(57)【要約】【課題】  単線あるいはリッツ線などの線径が小さい導体を用いた構成であっても、リアクタンス調整においてアンテナ特性の劣化が少ないアンテナ素子を提供する。【解決手段】  ループコイル１の一方の端部に接続する第１の電極板３と，ループコイル１の他方の端部に接続する第２の電極板４と、絶縁性基板５と、導電板を備え、導電板は、第１の電極板３と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる定容量導電板８と、第２の電極板４と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる複数の調整導電板９と、調整導電板９の各々を定容量導電板８に接続する配線部１０を備える。配線部１０の一部を切断することにより、定容量導電板８に接続する調整導電板９の数量すなわち面積を変え、これによりループコイル１の第１の電極板３と第２の電極板４との間に生成する容量成分を変化させ、アンテナ素子のリアクタンスを調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループコイルと、前記ループコイルの一方の端部と接続される第１の電極板と、前記ループコイルの他方の端部と接続される第２の電極板と、絶縁性基板と、導電板を備え、前記第１の電極板と前記第２の電極板は前記絶縁性基板の一方の面上に配置され、前記導電板は前記絶縁性基板の他方の面上に配置され、前記第１の電極板および前記第２の電極板の厚さ方向の投影面が、前記導電板の厚さ方向の投影面の少なくとも一部と重なることを特徴とするアンテナ素子。
【請求項２】
前記導電板は、前記第１の電極板と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる定容量導電板と、前記第２の電極板と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる複数の調整導電板と、前記調整導電板を前記定容量導電板に接続する配線部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項３】
前記アンテナ素子のリアクタンスがあらかじめ設定された値と一致するように、前記配線部の少なくとも一部を切断することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤシステムなどの無線通信システムや、非接触給電などに使用されるアンテナ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤシステムなどでは、非接触ＩＣカードやＩＣタグなどとＲＦＩＤリーダライタ間の無線通信を行うに際して、所望の通信特性を得るために、使用するアンテナ素子の容量成分あるいは誘導成分などによりリアクタンスを調整して、アンテナ素子の周波数特性の調整が行われている。
【０００３】
特許文献１には、スパイラル状の平面的なアンテナパターンを有する平面形アンテナ素子において、アンテナパターンの内周部と外周部を容量結合する並列共振パターンを備えた平面アンテナ素子が開示されており、並列共振パターンの配置数や面積を変えることで容量成分を変化させ、アンテナ素子の周波数特性の調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のアンテナ素子は、アンテナパターンと並列共振パターン間に容量成分を生成することから、アンテナパターンには所望する容量成分に見合った幅が必要となる。ところでＲＦＩＤタグなどに使用されるアンテナ素子には、単線または細線を複数撚ったリッツ線などをループコイル状に巻いたアンテナ素子も用途に応じて使用される。
【０００６】
このような単線またはリッツ線などの、直径の小さい導体をアンテナ素子に使用する場合、アンテナパターンと並列共振パターンとして作用する導体板との間の容量成分は小さなものになる。従って、アンテナ素子のリアクタンスを調整するに十分な容量成分を得るためには、導体板の面積を大きくする必要があるが、このように面積の大きな導体板をアンテナパターンに接近させて配置すると、アンテナ素子の抵抗値が増加してアンテナ特性が劣化するという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題を解決するためになされたもので、その目的は、単線またはリッツ線などの、直径の小さい導体を使用したアンテナ素子において、アンテナ特性の劣化が少ないリアクタンス調整ができるアンテナ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明のアンテナ素子は、ループコイルと、前記ループコイルの一方の端部と接続される第１の電極板と、前記ループコイルの他方の端部と接続される第２の電極板と、絶縁性基板と、導電板を備え、前記第１の電極板と前記第２の電極板は前記絶縁性基板の一方の面上に配置され、前記導電板は前記絶縁性基