JP7322513B2 - アンテナ装置及びこれを備えるｉｃカード - Google Patents

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Description

本発明はアンテナ装置及びこれを備えるＩＣカードに関し、特に、ＩＣモジュールと電磁界結合するカップリングコイルと、カードリーダーと電磁界結合するアンテナコイルを有するアンテナ装置及びこれを備えるＩＣカードに関する。
近年、ＩＣモジュールを有するＩＣカードが広く利用されている。例えば、特許文献１及び２には、ＩＣモジュールと電磁界結合するカップリングコイルと、カードリーダーと電磁界結合するアンテナコイルを備えたＩＣカードが開示されている。特許文献１及び２に記載されたＩＣカードは、ＩＣモジュールと電磁界結合するカップリングコイルを備えていることから、アンテナコイルとＩＣモジュールを直接接続することなく、ＩＣモジュールに対する電力供給及び信号の送受信を行うことが可能となる。
また最近では、ＩＣカードの質感を高めるため、ＩＣカードの本体にメタルプレートが用いられるケースもある。しかしながら、ＩＣカードの本体にメタルプレートを用いた場合、メタルプレートとアンテナコイルをそのまま重ねると、メタルプレートによって通信が阻害されてしまう。このため、この種のＩＣカードにおいては、メタルプレートとアンテナコイルの間に磁性シートを介在させる必要がある。
特開平１１－１４９５３６号公報 特開２００８－６７０５７号公報
しかしながら、ＩＣモジュールがメタルプレート側に配置される場合、メタルプレートとカップリングコイルの間に磁性シートが存在すると、ＩＣモジュールとカップリングコイルの電磁界結合が磁性シートによって阻害されるという問題があった。
したがって、本発明の目的は、アンテナコイル及びカップリングコイルと磁性シートを有するアンテナ装置及びこれを備えるアンテナ装置及びこれを備えるＩＣカードにおいて、磁性シート側に位置する例えばＩＣモジュールとカップリングコイルの電磁界結合を確保することを目的とする。
本発明によるアンテナ装置は、基板と、基板の表面に形成された導体パターン及び磁性シートとを備え、導体パターンは、スパイラル状又はループ状のアンテナコイルと、アンテナコイルに接続され、アンテナコイルよりも径が小さいスパイラル状又はループ状のカップリングコイルとを含み、アンテナコイルは磁性シートと重なり、磁性シートは、カップリングコイルと重なる位置に第１の開口部を有し、これにより、カップリングコイルの内径領域は、平面視で全体が第１の開口部と重なることを特徴とする。
本発明によれば、カップリングコイルの内径領域と磁性シートが重ならないことから、磁性シート側に位置する例えばＩＣモジュールとカップリングコイルを電磁界結合させることが可能となる。
本発明において、カップリングコイルのコイル領域は、平面視で全体が第１の開口部と重なっていても構わない。これによれば、カップリングコイルと磁性シート側に位置する例えばＩＣモジュールの結合度をより高めることが可能となる。
本発明において、カップリングコイルは、基板の表面のうち、磁性シートと接する面とは反対側の面に形成されていても構わない。これによれば、磁性シートに第１の開口部を形成するプロセスにおいて、カップリングコイルにダメージが加わることがない。
本発明によるＩＣカードは、上記のアンテナ装置と、アンテナ装置と重なるメタルプレートと、カップリングコイルと電磁界結合するＩＣモジュールとを備え、メタルプレートは第２の開口部を有し、ＩＣモジュールは第２の開口部に配置され、カップリングコイルとＩＣモジュールは、第１の開口部を介して電磁界結合することを特徴とする。
本発明によれば、磁性シートによって阻害されることなく、ＩＣモジュールとカップリングコイルを電磁界結合させることが可能となる。
