JP6320974B2 - Loop antenna - Google Patents
Loop antenna Download PDFInfo
- Publication number
- JP6320974B2 JP6320974B2 JP2015161891A JP2015161891A JP6320974B2 JP 6320974 B2 JP6320974 B2 JP 6320974B2 JP 2015161891 A JP2015161891 A JP 2015161891A JP 2015161891 A JP2015161891 A JP 2015161891A JP 6320974 B2 JP6320974 B2 JP 6320974B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor loop
- loop
- conductor
- loop antenna
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、通信エリアの境界を明確に設定可能なループアンテナに関する。 The present invention relates to a loop antenna capable of clearly setting a boundary of a communication area.
近年では、意図的に通信エリアを限定した無線通信(エリア限定無線)に対するニーズが高まっている。例えば、特許文献1に開示された電界通信システムは、エリア限定無線を実現するための一手段である。
In recent years, there has been an increasing need for wireless communication (area limited wireless) in which a communication area is intentionally limited. For example, the electric field communication system disclosed in
一方、低周波(およそ10MHz)の磁界は、人体や周囲環境との相互作用が電界と比べて著しく低いという特徴を有する。例えば、特許文献2に開示されたループアンテナは、限定した空間に磁界を発生させる。 On the other hand, a low frequency (approximately 10 MHz) magnetic field has a feature that the interaction with the human body and the surrounding environment is significantly lower than the electric field. For example, the loop antenna disclosed in Patent Document 2 generates a magnetic field in a limited space.
電界通信では、環境に設置されたアクセスポイント装置の近傍のエリアに存在する端末装置だけが、アクセスポイント装置との通信を行うことができる。しかし、アクセスポイント装置の近傍の電界分布は、設置環境や利用者の姿勢などに大きく依存するため、明確な近傍のエリアを電界によって実現することが困難である。したがって、通信すべき位置に存在している端末装置が通信不能になる場合や、その逆の場合などが生じ、安定で信頼性の高いエリア限定無線システムを構築することが難しい。 In electric field communication, only a terminal device existing in an area near an access point device installed in the environment can communicate with the access point device. However, since the electric field distribution in the vicinity of the access point device greatly depends on the installation environment, the posture of the user, and the like, it is difficult to realize a clear nearby area with an electric field. Therefore, there are cases where the terminal device existing at the position to be communicated becomes unable to communicate and vice versa, and it is difficult to construct a stable and highly reliable area limited wireless system.
そこで、特許文献2に開示されているように低周波磁界を通信媒体として用いることが考えられる。通信エリアの境界で磁界強度が急激に減衰するような磁界部分を創り出すことができれば、信頼性の高いエリア限定無線システムを構築することができる。 Therefore, it is conceivable to use a low-frequency magnetic field as a communication medium as disclosed in Patent Document 2. If it is possible to create a magnetic field portion in which the magnetic field strength rapidly attenuates at the boundary of the communication area, a highly reliable area limited wireless system can be constructed.
しかし、特許文献2に開示されているループアンテナの外形は円であるため、その円の直径以上の幅が設置スペースに要求される。したがって、例えば柱や溝といった幅の狭いスペースにループアンテナを設置するのは困難であるという課題がある。 However, since the outer shape of the loop antenna disclosed in Patent Document 2 is a circle, a width greater than the diameter of the circle is required for the installation space. Therefore, there is a problem that it is difficult to install the loop antenna in a narrow space such as a pillar or a groove.
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、幅の狭いスペースでも設置可能で、通信エリアの境界を明確に設定可能なループアンテナを提供することである。 The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a loop antenna that can be installed even in a narrow space and can clearly set the boundary of a communication area.
本発明のループアンテナは、同一面の面内に配置された第1導体ループと第2導体ループとで構成され、前記第1導体ループは前記第2導体ループを互いの重心が一致するように内包し、前記同一面は縦寸法よりも横寸法が大きな外形形状であり、前記第1導体ループと前記第2導体ループは縦寸法よりも横寸法が大きな形状であり、前記第1導体ループを流れる電流I1と、前記第2導体ループを流れる電流I2とは、互いに逆向きに流れ、かつ、電流I 1 と電流I 2 との和が一定であり、前記第1導体ループが囲む面積をS1、前記第2導体ループが囲む面積をS2とした場合に、次式を満たしており、かつ、面積比(S 2 /S 1 )が0.17〜0.71であることを要旨とする。
本発明のループアンテナによれば、幅の狭いスペースでも設置可能で、通信エリアの境界を明確に設定可能なループアンテナを提供することができる。 According to the loop antenna of the present invention, it is possible to provide a loop antenna that can be installed even in a narrow space and can clearly set the boundary of a communication area.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same components in a plurality of drawings, and the description will not be repeated.
