(57)【要約】【課題】スルーホールを不要にして装置のコストダウンを可能にする。【解決手段】片面印刷配線基板１上にアンテナ素子２を印刷形成するループアンテナ装置にあって、上記アンテナ素子２を、１本の導体パターンを２回渦巻き状に巻回することにより形成されるループパターン２１，２２と、上記１本の導電パターンの両端部位を上記ループパターン２１，２２からそのループ外へ互いに並行する状態に引き出すことにより形成される一対の引出パターン２１ａ，２２ａと、上記ループパターン２１，２２の中間部位を上記一対の引出パターン２２ａを迂回させるようにコ字型に突出形成される突出パターン２３とを備える構成としたものである。【選択図】      図２
2008236416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する基材と、
この基材の面上に印刷形成されるアンテナ素子と
を具備し、
前記アンテナ素子は、
１本の導体パターンを複数回渦巻き状に巻回することにより形成されるループパターン部と、
前記１本の導電パターンの両端部位を前記ループパターン部からそのループ外へ互いに並行する状態で引き出すことにより形成される一対の引出パターン部と、
前記ループパターン部の中間部位を前記一対の引出パターン部の一方を迂回させるように突出形成される突出パターン部と
を備えることを特徴とするループアンテナ装置。
【請求項２】
前記一対の引出パターン部及び突出パターン部は、前記ループパターン部の中心線に対し非対称となる位置に形成されることを特徴とする請求項１記載のループアンテナ装置。
【請求項３】
前記突出パターン部は、その突出端がループアンテナの中性点となるように前記１本の導体パターンの両端から等距離となる部位を突出させることにより形成され、当該突出端が接地されることを特徴とする請求項１又は２記載のループアンテナ装置。
【請求項４】
前記基材が、表面を構成する第１の面及び裏面を構成する第２の面を有する板状体から構成される場合に、
前記ループパターン部は、前記基材の第１の面に印刷形成され、
前記一対の引出パターン部及び突出パターン部は、前記基材の端部で折り返されて前記第２の面に印刷形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のループアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナとして用いられるループアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤは一般にＲＦタグと呼ばれ、定期券や身分証カード等の非接触カードのほか携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯端末にも設けられるようになっている。ＲＦタグとリーダとの間の信号伝達方式には、タグのコイルとリーダのアンテナコイルとを磁束結合させて電力及び信号を伝達する電磁誘導方式と、タグのアンテナとリーダのアンテナとの間で電磁波を送受信することにより電力及び信号を伝達する電波方式とがある。このうち、電磁誘導方式を採用したＲＦタグのアンテナとしてはループアンテナが使用される。
【０００３】
この種のループアンテナは、従来例えば図１２に示すように１本の導体パターンを複数回渦巻き状に巻回してループパターン５１，５２を形成し、かつ上記導体パターンの両端部をループの外へ平行に引き出してその先端部を給電端子５１ｂ，５２ｂとするように構成される（例えば、非特許文献１を参照。）。
【非特許文献１】Klaus Finkenzeller，  「ＲＦＩＤハンドブック」，日刊工業新聞社，２００４年５月３１日，ｐ１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような従来のループアンテナでは、内側のループパターン５２の端部をループ外へ引き出す際に、例えば図１３に示すように外周側のループパターン５１と交差する位置で上記内側のループパターン５１のブリッジ５３を構成している。具体的には、上記ループパターンを形成する両面印刷配線基板にスルーホールを設け、このスルーホールを介して上記ループパターン５２を導くことによりブリッジを構成している。
【０００５】
このため、両面印刷配線基板を使用し、さらにこの基板にスルーホールを設ける必要があることから、装置部品のコストアップを招くと共に製造コストも高くなる。また、例えばループパターンを端末のカバーに直接印刷形成する要求があっても、端末カバーにはスルーホールを設けることができないため、上記要求に応えることができない。
