(57)【要約】【課題】  アンテナの小型化・薄型化が可能で、アンテナ性能が良好であるアンテナ装置を提供する。【解決手段】  本発明はアンテナ装置に関し、コイルアンテナが設けられたアンテナ基板と同一基板に、ＲＦＩＤ用のＩＣチップに電気的に磁気結合される給電コイルを設けた。本発明に関するアンテナ装置は、アンテナ基板（２）と、アンテナ基板（２）に導電パターンにより構成されるコイルアンテナ（３）と、コイルアンテナ（３）と磁気結合された給電コイル（４）と、給電コイル（４）と電気的に接続された送受信回路（６）と、を有し、給電コイル（４）は、コイルアンテナ（３）と同一基板上に、コイルアンテナ（３）とは電気的に接続されていない導電パターンにより構成されており、給電コイル（４）の両端が送受信回路（６）と電気的に接続されている。【選択図】図１
2014200086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ基板と、
前記アンテナ基板に導電パターンにより構成されるコイルアンテナと、
前記コイルアンテナと磁気結合された給電コイルと、
前記給電コイルと電気的に接続された送受信回路と、を有し、
前記給電コイルは、前記コイルアンテナと同一基板上に、前記コイルアンテナとは電気的に接続されていない導電パターンにより構成されており、
前記給電コイルの両端が前記送受信回路と電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記給電コイルは、前記コイルアンテナが形成されている位置よりも外周側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。
【請求項３】
前記コイルアンテナはアンテナ基板の一主面に形成されており、隣り合う導電パターン間でキャパシタンスを得ることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記コイルアンテナはアンテナ基板の両主面に形成されており、アンテナ基板を介して厚み方向に重なり合う導電パターン間でキャパシタンスを得ることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記コイルアンテナと前記給電コイルがアンテナ基板の同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記コイルアンテナと前記給電コイルがアンテナ基板の同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記コイルアンテナと前記給電コイルがアンテナ基板の同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に関し、特に、HF帯のRGIDタグやリーダライタに利用されるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
課金システムや物品管理システムとしてRFID（Radio  Frequency  Identification）システムが普及している。RFIDシステムでは、リーダライタとRFIDタグとを非接触で無線通信し、これらのデバイス間で高周波信号が送受される。リーダライタおよびRFIDタグは、それぞれ、高周波信号を処理するためのRFID用のICチップと、高周波信号を送受するためのアンテナとを備えている。
【０００３】
例えば１３．５６MHｚ帯を利用したHF帯RFIDシステムにおいて、アンテナとしてコイルアンテナが用いられる。そして、リーダライタ側のコイルアンテナとRFIDタグ側のコイルアンテナとは誘導磁界を介して結合されている。
【０００４】
ここで、例えば特許文献１では、RFIDタグ用の送受信回路に接続された給電コイルを、コントロール基板に搭載している。そして、この給電コイルを、アンテナ基板に設けられたコイルアンテナと磁気結合させた構造が開示されている。これにより、コントロール基板上の送受信回路とコイルアンテナとを通信ケーブルを用いないで電気的に接続することが可能となる。また、アンテナ基板とコントロール基板との間には磁性体シートが設けられている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、給電コイルが設けられているコントロール基板と、コイルアンテナが設けられたアンテナ基板は異なる基板上に設けられているため、厚み方向の厚みが大きく小型化・薄層化が困難である。また、コイルアンテナと給電コイルとの間に磁性体シートが設けられているため、コイルアンテナと給電コイル間の磁気結合を十分に得るには限界があり、これがアンテナ性能へも影響をしていた。今後、様々な場面でRFIDシステムが普及していく中、アンテナ装置の小型化・薄型化、及びアンテナ性能が高まることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第4325621号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、アンテナの小型化・薄型化が可能で、アンテナ性能が良好であるアンテナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアンテナ装置は、コイルアンテナが設けられたアンテナ基板と同一基板に、ＲＦＩＤ用のＩＣチップに電気的に磁気結合される給電コイルを設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るアンテナ装置は、アンテナ基板と、前記アンテナ基板に導電パターンにより構成されるコイルアンテナと、前記コイルアンテナと磁気結合された給電コイルと、前記給電コイルと電気的に接続された送受信回路と、を有し、前記給電コイルは、前記コイルアンテナと同一基板上に、前記コイルアンテナとは電気的に接続されていない導電パターンにより構成されており、前記給電コイルの両端が前記送受信回路と電気的に接続されている。
