JP3337865B2 - 合成ループアンテナ - Google Patents
合成ループアンテナInfo
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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-
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
使用するループアンテナに関する。さらに詳しくは、本
発明は、本来の通信エリア内では高い強度の磁界を発す
るが、ループアンテナからの距離が大きくなるにしたが
って、急激に磁界強度が減衰し、通信エリア外では所定
の磁界強度以下にすることができる合成ループアンテナ
に関する。
中波、短波又はVHF帯等の通信に使用するアンテナと
して多用されている。例えば、質問器(リーダ/ライ
タ)と応答器(カード)との間で信号の授受を行う非接
触式ICカードシステムの通信用アンテナとして、図7
に示すような単一のループコイルからなる微小ループア
ンテナ1が使用されている。
磁界強度は、ループアンテナからの距離が大きくなるに
したがって、順次その距離の3乗、2乗、1乗に反比例
して減衰していく。そこで、良好な通信品質を確保しつ
つ通信距離を長くするため、ループアンテナの放射磁界
強度を上げる必要が生じている。
アンテナの放射磁界強度を上げることは近隣機器又は近
隣通信系への干渉や妨害につながる。よって、無制限に
ループアンテナの放射磁界強度を上げることはできな
い。電波法でもループアンテナからの所定の距離におけ
る電磁界強度を所定のレベル以下に制限している。
距離通信系においては、ループアンテナからの放射磁界
強度の制限上、通信品質を確保することができないとい
う問題が度々生じていた。
アンテナを用いて合成ループアンテナを構成し、通信エ
リア内では十分な磁界強度が確保されるが、合成ループ
アンテナから所定距離の通信エリア外の点では磁界強度
が0となるように、その点の磁界強度を測定しつつ各ル
ープアンテナの巻数、電流等の要素を調整することが考
えられる。
定距離の点における磁界強度が0となるように調整して
も、その点からさらに離れた地点では再度磁界強度が強
まることが考えられる。これに対しては、磁界強度を0
に調整する点を合成ループアンテナから無限遠方に設定
することも考えられるが、無限遠方の磁界強度を測定し
つつその点の磁界強度を0に調整することは実際上不可
能である。
解決しようとするものであり、本来の通信エリア内では
高い強度の磁界強度を有するが、アンテナからの距離が
大きくなるにしたがって急激に磁界強度が減衰し、通信
エリア外では確実に磁界強度を所定の値以下とすること
ができる合成ループアンテナを得ることを目的としてい
る。
め、本発明は、複数のループアンテナを組み合わせた合
成ループアンテナを製造する方法において、合成ループ
アンテナから該合成ループアンテナの送信波長の距離範
囲内であって通信エリア外の任意の2点の磁界強度を測
定し、その2点間での磁界強度が、特定の式にしたがっ
て減衰するように、各ループアンテナの径、巻数、方向
及び電流の絶対値の少なくとも一つの要素を調整するこ
とを特徴とする合成ループアンテナの製造方法を提供す
る。
ープアンテナから該合成ループアンテナの送信波長の距
離範囲内での磁界強度が、特定の式にしたがって合成ル
ープアンテナからの距離の略3〜5乗に反比例して減衰
するように、ループアンテナの径、巻数、方向、電流の
絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素が調整
されている。
を調整することにより、アンテナから無限遠に至るま
で、磁界強度はアンテナからの距離が大きくなるにした
がって減少するようになる。したがって、本発明によれ
ば、通信エリア内では十分に高い磁界強度を確保しつ
つ、通信エリア外の磁界強度を低減させ、近隣機器又は
近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑制することが可能
となる。
外の無限遠方での磁界強度を測定するのではなく、合成
ループアンテナから該合成ループアンテナの送信波長の
距離範囲内にある任意の2点の磁界強度を測定し、その
2点間での磁界強度の減衰の程度に基づいて、ループア
ンテナの半径、巻数、方向又は電流の絶対値というパラ
メータを調整することにより実際的に行うことができ
る。特に、合成ループアンテナを構成する個々のループ
