JP6172137B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ通信等の電磁界結合を利用した通信に用いるアンテナ装置に関する。

現在、各種の非接触ＩＣを用いた近接型の通信システムが、各種分野で広く利用されている。このような通信システムでは、例えば非接触ＩＣカードや非接触ＩＣタグ等とカードリーダとを所定距離内に近づけることで近距離無線通信が行われる。そして、データキャリアである無線通信用ＩＣとアンテナとを一体化したモジュールを備える構造の非接触ＩＣカードや非接触ＩＣタグ等が各種考案されている。

例えば、特許文献１には、無線通信用ＩＣと、それに接続された給電コイルとを有する電磁結合モジュールと、絶縁性基材の第１主面に沿って巻回する第１コイル電極および第１主面に対向する第２主面に沿って巻回する第２コイル電極を有するアンテナを備えるアンテナモジュールが記載されている。

上記アンテナは、第１コイル電極と第２コイル電極のコイル開口を電磁結合モジュールの給電コイルのコイル開口より大きく形成することができ、そのことで、通信相手側（カードリーダ側）のアンテナコイルと鎖交する磁束を多くできる。すなわち上記アンテナは電磁結合モジュールに対するブースターアンテナとして作用する。

特許第４７８８８５０号公報

ブースターアンテナと電磁結合モジュール（ＲＦＩＣモジュール）の給電コイルとの結合度は、ブースターアンテナを介して無線通信用ＩＣ（ＲＦＩＣ素子）が受け取ることのできる磁界エネルギーの量に関わるため、できる限り高くすることが好ましい。この結合度を高くすることにより、通信システムにおける通信距離を大きくすることができる。上記結合度を高くするため、特許文献１では、電磁結合モジュール（ＲＦＩＣモジュール）の給電コイルと電磁界結合するブースターアンテナの結合部の巻回数を多くして、電磁結合モジュール（ＲＦＩＣモジュール）の給電コイルが上記結合部に重なるように搭載されている。

上記ブースターアンテナおよびＲＦＩＣモジュール（ＲＦＩＣ素子、およびそれに接続された給電コイル）の共振周波数は、通信周波数に定められる。しかし、特許文献１に示されるような構成では、ブースターアンテナの結合部に対するＲＦＩＣモジュールの搭載位置がずれると、ブースターアンテナの結合部と給電コイルとの間に発生する容量や上記結合度が変化してしまう。上記共振周波数は回路に存在するインダクタンス（誘導性リアクタンス）と容量（容量性リアクタンス）によって定まる。そのため、ブースターアンテナの結合部と給電コイルとの間に発生する容量や上記結合度が変化することにより、ブースターアンテナおよびＲＦＩＣモジュール（ＲＦＩＣ素子、およびそれに接続された給電コイル）の共振周波数は変動してしまう。したがって、これらの共振周波数が通信に使用する通信周波数からずれるため、通信システムにおける通信距離が低下する。

本発明の目的は、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュール（ＲＦＩＣ素子、およびそれに接続された給電コイル）の共振周波数の変動を抑制して、通信システムにおける通信距離の低下を抑制することのできるアンテナ装置を提供することにある。

（１）本発明のアンテナ装置は、
ＲＦＩＣ素子と、
前記ＲＦＩＣ素子に接続される給電コイルと、
第１大径ループ状導体と、前記第１大径ループ状導体の端部に接続される第１小径ループ状導体とを有する第１コイル導体と、
前記第１大径ループ状導体に対向して配置される第２大径ループ状導体と、前記第１小径ループ状導体に対向して配置され、前記第２大径ループ状導体の端部に接続される第２小径ループ状導体とを有する第２コイル導体と、
を備え、
前記第１大径ループ状導体は、平面視で、前記第２大径ループ状導体の巻回方向とは逆方向に巻回され、
前記第１小径ループ状導体は、巻回数が１であり、かつ、平面視で前記第１大径ループ状導体の形成領域内に配置され、
前記第２小径ループ状導体は、巻回数が１であり、かつ、平面視で前記第２大径ループ状導体の形成領域内に配置され、
前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体のインダクタンスと前記第１コイル導体および前記第２コイル導体の間に発生する容量とで、ブースターアンテナを構成し、
前記給電コイルは、平面視で、前記第１小径ループ状導体の形成領域内および前記第２小径ループ状導体の形成領域内に配置され、前記第１小径ループ状導体および前記第２小径ループ状導体と磁界を介して結合することを特徴とする。