板の他方の面上に配置され、前記第１の電極板および前記第２の電極板の厚さ方向の投影面が、前記導電板の厚さ方向の投影面の少なくとも一部と重なることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のアンテナ素子の前記導電板は、前記第１の電極板と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる定容量導電板と、前記第２の電極板と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる複数の調整導電板と、前記調整導電板を前記定容量導電板に接続する配線部を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明のアンテナ素子の製造方法は、前記アンテナ素子のリアクタンスがあらかじめ設定された値と一致するように、前記配線部の少なくとも一部を切断することを特徴とする。
【００１１】
本発明のアンテナ素子は、ループコイルの両端部に電極板を接続し、この電極板と対向するように、絶縁性基板を間に挟んで導電板を配置することで電極板と導電板との間に容量成分を生成させることができる。このためループコイル導体と導電板を対向させて容量成分を生成する必要がないので、単線やリッツ線などの直径の小さい導体を使用したループコイルでも、ループコイルの両端部に接続した電極板の間に容量成分を容易に得ることができる。
【００１２】
また、ループコイルのアンテナパターンを容量成分の生成に利用しておらず、また導電板がアンテナパターンに近接しないので、ループコイル導体と導電板との間の電磁気的な結合によるアンテナ特性の変化を抑制することができる。これによりリアクタンス調整において、アンテナ特性の劣化を低減したアンテナ素子が得られる。
【００１３】
また、本発明のアンテナ素子では、上述のようにループコイルの両端部の間に容量成分を得ることができるが、ループコイルに発生する起電圧はループコイルの両端部間で最大となるため、絶縁性基板の誘電率と厚さが同じで有れば、同じ容量成分を得るために必要な電極板と導電板の面積を最小とすることができ、ループコイル導体に対する電磁気的な影響をさらに減じることが可能である。
【００１４】
さらに本発明のアンテナ素子は、ループコイルの両端部に接続する電極板の一方と対向する導電板を、複数の調整導電板とし、この調整導電板を配線を用いて他方の電極板と対向する定容量導電板に接続する。調整導電板の数量または面積を変えることで容量成分を生成する導電板の面積を変えることができる。これによりアンテナ素子に付加する容量成分を容易に変更できるので、アンテナ素子の用途に応じて必要となる容量成分が得られるように導電板の面積を調整することが可能である。
【００１５】
また、絶縁層を挟んで電極板と対向する導電板は、ループコイル導体あるいは電極板とは直接に接続されておらず、調整導電板の数の変更により導電板単独でその面積を変えることができるため、電極板とループコイル導体には形状的な変更を必要としない。そのため電極板自身あるいはループコイル自身が有する容量成分や誘導成分を変えることはないので、アンテナ特性への影響は導電板によって付加される容量成分のみに限定することができる。このためアンテナ素子の設計が容易になる利点がある。
【００１６】
さらに本発明のアンテナ素子は、配線部の一部を切断することにより定容量導電板と接続する調整導電板の数量を変更することができ、導電板の容量成分を生成する面積を変えることができる。これにより導電板を絶縁性基板に取り付けた工程の後であっても、アンテナ素子のリアクタンスがあらかじめ設定された値と一致するように導電板の面積を変更し、アンテナ素子のリアクタンスを調整することが可能である。
【００１７】
なお本発明において、アンテナ素子のリアクタンスがあらかじめ設定された値と一致するとは、リアクタンスの値とその許容値があらかじめ定められ、アンテナ素子のリアクタンスがこの許容値の範囲に入っている状態を言う。リアクタンスの値と許容値は、アンテナ素子の用途に応じて決められるものである。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、本発明によれば、単線またはリッツ線などの、直径の小さい導体を使用したアンテナ素子においても、アンテナ特性の劣化が少ないリアクタンス調整ができるアンテナ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナ素子の構成を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるアンテナ素子の構成を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は底面図を示す。