〔第1実施形態〕
図1に、第1実施形態のループアンテナ1の構成例を示す。本実施形態のループアンテナ1は、絶縁体基板10と、第1導体ループ11と、第2導体ループ12と、第1給電点13a,13bと、第2給電点14a,14bとを具備する。第1導体ループ11は、第2導体ループ12を内包している。
[First Embodiment]
In FIG. 1, the structural example of the
第1給電点13a,13bは、第1導体ループ11を給電する。第2給電点14a,14bは、第2導体ループ12を給電する。
The
第1給電点13aは正極(+)であり、長方形の絶縁体基板10の一方の長辺の中央部分の外縁近くに配置される。第1導体ループ11は、第1給電点13aから絶縁体基板10の外縁に沿って時計方向に延長され、第1給電点13aの手前に配置された第1給電点13b(−)に接続する導電パターンによって構成される。なお、この例の導電パターンと絶縁体基板10の外縁との距離は、不規則に変化する。したがって、第1導体ループ11の形状は歪な形状である。第1導体ループ11には、第1給電点13aから第1給電点13bに向けて時計方向に電流が流れる。
The
第2給電点14aは正極(+)であり、第1導体ループ11の内側に配置される。第2導体ループ12は、第2給電点14aから、第1導体ループ11の内側において反時計方向に延長され、第2給電点14aの手前の位置に配置された第2給電点14b(−)に接続する導電パターンによって構成される。第2導体ループ12には、第2給電点14aから第2給電点14bに向けて反時計方向に電流が流れる。つまり、第1導体ループ11と第2導体ループ12とに流れる電流は、互いに逆向きである。
The
第1導体ループ11が囲む面積をS1、第1導体ループ11に流れる電流をI1とする。また、第2導体ループ12が囲む面積をS2、第2導体ループ12に流れる電流をI2とする。そして、次式に示す条件を満たすI1とI2とに調整する。
The area surrounded by the
式(1)によれば、第1導体ループ11と第2導体ループ12とで構成されるループアンテナの磁気双極子モーメントの和を零にするので、ループアンテナ1の遠方磁界が急激に減衰するシャープな磁界分布を形成することができる。式(1)の条件は、第1給電点13aと第2給電点14aの信号電圧を調整することで容易に満たすことができる。
According to the equation (1), the sum of the magnetic dipole moments of the loop antenna constituted by the
ループアンテナ1の磁界分布の形状は、第1導体ループ11と第2導体ループ12の形状にほとんど依存しない。具体的な磁界分布については後述する。
The shape of the magnetic field distribution of the
このように、長方形の絶縁体基板の同一面内に配置された第1導体ループ11と第2導体ループ12とを式(1)の条件で使用することで、柱や溝等の幅が狭いスペースに設置でき、且つ、シャープな磁界分布を創り出せるループアンテナ1を実現できる。
Thus, by using the
〔変形例〕
図2に、第1実施形態のループアンテナ1の変形例の構成を示す。図2(a)は、第1導体ループ11と第2導体ループ12とを、長方形の形状にしたものである。また、図2(b)は、第1導体ループ11を長方形、第2導体ループ12を楕円の形状にしたものである。
[Modification]
In FIG. 2, the structure of the modification of the
このように第1導体ループ11と第2導体ループ12とを、長方形や楕円等の規則性や対称性を有する形状にすることで、ループアンテナ1の製造を容易にすることができる。
As described above, the
図3に、第1実施形態のループアンテナ1の他の変形例を示す。図3は、第1導体ループ11と第2導体ループ12との重心を一致させたものである。なお重心は、中心と言い換えても良い。
FIG. 3 shows another modification of the
図3(a)は、第1導体ループ11と第2導体ループ12とを長方形にし、且つ、それぞれのループの重心を一致させた例である。図3(b)は、第1導体ループ11を長方形、第2導体ループ12を楕円にした例である。このように、第1導体ループ11と第2導体ループ12との重心を一致させることで、ループアンテナ1からより近い距離において磁界の急減衰特性を得ることができる。
FIG. 3A shows an example in which the first conductor loop 11 and the
図4に、第1実施形態のループアンテナ1の他の変形例を示す。図4は、第1導体ループ11と第2導体ループ12とを相似形にしたものである。図4(a)は、第1導体ループ11と第2導体ループ12とを長方形の相似形にしたものである。図4(b)は、第1導体ループ11と第2導体ループ12とを楕円の相似形にしたものである。
FIG. 4 shows another modification of the
図4に示す様に2つの導体ループを相似形の関係にすることで、上記の変形例よりも対称性の高い構成にすることができる。また、第1導体ループ11と第2導体ループ12との間の距離を近付けることで、ループアンテナ1からより近い距離において磁界の急減衰特性を得ることができる。
As shown in FIG. 4, the two conductor loops have a similar relationship, so that a configuration with higher symmetry than the above modification can be obtained. Further, by making the distance between the
なお、遠方における磁界強度を最大にする面積比λ(λ=S2/S1)が存在する。磁界強度を最大にする面積比に設定することで、消費電流を最小化できる。次に、その消費電流を最小化する条件について説明する。 Note that there is an area ratio λ (λ = S 2 / S 1 ) that maximizes the magnetic field strength at a distance. By setting the area ratio to maximize the magnetic field strength, the current consumption can be minimized. Next, conditions for minimizing the current consumption will be described.
