JPH08330840A - アンテナおよびリーダ／ライタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣカードとリーダ／ライタとの間の通信距
離を、副作用を生じることなく延長することができるよ
うにする。 【構成】 磁界を放射するアンテナを構成する３個のル
ープアンテナL1,L1',L1''が、その中心部が一致するよ
うに、同一平面上に配置されている。N1,N1',N1''を、
それぞれループアンテナL1,L1',L1''の巻数とし、S1,S
1'S1''を、それぞれループアンテナL1,L1',L1''の面積
（断面積）とするとともに、ループアンテナL1,L1',L
1''それぞれに流れる電流をI1,I1',I1''とするとき、式 N1×I1×S1+N1'×I1'×S1'+N1''×I1''×S1''=0 を満足するように、電流I1,I1',I1''、巻数N1,N1',N
1''、面積S1,S1'S1''が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アンテナおよびリーダ
／ライタに関する。特に、複数のループアンテナを、そ
の中心部が一致するように、同一平面上に配置すること
により、通信距離を延長することができるようにしたア
ンテナおよびリーダ／ライタに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、自動改札システムなどで用いられ
ている定期券には、磁気的に情報が記録されており、自
動改札機では、定期券が挿入されると、その磁気記録が
なされている部分に磁気ヘッドを接触させて、情報を読
み取るようになされている。

【０００３】このため、利用者は、定期券をケースに収
納している場合には、そこから取り出して、自動改札機
に挿入する必要があり、面倒であった。

【０００４】そこで、本件出願人は、非接触カードシス
テムを先に提案している。この非接触カードシステムに
よれば、非接触で情報のやりとり（データ通信）などを
行うことができるので、これを、上述したような自動改
札システムに適用した場合には、利用者は、定期券をケ
ースに収納したままでも、自動改札機を出入りすること
が可能となる。

【０００５】図１９は、本件出願人が、先に提案した非
接触カードシステムの構成例を示している。この非接触
カードシステムは、上述した定期券に相当するＩＣカー
ドと、電磁波を媒体としてＩＣカードに対して、非接触
で電源となる電力を供給するとともに、データの読み書
きやその他必要な処理を行うリーダ／ライタで構成され
ている。

【０００６】リーダ／ライタは、次のように構成されて
いる。即ち、ホストコンピュータ９１は、例えば図示せ
ぬ他の装置や、あるいはシステムの管理者の指示に対応
して、所定のアプリケーションプログラムをディジタル
信号処理部９２に送信してロードさせたり、リーダ／ラ
イタの動作モードを決めたり、あるいはディジタル信号
処理部９２から、後述するようにして受信されたデータ
を読み出すようになされている。

【０００７】ディジタル信号処理部９２は、ホストコン
ピュータ９２から送信されてきたアプリケーションプロ
グラムをロードし、そのプログラムにしたがった処理を
行うようになされている。また、ディジタル信号処理部
９２は、ホストコンピュータ９２の指示にしたがって、
アンプ９４の増幅率を制御したり、あるいはアンプ１０
０より送信されてきたデータを受信し、そのデータに対
して所定の処理を施し、ホストコンピュータ９１に送信
するようになされている。

【０００８】キャリア発生器９３は、その一方の出力端
子がループアンテナ９７の一端と接続され、また他方の
出力端子がアンプ９４の入力端子に接続されており、所
定の周波数のキャリアを出力するようになされている。
アンプ９４は、電圧制御型のアンプで、その出力端子
は、抵抗（ドライブインピーダンス）９５を介して、ル
ープアンテナ９７の他端と接続されている。上述したよ
うに、アンプ９４における増幅率は、ディジタル信号処
理部９２によって制御されるようになされており、従っ
てキャリア発生器９３が出力するキャリアは、ディジタ
ル信号処理部９２によってアンプ９４の増幅率が変化さ
れることにより振幅変調されるようになされている。

【０００９】コンデンサ９６は、その一端が、キャリア
発生器９３とループアンテナ９７との接続点と接続さ
れ、他端が、抵抗９５とループアンテナ９７との接続点
に接続されている。ループアンテナ９７は、コイルと等
価であるから、コンデンサ９６とループアンテナ９７と
で共振回路（並列共振回路）が構成されている。なお、
ループアンテナ９７は、例えばプリント基板上にパター
ンとして形成されている。

【００１０】抵抗９５とループアンテナ９７との接続点
には、検波用のダイオード９８のアノードが接続されて
おり、そのカソードは、カップリングコンデンサ（結合
コンデンサ）９９を介して、アンプ１００の入力端子と
接続されている。そして、アンプ１００の出力端子は、
ディジタル信号処理部９２と接続されている。

【００１１】次に、図２０のフローチャートを参照し
て、その動作について説明する。リーダ／ライタでは、
まず最初に、ステップＳ１において、電磁波として、コ
マンドおよび必要ならば書き込みデータが送出され、さ
らに一定期間、無変調波が送出される。即ち、まずホス
トコンピュータ９１において、他の装置や、あるいはシ
ステムの管理者の指示に対応して、所定のアプリケーシ
ョンプログラムおよび必要ならな書き込みデータがディ
ジタル信号処理部９２に送信される。その後、ホストコ
ンピュータ９１では、ディジタル信号処理部９２に対
し、起動がかけられる。

【００１２】ディジタル信号処理部９２は、ホストコン
ピュータ９１からプログラムを受信すると、それを内蔵
するメモリにロードする（書き込みデータも受信した場
合には、それも記憶される）。そして、ホストコンピュ
ータ９１から起動がかけられると、ロードしたプログラ
ムにしたがって処理を行う。即ち、例えばＩＣカードに
対して処理を指示するコマンドや、ＩＣカードに実行さ
せるべきプログラム、その他の書き込みデータなどに対
応して、アンプ９４の増幅率を制御する。

【００１３】アンプ９４には、キャリア発生器９３から
キャリアが入力されており、従ってアンプ９４では、キ
ャリアが、ディジタル信号処理部９２からのコマンド
や、プログラム、データにしたがって振幅変調されて出
力される。よって、キャリア発生器９３とアンプ９４と
は振幅変調器を構成しているということができる。

【００１４】アンプ９４より出力された振幅変調波は、
抵抗９５を介して、共振回路を構成するコンデンサ（共
振容量）９６およびループアンテナ９７に出力される。
このコンデンサ９６およびループアンテナ９７で構成さ
れる共振回路の共振周波数は、キャリア発生器９３が出
力するキャリアの周波数に設定されており、従ってアン
プ９４より出力された振幅変調波は、ループアンテナ９
７より電磁界として、効率良く放射される。

【００１５】その後、リーダ／ライタでは、ディジタル
信号処理部９２によって、アンプ９４の増幅率が一定値
になるように制御され、これにより無変調波が、上述し
た振幅変調波と同様にして、電磁界として、効率良く放
射される。

【００１６】そして、ステップＳ２に進み、ＩＣカード
から応答があったか否かが判定される。ここで、ＩＣカ
ードから応答があったか否かは、次のようにして判定さ
れる。即ち、ＩＣカードにおいては、後述するように、
ループアンテナ３１とコンデンサ（共振容量）３２とが
並列に接続されて共振回路が構成されている。さらに、
コンデンサ３２には、コンデンサ３８とＦＥＴ（Ｎチャ
ネルＦＥＴ）３９とが直列接続された直列回路が並列接
続されており、従って、ＦＥＴ３９がオン／オフするこ
とで、共振回路は、ループアンテナ３１およびコンデン
サ３２、またはループアンテナ３１、コンデンサ３２、
および３９で構成されるようになり、その共振周波数
（インピーダンス）が変化するようになされている。