この構成により、第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体と給電コイルとの間に発生する相互インダクタンスを小さくできる。そのため、第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体に対して給電コイルの搭載位置に多少のずれがあっても、相互インダクタンスの変動は小さい。その結果、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）の共振周波数の変動や、ＲＦＩＣ素子およびそれに接続される給電コイルの共振周波数の変動が抑制できる。

（２）前記第１大径ループ状導体および前記第２大径ループ状導体は、巻回数がそれぞれ１であることが好ましい。この構成では、第１大径ループ状導体および第２大径ループ状導体の巻回数が少ないため、コイルの開口部を広く確保しつつ、第１大径ループ状導体および第２大径ループ状導体の線幅を広く形成することができる。したがって、互いに対向して配置される第１大径ループ状導体と第２大径ループ状導体との間で位置ずれが生じても、第１大径ループ状導体と第２大径ループ状導体との間に発生する容量（キャパシタンス）の変動は抑制される。そのため、第１コイル導体と第２コイル導体とで構成されるブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）の共振周波数の変動が抑制される。

（３）前記第１小径ループ状導体は、平面視で、前記第１大径ループ状導体の巻回方向と同方向に巻回され、前記第２小径ループ状導体は、平面視で、前記第２大径ループ状導体の巻回方向と同方向に巻回されることが好ましい。この構成により、第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体に流れる電流は、第１大径ループ状導体および第２大径ループ状導体と同じ方向になる。したがって、第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体に発生する磁界によって、第１コイル導体および第２コイル導体の磁界が打ち消されない。そのため、第１コイル導体および第２コイル導体の実効的なコイル開口部の面積を広く確保することができ、通信距離を大きくすることができる。

（４）前記ＲＦＩＣ素子および前記給電コイルは、これらがワンチップ化されたＲＦＩＣモジュールとして構成されることが好ましい。この構成では、ＲＦＩＣ素子と、ＲＦＩＣ素子に接続された給電コイルを有するＲＦＩＣモジュールを容易に構成できる。また、ＲＦＩＣ素子と給電コイルとの間の電気的接続の信頼性を高めることができる。

（５）前記ＲＦＩＣモジュールは、複数の基材層を積層してなる積層体を備え、前記給電コイルは、前記積層体の内部に形成される構造とすることができる。

（６）第１主面および第２主面を有する基材シートをさらに備え、前記第１コイル導体は、前記基材シートの前記第１主面に形成され、前記第２コイル導体は、前記基材シートの前記第２主面に形成され、前記ＲＦＩＣモジュールは、前記基材シートの表面または内部に配置されることが好ましい。この構成により、第１コイル導体および第２コイル導体が容易に形成でき、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）を容易に構成できる。

（７）前記第１小径ループ状導体、前記第２小径ループ状導体および前記給電コイルは、平面視で、巻回軸が同一軸上に配置されることが好ましい。この構成により、第１コイル導体および第２コイル導体と給電コイルとの間の結合度を高めることができ、通信距離を大きくすることができる。

本発明によれば、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュールの共振周波数の変動を抑制し、かつ、通信システムにおける通信距離を大きくすることのできるアンテナ装置を実現できる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の外観斜視図であり、図１（Ｂ）はアンテナ装置１０１のコイル導体およびＲＦＩＣモジュールを示す分解斜視図である。 図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の平面図であり、図２（Ｂ）はアンテナ装置１０１におけるＲＦＩＣモジュールの実装部分を示した平面詳細図である。 図３（Ａ）は第１大径ループ状導体および第２大径ループ状導体の形成領域を示す平面図であり、図３（Ｂ）は第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体の形成領域を示す図である。 図４（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の断面図であり、図４（Ｂ）はアンテナ装置１０１におけるＲＦＩＣモジュールの実装部分を示した断面詳細図である。 図５は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の動作原理を示す分解斜視図である。 図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の等価回路図である。 図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の外観斜視図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