【０００６】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、スルーホールを不要にして装置のコストダウンを可能にしたループアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、絶縁性を有する基材の面上にアンテナ素子を印刷形成するループアンテナ装置にあって、上記アンテナ素子を、１本の導体パターンを複数回渦巻き状に巻回することにより形成されるループパターン部と、上記１本の導電パターンの両端部位を上記ループパターン部からそのループ外へ互いに並行する状態に引き出すことにより形成される一対の引出パターン部と、上記ループパターン部の中間部位を上記一対の引出パターン部の一方を迂回させるように突出形成される突出パターン部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、内側に位置するループパターンの端部を引出パターンとして引き出す際に、外周側に位置するループパターンと交差させる必要がなくなり、これによりブリッジ構造が不要となる。この結果、スルーホールを設ける必要がなくなり、また片面印刷配線基板を用いることが可能となるため、部品コスト及び製造コストを低減して装置のコストダウンを図ることが可能となる。  
すなわち、この発明によればスルーホールを不要にして装置のコストダウンを可能にしたループアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は、この発明に係わるループアンテナ装置の第１の実施形態を示す斜視図である。この実施形態のループアンテナ装置は、片面印刷配線基板１上にアンテナ素子２を構成する導体パターンを印刷形成したものである。
【００１０】
アンテナ素子２は図２に示すように、１本の導体パターンを渦巻き状に２回巻回することにより形成される正方形又は長方形をなす２つのループパターン２１，２２を有する。また、上記１本の導体パターンの両端部２１ａ，２２ａは、上記ループパターン２１，２２の一辺中央部から当該ループパターン２１，２２の外方向へ互いに並行する状態に引き出され、その先端部には給電端子２１ｂ，２２ｂが設けられる。さらに、上記ループパターン２１，２２のうち外周側に位置するループパターン２１は、上記両端部位２１ａ，２２ａのうち内側のループパターン２２から引き出された引出パターン２２ａを迂回するために、図３に拡大して示すように中間部位２３がコ字型に突出形成されている。
【００１１】
このような構成であるから、導体パターンの両端部２１ａ，２２ａは互いに対をなすように相互に並行する状態に引き出されるため、給電端子２１ｂ，２２ｂを無線回路に近い位置に配置することが可能となる。このため、無線回路から上記給電端子２１ｂ，２２ｂに無線送信電力を供給する給電パターンの長さを短くし、かつパターン形状を簡単なものにすることができ、これにより高い給電効率を保持することができる。
【００１２】
しかも、上記導体パターンの端部２２ａをループ外へ引き出すために、外周側のループパターン２１の中間部位をコ字型に突出形成し、このコ字型突出パターン２３を形成して上記引出パターン２２ａを迂回するようにしている。このため、外周側のループパターン２１と内周側のループパターン２２から引き出される引出パターン２２ａとの間に交差部分がなくなってブリッジ構造が不要となり、これにより両面印刷配線基板が不要になると共に、基板にスルーホールを設ける必要もなくなる。したがって、装置の構造が簡単化されて信頼性の向上を図ることが可能となり、さらに部品コスト及び製造コストが低減されて装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１３】
なお、上記引出パターン２２ａを迂回するためにループパターン２１の中間部位にコ字型突出パターン２３を設けたが、これによるアンテナ特性の低下は生じない。図４は本発明者によるループ法線方向の磁界強度分布の解析結果を模式的に示したものである。同図から明らかなように、図１２及び図１３に示した従来のブリッジ構造を採用したループアンテナのループ法線方向における磁界強度分布（図５）と比べても、特性にほとんど差がないことが分かる。図６は、アンテナ位置に対する近傍磁界強度分布を本実施例と従来とで対比して示したものである。同図からも明らかなように、両者の近傍磁界強度分布はアンテナのどの位置を見てもほぼ等しくなる。
【００１４】
（第２の実施形態）  
この発明の第２の実施形態は、引出パターン及びコ字型突出パターンを、ループパターンの中心線に対し非対称となる位置に形成すると共に、コ字型突出パターンの突出端の位置がループアンテナの中性点となるように、コ字型突出パターンの形成位置を設定したものである。
【００１５】
図７はこの発明の第２の実施形態におけるアンテナパターンを示す図である。同図に示すように、ループパターン３１，３２からはそれぞれ引出パターン３１ａ，３２ａが引き出され、その先端部にはそれぞれ給電端子３１ｂ，３２ｂが設けられる。また、外周側のループパターン３１はその中間部位３３が上記引出パターン３２を迂回するようにコ字型に突出形成されている。これらの引出パターン３１ａ，３２ａ及びコ字型に突出形成されたパターン（コ字型突出パターン）３３の形成位置は、ループパターン３１，３２の中心線に対し非対称となるように設定されている。
