KR20080031864A

KR20080031864A - 안테나 장치

Info

Publication number: KR20080031864A
Application number: KR1020077029298A
Authority: KR
Inventors: 사토루 스기타; 게이스케 아라마키; 히라쿠 아키호
Original assignee: 소니 케미카루 앤드 인포메이션 디바이스 가부시키가이샤; 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2008-04-11
Also published as: TW200644330A; US8256684B2; CN101243581B; WO2006134935A1; JP4414940B2; CN101243581A; EP1901393A1; TWI325194B; US20100214187A1; JP2006352370A; EP1901393A4; KR101280429B1

Abstract

본 발명은, 통신 기능이 부가된 전자 기기에 의한 유도 결합에 의해 데이터를 기록(writing) 및 판독(reading)이 행하여지는 비접촉형 IC 카드용의 안테나 장치(60)이며, 전자 기기와의 사이에서 유도 결합을 행하기 위한 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일(61)과, 루프 코일의 한쪽(61a)을 한쪽 면 측으로부터 덮음과 동시에, 루프 코일 내를 삽입 관통하여, 루프 코일의 다른쪽(61b)을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 자성체(62)를 구비한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}

본 발명은, 통신 기능을 구비한 전자 기기에 의해 전자기장(electromagnetic field)을 유도 결합함으로써 데이터의 기록(writing) 및 판독(reading)이 행해지는 비접촉형 IC 카드용의 안테나 장치에 관한 것이다.

본 출원은, 일본국에서 2005년 6월 14일자로 출원된 일본국 특허 출원 번호 2005-174178을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 상기 일본국 특허 출원은 원용에 의해, 본 출원에 포함된다.

최근, 철도의 자동 개찰기나, 건물에서의 입퇴출 시의 보안 시스템 및 전자 머니 시스템 등의 분야에서는, 비접촉식의 IC 카드나 IC 태그 등을 사용한, 이른바 RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템이 도입되기 시작하고 있다. 이 RFID 시스템은, 도 1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 비접촉식 IC 카드(100)와, 이 IC 카드(100)에 대하여 데이터의 기록(writing)이나 판독(reading)을 행하는 리더 라이터(101)로 구성되어 있다. 이 RF 시스템은, 전자기 유도(electromagnetic induction)의 원리에 따라 리더 라이터(101) 측의 루프 안테나(102)로부터 자속(magnetic flux)이 방사되면, 방사된 자속이 유도 결합에 의해 IC 카드(100) 측의 루프 안테나(103)와 자기적으로 결합하여, IC 카드(100)와 리더 라이터(101) 사 이에서 통신이 행해진다.

이와 같은 RFID 시스템은, 종래의 접촉형 IC 카드 시스템과 같이, 리더 라이터에 대하여 IC 카드를 장전(裝塡)하거나 금속 접점을 접촉시키는 수고를 덜 수 있고, 간편하면서 고속으로 데이터의 기록이나 판독을 행할 수 있다. 또한, 이 RFID 시스템은, 전자기 유도에 의해 리더 라이터(101)로부터 IC 카드(100)에 대하여 필요한 전력의 공급이 행해지므로, IC 카드 내에 전지 등의 전원을 구비할 필요가 없고, 구성을 간소화할 수 있으며, 저가격이며 신뢰성이 높은 IC 카드를 제공할 수 있다.

그러나, IC 카드에 탑재되는 통신 주파수 13.56MHz의 IC 태그가 금속 주변에 있으면, 그 영향을 받아 통신이 잘 되지 않는 경우가 있다. 전자기 유도 방식으로 통신하는 13.56MHz로는, 금속이 가까이 있으면 그 금속의 영향을 받아 인덕턴스가 변화하는 것에 의한 공진 주파수의 어긋남이나, 자속 변화 등으로, 전력 확보를 할 수 없게 된다.

그래서, 전술한 RFID 시스템에서는, IC 카드(100)와 리더 라이터(101)가 충분히 통신할 수 있는 범위를 확보하기 위하여, 어느 정도의 자계 강도를 가진 전자기장을 방사할 수 있는 루프 안테나(103)를 IC 카드(100) 측에 설치할 필요가 있다.

그런데, 공간 배치 이외의 방법으로 금속 하우징에 의한 루프 안테나에 대한 영향을 저감시킬 수 있는 종래 기술로서는, 예를 들면, 판형의 자성 재료를 사용하여 금속체의 영향을 저감시킨 IC 카드용의 안테나 장치가 일본국 특개 2001-331772 호 공보에 개시되어 있다.

그런데, 전술한 특허 공보에 기재되어 있는 바와 같은 안테나 장치로는, 통신 거리를 크게 하고 통신 범위를 넓히려면 한계가 있었다. 또한, 통신 가능한 범위가 좁기 때문에, 비접촉으로 통신 에러가 생기는 경우가 있으므로, 편리성의 면에서도 비접촉의 이점을 충분히 살릴 수 없다.