以降、図を参照していくつかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナ装置について、各図を参照して説明する。図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の外観斜視図であり、図１（Ｂ）はアンテナ装置１０１のコイル導体およびＲＦＩＣモジュールを示す分解斜視図である。図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の平面図であり、図２（Ｂ）はアンテナ装置１０１におけるＲＦＩＣモジュールの実装部分を示した平面詳細図である。

アンテナ装置１０１は、ＲＦＩＣモジュール１０と、基材シート１と、第１コイル導体Ｌ１と、第２コイル導体Ｌ２とを備える。このアンテナ装置１０１は、HF帯をキャリア周波数帯とするカードサイズのＲＦＩＤタグ（ＩＣカード）として構成されている。

ＲＦＩＣモジュール１０は、ＲＦＩＣ素子４０と、複数の基材層を積層してなる積層体２０と、給電コイル３０とを有する。給電コイル３０は、積層体２０の内部に形成され、ＲＦＩＣ素子４０に接続される。なお、本実施形態においてＲＦＩＣモジュール１０は、ＲＦＩＣ素子４０および給電コイル３０がワンチップ化された構成である。

基材シート１は、樹脂等の絶縁性材料からなる矩形状の平板であり、第１主面および第２主面を有する。第１コイル導体Ｌ１は、基材シート１の第１主面に沿って形成され、第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第１小径ループ状導体Ｌ１ｂとを有する。第２コイル導体Ｌ２は、基材シート１の第２主面に沿って形成され、第２大径ループ状導体Ｌ２ａと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとを有する。第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２は、例えばCu箔のエッチング等によりパターニングされたものである。

図３（Ａ）は第１大径ループ状導体および第２大径ループ状導体の形成領域を示す平面図であり、図３（Ｂ）は第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体の形成領域を示す図である。図３（Ａ）における大径ループ状導体形成領域Ｌｌｅは、平面視で第１大径ループ状導体の形成領域、および平面視で第２大径ループ状導体の形成領域を示している。図３（Ｂ）における小径ループ状導体形成領域Ｌｓｅは、平面視で第１小径ループ状導体および第２小径ループ状導体の形成領域を示している。

第１大径ループ状導体Ｌ１ａは基材シート１の縁周端に沿ってループ状に形成される導体パターンであり、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの第１端Ｅ１１は第１小径ループ状導体Ｌ１ｂに接続されている。また、第１大径ループ状導体Ｌ１ａは、図１に示すように、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの第２端Ｅ１２から第１端Ｅ１１に向かって右回り（時計回り）に巻回している。第１大径ループ状導体Ｌ１ａは、基材シート１の第１主面の略全周に沿って略一周しているため、実質的な巻回数は１である。

第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、第１大径ループ状導体Ｌ１ａのループ状の導体パターンよりも小さな内外径のループ状に形成される導体パターンであり、第１大径ループ状導体Ｌ１ａから延伸するように形成される。第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、矩形状の基材シート１の角部（図１における右下の角部）に配置されている。言い換えると、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、基材シート１の第１主面の略全周に沿って略一周される第１大径ループ状導体Ｌ１ａの形成領域Ｌｌｅ内に配置される。また、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、図１等に示すように、基材シート１の第１主面に沿って、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの第１端Ｅ１１から右回り（時計回り）に巻回して略一周している。したがって、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、平面視で、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの巻回方向と同方向に巻回されており、実質的な巻回数（つまり、ターン数。以下同じ）は１である。

第２大径ループ状導体Ｌ２ａは基材シート１の縁周端に沿ってループ状に形成される導体パターンであり、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの第１端Ｅ２１は第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに接続されている。また、第２大径ループ状導体Ｌ２ａは、図１に示すように、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの第２端Ｅ２２から第１端Ｅ２１に向かって左回り（反時計回り）に巻回している。したがって、第２大径ループ状導体Ｌ２ａは、平面視で、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの巻回方向とは逆方向に巻回している。また、第２大径ループ状導体Ｌ２ａは、基材シート１の第２主面の略全周に沿って略一周しているため、実質的な巻回数は１である。

