(57)【要約】 【課題】コイルの線幅を細くして線間隔を狭めること無く、通信距離を拡大できる非接触通信用アンテナを提供する。【解決手段】電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、基板１の両面に導体パターンによるコイル２ａ、２ｂを形成すると共に、これらのコイル２ａ、２ｂをスルーホール３を介して直列に接続することにより、アンテナコイル２が形成される。裏面側のコイル２ｂの全面には、シート状の磁性体８が配設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、
基板の両面に導体パターンによるコイルを形成すると共に、これらのコイルを直列に接続して構成したアンテナコイルを備えることを特徴とする非接触通信用アンテナ。
【請求項２】
電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、
基板の両面に、当該基板を挟んで対向するように導体パターンによるコイルを形成すると共に、これらのコイルを並列に接続して構成したアンテナコイルを備えることを特徴とする非接触通信用アンテナ。
【請求項３】
前記基板の一方の面において、前記コイルの全面に渡り、または部分的にシート状の磁性体を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項４】
前記基板に、前記アンテナコイルと並列に接続され、容量調整が可能なコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁気が作用する近接領域内においてこの電磁誘導を利用して、書込装置と読出装置との間で相互にデータ通信を行い、電子決裁や本人認証等を行う非接触通信機器（例えば、携帯電話、ＩＤタグ等）が提案されている。
このような非接触通信機器には、図８に示すように、樹脂基板１の片面にエッチング加工で形成される平板状のアンテナコイル２を備えたループアンテナ（非接触通信用アンテナ）が広く使用されている。係る構造のアンテナコイルは、例えば、特許文献１に開始されている。
【特許文献１】特開２００５−９３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このようなループアンテナは、開口面積の大きさに比例して利得が大きくなることが知られており、利得を増大して通信可能距離を拡大するには、アンテナコイルの内面積を大きくすることが最も一般的とされている。
アンテナコイルの内面積を大きくするには、コイルの線幅を細くして線間隔を狭めることが考えられるが、その分、アンテナコイルの抵抗分や線間容量分が増大し、アンテナ特性が劣化するため、この方法には限界があるという問題があった。また、近年、通信機器の小型化の要求に伴ってアンテナの小型化が要求されており、非接触通信を行うのに十分な通信距離を確保することが難しくなってきている。
【０００４】
本発明は、係る問題に鑑み成されたもので、コイルの線幅を細くし、線間隔を狭めること無く、通信距離を拡大することができる非接触通信用アンテナ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】
【０００５】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、基板の両面に導体パターンによるコイルを形成すると共に、これらのコイルを直列に接続して構成したアンテナコイルを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載の本発明は、電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、基板の両面に、当該基板を挟んで対向するように導体パターンによるコイルを形成すると共に、これらのコイルを並列に接続して構成したアンテナコイルを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記基板の一方の面において、前記コイルの全面に渡り、または部分的にシート状の磁性体を配設したことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記基板に、前記アンテナコイルと並列に接続され、容量調整が可能なコンデンサを設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、基板の両面に導体パターンによるコイルを形成すると共に、これらのコイルを直列に接続してアンテナコイルを形成したので、非接触通信用アンテナを構成するアンテナコイルのターン数を一定とした場合、基板各面におけるコイルのターン数を少なくできるため、その分コイルの内面積を大きくすることができる。これにより、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明によれば、基板の両面に導体パターンによるコイルを基板を挟んで対向するように形成すると共に、これらのコイルを並列に接続してアンテナコイルを形成したので、実質的にコイルの表皮面積が増大し、非接触通信用アンテナを構成するアンテナコイルのターン数を一定とした場合のコイルの抵抗分を低減することができる。これにより、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明によれば、コイルの全面にシート状の磁性体を配設することにより、この磁性体による磁気的シールド効果により、コイル近傍に導電体（金属板等）が存在した場合の、磁界による渦電流を低減できるため、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
また、この磁性体を部分的に配置し、その大きさ等によりコイルのインダクタンスを調整することにより、コイルの共振周波数を調整することができるため、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明によれば、基板に、アンテナコイルと並列に、容量可変のコンデンサを設けたので、このコンデンサの容量を調整することにより、コイルの共振周波数を調整することができるため、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
先ず、図１〜図３に基づいて本発明に係る非接触通信用アンテナの第１の実施の形態を説明する。図１は非接触通信用アンテナの表面図および裏面図および一部断面図、図２は非接触通信用アンテナの構成を示す模式図、図３は非接触通信用アンテナの外観斜視図である。
【００１４】
第１の実施形態による非接触通信用アンテナは、図１〜図３に示すように、単層で成る方形枠状の樹脂基板１の表面と裏面の両面に導体パターンによる周回コイル２ａ、２ｂがエッチング加工により形成され、これらコイル２ａ、２ｂの一端部同士が樹脂基板１を通して接続されることにより、コイル２ａとコイル２ｂとの直列接続による一つの非接触通信用のアンテナコイル２が構成される例である。また、このような形状のアンテナでは、方形枠状の樹脂基板１の内側空間部を利用して、当アンテナコイル２が接続される図示しない非接触通信機器（例えば、携帯電話、ＩＤタグ等）の回路基板や部品等が配置される場合が多い。
【００１５】
上述のアンテナコイル２の構造を更に詳しく説明すれば、図２に示すように、樹脂基板１の表面側に巻数３ターンのコイル２ａが形成され、樹脂基板１の裏面側に巻数２ターンのコイル２ｂが形成され、これらコイル２ａとコイル２ｂの一端部同士がスルーホール３を介して上下に接続されて、総巻数５ターンのアンテナコイル２が構成されている。また、これらコイル２ａ、２ｂの開放端部にランドパターンによる外部接続用電極４、５が形成され、これら外部接続用電極４、５間に上述した図示しない非接触通信機器の回路基板等が接続されるようになっている。
【００１６】
また、樹脂基板１の表面側には、複数（３個）のチップコンデンサ７が実装されていると共に、その近傍（樹脂基板が多層構造の場合は内層）には、図２に示すように、僅かな隙間をおいて平面的に対向する一対の四角形の電極パターンで構成される平板コンデンサ６が形成されており、これらチップコンデンサ７と平板コンデンサ６が導体パターン１１やスルーホール１２等を介して上述の外部接続用電極４、５に並列に接続されている。尚、図２において、符号１４、１５は上述のチップコンデンサ７が面実装されるラウンドパターンである。
この平板コンデンサ６の電極部分をレーザ等によりパターン加工（切削）することで、その容量値を微調整することができる。
これらチップコンデンサ７と平板コンデンサ６により、上述したアンテナコイル２と並列に接続される共振コンデンサ１０が構成され、チップコンデンサ７で共振コンデンサ１０の基本容量値が決定され、その基本容量値が付装の平板コンデンサ６の可変容量値で調整できるように構成されている。
【００１７】
さらに、樹脂基板１の裏面には、コイル２ｂの全体を覆うようにコイル２ｂの形状に合わせた枠形シート状の磁性体８（例えば、金属磁性体）が両面粘着テープ等の接着部材９により貼着され、これにより、図３に示す薄い角形枠状の非接触通信用アンテナが構成される。
【００１８】
上記した第１の実施形態による非接触通信用アンテナでは、樹脂基板１の両面に導体パターンによるコイル２ａ、２ｂが形成されると共に、これらのコイル２ａ、２ｂがスルーホール３を介して直列に接続されて一つのアンテナコイル２を構成するので、非接触通信用アンテナを構成するアンテナコイル２のターン数を一定とした場合、基板各面におけるコイル２ａ、２ｂのターン数を基板片面のみにコイルを形成した場合のほぼ半分に削減できることになり、その分の余剰スペースを利用して、アンテナコイル２の内面積を大きくすることができる。従って、当構成のアンテナコイル２の場合は、基板両面のコイル２ａ、２ｂの各ターン数を極力同数に近づけることが有効である。これにより、アンテナ特性が改善され、非接触通信機器の通信可能距離を拡大できる。
【００１９】
また、基板裏面側のコイル２ｂのほぼ全面にシート状の磁性体８が配設されるので、この磁性体８による磁気的シールド効果によって磁界がコイル２ｂ側に寄った状態となり、磁界の漏れが減少するため、コイル２ｂの近傍に導電体（金属板等）が存在した場合の、磁界により発生する渦電流を低減することができる。これにより、アンテナ特性が改善され、非接触通信機器の通信可能距離を拡大できる。
さらには、コイル２ｂのほぼ全面に貼り付けた磁性体８の一部を切り取ったり、或いは、この磁性体８をコイル２ｂのほぼ全面ではなく、その一部分（部分的）に貼り付けたりすることにより、アンテナコイル２のインダクタンスを調整し、アンテナコイル２の共振周波数を調整することができるため、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【００２０】
また、平板コンデンサ６の電極を切削することで、共振コンデンサ１０の容量を調整し、アンテナコイル２の共振周波数を調整することにより、上記同様に、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
尚、共振周波数の調整については、アンテナコイル２のインダクタンス調整と共振コンデンサ１０の容量調整を併用することも勿論可能である。
【００２１】
次ぎに、図４、図５に基づいて本発明に係る非接触通信用アンテナの第２の実施の形態を説明する。図４は非接触通信用アンテナの表面図および裏面図および一部断面図、図５は非接触通信用アンテナの構成を示す模式図である。
【００２２】
第２の実施形態による非接触通信用アンテナは、図４、図５に示すように、方形枠状の樹脂基板１の表面と裏面の両面に導体パターンによる周回コイル２ａ、２ｂが形成され、これらのコイル２ａ、２ｂの対向両端部同士が樹脂基板１を通して接続されることにより、コイル２ａとコイル２ｂの並列接続による一つの非接触通信用のアンテナコイル２が構成される例である。
【００２３】
更に詳しくは、図５に示すように、樹脂基板１の表面側に巻数５ターンのコイル２ａが形成され、裏面側に同じ巻数（５ターン）のコイル２ｂが上記コイル２ａに対向して形成されており、そして、これらコイル２ａ、２ｂの両端部にそれぞれ外部接続用電極４、５が形成され、これら外部接続用電極４、５同士がスルーホールにて接続されている（すなわち、コイル２ａ、２ｂが並列に接続される）。これにより、樹脂基板１を挟んで同時巻きされた総巻数５ターンのアンテナコイル２が構成される。従って、第２の実施形態では、コイル２ａとコイル２ｂを同時巻きとするために双方のターン数は一致させておく必要がある。
【００２４】
また、この第２実施形態においても、第１の実施形態と同様、導体パターン１６、１７、スルーホール１２等を介して上述の外部接続用電極４、５に並列に接続されチップコンデンサ７と容量調整が可能な平板コンデンサ６とによる共振コンデンサ１０が具備されていると共に、基板裏面側において、コイル２ｂのほぼ全面を覆うように、コイル形状に合わせた枠形シート状の磁性体８が接着部材９により貼着されるというアンテナ構造を有するもので、これらの作用効果は上述した第１の実施形態と同様である。
【００２５】
上記構成の非接触通信用アンテナでは、樹脂基板１の両面に導体パターンによるコイル２ａ、２ｂがそれぞれ対向して形成されると共に、これらのコイル２ａ、２ｂが並列に接続されるので、非接触通信用アンテナを構成するアンテナコイル２の実質的な表皮面積が増大されることになり、アンテナコイル２のターン数を一定とした場合のアンテナコイル２の抵抗分を低減することができる。これにより、アンテナ特性が改善され、非接触通信機器の通信可能距離を拡大できる。
尚、この場合、基板両面のコイル２ａ、２ｂが不規則にずれた状態に配置されていても良いが、アンテナコイル２の内面積を大きくするためには、各コイル２ａ、２ｂが基板１を挟んで重なり合うように対向配置されて、基板両面に共通するコイルの非形成部分が広く確保されることが好ましい。
【００２６】
以上、説明した、第１、第２実施形態による非接触通信用アンテナは、両面粘着テープ等の接着部材９により、非接触通信機器のケース裏側等に固定されて使用されるものであって、図７は、本実施形態の非接触通信用アンテナ２０が携帯電話機３０の裏ケース３０ａの内側に配設された場合を示している。
【００２７】
次ぎに、本発明による非接触通信用アンテナの効果を確認するため、共振周波数１３．５６ＭＨｚにおけるアンテナ特性の確認試験を行った。
図６は非接触通信用アンテナにおける並列容量（すなわち、アンテナ周波数
）に対する認識距離の変移を示し、図中の（イ）は図１に示す本発明の第１の実施の形態による非接触通信用アンテナの特性、（ロ）は図４に示す本発明の第２の実施の形態による非接触通信用アンテナの特性、（ハ）は図８に示す従来の非接触通信用アンテナの特性を示している。アンテナコイル２のターン数は、何れも５ターンとした。
尚、確認試験は、これらの非接触通信用アンテナを組み込んだ非接触通信機器を用い、外部書込装置との間でデータ通信を行い、その際の通信可能距離を測定した。
【００２８】
図６によれば、従来のアンテナ特性（ハ）では、共振周波数における認識距離が９０ｍｍであるのに対し、本発明の場合、アンテナ特性（イ）では、認識距離が約９４ｍｍ、アンテナ特性（ロ）では、認識距離が約９２ｍｍである。この結果より、本発明の非接触通信用アンテナは、従来に比べて認識距離が拡大されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による非接触通信用アンテナを示し、（ａ）は表面側を示す図、（ｂ）は裏面側を示す図、（ｃ）は一部拡大断面図。
【図２】同、第１の実施形態による非接触通信用アンテナの構成を示す模式図。
【図３】同、第１の実施形態による本発明に係る非接触通信用アンテナの外観斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態による非接触通信用アンテナを示し、（ａ）は表面側を示す図、（ｂ）は裏面側を示す図、（ｃ）は一部拡大断面図。
【図５】同、第２の実施形態による非接触通信用アンテナの構成を示す模式図。
【図６】非接触通信用アンテナの特性を示す図。
【図７】本発明に係る非接触通信用アンテナを携帯電話機に搭載した状態を示す図。
【図８】従来の非接触通信用アンテナを示し、（ａ）は表面側を示す図、（ｂ）は裏面側を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板（樹脂基板）
２  アンテナコイル
２ａ、２ｂ  コイル
３  スルーホール
８  磁性体
１０  コンデンサ（共振コンデンサ）
２０  非接触通信用アンテナ
【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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