図3と図4に示した第1導体ループ11と第2導体ループ12との重心を一致させたループアンテナ1が、遠方に生成する磁界H(z)は、近似的に次式で表せる。
The magnetic field H (z) generated far away by the
ここでzは、重心から観測点までの距離である。c1=1/2π,c2=3/4π2である。導体ループの面積比λを次式で定義する。 Here, z is the distance from the center of gravity to the observation point. c 1 = 1 / 2π, c 2 = 3 / 4π 2 . The area ratio λ of the conductor loop is defined by the following equation.
更に、2つの導体ループに流れる電流の和をItとおく。 Furthermore, placing the sum of the currents flowing through the two conductor loops and I t.
急減衰特性を得るためには、式(2)の右辺第一項が0になるように電流を調整すれば良い。 In order to obtain the rapid decay characteristic, the current may be adjusted so that the first term on the right side of Equation (2) becomes zero.
式(3)〜式(5)より次式を得る。 The following equation is obtained from equations (3) to (5).
実用的には、急減衰特性を満たしつつ、遠方磁界を最大にするのが望ましい。したがって式(2)の第一項は0を満たしつつ、第二項を最大化するのが望ましい。右辺第二項に式(3)と式(6)とを代入すると次式が得られる。 Practically, it is desirable to maximize the far magnetic field while satisfying the rapid decay characteristics. Therefore, it is desirable to maximize the second term while satisfying zero in the first term of the formula (2). Substituting Equation (3) and Equation (6) into the second term on the right side gives the following equation.
したがって、ItとS1とを一定とした場合、式(2)の第二項を最大にするには、次式で定義する評価関数f(λ)を最大化すれば良い。 Therefore, when a constant and I t and S 1, to maximize second term of equation (2) may be maximized evaluation function f (lambda) which is defined by the following equation.
評価関数f(λ)が最大になるλをλcとおく。λcを求めるには次式を解けば良い。 Let λc be λ that maximizes the evaluation function f (λ). To obtain λc, the following equation should be solved.
式(9)を解くと次式を得る。 Solving equation (9) yields:
また、評価関数f(λ)の値が最大値から3dB以内となるための面積比λの範囲は、次式で求められる。 Further, the range of the area ratio λ for obtaining the value of the evaluation function f (λ) within 3 dB from the maximum value is obtained by the following equation.
式(11)を解くと、3dB以内となるための面積比λの範囲は、次式に示す様に決定できる。 When equation (11) is solved, the area ratio λ range within 3 dB can be determined as shown in the following equation.
つまり、Itを一定とした場合に、面積比λ(S2/S1)を0.17〜0.71の範囲にすることで、ループアンテナ1が遠方に生成する磁界H(z)の値を、最大値−3dBの範囲にすることができる。
That is, when a constant I t, the area ratio λ of (S 2 / S 1) by the range of 0.17 to 0.71, the value of the magnetic field H (z) of the
図5に、面積比λと評価関数f(λ)の関係を示す。図5の横軸は面積比λ、縦軸は評価関数f(λ)である。Itを一定とした場合に遠方における磁界強度を最大にする面積比λは、約0.41である。また、磁界の最大強度−3dBの範囲の面積比は、λ=0.17〜0.71の範囲である。 FIG. 5 shows the relationship between the area ratio λ and the evaluation function f (λ). The horizontal axis in FIG. 5 is the area ratio λ, and the vertical axis is the evaluation function f (λ). The area ratio λ of the magnetic field strength in the distance to the maximum in the case where the I t is constant, is approximately 0.41. The area ratio in the range of the maximum magnetic field intensity of −3 dB is in the range of λ = 0.17 to 0.71.
