JP4218044B2 - ３次元アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物品に付けるタグ等の無接触形のＩＣカードや、小形の携帯用通信端末等に特に好適に使用することができる３次元アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物流システムや在庫管理システム等において、物品の種類や送り先等を識別するために物品に付けて使用する無接触形のＩＣカード式のタグや、小形の携帯用通信端末等には、使用周波数に適合するアンテナが組み込まれている。
【０００３】
従来のアンテナは、２次元のコイル状に形成され、ループアンテナとして機能し、通信用のＩＣモジュールと組み合わせることにより、外部からの到来電波を受信してＩＣモジュールに作動用の電力を供給したり、外部機器との間において情報伝達用の電波を送受信したりすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、アンテナは、ループアンテナとして機能しているから、指向特性が鋭く、電波の送受信方向が狭く限定され、通信の安定性に欠けることがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に配置する第１、第２、第３のコイルを組み合わせることによって、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を簡単に実現することができる３次元アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置する第１、第２、第３のコイルをそれぞれアンテナエレメントとしてなり、第１、第２のコイルは、それぞれ個別の円柱状のコア入りのコイルとし、第３のコイルは、軸方向の長さが巻径より短い円板状のコア入りのコイルとし、各コアは、フェライトによって形成し、第１、第２、第３のコイルは、順不同に直列接続して共通の通信用のＩＣモジュールに接続することをその要旨とする。
【０００８】
また、第１、第２、第３のコイルは、共通の基板に搭載してもよく、第３のコイル用のコアは、軸方向の長さを第１、第２のコイル用の各コアの同一の径相当に設定してもよい。
【０００９】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、第１、第２、第３のコイルは、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に指向特性を有するアンテナエレメントとして作動するから、それらを組み合わせることによりそれぞれの指向特性を合成し、全体として、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を実現することができる。
【００１０】
第１、第２、第３のコイルは、直列接続することにより、全体のインダクタンスを大きくし、使用周波数に対して容易に共振させ、外部回路に対して容易に整合させることができる。なお、第１、第２、第３のコイルは、順不同に直列接続してよいものとする。
【００１１】
第１、第２、第３のコイルは、コア入りのコイルとしてそれぞれのインダクタンスを一層大きくすることができる。なお、このときのコアは、フェライトを含む低損失の高磁性材料によって形成することが好ましい。
【００１２】
共通の基板に搭載する第１、第２、第３のコイルは、基板を介して相対位置を正しく位置決めし、基板上のパターンを介して簡単に接続することができる。ただし、基板は、絶縁性のプリント基板を使用することができる。
【００１３】
第３のコイルの軸方向の長さを第１、第２のコイルの径相当に設定すれば、第３のコイルは、第１、第２のコイルを含むＸ−Ｙ平面に設置するとき、上下に過大に突出することがなく、全体厚さを最小にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
３次元アンテナＡＴは、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置してなる（図１、図２）。ただし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、適当な３次元空間における仮想軸である。また、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、共通の基板１１上に搭載されている。
【００１６】
基板１１は、適当な絶縁性のプリント基板から形成され、線状のパターン１１ａ、１１ｂ、ランド１１ｃが形成されている。第１、第２のコイルＬx 、Ｌy は、それぞれ個別の円柱状のコアＣＡx 、ＣＡy が挿入されており、径Ｄx ＝Ｄy のコア入りのコイルに形成されている。また、第３のコイルＬz は、上下のフランジ付きの円板状のコアＣＡz に保持されている。円板状のコアＣＡz は、軸方向の長さＨz が巻径より短く、軸方向の長さＨz ≒Ｄx ＝Ｄy に設定されており、コアＣＡz の一方のフランジには、通信用のＩＣモジュールＭが搭載されている。
【００１７】
ＩＣモジュールＭには、共振用、インピーダンス整合用のコンデンサＣ1 、Ｃ2 と、通信用ＩＣチップＭ1 とが一体に組み込まれている（図１、図３）。ＩＣモジュールＭは、第３のコイルＬz の一端に直接接続され、基板１１上のパターン１１ｂを介して第２のコイルＬy の一端に接続されている。第３のコイルＬz の他端は、基板１１上のパターン１１ａを介して第１のコイルＬx の一端に接続され、第１のコイルＬx の他端は、基板１１上のランド１１ｃを介して第２のコイルＬy の他端に接続されている。すなわち、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、パターン１１ａ、１１ｂ、ランド１１ｃを介して直列接続されている。なお、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、それぞれのインダクタンスがほぼ同一に設定されており、ＩＣモジュールＭとともに、適当なシール材ＳＬを介して基板１１上に固定されている（図２）。