【００１７】ＩＣカードでは、リーダ／ライタに応答す
る場合、ＦＥＴ３９をオン／オフするようになされてお
り、これにより、その共振回路の共振周波数（インピー
ダンス）を変化させる。この場合、ＩＣカードとリーダ
／ライタとが、ループアンテナ３１と９７との間で相互
誘導を生じる距離にあれば、上述したように無変調波に
対応する電磁界を放射しているリーダ／ライタのコンデ
ンサ９６とループアンテナ９７との接続点である点Ａお
よびＢからループアンテナ９７側を見たインピーダンス
は、ＦＥＴ３９のオン／オフに対応して変化することに
なり、従って点Ａ（Ｂ）の電圧も変化することになる。
点Ａにおける電圧は、ダイオード９８で検波され、コン
デンサ９９で直流分をカットされ、さらにアンプ１００
で増幅されて、ディジタル信号処理部９２に入力される
ので、ＩＣカードから応答があったか否かは、ディジタ
ル信号処理部９２において、アンプ１００からの信号に
基づいて判定される。

【００１８】ステップＳ２において、ＩＣカードから応
答がなかったと判定された場合、即ちＩＣカードとリー
ダ／ライタとが、ループアンテナ３１と９７との間で相
互誘導を生じる距離にない場合、ステップＳ１に戻り、
再びステップＳ１からの処理を繰り返す。また、ステッ
プＳ２において、ＩＣカードから応答があったと判定さ
れた場合、ステップＳ３に進み、ディジタル信号処理部
９２において、上述したように得られる応答としてのア
ンプ１００の出力信号が復調され、その復調データに基
づいて、必要な処理が行われて、処理を終了する。

【００１９】次に、ＩＣカードについて説明する。ＩＣ
カードは、次のように構成される。即ち、ループアンテ
ナ３１とコンデンサ３２とは並列に接続されている。ル
ープアンテナ３１は、上述したループアンテナ９７と同
様にコイルと等価であるから、ループアンテナ３１とコ
ンデンサ３２とは並列共振回路を構成している。ループ
アンテナ３１とコンデンサ３２との接続点の一方は、コ
ンデンサ３８の一端に接続されており、他方は、ＦＥＴ
３９のソースと接続されている。そして、ＦＥＴ３９の
ドレインは、コンデンサ３８の他端と接続されている。

【００２０】ループアンテナ３１とコンデンサ３２との
接続点と、コンデンサ３８との接続点には、抵抗３３の
一端、およびダイオード８３のアノードが接続されてい
る。ダイオード８３は、整流、検波用のもので、そのカ
ソードは、定電圧レギュレータ３７の入力端子と接続さ
れている。

【００２１】抵抗３３の他端には、複数のダイオードが
直列に多段接続されたダイオード群８１のアノード、お
よびダイオード群８２のカソードが接続されている。ダ
イオード群８１のカソード、およびダイオード群８２の
アノードは、ともにＦＥＴ３９のソースと接続されてい
る。なお、ＦＥＴ３９のソースは接地されている。

【００２２】ダイオード８３と、定電圧レギュレータ３
７の入力端子との接続点には、平滑用のコンデンサ３５
の一端が接続されており、その他端は接地されている。
定電圧レギュレータ３７は、その入力端子に印加される
電圧を、所定の一定の電圧ＶＤＤに安定化して、その出
力端子から出力するようになされている。定電圧レギュ
レータ３７の出力端子には、バイパスコンデンサ３６の
一端が接続されており、その他端は接地されている。な
お、定電圧レギュレータ３７はアース端子を有し、その
アース端子は接地されている。

【００２３】カップリングコンデンサ４０の一端は、ダ
イオード８３と定電圧レギュレータ３７との接続点に接
続されており、その他端は、アンプ４１の入力端子と接
続されている。アンプ４１は、その入力端子に入力され
る信号を増幅して出力端子から出力するようになされて
おり、その出力端子は、ディジタル信号処理部４２の入
力端子に接続されている。ディジタル信号処理部４２
は、アンプ４１から入力される信号に対応して、所定の
処理を行うようになされている。また、ディジタル信号
処理部４２は出力端子を有し、その出力端子は、ＦＥＴ
３９のゲートに接続されている。従って、ＦＥＴ３９
は、ディジタル信号処理部４２より、そのゲートに印加
される電圧に対応してオン／オフするようになされてい
る。

【００２４】なお、アンプ４１およびディジタル信号処
理部４２は、定電圧レギュレータ３７が出力する電圧Ｖ
ＤＤが電源として供給されるようになされている。ま
た、アンプ４１およびディジタル信号処理部４２はアー
ス端子を有し、そのアース端子は接地されている。さら
に、ディジタル信号処理部４２は、不揮発性メモリ４３
を内蔵し、アンプ４１からのデータなどを記憶し、また
記憶したデータなどに応じて、ＦＥＴ３９をオン／オフ
させるようになされている。

【００２５】次に、図２１のフローチャートを参照し
て、その動作について説明する。ＩＣカードでは、まず
最初に、ステップＳ１１において、リーダ／ライタから
放射された電磁波が受信される。即ち、ＩＣカードが、
リーダ／ライタに近づけられ、ループアンテナ３１と９
７との間で相互誘導を生じる距離となると、ループアン
テナ３１は、ループアンテナ９７より放射された電磁界
（磁束）のうち、そこに鎖交する磁束の変化（磁界の変
化）に応じて逆起電力を生じる。このようにして発生し
た電圧のうち、ループアンテナ３１およびコンデンサ３
２で構成される共振回路の共振周波数を中心とする所定
の周波数帯域のものは、効率良く、後段のブロックに通
過される。

【００２６】なお、ループアンテナ３１およびコンデン
サ３２で構成される共振回路の共振周波数は、例えばリ
ーダ／ライタが有するキャリア発生器９３が発生するキ
ャリアの周波数とされている。

【００２７】そして、ステップＳ１２に進み、動作する
のに電源を必要とするブロックであるアンプ４１および
ディジタル信号処理部４２に、電圧ＶＤＤが電源として
供給され、さらにループアンテナ３１およびコンデンサ
３２で構成される共振回路を通過した信号が検波され
る。

【００２８】即ち、ループアンテナ３１およびコンデン
サ３２で構成される共振回路を通過した信号は、ダイオ
ード８３を介することにより整流され、さらに平滑用の
コンデンサ３５を介することによりリップルが除去され
る。このリップルの除去された信号は、定電圧レギュレ
ータ３７に供給され、そこで安定化されることにより所
定の一定電圧ＶＤＤとされる。そして、この電圧ＶＤＤ
が、電源として、アンプ４１およびディジタル信号処理
部４２に供給される。

【００２９】以上のようにして、アンプ４１およびディ
ジタル信号処理部４２に電源が供給され、その動作が可
能な状態となった後、ループアンテナ３１およびコンデ
ンサ３２で構成される共振回路を通過した信号は、ダイ
オード８３を介することにより検波され、コンデンサ４
０に供給される。

【００３０】そして、ステップＳ１３に進み、リーダ／
ライタから電磁波として放射されたコマンドやデータな
どが、ディジタル信号処理部４２に出力される。即ち、
コンデンサ４０では、ダイオード８３で検波された信号
から直流分が除去され、アンプ４１に供給される。アン
プ４１では、コンデンサ４０からの信号が、必要なレベ
ルに増幅され、ディジタル信号処理部４２に供給され
る。

【００３１】ディジタル信号処理部４２では、ステップ
Ｓ１４において、アンプ４１から供給された信号に含ま
れるコマンドが解釈され、ステップＳ１５に進み、その
コマンドが、書き込みを要求するものであるか否かが判
定される。ステップＳ１５において、コマンドが書き込
みを要求するものであると判定された場合、ステップＳ
１６に進み、アンプ４１から供給された信号に含まれる
データが、不揮発性メモリ４３に書き込まれ、ステップ
Ｓ１７に進む。

【００３２】また、ステップＳ１５において、コマンド
が書き込みを要求するものでないと判定された場合、ス
テップＳ１６をスキップして、ステップＳ１７に進み、
そのコマンドが、読み出しを要求するものであるか否か
が判定される。ステップＳ１７において、コマンドが読
み出しを要求するものであると判定された場合、ステッ
プＳ１８に進み、データの読み出し処理が行われ、ステ
ップＳ１９に進む。即ち、ステップＳ１８では、不揮発
性メモリ４３に記憶されているデータが読み出され、そ
のデータに対応して、ＦＥＴ３９のゲートに電圧が印加
され、ステップＳ１９に進む。

【００３３】ここで、ＦＥＴ３９は、そのゲートに印加
される電圧に応じてオン／オフし（なお、通常は、オフ
状態になっている）、ＦＥＴ３９がオンになった場合に
は、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２でなる並
列共振回路に、コンデンサ３８が並列に接続されること
になるので、上述したようにして、リーダ／ライタにお
ける点Ａの電圧は、読み出されたデータに対応して変化
することになる。

【００３４】また、ステップＳ１７において、コマンド
が読み出しを要求するものでないと判定された場合、ス
テップＳ１９に進み、そのコマンドに対応した処理、即
ち、例えばアンプ４１から供給された信号に含まれるプ
ログラムを実行するなどの処理が行われ、処理を終了す
る。

【００３５】なお、ＩＣカードが、リーダ／ライタに極
端に近づけられた場合、ループアンテナ３１において、
高い電圧（過剰電圧）（過電圧）が発生し、これにより
ＩＣカードに、大きな電流（過剰電流）（過電流）が流
れ、ＩＣカードが損傷することが考えられる。そこで、
ＩＣカードでは、そのような大きな電流が、ループアン
テナ３１およびコイル３２でなる共振回路から出力され
た場合に、そのうちの一部をバイパスさせることによ
り、共振回路の出力電圧をピーク値が所定値以下に制限
するようになされている。

【００３６】即ち、例えば、いまダイオード８３に順方
向電圧または逆方向電圧が印加されるときに、ループア
ンテナ３１およびコイル３２でなる共振回路から出力さ
れる電流の極性を、それぞれ正極性または負極性という
とすると、共振回路から正極性の電流が出力されている
場合に、抵抗３３とダイオード群８２との間の電位差
が、所定値以上になると、抵抗３３およびダイオード群
８２を介してバイパス電流が流れ、また負極性の電流が
流れている場合に、ダイオード群８１と抵抗３３との間
の電位差が、所定値以上になると、ダイオード群８１お
よび抵抗３３を介してバイパス電流が流れるようになさ
れている。

【００３７】従って、ダイオード群８１または８２それ
ぞれが、例えば５個のダイオードで構成されており、順
方向に電流が流れるときの、各ダイオードにおける電圧
降下が、例えば０．７Ｖだとすると、ループアンテナ３
１およびコンデンサ３２の接続点間の電位差が３．５
（＝０．７×５）Ｖ以上になろうとすると、抵抗３３お
よびダイオード群８２、またはダイオード群８１および
抵抗３３を介してバイパス電流が流れ、これによりルー
プアンテナ３１およびコンデンサ３２の接続点間の電位
差は、３．５Ｖ以下に制限される。

【００３８】よって、抵抗３３、ダイオード群８１、お
よび８２は保護回路を構成しているということができ
る。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な非接触カードシステムでは、ＩＣカードとリーダ／ラ
イタとの間の通信距離を延ばすことが望まれる。ＩＣカ
ードとリーダ／ライタとが離れていても、ＩＣカードに
対し、充分な電力を供給するとともに、正確に受信可能
なデータを伝送するには、例えばリーダ／ライタのルー
プアンテナ９７から発生させる磁界の強度を強くする方
法がある。そして、ループアンテナ９７から発生させる
磁界を強くするには、そこに印加する電圧を高くした
り、ループアンテナ９７の巻数を減らし、そのインダク
タンスを小さくする方法などがある。

【００４０】しかしながら、以上の方法によりループア
ンテナ９７が発生する磁界を強くする場合、ＩＣカード
とリーダ／ライタとが接近したときに、ＩＣカードのル
ープアンテナ３１の端子間に大きな過電圧が生じ、保護
回路があっても、ＩＣカードが損傷するおそれがある課
題があった。さらに、電波法には、電界の放射位置から
３ｍの距離の位置において、電界強度が５００μＶ／ｍ
以下としなければならない旨が規定されているが、磁界
を強くする場合には、それに伴い、電界の強度も強くな
り、電波法に抵触することになる。

【００４１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、ＩＣカードの損傷や電波法への抵触その
他の副作用を生じさせることなく、ＩＣカードとリーダ
／ライタとの通信距離を延長することができるようにす
るものである。

【００４２】

【課題を解決するための手段】本発明のアンテナは、そ
の中心部が一致するように、同一平面上に配置されたＭ
（Ｍは、２以上の整数）個のループアンテナを有するこ
とを特徴とする。

【００４３】このアンテナにおいては、Ｍ個のループア
ンテナそれぞれの形状を、相似にすることができる。ま
た、Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ
以下の整数）番目のループアンテナの巻数または面積
を、それぞれＮ_mまたはＳ_mとするとともに、そのループ
アンテナに流れる電流を、Ｉ_mとし、ｍを１乃至Ｍに変
えてのサメーションをΣで表すとき、式ΣＮ_mＩ_mＳ_m＝
０を満足させるようにすることができる。さらに、Ｍ個
のループアンテナが、直列接続されている場合には、Ｍ
個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の
整数）番目のループアンテナの巻数または面積を、それ
ぞれＮ_mまたはＳ_m（ループアンテナからの磁界の方向が
所定の方向と一致するとき、そのループアンテナの面積
の符号は正とし、磁界の方向が所定の方向と反対方向に
一致するとき、そのループアンテナの面積の符号は負と
する）とするとともに、ｍを１乃至Ｍに変えてのサメー
ションをΣで表すとき、式ΣＮ_mＳ_m＝０を満足させるよ
うにすることができる。Ｍは、２または３にすることが
できる。

【００４４】本発明のリーダ／ライタは、磁界を放射す
るアンテナを備え、そのアンテナが、その中心部が一致
するように、同一平面上に配置されたＭ（Ｍは、２以上
の整数）個のループアンテナを有することを特徴とす
る。

【００４５】このリーダ／ライタにおいては、ＩＣカー
ドが、アンテナが発生する磁界によって電磁誘導を生じ
る受信用ループアンテナを有し、アンテナが、第１およ
び第２の２個のループアンテナを有する場合、第１のル
ープアンテナを、受信用ループアンテナより大きく、第
２のループアンテナを、受信用ループアンテナより小さ
くすることができる。また、ＩＣカードが、アンテナが
発生する磁界によって電磁誘導を生じる受信用ループア
ンテナを有し、アンテナが、第１乃至第３の３個のルー
プアンテナを有する場合、第２のループアンテナおよび
受信用ループアンテナの形状を、同一形状にし、第１の
ループアンテナを、受信用ループアンテナより大きく
し、第３のループアンテナを、受信用ループアンテナよ
り小さくすることができる。

【００４６】

【作用】本発明のアンテナにおいては、Ｍ（Ｍは、２以
上の整数）個のループアンテナが、その中心部が一致す
るように、同一平面上に配置されている。

【００４７】本発明のリーダ／ライタにおいては、磁界
を放射するアンテナを構成するＭ（Ｍは、２以上の整
数）個のループアンテナが、その中心部が一致するよう
に、同一平面上に配置されている。

【００４８】

【実施例】図１は、本発明を適用したリーダ／ライタの
一実施例の構成を示している。なお、図中、図１９にお
ける場合と対応する部分については、同一の符号を付し
てあり、その説明は省略する。即ち、このリーダ／ライ
タは、ループアンテナ９７に代えて、３個のループアン
テナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’がアンテナとして設けられ
ている他は、図１９のリーダ／ライタと同様に構成され
ている。

【００４９】３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ
１’’の形状（断面形状）は、例えばいずれも長方形状
にされており、さらにそれらは相似にされている。な
お、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のうちのＬ
１またはＬ１’’が、それぞれ最も大きなものまたは小
さなものとされており、ループアンテナＬ１’の形状
は、ＩＣカード（図１９）のループアンテナ３１と同一
にされている（従って、図１９のループアンテナ３１の
断面形状は、長方形になっている）。また、本実施例で
は、ループアンテナＬ１’’は、ループアンテナ３１よ
り充分小さいものとされている。

【００５０】そして、それらは、その中心部（例えば、
重心など）が、プリント基板上の所定の点Ｏに一致する
ように、かつ同一平面上（本実施例では、プリント基板
上）に配置されている（なお、図１では、３つのループ
アンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’を、すべてプリント基
板の所定の面上に配置してあるが、そのうちのいずれか
をプリント基板上の所定の面上に配置し、残りを、その
裏面に配置することも可能である（このような場合も、
実質的に、３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ
１’’が同一面上に配置されているということができ
る））。

【００５１】さらに、図１の実施例では、３つのループ
アンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、直列に接続されて
おり、また、その接続方法は、電流が流れることにより
発生する磁界の方向が、ループアンテナＬ１と、Ｌ１’
またはＬ１’’それぞれとでは反対方向になるようにな
されている。従って、ループアンテナＬ１’およびＬ
１’’では、それぞれに電流が流れることにより、同一
方向（ループアンテナＬ１が発生する磁界の方向とは逆
方向）に磁界が発生されるようになされている。

【００５２】また、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ
１’’は、その巻数および面積（断面積）が所定の条件
を満足するようになされている。これにより、最も大き
いループアンテナＬ１は、従来のループアンテナ９７よ
り強い磁界を発生し、主として、ＩＣカードとの通信距
離を延長するようになされている。また、２番目のルー
プアンテナＬ１’は、ループアンテナＬ１が発生する磁
界とは反対方向の磁界を発生し、主として、ＩＣカード
とリーダ／ライタとが近接した場合に、ＩＣカードのル
ープアンテナ３１に鎖交する磁束を低減して、ＩＣカー
ドの損傷を防止するようになされている。さらに、最も
小さいループアンテナＬ１’’は、ループアンテナＬ
１’と同様に、ループアンテナＬ１が発生する磁界とは
反対方向の磁界を発生し、主として、電波法で問題とな
る、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’から３ｍの
位置における電界を（５００μＶ／ｍ以下に）低下させ
るようになされている。

【００５３】次に、以上のようなループアンテナＬ１，
Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナによって、ＩＣ
カードの損傷、電波法への抵触などを生じさせることな
く、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離が延長さ
れる原理について説明する。

【００５４】図２は、前述した図１９の非接触カードシ
ステムをモデル化した電気回路を示している。電圧源１
は、コイルＬ１に、所定の交流電圧を印加するようにな
されており、図１９のキャリア発生器９３、アンプ９
４、抵抗９５、コンデンサ９６に相当する。コイル（ル
ープアンテナ）Ｌ１は、図１９のループアンテナ９７
（あるいは、図１のループアンテナＬ１）に相当する。
以上の電圧源１およびコイルＬ１が、図１９のリーダ／
ライタに相当する。

【００５５】コイル（ループアンテナ）Ｌ２は、図１９
のループアンテナ３１に相当する。抵抗Ｒ２は、コイル
Ｌ２の直流抵抗分であり、その一端がコイルＬ２の一端
に接続され、他端が、コンデンサＣの一端に接続されて
いる。コンデンサＣは、図１９のコンデンサ３２に相当
し、その他端は、コイルＬ２の他端と接続されている。
抵抗Ｒは、負荷抵抗で、図１９のＩＣカードのコンデン
サ３２より後段の部分に相当する。抵抗Ｒの一端は、コ
ンデンサＣと抵抗Ｒ２との接続点に接続されており、ま
たその他端は、コンデンサＣとコイルＬ２との接続点に
接続されている。以上のコイルＬ２、抵抗Ｒ２、コンデ
ンサＣ、および抵抗Ｒが、図１９のＩＣカードに相当す
る。

【００５６】図２に示す回路図において、いま、電圧源
１によりコイルＬ１に印加される電圧をＶ１と、その電
圧Ｖ１によって、コイルＬ１に流れる電流をＩ１と、そ
の電流Ｉ１がコイルＬ１に流れることにより発生する磁
界による電磁誘導によって、コイルＬ２に流れる電流を
Ｉ２と、その電流Ｉ２がコイルＬ２に流れることによ
り、抵抗Ｒに印加される電圧をＶ２と、コイルＬ１とＬ
２との相互インダクタンスをＭと、それぞれすると、式
（１）および（２）が、回路理論的に成立する。

【００５７】

【数１】 但し、ｊは、（−１）^1/2＋９０度のロテータを意味
し、ωは、電圧源１が出力する交流電圧（キャリア）の
角周波数である。

【００５８】式（１）および（２）から、Ｉ１およびＩ
２を消去して、電圧Ｖ２を、電圧Ｖ１で表すと、式
（３）に示すようになる。

【００５９】

【数２】

【００６０】従って、電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜は、式
（４）に示すようになる。

【００６１】

【数３】

【００６２】ここで、ＩＣカードとリーダ／ライタとの
通信距離を延長するには、ＩＣカードにおける電圧Ｖ２
の絶対値｜Ｖ２｜を大きくする必要がある。そこで、｜
Ｖ２｜を最大にするコンデンサＣの静電容量を求めてみ
ると、次のようになる。

【００６３】即ち、いま、Ａ＝Ｌ１×Ｌ２−Ｍ²とする
とともに、式（４）の分母をｆ（Ｃ）とすると、ｆ
（Ｃ）は、次式に示すようになる。

【００６４】

【数４】

【００６５】式（５）をＣについて微分し、ｆ（Ｃ）の
導関数ｆ’（Ｃ）を求めると、それは式（６）に示すよ
うになる。

【００６６】

【数５】

【００６７】そして、ｆ’（Ｃ）＝０とし、ｆ（Ｃ）の
極値（最小値）を与えるＣを求めると、それは次式で示
すようになる。

【００６８】

【数６】

【００６９】式（７）で表されるＣは、共振の条件であ
り、Ｃが、式（７）で与えられる値とされている場合、
｜Ｖ２｜は最大となり、リーダ／ライタから、ＩＣカー
ドに対し、最も効率良く電力の供給およびデータの伝送
が行われる。

【００７０】次に、コイルＬ１，Ｌ２のそれぞれインダ
クタンス、および両者の相互インダクタンスＭを、電磁
気学的に計算すると、次のようになる。なお、ここで
は、コイルＬ１，Ｌ２は、横×縦が、それぞれＡ１×Ｂ
１，Ａ２×Ｂ２の長方形であるとする。

【００７１】インダクタンスＬ１またはＬ２は、例えば
「詳細電磁気学演習」、共立出版株式会社、近藤憲一・
山崎修一郎 共偏などに記載されているように、式
（８）または（９）によりそれぞれ計算することができ
る。

【００７２】

【数７】

【数８】 但し、μ₀は、比透磁率を表し、またｒ１またはｒ２
は、それぞれコイルＬ１またはＬ２を構成する導体の線
径を表す。

【００７３】次に、相互インダクタンスＭは、次のよう
にして求めることができる。即ち、図３に示すように、
ある導体に電流Ｉが流れているときに、その導体の一部
分（ベクトル）ｄｓによって、そこから距離（ベクト
ル）ｒだけ離れた点Ｐに生じる磁界（ベクトル）ｄＨ
は、ビオ・サーバル（Biot-Savarl）の法則により、次
式で表すことができる。

【００７４】 ｄＨ＝Ｉ×ｄｓ×ｒ／（４×π×｜ｒ｜³） （１０） 但し、式（１０）において、ｄｓとｒとの間の×は、ベ
クトルｄｓとｒとの外積（｜ｄｓ｜｜ｒ｜ｓｉｎθ，θ
はベクトルｄｓとｒがつくる角度）を意味する。

【００７５】いま、コイルＬ１が、互いに直行するｘ，
ｙ，ｚ軸で表現されるｘｙｚ座標系において、図４に示
すように、その重心が、原点（０，０，０）に一致し、
その横または縦が、それぞれｘまたはｙ軸と平行になる
ように配置されている（従って、コイルＬ１は、ｘｙ平
面上に位置するように配置されている）ものとすると、
コイルＬ１に電流Ｉ１が流れることにより、点（ｘ，
ｙ，ｚ）における磁界（ベクトル）Ｈは、式（１０）に
示したビオ・サバールの法則から、式（１１）のように
表される。

【００７６】

【数９】

【００７７】但し、式（１１）において、ａまたはｂ
は、それぞれ式（１２）または（１３）で示されるもの
である。 ａ＝１／２×Ａ１ （１２） ｂ＝１／２×Ｂ１ （１３） また、Ｎ１は、コイルＬ１の巻数を表し、ベクトル
ｉ_x，ｉ_y，ｉ_zは、それぞれｘ，ｙ，ｚ軸方向の単位ベ
クトルである（従って、ｉ_x＝（１，０，０），ｉ_y＝
（０，１，０），ｉ_z＝（０，０，１））。

【００７８】ここで、式（１１）から、コイルＬ１に電
流Ｉ１が流れることにより、そこから距離ＤＩＳだけ離
れた点に生じる磁界Ｈ（以下、適宜、距離−磁界特性と
いう）は、図５に示すようになる。なお、図５（後述す
る図８および図９についても同様）は、Ａ１＝Ｂ１の場
合、即ちコイルＬ１の形状が正方形である場合の距離−
磁界特性を表している。また、図５は、コイルＬ１の面
積を変化させた場合の距離−磁界特性も示しており、同
図から、面積が小さくなるほど、近距離での磁界が強く
なり、また面積が大きくなるほど、遠距離での磁界が、
近距離での磁界と変わらないことがわかる。また、面積
にかかわらず、さらに遠距離では、磁界が同じように減
衰していくことがわかる。なお、コイルＬ１に電流Ｉ１
が流れることにより、そこから距離ＤＩＳだけ離れた点
に生じる電界Ｅ（以下、適宜、距離−電界特性という）
も、図５の距離−磁界特性と同様になる。

【００７９】次に、説明を簡単にするために、図６に示
すように、コイルＬ２が、コイルＬ１と平行な平面内に
配置されており、かつその重心がコイルＬ１と同様にｚ
軸上にあるとすると、コイルＬ１が発生する磁界Ｈによ
り、コイルＬ２に鎖交する鎖交磁束φは、コイルＬ１が
発生する磁界Ｈのうちのｚ成分Ｈ_zを、コイルＬ２の断
面（図中、斜線を付してある部分）について面積分した
ものであるから、次式で求めることができる。

【数１０】 但し、μは、透磁率を表す。

【００８０】また、コイルＬ２の巻数をＮ２とすると、
相互インダクタンスＭの定義から次式が成立する。

【数１１】

【００８１】従って、式（１４）および（１５）から、
相互インダクタンスＭは、式（１６）で表すことができ
る。

【００８２】

【数１２】

【００８３】ところで、コイルＬ１の縦および横の長さ
を数１０ｃｍ以下（コイルＬ１が、例えば円形である場
合には、その直径が数１０ｃｍ以下）とした場合、前述
したように、電波法で電界の強さが問題となる３ｍの位
置から、コイルＬ１を見たときには、コイルＬ１は、微
少コイル（微少ループアンテナ）と考えることができ
る。

【００８４】いま、図７に示すように、ｘｙ平面上に配
置された微少ループアンテナに電流Ｉが流れることによ
り、原点から距離ｒだけ離れた点であって、原点とを結
ぶ直線と、ｚ軸との角度がθで、ｘｙ平面に対する垂線
がｘｙ平面に交わる点と原点とを結ぶ直線と、ｙ軸との
角度がφである点Ｐ（ｒ，θ，φ）に生じる磁界Ｈ（ベ
クトル）のｒ成分Ｈｒもしくはθ成分Ｈθ、または電界
Ｅ（ベクトル）のφ成分Ｅφは、例えば「アンテナ電波
伝搬」、コロナ社、虫明康人 著などに記載されている
ように、それぞれ式（１７）乃至（１９）に示すように
なる。

【００８５】

【数１３】

【数１４】

【数１５】 但し、ｋ＝ω×（ε×μ）＝ω／ｃで、εは誘電率を、
ｃは光速を、それぞれ表す。また、Ｓは、微少ループア
ンテナの面積を表す。

【００８６】式（１７）および（１８）、または（１
９）より、微少ループアンテナについての距離−磁界特
性または距離−電界特性は、それぞれ図８または図９に
示すようになる。図８および図９からわかるように、微
少ループアンテナについての磁界ＨまたはＥの距離ＤＩ
Ｓに対する減衰度は、その面積にかかわらず、一意的
に、図８または図９に示すようになる。また、図５およ
び図８に示した距離−磁界特性は、両者を比較すること
により、コイルＬ１が微少ループアンテナとみなすこと
のできる距離では、一致することがわかる。このこと
は、距離−電界特性についても同様である。

【００８７】次に、式（４），（８）、および（９）か
ら、コイルＬ１とＬ２とが離れ、相互インダクタンスＭ
が減少した場合に、ＩＣカード（図２）において、充分
なレベルの電圧Ｖ２を得るためには、即ち、ＩＣカード
とリーダ／ライタとが離れた場合に通信可能状態とする
ためには、コイルＬ２の巻数Ｎ２を大きくするなどのＩ
Ｃカードの回路構成を改善する必要がある。また、さら
にＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延ばすに
は、ＩＣカードの回路構成を改善するだけでは困難で、
電圧源１の出力電圧Ｖ１を高くしたり、コイルＬ１の巻
数Ｎ１を小さくするなどして、コイルＬ１が発生する磁
界を強くする必要がある。

【００８８】いま、コイルＬ１の距離−磁界特性が、例
えば図１０に実線で示すようなものであった場合に、例
えば電圧源１の出力電圧Ｖ１を高くしたり、コイルＬ１
の巻数Ｎ１を小さくしたりすると、同図において点線で
示すように、コイルＬ１の距離−磁界特性は、全体的に
上昇する。従って、ＩＣカードが動作可能な最低限の磁
界の強さ（以下、適宜、受信可能レベルという）をＬＶ
１とすると、図１０において点線で示す距離−磁界特性
が受信可能レベルＬＶ１となる距離は、同図において実
線で示す距離−磁界特性が受信レベルＬＶ１となる距離
よりも、ｄ１だけ長くなる。よって、この場合、ＩＣカ
ードと、リーダ／ライタとの通信距離は、距離ｄ１だけ
延長されることになる。