〔第2実施形態〕
図6に、第2実施形態のループアンテナ2の構成例を示す。本実施形態のループアンテナ2は、図3(a)に示したループアンテナ1の第1導体ループ11と第2導体ループ12とのループの巻き数を複数回にしたものである。
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows a configuration example of the loop antenna 2 of the second embodiment. The loop antenna 2 of the present embodiment is one in which the number of turns of the
第1導体ループ11の巻き数をN1、第2導体ループ12の巻き数をN2とすると、上記の式(1)は拡張されて次式となる。
When the number of turns of the
図6は、N1=3、N2=2とした例である。式(13)から明らかなように、それぞれの巻き数が1の場合よりも電流値I1,I2を小さくすることができる。つまり、ループアンテナ2は、N1=1、N2=1の場合にループアンテナ1が発生する磁界と同じ強さの磁界を、少ない電流で発生することができる。
FIG. 6 shows an example in which N 1 = 3 and N 2 = 2. As is clear from the equation (13), the current values I 1 and I 2 can be made smaller than when the number of turns is one. That is, the loop antenna 2 can generate a magnetic field with the same strength as the magnetic field generated by the
〔磁界分布のシミュレーション〕
本発明の作用効果を確認する目的で、磁界分布のシミュレーションを行った。図7と図8とを参照して、そのシミュレーション結果を説明する。
[Simulation of magnetic field distribution]
In order to confirm the effect of the present invention, a magnetic field distribution was simulated. The simulation result will be described with reference to FIG. 7 and FIG.
図7は、シミュレーション条件を示す図である。シミュレーションは、図4(b)に示した第1実施形態のループアンテナ1の他の変形例について行った。
FIG. 7 is a diagram showing simulation conditions. The simulation was performed for another modification of the
第1導体ループ11は、その長軸を0.4m、短軸を0.1mとする楕円とした。また、第2導体ループ12は、その長軸を0.2m、短軸を0.05mとする楕円とした。図7では、絶縁体基板の表記を省略しているが、第1導体ループ11の形状から明らかなように、その形状は例えば楕円の長軸方向に長い長方形である。
The
また、第1導体ループ11と第2導体ループ12との中心の位置は一致させた。そして、第1導体ループ11と第2導体ループ12とに同位相の交流電流を給電して発生する磁界をシミュレーションした。
Further, the center positions of the
図8に、z−x面のシミュレーション結果を示す。図中の数値の単位はdBμA/mであり、一本の等高線は10dBの差分を表す。 FIG. 8 shows the simulation result of the zx plane. The unit of numerical values in the figure is dBμA / m, and one contour line represents a difference of 10 dB.
座標(x=0.0,z=−0.5)の磁界の強さは、約70dBμA/mであり、原点付近の最も強度の強い部分から0.5m離れた位置で60dBダウンである。この減衰量は、従来の単一のループアンテナよりも減衰量が約22dB大きい。 The intensity of the magnetic field at the coordinates (x = 0.0, z = −0.5) is about 70 dBμA / m, which is 60 dB down at a position 0.5 m away from the strongest part near the origin. This attenuation is about 22 dB greater than the conventional single loop antenna.