第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、第２大径ループ状導体Ｌ２ａのループ状の導体パターンよりも小さな内外径のループ状に形成される導体パターンであり、第２大径ループ状導体Ｌ２ａから延伸するように形成される。第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、矩形状の基材シート１の角部（図１における右下の角部）に配置されている。言い換えると、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、基材シート１の第２主面の略全周に沿って略一周される第２大径ループ状導体Ｌ２ａの形成領域Ｌｌｅ内に配置される。また、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、図１等に示すように、基材シート１の第２主面に沿って、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの第１端Ｅ２１から右回り（時計回り）に巻回して略一周している。したがって、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、平面視で、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの巻回方向と同方向に巻回されており、実質的な巻回数は１である。

これら、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａが、後に詳述するように、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）のアンテナ部ＡＰとして通信相手側と主に磁界を介する通信に寄与する。また、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂが、後に詳述するように、ブースターアンテナ（ＬＣ共振回路）の結合部ＣＰとしてＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０と主に磁界を介する結合に寄与する。

図４（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の断面図であり、図４（Ｂ）はアンテナ装置１０１におけるＲＦＩＣモジュールの実装部分を示した断面詳細図である。図４では、図および原理を分かりやすくするために、アンテナ装置１０１の構造を簡略化して図示している。

図４に示すように、第２大径ループ状導体Ｌ２ａは、基材シート１を挟んで第１大径ループ状導体Ｌ１ａに対向して配置され、平面視で第１大径ループ状導体Ｌ１ａと略重なる。そのため、第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間には、容量が発生する。第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、基材シート１を挟んで第１小径ループ状導体Ｌ１ｂに対向して配置され、平面視で第１小径ループ状導体Ｌ１ｂと略重なる。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとの間には、容量が発生する。

また、ＲＦＩＣモジュール１０は、図１から図３に示すように、平面視で、大径ループ状導体形成領域Ｌｓｅ内に配置されている。さらに、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂ、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂおよびＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０は、平面視で、巻回軸が同一軸上になるように配置されている。第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、給電コイル３０と磁界を介して結合する結合部ＣＰを構成する。

また、ＲＦＩＣモジュール１０は、基材シート１の内部に配置されている。このようなＲＦＩＣモジュール１０は、例えば次の工程で基材シート１に実装される。

まず、下部保持シート２の主面にＲＦＩＣモジュール１０を実装し、基材シート１にＲＦＩＣモジュール１０を実装するための孔を設ける。次に、ＲＦＩＣモジュール１０が孔に収まるように、ＲＦＩＣモジュール１０が実装された下部保持シート２を、基材シート１の第２主面に貼付する。次に、基材シート１の孔にある空隙部分に樹脂５を充填した後、上部保持シート３を貼付する（封止する）。

なお、ＲＦＩＣ素子４０は、給電コイル３０を有する積層体２０の上部に実装する構成に限るものではない。給電コイル３０が、平面視で小径ループ状導体形成領域Ｌｓｅ内に配置され、ＲＦＩＣ素子４０は、小径ループ状導体形成領域Ｌｓｅ外に配置される構成であってもよい。

図５は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の動作原理を示す分解斜視図であり、ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイルと第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２との結合の仕方を示している。図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の等価回路図である。

図５に示すように、ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイルに流れる電流ｉ０によって第１小径ループ状導体Ｌ１ｂに電流ｉ１ｂが誘起される。すなわち、給電コイルと第１小径ループ状導体Ｌ１ｂとが近接する部分で、電流ｉ０によって第１小径ループ状導体Ｌ１ｂに電流ｉ０を打ち消す方向（図５における反時計回り）の電流ｉ１ｂが流れる。第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは第１大径ループ状導体Ｌ１ａの一端に接続されるため、この電流ｉ１ｂは第１大径ループ状導体Ｌ１ａにも流れる（図５中の電流ｉ１ａ）。電流ｉ１ａと電流ｉ１ｂの値は等しい。

また、ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイルに流れる電流ｉ０によって第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに電流ｉ２ｂが誘起される。すなわち、給電コイルと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとが近接する部分で、電流ｉ０によって第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに電流ｉ０を打ち消す方向（図５における反時計回り）の電流ｉ２ｂが流れる。第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは第２大径ループ状導体Ｌ２ａの一端に接続されるため、この電流ｉ２ｂは第２大径ループ状導体Ｌ２ａにも流れる（図５中の電流ｉ２ａ）。なお、電流ｉ２ａと電流ｉ２ｂの値は等しい。