【図３】従来技術によるアンテナ素子の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例と比較例について、調整導電板の総面積とリアクタンス変化率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例と比較例について、調整導電板の総面積とアンテナ抵抗値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ素子の構成を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【００２２】
図１のように、本発明のアンテナ素子は、ループコイル１と端子部２を備えており、端子部２は、ループコイル１の一方の端部に接続する第１の電極板３と，ループコイル１の他方の端部に接続する第２の電極板４と、絶縁性基板５と、導電板６を備えている。また図１に示す様に、ループコイル１を支持するために基板７を配置してもよい。第１の電極板３と第２の電極板４は、絶縁性基板５の一方の面上に配置し、導電板６は絶縁性基板５の他方の面上に、第１の電極板３と第２の電極板４の厚さ方向の投影面と少なくとも一部が重なるように配置され、第１の電極板３と導電板６の重なる部分と、第２の電極板４と導電板６の重なる部分とで容量成分を得ることができる。
【００２３】
ループコイル１は、エナメル線などの絶縁被覆を有する導線を、単線でまたはリッツ線などの撚り線にして使用することができる。またプリント基板またはフレキシブルプリント基板を使用して作製しても良い。導線の断面は円形状に制限されることはなく、多角形状でもよい。ループコイル１の形状は、図１の様な四角形状のほかに、多角形状あるいは円形状でも良い。またループコイル１の配置は、一平面上だけに制限されることはなく、交差する複数の平面上に沿って配置しても良い。図１において、ループコイルの巻き数は３巻きであるが、巻き数はこれに限定されるものではなく、巻き数が１巻きのループコイルに適用しても差し支えない。
【００２４】
端子部２は、両面プリント基板を用いて作製しても良いが、片面プリント基板を用いて第１の電極板３、第２の電極板４及び絶縁性基板５を作製し、導電板６はアルミ箔、銅箔などの導体箔を両面接着テープ等で絶縁性基板５に貼り付けて作製しても良く、この場合導体箔の大きさや接着位置を変えることができるので、生成する容量成分を変更することが容易になる。また、端子部２の配置はループコイル１の内側に制限されるものではなく、ループコイル１の外側に配置しても良い。第１の電極板３と第２の電極板４は、非接触ＩＣカードやＲＦＩＤタグなどの回路基板にアンテナを接続する導体パッドを使用しても良い。絶縁性基板５の材質と厚さは、用途に応じて必要とされる容量成分が得られるものを選択すれば良い。
【００２５】
ループコイル１を、プリント基板またはフレキシブルプリント基板を使用して作製する場合は、プリント基板またはフレキシブルプリント基板の誘電体層を基板７とし、基板７と端子部２の絶縁性基板５とを一体としても良い。
【００２６】
基板７には、用途に応じて軟磁性シートを使用しても良い。軟磁性シートとしては、軟磁性フェライトシートや、軟磁性合金粉末を樹脂バインダー等の有機結合材に混合してシート状に成形したものなどが使用できる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ素子の構成を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は底面図を示す。
【００２８】
本発明のアンテナ素子の第２の実施の形態は、図２（ｂ）のように、導電板は、第１の電極板３と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる定容量導電板８と、第２の電極板４と厚さ方向の投影面の少なくとも一部が重なる複数の調整導電板９と、調整導電板９の各々を定容量導電板８に接続する配線部１０を備えている。その他の点は、第１図に示した第１の実施の形態と同じである。
【００２９】
調整導電板９の配置は、図２（ｂ）のように１列に並べる必要はなく、複数列に配置しても良い。図２（ｂ）において、調整導電板９の数量は３枚であるが、これに限定されるものではない。また調整導電板同士を配線で接続し、複数の調整導電板を１つのグループにして定容量導電板８に配線で接続しても良い。調整導電板９の形状は、すべて同じで有る必要はなく、異なる大きさまたは異なる形状のものを使用しても良い。
【００３０】
本発明のアンテナ素子は、配線部１０の一部を切断することにより、定容量導電板８に接続する調整導電板９の数量すなわち面積を変えることができる。例えば、調整導電板９１と調整導電板９２の間を接続している配線部１０の部分を削除すると、調整導電板９１を定容量導電板８から切り離すことができ、定容量導電板８に接続する調整導電板９の数量すなわち面積を変えることができる。これによりループコイル１の両端部に接続する第１の電極板３と第２の電極板４との間に生成する容量成分を変化させ、アンテナ素子のリアクタンスをあらかじめ設定された値と一致するように調整することができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例）
