(57)【要約】【課題】複数のループで構成されるループアンテナにおいて、ループ同士の導電体間で発生する寄生容量を抑え、Ｑ値の劣化を防止する。【解決手段】ループアンテナ１０は、多層構造の絶縁基板１２内で３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを一続きに連結したコイルを有している。個々のループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ正三角形状をなしており、互いの配置は周方向に角度α（＝４０°）ずつずれている。このため、ループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの辺がどの箇所であっても互いに平行になることはなく、それによって寄生容量の発生を最小限に抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のコイル軸線の周りに導電体で形成された複数のループを有し、これら複数のループが一続きに連なった状態で前記コイル軸線の方向に進行する螺旋形状をなすことにより、前記コイル軸線の周りでみて同一の方向に電流が流れる１本の導電路を形成するコイルを備え、
前記コイルは、
個々の前記ループが前記コイル軸線を中心とする円に対して非相似の図形状をなし、かつ、複数の前記ループ同士でみて前記図形に含まれる線が互いに平行となることを回避するべく個々の前記ループが前記コイル軸線の周りに変位した状態で配置されていることを特徴とするループアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のループアンテナにおいて、
個々の前記ループが多角形状をなしており、複数の前記ループ同士でみて前記多角形の辺が互いに平行となることを回避した状態で個々の前記ループが配置されていることを特徴とするループアンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載のループアンテナにおいて、
個々の前記ループが正多角形状をなし、かつ、複数の前記ループ同士でみて前記正多角形における重心の位置が前記コイル軸線の方向で互いに重なりあうとともに、３６０度を前記正多角形の辺数（Ｍ）と前記コイルの巻数（Ｎ）との積（Ｍ・Ｎ）で除した角度ずつ個々の前記ループが前記コイル軸線の周りに変位した状態で配置されていることを特徴とするループアンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のループアンテナにおいて、
前記コイルを保持する多層構造の絶縁基板をさらに備え、
個々の前記ループは、前記絶縁基板の異なる層に配線パターンとして形成されていることを特徴とするループアンテナ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載のループアンテナにおいて、
個々の前記ループが金属製の線材から構成されており、かつ、他の物体を介在することなく空間内にて螺旋形状を保持していることを特徴とするループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＨＦ帯域を使用したＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用の通信機器に用いられるループアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦＩＤ用の通信機器に用いられるループアンテナを複数巻きのコイルとして構成する場合、隣接するループ間での容量結合を防止するため、ループ同士が長手方向に重ならない配置を採用した先行技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
こうした先行技術は、ループ間（近接した導電体間）に生じる寄生容量をなるべく小さく抑えることで、例えばＲＦＩＤリーダ／ライタとＩＣカードとの磁気結合を用いた通信時のヌルポイント現象を解消し、ループアンテナとしてのＱ値を向上することを目的としたものである。
【特許文献１】特開２００５−２２３４０２号公報（段落０００５〜０００６、図６）
【特許文献２】特開平１１−２７２８２６号公報（段落００２６、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した先行技術の手法はあくまで、ある程度の長い区間にわたって導電体同士が近接しない配置を採用するだけに留まっており、依然として導電体同士が部分的に平行に配置される箇所が存在している（例えば、上記特許文献１の図６、特許文献２の図７）。このため先行技術の手法では、僅かずつでもループ間に寄生容量が発生する余地が残されているため、それ以上のＱ値の改善は望めないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、ループ間で発生する寄生容量を極限まで少なく抑え、Ｑ値の劣化を極力防止することができる技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のループアンテナは、複数のループで構成されたコイルを備える。複数のループは、所定のコイル軸線の周りに導電体で形成されており、コイルは複数のループが一続きに連なった状態で構成されている。このとき複数のループは、コイル軸線の方向に進行する螺旋形状をなしている。これによりコイル全体として、コイル軸線の周りでみて同一の方向に電流が流れる１本の導電路を形成することができる。