【００１６】
また、上記コ字型突出パターン３３は、その突出端の位置が上記ループパターン３１，３２等を構成する１本の導体パターンの両端から等距離にある位置、つまりループアンテナの中性点となるように形成される。この突出端には接地端子３３ａが設けられ、この接地端子３３ａは基板１の接地パターンに接続される。
【００１７】
このような構成であるから、コ字型突出パターン３３を形成して上記引出パターン３２ａを迂回するようにしている。このため、前記第１の実施形態と同様に外周側のループパターン３１と内周側のループパターン３２から引き出される引出パターン３２ａとの間に交差部分がなくなってブリッジ構造が不要となり、これにより両面印刷配線基板が不要になると共に、基板にスルーホールを設ける必要もなくなる。したがって、装置の構造が簡単化されて信頼性の向上を図ることが可能となり、さらに部品コスト及び製造コストが低減されて装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１８】
また、引出パターン３１ａ，３２ａ及びコ字型突出パターン３３がループパターン３１，３２の中心線に対し非対称となる位置に形成されている。この結果、例えば同一構造のループアンテナ装置を備えた２台の端末を重ね合わせて接近させた場合でも、両ループアンテナ間の結合損失を低減して両端末を正常に動作させることができる。
【００１９】
さらに、コ字型突出パターン３３の突出端の位置にループアンテナの中性点が設定されるようにコ字型突出パターン３３の形成位置が設定され、かつこの突出端に接地端子３３ａが設けられる。このように構成すると、中性点の位置を無線回路の接地パターンに近接させることができ、上記ループアンテナの中性点を引出線を介さずに基板１の接地パターンに接地することが可能となる。すなわち、図８の等価回路に示すように、中性点（仮想接地点）と接地パターンとの間を引出線によるインダクタンスを介することなく直接接続することが可能となる。
【００２０】
この結果、ループアンテナは平衡回路として動作することになる。このため、無線回路とループアンテナ装置との間に平衡不平衡変換回路（バラン）を設ける必要がなくなり、これによりアンテナ給電系の回路構成の簡単小型化が図れる。また、中性点と接地パターンとの間が引出線によるインダクタンスを介さずに直接接続される。このため、中性点の電位は０Ｖに固定されることになり、例えば同一端末に移動通信用の高周波帯で共振する他のアンテナが設けられている場合でも、アンテナ間の干渉の発生を低減することができる。
【００２１】
因みに、ループアンテナの両端に設けられる２つの給電端子の一方を接地する場合には、アンテナは平衡回路として動作しない。このため、平衡型の無線回路から送信電力を供給するためには、無線回路とループアンテナの給電端子との間にバランを介在させる必要があり、アンテナ給電系の回路構成が複雑かつ大型化する。
【００２２】
一方、ループアンテナを平衡回路として動作させるためにループパターン上の中性点を接地する場合、中性点が例えばループパターン３１，３２上に存在すると、この中性点を引き出し線を介して基板の接地パターンに接地しなければならない。このような構成であると、中性点と接地パターンとの間には引出線によるインダクタンスが介在することになり、このインダクタンスにより回路が２つの固有値を持つことになる。これは、インダクタンスにより分割された２つのループがミューチャルカップリングされた状態と等価になる。このため、引出線がループサイズに比べて長い場合や、同一端末内に移動通信用の高周波帯で共振する他のアンテナが設けられている場合には、干渉の増加を招くおそれがある。
【００２３】
（第３の実施形態）  
この発明の第３の実施形態は、筐体カバーにループアンテナのパターンを直接印刷形成する場合に、ループパターン部分を筐体カバーの表面側に印刷形成し、引出パターン及びコ字型突出パターンを筐体カバーの端部で折り返して当該筐体カバーの裏面側に印刷形成するように構成したものである。
【００２４】
図９乃至図１１は、この発明の第３の実施形態に係わるループアンテナ装置の構成を示すもので、図９はその表面側の構成を示す平面図、図１０は裏面側の構成を示す平面図、図１は表面側から裏面側への折り返し部分の構成を示す斜視図である。  
絶縁体からなる筐体カバー１０の表面には、図９に示すように１本の可撓性を有する導体パターンを３回渦巻き状に巻回したループパターン４１，４２，４３が印刷形成される。また、上記導体パターンの両端部はそれぞれ、図１１に示すように筐体カバー１０の端部において裏面側に折り返され、図１０に示すように筐体カバー１０の裏面に引出パターン４１ａ，４３ａとして印刷形成される。この引出パターン４１ａ，４３ａの先端部にはそれぞれ給電端子４１ｂ，４３ｂが設けられる。さらに、上記引出パターン４３ａを迂回するために、上記ループパターン４１，４２，４３のうち最外周に位置するループパターン４１及びその内側に隣接するループパターン４２の中間部も、図１１に示すように筐体カバー１０の端部において裏面側に折り返され、図１０に示すように筐体カバー１０の裏面にコ字型突出パターン４５，４６として印刷形成される。
【００２５】
このような構成であるから、スルーホールを設けることなく筐体カバー１０の裏面側に給電端子４１ｂ，４３ｂを形成することができる。このため、筐体カバー１０の表面面積に限りがありループアンテナのすべてのパターンを筐体カバー１０の表面に形成することが困難な場合でも、筐体カバー１０の防塵及び防水性を損なうことなく、筐体カバー１０の裏面を有効利用してループアンテナを形成することができる。
【００２６】
（その他の実施形態）  
前記第３の実施形態において、コ字型突出パターン４６の突出端にループアンテナの中性点が設定されるように各ループパターン４１，４２，４３の形成位置を調整し、この中性点を接地パターンに直接接地するようにしてもよい。このように構成すると、第２の実施形態と同様に、無線回路とループアンテナ装置との間にバランを設ける必要がなくなり、これによりアンテナ給電系の回路構成の簡単小型化が図れる。また、中性点と接地パターンとの間が引出線によるインダクタンスを介さずに直接接続されるため、同一端末に移動通信用の高周波帯で共振する他のアンテナが設けられている場合でも、アンテナ間の干渉の発生を低減することができる。
【００２７】
また、前記第１及び第２の実施形態では２個のループパターンを形成し、また第３の実施形態では３個のループパターンを形成した場合を例示したが、ループパターンの数は４個以上でもよい。さらに、ループパターンの形状は第１及び第２の実施形態で例示した正方形や長方形などの方形や、第３の実施形態で例示した台形以外に、六角形以上の多角形や円形、楕円形等であってもよい。また、突出パターンの形状は必ずしもコ字型に限ることはなく、Ｕ字形や卵形などであってもよい。さらに、ループアンテナのパターンを形成する基材面は必ずしも平面でなくてもよく、湾曲した面であってもよい。
【００２８】
また、前記各実施形態では、ＲＦＩＤ用のループアンテナを携帯端末に設けた場合を例にとって説明したが、携帯端末以外にもクレジットカードや定期券、身分証カードに設けるループアンテナにも本発明を適用することができ、またＲＦＩＤ以外の通信用途のループアンテナにも本発明は適用可能である。
【００２９】
要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に係わるループアンテナ装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したループアンテナ装置のアンテナパターンの形状を拡大して示す図である。
【図３】図２に示したアンテナパターンの要部構成を拡大して示す斜視図である。
【図４】図１に示したループアンテナ装置におけるループ法線方向の磁界強度分布を示す図である。
【図５】図１２に示す従来のループアンテナ装置におけるループ法線方向の磁界強度分布を示す図である。
【図６】図１に示したループアンテナ装置及び図１２に示した従来のループアンテナ装置の近傍磁界分布特性を対比して示す図である。
【図７】この発明に係わるループアンテナ装置の第２の実施形態を示すアンテナパターン図である。
【図８】図７に示したループアンテナ装置の等価回路を示す図である。
【図９】この発明に係わるループアンテナ装置の第３の実施形態を示すもので、その表面側の構成を示す図である。
【図１０】図９に示したループアンテナ装置の裏面側の構成を示す図である。
【図１１】図９に示したループアンテナ装置の表面側から裏面側への折り返し部分の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来のループアンテナ装置のアンテナパターンを示す図である。
【図１３】図１２に示したアンテナパターンの要部構成を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…片面印刷配線基板、２…アンテナ素子、２１，３１…外周側のループパターン、２２，３２…内側のループパターン、２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…引出パターン、２１ｂ，２２ｂ…給電点、２３，３３…迂回用のコ字型突出パターン、３３ａ…接地端子、１０…筐体カバー、４１，４２，４３…ループパターン、４１ａ，４３ａ…引出パターン、４１ｂ，４３ｂ…給電端子、４５，４６…迂回用のコ字型突出パターン。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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