このように、本発明によれば、アンテナコイル及びカップリングコイルと磁性シートを有するアンテナ装置及びこれを備えるＩＣカードにおいて、磁性シート側に位置する例えばＩＣモジュールとカップリングコイルの電磁界結合を確保することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態によるＩＣカード１の外観を示す略斜視図である。 図２は、ＩＣカード１を裏面ｂ側から見た略透視斜視図である。 図３は、ＩＣカード１の略分解斜視図である。 図４は、第１の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。 図５は、第１の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。 図６は、第１の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。 図７は、ＩＣモジュール５０を裏面側から見た略斜視図である。 図８は、カップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２と開口部１１，２１の好ましい関係を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は変形例による断面図である。 図９は、第１の実施形態によるＩＣカード１の等価回路図である。 図１０は、第２の実施形態によるＩＣカード２を裏面ｂ側から見た略透視斜視図である。 図１１は、ＩＣカード２の略分解斜視図である。 図１２は、第２の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。 図１３は、第２の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。 図１４は、第２の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。 図１５は、第２の実施形態によるＩＣカード２の等価回路図である。 図１６は、第３の実施形態によるＩＣカード３を裏面ｂ側から見た略透視斜視図である。 図１７は、ＩＣカード３の略分解斜視図である。 図１８は、第３の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。 図１９は、第３の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。 図２０は、第３の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。 図２１は、第３の実施形態によるＩＣカード３の等価回路図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるＩＣカード１の外観を示す略斜視図である。
図１に示すように、本実施形態によるＩＣカード１は、ｘ方向を長手方向、ｙ方向を短手方向、ｚ方向を厚み方向とする板状体であり、ｘｙ面を構成する上面ａと裏面ｂを有している。ＩＣカード１には後述するＩＣモジュールが内蔵されており、ＩＣモジュールの端子電極ＥがＩＣカード１の上面ａに露出している。ＩＣカード１は、裏面ｂをカードリーダー４と向かい合わせることによって通信を行うことができる。
図２はＩＣカード１を裏面ｂ側から見た略透視斜視図であり、図３はＩＣカード１の略分解斜視図である。
図２及び図３に示すように、本実施形態によるＩＣカード１は、上面ａ側から裏面ｂ側に向かって、メタルプレート１０、磁性シート２０、基板３０及びカバー層４０がこの順に積層された構造を有している。メタルプレート１０は、ステンレスやチタンなどの金属材料からなり、その一方の表面はＩＣカード１の上面ａを構成する。メタルプレート１０には開口部１１が設けられており、開口部１１の内部にはＩＣモジュール５０が配置される。
基板３０は、ＰＥＴなどの絶縁性樹脂材料からなるフィルムであり、その両面に導体パターンが形成されることによってアンテナ装置を構成する。基板３０の厚みについては特に限定されないが、２０～３０μｍ程度とすることができる。
図４は、第１の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。また、図５は、第１の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。さらに、図６は、第１の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。
図４に示すように、基板３０の一方の表面３１に設けられた導体パターンは、カップリングコイルＣＣ１、キャパシタ電極パターンＰ１１及び接続パターン１００を含んでいる。カップリングコイルＣＣ１は、スパイラル状に例えば５ターン巻回された構成を有している。但し、カップリングコイルＣＣ１のターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。