アンテナとは別個に、ループアンテナのアンテナ回路に
可変インダクタンス、可変キャパシター又は可変抵抗を
接続してこれらを調整することにより、あるいはループ
アンテナの周囲に金属箔等を配し、その金属箔の配置や
面積を調整することにより、合成ループアンテナの磁界
強度の調整作業を容易に行うことが可能となる。
明する。
図である。同図の合成ループアンテナは、内側ループア
ンテナ3-1と外側ループアンテナ3-2との2つのループ
アンテナを1本の導線を用いて同一平面上に形成したも
のである。本発明においては、この合成ループアンテナ
2aの磁界強度が、この合成ループアンテナ2aの送信
波長の距離範囲内において、特定の式にしたがい、合成
ループアンテナ2aからの距離の略3〜5乗に反比例し
て減衰するように、合成ループアンテナ2aを構成する
個々の内側ループアンテナ3-1又は外側ループアンテナ
3-2を調整するが、まず、この点について説明する。
(r,θ,ψ)に2つの微小ループアンテナc1 、c2
をおいた場合に、個々のループアンテナc1 、c2 から
十分に離れた地点(無限遠方を含む地点)P(r,θ,
ψ)の磁界強度Hは次式で近似することができる。
ナc1 、c2 に対応している。
電流 ni:個々のループアンテナの巻数 Si:個々のループアンテナを構成する閉曲線で囲まれ
た面積 ω :信号角周波数 k=2π/λ (λ :波長) μ :透磁率
) したがって、P点での合成磁界は
を、
ら十分遠方の地点で合成磁界を0とできることがわか
る。しかし、通信エリア外の無限遠方に至るまでの磁界
強度を所定の値以下とするために、無限遠方の地点の磁
界強度を測定しつつ、その地点の磁界強度を0に調整す
ることは不可能である。
ナの送信波長の距離範囲内の地点、即ち、ループアンテ
ナc1 、c2 が送信する電磁波の波長より短い距離にあ
る地点Pでの磁界強度を考える。この地点Pでの磁界強
度は、それよりも遠方の地点と同様に表すことはできな
いが、ループアンテナc1 、c2 が円形である場合に、
その中心軸上の距離rにおける磁界成分Hriは、次式
で近似できる。
である。) したがって、合成磁界Hrは次式のように表される。
(2)のように近似することができる。
波の波長より短い距離の範囲内では、式(1)を満たす
ように個々の円形ループアンテナを設定した場合に、磁
界強度が、円形ループアンテナからの距離の5乗に反比
例して減衰すると近似できることがわかる。
形ループアンテナを調整しようとしても、実際上は、そ
のループアンテナの径の誤差、巻数誤差、電流誤差、そ
の他種々の影響を受けるので、磁界強度は、円形ループ
アンテナからの距離の5乗に厳密に反比例して減衰する
のではなく、n乗(n>3)、通常は略3〜5乗に反比
例して減衰することとなる。したがって、本発明におい
ては、磁界強度が合成ループアンテナからの距離の略3
〜5乗に反比例して減衰するようにループアンテナを調
整する。
テナc1 、c2 が円形であり、それらが図5に示したよ
うに同一平面上にある場合について説明したが、個々の
ループアンテナが円形でない場合あるいはそれらが同一
平面上にない場合にも、ループアンテナc1 、c2 が送
信する電磁波の波長より短い距離の範囲内について、合
成磁界強度を上記の近似式(2)に準じて得ることがで
きる。したがって、本発明の合成ループアンテナは、そ
れを構成する複数のループアンテナが円形であって、そ
れらが同一平面上に配されている場合に限られることは
ない。
乗に反比例して減衰するように、合成ループアンテナを
構成している個々のループアンテナを調整する具体的方
法としては、例えば、図1に示した合成ループアンテナ
2aの場合、合成ループアンテナの送信波長の距離範囲
内であって通信エリア外の任意の2地点の磁界強度を測
定し、その2地点間の磁界強度の減衰の状態が、合成ル
ープアンテナ2aからの距離の5乗に反比例するように
(即ち、前述の式(1)
側ループアンテナ3-2のアンテナのパラメータを適宜調
整すればよい。この場合、アンテナのパラメータとして
は、アンテナ径、巻数、方向及び電流の絶対値をあげる
ことができるが、アンテナ径を調整することは実際上困
難であるため、通常は巻数や電流を調整する。
ついて、合成ループアンテナからの距離と磁界強度との
関係は、図6に実線で示したように、距離の5乗に反比
例し磁界強度が減衰するので、通信エリア内では高い磁
界強度を有するが、距離が大きくなるにしたがって急激
に磁界強度が減衰し、通信エリア外でも磁界強度は無限
遠で0となるように減衰する。したがって、本来の通信