【０００７】
その上で本発明は、複数のループが互いに平行となる箇所がない（周方向でどの箇所でも平行にならない）配置を採用することで上記の課題を解決する。すなわち本発明におけるコイルは、個々のループがコイル軸線を中心とする円に対して非相似の図形状をなすとともに、複数のループ同士でみて上記の図形に含まれる線が互いに平行となることを回避するべく個々のループがコイル軸線の周りに変位した状態で配置されている。
【０００８】
本発明では、個々のループが円図形と相似しない図形状であるため、このような形状のループ同士がたとえ重なり合ったとしても、これらを互いに周方向に変位させて（ずらして）配置すれば、図形の線（辺や曲線の一部）が互いに平行となる箇所をなくすことができる。このため、僅かずつでもループ間に寄生容量が発生することを排除することができるので、ループアンテナとしてのＱ値を向上することができる。
【０００９】
また本発明のループアンテナは、以下の構成であることが好ましい。
【００１０】
（１）個々のループが多角形状をなしている。この場合、複数のループ同士でみて多角形の辺が互いに平行となることを回避した状態で個々のループが配置されている。
【００１１】
すなわち多角形状は、円に対して非相似の図形状であることから、このような形状のループを周方向にずらして配置すれば、それぞれの辺が平行とならない配置を容易に実現することができる。これにより、ループ間に発生する寄生容量を極力小さく抑えるとともに、Ｑ値の向上を図ることができる。
【００１２】
（２）上記（１）において個々のループが正多角形状をなしており、複数のループ同士でみて、正多角形における重心の位置がコイル軸線の方向で互いに重なりあっている（正多角形の構成する面の法線方向において重心が同一直線上に位置している）。そして、３６０度を正多角形の辺数（Ｍ）とコイルの巻数（Ｎ）との積（Ｍ・Ｎ）で除した角度ずつ、個々のループがコイル軸線の周りに変位した状態で配置されている。
【００１３】
この場合、正多角形の辺数（角数）とコイルの巻数に応じて個々のループを均等にずらして配置することができる。これにより、どの箇所でもループ同士の辺（導電体）が互いに平行となる箇所を設けない配置を容易に実現することができ、それによってＱ値を極限まで向上することができる。
【００１４】
（３）本発明のループアンテナは、コイルを保持する多層構造の絶縁基板をさらに備えてもよい。この場合、個々のループは、絶縁基板の異なる層に配線パターンとして形成されていることが好ましい。
【００１５】
上記の構成であれば、絶縁基板を用いてループアンテナ全体の変形を抑えることができ、それだけ実用性が向上する。
【００１６】
（４）あるいは、上記（３）とは別に、本発明において個々のループが金属製の線材から構成されていてもよい。そしてコイルは、他の物体を介在することなく空間内にて螺旋形状を保持している。
【００１７】
このような構成であれば、個々のループ間の距離をさらに拡大しやすくなるので、それだけ寄生容量が少なくなり、よりＱ値を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のループアンテナは、僅かずつでも寄生容量の発生する箇所を極力排除することで、Ｑ値を最大限まで向上することができる。これにより、ループアンテナを用いて磁気結合による無線通信が行われる場合であっても、ヌルポイント現象の発生を抑えることができる。このため本発明のループアンテナは、例えばＲＦＩＤ用のリーダ／ライタを設置した自動改札機に対して、ＩＣカードを所持したユーザが相対的に移動しながら無線通信（磁気結合）が行われる用途にも好適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、例えばＲＦＩＤ用のリーダ／ライタに使用されるループアンテナ１０の第１実施形態を概略的に示した平面図である。第１実施形態のループアンテナ１０は、多層構造を有する絶縁基板１２（例えばＬＴＣＣ）に実装された状態で、１つのアンテナモジュールとして構成されている。以下、ループアンテナ１０の構造について説明する。
【００２１】
ループアンテナ１０は、第１ループ１０ａ、第２ループ１０ｂ及び第３ループ１０ｃから構成されている。このうち第１ループ１０ａは、例えば絶縁基板１２の第１層１２ａ（基板表面）に配線パターンとして形成されている。また第２ループ１０ｂは第２層１２ｂ、そして第３ループ１０ｃは第３層１２ｃにそれぞれ配線パターンとして形成されている。なお、絶縁基板１２がグリーンシートを２枚だけ積層した構造（いわゆる３層基板）である場合、第３ループ１０ｃは絶縁基板１２の内層ではなく裏面層に形成されていてもよい。