【００８９】しかしながら、この場合、図１０において
点線で示す距離−磁界特性は、距離の短い部分で、ＩＣ
カードが損傷するおそれのある磁界の強さ（以下、適
宜、過電圧レベルという）ＬＶ２以上となることがあ
る。

【００９０】さらに、この場合、図１０において実線で
示す距離−磁界特性を、点線で示すように変更すること
により、それに対応して、距離−電界特性も、図１１に
おいて実線で示すものから、点線で示すものに変化する
（図１０における実線または点線の距離−磁界特性と、
図１１における実線または点線の距離−電界特性は、そ
れぞれ対応している）。従って、図１１に実線で示す距
離−電界特性が、距離が３ｍの位置において、電界強度
が５００μＶ／ｍとなるものであった場合には、図１１
に点線で示す距離−電界特性は、距離が３ｍの位置にお
いて、電界強度が５００μＶ／ｍを超えるものとなり、
電波法に抵触することになる。

【００９１】以上から、ＩＣカードの損傷、電波法への
抵触を生じることなく、ＩＣカードとリーダ／ライタと
の通信距離を延長するには、コイルＬ１が発生する磁界
を強くするだけでなく、コイルＬ１に近い位置での磁界
を減衰させるとともに、コイルＬ１から遠方（コイルＬ
１から３ｍの位置）における電界を５００μＶ／ｍ以下
にする必要がある。

【００９２】そこで、図１に示したように、アンテナ
を、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構
成した場合、そのアンテナが発生する磁界（ベクトル）
Ｈまたは電界（ベクトル）Ｅは、ループアンテナＬ１，
Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれが発生する磁界（ベクトル）
Ｈ１，Ｈ１’Ｈ１’’または電界Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ
１’’を、次式で示すように線形加算したものとなる。 Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ１’＋Ｈ１’’ （２０） Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ１’＋Ｅ１’’ （２１）

【００９３】従って、例えば図１２に示すように、ルー
プアンテナＬ１’またはＬ１’’には、それぞれ右回り
に電流Ｉ１’またはＩ１’’が流れ、ループアンテナＬ
１には、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’とは逆
に、左回りに電流Ｉ１が流れる場合、アンテナ全体につ
いての式（１７）乃至（１９）それぞれは、式（２
０），（２１）から、式（２２）乃至（２４）に示すよ
うになる。

【００９４】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【００９５】但し、Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’は、それぞ
れループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の巻数を表
し、また、Ｓ１，Ｓ１’Ｓ１’’は、それぞれループア
ンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の面積（断面積）を表
す。さらに、図７における微少ループアンテナは、巻数
が１のものとしているので、同図に示した微少ループア
ンテナに流れる電流Ｉ、即ち式（１７）乃至（１９）に
おける電流Ｉは、式（２２）乃至（２４）における巻数
Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’それぞれと、電流Ｉ１，Ｉ
１’，Ｉ１’’それぞれとの積Ｎ１×Ｉ１，Ｎ１’×Ｉ
１’，Ｎ１’’×Ｉ１’’に相当する。

【００９６】式（２４）から、式 N1×I1×S1+N1'×I1'×S1'+N1''×I1''×S1''=0 （２５） を満足するように、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ
１’’それぞれに流れる電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’、
それぞれの巻数Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’、およびそれぞ
れの面積Ｓ１，Ｓ１’Ｓ１’’を決めることで、例えば
ループアンテナＬ１が発生する磁界を強くしても、電波
法で電界強度が問題となるような遠方（ループアンテナ
Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が微少ループアンテナとみなす
ことのできる位置）（アンテナから３ｍ離れた位置）に
おける電界強度は、ループアンテナＬ１が発生する電界
が、それとは逆方向の電流が流れるループアンテナＬ
１’およびＬ１’’（特に、Ｌ１’’）が発生する電界
により打ち消されることにより、５００μＶ／ｍ以下と
することができる。即ち、式（２５）の条件を満足する
場合においては、ループアンテナＬ１が発生する磁界を
強くして、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を
延長しても、電波法への抵触を防止することができる。

【００９７】なお、式（２５）で示す条件は、アンテナ
がＭ（Ｍは２以上の整数）個のループアンテナで構成さ
れるとした場合に、そのＭ個のループアンテナのうちの
ｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナ
の巻数または面積を、それぞれＮ_mまたはＳ_mとするとと
もに、そのループアンテナに流れる電流を、Ｉ_mとし、
ｍを１乃至Ｍに変えてのサメーションをΣで表すとき、
式 ΣＮ_mＩ_mＳ_m＝０ となる（但し、ループアンテナを所定の方向に流れる電
流の符号は正とし、それとは反対方向に流れる電流の符
号は負とする）。

【００９８】ループアンテナＬ１から近い位置の磁界
は、図５に示したようにほぼ一定で、かつ離れた位置の
磁界より強いから、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通
信距離を延長するためには、ループアンテナＬ１から離
れた位置での磁界を強くことを考えれば良い。ループア
ンテナＬ１から離れた位置での磁界を強くするには、微
少ループアンテナについての磁界ＨｒまたはＨθをそれ
ぞれ示した式（１７）または（１８）から、｜Ｎ１×Ｉ
１×Ｓ１｜を大きくすれば良い（式（１７）および（１
８）におけるＩは、上述したようにＮ１×Ｉ１に相当す
る）。

【００９９】ここで、図１３は、図１２をＤＤ’から見
た断面図である。なお、同図（後述する図１３について
も同様）における矢印は、ループアンテナＬ１，Ｌ
１’，Ｌ１’’それぞれによって発生される磁界を示し
ている。また、ここでは、説明を簡単にするために、ル
ープアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が正方形であり、
従って、ループアンテナＬ１’と同一形状のループアン
テナ３１（ＩＣカードのループアンテナ３１（図１
９））も正方形であるとする。即ち、ループアンテナＬ
１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれの横×縦の長さをａ１×
ｂ１，ａ１’×ｂ１’，ａ１’’×ｂ１’’とするとと
もに、ループアンテナ３１の縦×横の長さをａ２×ｂ２
とするとき、次式が成立するものとする。 ａ１＞ａ１’＞ａ１’’（ｂ１＞ｂ１’＞ｂ１’’），
ａ１’＝（あるいは≒）ａ２（ｂ１’＝（あるいは≒）
ｂ２），ａ１＝ｂ１，ａ１’＝ｂ１’，ａ１’’＝ｂ
１’’，ａ２＝ｂ２

【０１００】この場合、図１２のループアンテナＬ１，
Ｌ１’，Ｌ１’’が配置された平面において、ＤＤ’
を、点Ｏを中心に９０度回転させた部分の断面を見て
も、図１３に示した場合と同様になる。

【０１０１】式（２５）を満足しながら、｜Ｎ１×Ｉ１
×Ｓ１｜を大きくした場合、同式より、｜Ｎ１’×Ｉ
１’×Ｓ１’｜および｜Ｎ１’’×Ｉ１’’×Ｓ１’’
｜は、例えばいずれも｜Ｎ１×Ｉ１×Ｓ１｜の１／２と
なる。即ち、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’が発
生する磁界（電界についても同様）は、ループアンテナ
Ｌ１が発生する磁界よりも十分弱くなる。

