WO2004029869A1 - アンテナ装置及びアンテナ装置を用いた通信装置 - Google Patents

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WO2004029869A1
WO2004029869A1 PCT/JP2003/010985 JP0310985W WO2004029869A1 WO 2004029869 A1 WO2004029869 A1 WO 2004029869A1 JP 0310985 W JP0310985 W JP 0310985W WO 2004029869 A1 WO2004029869 A1 WO 2004029869A1
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card
antenna
loop coil
loop
communication device
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PCT/JP2003/010985
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Hiraku Akiho
Yutaka Okazaki
Akihiro Kikuchi
Kazuo Goto
Kazuhiko Urayama
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Sony Corporation
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    • H01Q7/04—Screened antennas

Definitions

  • the present invention relates to a reader / writer antenna device for writing and reading data to and from a non-contact type IC card that inductively couples an electromagnetic field, and an antenna device for the reader / writer.
  • the present invention relates to a communication device using the same.
  • this RFID system includes a non-contact IC card 100 and a reader / writer 101 that writes and reads data to and from the IC card 100 in a flash. It is configured.
  • this RFID system when an electromagnetic field is radiated from the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side based on the principle of electromagnetic induction, the radiated electromagnetic field is inductively coupled to the loop on the IC card 100 side. It is magnetically coupled with one antenna 103, and communication is performed between the IC card 100 and the reader / writer 101.
  • an RFID system unlike the conventional contact-type C-card system, there is no need to load the IC card into the reader / writer or bring the metal contacts into contact. Can be written and read.
  • an IC card is transmitted from an electromagnetic field transmitted from a reader / writer 101. Since the necessary power is supplied to the memory card 100, there is no need to provide a power source such as a battery in the IC card, and it is possible to provide a low-cost, highly reliable IC card with excellent maintainability. it can.
  • a loop antenna 1002 capable of radiating an electromagnetic field having a certain magnetic field strength is used. Must be provided on the reader / writer side.
  • the loop antenna 102 for the reader / writer 101 includes a loop coil 200 in which a conducting wire is wound in a plane as shown in FIG.
  • the loop coil 200 is formed in a symmetrical shape in which the intervals and the line widths between the windings facing each other across the center are equal.
  • FIG. 4 shows the force position dependence of the current intensity induced in the IC card 100 by the loop antenna 100.
  • the position is opposite to the center of the loop coil 200.
  • Two communicable areas S and S 2 ′ are formed. Specifically, the communicable area S ⁇ 'is generated from each of four sides of the loop antenna 102 of the reader / writer 101 and the loop antenna 103 of the IC card 100 facing each other.
  • the magnetic field is in an ideal coupling state where it is inductively coupled at each position, if it is outside this communicable area S, the magnetic field generated by the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side Since the magnetic fields intersecting with the loop antenna 103 on the IC card 100 cancel each other out in the central region where the direction of the direction is reversed, the induced current becomes lower than the level required for communication. Furthermore, when going outward, communication is possible because only one of the four sides of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side and the loop antenna 103 on the IC card 100 side is connected to each other. A communicable region S 2 ′ where the induced current is smaller and narrower than the smaller region appears.
  • the origin 0 on the horizontal axis is the loop antenna on the reader / writer 101 side.
  • N indicates the center position of 102, and the positive direction indicates the direction in which IC card 100 is directed outward from origin 0.
  • the vertical axis indicates the induced current intensity generated by the magnetic field of the loop antenna 102 on the reader / writer 101 side by the electromagnetic induction in the loop antenna 103 on the IC card 100 ° side.
  • the area where the value is equal to or larger than the value indicated by the dotted line s' is the area where communication is possible.
  • An object of the present invention is to provide a novel antenna device that can solve the problems of the conventional technology as described above and a communication device using the antenna device.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna device for a reader / writer capable of expanding the communicable range between an IC card and a reader / writer by controlling and effectively using a radiation electromagnetic field distribution.
  • An object of the present invention is to provide a communication device using this antenna device.
  • An antenna device is an antenna device for performing data communication with a non-contact type IC card by electromagnetic induction coupling, in which a conductive wire is wound in a plane shape, and is opposed to each other across a center portion of the wound wire.
  • a loop coil having an asymmetric shape with a different interval between the windings and a lead means for supplying power to the loop coil are provided.
  • the side where the winding interval of the loop coil is wider than the other winding interval is the IC card This is the side that expands the communicable range with.
  • the loop coil has a smaller planar area than the loop antenna of the non-contact IC card that is electromagnetically coupled.
  • the loop coil has a plurality of positions of the winding interval wider than the first winding interval.
  • the loop coil has a substantially rectangular shape including four straight portions.
  • the present invention is a communication device for performing data communication with a non-contact type IC card by electromagnetic induction coupling, wherein the antenna provided in the non-contact type IC card is electromagnetically coupled with an antenna, And a demodulating means for modulating transmission data to a predetermined carrier signal for communicating with an IC card, and a demodulating means for demodulating received data transmitted from an electromagnetically coupled IC card.
  • the antenna is disposed at a predetermined position of the communication device housing at a position where it can be electromagnetically coupled with a non-contact IC force, and is formed in a substantially flat-loop shape with a conductive wire wound into a loop. In addition to being a coil, the winding intervals of the windings facing each other across the center of the loop are different.
  • the winding interval of this loop coil which is wider than the other winding interval, is arranged near the position where the IC card communicates on the housing of the communication device.
  • the communication device according to the present invention is handheld.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional RFID system.
  • FIG. 2 is a plan view showing a conventional R / W loop antenna.
  • Fig. 3 is a characteristic diagram showing the magnetic field distribution of a conventional R / W loop antenna.
  • C Fig. 4 is a graph showing the performance of the conventional R / W loop antenna in communication with the IC force.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the RFID system according to the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing an antenna device according to the present invention.
  • 7A to 7C are characteristic diagrams showing magnetic field distributions by the antenna device according to the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing another example of the antenna device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing still another example of the antenna device according to the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing still another example of the antenna device according to the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a communication terminal device using the antenna device according to the present invention.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram illustrating a magnetic field distribution of the antenna device arranged in the communication terminal device.
  • FIG. 13 is a graph showing the performance of communication with an IC card by the antenna device according to the present invention, as induced current characteristics.
  • the FID system includes a non-contact type IC card 1 and a reader which is a recording and / or reproducing device for writing and reading data to and from the IC card 1.
  • Writer hereinafter referred to as R / W 50.
  • the IC card 1 is, for example, a batteryless IC card having no power supply such as a battery compliant with IS 078010.
  • This IC card is the same size as a so-called credit card, that is, it is formed in the shape of a rectangular plate with a size enough to fit in the palm of a hand.
  • 'IC card 1 is connected to an electromagnetic field on a substrate provided inside it. It has a loop antenna 2 for transmitting and receiving data, and an IC (Integrated Circuit) 3 on which electronic circuits for performing various processes for writing and reading data are integrated.
  • the loop antenna 2 includes a loop coil 4 in which a conductive wire is wound in a plane, and forms a resonance circuit together with a capacitor 5 connected in parallel with the loop coil 4.
  • the loop antenna 2 is a loop antenna on the R / W 50 side, which will be described later. After the combined electromagnetic field is converted into an electric signal, the electric field is supplied to IC 3.
  • the IC 3 is provided with a rectifier circuit 6 for rectifying and smoothing the electric signal supplied from the loop coil 4, a regulator 7 for converting the electric signal supplied from the rectifier circuit 6 into DC power, and a rectifier circuit 6.