【００２２】
また、これら３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、絶縁基板１２内でビア１４，１６を介して一続きに連結されている。すなわち、第１ループ１０ａと第２ループ１０ｂとは、ビア１４を介して相互に接続されており、また第２ループ１０ｂと第３ループ１０ｃとは、絶縁基板１２の内層にてビア１６を介して相互に接続されている。これにより、３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが全体として３回巻き（３ターン）のコイルを構成している。
【００２３】
なお、絶縁基板１２の表面（第１層１２ａ）には、それぞれ接続ランド１０ｄ，１０ｅとともに配線パターン１１，１３が形成されており、第３ループ１０ｃの一端は、ビア１８を介して一方の配線パターン１３に接続されている。また第１ループ１０ａは、第１層１２ａにて他方の配線パターン１１に接続されている。そして、絶縁基板１２の表面には図示しない整合回路が形成されており、ループアンテナ１０は上記の接続ランド１０ｄ，１０ｅを介して整合回路に接続されている。また絶縁基板１２の表面には、例えば図示しないチップ部品や発振器（ＡＣ電源）等の電子部品が実装されており、これら電子部品もまたループアンテナ１０に接続されている。
【００２４】
３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを連結したコイルは、絶縁基板１２の厚み方向（絶縁基板１２に対して垂直方向）に延びる仮想的なコイル軸線を有している。そして各ループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、いずれも仮想的なコイル軸線の周りに形成されている。また、上記のように３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが一続きに連結されることで、これらループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが全体として仮想的なコイル軸線の方向に進行する螺旋形状を形成している。このようなコイルにおいて、各ループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃはコイル軸線の周りでみて同一の方向に電流が流れる１本の導電路を形成している。
【００２５】
〔ループの形状〕
第１実施形態では、３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃがいずれも幾何学的な図形状（この例では正三角形状）をなしている。このような図形は、コイル軸線を中心として仮想的に描かれる円に対して非相似となる図形の一例である。
【００２６】
〔ループの配置〕
また３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれの正三角形における重心の位置（図中符号Ｐｇ）が絶縁基板１２の厚み方向（コイル軸線の方向）に互いに重なり合っており、それゆえ重心の位置（Ｐｇ）は平面視で１点に集中している。
【００２７】
さらに３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、互いにコイル軸線の周方向に角度α（＝４０°）ずつ変位した状態で配置されている。この角度αは、正三角形の辺数Ｍ（＝３）にコイルの巻数Ｎ（＝３）を乗じた値（＝９）で３６０°を除した角度（＝３６０°／（３×３））である。したがって３つのループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれの正三角形における辺がどこをとっても互いに平行とならない配置となっている。
【００２８】
第１実施形態のループアンテナ１０によれば、各ループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの辺が互いに平行となることを避けた状態で配置されているため、コイル内で隣接するループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが互いに容量結合することを確実に防止することができる。特に、周方向でどの部分をとってもループ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが互いに平行となる箇所がないため、部分的に平行な箇所がある先行技術（上述した特許文献１，２）の構造と比較すると、第１実施形態の構造によるＱ値の改善効果は極めて高い。
【００２９】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態のループアンテナ２０を概略的に示した平面図である。以下の説明では、第１実施形態と共通する構成については図示も含めて同じ符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００３０】
第２実施形態のループアンテナ２０は、第１ループ２０ａ及び第２ループ２０ｂの２つのループから構成されている。このうち第１ループ２０ａは、絶縁基板１２の第１層１２ａに配線パターンとして形成されており、第２ループ２０ｂは第２層１２ｂに配線パターンとして形成されている。なお第２実施形態の場合、第２ループ２０ｂは絶縁基板１２の内層ではなく裏面層に形成されていてもよい。
【００３１】
また、２つのループ２０ａ，２０ｂは、絶縁基板１２内でビア２４を介して一続きに連結されている。なお第２実施形態では、２つのループ２０ａ，２０ｂが全体として２回巻き（２ターン）のコイルを構成している。その他の接続ランド２０ｄ，２０ｅやビア２６、配線パターン２１，２３、図示しない整合回路等の機能については第１実施形態と同様である。
【００３２】
第２実施形態においても、２つのループ２０ａ，２０ｂを連結することで一続きのコイルが形成されている。その他については第１実施形態と同様である。
【００３３】
〔ループの配置〕
第２実施形態では、ループ２０ａ，２０ｂの配置の角度β（＝６０°）が第１実施形態と異なっている。すなわち角度βは、正三角形の辺数Ｍ（＝３）にコイルの巻数Ｎ（＝２）を乗じた値（＝６）で３６０°を除した角度（＝３６０°／（３×２））である。なお第２実施形態においても、２つのループ２０ａ，２０ｂは、それぞれの正三角形における辺がどこをとっても互いに平行とならない配置となっている。
【００３４】
第２実施形態のループアンテナ２０においても同様に、コイル内で隣接するループ２０ａ，２０ｂが互いに容量結合することを防止することができるため、より高いＱ値を実現することができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
次に図３は、第３実施形態のループアンテナ３０を概略的に示した平面図である。以下、第１，第２実施形態との相違点を中心に説明するものとする。
【００３６】
第３実施形態のループアンテナ３０は、各ループ３０ａ，２０ｂの形状が正方形をなしている。この場合、ループ３０ａ，３０ｂの配置の角度γ（＝９０°）が第１，第２実施形態と異なる。すなわち、角度γは、正方形の辺数Ｍ（＝４）にコイルの巻数Ｎ（＝２）を乗じた値（＝８）で３６０°を除した角度（＝３６０°／（４×２））である。また第３実施形態においても、２つのループ３０ａ，３０ｂは、それぞれの正方形における辺がどこをとっても互いに平行とならない配置となっていることはこれまでと同様である。
【００３７】
また、ビア３４による接続関係や、接続ランド３０ｄ，３０ｅ、ビア３６、配線パターン２１，２３、図示しない整合回路等の機能については第２実施形態と同様である。
【００３８】
そして第３実施形態のループアンテナ２０においても同様に、コイル内で隣接するループ３０ａ，３０ｂが互いに容量結合することを防止することができるため、より高いＱ値を実現することができる。
【００３９】
〔その他の実施形態〕
上記の第１〜第３実施形態では、ループの形状として多角形状（正多角形状）を例に挙げているが、ループは円に相似しない図形であればよいので、例えば楕円形状や長円形状であってもよい。また、ループを多角形状とする場合、辺の長さ及び角の大きさが全て等しくない多角形状であってもよい。
【００４０】
第１〜第３実施形態では、絶縁基板１２を用いてループアンテナを支持する構造を採用しているが、ループアンテナは、導電体自身の剛性によって自立する構造であってもよい。例えば、各実施形態においてループを金属製の線材で構成することにより、線材自身の剛性を利用して空間内でコイルの形態を保持する構造を採用することができる。この場合、絶縁基板等でコイルを保持する構造と比較して、容量結合がさらに起こりにくくなるので、よりＱ値を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態のループアンテナを概略的に示した平面図である。
【図２】第２実施形態のループアンテナを概略的に示した平面図である。
【図３】第３実施形態のループアンテナを概略的に示した平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，２０，３０    ループアンテナ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  ループ
１２    絶縁基板
１４，１６，１８  ビア
２０ａ，２０ｂ  ループ
３０ａ，３０ｂ  ループ
Ｐｇ    重心（図心）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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