【００１０】
このような構成とすることにより、同一基板にコイルアンテナと給電コイルとを設けることができるため、より薄型化できると共に、コイルアンテナの導電パターンと給電コイルの導電パターンとが直接隣合うように形成されるため、コイル間の磁気結合を十分に得ることができ、アンテナ性能が向上する。
【００１１】
第１の好ましい形態として、前記給電コイルは、前記コイルアンテナが形成されている位置よりも外周側に形成されている。
【００１２】
これにより、給電コイルとしての導電パターンが、コイルアンテナの導電パターンの外周側に形成されているため、給電コイルと送受信回路との接続を行う際の接続構造の設計の自由度が向上する。
【００１３】
第２の好ましい形態として、前記コイルアンテナはアンテナ基板の一主面に形成されており、隣り合う導電パターン間でキャパシタンスを得る。
【００１４】
これにより、隣り合うアンテナの導電パターン間の距離を調整することによってキャパシタンスを得ることによって、別途コンデンサを設ける必要がなくなり、構造がより簡素化・小型化できる。
【００１５】
第３の好ましい形態として、前記コイルアンテナはアンテナ基板の両主面に形成されており、アンテナ基板を介して厚み方向に重なり合う導電パターン間でキャパシタンスを得る。
【００１６】
これにより、アンテナ基板の両主面に設けられた導電パターン間の重なり面積によってキャパシタンスを得ることによって、別途コンデンサを設ける必要がなくなり、構造がより簡素化・小型化できる。コイルアンテナのキャパシタンスは、アンテナ基板の両主面に形成された導電パターンの重なり面積で得られるため、第２の好ましい形態に比べてキャパシタンスが得られ易く、電極損失が低減する。その結果、アンテナ性能が向上する。
【００１７】
第４の好ましい形態として、前記コイルアンテナと前記給電コイルがアンテナ基板の同一平面上に形成されている。
【００１８】
このように構成することによって、アンテナ基板の片面にコイルアンテナと給電コイルを形成することができ、設計がより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態１のアンテナ装置の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の破線部分を拡大し、コイルアンテナと給電コイルとの静電容量の関係を示すイメージ図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態２のアンテナ装置１０の一部を示す平面図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態２のアンテナ装置１０の一部を示す背面図であり、（Ｃ）は（Ａ）の構成の断面図である。
【図３】本発明の実施形態２のアンテナ装置の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。
実施形態１
[構成]
図１（Ａ）は本発明の実施形態１のアンテナ装置１の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の破線部分を拡大し、コイルアンテナと給電コイルとの静電容量の関係を示すイメージ図である。本発明のアンテナ装置は、アンテナ基板２と、アンテナ基板２に導電パターンにより構成されるコイルアンテナ３と、コイルアンテナ３と磁気結合された給電コイル４と、給電コイル４と電気的に接続された送受信回路６と、を有する。
【００２１】
ここでアンテナ基板２はPET基板で構成されており、その平面形状は矩形状である。アンテナ基板２としては、これに限るものではなく、例えば、フレキシブル基板等を用いてもよい。
【００２２】
このアンテナ基板２には、コイルアンテナ３が形成されている。このコイルアンテナ３はループ状の導体パターンからなる平面状コイルによって構成されている。この導体パターンは銅箔やアルミ箔のような薄い金属材料から構成されている。これらのコイルアンテナ３は２周以上のループが形成されており、図１（Ｂ）の破線内で示されるように、導体パターンのインダクタンス、又は、導体パターンの線間容量などのキャパシタンスを考慮し、通信で用いる信号の周波数付近で共振するように導体パターンの線幅・線間の幅を設計されている。
【００２３】
アンテナ基板２上に、コイルアンテナの３が形成されている平面と同じ平面上に、コイルアンテナ３の導体パターンと電気的に接続されていない導体パターンによって形成された平面状の給電コイル４が形成されている。この給電コイル４の導体パターンは銅箔やアルミ箔のような薄い金属材料から構成されている。この給電コイル４は、図１（Ｂ）の破線内で示されるように、隣り合うコイルアンテナ３と磁気結合されており、この給電コイル４とコイルアンテナ３との間の距離を調整することにより磁気結合の強さも調整することができる。
【００２４】
