JP5975280B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
近年、図11に示すように、アンテナ部としてコイル状導体パターン102を内蔵した小型アンテナ素子100を採用して、全体をさらに小型化することが検討されている。この小型RFID用のアンテナ素子100は、チップ化されて小型であることが最大の特徴であり、図10に示すような同サイズのパターンアンテナと比較すれば磁性体の磁束収束効果によりインダクタンスが増大し、結果としてアンテナから放射される磁束(磁束φ=インダクタンスL×電流i)を大きくする特性を利用したものである。
しかしながら、小型RFIDアンテナと非接触ICカードとの通信距離は、接触状態から数十mmを想定した場合であり、特に30mm以上の通信用途においては小型のアンテナ素子100単体では実用的にはまだ磁束が足りず、通信距離が不十分であった。通信距離が短い理由はアンテナサイズも原因の一つである。
階層状に巻数を増やす方法として、特許文献3に記載の技術もあるが、階層間の容量性が無視できないくらい大きく、容量性が増大し、共振周波数が低下する別の問題が出てくる。いずれにせよ、小型アンテナ素子単体での使用では、限界があった。
すなわち、このアンテナ装置では、複数のコイル状導体のうち1つが、回路基板上にパターン形成した基板側導体パターンであるので、回路基板上で給電線の延長として基板側導体パターンを形成することができ、部材数を増やすことなく、磁束を増大させることができる。また、小型の積層チップアンテナを採用していることで余った周囲のスペース及び積層チップアンテナの真下を活用して基板側導体パターンを配することができ、磁界を効率的に発生させることが可能である。
すなわち、このアンテナ装置では、積層チップアンテナが、回路基板の表面と裏面とにそれぞれ実装されているので、小型の積層チップアンテナが回路基板を挟んで積層されることで、アンテナ部の垂直方向に占有する面積を全く変えることなく、磁束を増大することができる。
すなわち、このアンテナ装置では、セラミックス材料層が、最下層のセラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層を備えているので、透磁率の実部が高く虚部が低い磁性体層に磁束が集中すると共に磁性体層内で磁束が損失することなく流れ、インダクタンスの変化が生じずに良好な通信が得られる。また、チップ側導体パターンを介して積層された複数のセラミックス材料層と磁性体層とが一体に形成されてチップ化されていると共に一対の端面に端部電極が形成されているので、特性ばらつきが少なく、かつさらに小型化可能であると共にリフロー工程などによる表面実装が可能である。
すなわち、このアンテナ装置では、RFIDリーダ装置であるので、非接触でデータの良好な読み取りを行うことができると共に小型化が可能である。
すなわち、本発明に係るアンテナ装置によれば、積層チップアンテナに少なくとも一つが内蔵された複数のコイル状導体が、互いに中心軸を同じくして同方向に巻回され中心軸に対して同方向に電流が流れるので、小型の積層チップアンテナが垂直方向に占有する面積をほとんど変えずに、巻き線方向が同じ複数のコイル状導体により発生する磁束が増大して通信距離を改善することができる。
したがって、本発明では、小型で通信特性が良好なアンテナ装置が得られることから、RFIDリーダ装置等に好適である。
上記アンテナ部3は、給電線FPに接続された複数のコイル状導体を有し、複数のコイル状導体のうち少なくとも1つが、回路基板2上に実装された積層チップアンテナ4に内蔵されている。
また、この積層チップアンテナ4は、最下層のセラミックス材料層12Dに積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層15を備えている。
また、上記チップ側導体パターン13は、セラミックス複合材料グリーンシートの上に印刷又はフォトリソグラフィ法でパターン形成される。
セラミックス材料層12A〜12Dの誘電体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、PbO/La2O3/BaTiO3 /Ag2O/ZrO2/TiO2/WO3系リラクサー系材料であることが好ましい。また、セラミックス材料層12A〜12Dの磁性体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、Fe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料であることが好ましい。
上記磁性体層15の磁性体材料としては、既知の種々の材料が採用可能であるが、Fe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料であることが好ましい。
また、上記磁性体材料のFe2O3/Ni2O/CuO/ZnO系フェライト材料としては、Fe2O:55〜70wt%、ZnO:10〜20wt%、NiO:5〜15wt%、CuO:5〜10wt%を含有した成分組成を有するものが採用される。
なお、上記一対の端部電極14は、受・給電用端子、兼実装用端子となる。また、端部電極14直下に配された基板側導体パターン5の端部には、端部電極14とはんだ材等で接着される実装用のパッド部(図示略)が形成されている。
この計測では、図8の(a)に示すように、アンテナ部中心(積層チップアンテナ4の中心)の垂直方向の磁界強度を計測した。このとき計測した磁界強度計測プローブ201と積層チップアンテナ4の距離0における磁界強度を表1上段に示す。
この計測では、図8の(b)に示すように、アンテナ部中心(積層チップアンテナ4の中心)の垂直方向の磁界強度を計測した。このとき計測した磁界強度計測プローブ201と表面側の積層チップアンテナ4との距離と、その距離における磁界強度とを表2及び図9に示す。
また、上記各実施形態では、磁性体層をセラミックス材料層と共に同時焼成しているが、別々に焼成してガラス材等の接着剤で互いに接着して一体化しても構わない。
Claims (4)
- 給電線が形成された回路基板と、
前記給電線に接続されて前記回路基板に設けられデータを受信するアンテナ部とを備え、
該アンテナ部が、前記給電線に接続された複数のコイル状導体を有し、
前記複数のコイル状導体のうち少なくとも1つが、前記回路基板上に実装された積層チップアンテナに内蔵され、
該積層チップアンテナが、全体がチップ状に形成され、積層された複数のセラミックス材料層と、隣接する前記セラミックス材料層の間に設けられた前記コイル状導体となるチップ側導体パターンと、互いに対向する一対の端面に設けられ前記チップ側導体パターンの端部に接続され前記給電線に接続された一対の端部電極とを備え、
前記複数のコイル状導体が、互いに中心軸を同じくして同方向に巻回され前記中心軸に対して同方向に電流が流れるものであり、
前記複数のコイル状導体のうち1つが、前記回路基板上にパターン形成した基板側導体パターンであることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置において、
前記積層チップアンテナが、前記回路基板の表面と裏面とにそれぞれ実装されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1又は2に記載のアンテナ装置において、
前記セラミックス材料層が、誘電体材料と磁性体材料とを添加した混合材料で形成され積層された複数のセラミックス材料層であり、
最下層の前記セラミックス材料層に積層され金属酸化物の磁性体材料又は該磁性体材料と焼結助剤のガラス材とを混合した材料で形成された磁性体層を備えていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
電磁誘導又は電磁結合によってRFIDタグに対して少なくともデータの読み取りを行うRFIDリーダ装置であることを特徴とするアンテナ装置。
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