタンスが増大する。したがって、例えば２つのインダクタパターンを同じ面に並べた場合や、１つの渦巻形状で形成した場合に比べて、必要とされるインダクタンスを得るための合計の配置面積が縮小する。このことは、他方の表面インダクタパターン２７ａと裏面インダクタパターン２７ｂとについても同様である。これら他方の表面インダクタパターン２７ａおよび裏面インダクタパターン２７ｂの組合せも、本発明にいうインダクタ素子の一例に相当する。

このようにして、キャパシタ素子およびインダクタ素子が中継基板２に形成される。形成されたキャパシタ素子およびインダクタ素子によって、フィルタ回路が形成される。

図３は、図１および図２に示すＲＦＩＤアンテナの等価回路を示す回路図である。回路図中の各素子には、図１および図２に示した要素に対応する符号が示されている。

外部接続パッド２１とループアンテナ素子部１との間には、外部接続パッド２１およびキャパシタパターン２４からなるキャパシタ素子（２１，２２）と、表面インダクタパターン２６ａおよび裏面インダクタパターン２６ｂからなるインダクタ素子（２６ａ，２６ｂ）とが並列に接続されている。また、他方の外部接続パッド２２とループアンテナ素子部１との間には、外部接続パッド２２およびキャパシタパターン２５からなるキャパシタ素子（２５，２２）と、表面インダクタパターン２７ａおよび裏面インダクタパターン２７ｂからなるインダクタ素子（２７ａ，２７ｂ）とが並列に接続されている。

これらのキャパシタ素子（２１，２４），（２５，２２）、インダクタ素子（２６ａ，２６ｂ），（２７ａ，２７ｂ）、および、ループアンテナ素子部１のインダクタンスによって、バンドエリミネーションフィルタが構成されている。このフィルタによって、ＲＦＩＤの通信帯域の信号をＲＦＩＤアンテナＡから放射させつつ、ＲＦＩＤアンテナＡが搭載される電子機器の、別の無線通信機能に対するノイズの影響を低減したり、他の無線通信系との結合を低減することができる。

なお、上述した実施形態には、本発明にいうアンテナの例として、ＲＦＩＤアンテナＡが示されている。ただし、本発明はＲＦＩＤアンテナに限られるものではなく、他の用途や帯域の通信用アンテナであってもよい。

また、上述した実施形態におけるキャパシタ素子やインダクタ素子はバンドエリミネーションフィルタを構成する。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、ハイパスフィルタやローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタであってもよい。

また、上述した実施形態における中継基板２には、キャパシタ素子やインダクタ素子が２つずつ形成されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、素子が１つまたは３つ以上形成されるものでもよい。また、素子接続パッドは、絶縁板の裏面に設けられてもよい。また、ループアンテナ素子部１におけるループの回数、すなわち、電線の本数も４以外の数であってもよい。

また、上述した実施形態には、素子接続パッド２３ａ〜２３ｈが、外部接続パッド２１，２２と同様に、絶縁板２０の表面に配置された例が示されている。ただし、本発明の素子接続パッドは例えば絶縁板の裏面に配置されてもよい。

また、上述した実施形態には、本発明にいうループアンテナ素子部の導体の例として電線が示されている。ただし、本発明の導体は電線に限られるものではなく、例えば中継基板上に形成されたループのパターンであってもよい。

ＡＲＦＩＤアンテナ
１ループアンテナ素子部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ電線
２中継基板
２０絶縁板
２１，２２外部接続パッド
２３ａ〜２３ｈ素子接続パッド
２４，２５キャパシタパターン
２６ａ，２７ａ表面インダクタパターン
２６ｂ，２７ｂ裏面インダクタパターン

Claims

ループ状に延びた導体からなるループアンテナ素子部と、
前記ループアンテナ素子部と送受信機器との間の信号を中継する、前記ループアンテナ素子部の両端が接続された中継基板とを備え、
前記中継基板が、
絶縁板と、
前記絶縁板の表面に設けられた、前記送受信機器の導体と接続する外部接続パッドと、
前記絶縁板の表裏面のいずれかに設けられた、前記ループアンテナ素子部の両端が接続された素子接続パッドと、
前記絶縁板の裏面のうち、該絶縁板を挟んで前記外部接続パッドと対向する領域に設けられるとともに前記素子接続パッドと電気的に繋がった、前記外部接続パッドとの間でキャパシタを形成するキャパシタパターンと、
インダクタ素子とを備えたことを特徴とするアンテナ。
前記インダクタ素子は、前記絶縁板の表面および裏面においてそれぞれ前記外部接続パッドおよび前記キャパシタパターンに接続されて、該表面および該裏面の該絶縁板を挟んで互いに対向する領域にそれぞれ渦巻状に延び、それぞれ渦巻状に延びた各先端が該絶縁板を貫通して互いに接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。