このような構成とすることにより、同一基板にコイルアンテナ３と給電コイル４とを設けることができるため、より薄型化できると共に、コイルアンテナ３と給電コイル４とが隣り合うように形成されているため、コイル間の磁気結合を十分に得ることができ、アンテナ性能を向上させることができる。また、給電コイル４とコイルアンテナ３の線間の距離を調整することにより、キャパシタンスを調整することができる。
【００２５】
また、給電コイル４の両端には電極パッド５が形成され、電極パッド５を介して送受信回路６と電気的に接続されている。なお、ここでは送受信回路６と電極パッド５との間にキャパシタンスを調整するコンデンサが配置されているが、このコンデンサは設けなくてもよい。送受信回路６には例えば、RFID用のICチップ等が設けられている。
【００２６】
例えば、ここで、給電コイル４を１周のコイルとし、コイルアンテナ３よりも外周側に配置することが好ましい。従来は、２周以上のループが形成されたコイルアンテナ３と送受信回路５とを直接電気的に接続させるため、コイルアンテナ３の一端が、コイルアンテナ３のループを避けて引き出されなければならないため、コイルアンテナ３の導体パターン設計が複雑となっていた。しかし、給電コイル４を送受信回路６と直接接続させ、この給電コイル４をコイルアンテナ３の外周側に位置させ、１周のループのコイルとすることで、給電コイル４の両端は同一平面から直接引き出すことができ、送受信回路６との接続をより簡便な設計とすることができる。
【００２７】
[作用・効果]
このような構成とすることにより、同一基板にコイルアンテナと給電コイルとを設けることができるため、より薄型化できると共に、コイルアンテナの導体パターンと給電コイルの導体パターンとが隣り合うように形成されているため、コイル間の磁気結合を十分に得ることができ、アンテナ性能を向上させることができる。また、給電コイルパターンとコイルアンテナの線間の距離を調整することにより、キャパシタンスを調整することが可能となる。
【００２８】
実施形態２
[構成]
図２（Ａ）は実施形態２のアンテナ装置１０の一部を示す平面図であり、図２（Ｂ）は本発明の実施形態２のアンテナ装置１０の一部を示す背面図であり、送受信回路６に接続される電極パッド５までの構成を示している。送受信回路６の構成・接続については実施形態１と同様のため、ここでは図示を省略する。図２（Ｃ）は図２（Ａ）の構成の断面図である。
【００２９】
実施形態２は、アンテナ基板２の主面にコイルアンテナ３１を形成するだけではなく、アンテナ基板２の裏面側にコイルアンテナ３２が形成されている点で異なり、その他の点では実施形態１と同一の構成を有している。
【００３０】
このコイルアンテナ３１及びコイルアンテナ３２はアンテナ基板２を間に挟んで厚み方向にその一部もしくは全部が重なるように配置されている。また、コイルアンテナ３１のループの巻きまわす方向と、コイルアンテナ３２のループの巻きまわす方向は反対方向になるように巻きまわされている。このように構成することによって、図２（Ｃ）に示されるように、コイルアンテナ３１及びコイルアンテナ３２は、アンテナ基板を介して厚み方向のコイルアンテナの距離及び重なり面積等に応じてキャパシタンスが調整できる。このキャパシタンスを調整して、通信に用いる信号の周波数付近で共振するように設計される。
【００３１】
具体的には、以下のように設計される。図３は実施形態２のアンテナ装置の等価回路を示す。送受信回路と給電コイル４とからなる給電側はＲＦＩＤ用ＩＣチップ自身が有する浮遊容量Ｃと給電コイル４におけるコイルパターンが持つインダクタンスＬとからなる並列共振回路が構成されており、この共振回路の共振周波数は、ほぼキャリア周波数（RFIDの場合、１３．５６ＭＨｚ）となるように設定されている。また、コイルアンテナ３からなるアンテナ側は、導体パターン３１と導体パターン３２との間に形成される容量Ｃ１及び容量Ｃ２からなる並列共振回路が構成されており、この共振回路の共振周波数は、ほぼキャリア周波数（RFIDの場合、１３．６５ＭＨｚ）となるように設定されている。そして、給電コイル４のコイルパターンは、導体パターン３１と導体パターン３２とそれぞれ磁界結合している。すなわち、給電コイル４とコイルアンテナ３とは弱い相互インダクタンスによって磁気結合されている。
【００３２】
以上のように、アンテナ基板２の両主面に設けられたアンテナ基板３の導電パターン間の重なり面積によってキャパシタンスを得ることによって、実施形態１に比べてキャパシタンスが得られ易く、電極損失が低減する。その結果、アンテナ性能が向上する。
【００３３】
[作用・効果]
アンテナ基板の両主面にコイルアンテナを配置するため、キャパシタンスを構成しやすい。また、実施形態１と比べ、胴体パターンを巻き回す数（ターン数）を少なくすることができる。この場合、導体パターンでの損失を極力抑制することができ、アンテナ性能を向上させることができる。
【００３４】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、アンテナ装置に適用し、特にHF帯のRGIDタグやリーダライタに利用されるアンテナ装置に適用する。
【符号の説明】
【００３６】
２  アンテナ基板
３  コイルアンテナ
４  給電コイル
５  電極パッド
６  送受信回路
３１，３２  コイルアンテナ
【図１】
2014200086.tif 000003
【図２】
2014200086.tif 000004
【図３】
2014200086.tif 000005