그래서, 본 발명의 기술 과제는, 소형화 및 박형화를 가능하게 하면서, 통신 기능이 부가된 전자 기기와의 통신 거리의 향상을 실현할 수 있는 비접촉형 IC 카드용의 안테나 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 안테나 장치의 일실시예는, 통신 기능이 부가된 전자 기기에서 유도 결합에 의한 데이터의 기록 및 판독이 행해지는 비접촉형 IC 카드용의 안테나 장치에 있어서, 유도 결합을 행하기 위한, 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일과, 루프 코일의 한쪽을 한쪽 면 측으로부터 덮는 동시에, 루프 코일 내를 삽입 관통하여, 루프 코일의 다른쪽을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 자성체를 구비한다.

이 안테나 장치는, 소형화 및 박형화를 실현하면서, 통신 기능이 부가된 전자 기기와의 통신 거리를 크게 하고, 통신 가능한 범위를 넓힐 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시예에 의해 더욱 명백해진다.

도 1은 종래의 RFID 시스템을 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명을 적용한 안테나 장치를 사용한 RFID 시스템을 나타내는 회로도이다.

도 3은 본 발명을 적용한 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명을 적용한 안테나 장치의 자장 분포를 나타낸 측면도이다.

도 5는 본 발명을 적용한 안테나 장치의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다

도 6은 본 발명을 적용한 안테나 장치와 비교하기 위한 안테나 장치의 비교예를 나타낸 평면도이다.

도 7은 안테나 장치의 비교예를 나타낸 측면도이다.

이하, 본 발명을 적용한 안테나 장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 본 실시예의 안테나 장치를 사용한 RFID 시스템에 대하여 설명한다. 이 RFID 시스템은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 비접촉형 IC 카드(1)와, 이 IC 카드(1)에 대하여 데이터의 기록 및 판독을 행하는 리더 라이터(이하, R/W라 한다)(50)로 구성되어 있다.

IC 카드(1)는, 예를 들면, ISO 7810에 따른 배터리 등의 전원을 내장하지 않고 구성된 무배터리(batteryless)의 IC 카드이다. 이 IC 카드는, 이른바 크레디트 카드와 같은 사이즈, 즉 손바닥에 올릴 수 있을 정도의 크기의 단변과 장변을 가지는 직사각형으로 형성되어 있다. 이 IC 카드(1)는, 그 내부에 설치된 기판 상에, 전자기장과 결합하여 데이터를 송수신하는 루프 안테나(2)와, 데이터의 기록 및 판독을 행하기 위한 각종 처리를 행하는 전자 회로 및 메모리가 집적된 IC(Integrated Circuit)(3)를 가지고 있다.

루프 안테나(2)는, 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일(4)로 이루어지고, 이 루프 코일(4)과 병렬로 접속된 컨덴서(5)와 함께 공진 회로를 구성하고 있다. 이 루프 안테나(2)는, 후술하는 R/W(50) 측의 루프 안테나로부터 방사된 전자기장과 결합하고, 결합된 전자기장을 전기 신호로 변환한 후, IC에 공급한다.

IC(3)는, 루프 코일(4)로부터 공급된 전기 신호를 정류 평활(rectification and smoothing)하는 정류 회로(6)와, 정류 회로(6)로부터 공급된 전기 신호를 직류 전력으로 변환하는 레귤레이터(7, regulator)와, 정류 회로(6)로부터 공급된 전기 신호의 고대역 성분을 추출하는 HPF(High Pass-Filter)(8)와, HPF(8)로부터 입력된 고주파 성분의 신호를 복조하는 복조 회로(9)와, 이 복조 회로(9)로부터 공급되는 데이터에 대응하여 데이터의 기록 및 판독을 제어하는 시퀀서(10, sequencer)와, 복조 회로(9)로부터 공급되는 데이터를 기억하는 메모리(11)와, 루프 코일(4)에 의해 송신하는 데이터를 변조하는 변조 회로(12)를 구비한다.

정류 회로(6)는, 다이오드(13), 저항(14) 및 컨덴서(15)로 구성되어 있다. 이 중, 다이오드(13)의 애노드(anode) 단자가 루프 코일(4) 및 컨덴서(5)의 일단에 접속되고, 다이오드(13)의 캐소드(cathode) 단자가 저항(14) 및 컨덴서(15)의 일단에 접속되며, 저항(14) 및 컨덴서(15)의 타단이 루프 코일(4) 및 컨덴서(5)의 타단에 접속되어 있다. 이 정류 회로(6)는, 루프 코일(4)로부터 공급된 전기 신호를 정류 평활된 전기 신호로 레귤레이터(7) 및 HPF(8)에 출력한다.

레귤레이터(7)는, 전술한 정류 회로(6)의 다이오드(13)의 캐소드 단자, 저 항(14) 및 컨덴서(15)의 일단과 접속되어 있다. 이 레귤레이터(7)는, 정류 회로(6)로부터 공급된 전기 신호의 전압 변동(데이터 성분)을 억제하고 안정화시킨 후, 직류 전력으로서 시퀀서(10)에 공급한다. 이로써, 시퀀서(10) 등의 오동작의 원인이 되는, 예를 들면, IC 카드(1)의 위치가 이동하는 것에 의해 발생하는 전압 변동, 및 IC 카드(1) 내의 소비 전력의 변화에 의해 발생하는 전압 변동이 억제된다.