カップリングコイルＣＣ１の外周端は、接続パターン１００を介して接続ノード９０に接続されている。接続パターン１００には、キャパシタ電極パターンＰ１１が接続されている。接続ノード９０は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ１１を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード９１に接続される。一方、カップリングコイルＣＣ１の内周端９２は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ１２を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード９３に接続される。
図５に示すように、基板３０の他方の表面３２に設けられた導体パターンは、アンテナコイルＡＣ、キャパシタ電極パターンＰ１２及び接続パターン１０１を含んでいる。アンテナコイルＡＣは、矩形である基板３０の辺に沿ってスパイラル状に例えば４ターン巻回された構成を有するループアンテナである。このように、アンテナコイルＡＣは基板３０の辺に沿って設けられていることから、基板３０の大部分がアンテナコイルＡＣの内径領域を構成する。但し、アンテナコイルＡＣのターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。
アンテナコイルＡＣの外周端は、接続ノード９１に接続されている。これにより、アンテナコイルＡＣの外周端とカップリングコイルＣＣ１の外周端が短絡される。一方、アンテナコイルＡＣの内周端は、接続パターン１０１を介して接続ノード９３に接続されている。これにより、アンテナコイルＡＣの内周端とカップリングコイルＣＣ１の内周端が短絡される。接続パターン１０１には、キャパシタ電極パターンＰ１２が接続されている。キャパシタ電極パターンＰ１２は、平面視でキャパシタ電極パターンＰ１１と重なる位置に設けられている。
かかる構成により、アンテナコイルＡＣとカップリングコイルＣＣ１は直列に接続され、その接続部分にはキャパシタ電極パターンＰ１１，Ｐ１２からなるマッチング用キャパシタＭＣが挿入されることになる。このように、アンテナコイルＡＣ及びカップリングコイルＣＣ１は、直流的な接続を行うための外部端子を備えておらず、直流的には完全に閉じた回路である。
ここで、カップリングコイルＣＣ１は、ＩＣモジュール５０と重なるようメタルプレート１０の開口部１１と重なる位置に配置されている。メタルプレート１０の開口部１１は、基板３０の－ｘ方向、つまり、一方の短辺側にオフセットして配置されているため、カップリングコイルＣＣ１も同様にオフセットして配置される。キャパシタ電極パターンＰ１１，Ｐ１２からなるマッチング用キャパシタＭＣについても、カップリングコイルＣＣ１の近傍に配置されることから、基板３０の一方の短辺側にオフセットして配置される。
図３に示すように、磁性シート２０は、メタルプレート１０と基板３０の間に配置され、基板３０の表面に直接形成される。磁性シート２０の材料としては、透磁率の高い材料であれば特に限定されないが、フェライトや金属磁性体などからなるバルク体であっても構わないし、樹脂材料とフェライト粉や金属磁性体粉を混合した複合磁性材料からなるものであっても構わない。複合磁性材料を用いる場合、未硬化の樹脂材料とフェライト粉や金属磁性体粉の混合物を基板３０の表面に塗布し、その後樹脂材料を硬化させることで基板３０の表面に複合磁性材料からなる磁性シート２０を直接形成することができる。磁性シート２０の平面サイズは、アンテナコイルＡＣの外形よりも僅かに大きく、これにより、アンテナコイルＡＣと鎖交する磁束の磁路として機能する。本実施形態によるＩＣカード１は、金属材料からなるメタルプレート１０を備えているため、メタルプレート１０と基板３０をそのまま重ねると通信が困難となるが、両者間に磁性シート２０を介在させることによって通信が可能となる。
また、磁性シート２０には、カップリングコイルＣＣ１と重なる位置に開口部２１が設けられている。これにより、カップリングコイルＣＣ１とＩＣモジュール５０は、磁性シート２０を介することなく直接向かい合うことになる。
図７は、ＩＣモジュール５０を裏面側から見た略斜視図である。