【０１０２】従って、ループアンテナＬ１によれば、そ
こから発生する磁界が強いので、ループアンテナ３１
（ＩＣカード）がある程度遠い位置にあっても、ＩＣカ
ードとの通信が可能となる。また、この場合、ループア
ンテナＬ１’およびＬ１’’が発生する磁界は弱いの
で、この磁界が、ＩＣカードとの通信に与える影響は、
ほとんど無視することができる。さらに、この場合、ル
ープアンテナＬ１から、かなり遠方の位置（ループアン
テナＬ１から３ｍ弱程度離れた位置）の電界は、式（２
５）を満足するときには、ループアンテナＬ１が発生す
る電界が、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’（特
に、Ｌ１’’）が発生する電界により打ち消されるの
で、電波法に抵触にしない５００μＶ／ｍ以下となる。

【０１０３】一方、ＩＣカードがリーダ／ライタに近接
し、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれと
３１との位置関係が、図１４に示すようになった場合、
ループアンテナＬ１が発生する磁界のみを考えれば、電
圧Ｖ２は、ＩＣカードを損傷するような電圧となる。し
かしながら、ループアンテナＬ１’と３１とは同一形状
であるため、それらが近接することで、その相互結合が
急激に高まる。ループアンテナＬ１’は、ループアンテ
ナＬ１とは逆方向の磁界を発生しているから、その磁界
により、ループアンテナＬ１が発生する磁界の一部が打
ち消され、これにより、電圧Ｖ２は、それほど高い電圧
にはならず、従って、ＩＣカードの損傷を防止すること
ができる。なお、この場合、ループアンテナＬ１’’が
発生する磁界は弱く、また、その面積も、上述したよう
にループアンテナ３１に比較して充分小さいので、ルー
プアンテナ３１が、ループアンテナＬ１’’に近接して
も、その結合は弱く、ループアンテナＬ１’’が発生す
る磁界が、ＩＣカードとの通信に与える影響は、ほとん
ど無視することができる。

【０１０４】図１５または図１６は、ループアンテナＬ
１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナについての
距離−磁界特性または距離−電界特性を表している。図
１５に示すように、本願のアンテナによれば、近い位置
の磁界は、ループアンテナＬ１による磁界が、ループア
ンテナＬ１’による磁界により低減されるので、過電圧
レベルＬＶ２を超えることがなく、また遠い位置の磁界
が受信可能レベルＬＶ１以下となる距離は、ループアン
テナＬ１による磁界が強いので、従来の場合（図中、点
線で示す部分）よりも、距離ｄだけ長くなっている。さ
らに、図１６に示すように、遠い位置（アンテナから３
ｍ弱の位置）の電界は、ループアンテナＬ１による電界
が、ループアンテナＬ１’’による電界により打ち消さ
れるので、その位置付近で、急激に、５００μＶ／ｍ以
下となる。

【０１０５】従って、この場合、ＩＣカードの損傷や電
波法への抵触を生じることなく、ＩＣカードとリーダ／
ライタとの通信距離を延長することができる。さらに、
この場合、いわゆるピークやディップの発生などの、ア
ンテナの指向性パターンの悪化などの副作用が生じるこ
ともない。また、ループアンテナＬ１を、従来のリーダ
／ライタのループアンテナ９７と同程度とすることで、
アンテナの大型化も防止することができる。

【０１０６】次に、図１に示したリーダ／ライタにおい
て、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、上述し
たように直列に接続されているので、それぞれに流れる
電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’の大きさはすべて同一であ
る。従って、いま、図１７に示すように、ループアンテ
ナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のいずれにも、電流Ｉ（＝Ｉ
１＝Ｉ１’＝Ｉ１’’）が流れるとすると、式（２５）
は、その左辺からＩ１，Ｉ１’，Ｉ１’’を削除し、次
式のように変形することができる。

【０１０７】 Ｎ１×Ｓ１＋Ｎ１’×Ｓ１’＋Ｎ１’’×Ｓ１’’＝０ （２６） 但し、ループアンテナ（の断面）からの磁界の方向が所
定の方向（例えば、図１７のおいて上方向）と一致する
とき、そのループアンテナの面積の符号は正とし、その
磁界の方向が所定の方向と反対方向（例えば、図１７に
おいて、下方向）に一致するとき、そのループアンテナ
の面積の符号は負とする。

【０１０８】従って、図１に示したリーダ／ライタにお
いては、式（２６）を満足するようにすることで、上述
したような効果を得ることができる。ループアンテナＬ
１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれに電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ
１’’を流し、式（２５）を満足するようにする場合に
は、電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’それぞれを制御する必
要があるが、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’を
直列に接続し、それらに同一の大きさの電流Ｉを流すよ
うにして、式（２６）を満足するようにする場合には、
電流Ｉの制御は行わずに済むので、回路の設計を容易に
行うことが可能となる。

【０１０９】なお、式（２６）で示す条件は、アンテナ
がＭ（Ｍは２以上の整数）個のループアンテナで構成さ
れるとした場合に、そのＭ個のループアンテナのうちの
ｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナ
の巻数または面積を、それぞれＮ_mまたはＳ_mとするとと
もに、ｍを１乃至Ｍに変えてのサメーションをΣで表す
とき、式 ΣＮ_mＳ_m＝０ となる。

【０１１０】次に、以上のようなループアンテナＬ１，
Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナを有する図１の
リーダ／ライタを備える非接触カードシステムを、モデ
ル化（シンボル化）した電気回路を図１８に示す。な
お、図中、図２における場合と対応する部分について
は、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、
適宜省略する。

【０１１１】電圧源１、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，
Ｌ１’’で構成されている回路は、リーダ／ライタに相
当する。ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、電
圧源１に対し、直列に接続されており、また、その接続
方法は、電圧源１から供給される電流Ｉ１によって、ル
ープアンテナＬ１’およびＬ１’’が、同一方向の磁界
を発生し、ループアンテナＬ１が、ループアンテナＬ
１’およびＬ１’’とは反対方向の磁界を発生するよう
になされている。

【０１１２】図１８に示す回路において、ループアンテ
ナＬ１とＬ１’との相互インダクタンス、ループアンテ
ナＬ１とＬ１’’との相互インダクタンス、ループアン
テナＬ１とＬ２との相互インダクタンス、ループアンテ
ナＬ１’とＬ１’’との相互インダクタンス、ループア
ンテナＬ１’とＬ２との相互インダクタンス、またはル
ープアンテナＬ１’’とＬ２との相互インダクタンス
を、それぞれＭ_11'，Ｍ_{1 1''}，Ｍ₁₂，Ｍ_1'1''，Ｍ_1'2、
またはＭ_1''2とすると、式（２７）および（２８）が、
回路理論的に成立する。

【０１１３】

【数１９】

【０１１４】ここで、式（２９）および（３０）のよう
におき、式（２７）および（２８）から、Ｉ１およびＩ
２を消去して、電圧Ｖ２を、電圧Ｖ１で表すと、式（３
１）に示すようになる。

【０１１５】

【数２０】

【数２１】

【０１１６】従って、電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜は、式
（３２）に示すようになる。

【０１１７】

【数２２】

【０１１８】式（３２）から、ＩＣカードとリーダ／ラ
イタとの通信距離を最も長くする、即ち電圧Ｖ２の絶対
値｜Ｖ２｜を最も大きくする静電容量Ｃは、式（３３）
で与えられることになる。

【０１１９】

【数２３】

【０１２０】以上、本発明を、ＩＣカードのリーダ／ラ
イタに適用した場合について説明したが、本発明は、リ
ーダ／ライタの他、ループアンテナから磁界を発生し、
電磁誘導を利用して、情報の伝達を行うあらゆる装置に
適用可能である。

【０１２１】なお、本実施例においては、アンテナを３
個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成する
ようにしたが、アンテナを構成するループアンテナの数
は、３に限定されるものではない。即ち、アンテナを構
成するループアンテナの数は、２以上のいずれかの数と
することが可能である。具体的には、例えばＩＣカード
が、かなり大きな電圧に耐え得るものであれば、ループ
アンテナＬ１’は設ける必要がなく、この場合、アンテ
ナは、２個のループアンテナＬ１およびＬ１’’で構成
することが可能である。さらに、アンテナの距離−磁界
特性および距離−電界特性をより微細にコントロールす
る場合には、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ
１’’に１以上のループアンテナを加えて、アンテナを
構成するようにすれば良い。

【０１２２】また、本実施例では、３個のループアンテ
ナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が、互いに相似になるように
したが、これらは相似でなくても良い。但し、相似であ
った方が、回路設計が容易になる。

【０１２３】さらに、本実施例では、ループアンテナの
形状を、長方形（正方形）とするようにしたが、これに
限られるものではない。即ち、ループアンテナの形状
は、例えば円形や、正方形以外の正多角形、台形や、楕
円形、正多角形以外の多角形などとすることが可能であ
る。

【０１２４】また、本実施例では、大きさの異なる３個
のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のうちのルー
プアンテナＬ１’を、ＩＣカードのループアンテナ３１
と同一形状とするようにしたが、その他、ループアンテ
ナＬ１またはＬ１’’を、ＩＣカードのループアンテナ
３１と同一形状とすることもできる。また、ループアン
テナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の形状は、ＩＣカードのル
ープアンテナ３１の形状とは無関係に決めることも可能
である。但し、ループアンテナＬ１’を、ＩＣカードの
ループアンテナ３１と同一形状とした場合には、回路の
設計が容易になる。

【０１２５】また、本実施例では、リーダ／ライタか
ら、ＩＣカードに対し、電源を供給するようにしたが、
ＩＣカードには電源を内蔵させ、リーダ／ライタから
は、ＩＣカードに電源を供給せずに済むようにすること
も可能である。

【０１２６】

【発明の効果】本発明のアンテナによれば、Ｍ（Ｍは、
２以上の整数）個のループアンテナが、その中心部が一
致するように、同一平面上に配置されているので、その
Ｍ個のループアンテナが全体として放射する電磁界を、
所望の特性とすることができるようになる。

【０１２７】本発明のリーダ／ライタによれば、磁界を
放射するアンテナを構成するＭ（Ｍは、２以上の整数）
個のループアンテナが、その中心部が一致するように、
同一平面上に配置されている。従って、副作用を生じる
ことなく、その通信距離を延長することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＩＣカードのリーダ／ライタ
の一実施例の構成を示す図である。

【図２】図１９の非接触カードシステムをモデル化した
回路図である。

【図３】ビオ・サバールの法則を説明するための図であ
る。

【図４】図２のループアンテナＬ１の配置状態を説明す
るための図である。

【図５】図２のループアンテナＬ１の近距離における距
離−磁界特性を示す図である。

【図６】図２のループアンテナＬ１が発生する磁界Ｈに
より、ループアンテナＬ２に鎖交する鎖交磁束を説明す
るための図である。

【図７】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみ
なすことのできる場合に、そこから放射される電磁界を
説明するための図である。

【図８】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみ
なすことのできる場合の、その距離−磁界特性を示す図
である。

【図９】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみ
なすことのできる場合の、その距離−電界特性を示す図
である。

【図１０】ループアンテナＬ１から距離の短い部分で、
そこから発生される磁界が、過電圧レベルＬＶ２を超え
る状態を示す図である。

【図１１】ループアンテナＬ１から発生される電界が、
電波法に抵触する状態を示す図である。

【図１２】本発明の原理を説明するための図である。

【図１３】図１２をＤＤ’から見た断面図である。

【図１４】図１２をＤＤ’から見た断面図である。

【図１５】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構
成されるアンテナ全体についての距離−磁界特性を示す
図である。

【図１６】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構
成されるアンテナ全体についての距離−電界特性を示す
図である。

【図１７】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’に、
同一の大きさの電流Ｉが流れている状態を示す図であ
る。

【図１８】図１のリーダ／ライタを含んで構成される非
接触カードシステムをモデル化した回路図である。

【図１９】従来の非接触カードシステムの一例の構成を
示す図である。

【図２０】図１９のリーダ／ライタの動作を説明するフ
ローチャートである。

【図２１】図１９のＩＣカードの動作を説明するフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 電圧源 ９１ ホストコンピュータ ９２ ディジタル信号処理部 ９３ キャリア発生器 ９４ アンプ ９５ 抵抗 ９６ コンデンサ ９８ ダイオード ９９ コンデンサ １００ アンプ Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１’’ ループアンテナ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波を放射するアンテナであって、 その中心部が一致するように、同一平面上に配置された
   Ｍ（Ｍは、２以上の整数）個のループアンテナを有する
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 【請求項２】 前記Ｍ個のループアンテナそれぞれの形
   状は、相似であることを特徴とする請求項１に記載のア
   ンテナ。
3. 【請求項３】 前記Ｍ個のループアンテナのうちのｍ
   （ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの
   巻数または面積を、それぞれＮ_mまたはＳ_mとするととも
   に、そのループアンテナに流れる電流を、Ｉ_mとし、ｍ
   を１乃至Ｍに変えてのサメーションをΣで表すとき、式 ΣＮ_mＩ_mＳ_m＝０ を満足することを特徴とする請求項１に記載のアンテ
   ナ。
4. 【請求項４】 前記Ｍ個のループアンテナは、直列接続
   されており、 前記Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ
   以下の整数）番目のループアンテナの巻数または面積
   を、それぞれＮ_mまたはＳ_m（ループアンテナからの磁界
   の方向が所定の方向と一致するとき、そのループアンテ
   ナの面積の符号は正とし、前記磁界の方向が前記所定の
   方向と反対方向に一致するとき、そのループアンテナの
   面積の符号は負とする）とするとともに、ｍを１乃至Ｍ
   に変えてのサメーションをΣで表すとき、式 ΣＮ_mＳ_m＝０ を満足することを特徴とする請求項１に記載のアンテ
   ナ。
5. 【請求項５】 前記Ｍは、２または３であることを特徴
   とする請求項１に記載のアンテナ。
6. 【請求項６】 磁界を発生することによって、ＩＣカー
   ドとの通信を、非接触で行うＩＣカードのリーダ／ライ
   タであって、 前記磁界を放射するアンテナを備え、 前記アンテナは、その中心部が一致するように、同一平
   面上に配置されたＭ（Ｍは、２以上の整数）個のループ
   アンテナを有することを特徴とするリーダ／ライタ。
7. 【請求項７】 前記ＩＣカードは、前記アンテナが発生
   する磁界によって電磁誘導を生じる受信用ループアンテ
   ナを有し、 前記アンテナは、第１および第２の２個のループアンテ
   ナを有し、 前記第１のループアンテナは、前記受信用ループアンテ
   ナより大きく、 前記第２のループアンテナは、前記受信用ループアンテ
   ナより小さいことを特徴とする請求項６に記載のリーダ
   ／ライタ。
8. 【請求項８】 前記ＩＣカードは、前記アンテナが発生
   する磁界によって電磁誘導を生じる受信用ループアンテ
   ナを有し、 前記アンテナは、第１乃至第３の３個のループアンテナ
   を有し、 前記第２のループアンテナおよび受信用ループアンテナ
   の形状は、同一形状であり、 前記第１のループアンテナは、前記受信用ループアンテ
   ナより大きく、 前記第３のループアンテナは、前記受信用ループアンテ
   ナより小さいことを特徴とする請求項６に記載のリーダ
   ／ライタ。