エリア内では高い通信品質を確保しつつ近隣機器又は近
隣通信系への干渉や妨害を抑制することが可能となる。
比較のために、単一のループアンテナであって、上記実
施例と放射磁界強度が等しいものについて、そのループ
アンテナからの距離と磁界強度との関係を図6に合わせ
て示す。このように単一のループアンテナによると、ア
ンテナからの距離に応じた磁界強度の減衰の程度が少な
いため、本来の通信エリア内で高い磁界強度を確保でき
るようにすると、通信エリア外の磁界強度を十分に低下
させることができず、近隣機器又は近隣通信系に悪影響
が及ぼされることとなる。
成ループアンテナ2bは、図1の内側ループアンテナ3
-1と外側ループアンテナ3-2に、磁界強度微調整手段と
して、フェライトコア可変インダクター4を接続したも
のである。
回して形成する場合には、コアのような固定部材に導線
を巻回す場合と異なり、所定の位置に精度よく巻回すこ
とが困難である。そのため、合成ループアンテナからの
距離の5乗に反比例して磁界強度が減衰するように調整
することも困難となる。即ち、上述の式(2)におい
て、ループアンテナc2 が所期の半径r2に対してαの
誤差を有していた場合、式(2)は次式のように表さ
れ、
界強度の減衰の程度が小さくなることがわかる。合成ル
ープアンテナにフェライトコア可変インダクター4を設
けると、このようなループアンテナの巻き回し精度のず
れに起因する磁界強度のずれを容易に補正することがで
きる。また、磁界強度がループアンテナからの距離の5
乗に反比例して減少するようにするための条件
成ループアンテナ2cも実施例2と同様に磁界強度微調
整手段として、フェライトコア可変インダクター4を接
続したものであるが、フェライトコア可変インダクター
4の接続位置が実施例2と異なっている。
成ループアンテナ2dは、内側ループアンテナ3-1と外
側ループアンテナ3-2を、基板5上の銅箔6をパターニ
ングすることにより形成したものである。また、磁界強
度微調整手段として、磁界強度微調整用パターン7を、
同様に基板5上の銅箔6のパターニングにより形成した
ものである。
により、個々のループアンテナ3-1、3-2を形成する
と、1本の導線を巻回して形成する場合に比して精度よ
く形成できるので好ましく、また、個々のループアンテ
ナと磁界強度微調整用パターンとを同時に形成できると
いう利点も有する。
界強度がこの合成ループアンテナ2cからの距離の5乗
に反比例して減少するように調整する場合、磁界強度微
調整用パターン7を適宜剥離又は追加することにより、
容易に調整を行うことができる。
は高い強度の磁界強度を有するが、アンテナからの距離
が大きくなるにしたがって急激に磁界強度が減少し、通
信エリア外では確実に磁界強度を所定の値以下とするこ
とができる。
える場合のモデル図である。
る。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数のループアンテナを組み合わせた合
成ループアンテナを製造する方法において、合成ループ
アンテナから該合成ループアンテナの送信波長の距離範
囲内であって通信エリア外の任意の2点の磁界強度を測
定し、その2点間での磁界強度の減衰の状態を、次式 【数1】 (式中、H r は合成ループアンテナの合成磁界強度 r 1 、r 2 は、合成ループアンテナを構成する第1、第
2のループアンテナの半径 n 1 は、合成ループアンテナを構成する第1のループア
ンテナの巻数 I 1 は、合成ループアンテナを構成する第1のループア
ンテナを流れる電流 S 1 は、合成ループアンテナを構成する第1のループア
ンテナを構成する閉曲線で囲まれた面積 rは、合成ループアンテナからの距離 である) に基づいて 各ループアンテナの径、巻数、方向及び電流
の絶対値の少なくとも一つの要素で調整することを特徴
とする合成ループアンテナの製造方法。 - 【請求項2】 合成ループアンテナの磁界強度を微調整
する磁界強度微調整手段を設け、該磁界強度微調整手段
により調整する請求項1記載の合成ループアンテナの製
造方法。 - 【請求項3】 磁界強度微調整手段として、アンテナ回
路に可変インダクタンス、可変キャパシター又は可変抵
抗を設けるか、あるいはループアンテナの周囲に金属箔
を設ける請求項2記載の合成ループアンテナの製造方
法。 - 【請求項4】 各ループアンテナを略円形とし、それら
を同一平面上に配する請求項1〜3のいずれかに記載の
合成ループアンテナの製造方法。
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