図７に示すように、ＩＣモジュール５０はモジュール基板５１及びこれに搭載又は内蔵されたＩＣチップ５２を備え、モジュール基板５１の裏面側にはカップリングコイルＣＣ２が形成されている。モジュール基板５１の表面側には、図１に示す端子電極Ｅが設けられる。カップリングコイルＣＣ２の内径サイズ及び外径サイズは、基板３０に設けられたカップリングコイルＣＣ１の内径サイズ及び外径サイズとほぼ同じであり、これにより両者を重ねると、電磁界結合が生じる。これにより、端子電極を用いてＩＣモジュール５０とアンテナコイルＡＣを直接接続することなく、カップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２を介して両者を交流的に接続することが可能となる。
図８は、カップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２と開口部１１，２１の好ましい関係を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は変形例による断面図である。
図８において、符号８１はカップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２のコイル領域、つまり、最外周ターンと最内周ターンの間に位置し、導体パターンが形成された領域を指し、符号８２はカップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２の内径領域、つまり、最内周ターンに囲まれた領域を指す。そして、図８に示す例では、平面視で、内径領域８２及びコイル領域８１の全体が開口部２１と重なっている。これにより、カップリングコイルＣＣ１の内径領域８２及びコイル領域８１と、カップリングコイルＣＣ２の内径領域８２及びコイル領域８１の間に磁性シート２０が全く介在しない構造が得られることから、カップリングコイルＣＣ１とカップリングコイルＣＣ２の間の電磁界結合が磁性シート２０によって妨げられることがない。
但し、本発明において、コイル領域８１の全体が開口部２１と重なっている点は必須でなく、磁性シート２０の一部がコイル領域８１と重なっていても構わない。この場合であっても、カップリングコイルＣＣ１とカップリングコイルＣＣ２の間の結合度を十分に確保するためには、内径領域８２の全体が開口部２１と重なっている必要がある。また、図８に示す例では、メタルプレート１０の開口部１１が磁性シート２０の開口部２１よりも大きいが、この点は必須でなく、メタルプレート１０の開口部１１よりも磁性シート２０の開口部２１の方が大きくても構わないし、両者のサイズが同じであっても構わない。
また、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、カップリングコイルＣＣ１が基板３０の一方の表面３１、つまり、磁性シート２０と向かい合う表面３２とは反対側の面に形成されているが、逆に、図８（ｃ）に示す変形例のように、カップリングコイルＣＣ１を基板３０の他方の表面３２、つまり、磁性シート２０と向かい合う面に形成しても構わない。前者によれば、基板３０の他方の表面３２に複合磁性材料を塗布した後、複合磁性材料を部分的に除去することによって開口部２１を形成する場合であっても、複合磁性材料を部分的に除去する工程においてカップリングコイルＣＣ１にダメージが加わることがない。この場合であっても、図５に示す接続パターン１０１については、複合磁性材料を除去する工程に晒されることになるが、これによるダメージが問題となる場合には、接続パターン１０１の導体幅をカップリングコイルＣＣ１など他のパターンの導体幅よりも広く設計すれば良い。一方、後者によれば、カップリングコイルＣＣ１とカップリングコイルＣＣ２の距離がより近くなることから、結合度をより高めることが可能となる。
図９は、第１の実施形態によるＩＣカード１の等価回路図である。
図９に示すように、第１の実施形態においては、アンテナコイルＡＣの一端とカップリングコイルＣＣ１の一端が接続され、アンテナコイルＡＣの他端とカップリングコイルＣＣ１の他端が接続され、これらの接続点にマッチング用キャパシタＭＣが接続されることにより、主アンテナＡＮＴ１が構成される。主アンテナＡＮＴ１に含まれるアンテナコイルＡＣは、図１に示すカードリーダー４との間の通信を行う。主アンテナＡＮＴ１に含まれるカップリングコイルＣＣ１は、ＩＣモジュール５０に含まれるカップリングコイルＣＣ２と電磁界結合する。カップリングコイルＣＣ２は、入力キャパシタＣ１に並列接続され、入力キャパシタＣ１の一端がＩＣチップ５２の入力端子に接続される。
以上説明したように、第１の実施形態によるＩＣカード１は、アンテナ装置を構成する基板３０とメタルプレート１０の間に磁性シート２０が設けられていることから、メタルプレート１０に阻害されることなく、裏面ｂ側からカードリーダー４と無線通信することが可能となる。また、カップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２と重なる位置には、磁性シート２０に開口部２１が設けられていることから、カップリングコイルＣＣ１とカップリングコイルＣＣ２の電磁界結合が磁性シート２０によって阻害されることもない。特に、カップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２の内径領域は、平面視で全体が磁性シート２０の開口部２１と重なっていることから、磁性シート２０をバイパスすることなく、ほとんどの磁束をカップリングコイルＣＣ１，ＣＣ２に鎖交させることが可能となる。しかも、磁性シート２０が基板３０の表面に直接形成され、両者が一体化していることから、部品点数も削減される。
＜第２の実施形態＞
図１０は、第２の実施形態によるＩＣカード２を裏面ｂ側から見た略透視斜視図である。また、図１１はＩＣカード２の略分解斜視図である。
図１０及び図１１に示すように、第２の実施形態によるＩＣカード２は、基板３０の表面３１，３２に形成された導体パターンの形状が異なる点において、第１の実施形態によるＩＣカード１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるＩＣカード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１２は、第２の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。また、図１３は、第２の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。さらに、図１４は、第２の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。
図１２に示すように、基板３０の一方の表面３１に設けられた導体パターンは、アンテナコイルＡＣ１、カップリングコイルＣＣ１、キャパシタ電極パターンＰ１３及び接続パターン１０２，１０３を含んでいる。アンテナコイルＡＣ１は、矩形である基板３０の辺に沿ってスパイラル状に例えば４ターン巻回された構成を有している。このように、アンテナコイルＡＣ１は基板３０の辺に沿って設けられていることから、基板３０の大部分がアンテナコイルＡＣ１の内径領域を構成する。但し、アンテナコイルＡＣ１のターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。一方、カップリングコイルＣＣ１は、アンテナコイルＡＣの内径領域に設けられたより径の小さいコイルであり、スパイラル状に例えば５ターン巻回された構成を有している。但し、カップリングコイルＣＣ１についてもターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。
そして、アンテナコイルＡＣ１の内周端とカップリングコイルＣＣ１の外周端は、接続パターン１０２を介して短絡されている。また、アンテナコイルＡＣ１の外周端は、キャパシタ電極パターンＰ１３に接続されている。さらに、接続パターン１０３は、アンテナコイルＡＣ１に沿って配置されており、その一端は接続ノード９４に接続され、他端は接続ノード９８に接続される。接続ノード９４，９８は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ１３，Ｔ１４を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード９５，９９にそれぞれ接続される。一方、カップリングコイルＣＣ１の内周端９６は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ１５を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード９７に接続される。
図１３に示すように、基板３０の一方の表面３２に設けられた導体パターンは、アンテナコイルＡＣ２、キャパシタ電極パターンＰ１４及び接続パターン１０４を含んでいる。アンテナコイルＡＣ２は、矩形である基板３０の辺に沿ってスパイラル状に例えば４ターン巻回された構成を有している。このように、アンテナコイルＡＣ２は基板３０の辺に沿って設けられていることから、基板３０の大部分がアンテナコイルＡＣ２の内径領域を構成する。但し、アンテナコイルＡＣ２のターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。
そして、アンテナコイルＡＣ２の外周端は接続ノード９５に接続され、アンテナコイルＡＣ１の内周端は接続パターン１０４を介して接続ノード９７に接続される。また、キャパシタ電極パターンＰ１４は、接続ノード９９に接続される。
かかる構成により、アンテナコイルＡＣ１、カップリングコイルＣＣ１及びアンテナコイルＡＣ２はこの順に直列に接続され、アンテナコイルＡＣ１とアンテナコイルＡＣ２は、キャパシタ電極パターンＰ１３，Ｐ１４からなるマッチング用キャパシタＭＣを介して接続される。このように、アンテナコイルＡＣ１，ＡＣ２及びカップリングコイルＣＣ１は、直流的な接続を行うための外部端子を備えておらず、直流的には完全に閉じた回路である。
ここで、キャパシタ電極パターンＰ１３，Ｐ１４からなるマッチング用キャパシタＭＣは、基板３０の＋ｘ方向、つまり、他方の短辺側にオフセットして配置されている。このように、カップリングコイルＣＣ１とマッチング用キャパシタＭＣを互いに離れた位置に配置すれば、両者間における相互干渉を防止することが可能となる。
図１５は、第２の実施形態によるＩＣカード２の等価回路図である。
図１５に示すように、第２の実施形態においては、アンテナコイルＡＣ１の一端とアンテナコイルＡＣ２の一端の間にカップリングコイルＣＣ１が接続され、アンテナコイルＡＣ１の他端とアンテナコイルＡＣ２の他端の間にマッチング用キャパシタＭＣが接続されることにより、ダイポール型の主アンテナＡＮＴ３が構成される。主アンテナＡＮＴ３に含まれるアンテナコイルＡＣ１，ＡＣ２は、図１に示すカードリーダー４との間の通信を行う。主アンテナＡＮＴ３に含まれるカップリングコイルＣＣ１は、ＩＣモジュール５０に含まれるカップリングコイルＣＣ２と電磁界結合する。
本実施形態が例示するように、本発明においてアンテナコイルがループアンテナであることは必須でなく、ダイポールアンテナであっても構わない。
＜第３の実施形態＞
図１６は、第３の実施形態によるＩＣカード３を裏面ｂ側から見た略透視斜視図である。また、図１７はＩＣカード３の略分解斜視図である。
図１６及び図１７に示すように、第３の実施形態によるＩＣカード３は、基板３０の表面３１，３２に形成された導体パターンの形状が異なる点において、第１の実施形態によるＩＣカード１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるＩＣカード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１８は、第３の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンのパターン形状を示す略平面図である。また、図１９は、第３の実施形態において基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンのパターン形状を一方の表面３１側から見た略透視平面図である。さらに、図２０は、第３の実施形態において基板３０の一方の表面３１に形成された導体パターンと基板３０の他方の表面３２に形成された導体パターンを重ねた状態を示す略透視平面図である。
図１８に示すように、基板３０の一方の表面３１に設けられた導体パターンは、アンテナコイルＡＣ、カップリングコイルＣＣ１、キャパシタ電極パターンＰ１，Ｐ３及び接続パターン７１，７４を含んでいる。アンテナコイルＡＣは、矩形である基板３０の辺に沿ってスパイラル状に例えば４ターン巻回された構成を有している。このように、アンテナコイルＡＣは基板３０の辺に沿って設けられていることから、基板３０の大部分がアンテナコイルＡＣの内径領域を構成する。但し、アンテナコイルＡＣのターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。一方、カップリングコイルＣＣ１は、アンテナコイルＡＣの内径領域に設けられたより径の小さいコイルであり、スパイラル状に例えば５ターン巻回された構成を有している。但し、カップリングコイルＣＣ１についてもターン数が複数ターンである点は必須でなく、１ターンのみからなるループ状であっても構わない。