HPF(8)는, 컨덴서(16) 및 저항(17)에 의해 구성되어 있고, 전술한 정류 회로(6)로부터 공급된 전기 신호의 고대역 성분을 추출하고, 복조 회로(9)에 출력한다.

복조 회로(9)는, 전술한 HPF(8)의 컨덴서(16)의 타단 및 저항(17)의 일단과 접속되어 있고, 이 HPF(8)로부터 입력된 고주파 성분의 신호를 복조하고, 시퀀서(10)에 출력한다.

시퀀서(10)는, ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory)을 내부에 구비하고, 전술한 복조 회로(9)와 접속되어 있다. 이 시퀀서(10)는, 복조 회로(9)로부터 입력된 신호(커맨드)를 RAM에 기억시키고, ROM에 내장되어 있는 프로그램에 따라 이것을 해석하고, 해석된 결과에 기초하여, 필요에 따라 메모리(11)에 저장되어 있는 데이터를 판독하거나, 또는 메모리(11)에 복조 회로(9)로부터 공급되는 데이터를 기록한다. 이 시퀀서(10)는, 커맨드에 대응하는 응답을 보내기 위해, 응답 신호를 생성하고, 변조 회로(12)에 공급한다.

메모리(11)는, 데이터의 유지에 전력을 필요로 하지 않는 EEPROM(E1ectrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 등의 불휘발성 메모리로 이루어지고, 전술한 시퀀서(10)에 접속되어 있다. 이 메모리(11)는, 시퀀서(10)의 해석 결과에 기초하여, 복조 회로(9)로부터 공급되는 데이터를 기억한다.

변조 회로(12)는, 임피던스(18)와 FET(Field Effect Transistor)(19)의 직렬 회로로 구성되어 있고, 이 중, 임피던스(18)의 일단이 전술한 정류 회로(6)의 다이오드(13)의 캐소드 단자에 접속되고, 임피던스(18)의 타단이 FET(19)의 드레인(drain) 단자와 접속되며, FET(19)의 소스(source) 단자가 접지점에 접속되고, FET(19)의 게이트 단자가 시퀀서(10)에 접속되어 있다. 이 변조 회로(12)는, 전술한 공진 회로를 구성하는 루프 코일(4)과 병렬로 접속되어 있고, FET(19)를 시퀀서(10)로부터의 신호에 대응하여 스위칭 동작시키고, 루프 코일(4)에 대한 임피던스(18)의 부하를 변동시키는, 이른바 부가 변조 방식을 채용하고 있다.

이에 비해, R/W(50)는, 송수신하는 데이터의 제어를 행하는 제어 회로(51)와, 데이터의 변조 및 복조를 행하는 변조 회로(52) 및 복조 회로(53)와, 전자기장과 결합하여 데이터를 송수신하는 루프 안테나(54)를 구비하는 구성이다.

제어 회로(51)는, 예를 들면, 외부로부터의 지령이나 내장되는 프로그램에 따라서, 각종 제어용의 컨트롤 신호를 생성하고, 변조 회로(52) 및 복조 회로(53)를 제어하는 동시에, 지령에 대응한 송신 데이터를 생성하고, 변조 회로(52)에 공급한다. 또한, 제어 회로(51)는, 복조 회로(53)로부터의 응답 데이터에 기초하여, 재생 데이터를 생성하고, 외부에 출력한다.

변조 회로(52)는, 제어 회로(51)로부터 입력된 송신 데이터를 발신기가 변조 하고, 이 변조된 신호를 루프 안테나(54)에 공급한다.

복조 회로(53)는, 루프 안테나(54)로부터의 변조파를 복조하고, 이 복조된 데이터를 제어 회로(51)에 공급한다.

루프 안테나(54)는, 도선을 평면형으로 감은 루프 코일로 이루어지고, 변조 회로(52)로부터 공급된 변조파에 대응한 전자기장을 방사하는 동시에, IC 카드(1) 측의 루프 코일(4)의 부하 변동을 검출한다. 그리고, 루프 안테나(54)에는, R/W(50)의 안테나 구동 회로 방식에 따라, 공진용의 컨덴서가 병렬 또는 직렬로 접속되는 경우도 있다.

이상과 같이 구성되는 RFID 시스템에서는, ID 카드(1)에 대하여 소정의 데이터의 기록이 지령되면, 이 지령에 따라 R/W(50)의 제어 회로(51)가 기록을 위한 커맨드 신호를 생성하는 동시에, 지령에 대응한 송신 데이터(기록 데이터)를 생성하고 변조 회로(52)에 공급한다. 변조 회로(52)는, 입력된 신호에 기초하여 발진 신호의 진폭을 변조하고 루프 안테나(54)에 공급한다. 루프 안테나(54)는, 입력된 변조 신호에 대응하는 전자파를 방사한다.