このように本発明のループアンテナは、通信エリアの境界を明確に設定可能なシャープな磁界部分を生成することができる。また、本発明のループアンテナは、第1導体ループ11と第2導体ループ12とが配置される絶縁体基板の形状は、例えば長方形である。したがって、幅の狭いスペースでも設置可能である。
Thus, the loop antenna of the present invention can generate a sharp magnetic field portion that can clearly set the boundary of the communication area. In the loop antenna of the present invention, the shape of the insulator substrate on which the
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。例えば、第1導体ループ11と第2導体ループ12との形状は、異なっていてもよい。
Although the contents of the present invention have been described according to the embodiments, the present invention is not limited to these descriptions, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made. For example, the shapes of the
また、第1導体ループ11と第2導体ループ12との形状は、不規則な形状であってもよい。つまり、中心から左右対称な形状で無くてもよい。また、上記の実施形態では、第1導体ループ11に流れる電流の向きを時計方向、第2導体ループ12に流れる電流の向きを反時計方向の例を示したが、電流の向きはその逆であっても構わない。
Further, the
また、長方形の例で示した絶縁体基板10は、長方形に限定されない。その形状は、縦寸法よりも横寸法が大きな外形形状で有れば何でもよい。要するに、絶縁体基板10の形状は、ループアンテナを配置可能な形状に整合する基板形状であればどのような形状で有っても構わない。このように本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
Further, the
1,2:ループアンテナ
10:絶縁体基板
11:第1導体ループ
12:第2導体ループ
13a,13b:第1給電点
14a,14b:第2給電点
1, 2: Loop antenna 10: Insulator substrate 11: First conductor loop 12:
Claims (1)
前記第1導体ループは、前記第1導体ループとは形状が異なる前記第2導体ループを互いの重心が一致するように内包し、前記同一面は縦寸法より横寸法が大きな外形形状であり、前記第1導体ループと前記第2導体ループは縦寸法より横寸法が大きな形状であり、前記第1導体ループが囲む面積をS 1 、前記第2導体ループが囲む面積をS 2 とした場合に、面積比(S 2 /S 1 )が0.17〜0.71であるループアンテナにおいて、
前記第1導体ループを流れる電流I1と、前記第2導体ループを流れる電流I2とは、互いに逆向きの流れとし、かつ、電流I1と電流I2との和を一定とし、ループアンテナを流れる電流I 1 と電流I 2 を次式を満たすように流すことを特徴とするループアンテナを用いた通信エリア境界の設定方法。
The first conductor loop includes the second conductor loop having a shape different from that of the first conductor loop so that the centers of gravity of the first conductor loop coincide with each other, and the same surface has an outer shape having a larger horizontal dimension than a vertical dimension, the first conductor loop and the second conductor loop is larger shape lateral dimension than longitudinal dimension, the area in which the first conductor loop surrounds S 1, the area of the second conductor loop surrounds a case of the S 2 In the loop antenna whose area ratio (S 2 / S 1 ) is 0.17 to 0.71,
The current I 1 flowing through the first conductor loop, said current I 2 flowing through the second conductor loop, the reverse flow to each other and a constant sum of the currents I 1 and the current I 2, the loop antenna setting the communication area boundary using a loop antenna, characterized in that electric current I 1 and the current I 2 flowing through the Suyo meet the following equation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015161891A JP6320974B2 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Loop antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015161891A JP6320974B2 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Loop antenna |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017041726A JP2017041726A (en) | 2017-02-23 |
JP6320974B2 true JP6320974B2 (en) | 2018-05-09 |
Family
ID=58206759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015161891A Active JP6320974B2 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Loop antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6320974B2 (en) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5218371A (en) * | 1990-08-14 | 1993-06-08 | Sensormatic Electronics Corporation | Antenna array for enhanced field falloff |
-
2015
- 2015-08-19 JP JP2015161891A patent/JP6320974B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017041726A (en) | 2017-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6392715B2 (en) | Loop antenna array group | |
US10971808B2 (en) | Shielded RFID antenna | |
US9799956B2 (en) | Three-dimensional compound loop antenna | |
JP2013125998A (en) | Loop antenna | |
US20130201063A1 (en) | Antenna integrated with solar battery | |
CN105470641B (en) | PCB beam forming antenna | |
CN103855462B (en) | A kind of antenna and antenna array system | |
JP5715701B2 (en) | antenna | |
Ding et al. | An enhanced gap source model | |
KR20110130704A (en) | Loop antenna | |
US20170149131A1 (en) | Antenna control method, antenna control apparatus, and antenna device | |
WO2017126147A1 (en) | Loop antenna array | |
CN106063036A (en) | Antenna device of radar system | |
JP6320974B2 (en) | Loop antenna | |
US10700432B2 (en) | Loop antenna array | |
EP3312934A1 (en) | Antenna | |
RU164857U1 (en) | DIRECTED DIRECTOR ANTENA | |
JP2009033571A (en) | Integrated antenna | |
RU164860U1 (en) | DIRECTED DIRECTOR ANTENNA | |
Levin | Directivity of thin antennas | |
JP6270978B2 (en) | Loop antenna array | |
CN208062247U (en) | Multifrequency Shared aperture broadband radiation body | |
VŠETULA et al. | Sierpinski-based conical monopole antenna | |
CN111033895A (en) | Double-loop antenna | |
JP6423467B2 (en) | Loop antenna array |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170214 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20170222 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20170502 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180223 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180404 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6320974 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |