JPH04248704A - Antenna for near distance communication - Google Patents

Antenna for near distance communication

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JPH04248704A
JPH04248704A JP3014420A JP1442091A JPH04248704A JP H04248704 A JPH04248704 A JP H04248704A JP 3014420 A JP3014420 A JP 3014420A JP 1442091 A JP1442091 A JP 1442091A JP H04248704 A JPH04248704 A JP H04248704A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
magnetic field
turns
coils
antenna
Prior art date
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Pending
Application number
JP3014420A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Wakabayashi
尚之 若林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
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Abstract

PURPOSE:To limit a communication area by arranging loop coils close to each other and setting a magnetic field generated by each coil to a specific value. CONSTITUTION:Plural loop coils 1, 2 are arranged concentrically or close to each other, and let an ampere-turn between a current flowing to the coil 1 and the number of turns of the coil 1 be IT1 and an ampere-turn between a current flowing to the coil 2 and the number of turns of the coil 2 be IT2, then a magnetic field H1 at a point P generated in the coil 1 and a magnetic field H2 at a point P generated in the coil 2 are in the state expressed respectively in equation I. When the two coils are wound opposite to each other, the magnetic field at the pint P is a specific value and the state at a remote location is expressed in equation II. When the ampere-turns of both the coils are expressed in equation III, the magnetic field at a remote location is zero.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は近距離で磁界を使用して
通信を行うアンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna that performs communication over short distances using a magnetic field.

【0002】0002

【従来の技術】磁界を使用する近距離通信用アンテナは
、従来、ループコイルが使われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a loop coil has been used as an antenna for short-range communication using a magnetic field.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のループ
コイルには以下のような問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, conventional loop coils have the following problems.

【0004】(1)ある距離で一定レベル以上の磁界を
得るためには法的制限があり不可能である。すなわち、
λ/2πの位置での電界強度が15mV以下でなければ
ならないが、伝送速度を上げるために周波数fを上げる
と、この式より出力を出せなくなる。従って、受信側に
おいて利得の高いアンプを設ける必要が生じてくるが、
そのための電力が別途必要になるなど受信側の小型化を
阻害するなどの問題が生じる。また、S/N比を低下す
る問題がある。
(1) Obtaining a magnetic field above a certain level at a certain distance is impossible due to legal restrictions. That is,
The electric field strength at the position of λ/2π must be 15 mV or less, but if the frequency f is increased to increase the transmission speed, it becomes impossible to output an output according to this formula. Therefore, it becomes necessary to provide a high gain amplifier on the receiving side.
Problems arise, such as the need for additional power for this purpose, which impedes miniaturization of the receiving side. Additionally, there is a problem of lowering the S/N ratio.

【0005】(2)ループアンテナは1つだけであるた
めに受信エリアの限定が困難であり、そのために混信な
どが発生する場合がある。
(2) Since there is only one loop antenna, it is difficult to limit the reception area, which may cause interference.

【0006】この発明の目的は、複数のループコイルを
使用することにより所定のエリアの外で磁界が急激に小
さくなる近距離通信用アンテナを提供することにある。
[0006] An object of the present invention is to provide an antenna for short-distance communication in which the magnetic field decreases rapidly outside a predetermined area by using a plurality of loop coils.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】それぞれ接近して配置さ
れたn個(n>1)のループコイルからなり、各コイル
の電流の大きさ,向き,コイル径および巻数が、各ルー
プコイルによって発生する任意の位置(r,θ)におけ
る磁界をHn(r,θ)としたとき、r>>の位置にお
いて、 ΣHn =0 となる値に設定されていることを特徴とする。
[Means for Solving the Problem] Consisting of n loop coils (n>1) arranged close to each other, the magnitude, direction, coil diameter, and number of turns of the current of each coil are generated by each loop coil. When the magnetic field at an arbitrary position (r, θ) is defined as Hn(r, θ), the magnetic field is set to a value such that ΣHn = 0 at the position r>>.

【0008】[0008]

【作用】n個のループコイルが近接して配置され、その
場合の各ループコイルによって発生する任意の位置(r
,θ)における磁界をHn (r,θ)としたときに、
r>>の位置においてΣHn=0となるように各コイル
の電流の大きさ,向き,コイル径および巻数が選ばれて
いる。すなわち、各ループコイルから発生する磁界が遠
距離においてお互いに打ち消しあうようになるため、あ
る距離にいくと急激に磁界が小さくなる。すなわち、コ
イルに対して流す電流やコイルの巻数を相対的に増やし
ても法的制限を越える可能性が小さくなり、またある距
離の範囲内にある限り相対的に受信レベルを上げること
が可能になる。また通信エリアも限定することができる
ようになる。
[Operation] When n loop coils are placed close to each other, any position (r
, θ) is Hn (r, θ), then
The magnitude and direction of the current in each coil, the coil diameter, and the number of turns are selected so that ΣHn=0 at the position r>>. That is, the magnetic fields generated from each loop coil cancel each other over a long distance, so the magnetic field suddenly becomes smaller at a certain distance. In other words, even if you relatively increase the current applied to the coil or the number of turns in the coil, the possibility of exceeding the legal limit is reduced, and it is possible to relatively increase the reception level as long as it is within a certain distance. Become. It also becomes possible to limit the communication area.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の実施例のアンテナを示してい
る。本実施例では同心の2個のループコイルを1,2を
使用してアンテナを構成する。この実施例では、各コイ
ルに流れる電流,コイル径,巻数が、 a2 *IT1 =b2 *(−IT2 )となる大き
さに設定される。なお、IT1 はコイル1の(巻数*
電流)を表し、IT2 はコイル2の(巻数*電流)を
表す。上記の式を以下に導出する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an antenna according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, an antenna is constructed using two concentric loop coils 1 and 2. In this embodiment, the current flowing through each coil, the coil diameter, and the number of turns are set so that a2 * IT1 = b2 * (-IT2). Note that IT1 is the (number of turns *
IT2 represents (number of turns * current) of coil 2. The above equation is derived below.

【0010】図2は中心軸上の磁界強度について説明す
るための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the magnetic field strength on the central axis.

【0011】図2において中心軸上の点pにおける磁界
強度は、
In FIG. 2, the magnetic field strength at point p on the central axis is

【0012】0012

【数1】[Math 1]

【0013】となる。[0013]

【0014】ここで図1に示す二重ループを考え、コイ
ル1に流れる(電流*巻数)をIT1 ,コイル2に流
れる(電流*巻数)をIT2 とすると、コイル1より
発生するp点での磁界H1 ,コイル2より発生するp
点での磁界H2 はそれぞれ、
Considering the double loop shown in FIG. 1, let IT1 be the current flowing through coil 1 (current * number of turns) and IT2 be the current flowing through coil 2 (current * number of turns), then the current at point p generated by coil 1 is Magnetic field H1, p generated by coil 2
The magnetic field H2 at each point is

【0015】[0015]

【数2】[Math 2]

【0016】となる。この2つのコイルを逆方向巻にす
れば、p点での磁界は、 H(p)=H1 −H2  となる。そして遠方では(x>>a,b)では、
[0016] If these two coils are wound in opposite directions, the magnetic field at point p will be H(p) = H1 - H2. And in the far distance (x>>a, b),

【00
17】
00
17]

【数3】[Math 3]

【0018】となる。ここで、[0018] here,

【0019】[0019]

【数4】[Math 4]

【0020】とすれば、遠方磁界は0となる。上記の理
由から、二重ループによって、距離に対する減衰の大き
いエリア限定アンテナを構成することができる。
[0020] Then, the far magnetic field becomes 0. For the above reasons, the double loop allows an area-limited antenna with large attenuation over distance to be constructed.

【0021】なお、中心軸以外では、ビオサバールの法
則より、図3(A),(B)を参照して、
[0021] Besides the central axis, according to Biot-Savart's law, with reference to FIGS. 3(A) and (B),

【0022】[0022]

【数5】[Math 5]

【0023】これを円周に沿って積分すると、[0023] If we integrate this along the circumference, we get

【002
4】
002
4]

【数6】[Math 6]

【0025】となる。これを二重ループとすると(2つ
のコイルは逆巻)、
[0025] If this is a double loop (the two coils are reversely wound),

【0026】[0026]

【数7】[Math 7]

【0027】で表される。図4は、上記図1に示す実施
例において2a=bとした場合と、従来のコイル径aの
単一コイルの場合と、従来のコイル径2aの単一コイル
の場合とにおいて距離とz方向磁界の関係を示す(距離
=aの時の磁界を1とした)。図に示すように、距離が
2aの範囲内では、3つの場合それぞれにおける磁界強
度は殆ど同じであるが、距離がそれ以上になると本実施
例では急激に磁界が小さくなる。
It is expressed as follows. FIG. 4 shows the distance and the z-direction in the case of 2a=b in the embodiment shown in FIG. The relationship between magnetic fields is shown (the magnetic field when distance = a is set to 1). As shown in the figure, within a distance of 2a, the magnetic field strength in each of the three cases is almost the same, but as the distance increases beyond this, the magnetic field sharply decreases in this embodiment.

【0028】図5は本発明の他の実施例を示す。この実
施例では2つのコイル1,2が少し離れて配置される。 この実施例では、 a2 *IT1 =b2 *IT2  となるように各値が決定される。例えば、a=bならば
、IT1 =−IT2 となる。
FIG. 5 shows another embodiment of the invention. In this embodiment, the two coils 1 and 2 are placed a little apart. In this example, each value is determined so that a2 *IT1 = b2 *IT2. For example, if a=b, IT1=-IT2.

【0029】図6は本発明のさらに他の実施例を示す。 この実施例では、4個のコイルが近接して配置される。 各コイルの径をa1 ,a2 ,a3 ,a4 とし、
(コイル電流*巻数)をそれぞれIT1 ,IT2 ,
IT3 ,IT4 とする。
FIG. 6 shows yet another embodiment of the invention. In this example, four coils are placed in close proximity. The diameter of each coil is a1, a2, a3, a4,
(Coil current * Number of turns) are respectively IT1, IT2,
Let it be IT3 and IT4.

【0030】x>>a1 ,a2 ,a3 ,a4 と
すると、p点での時間H(p)は、
[0030] If x>>a1, a2, a3, a4, the time H(p) at point p is

【0031】[0031]

【数8】[Math. 8]

【0032】となり、このH(p)=0となるa1 〜
a4 ,IT1 〜IT4 を選べば、遠方磁界を0に
できる。 また、この実施例ではコイル数を調整することにより磁
界分布を適当に変化させることが可能である。
##EQU00003## and this H(p)=0, a1 ~
By selecting a4, IT1 to IT4, the far magnetic field can be made zero. Further, in this embodiment, it is possible to appropriately change the magnetic field distribution by adjusting the number of coils.

【0033】図7は上記図1に示すコイルを駆動するド
ライブ回路の一例を示している。
FIG. 7 shows an example of a drive circuit for driving the coil shown in FIG. 1 above.

【0034】また、図8は上記のアンテナを定期券ゲー
ト(パスゲート)に応用した場合を示している。このパ
スゲートでは、利用者が持っている定期券との間で磁界
による情報交換が行われる。
Further, FIG. 8 shows a case where the above antenna is applied to a commuter pass gate (pass gate). This pass gate uses magnetic fields to exchange information with the commuter pass held by the user.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明では、複数の各コイルから発生す
る磁界が遠距離においてお互いに打ち消しあうようにな
るために、次の作用効果がある。
Effects of the Invention In the present invention, since the magnetic fields generated from each of the plurality of coils cancel each other out over a long distance, the following effects can be obtained.

【0036】(1)遠距離での磁界が小さくなるために
コイルに流す電流,コイルの巻数を増やして近距離の磁
界を大きくすることができる。このため信頼性が向上す
る。
(1) Since the magnetic field at a long distance becomes smaller, it is possible to increase the magnetic field at a short distance by increasing the current flowing through the coil and the number of turns of the coil. This improves reliability.

【0037】(2)距離により急に磁界が小さくなるた
めに通信エリアを限定することができる。従って混信し
ない。
(2) Since the magnetic field suddenly decreases with distance, the communication area can be limited. Therefore, there is no interference.

【0038】(3)法的制限以内で近距離磁界を大きく
できるために受信側の構成を簡略化でき、コスト低減に
繋がる。
(3) Since the short-range magnetic field can be increased within legal limits, the configuration of the receiving side can be simplified, leading to cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.

【図2】上記実施例の原理説明に供する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the above embodiment.

【図3】(A),(B)は本発明の実施例の作用を説明
するための図である。
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

【図4】上記実施例の効果を従来例を比較して説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the effects of the above embodiment by comparing it with a conventional example.

【図5】本発明の他の実施例を示す。FIG. 5 shows another embodiment of the invention.

【図6】本発明のさらに他の実施例を示す。FIG. 6 shows yet another embodiment of the invention.

【図7】図1の実施例のコイルを駆動するドライブ回路
を示す。
FIG. 7 shows a drive circuit for driving the coil of the embodiment of FIG. 1;

【図8】本発明に係る近距離通信用アンテナをパスゲー
トに応用した場合のアンテナ配置位置を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the antenna arrangement position when the short-range communication antenna according to the present invention is applied to a pass gate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2  ループコイル 1, 2 Loop coil

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】それぞれ接近して配置されたn個(n>1
)のループコイルからなり、各コイルの電流の大きさ,
向き,コイル径および巻数が、各ループコイルによって
発生する任意の位置(r,θ)における磁界をHn (
r,θ)としたとき、r>>の位置において、ΣHn 
=0 となる値に設定されていることを特徴とする、近距離通
信用アンテナ。
Claim 1: n pieces (n>1
), and the magnitude of the current in each coil,
The magnetic field at any position (r, θ) generated by each loop coil is expressed as Hn (
r, θ), at the position r>>, ΣHn
An antenna for short-range communication, characterized in that the antenna is set to a value such that =0.
JP3014420A 1991-02-05 1991-02-05 Antenna for near distance communication Pending JPH04248704A (en)

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