여기서, IC 카드(1)의 루프 코일(4) 및 컨덴서(5)로 이루어지는 공진 회로의 공진 주파수는, R/W(50)로부터의 발진 주파수(캐리어(carrier) 주파수)에 대응하는 값, 예를 들면, 13.56MHz로 설정되어 있다. 따라서, 이 공진 회로는, 방사된 전자기장을 공진 동작에 의해 수신하고, 수신된 전자기장을 전기 신호로 변환한 후, IC(3)에 공급한다. 변환된 전기 신호는, 정류 회로(6)에 입력되고, 이 정류 회로(6)에 의해 정류 평활된 후, 레귤레이터(7)에 공급된다. 그리고, 이 레귤레이 터(7)는, 정류 회로(6)로부터 공급된 전기 신호의 전압 변동(데이터 성분)을 억제하고 안정화시킨 후, 직류 전력으로서 시퀀서(10)에 공급한다.

정류 회로(6)에 의해 정류 평활된 신호는, 변조 회로(12)를 통하여 HPF(8)에 공급되고, 고대역 성분이 추출된 후 복조 회로(9)에 공급된다. 이 복조 회로(9)는, 입력된 고주파 성분의 신호를 복조하고 시퀀서(10)에 공급한다. 시퀀서(10)는, 복조 회로(9)로부터 입력된 신호(커맨드)를 RAM에 기억시키고, ROM에 내장되어 있는 프로그램에 따라 이것을 해석하고, 해석된 결과에 기초하여, 메모리(11)에 복조 회로(9)로부터 공급된 기록 데이터를 기록한다.

한편, 시퀀서(10)는, 복조 회로(9)로부터 입력된 신호(커맨드)가 판독 지령인 경우, 그 지령에 대응하는 판독 데이터를 메모리(11)로부터 판독한다. 또한, 시퀀서(10)는, 판독 데이터에 대응하여 변조 회로(12)의 FET(19)가 스위칭 동작된다. 즉, 변조 회로(12)에서는, FET(19)가 온(ON)되면 임피던스(18)에 루프 코일(4)이 병렬로 접속되고, FET(19)가 오프(OFF)되면 임피던스(18)와 루프 코일(4)의 병렬 접속이 해제된다. 그 결과, 이 IC 카드(1) 측의 루프 안테나(2)와 자기적으로 결합되어 있는 R/W(50) 측의 루프 안테나(54)의 임피던스는, 판독 데이터에 대응하여 변화한다. 따라서, 루프 안테나(54)의 단자 전압은, 그 임피던스의 변화에 따라 변동하게 되고, R/W(50)는, 이 변동분을 복조 회로(53)가 복조함으로써 판독 데이터를 수신할 수 있다.

이상과 같이 하여, IC 카드(1)와 R/W(50) 사이에서 통신이 행해지고, IC 카드(1)에 대하여 R/W(50)에 의한 데이터의 기록 및 판독이 비접촉으로 행해진다.

그런데, 전술한 IC 카드(1) 측의 루프 안테나(2)에는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 구성된 안테나 장치(60)를 사용하였다. 이 안테나 장치(60)는, 전자기장을 유도 결합하기 위한 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일(61)과, 이 루프 코일(61)의 한쪽(61a)을 한쪽 면 F1 측으로부터 덮는 동시에, 루프 코일(61) 내를 삽입관통하여 루프 코일(61)의 다른쪽(61b)을 다른쪽 면 F2 측으로부터 덮는 자성체(62)를 구비하고 있다.

루프 코일(61)은, 예를 들면, 폴리이미드나 PET 등의 가요성(可撓性)을 가지는 절연 필름 또는 기판의 양면에 형성된 전해동(電解銅) 등의 도체 금속 박막을 에칭(etching) 등을 행함으로써 형성된다. 이 루프 코일(61)의 제작 방법은, 전술한 예로 한정되지 않고, 예를 들면, 은 페이스트 등의 도체 페이스트를 사용하여 루프 코일(61)이 되는 도체 패턴을 인쇄한 것이라도 되고, 또는 금속 타킷을 스퍼터링(sputering)함으로써 기판 상에 루프 코일(61)이 되는 도체 패턴을 형성해도 된다. 루프 코일(61)의 한쪽(61a) 및 다른쪽(61b)은, 대략 직사각형으로 감겨진 도선의 대향하는 영역이다. 또한, 루프 코일(61)에는, 도선 내에 설치되어 자성체(62)를 삽입관통시키기 위한 삽입관통구멍(61c)이 형성된다. 그리고, 이 루프 코일은, 대향하는 한쌍의 변에서의 코일의 폭 및 간격을 변화시켜서 비대칭 형상으로 함으로써 통신 가능한 범위를 더욱 넓힐 수 있다.