【００１８】
３次元アンテナＡＴの送受信感度試験データの一例を図４に示す。ただし、図４（Ａ）は、同図（Ｂ）のように、３次元アンテナＡＴと、周波数１２５kHz の電波Ｓを送受信するリードライタＴとを横方向に相対移動させるとき、両者間の安定の通信可能範囲を水平距離Ｌh 、垂直距離Ｌv により図示している。なお、図４（Ａ）の一点鎖線は、第３のコイルＬz だけによる比較データである。
【００１９】
すなわち、図４（Ａ）によれば、３次元アンテナＡＴは、第３のコイルＬz だけの場合（同図の一点鎖線）に比して、垂直方向の送受信感度がやや劣るものの、水平方向に約３０％増の範囲にまで安定な通信可能範囲を拡大することができ、垂直距離Ｌv を過大にしない限り、水平距離Ｌh の広い範囲に対して良好な通信性能を維持し得ることがわかる。
【００２０】
また、図５は、他の送受信感度試験データである。図５（Ａ）は、同図（Ｂ）のように、３次元アンテナＡＴとの相対角度θ方向に図４と同様のリードライタＴを移動させ、両者間の安定な通信可能範囲を送受信距離Ｌs 、水平距離Ｌh 、垂直距離Ｌv として図示している。図５（Ａ）によれば、３次元アンテナＡＴは、第３のコイルＬz だけの場合（同図の一点鎖線）に比して、相対角度θ＝９０°において送受信距離Ｌs が約１０％減となるが、相対角度θ＝６０°において送受信距離Ｌs がほぼ同一となり、相対角度θ＝４５°、θ＝３０°において、それぞれ約５０％増、約７５％増の送受信距離Ｌs が得られ、相対角度θ＝０°において、約２００％増の送受信距離Ｌs が得られることがわかる。
【００２１】
すなわち、３次元アンテナＡＴは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を含む３次元空間の全方向に対し、良好な無指向特性を実現することができる。
【００２２】
この発明に係る３次元アンテナＡＴは、通勤、通学用の定期券や、携帯者の身分を証明するための身分証明カード、物品に付けるタグ等に通信用のＩＣモジュールＭとともに組み込んで無接触形のＩＣカードとし、その移動方向や姿勢等に拘らず、対応するリードライタＴとの間に良好な通信性能を確保することができる。外部機器と交信する携帯用通信端末等についても、全く同様である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置する第１、第２、第３のコイルをアンテナエレメントとすることにより、第１、第２、第３のコイルは、それぞれの指向特性を合成し、全体として、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を実現することができるから、無接触形のＩＣカードや小形の携帯用通信端末等に応用するとき、電波の送受信方向に制約がなく、通信の安定性を大きく向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 全体構成分解斜視説明図
【図２】 図１のＡ−Ａ線矢視相当拡大断面図
【図３】 等価回路図
【図４】 指向特性説明線図（１）
【図５】 指向特性説明線図（２）
【符号の説明】
Ｄx 、Ｄy …径
Ｈz …長さ
Ｌx …第１のコイル
Ｌy …第２のコイル
Ｌz …第３のコイル
ＣＡx 、ＣＡy 、ＣＡz …コア
１１…基板
【発明の属する技術分野】
この発明は、物品に付けるタグ等の無接触形のＩＣカードや、小形の携帯用通信端末等に特に好適に使用することができる３次元アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物流システムや在庫管理システム等において、物品の種類や送り先等を識別するために物品に付けて使用する無接触形のＩＣカード式のタグや、小形の携帯用通信端末等には、使用周波数に適合するアンテナが組み込まれている。
【０００３】
従来のアンテナは、２次元のコイル状に形成され、ループアンテナとして機能し、通信用のＩＣモジュールと組み合わせることにより、外部からの到来電波を受信してＩＣモジュールに作動用の電力を供給したり、外部機器との間において情報伝達用の電波を送受信したりすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、アンテナは、ループアンテナとして機能しているから、指向特性が鋭く、電波の送受信方向が狭く限定され、通信の安定性に欠けることがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に配置する第１、第２、第３のコイルを組み合わせることによって、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を簡単に実現することができる３次元アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置する第１、第２、第３のコイルをそれぞれアンテナエレメントとしてなり、第１、第２のコイルは、それぞれ個別の円柱状のコア入りのコイルとし、第３のコイルは、軸方向の長さが巻径より短い円板状のコア入りのコイルとし、各コアは、フェライトによって形成し、第１、第２、第３のコイルは、順不同に直列接続して共通の通信用のＩＣモジュールに接続することをその要旨とする。
【０００８】
また、第１、第２、第３のコイルは、共通の基板に搭載してもよく、第３のコイル用のコアは、軸方向の長さを第１、第２のコイル用の各コアの同一の径相当に設定してもよい。
【０００９】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、第１、第２、第３のコイルは、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に指向特性を有するアンテナエレメントとして作動するから、それらを組み合わせることによりそれぞれの指向特性を合成し、全体として、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を実現することができる。