図５に示すように、ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイルに流れる電流ｉ０によって誘起された電流（ｉ１ａ，ｉ１ｂ）と電流（ｉ２ａ，ｉ２ｂ）とは、同方向（図５における反時計回り）である。ただし、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂの巻回方向とは逆方向に巻回されており、第１大径ループ状導体Ｌ１ａは、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの巻回方向とは逆方向に巻回されている。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとの間には容量が発生し（図５における容量Ｃｂ）、第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間には容量が発生する（図５における容量Ｃａ）。

なお、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２との間に発生する容量Ｃａ，Ｃｂ（キャパシタンス）は、基材シート１の材料や厚みを変更することにより、所望の値になるよう設計可能である。また、基材シート１の材質はＰＥＴ（polyethylene-terephthalate）などの有機シートや絶縁性の接着剤だけでなく、紙であってもよい。

第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２は、図６に示すように、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２のインダクタンス（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）と、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２との間に発生する容量（第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間に発生する容量Ｃａ、および第１小径ループ状導体Ｌ１ｂと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとの間に発生する容量Ｃｂ）とで、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）を構成する。このブースターアンテナ５０の共振周波数は、ＲＦＩＤシステムの通信周波数と実質的に等しい周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）となるように選定される。

本実施形態に係るアンテナ装置１０１では、ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０のコイル外径が、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂのコイル内径よりも小さい。また、給電コイル３０は、平面視で、小径ループ状導体形成領域Ｌｓｅ内に配置される。つまり、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂが給電コイル３０を周回し、給電コイル３０の全方位が第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに囲まれる構成となる。そのため、給電コイル３０の全体が、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂと高い結合度で磁界結合する。したがって、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）を介してＲＦＩＣモジュール１０は通信相手側アンテナから高効率で磁界エネルギーを受け取ることができる。

また、給電コイル３０は、平面視で、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとは重ならないため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂと給電コイル３０との間に発生する容量を抑制できる。

なお、給電コイル３０の形状は、全方位が第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに囲まれた構成とするために、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂと類似の形状とすることが好ましい。

本実施形態に係るアンテナ装置１０１では、給電コイル３０の全方位が第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに囲まれる構成となるため、結合部ＣＰと給電コイル３０との間の結合度Ｋ_ＣＰは高い。一般に、結合度Ｋ_ＣＰが高いと高効率で磁界エネルギーを受け取ることができるが、同時に結合部ＣＰと給電コイル３０との間の相互インダクタンスＭは大きくなる。この相互インダクタンスＭが大きくなることで、ブースターアンテナ５０全体のインダクタンス（Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ＋Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）が変化するため、ブースターアンテナ５０の共振周波数は変化してしまう。

しかし、本実施形態に係るアンテナ装置１０１では、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂ、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂのインダクタンスは小さい（第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２に必要なインダクタンスに対して相対的に小さい）。例えば、結合部ＣＰのインダクタンス（Ｌ１ｂ＋Ｌ２ｂ）は、ブースターアンテナ５０全体のインダクタンス（Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ＋Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）の１／５以下である。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂと給電コイル３０とで生じる相互インダクタンスＭは、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２とで生じる全体の相互インダクタンスに対して相対的に小さい。

したがって、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに対して、ＲＦＩＣモジュール１０（給電コイル３０）の搭載位置が多少ずれたとしても、結合度Ｋ_ＣＰの変化による上記全体の相互インダクタンスの変動は小さい。その結果、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュール１０（ＲＦＩＣ素子４０およびそれに接続された給電コイル３０）の共振周波数の変動は抑制できる。すなわち、ＲＦＩＣモジュール１０（給電コイル３０）の搭載位置のずれに対するブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュール１０の共振周波数の変化率は小さくなる。