そして、アンテナコイルＡＣの内周端とカップリングコイルＣＣ１の外周端は、接続パターン７１を介して短絡されている。接続パターン７１には、キャパシタ電極パターンＰ１が接続されている。また、アンテナコイルＡＣの外周端６０は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ１を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード６１に接続される。一方、カップリングコイルＣＣ１の内周端６２は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ２を介して、基板３０の他方の表面３２に設けられた接続ノード６３に接続される。図１９に示すように、接続ノード６１と接続ノード６３は、接続パターン７２を介して短絡される。接続パターン７２は、平面視でキャパシタ電極パターンＰ１と重なる位置に設けられたキャパシタ電極パターンＰ２に接続される。
かかる構成により、アンテナコイルＡＣとカップリングコイルＣＣ１は直列に接続され、その接続部分にはキャパシタ電極パターンＰ１，Ｐ２からなるマッチング用キャパシタＭＣが挿入されることになる。このように、アンテナコイルＡＣ及びカップリングコイルＣＣ１は、直流的な接続を行うための外部端子を備えておらず、直流的には完全に閉じた回路である。
図１９に示すように、基板３０の他方の表面３２に設けられた導体パターンは、ブースターコイルＢＣ、キャパシタ電極パターンＰ２，Ｐ４及び接続パターン７２，７３を含んでいる。ブースターコイルＢＣは、矩形である基板３０の辺に沿ってスパイラル状に例えば８ターン巻回された構成を有している。このように、ブースターコイルＢＣは基板３０の辺に沿って設けられていることから、基板３０の大部分がブースターコイルＢＣの内径領域を構成する。そして、ブースターコイルＢＣとアンテナコイルＡＣは、平面視で互いに重なるように設けられていることから、両者は電磁界結合する。
そして、ブースターコイルＢＣの外周端６４は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ３を介して、基板３０の一方の表面３１に設けられた接続ノード６５に接続される。また、ブースターコイルＢＣの内周端６６は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ４を介して、基板３０の一方の表面３１に設けられた接続ノード６７に接続される。接続ノード６７は、キャパシタ電極パターンＰ３に接続される。基板３０の他方の表面３２には、キャパシタ電極パターンＰ３と重なる位置にキャパシタ電極パターンＰ４が設けられており、キャパシタ電極パターンＰ３，Ｐ４によって共振用キャパシタＲＣが構成される。そして、キャパシタ電極パターンＰ４は、接続パターン７３を介して接続ノード６８に接続される。接続ノード６８は、基板３０を貫通して設けられたスルーホール導体Ｔ５を介して、基板３０の一方の表面３１に設けられた接続ノード６９に接続される。接続ノード６５と接続ノード６９は、接続パターン７４を介して短絡される。
かかる構成により、ブースターコイルＢＣと共振用キャパシタＲＣは直列に接続されることになる。このように、ブースターコイルＢＣは、直流的な接続を行うための外部端子を備えておらず、直流的には完全に閉じた回路である。
ここで、キャパシタ電極パターンＰ３，Ｐ４からなる共振用キャパシタＲＣは、基板３０の＋ｘ方向、つまり、他方の短辺側にオフセットして配置されている。このように、共振用キャパシタＲＣをカップリングコイルＣＣ１やマッチング用キャパシタＭＣから離れた位置に配置すれば、両者間における相互干渉を防止することが可能となる。
図２１は、第３の実施形態によるＩＣカード３の等価回路図である。
図２１に示すように、第３の実施形態においては、アンテナコイルＡＣの一端とカップリングコイルＣＣ１の一端が接続され、アンテナコイルＡＣの他端とカップリングコイルＣＣ１の他端が接続され、これらの接続点にマッチング用キャパシタＭＣが接続されることにより、主アンテナＡＮＴ１が構成される。主アンテナＡＮＴ１に含まれるカップリングコイルＣＣ１は、ＩＣモジュール５０に含まれるカップリングコイルＣＣ２と電磁界結合する。
さらに、主アンテナＡＮＴ１に含まれるアンテナコイルＡＣは、図１に示すカードリーダー４との間の通信を行うだけでなく、ブースターコイルＢＣと電磁界結合する。ブースターコイルＢＣと共振用キャパシタＲＣは、補助アンテナＡＮＴ２を構成する。これにより、本実施形態によるＩＣカード１は、主アンテナＡＮＴ１と補助アンテナＡＮＴ２によってカードリーダー４と通信することから、通信距離を拡大することができる。