  • the rectifier circuit 6 includes a diode 13, a resistor 14, and a capacitor 15. Among these, the anode terminal of diode 13 is connected to one end of loop coil 4 and capacitor 5, the force source terminal of diode 13 is connected to one end of resistor 14 and capacitor 15 and resistor 14 and capacitor The other end of 15 is connected to the other end of the loop coil 4 and the capacitor 5.
  • the rectifier circuit 6 outputs an electric signal obtained by rectifying and smoothing the electric signal supplied from the loop coil 4 to the regulator 7 and the HPF 8.
  • the regulator 7 is connected to the cathode terminal of the diode 13 of the rectifier circuit 6, the resistor 14, and one end of the capacitor 15.
  • the regulator 7 suppresses voltage fluctuation due to the data component of the electric signal supplied from the rectifying circuit 6 and stabilizes the voltage, and then supplies it to the sequencer 10 as DC power.
  • voltage fluctuations that may cause malfunction of the sequencer 10 or the like for example, voltage fluctuations caused by the movement of the position of the IC card 1 and fluctuations in power consumption in the IC card 1 are suppressed.
  • HPF 8 is constituted by the capacitor 1 6 and the resistor 1 7, extracts a high frequency component of the electrical signal supplied from the rectifier circuit 6 described above, c demodulation circuit 9 to be output to the demodulation circuit 9, the above-described
  • the HPF 8 is connected to the other end of the capacitor 16 and one end of the resistor 17.
  • the HPF 8 demodulates a high-frequency component signal input from the HPF 8 and outputs the signal to the sequencer 10.
  • the sequencer 10 has a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) therein, and is connected to the demodulation circuit 9 described above.
  • the sequencer 10 stores the signal input from the demodulation circuit 9 as a command in the RAM, analyzes the signal according to a program built in the ROM, and stores the signal in the memory as necessary based on the analysis result. 1 Read the data stored in 1. Alternatively, the data supplied from the demodulation circuit 9 is written into the memory 11. The sequencer 10 generates a response signal and returns it to the modulation circuit 12 in order to return a response corresponding to the command.
  • the memory 11 is composed of a non-volatile memory such as EEPR ⁇ M (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) that does not require power to hold data, and is connected to the above-described sequencer 10.
  • the memory 11 stores data supplied from the demodulation circuit 9 based on the analysis result of the sequencer 1 °.
  • the modulation circuit 12 is composed of a series circuit of an impedance 18 and an FET (Field Effect Transistor) 19, of which one end of the impedance 18 is connected to the power source terminal of the diode 13 of the rectifier circuit 6 described above.
  • the other end of the impedance 18 is connected to the drain terminal of the FET 19, the source terminal of the FET 19 is connected to the contact point, and the gate terminal of the FET 19 is connected to the sequencer 10 .
  • the modulation circuit 12 is connected in parallel with the loop coil 4 constituting the above-described resonance circuit, and causes the FET 19 to perform a switching operation in response to a signal from the sequencer 10 to provide an impedance 1 to the loop coil 4. It employs a so-called additional modulation method that varies the load of 8.
  • the R / W 50 includes a control circuit 51 for controlling data to be transmitted and received, a modulation circuit 52 for modulating data and power for operating the IC card 1, and a received data. And a loop antenna 54 for transmitting and receiving data by coupling to an electromagnetic field.
  • the control circuit 51 generates control signals for various controls according to, for example, an external command or a built-in program, controls the modulation circuit 52 and the demodulation circuit 53, and generates transmission data corresponding to the command.
  • the signal is supplied to the modulation circuit 52.
  • the control circuit 51 generates reproduction data based on response data from the demodulation circuit 53. And output to the outside.
  • the transmitter modulates the transmission data input from the control circuit 51, and supplies the modulated signal to the loop antenna 54.
  • the demodulation circuit 53 demodulates the modulated wave from the loop antenna 54 and supplies the demodulated data to the control circuit 51.
  • the loop antenna 54 is composed of a loop coil in which a conducting wire is wound in a plane, radiates an electromagnetic field corresponding to the modulated wave supplied from the modulation circuit 52, and a loop coil 4 on the IC force 1 side. Detect load fluctuations.
  • the loop antenna 54 may be connected with a resonance capacitor in parallel or in series according to the antenna drive circuit system of the R / W 50.
  • the control circuit 51 of the R / W 50 performs a write command based on the command.
  • a write data corresponding to the command is generated.
  • the modulation circuit 52 modulates the amplitude of the oscillation signal based on the input signal and supplies the modulated signal to the loop antenna 54.
  • the loop antenna 54 radiates an electromagnetic wave corresponding to the input modulated signal.
  • the resonance frequency of the resonance circuit including the loop coil 4 and the capacitor 5 of the IC card 1 is set to, for example, 13.56 MHz as a value corresponding to the oscillation frequency that becomes the carrier frequency from R / W 5 °. Have been.
  • This resonance circuit receives the radiated electromagnetic field by a resonance operation, converts the received electromagnetic field into an electric signal, and supplies the electric signal to the IC 3.
  • the converted electric signal is input to a rectifier circuit 6, rectified and smoothed by the rectifier circuit 6, and then supplied to a regulator 7.
  • the regulator 7 suppresses voltage fluctuation due to the data component of the electric signal supplied from the rectifier circuit 6 and stabilizes the voltage, and then supplies it to the sequencer 10 as DC power.
  • the signal rectified and smoothed by the rectification circuit 6 is supplied to the HPF 8 via the modulation circuit 12, where the high frequency component is extracted, and then supplied to the demodulation circuit 9.
  • the demodulation circuit 9 demodulates the input high frequency component signal and supplies it to the sequencer 10. Then, the sequencer 10 uses the signal input from the demodulation circuit 9 as a command and sends it to the RAM.
  • the data is stored, analyzed in accordance with a program stored in the ROM, and the write data supplied from the demodulation circuit 9 is written to the memory 11 based on the analyzed result.
  • the sequencer 10 reads the read data corresponding to the command from the memory 11.
  • the sequencer 1 0, corresponding to the read data, P 1 ET 1 9 of the modulation circuit 1 2 is Suidzuchingu operation. That is, in the modulation circuit 12, when the FET 19 is turned on, the loop coil 4 is connected in parallel to the impedance 18, and when the FET 19 is turned off, the impedance 18 and the loop coil 4 are connected. The parallel connection with is released. As a result, the impedance of the loop antenna 54 on the R / W 50 side magnetically coupled to the loop antenna 2 on the IC force 1 side changes in accordance with the read data.
  • the terminal voltage of the loop antenna 54 changes in accordance with the change in the impedance, and the RZW 50 receives the read data by demodulating this change by the demodulation circuit 53.
  • communication is performed between the IC card 1 and the R / W 50, and writing / reading of data to / from the IC card 1 is performed without contact by the R / W 50. It is.
  • the antenna device 60 configured as shown in FIG. 6 is used.
  • an antenna device 60 includes a loop coil 61 for inductively coupling an electromagnetic field, and a main coil on the opposite side of the main surface of the loop coil 61 opposite to the IC card 1. And a magnetic sheet 62 arranged opposite the surface.
  • the loop coil 61 is formed by, for example, etching a flexible insulating film such as polyimide or a conductive metal foil film such as electrolytic copper formed on both surfaces of the substrate 63. .
  • the method of manufacturing the loop coil 61 is not limited to the above-described example. For example, a method in which a conductor pattern serving as the loop coil 61 is printed using a conductor paste such as a silver paste or a metal target may be used.
  • a conductor pattern that becomes the loop coil 61 may be formed on the substrate by performing spattering.
  • the loop coil 61 has a space between the windings opposed to each other across the center thereof. It has an asymmetric shape with different line widths in one direction. That is, the loop coil 61 has an upper winding portion 6 la in which the distance between the windings and the line width are wide in one direction corresponding to the vertical direction indicated by the arrow Z in FIG. It has a lower winding portion 6 lb in which the spacing between the lines and the line width are reduced.