本発明のアンテナ装置の具体的なパラメータは下記の通りである。

・結合部ＣＰと給電コイル３０との間の結合度：Ｋ_ＣＰ＝０．１以上０．６以下
・（結合部ＣＰのインダクタンス：Ｌ１ｂ＋Ｌ２ｂ）≦（ブースターアンテナ５０全体のインダクタンス：Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ＋Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）×１／５
・ブースターアンテナ５０と給電コイル３０との間の結合度：Ｋ_ＡＬ＝０．０２以上０．１以下
本実施形態によれば、上記パラメータを有するアンテナ装置を容易に構成できる。なお、上記パラメータは実施例の一つであり、この数値に限定されるものではない。

本実施形態によれば次のような効果を奏する。

（ａ）第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０との間に発生する相互インダクタンスＭを小さくできる。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに対するＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０の搭載位置に多少のずれがあっても、相互インダクタンスＭの変動は小さく、結果的にブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュール１０の共振周波数の変動が抑制できる。

（ｂ）第１小径ループ状導体Ｌ１ｂが、平面視で、第１大径ループ状導体Ｌ１ａの巻回方向と同方向に巻回され、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは、平面視で、第２大径ループ状導体Ｌ２ａの巻回方向と同方向に巻回されている。この構成により、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂに流れる電流ｉ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに流れる電流ｉ２ｂは、第１大径ループ状導体Ｌ１ａに流れる電流ｉ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａに流れる電流ｉ２ａと同じ方向になる。したがって、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに発生する磁界によって、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａに発生する磁界は打ち消されない。そのため、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２の実効的なコイル開口部の面積を広く確保することができ、通信距離を大きくすることができる。

（ｃ）本実施形態に係るアンテナ装置１０１では、給電コイル３０が、平面視で、小径ループ状導体形成領域Ｌｓｅ内に配置される。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに対して、給電コイル３０の搭載位置が多少ずれたとしても、結合度の急激な変化は抑制される。したがって、結合度の急激な変化による相互インダクタンスの変動を小さくでき、結果的にブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）およびＲＦＩＣモジュール１０の共振周波数の変動が抑制できる。

（ｄ）本実施形態では、結合部ＣＰを構成する第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂは線幅が広く形成されており、巻回数が１である。そのため、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂの抵抗成分は低い。また、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂの相互インダクタンスＭｂは小さい。

（ｅ）本実施形態のアンテナ装置１０１は、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａは線幅が広く形成されており、巻回数がそれぞれ１である。そのため、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａの抵抗成分は低い。また、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａの相互インダクタンスＭａは小さい。さらに、第１大径ループ状導体Ｌ１ａおよび第２大径ループ状導体Ｌ２ａの巻回数が少ないため、コイルの開口部を広く確保できる。したがって、互いに対向して配置される第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間で位置ずれが生じても、第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間に発生する容量Ｃａ（キャパシタンス）の変動は抑制される。そのため、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２とで構成されるブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）の共振周波数の変動が抑制される。

（ｆ）本実施形態では、第１コイル導体Ｌ１（第１大径ループ状導体Ｌ１ａ、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂ）および第２コイル導体Ｌ２（第２大径ループ状導体Ｌ２ａ、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂ）の巻回数はそれぞれ１である。そのため、同じ導体同士が隣り合うことがなく、線間容量の発生が抑制される。したがって、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）に水滴等が付着することによって発生する容量（キャパシタンス）の変化を抑制できるため、本発明のアンテナ装置は水滴等が付着する可能性の高い食料品のタグ等にも使用することができる。

（ｇ）本実施形態では、結合部ＣＰ（第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂ）が、平面視で大径ループ状導体形成領域Ｌｌｅ内に配置される。そのため、基材シート１に対するブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）のコイル開口部を大きく形成することができ、通信相手側のアンテナコイルと鎖交する磁束を多くできる。すなわち、通信距離を大きくすることができる。

（ｈ）本実施形態に係るアンテナ装置１０１では、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂ、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂおよび給電コイル３０が、平面視で、巻回軸が同一軸上に配置される。そのため、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２とＲＦＩＣモジュール１０との間の結合度を高めることができ、通信距離を大きくすることができる。

（ｉ）本実施形態のＲＦＩＣモジュール１０は、複数の基材層を積層してなる積層体２０を備え、給電コイル３０は、積層体２０の内部に形成される構造である。この構造により、給電コイルの巻回数を容易に変更できるため、所望のインダクタンス値を得ることができる。