자성체(62)는, 루프 코일(61)의 한쪽(61a)을 한쪽 면 F1 측으로부터 덮는 제1 부분(62a)과, 루프 코일(61)의 다른쪽(61b)을 다른쪽 면 F2 측으로부터 덮는 제2 부분(62b)과, 루프 코일 내에 형성된 삽입관통구멍(61c)을 삽입관통하여 제1 부분 및 제2 부분(62a 및 62b)을 연결하는 삽입관통부(62c)를 가진다. 이 자성체(62)에 의해 덮여 있지 않은 루프 코일(61)의 한쪽 면 F1 측이 R/W(50)와의 통신 영역이 된다. 즉, 루프 코일(61)의 한쪽 면 F1 측이 R/W(50)에 대향되는 측의 면이 된다.

자성체(62)의 제2 부분(62b)에 의해 덮인 루프 코일(61)의 다른쪽 면 측의 영역의 면적이, 자성체(62)의 제1 부분(62a)에 의해 덮인 루프 코일(61)의 한쪽 면 F1 측의 영역의 면적보다 크게 된다. 이 면적이 크게 된 측인 제2 부분(62b)으로 덮인 루프 코일(61)의 덮여 있지 않은 측, 즉 한쪽 면 F1 측이 통신 영역이 된다.

자성체(62)의 삽입관통부(62c)는, 제1 부분 및 제2 부분(62a 및 62b)보다 폭이 작게 형성되어 있다.

이 자성체(62)를 제조하는 데는, 먼저, 고무계 수지로 이루어지는 바인더(binder) 내에, 자기 성분, 용제 및 첨가물을 혼합한 자성 도료를 제작한다. 그리고, 여기서는, 자기 성분으로서 Fe를 96중량%, Cr을 3중량%, Co를 0.3중량% 및 그 외의 자성 재료를 함유하는 Fe계 자성 재료를 사용하였다. 다음에, 이 자성 도료를 여과하고, 바인더 내로부터 소정의 입자 직경 이상이 되는 자기 성분을 제거한 자성 도료를 제작한다. 다음에, 압출 성형기를 사용하여, 액 저류부(貯留部)에 모여진 자성 도료를 한쌍의 사이로부터 밀어내면서, 소정의 두께가 되는 장척(長尺)형의 자성재를 제작한다. 다음에, 장척형의 자성재를 건조시키고, 이 자성재 내로부터 용제를 제거한다. 다음에, 도포 장치를 사용하여, 한쌍의 롤러 밴드형의 자성재를 끼워넣으면서, 이 자성재의 일주면(一主面) 상에 접착제를 도포한다. 다음에, 밴드형의 자성재를 소정의 형상으로 형빼기 프레스하여 자성체(62)가 제작된 다. 제작된 자성체(62)의 두께는 1000㎛이하로 된다.

그리고, 이 자성체(62)는, 자기 특성을 만족하는 것이면, 임의의 연자성(軟磁性) 재료를 사용하여 임의의 제법에 의해 제작된 것도 사용할 수 있다. 예를 들면, 자성 재료로서 아몰퍼스(비결정형) 합금, Co-Cr계 합금, Fe-Al계 합금, 센더스트 합금(Fe-Al-Si), Fe-Ni 합금, Fe-Co-Ni 합금 등을 사용할 수 있고, 이들 각 미세 분말을 고무계의 바인더로 혼련(roll mixing milling), 분산, 도포하여 제작된 것이나, 도금법이나 스퍼터링법에 의해 연자성 박판으로 한 것, 또는 페라이트계 분말(Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트)을 프레스 소결체로 한 바인더를 포함하지 않는 단일 소재만으로 된 벌크 박판 등을 사용할 수 있다. 또한, 전술한 분말에 절연층을 형성해도 된다. 절연층의 형성 방법으로서는 가열에 의해 산화막을 형성하고, 어닐링(annealing) 처리하는 방법이나 분말에 스퍼터(sputter)로 산화막을 형성해도 된다. 자성재는, 유연성(flexibility)을 가지는 시트형이라도 되고, 평판형 페라이트 등의 소성물로 이루어지는 딱딱한 판형이라도 된다.

그리고, 자성체(62)는, 그 면 내 방향에서 통신 주파수에서의 실효 투자율(magnetic permeability) μ'(실수부)이 30이상이 되고, 실효 투자율 μ''(허수부)가 1.0이하로 되어 있다. 안테나 장치(60)에서, 자성체(62)의 실효 투자율 μ'이 30이상이 되고, 실효 투자율 μ''이 1.0 이하로 되므로, 자성체의 두께를 얇게 해도, IC 카드(1)와 R/W(50)의 통신 가능한 범위를 넓힐 수 있게 된다. 그리고, 실효 투자율 μ'을 50이상으로 하면, 통신 거리를 더욱 향상시킬 수 있다.

그리고, 안테나 장치(60)를 제조하는 데는, 전술한 바와 같이 제작된 루프 코일(61)에 IC 칩(63)을 코일과 병렬 공진 회로를 형성하도록 접속한다. 여기서, 사용되는 IC 칩(63)은, 예를 들면, ISO 14443, ISO 15693에 기준한 IC 칩이다. IC 칩(63)의 접속 방법으로서는, ACF(Anisotropic Conductive Film, 이방전도성필름) 또는 와이어 본딩 방식(wire bonding type)이 있지만, 특별히 한정하지는 않는다. 다음에, 루프 코일(61)의 중심부에, 자성체(62)를 삽입관통시키기 위한 삽입관통구멍(61c)이 형성된다. 이 삽입관통구멍(61c)에, 자성체(62)를 관통시켜서, 이 루프 코일(61)과 자성체(62)를 하나의 방향을 따라 접합시킨다. 이 때, 자성체(62)는, 접착제가 도포된 면을 루프 코일(61)과 대향하는 주면과 대향하도록 한다.