  • the magnetic field distribution by the antenna device 60 is, as shown in FIGS. 7A to 7C, a center cross section in the direction of the arrow Z orthogonal to the long side of the rectangular antenna and a center section in the direction of the arrow X orthogonal to the short side.
  • the upper side 61 b where the space between the windings of the loop coil 61 and the line width are widened is asymmetrical. It becomes something.
  • the loop coil 61 has an asymmetric shape, and by controlling the radiated magnetic field distribution by the loop coil 61, the communication between the IC force 1 and the R / W 50 is performed. It is possible to increase the possible range and shift the communicable position in one direction.
  • the magnetic field reaches a wider range than the magnetic field distribution on the Z2 side, which is the line spacing. This is because the magnetic field intensity at point P1 is equal to the magnetic field at point P2 at points P1 and P2, which are equidistant on the Z1 side and Z2 side when the intersection point with the H axis in the Z axis direction is the origin. It is weaker than the strength, and the magnetic field density on the P1 side is low as a whole, but the magnetic field spreads over a wide range, and the communicable position shifts.
  • the magnetic field distribution on the Z2 side which has substantially the same winding interval as the conventional one, is substantially the same as the magnetic field distribution when the winding interval is equal as in the conventional example.
  • the size of the loop coil 61 can be made smaller than that of the loop coil 4 on the IC force 1 side, so that further miniaturization is possible.
  • the antenna device 60 according to the present invention is not limited to the antenna device shown in FIGS. 7A to 7C in which the intervals and the line widths between the windings of the loop coil 61 are simultaneously different. As shown in FIG. 8, only the interval between the windings of the loop coil 61 may be different. Further, the one direction in which the loop coil 61 is asymmetrically formed can be set to any direction in which the radiated magnetic field distribution should be widened. For example, as shown in FIG. 9 and FIG.
  • the loop coil 61 may have an asymmetric shape in which the interval and the line width between the windings are different, In the arrow Z direction and the arrow X direction, an asymmetric shape in which the interval and the line width between the windings of the loop coil 61 are different may be used.
  • the loop coil 61 shown in FIG. 9 has a lower side 61 a in which the interval between the windings and the line width are narrower in the direction of the arrow Z, and a wider space and the line width between the windings.
  • the left side 6 1 c has an upper side 6 lb and the distance between the windings and the line width are narrower in the direction of the arrow X, and the right side has a wider distance and the line width between the windings. Part side 6 1 d.
  • the loop coil 61 shown in FIG. 10 has, in the direction of the arrow Z, a lower side 61 a where the interval between the windings is narrower and an upper side 6 lb where the interval between the windings is wider. In the direction of the arrow X, the left side 61 c where the interval between the windings and the line width are narrowed, and the right side 61 d where the interval between the windings and the line width are widened And.
  • the antenna device 60 can control the radiated magnetic field distribution of the loop coil 61 according to the direction in which the loop coil 61 is asymmetrical. It is possible to arbitrarily adjust the read / write position of / W50. This means that when the installation area of the loop coil 61 is specified, it is particularly effective when the communication range with the IC card 1 is to be increased only in a specific direction.
  • the above-described antenna device 6 ° is used as the loop antenna 54 for the R / W 50.
  • This communication terminal device 70 is a small electronic device that can be carried by a user called a PDA (Personal Digital Assistant).
  • PDA Personal Digital Assistant
  • the information communication function, storage function, camera function, etc. are integrated into one module. It has the following structure.
  • the communication terminal device 70 has a main body 71 and a panel 72, and the panel 72 can be opened and closed with respect to the main body 71 via a hinge mechanism 73.
  • Main unit An input unit 74 including operation buttons and the like for performing various operations is provided in the unit 71. Below the input unit 74, the above-described antenna device 60 of the R / W 50 is arranged. Is placed.
  • a microcomputer for controlling each part is provided inside the main body 71.
  • the panel section 72 is provided with a display section 75 composed of a liquid crystal display panel.
  • the operation state by the input section 74 and the data read out from the IC card 1 by the R / W 50 are displayed. It can be displayed under the control of the CPU.
  • the hinge mechanism 73 has a CCD camera 76 mounted thereon, and the input unit 74 can be operated to display an image captured by the CCD camera 76 on the display unit 75.
  • the communication terminal device 70 to which the present invention is applied is made of, for example, a nonmetallic case made of a high-rigidity plastic material or the like in order to secure rigidity when the device is made small, lightweight, and thin.
  • the housing is not limited to such non-metallic ones, and may include a metal such as a Mg alloy, for example.
  • the loop coil 61 of the antenna device 60 is arranged so that the above-described one direction is the scanning direction of the IC card 1, and the IC card 1 is connected to the input unit 74 of the communication terminal device 70.
  • the scanning is performed from the opposite side, that is, from the lower side 61a where the space between the windings of the loop coil 61 and the line width are reduced.
  • the magnetic field distribution by the antenna device 60 is emphasized on the upper side 61b where the space between the windings of the loop coil 61 and the line width are widened.
  • the card position dependence of the current intensity induced in the IC card 1 by the antenna device 60 is shown in FIG.
  • the origin 0 on the horizontal axis indicates the center position of the loop antenna 54 on the R / W 50 side, and the positive direction indicates the direction in which the IC card 1 is directed outward from the origin 0.
  • the vertical axis shows the induced current intensity generated by the magnetic field of the loop antenna 54 on the R / W 50 side in the loop antenna 2 on the IC card 1 side by electromagnetic induction, and is indicated by the dotted line S in Fig. 13.
  • the bold line A indicates the graph of the antenna device (planar asymmetric loop antenna) 60 of the present invention, and for comparison, FIG. Conventional loop shown Antenna (planar symmetric loop antenna)
  • the graph of 102 is also shown by the thin line B.
  • the antenna device 60 includes a communicable area S 1 on the upper side 61 b opposite to the center of the loop coil 61, and a lower side 61 a
  • the communicable area S1 on the upper side 61b of the communicable area S2 can be expanded. Therefore, in this communication terminal device 70, the communicable area S1 continuously extends outward from the origin 0, so that its communication performance is improved and the communication terminal device 70 is located at a position closer to the center of the main body 71 of the device 70. Since communication with C card 1 becomes possible, the user is given a sense of security that the IC card 1 is held over device 70 for communication, and usability can be improved. is there.
  • the antenna device controls the radiated magnetic field distribution by the loop coil, since the loop coil has an asymmetric shape, and expands the communicable range between the IC card and the reader / writer. Therefore, further miniaturization and higher performance can be achieved, and further miniaturization and higher performance of a communication device using this antenna device can be realized.