（ｊ）本実施形態では、基材シート１を備え、基材シート１の第１主面に第１コイル導体Ｌ１が形成され、基材シート１の第２主面に第２コイル導体Ｌ２が形成されている。この構成により、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２が容易に形成でき、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）を容易に構成できる。

（ｋ）本実施形態では意図的にアンテナ装置１０１に静電気（高電圧）を印加することにより、基材シート１を絶縁破壊（ショート）させることで、アンテナ装置１０１の機能を破壊し、ＲＦＩＣモジュール１０のみが動作可能な状態を作ることができる。これによりＲＦＩＣモジュール１０に書き込まれた情報を遠方から読み取ることができなくなり、近傍界（２０ｍｍ以下）のみでの読み取りが可能となる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態に係るアンテナ装置について、各図を参照して説明する。図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の外観斜視図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２の形状が第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１と異なる。また、アンテナ装置１０２では、アンテナ装置１０１に対して、ＲＦＩＣモジュール１０を基材シート１の第１主面に実装する点で異なる。その他の構成は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１と同じである。

以下、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１と異なる部分について説明する。

図７（Ａ）に示すように、アンテナ装置１０２では、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂが、基材シート１の外周端である一辺（図７（Ａ）における基材シート１の下側の一辺）の中間付近に形成されている。

図７（Ｂ）に示すように、第１大径ループ状導体Ｌ１ａは、第２大径ループ状導体Ｌ２ａに比べて、線幅が広く形成されている。また、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂは、第２小径ループ状導体Ｌ２ｂに比べて、線幅が広く形成されている。つまり、第１コイル導体Ｌ１は、第２コイル導体Ｌ２に比べて、線幅が広く形成されている。

また、ＲＦＩＣモジュール１０は、図示しない接着層を介して、基材シート１の第１主面（表面）に実装（配置）されている。上記接着層は、例えば両面粘着テープであるが、接着材等であってもよい。この接着層は、ＲＦＩＣモジュール１０を基材シート１の表面に実装できるものであれば、適宜変更可能である。ＲＦＩＣモジュール１０の給電コイル３０は、アンテナ装置１０１と同様に、平面視で、第１小径ループ状導体Ｌ１ｂおよび第２小径ループ状導体Ｌ２ｂの形成領域（小径ループ状導体形成領域）内に配置されている。

このような構成であっても、第１の実施形態に係るアンテナ装置と同様の作用・効果を奏することができる。このように、ＲＦＩＣモジュール１０とブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）との結合部の位置は、第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２の角部に限らず適宜変更可能である。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１０２では、第１コイル導体Ｌ１は第２コイル導体Ｌ２に比べて、線幅が広く形成されている。この構成により、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２との形成位置にずれが生じたとしても、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２との間に発生する容量（第１大径ループ状導体Ｌ１ａと第２大径ループ状導体Ｌ２ａとの間に発生する容量、および第１小径ループ状導体Ｌ１ｂと第２小径ループ状導体Ｌ２ｂとの間に発生する容量）は一定に保たれ、共振周波数のばらつきを小さくすることができる。

さらに、ＲＦＩＣモジュール１０を基材シート１の表面に配置するだけでよいため、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１に比べて、製造工程を低減することができる。なお、本実施形態では、ＲＦＩＣモジュール１０を基材シート１の第１主面（図７（Ｂ）の上側）に実装する例を示したが、この構成に限るものではない。ＲＦＩＣモジュール１０は、基材シート１の第２主面（図７（Ｂ）の下側）に実装する構成であってもよい。

《その他の実施形態》
上述の実施形態では、ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）を構成する第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２の形状が平面視で矩形状である例を示したが、この構成に限るものではない。ブースターアンテナ５０（ＬＣ共振回路）を構成する第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２の形状は、平面視で多角形状・円形状・楕円形状等、適宜変更可能である。