전술한 바와 같은 단계를 거쳐, 본 발명에 따른 안테나 장치(60)를 제작할 수 있다. 이와 같이, 안테나 장치(60)는, 루프 코일(61)의 삽입관통구멍(61c)에 자성체(62)를 관통시킨 상태로 중첩시키고, 접착체에 의해 부착되어 이루어지므로, 이러한 구조로부터 제조가 용이하게 된다. 또한, 안테나 장치(60)는, 자성체(62) 및 루프 코일(61)의 두께를 1.4mm이하로 억제할 수 있고, 박형화 및 소형화를 실현한다.

이상과 같이 구성된 안테나 장치(60)에서의 자장 분포는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자성체(62)의 제1 부분 및 제2 부분(62a 및 62b)으로 덮인 루프 코일(61)의 영역 중, 면적이 크게 된 제2 부분(62b)으로 덮인 영역의 반대측인 한쪽 면 F1 측에서 강하게 된다. 즉, 이 안테나 장치(60)에 의한 자장 분포는, 종래의 안테나 장치와 같은 대칭 형상으로 자장이 형성되는 자장 분포와는 달리 비대칭이 된다. 더 설명하면, 제1 부분 및 제2 부분(62a 및 62b)의 각각으로 덮이는 영역을 변화시 킴으로써 자장의 강도를 조절할 수 있게 된다.

따라서, 이 안테나 장치(60)에서는, 루프 코일(61)에 의한 방사 자계 분포를 제어함으로써, 전술한 IC 카드(1)와 R/W(50)의 통신 거리를 크게 할 수 있고, 통신 가능한 범위를 넓힐 수 있게 된다.

본 발명을 적용한 본 실시예의 안테나 장치(60)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자성체(62)가 루프 코일(61)의 한쪽(61a)을 한쪽 면 F1 측으로부터 덮는 동시에, 루프 코일(61) 내를 삽입관통하여 루프 코일의 다른쪽(61b)을 다른쪽 면 F2 측으로부터 덮도록 설치되는 것에 의해, 루프 코일(61)의 한쪽 면 F1 측의 자장 분포만을 강하게 할 수 있다. 따라서, 이 안테나 장치(60)는, 박형화 및 소형화를 가능하게 하는 동시에, 자계 강도가 증강되는 것에 의해, IC 카드(1)와 R/W(50)의 통신 가능한 범위를 더욱 넓힐 수 있다.

또한, 본 발명을 적용한 안테나 장치(60)는, 루프 코일(61)의 한쪽 면 F1 측의 자장 분포를 강하게 하는 동시에 소정의 실효 투자율 μ', μ''이 된 자성체를 사용함으로써, 박형화를 실현하고, 통신 가능한 범위를 확대하며, 자유 공간에서의 통신 거리의 대폭적인 향상을 실현하는 동시에, 금속의 영향을 저감시키고, 금속 내의 통신 거리의 대폭적인 향상도 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 안테나 장치(60)는, IC 카드(1)와 R/W(50) 사이에서 통신성을 향상시키고, IC 카드(1)에 대하여 R/W(50)에 의한 데이터의 기록 및 판독이 비접촉으로 정확하게 행해지는 것을 실현한다.

그리고, 전술한 IC 카드(1) 측의 루프 안테나(2)는, 도 5에 나타낸 바와 같 이, 루프 코일의 한쌍의 변에서의 코일의 폭 및/또는 간격을 변화시켜서 비대칭 형상으로 된 안테나 장치(70)를 사용한 것이라도 된다.

이 안테나 장치(70)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전자기장을 유도 결합하기 위한 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일(71)과, 이 루프 코일(71)의 한쪽(71a)을 한쪽 면 측으로부터 덮는 동시에, 루프 코일(71) 내를 삽입관통하여 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 자성체(72)를 구비하고 있다. 여기서, 루프 코일(71)은, 전술한 루프 코일(61)과 마찬가지로 제작된다. 루프 코일(71)은, 대향하는 한쌍의 변에서의 코일의 폭이 비대칭 형상으로 형성되어 있다. 즉, 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)이, 한쪽(71a)에 비해 코일의 폭이 넓게 되어 있다. 또한, 루프 코일(71)에는, 도선 내에 설치되어 자성체(72)를 삽입관통시키기 위한 삽입관통구멍(71c)이 형성된다.