本発明の実施例として、図２に示す構成を用いた。ループコイル１は直径が０．１ｍｍの銅線を用い、最外周の大きさが３５ｍｍ×２５ｍｍの３巻きとした。ループコイル１を支持する基板７として、大きさが３７ｍｍ×２７ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの軟磁性シートを用い、ループコイル１を厚さが０．０３ｍｍの両面テープで貼り付けた。軟磁性シートには、端子部２が配置される部分に開口部を設けた。第１の電極板３と第２の電極板４は、導体層の厚さが３５μｍ、誘電体層の厚さが７５μｍの片面フレキシブルプリント基板を用いて作製し、軟磁性シートの開口部に嵌め込み、ループコイル１の端部と接続した。第１の電極板３と第２の電極板４の大きさは、どちらも１．５ｍｍ×３．５ｍｍとした。
【００３２】
導電板は厚さが２０μｍのアルミ箔を用い、第１の電極板３と同サイズの定容量導電板８と、容量成分を変化させる３枚の調整導電板９を配線部１０でつなぎ合わせて作製した。この導電板を、片面フレキシブルプリント基板の第１の電極板３と第２の電極板４を作製した面とは反対側の面に、厚さが１０μｍの両面接着テープで第１の電極板３と第２の電極板４とに対向するように貼り付けた。調整導電板９の１枚の大きさは１．５ｍｍ×１ｍｍとした。
【００３３】
上記のように作製したアンテナ素子のリアクタンス変化率と抵抗値を、配線部１０の切断により調整導電板９を１枚ずつ定容量導電板８から切り離して測定を行い、定容量導電板８に接続されている調整導電板９の総面積との関係を求めた。
【００３４】
（比較例）
比較例として、図３に示す構成のアンテナ素子を作成し比較を行った。実施例と同様に、ループコイル１は直径が０．１ｍｍの銅線を用い、最外周の大きさが３５ｍｍ×２５ｍｍの３巻きとした。ループコイル１を支持する基板７として、大きさが３７ｍｍ×２７ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの軟磁性シートを用い、ループコイル１を厚さが０．０３ｍｍの両面テープで貼り付けた。軟磁性シートには、実施例と同じ部分に開口部を設けた。第１の電極板３と第２の電極板４は、導体層の厚さが３５μｍ、誘電体層の厚さが７５μｍの片面フレキシブルプリント基板を用いて作製し、軟磁性シートの開口部に嵌め込み、ループコイル１の端部と接続した。第１の電極板３と第２の電極板４の大きさは、どちらも１．５ｍｍ×３．５ｍｍとした。
【００３５】
ループコイル１のアンテナパターンとの間に容量成分を発生させるための調整導電板９は、厚さが２０μｍのアルミ箔で作成し、厚さが１０μｍの両面接着テープでループコイル１のアンテナパターン上に貼り付けた。
【００３６】
上記のように作製したアンテナ素子のリアクタンス変化率と抵抗値を、ループコイル１のアンテナパターン上に貼り付けた調整導電板９の総面積を変えて測定を行った。
【００３７】
図４に、調整導電板９の総面積とリアクタンス変化率の関係を示す。また図５に、調整導電板９の総面積とアンテナ抵抗値の関係を示す。図４と図５において、調整導電板９の総面積がゼロとは、図２の構成を用いた実施例では調整導電板９がすべて定容量導電板８から切り離されている状態を示し、図３の構成を用いた比較例では調整導電板９がループコイル１のアンテナパターン上からすべて取り除かれている状態を示す。図４より本発明の実施例は、同じリアクタンス変化率を得るために必要とする調整導電板９の総面積を、比較例と比べて小さくすることができる。また図５より本発明の実施例は、同じリアクタンス変化率を得る場合、調整導電板９によるアンテナ抵抗値の増加を抑制できることが分かる。
【００３８】
例えば、図４に基づいてリアクタンス変化率を４％とする設計をした場合、実施例では必要とする調整導電板９の面積が３ｍｍ２であるのに対し、比較例では１０５ｍｍ２が必要となることがわかる。このときのアンテナ抵抗値は、実施例では１．９３Ωであるのに対し、比較例では３．１５Ωとなり、実施例と比較して約１．５倍大きくなる。
【００３９】
以上より、本発明によれば、単線またはリッツ線などの、直径の小さい導体を使用したアンテナ素子においても、リアクタンス調整におけるアンテナ素子の特性劣化を低減することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ループコイル
２  端子部
３  第１の電極板
４  第２の電極板
５  絶縁性基板
６  導電板
７  基板
８  定容量導電板
９、９１、９２、９３  調整導電板
１０  配線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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