【００１０】
第１、第２、第３のコイルは、直列接続することにより、全体のインダクタンスを大きくし、使用周波数に対して容易に共振させ、外部回路に対して容易に整合させることができる。なお、第１、第２、第３のコイルは、順不同に直列接続してよいものとする。
【００１１】
第１、第２、第３のコイルは、コア入りのコイルとしてそれぞれのインダクタンスを一層大きくすることができる。なお、このときのコアは、フェライトを含む低損失の高磁性材料によって形成することが好ましい。
【００１２】
共通の基板に搭載する第１、第２、第３のコイルは、基板を介して相対位置を正しく位置決めし、基板上のパターンを介して簡単に接続することができる。ただし、基板は、絶縁性のプリント基板を使用することができる。
【００１３】
第３のコイルの軸方向の長さを第１、第２のコイルの径相当に設定すれば、第３のコイルは、第１、第２のコイルを含むＸ−Ｙ平面に設置するとき、上下に過大に突出することがなく、全体厚さを最小にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
３次元アンテナＡＴは、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置してなる（図１、図２）。ただし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、適当な３次元空間における仮想軸である。また、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、共通の基板１１上に搭載されている。
【００１６】
基板１１は、適当な絶縁性のプリント基板から形成され、線状のパターン１１ａ、１１ｂ、ランド１１ｃが形成されている。第１、第２のコイルＬx 、Ｌy は、それぞれ個別の円柱状のコアＣＡx 、ＣＡy が挿入されており、径Ｄx ＝Ｄy のコア入りのコイルに形成されている。また、第３のコイルＬz は、上下のフランジ付きの円板状のコアＣＡz に保持されている。円板状のコアＣＡz は、軸方向の長さＨz が巻径より短く、軸方向の長さＨz ≒Ｄx ＝Ｄy に設定されており、コアＣＡz の一方のフランジには、通信用のＩＣモジュールＭが搭載されている。
【００１７】
ＩＣモジュールＭには、共振用、インピーダンス整合用のコンデンサＣ1 、Ｃ2 と、通信用ＩＣチップＭ1 とが一体に組み込まれている（図１、図３）。ＩＣモジュールＭは、第３のコイルＬz の一端に直接接続され、基板１１上のパターン１１ｂを介して第２のコイルＬy の一端に接続されている。第３のコイルＬz の他端は、基板１１上のパターン１１ａを介して第１のコイルＬx の一端に接続され、第１のコイルＬx の他端は、基板１１上のランド１１ｃを介して第２のコイルＬy の他端に接続されている。すなわち、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、パターン１１ａ、１１ｂ、ランド１１ｃを介して直列接続されている。なお、第１、第２、第３のコイルＬx 、Ｌy 、Ｌz は、それぞれのインダクタンスがほぼ同一に設定されており、ＩＣモジュールＭとともに、適当なシール材ＳＬを介して基板１１上に固定されている（図２）。
【００１８】
３次元アンテナＡＴの送受信感度試験データの一例を図４に示す。ただし、図４（Ａ）は、同図（Ｂ）のように、３次元アンテナＡＴと、周波数１２５kHz の電波Ｓを送受信するリードライタＴとを横方向に相対移動させるとき、両者間の安定の通信可能範囲を水平距離Ｌh 、垂直距離Ｌv により図示している。なお、図４（Ａ）の一点鎖線は、第３のコイルＬz だけによる比較データである。
【００１９】
すなわち、図４（Ａ）によれば、３次元アンテナＡＴは、第３のコイルＬz だけの場合（同図の一点鎖線）に比して、垂直方向の送受信感度がやや劣るものの、水平方向に約３０％増の範囲にまで安定な通信可能範囲を拡大することができ、垂直距離Ｌv を過大にしない限り、水平距離Ｌh の広い範囲に対して良好な通信性能を維持し得ることがわかる。
【００２０】
また、図５は、他の送受信感度試験データである。図５（Ａ）は、同図（Ｂ）のように、３次元アンテナＡＴとの相対角度θ方向に図４と同様のリードライタＴを移動させ、両者間の安定な通信可能範囲を送受信距離Ｌs 、水平距離Ｌh 、垂直距離Ｌv として図示している。図５（Ａ）によれば、３次元アンテナＡＴは、第３のコイルＬz だけの場合（同図の一点鎖線）に比して、相対角度θ＝９０°において送受信距離Ｌs が約１０％減となるが、相対角度θ＝６０°において送受信距離Ｌs がほぼ同一となり、相対角度θ＝４５°、θ＝３０°において、それぞれ約５０％増、約７５％増の送受信距離Ｌs が得られ、相対角度θ＝０°において、約２００％増の送受信距離Ｌs が得られることがわかる。
【００２１】
すなわち、３次元アンテナＡＴは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を含む３次元空間の全方向に対し、良好な無指向特性を実現することができる。
【００２２】
この発明に係る３次元アンテナＡＴは、通勤、通学用の定期券や、携帯者の身分を証明するための身分証明カード、物品に付けるタグ等に通信用のＩＣモジュールＭとともに組み込んで無接触形のＩＣカードとし、その移動方向や姿勢等に拘らず、対応するリードライタＴとの間に良好な通信性能を確保することができる。外部機器と交信する携帯用通信端末等についても、全く同様である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置する第１、第２、第３のコイルをアンテナエレメントとすることにより、第１、第２、第３のコイルは、それぞれの指向特性を合成し、全体として、３次元空間の全方向に対して良好な無指向特性を実現することができるから、無接触形のＩＣカードや小形の携帯用通信端末等に応用するとき、電波の送受信方向に制約がなく、通信の安定性を大きく向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 全体構成分解斜視説明図