자성체(72)는, 루프 코일(71)의 한쪽(71a)을 한쪽 면 측으로부터 덮는 제1 부분(72a)과, 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 제2 부분(72b)과, 루프 코일 내에 형성된 삽입관통구멍(71c)을 삽입관통하여 제1 부분 및 제2 부분(72a 및 72b)을 연결하는 삽입관통부(72c)를 가진다. 이 자성체(72)에 의해 덮여 있지 않은 루프 코일(71)의 한쪽 면이 R/W(50)와의 통신 영역이 된다. 즉, 루프 코일(71)의 한쪽 면이 R/W(50)에 대향되는 측의 면이 된다.

자성체(72)의 제2 부분(72b)에 의해 덮인 루프 코일(71)의 다른쪽 면의 영역의 면적이, 자성체(72)의 제1 부분(72a)에 의해 덮인 루프 코일(71)의 한쪽 면의 영역의 면적보다 크게 된다. 여기서, 면적이 크게 되는 제2 부분(72b)에 의해 덮 이는 영역 측에, 루프 코일(71)의 코일의 폭이 넓게 된 다른쪽(71b)이 배치되어 있다. 이 면적이 크게 된 측인 제2 부분(72b)으로 덮인 루프 코일(61)의 다른쪽(71b)의 덮이지 않은 쪽, 즉 한쪽 면이 통신 영역이 된다. 자성체(72)의 삽입관통부(72c)는, 제1 부분 및 제2 부분(72a 및 72b)보다 폭이 작게 형성되어 있다. 이 자성체(72)의 제조 방법은, 전술한 자성체(62)의 경우와 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 안테나 장치(70)를 제조하는 데는, 전술한 바와 같이 제작된 루프 코일(71)에 IC 칩(73)을 코일과 병렬 공진 회로를 형성하도록 접속한다. 여기서, 사용되는 IC 칩(73) 및 그 접속 방법은, 전술한 IC 칩(63) 및 그 접속 방법과 마찬가지이다. 또한, 루프 코일(71)에 자성체(72)를 접합시키는 방법도, 전술한 안테나 장치(60)와 마찬가지이다.

이상과 같이 구성된 안테나 장치(70)에서의 자장 분포는, 자성체(72)의 제1 부분 및 제2 부분(72a 및 72b)으로 덮인 루프 코일(71)의 영역 중, 면적이 크게 된 제2 부분(72b)으로 덮인 영역의 반대측인 한쪽면 측에서 강하게 된다. 이것은, 면적이 크게 된 제2 부분(72b)으로 덮인 것에 더하여, 제2 부분(72b)에 의해 덮이는 영역 측에 배치되는 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)의 코일의 폭이 한쪽(71a)에 비해 폭이 넓게 되어 있기 때문이다. 그리고, 여기서는, 제2 부분(72b)에 의해 덮이는 영역 측에 배치되는 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)의 코일의 폭을 한쪽(71a)에 비해 폭이 넓어지도록 구성하였지만, 다른쪽(71b)의 코일의 간격이 한쪽(71a)에 비해 넓어지도록 구성해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 이 안테나 장치(70)에 의한 자장 분포는, 종래의 안테나 장치와 같은 대칭 형상으로 자장이 형성되는 자장 분포와는 달리 비대칭이 된다. 더 설명하면, 제1 부분 및 제2 부분(72a 및 72b)의 각각으로 덮이는 영역을 변화시키고, 또한 제2 부분(72b)에 의해 덮이는 영역 측에 배치되는 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)의 코일의 간격 및/또는 폭을 변화시킴으로써, 자장의 강도를 조절할 수 있게 된다.

따라서, 이 안테나 장치(70)에서는, 루프 코일(71)에 의한 방사 자계 분포를 제어함으로써, 전술한 IC 카드(1)와 R/W(50)의 통신 거리를 크게 할 수 있고, 통신 가능한 범위를 넓힐 수 있게 된다.

본 발명을 적용한 안테나 장치(70)에서는, 자성체(7)에 의한 루프 코일(71)의 한쪽(71a)을 한쪽 면 측으로부터 덮는 동시에, 루프 코일(71) 내를 삽입관통하여 루프 코일의 다른쪽(71b)을 다른쪽 면 측으로부터 덮도록 설치하고, 다른쪽 면 측으로부터 덮이는 영역 측에 배치되는 루프 코일(71)의 다른쪽(71b)의 코일의 폭이 한쪽(71a)에 비해 넓게 형성되는 것에 의해, 루프 코일(71)의 한쪽 면 측의 자장 분포만을 강하게 할 수 있다. 따라서, 이 안테나 장치(70)는, 박형화 및 소형화를 가능하게 하는 동시에, 자계 강도가 증강되는 것에 의해, IC 카드(1)와 R/W(50)의 통신 가능한 범위를 더욱 넓힐 수 있다.

또한, 본 발명을 적용한 안테나 장치(70)는, 루프 코일(71)의 한쪽 면 F1 측의 자장 분포를 강하게 하는 동시에, 소정의 실효 투자율 μ', μ''이 된 자성체를 사용함으로써, 박형화를 실현하고, 통신 가능한 범위를 확대하며, 자유 공간에서의 통신 거리의 대폭적인 향상을 실현하는 동시에, 금속의 영향을 저감시키고, 금속 내의 통신 거리의 대폭적인 향상도 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명을 적용한 안테나 장치(70)는, IC 카드(1)와 R/W(50) 사이에서 통신성을 향상시키고, IC 카드(1)에 대하여 R/W(50)에 의한 데이터의 기록 및 판독이 비접촉으로 정확하게 행해지는 것을 실현한다.

다음에, 전술한 본 발명을 적용한 안테나 장치(60)의 실시예를 이하에 나타낸다. 그리고, 본 발명을 적용한 안테나 장치(60)와 비교하기 위한 비교예의 안테나 장치의 구조에 대하여 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.

비교예로서 나타내는 안테나 장치(110)는, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 전자기장을 유도 결합하기 위한 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일(111)과, 루프 코일(111)의 IC 카드(1)와 대향하는 면과는 반대측의 면에 부착되는 자성체(112)를 구비한다.

본 발명을 적용한 안테나 장치(60)와 같은 구조로 된 실시예 1, 실시예 2, 및 전술한 비교예의 안테나 장치(110)와 같은 구조로 된 비교예 1, 비교예 2의 각각의 실효 투자율 μ', μ''을 이하의 표 1에 나타낸 바와 같이 통신 평가를 행하고, 금속 내에서의 통신 가능 거리의 결과 및 자유 공간에서의 통신 가능 거리의 결과에 대하여 표 1에 나타낸다. 여기서, 실시예 1 및 비교예 1의 자성체로서 페라이트계 자성재를 사용하고, 실시예 2 및 비교예 2의 자성체로서 Fe-Si-Cr계 자성재를 사용하였다. 또한, 실효 투자율 μ'은, 예를 들면, φ 7mm의 링형의 샘플을 제작하고, 여기에 도선 코일을 5회(turn) 감아서 임피던스 분석기 등을 사용하여 캐리어 주파수(13.56MHz)에서의 교류비 투자율을 측정하고, 정량화함으로써 얻어진 다.

[표 1]

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
구조	안테나 장치(60)		안테나 장치(110)
측정점의 주파수[MHz]	13.56	13.56	13.56	13.56
실효투자율 μ'(실수부)	40	30	40	30
실효투자율 μ''(허수부)	0.1	0.4	0.1	0.4
통신 결과(금속 내에서의 통신 거리)	35mm	25mm	15mm	5mm
통신 결과(자유 공간에서의 통신 거리)	40mm	40mm	40mm	40mm

표 1의 통신 결과에 나타낸 바와 같이, 본 발명을 적용한 안테나 장치(60)의 구조가 된 실시예 1 및 실시예 2의 안테나 장치에서는, 자유 공간에서의 통신 거리 뿐만아니라, 금속 내에서의 통신 거리를 크게 할 수 있다. 즉, 통신 가능한 범위를 넓힐 수 있다.

그리고, 본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 전술한 실시예에 한정되지 않고, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

Claims

통신 기능이 부가된 전자 기기에 의한 유도 결합에 의해 데이터의 기록(writing) 및 판독(reading)이 행해지는 비접촉형 IC 카드용의 안테나 장치에 있어서,

상기 유도 결합을 행하기 위한 평면형으로 도선이 감겨진 루프 코일과,

상기 루프 코일의 한쪽을 한쪽 면 측으로부터 덮는 동시에, 상기 루프 코일 내를 삽입관통하여, 상기 루프 코일의 다른쪽을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 자성체를 포함하는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 루프 코일의 상기 한쪽 면 측을 상기 전자 기기와의 통신 영역으로 하고, 상기 루프 코일의 상기 자성체에 의해 덮인 상기 다른쪽 면 측의 영역의 면적이, 상기 루프 코일의 상기 자성체에 의해 덮인 상기 한쪽 면의 영역의 면적보다 크게 되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 루프 코일의 상기 한쪽 면을 상기 전자 기기와의 통신 영역으로 하고, 상기 루프 코일의 상기 다른쪽이 상기 한쪽보다 코일의 폭이 넓게 되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 루프 코일의 상기 한쪽 면을 상기 전자 기기와의 통신 영역으로 하고, 상기 루프 코일의 상기 다른쪽이 상기 한쪽보다 코일의 간격이 넓게 되어 있는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,

상기 자성체는, 상기 루프 코일의 한쪽을 한쪽 면 측으로부터 덮는 제1 부분과, 상기 루프 코일의 다른쪽을 다른쪽 면 측으로부터 덮는 제2 부분과, 상기 루프 코일 내에 형성된 삽입관통구멍에 삽입관통되고, 상기 제1 부분 및 제2 부분을 연결하는 삽입관통부를 포함하고,

상기 자성체에 의해 덮여 있지 않은 상기 루프 코일의 한쪽 면 측이 상기 전자 기기와의 통신 영역으로 되어 있는, 안테나 장치.
제5항에 있어서,

상기 자성체의 삽입관통부는, 상기 제1 부분 및 제2 부분보다 폭이 작게 형성되어 있는, 안테나 장치.