尚、通信距離を拡大する方法としては、ブースターコイルＢＣを用いるのではなく、アンテナコイルＡＣのターン数をより増やす方法が考えられるが、アンテナコイルＡＣのターン数を増やすと、アンテナコイルＡＣの抵抗成分が増大するため、損失が大きくなる。特に、本実施形態においては、アンテナコイルＡＣとカップリングコイルＣＣ１が直列に接続されており、２つのコイルの抵抗成分が加算されることから、抵抗成分による損失を抑えつつ、アンテナコイルＡＣのターン数を増やすことは困難である。
これに対し、本実施形態においては、アンテナコイルＡＣのターン数を増やすのではなく、アンテナコイルＡＣと電磁界結合するブースターコイルＢＣを用いていることから、抵抗成分を増やすことなく、通信距離を拡大することが可能となる。しかも、本実施形態においては、アンテナコイルＡＣのターン数よりもブースターコイルＢＣのターン数が多いことから、アンテナコイルＡＣの抵抗成分がより小さく抑えられるとともに、ブースターコイルＢＣを用いた補助アンテナＡＮＴ２の特性を高めることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によるＩＣカード３は、アンテナコイルＡＣと電磁界結合するブースターコイルＢＣを備えていることから、アンテナコイルＡＣの抵抗成分を抑えつつ、十分な通信距離を確保することが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記各実施形態においては、基板３０の両面に形成されたキャパシタ電極パターンによってマッチング用キャパシタＭＣや共振用キャパシタＲＣを形成しているが、これらの一方又は両方がチップ型のキャパシタ部品であっても構わない。
１～３ ＩＣカード
４ カードリーダー
１０ メタルプレート
１１，２１ 開口部
２０ 磁性シート
３０ 基板
３１ 基板の一方の表面
３２ 基板の他方の表面
４０ カバー層
５０ ＩＣモジュール
５１ モジュール基板
５２ ＩＣチップ
６０，６４ 外周端
６１，６３，６５，６７～６９ 接続ノード
６２，６６ 内周端
７１～７４ 接続パターン
８１ コイル領域
８２ 内径領域
９０，９１，９３～９５ ，９７～９９ 接続ノード
９２，９６ 内周端
１００～１０４ 接続パターン
ａ ＩＣカードの上面
ｂ ＩＣカードの裏面
ＡＣ，ＡＣ１，ＡＣ２ アンテナコイル
ＡＮＴ１，ＡＮＴ３ 主アンテナ
ＡＮＴ２ 補助アンテナ
ＢＣ ブースターコイル
Ｃ１ 入力キャパシタ
ＣＣ１，ＣＣ２ カップリングコイル
Ｅ 端子電極
ＭＣ マッチング用キャパシタ
Ｐ１～Ｐ４，Ｐ１１～Ｐ１４
ＲＣ 共振用キャパシタ
Ｔ１～Ｔ５，Ｔ１１～Ｔ１５ スルーホール導体

Claims (3)

  1. 基板と、
    前記基板の表面に形成された導体パターン及び磁性シートと、を備え、
    前記導体パターンは、スパイラル状又はループ状の第１及び第２のアンテナコイルと、前記第１のアンテナコイルと前記第２のアンテナコイルの間に接続され、前記第１及び第２のアンテナコイルよりも径が小さいスパイラル状又はループ状のカップリングコイルとを含み、
    前記第１のアンテナコイルは、前記基板の一方の表面に形成され、
    前記第２のアンテナコイルは、前記基板の他方の表面に形成され、
    前記第１及び第２のアンテナコイルのコイル領域は、平面視で全体が前記磁性シートと重なり、
    前記磁性シートは、前記カップリングコイルと重なる位置に第１の開口部を有し、これにより、前記カップリングコイルの内径領域及びコイル領域は、平面視で全体が前記第１の開口部と重なることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記カップリングコイルは、前記基板の前記一方の表面に形成され、前記磁性シートは、前記基板の前記他方の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置と重なるメタルプレートと、
    前記カップリングコイルと電磁界結合するＩＣモジュールと、を備え、
    前記メタルプレートは、第２の開口部を有し、
    前記ＩＣモジュールは、前記第２の開口部の内部に配置され、
    前記カップリングコイルと前記ＩＣモジュールは、前記第１の開口部を介して電磁界結合することを特徴とするＩＣカード。
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