同様に、上述の実施形態では、基材シート１の形状が平面視で矩形状である例を示したが、この構成に限るものではない。基材シート１の形状は、平面視で多角形状・円形状・楕円形状等、適宜変更可能である。また、そのサイズもカードサイズに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、基材シート１の第１主面および第２主面に第１コイル導体Ｌ１および第２コイル導体Ｌ２を形成する例を示したが、基材シート１は必須の構成ではない。例えば、第１コイル導体Ｌ１を形成した基材板の主面と第２コイル導体Ｌ２を形成した基材板の主面とを所定間隔で対向して配置することにより、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２とが、空気の層を介して対向配置する構成であってもよい。このような構成であっても、第１コイル導体Ｌ１と第２コイル導体Ｌ２との間に発生するキャパシタは正常に構成され、ＬＣ共振回路が正常に構成される。

ＣＰ…結合部
ＡＰ…アンテナ部
Ｋ_ＣＰ…結合度
Ｃａ，Ｃｂ…容量
Ｅ１１…第１端
Ｅ１２…第２端
Ｅ２１…第１端
Ｅ２２…第２端
ｉ０，ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ２ａ，ｉ２ｂ…電流
Ｌ１…第１コイル導体
Ｌ２…第２コイル導体
Ｌ１ａ…第１大径ループ状導体
Ｌ１ｂ…第１小径ループ状導体
Ｌ１ｂ…第１大径ループ状導体
Ｌ２ａ…第２大径ループ状導体
Ｌ２ｂ…第２小径ループ状導体
Ｌｌｅ…大径ループ状導体形成領域
Ｌｓｅ…小径ループ状導体形成領域
Ｍ，Ｍａ，Ｍｂ…相互インダクタンス
１…基材シート
２…下部保持シート
３…上部保持シート
５…樹脂
１０…ＲＦＩＣモジュール
２０…積層体
３０…給電コイル
４０…ＲＦＩＣ素子
５０…ブースターアンテナ
１０１，１０２…アンテナ装置

Claims (7)

1. ＲＦＩＣ素子と、
   前記ＲＦＩＣ素子に接続される給電コイルと、
   第１大径ループ状導体と、前記第１大径ループ状導体の端部に接続される第１小径ループ状導体とを有する第１コイル導体と、
   前記第１大径ループ状導体に対向して配置される第２大径ループ状導体と、前記第１小径ループ状導体に対向して配置され、前記第２大径ループ状導体の端部に接続される第２小径ループ状導体とを有する第２コイル導体と、
   を備え、
   前記第１大径ループ状導体は、平面視で、前記第２大径ループ状導体の巻回方向とは逆方向に巻回され、
   前記第１小径ループ状導体は、巻回数が１であり、かつ、平面視で前記第１大径ループ状導体の形成領域内に配置され、
   前記第２小径ループ状導体は、巻回数が１であり、かつ、平面視で前記第２大径ループ状導体の形成領域内に配置され、
   前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体のインダクタンスと前記第１コイル導体および前記第２コイル導体の間に発生する容量とで、ブースターアンテナを構成し、
   前記給電コイルは、平面視で、前記第１小径ループ状導体の形成領域内および前記第２小径ループ状導体の形成領域内に配置され、前記第１小径ループ状導体および前記第２小径ループ状導体と磁界を介して結合することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１大径ループ状導体および前記第２大径ループ状導体は、巻回数がそれぞれ１である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１小径ループ状導体は、平面視で、前記第１大径ループ状導体の巻回方向と同方向に巻回され、
   前記第２小径ループ状導体は、平面視で、前記第２大径ループ状導体の巻回方向と同方向に巻回される、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ＲＦＩＣ素子および前記給電コイルは、これらがワンチップ化されたＲＦＩＣモジュールとして構成されている、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記ＲＦＩＣモジュールは、複数の基材層を積層してなる積層体を備え、
   前記給電コイルは、前記積層体の内部に形成される、請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 第１主面および第２主面を有する基材シートをさらに備え、
   前記第１コイル導体は、前記基材シートの前記第１主面に形成され、
   前記第２コイル導体は、前記基材シートの前記第２主面に形成され、
   前記ＲＦＩＣモジュールは、前記基材シートの表面または内部に配置される、請求項４または５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１小径ループ状導体、前記第２小径ループ状導体および前記給電コイルは、平面視で、巻回軸が同一軸上に配置される、請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。

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