【図２】 図１のＡ−Ａ線矢視相当拡大断面図
【図３】 等価回路図
【図４】 指向特性説明線図（１）
【図５】 指向特性説明線図（２）
【符号の説明】
Ｄx 、Ｄy …径
Ｈz …長さ
Ｌx …第１のコイル
Ｌy …第２のコイル
Ｌz …第３のコイル
ＣＡx 、ＣＡy 、ＣＡz …コア
１１…基板
Claims (3)
- Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に向けて配置する第１、第２、第３のコイルをそれぞれアンテナエレメントとしてなり、前記第１、第２のコイルは、それぞれ個別の円柱状のコア入りのコイルとし、前記第３のコイルは、軸方向の長さが巻径より短い円板状のコア入りのコイルとし、前記各コアは、フェライトによって形成し、前記第１、第２、第３のコイルは、順不同に直列接続して共通の通信用のＩＣモジュールに接続することを特徴とする３次元アンテナ。
- 前記第１、第２、第３のコイルは、共通の基板に搭載することを特徴とする請求項１記載の３次元アンテナ。
- 前記第３のコイル用のコアは、軸方向の長さを前記第１、第２のコイル用の各コアの同一の径相当に設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の３次元アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33516599A JP4218044B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | ３次元アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33516599A JP4218044B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | ３次元アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001156527A JP2001156527A (ja) | 2001-06-08 |
| JP4218044B2 true JP4218044B2 (ja) | 2009-02-04 |
Family
ID=18285499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33516599A Expired - Fee Related JP4218044B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | ３次元アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2851995A1 (en) | 2013-09-17 | 2015-03-25 | Alps Electric Co., Ltd. | Antenna device |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4634166B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2011-02-16 | 株式会社東海理化電機製作所 | アンテナ装置及びそれを備えた携帯機 |
| JP4754839B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2011-08-24 | 株式会社東海理化電機製作所 | アンテナ装置及びそれを備えた携帯機 |
| JP3121577U (ja) * | 2006-03-02 | 2006-05-18 | 株式会社スマート | 偏心磁性体コイルシステム |
| US7973729B2 (en) * | 2006-08-08 | 2011-07-05 | Sensormatic Electronics, LLC | Thin-film EAS and RFID antennas |
| ES2459892B1 (es) * | 2012-11-12 | 2015-03-10 | Premo S L | Antena tridimensional |
| JP2018182686A (ja) * | 2017-04-21 | 2018-11-15 | 日本発條株式会社 | 携帯型無線通信装置、および携帯型無線通信装置を用いる情報識別装置 |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33516599A patent/JP4218044B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2851995A1 (en) | 2013-09-17 | 2015-03-25 | Alps Electric Co., Ltd. | Antenna device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001156527A (ja) | 2001-06-08 |
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Legal Events
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080610 |
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| A521 | Written amendment |
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