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Abstract

　本発明は、非接触型のＩＣカード（１）に対してデータの書き込み及び読み出しを行うための記録及び／又は再生装置に用いられるのアンテナ装置（６０）であり、このアンテナ装置は、電磁界を放射しＩＣカード側のループコイル（４）と磁気結合してデータの送受信を行うループコイル（６１）を有し、このループコイルは、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔を異ならせた非対称形状とされている。

Description

明細書
•装置及びアンテナ装置を用いた通信装置 技術分野 本発明は、 電磁場を誘導結合する非接触型の I Cカードに対してデータの書き 込み及び読み出しを行うためのリーダライ夕用のアンテナ装置及びこのアンテナ 装置を用いた通信装置に関する。
本出願は、 日本国において 2 0 0 2年 9月 2 5日に出願された日本特許出願番 号 2 0 0 2— 2 7 9 6 2 6を基礎として優先権を主張するものであり、 この出願 は参照することにより、 本出願に援用される。
-冃景技術 最近、 鉄道の自動改札機や、 建物への入退出におけるセキュリティシステム、 電子マネーシステム等の分野では、 非接触式の I Cカードゃ I Cタグ等を用いた、 いわゆる R F I D (Radio Frequency Identif ication)システムが導入されいる。 この R F I Dシステムは、 図 1に模式的に示すように、 非接触式 I Cカード 1 0 0と、 この I Cカード 1 0 0に対してデ一夕の書き込みや読み出しを行うリーダ ライタ 1 0 1とから構成されている。 この R F I Dシステムでは、 電磁誘導の原 理に基づいて、 リーダライタ 1 0 1側のループアンテナ 1 0 2から電磁場が放射 されると、 放射された電磁場が誘導結合によって I Cカード 1 0 0側のル一プア ンテナ 1 0 3と磁気的に結合し、 I Cカード 1 0 0とリーダライ夕 1 0 1との間 で通信が行われる。
このような R F I Dシステムでは、 従来の接触型ェ Cカードシステムのように、 リーダライ夕に対して I C力一ドを装填したり金属接点を接触させたりする手間 が省け、 簡易且つ高速にデ一夕の書き込みや読み出しを行うことができる。 この R F I Dシステムでは、 リーダライ夕 1 0 1から送信される電磁場から I Cカー ド 1 0 0に対して必要な電力が供給されるため、 I Cカード内に電池等の電源を 持つ必要がなく、 メンテナンス性に優れた且つ低価格で信頼性の高い I Cカード を提供することができる。
上述した R F I Dシステムでは、 I Cカード 1 0 0とリーダライ夕 1 0 1 との 十分な通信可能な範囲を確保するために、 ある程度の磁界強度を持った電磁場を 放射することのできるループアンテナ 1 0 2をリーダライ夕 1 0 1側に設ける必 要がある。
一般に、 リーダライ夕 1 0 1用のループアンテナ 1 0 2は、 図 2に示すような 平面状に導線が卷線されたループコイル 2 0 0を備えている。 このループコイル 2 0 0は、 その中心部を挟んで相対向する各卷線間の間隔及び線幅を等しく した 対称な形状に形成されている。
このような対称形状を有するリーダライタ 1 0 1用のループアンテナ 1 0 2で は、 図 3に示すように、 矩形アンテナの長辺に対し直交する矢印 Z方向の中心断 面及び短辺に直交する矢印 X方向の中心断面においてそれそれ対称な磁場分布と なる。
このループアンテナ 1 0 2により I Cカード 1 0 0に誘導された電流強度の力 ード位置依存性を図 4に示すと、 ループコイル 2 0 0の中心部を挟んで相対向す る位置に、 2つの通信可能な領域 S 、 S 2 ' が形成される。 具体的に、 通信可 能な領域 S ι ' は、 リーダライ夕 1 0 1側のループアンテナ 1 0 2と I Cカード 1 0 0側のループアンテナ 1 0 3との互いに対向する各 4辺から発生する磁界がそ れそれの位置で誘導結合した理想的な結合状態であるのに対して、 この通信可能 な領域 S より外側になると、 リーダライ夕 1 0 1側のループアンテナ 1 0 2が 発生する磁場の向きが反転する中央の領域で I Cカード 1 0 0側のループアンテ ナ 1 0 3に錯交する磁場が互いに打ち消し合うために、 誘導電流が通信に必要な レベル以下となる。 さらに、 外側に向かうとリーダライタ 1 0 1側のループアン テナ 1 0 2と I Cカード 1 0 0側のループアンテナ 1 0 3との 4辺のうち、 1辺 同士のみが結合するために、 通信可能な領域 より誘導電流が小さく且つ狭い 通信可能な領域 S 2 ' が現れる。
なお、 図 4において、 横軸の原点 0は、 リーダライ夕 1 0 1側のループアンテ ナ 1 0 2の中心位置を示し、 正方向は、 I Cカード 1 0 0が原点 0から外側に向 かう方向を示す。一方、 縦軸は、 リーダライ夕 1 0 1側のループアンテナ 1 0 2 の磁界が電磁誘導によって I Cカード 1 0 ◦側のループアンテナ 1 0 3に発生さ せた誘導電流強度を示し、 図 4中点線 s ' で示す値以上となる領域が通信可能な 領域となる。
ところで、 上述した R F I Dシステムでは、 ェ Cカード 1 0 0側のループアン テナ 1 0 3とリーダライ夕 1 0 1側のループアンテナ 1 0 2との中心位置が一致 したところ、 すなわち原点 0から外側にできるだけ通信可能な領域 S 1， が連続 的に広がるほど、 使い勝手がよいことになる。
上述した従来のループコイル 2 0 0では、 原点 0から外側に向かうと、 通信可 能な領域 S l， から一端外れて通信不可能な領域に入り、 更に外側に向かうこと によって通信可能な領域 S 2 ' に再び入ることになる。 実用的な観点からは、 通 信可能な領域 S 1 ' と通信可能な領域 S 2， との間に通信不可能な領域のない、 換言すれば、 通信可能な領域 S 1 ' のみを広げることが望ましい。 発明の開示 本発明の目的は、 上述したような従来の技術が有する問題点を解消することが できる新規なァンテナ装置及びこのアンテナ装置を用いた通信装置を提供するこ とにある。
本発明の他の目的は、 放射電磁界分布を制御し且つ有効利用することによって、 I Cカードとリ一ダライタとの通信可能な範囲を拡大することを可能としたリ一 ダライタ用のアンテナ装置及びこのアンテナ装置を用いた通信装置を提供するこ とにある。
本発明に係るアンテナ装置は、 電磁誘導結合によって非接触型の I Cカードと データ通信を行うためのアンテナ装置であり、 平面状に導線が卷線され、 卷線の 中心部を挟んで相対向する各卷線間の間隔を異らせた非対称形状のループコイル と、 ループコイルに電力を供給するためのリード手段とを備える。
ここで、 ループコイルの卷線間隔が他方の卷線間隔より広い側は、 I Cカード との通信可能範囲を拡大する側である。
また、 ループコイルは、 電磁結合される非接触 I Cカードが備えるループアン テナよりも平面上の面積が小さい。
さらに、 ループコイルは、 第 1の卷線間隔よりも広い卷線間隔の位置が複数あ ることが望ましい。
ループコイルは、 4つの直線部を備える略四角形形状である。
また、 本発明は、 電磁誘導結合によって非接触型の I Cカードとデータ通信を 行うための通信装置であり、 非接触型の I Cカードが備えるアンテナと電磁誘導 結合するアンテナと、 このアンテナに非接触にて I Cカードと通信をするために 送信データを所定の搬送波信号に変調を行う変調手段と、 電磁結合された I C力 ードから送信される受信デ一夕を復調する復調手段とを備える。 アンテナは、 通 信装置の筐体の所定位置において非接触型の I C力一ドと電磁結合が可能な位置 に配設され、 略平面上にループ状をなして導線が卷線にされたループコイルであ るとともに、 ループの中心を挟んで対向する各卷線の卷線間隔が異なる。
このループコイルの卷線間隔は、 他方の卷線間隔より広い側が通信装置の筐体 上で I Cカードを通信が行われる位置近傍に配設される。
本発明に係る通信装置は、 ハンドヘルドである。
本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下におい て図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう c 図面の簡単な説明 図 1は、 従来の R F I Dシステムを示す斜視図である。
図 2は、 従来の R /W用のループアンテナを示す平面図である。
図 3は、 従来の R /W用のループアンテナによる磁場分布を示す特性図である c 図 4は、 従来の R /W用のループアンテナによる I C力一ドとの通信性能を誘 導電流特性で示す特性図である。
図 5は、 本発明に係る R F I Dシステムの構成を示す回路図である。
図 6は、 本発明に係るアンテナ装置を示す平面図である。 図 7 A〜図 7 Cは、 本発明に係るアンテナ装置による磁場分布を示す特性図で ある。
図 8は、 本発明に係るアンテナ装置の他の例を示す平面図である。
図 9は、 本発明に係るアンテナ装置のさらに他の例を示す平面図である。
図 1 0は、 本発明に係るアンテナ装置のさらに他の例を示す平面図である。 図 1 1は、 本発明に係るアンテナ装置を用いた通信端末装置を示す平面図であ る。
図 1 2は、 通信端末装置に配置されたアンテナ装置の磁場分布を示す特性図で ある。
図 1 3は、 本発明に係るアンテナ装置による I Cカードとの通信性能を誘導電 流特性で示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明を適用したアンテナ装置及びこのアンテナ装置を用いた通信装置 を図面を参照して詳細に説明する。
本発明を適用した： F I Dシステムは、 図 5に示すように、 非接触型 I Cカー ド 1 と、 この I Cカード 1に対してデータの書き込み及び読み出しを行う記録及 び/又は再生装置であるリーダライタ （以下、 R /Wという。 ） 5 0とから構成 されている。
I Cカード 1は、 例えば I S 0 7 8 1 0に準拠した電池等の電源を持たないバ ヅテリレスの I Cカードである。 この I Cカードは、 いわゆるクレジットカード と同サイズ、 すなわち手のひらに乗る程度の大きさで矩形板状に形成されてなる' I Cカード 1は、 その内部に設けられた基板上に、 電磁場と結合してデータを送 受信するループアンテナ 2と、 データの書き込み及び読み出しを行うための各種 処理を行う電子回路が集積された I C ( Integrated Circui t) 3とを有している。 ループアンテナ 2は、 平面状に導線が卷線されたループコイル 4からなり、 こ のループコイル 4と並列に接続されたコンデンサ 5と共に共振回路を構成してい る。 そして、 このループアンテナ 2は、 後述する R /W 5 0側のループアンテナ から放射された電磁場と結合し、 結合された電磁場を電気信号に変換した後、 I C 3に供給する。
I C 3は、 ループコイル 4から供給された電気信号を整流平滑する整流回路 6 と、 整流回路 6から供給された電気信号を直流電力に変換するレギユレ一夕 7と、 整流回路 6から供給された電気信号の高域成分を抽出する H P F (High Pass-Fi l ter ) 8と、 H P F 8から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路 9と、 この復調回路 9から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出し を制御するシーケンサ 1 0と、 復調回路 9から供給されるデータを記憶するメモ リ 1 1と、 ループコイル 4により送信するデ一夕を変調する変調回路 1 2とを備 えている。
整流回路 6は、 ダイオード 1 3、 抵抗 1 4及びコンデンサ 1 5から構成されて いる。 このうち、 ダイオード 1 3のアノード端子がループコイル 4及びコンデン サ 5の一端に接続され、 ダイオード 1 3の力ソード端子が抵抗 1 4及びコンデン サ 1 5の一端に接続され、 抵抗 1 4及びコンデンサ 1 5の他端がループコイル 4 及びコンデンサ 5の他端に接続されている。 この整流回路 6は、 ループコイル 4 から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギユレ一夕 7及び H P F 8 に出力する。
レギユレ一夕 7は、 上述した整流回路 6のダイオード 1 3のカゾード端子、 抵 抗 1 4及びコンデンサ 1 5の一端と接続されている。 このレギユレ一夕 7は、 整 流回路 6から供給された電気信号のデータ成分などによる電圧変動を抑制し、 安 定化した後、 直流電力としてシーケンサ 1 0に供給する。 これにより、 シーケン サ 1 0等の誤動作の原因となる、 例えば I Cカード 1の位置が動くことにより発 生する電圧変動、 並びに I Cカード 1内の消費電力の変化により発生する電圧変 動が抑制される。
H P F 8は、 コンデンサ 1 6及び抵抗 1 7により構成されており、 上述した整 流回路 6から供給された電気信号の高周波成分を抽出し、 復調回路 9に出力する c 復調回路 9は、 上述した H P F 8のコンデンサ 1 6の他端及び抵抗 1 7の一端 と接続されており、 この H P F 8から入力された高周波成分の信号を復調し、 シ 一ケンサ 1 0に出力する。 シーケンサ 1 0は、 ROM(Read Only Memory)や： R AM (Random Access Memor y)を内部に有し、 上述した復調回路 9と接続されている。 このシーケンサ 1 0は、 復調回路 9から入力された信号をコマンドとしてを RAMに記憶させ、 R OMに 内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、 解析された結果に基づいて、 必要に応じてメモリ 1 1に格納されているデータを読み出す。 或いはメモリ 1 1 に復調回路 9から供給されるデータを書き込む。 このシーケンサ 1 0は、 コマン ドに対応するレスポンスを返すために、 レスポンス信号を生成し、 変調回路 1 2 に供給する。
メモリ 1 1は、 データの保持に電力を必要としない E EPR〇M(Electricall y Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、 上述 したシーケンサ 1 0と接続されている。 このメモリ 1 1は、 シーケンサ 1 ◦の解 析結果に基づいて、 復調回路 9から供給されるデータを記憶する。
変調回路 1 2は、 インピーダンス 1 8と F E T (Field Effect Transistor) 1 9 との直列回路から構成されており、 このうち、 インピーダンス 1 8の一端が上述 した整流回路 6のダイオード 1 3の力ソード端子に接続され、 インピーダンス 1 8の他端が F E T 1 9のドレイン端子と接続され、 ： F E T 1 9のソース端子が接 地点に接続され、 F E T 1 9のゲート端子がシーケンサ 1 0と接続されている。 この変調回路 1 2は、 上述した共振回路を構成するループコイル 4と並列に接続 されており、 F E T 1 9をシーケンサ 1 0からの信号に対応してスィヅチング動 作させ、 ループコイル 4に対するインピーダンス 1 8の負荷を変動させる、 いわ ゆる付加変調方式を採用している。
これに対して、 R/W5 0は、 送受信するデータの制御を行う制御回路 5 1と、 データの変調及び I Cカード 1が稼働するために電力の変調を行う変調回路 5 2 及び受信されたデータの復調を行う復調回路 5 3と、 電磁場と結合してデータを 送受信するループアンテナ 54とを備えている。
制御回路 5 1は、 例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、 各種 制御用のコントロール信号を生成し、 変調回路 5 2及び復調回路 53を制御する と共に、 指令に対応した送信データを生成し、 変調回路 5 2に供給する。 また、 制御回路 5 1は、 復調回路 53からの応答データに基づいて、 再生データを生成 し外部に出力する。
変調回路 5 2は、 制御回路 5 1から入力された送信データを発信器が変調し、 この変調した信号をル一プアンテナ 5 4に供給する。
復調回路 5 3は、 ループアンテナ 5 4からの変調波を復調し、 この復調したデ 一夕を制御回路 5 1に供給する。
ループアンテナ 5 4は、 平面状に導線が卷線されたループコイルからなり、 変 調回路 5 2より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、 I C力一 ド 1側のループコイル 4の負荷変動を検出する。 なお、 ループアンテナ 5 4には、 R /W 5 0のアンテナ駆動回路方式に応じて、 共振用のコンデンサが並列或いは ■ 直列に接続される場合もある。
以上のように構成される R F I Dシステムでは、 I Cカード 1に対して所定の データの書き込みが指令されると、 この指令に基づいて、 R /W 5 0の制御回路 5 1が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、 指令に対応した書き込 ■みデ—夕となる送信データを生成し、 変調回路 5 2に供給する。 変調回路 5 2は、 入力された信号に基づいて、 発振信号の振幅を変調し、 ループアンテナ 5 4に供 給する。 ループアンテナ 5 4は、 入力された変調信号に対応する電磁波を放射す る。
ここで、 I Cカード 1のループコイル 4及びコンデンサ 5からなる共振回路の 共振周波数は、 R /W 5 ◦からのキャリア周波数となる発振周波数に対応する値 として例えば 1 3 . 5 6 M H zに設定されている。 この共振回路は、 放射された 電磁場を共振動作により受信し、 受信した電磁場を電気信号に変換した後、 I C 3に供給する。 変換された電気信号は、 整流回路 6に入力され、 この整流回路 6 により整流平滑された後、 レギユレ一夕 7に供給される。 このレギユレ一夕 7は、 整流回路 6から供給された電気信号のデータ成分などによる電圧変動を抑制し、 安定化した後、 直流電力としてシーケンサ 1 0に供給する。
整流回路 6により整流平滑された信号は、 変調回路 1 2を介して H P F 8に供 給され、 高域成分が抽出された後、 復調回路 9に供給される。 この復調回路 9は、 入力された高周波成分の信号を復調し、 シーケンサ 1 0に供給する。 そして、 こ のシーケンサ 1 0は、 復調回路 9から入力された信号をコマンドとして R A Mに 記憶させ、 R O Mに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、 解析され た結果に基づいて、 メモリ 1 1に復調回路 9から供給された書き込みデータを書 き込む。
一方、 シーケンサ 1 0は、 復調回路 9から入力された信号がコマンドが読み出 し指令を示すコマンドである場合に、 その指令に対応する読み出しデータをメモ リ 1 1から読み出す。 シーケンサ 1 0は、 読み出しデータに対応して、 変調回路 1 2の P1 E T 1 9がスィヅチング動作される。 すなわち、 変調回路 1 2では、 F E T 1 9がオンされると、 ィンピ一ダンス 1 8にループコイル 4が並列に接続さ れ、 F E T 1 9がオフされると、 ィンピーダンス 1 8とループコイル 4との並列 接続が解除される。 その結果、 この I C力一ド 1側のループアンテナ 2と磁気的 に結合している R /W 5 0側のループアンテナ 5 4のィンピーダンスが、 読み出 しデータに対応して変化する。 したがって、 ループアンテナ 5 4の端子電圧は、 そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、 R ZW 5 0は、 この変 動分を復調回路 5 3が復調することで、 読み出しデータを受信することができる 以上のようにして、 I Cカード 1と R /W 5 0との間で通信が行われ、 I C力 一ド 1に対して R /W 5 0によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行わ れる。
ところで、 上述した R /W 5 0側のループアンテナ 5 4は、 図 6に示すように 構成された本発明に係るアンテナ装置 6 0が用いられる。
本発明に係るアンテナ装置 6 0は、 図 8に示すように、 電磁場を誘導結合する ためのループコイル 6 1と、 このループコイル 6 1の I Cカード 1と対向する主 面とは反対側の主面と対向して配置された磁性体シ一ト 6 2とを備えている。 ル一プコイル 6 1は、 例えばポリイミ ドゃマイ力等の可撓性を有する絶縁フィ ルム又は基板 6 3の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングする などして形成される。 なお、 このループコイル 6 1の作製方法は、 上述した例に 限定されず、 例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル 6 1とな る導体パターンを印刷したものでもよく、 或いは金属ターゲットをスパッ夕する ことによって基板上にループコイル 6 1となる導体パターンを形成してもよい。 また、 ループコイル 6 1は、 その中心部を挾んで相対向する各卷線間の間隔及 び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。 すなわち、 この ループコイル 6 1は、 図 6中矢印 Zで示す上下方向にあたる一の方向において、 その各卷線間の間隔及び線幅が広くなる上部側卷線部 6 l aと、 その各卷線間の 間隔及び線幅が狭くなる下部側卷線部 6 l bとを有している。
この場合、 アンテナ装置 6 0による磁場分布は、 図 7 A〜図 7 Cに示すように、 矩形アンテナの長辺に直交する矢印 Z方向の中心断面及び短辺に直交する矢印 X 方向の中心断面において、 図 1に示すようなループコイル 2 0 0による対称な磁 場分布とは異なり、 ループコイル 6 1の各卷線間の間隔及び線幅が広くなる上部 側 6 1 bが強調された非対称なものとなる。
本発明に係るアンテナ装置 6 ◦は、 ループコイル 6 1を非対称形状とし、 この ループコイル 6 1による放射磁界分布を制御することによって、 上述した I C力 一ド 1と R /W 5 0との通信可能な範囲を広げると共に、 通信可能な位置を一の 方向においてシフトさせることが可能である。
ここで図 7 Bの場合、 図 7 B中の Z 1側となるループコイルの卷き線間隔が従 来の卷き線間隔よりも広い側において、 従来の卷き線間隔と略同一の巻き線間隔 とされた Z 2側における磁界分布よりも広い範囲に磁界が到達することになる。 これは、 Z軸方向で H軸との交点を原点としたときに Z 1側と Z 2側に等距離の P 1点と P 2点において、 P 1点の磁界強度が P 2点の磁界強度より弱く、 全体 として P 1側の磁界密度が低い代わりに広い範囲に磁界が拡散することで通信可 能な位置がシフトする現象となる。
なお、 従来と略同一の卷き線間隔とされる Z 2側での磁界分布は、 従来例のよ うに巻き線間隔を均等にした場合の磁界分布と略同一となっている。
本発明に係るアンテナ装置 6 0では、 ループコイル 6 1の大きさを I C力一ド 1側のループコイル 4よりも小さくすることが可能なことから、 更なる小型化が 可能である。
なお、 本発明に係るアンテナ装置 6 0は、 上述した図 7 A〜図 7 Cに示すルー プコイル 6 1の各卷線間の間隔及び線幅を同時に異ならせたものに限定されず、 例えば図 8に示すように、 ループコイル 6 1の各巻線間の 隔のみを異ならせた ものであってもよい。 また、 ループコイル 6 1を非対称形状する一の方向は、 放射磁界分布を広げた い任意の方向に設定することが可能である。 例えば、 図 9及び図 1 0に示すよう に、 上述した矢印 Z方向と直交する矢印 X方向において、 ループコイル 6 1の各 卷線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよく、 これら矢印 Z方向 及び矢印 X方向において、 ループコイル 6 1の各卷線間の間隔及び線幅を異なら せた非対称形状としてもよい。
なお、 図 9に示すループコイル 6 1は、 矢印 Z方向において、 その各卷線間の 間隔及び線幅が狭くなる下部側 6 1 aと、 その各卷線間の間隔及び線幅が広くな る上部側 6 l bとを有し、 矢印 X方向において、 その各卷線間の間隔及び線幅が 狭くなる左部側 6 1 cと、 その各卷線間の間隔及び線幅が広くなる右部側 6 1 d とを有している。 一方、 図 1 0に示すループコイル 6 1は、 矢印 Z方向において、 その各卷線間の間隔が狭くなる下部側 6 1 aと、 その各卷線間の間隔が広くなる 上部側 6 l bとを有し、 矢印 X方向において、 その各卷線間の間隔及び線幅が狭 くなる左部側 6 1 cと、 その各卷線間の間隔及び線幅が広くなる右部側 6 1 dと を有している。
このように、 本発明に係るアンテナ装置 6 0は、 ループコイル 6 1を非対称形 状とする方向によって、 このループコイル 6 1の放射磁界分布を制御することが 可能であり、 I Cカード 1に対する R /W 5 0の読み出し及び書き込み位置を任 意に調整することが可能である。 これは、 ループコイル 6 1の設置面積が規定さ れている場合に、 特定方向にのみ I Cカード 1との通信範囲を広げたい場合には 特に有効となることを意味している。
次に、 上述した R F I Dシステムの適用した例として、 図 1 1に示す通信端末 装置 7 0の例を挙げて説明する。 なお、 この通信端末装置 7 0では、 R /W 5 0 用のループアンテナ 5 4として、 上述したアンテナ装置 6 ◦を用いている。
この通信端末装置 7 0は、 P D A (Personal D igital Ass istants )と呼ばれるュ —ザが持ち運び可能な小型電子機器であり、 例えば情報通信機能や、 ストレージ 機能、 カメラ機能等を一つモジュール内に集約した構造を有している。
この通信端末装置 7 0は、 本体部 7 1と、 パネル部 7 2とを有し、 ヒンジ機構 7 3を介してパネル部 7 2が本体部 7 1に対して開閉可能とされている。 本体部 7 1には、 各種操作を行うための操作ボタン等からなる入力部 7 4が設けられて おり、 この入力部 7 4の下方には、 上述した R /W 5 0のアンテナ装置 6 0が配 置されている。
本体部 7 1の内部には、 各部を制御するマイクロコンピュータ （C P U ) が設 けられている。 一方、 パネル部 7 2には、 液晶表示パネルからなる表示部 7 5が 設けられており、 入力部 7 4による操作状態や、 R /W 5 0による I Cカード 1 からの読み出しデ一夕等を C P Uの制御のもとで表示することができる。 ヒンジ 機構 7 3には、 C C Dカメラ 7 6が搭載されており、 入力部 7 4を操作し、 この C C Dカメラ 7 6により撮影された画像を表示部 7 5に表示することも可能であ る。
本発明が適用された通信端末装置 7 0は、 小型軽量薄型化した場合の剛性を確 保するために、 例えば高剛性プラスチック材等の非金属筐体からなる。 なお、 筐 体は、 このような非金属なものに限らず、 例えば M g合金等の金属を含むもので あってもよい。
アンテナ装置 6 0のループコイル 6 1は、 上述した一の方向が I Cカード 1の 走査方向となるように配置されており、 I Cカード 1は、 この通信端末装置 7 0 の入力部 7 4とは反対側、 すなわちループコイル 6 1の各卷線間の間隔及び線幅 が狭くなる下部側 6 1 aから走査されることになる。
この場合、 アンテナ装置 6 0による磁場分布は、 図 1 2に示すように、 ループ コイル 6 1の各卷線間の間隔及び線幅が広くなる上部側 6 1 bにおいて強調され たものとなる。
ここで、 アンテナ装置 6 0による I Cカード 1に誘導された電流強度のカード 位置依存性を図 1 3に示す。 図 1 3において、 横軸の原点 0は、 R /W 5 0側の ループアンテナ 5 4の中心位置を示し、 正方向は、 I Cカード 1が原点 0から外 側に向かった方向を示す。 一方、 縦軸は、 R /W 5 0側のループアンテナ 5 4の 磁界が電磁誘導によって I Cカード 1側のループアンテナ 2に発生させた誘導電 流強度を示し、 図 1 3中点線 Sで示す値以上となる領域が通信可能な領域となる なお、 図 1 3において、 太線 Aは、 本発明のアンテナ装置 （平面非対称型ループ アンテナ） 6 0のグラフを示し、 比較のため、 上述した図 4に示す従来のループ アンテナ （平面対称型ループアンテナ） 1 0 2のグラフを細線 Bで併せて示すも のとする。
図 1 3に示すように、 本発明に係るアンテナ装置 6 0は、 ループコイル 6 1の 中心部を挟んで相対向する上部側 6 1 bの通信可能な領域 S 1と、 下部側 6 1 a の通信可能な領域 S 2とのうち、 上部側 6 1 bの通信可能な領域 S 1を広げるこ とができる。 したがって、 この通信端末装置 7 0では、 原点 0から外側に通信可 能な領域 S 1が連続的に広がることから、 その通信性能を向上させると共に、 装 置 7 0の本体部 7 1の中央よりにおいてもェ Cカード 1 との通信が可能になるた め、 ユーザが装置 7 0に対して I Cカード 1をかざして通信させているという安 心感を与えられ、 使い勝手を向上させることが可能である。
なお、 本発明は、 図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものでは なく、 添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又 はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。 産業上の利用可能性 本発明に係るアンテナ装置は、 ループコイルを非対称形状とすることから、 こ のループコイルによる放射磁界分布を制御し、 I Cカードとリーダライタとの通 信可能な範囲を広げることが可能であり、 更なる小型化及び高性能化が可能であ り、 このアンテナ装置を用いた通信装置の更なる小型化及び高性能化を実現でき る。

Claims

請求の範囲
1 . 電磁誘導結合によって非接触型の I Cカードとデータ通信を行うためのアン テナ装置において、
平面状に導線が卷線され、 卷線の中心部を挟んで相対向する各卷線間の間隔を 異らせた非対称形状のループコィル手段と、
上記ループコイル手段に電力を供給するためのリード手段と
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2 . 上記ループコイル手段の卷線間隔が他方の卷線間隔より広い側は、 上記 I C カードとの通信可能範囲を拡大する側であることを特徴とする請求の範囲第 1項 記載のアンテナ装置。
3 . 上記ループコイル手段は、 上記電磁結合される非接触 I Cカードが備えるル —プアンテナよりも平面上の面積が小さいことを特徴をする請求の範囲第 1項記 載のアンテナ装置。
4 . 上記ループコイル手段は、 第 1の卷線間隔よりも広い卷線間隔の位置が複数 あることを特徴をする請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
5 . 上記ループコイル手段は、 4つの直線部を備える略四角形形状であることを 特徴とする請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
6 . 電磁誘導結合によって非接触型の I Cカードとデータ通信を行うための通信 装置において、
上記非接触型の I Cカードが備えるアンテナと電磁誘導結合するアンテナ手段 と、
上記アンテナ手段に上記非接触にて上記 I C力一ドと通信をするために送信デ 一夕を所定の搬送波信号に変調を行う変調手段と、
上記電磁結合された I Cカードから送信される受信データを復調する復調手段 とを備え、
上記アンテナ手段は、 上記通信装置の筐体の所定位置において上記非接触型の ェ Cカードと電磁結合が可能な位置に配設され、 略平面上にループ状をなして導 線が卷線にされたループコイルであるとともに、 上記ループの中心を挾んで対向 する各卷線の卷線間隔が異なる
ことを特徴とする通信装置。
7 . 上記ループコイルの卷線間隔が、 他方の卷線間隔より広い側が上記通信装置 の筐体上で上記 I Cカードと通信が行われる位置近傍に配設される請求の範囲第 6項記載の通信装置。
8 . 上記通信装置は、 ハンドへルドであることを特徴とする請求の範囲第 6項記 載の通信装置。
9 . 上記ループコイルは、 上記電磁結合される非接触 I Cカードが備えるループ アンテナよりも平面上の面積が小さいことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の 通信装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1783894B (zh) * 2004-11-30 2012-10-17 株式会社东芝 无线通信终端
WO2015170612A1 (ja) * 2014-05-09 2015-11-12 デクセリアルズ株式会社 アンテナ装置、及び電子機器

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3975918B2 (ja) * 2002-09-27 2007-09-12 ソニー株式会社 アンテナ装置
JP4232474B2 (ja) * 2002-09-27 2009-03-04 ソニー株式会社 通信機能付き電子機器
TWM268826U (en) * 2004-06-01 2005-06-21 G Time Electronic Co Ltd Wireless radio frequency identification apparatus realized by using metal gate semiconductor process
JP4718192B2 (ja) 2005-01-17 2011-07-06 新光電気工業株式会社 リーダ／ライタ
JP4414940B2 (ja) 2005-06-14 2010-02-17 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 アンテナ装置及びアンテナ装置の調整方法
JP4414942B2 (ja) 2005-06-30 2010-02-17 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 アンテナ装置
FR2890502A1 (fr) * 2005-09-02 2007-03-09 Gemplus Sa Ajustement de frequence de resonance par reglage de capacite repartie inter-spires
DE102006030819A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Smartrac Technology Ltd. Chipkarte und Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte
KR20080087942A (ko) * 2007-03-28 2008-10-02 주식회사 이엠따블유안테나 Ｒｆｉｄ 안테나 모듈 및 그를 포함하는 ｒｆｉｄ리더/라이터
KR100903373B1 (ko) * 2007-05-14 2009-06-22 주식회사 미네르바 루프 안테나 및 그 제조방법
KR20100065187A (ko) * 2007-09-13 2010-06-15 퀄컴 인코포레이티드 무선 전력 인가를 위한 안테나
JP5152843B2 (ja) * 2007-12-28 2013-02-27 日本板硝子株式会社 情報読み取り装置およびこの情報読み取り装置を用いた電子タグ付き物品の管理システム
DE102009007233B4 (de) * 2009-02-03 2012-07-26 Siemens Medical Instruments Pte. Ltd. Hörvorrichtung mit Störkompensation und Entwurfsverfahren
EP3240110A1 (en) 2009-09-25 2017-11-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Antenna device and mobile terminal
BR112013000901A2 (pt) * 2010-07-21 2016-05-17 Magellan Tech Pty Ltd método de configuração de antena e aparelho
FR2966267A1 (fr) * 2010-10-19 2012-04-20 Inside Contactless Appareil comportant un dispositif de communication en champ proche par couplage inductif
US20120203620A1 (en) 2010-11-08 2012-08-09 Douglas Howard Dobyns Techniques For Wireless Communication Of Proximity Based Marketing
US8929809B2 (en) 2011-03-22 2015-01-06 Radeum, Inc. Techniques for wireless communication of proximity based content
US8880100B2 (en) 2011-03-23 2014-11-04 Radium, Inc. Proximity based social networking
KR101952959B1 (ko) * 2012-08-08 2019-03-05 주식회사 이그잭스엔에프씨 엔에프씨 안테나
JP6216966B2 (ja) * 2013-03-29 2017-10-25 株式会社エクォス・リサーチ 電力伝送システム
US9906076B2 (en) * 2013-11-11 2018-02-27 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Non-contact type power transmitting coil and non-contact type power supplying apparatus
KR101762778B1 (ko) 2014-03-04 2017-07-28 엘지이노텍 주식회사 무선 충전 및 통신 기판 그리고 무선 충전 및 통신 장치
JP6199803B2 (ja) * 2014-05-22 2017-09-20 株式会社東海理化電機製作所 アンテナ装置
US9705564B2 (en) 2014-08-29 2017-07-11 Freelinc Technologies Spatially enabled secure communications
US10164685B2 (en) 2014-12-31 2018-12-25 Freelinc Technologies Inc. Spatially aware wireless network
CN108155465B (zh) * 2016-12-02 2021-05-25 国民技术股份有限公司 一种天线单元及天线结构
TWI614778B (zh) * 2016-12-19 2018-02-11 可產生均勻磁場的線圈結構與線圈裝置
CN108257770B (zh) * 2016-12-28 2019-08-16 财团法人车辆研究测试中心 可产生均匀磁场的线圈单元与线圈装置
JP6593377B2 (ja) * 2017-03-30 2019-10-23 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 アンテナ基板、画像形成装置
JP2019008542A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 アンテナ基板、画像形成装置
JP7283127B2 (ja) 2019-02-27 2023-05-30 Tdk株式会社 コイル部品
DE102019211607B4 (de) * 2019-08-01 2024-03-14 Vega Grieshaber Kg Messgerät mit Nahfeldantenne
JP2022179866A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 Tdk株式会社 アンテナ装置及びこれを備えるワイヤレス電力伝送デバイス
FR3137196A1 (fr) * 2022-06-22 2023-12-29 Idemia The Netherlands B.V. Fabrication d’une carte a puce sans contact hybride avec composants cms et antenne nfc incrustee

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10157353A (ja) * 1996-11-27 1998-06-16 Toshiba Corp 無線カードおよびその製造方法
JP2000162314A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 移動体検出装置
JP2002279626A (ja) 2001-03-22 2002-09-27 Toshiba Corp 情報記録媒体、記録方法及び記録再生装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2713529B2 (ja) * 1992-08-21 1998-02-16 三菱電機株式会社 信号受信用コイルおよびこれを使用した非接触ｉｃカード
JPH0844833A (ja) * 1994-08-03 1996-02-16 Mitsubishi Denki Semiconductor Software Kk 非接触ｉｃカード用リーダライタ及び非接触ｉｃカード用リーダライタシステム
JPH09139698A (ja) 1995-11-15 1997-05-27 Matsushita Electric Works Ltd 移動体識別装置のデータキャリア
DE19542900A1 (de) 1995-11-17 1997-05-22 Cubit Electronics Gmbh Kontaktloser Datenträger
JPH10203066A (ja) * 1997-01-28 1998-08-04 Hitachi Ltd 非接触ｉｃカード
JPH10261055A (ja) * 1997-03-21 1998-09-29 Toshiba Corp 無線式携帯端末装置
EP0886232B1 (en) * 1997-06-20 2007-09-05 Hitachi, Ltd. Reader and/or writer apparatus, power feeding system, and communication system
JP3418322B2 (ja) * 1997-08-28 2003-06-23 日本電信電話株式会社 使用状態表示機能付きｉｃカードおよびｉｃカードシステム
JP4362912B2 (ja) * 1999-12-08 2009-11-11 ソニー株式会社 Ｉｃカード
JP2001320228A (ja) * 2000-03-03 2001-11-16 Anritsu Corp 誘電体漏れ波アンテナ
JP2002074300A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Shinko Electric Ind Co Ltd 非接触型ｉｃカ−ド及びその製造方法
JP2003036421A (ja) * 2001-07-23 2003-02-07 Shinko Electric Ind Co Ltd 非接触型ｉｃカードおよびこれに用いる平面コイル
JP3975918B2 (ja) 2002-09-27 2007-09-12 ソニー株式会社 アンテナ装置
US6879297B2 (en) * 2003-08-07 2005-04-12 Harris Corporation Dynamically changing operational band of an electromagnetic horn antenna using dielectric loading
US6879298B1 (en) * 2003-10-15 2005-04-12 Harris Corporation Multi-band horn antenna using corrugations having frequency selective surfaces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10157353A (ja) * 1996-11-27 1998-06-16 Toshiba Corp 無線カードおよびその製造方法
JP2000162314A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 移動体検出装置
JP2002279626A (ja) 2001-03-22 2002-09-27 Toshiba Corp 情報記録媒体、記録方法及び記録再生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1544784A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1783894B (zh) * 2004-11-30 2012-10-17 株式会社东芝 无线通信终端
WO2015170612A1 (ja) * 2014-05-09 2015-11-12 デクセリアルズ株式会社 アンテナ装置、及び電子機器

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Publication number Publication date
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US7198198B2 (en) 2007-04-03
CN100419787C (zh) 2008-09-17
DE60334469D1 (de) 2010-11-18
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JP2004118440A (ja) 2004-04-15
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CN1596414A (zh) 2005-03-16

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