JP4106673B2 - コイルユニットを使用するアンテナ装置、プリント回路基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、小形の通信機器や、非接触式のＩＣカード等に特に好適に使用することができるコイルユニットを使用するアンテナ装置、プリント回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触形のＩＣカードには、使用周波数に適合するコイル状のアンテナが組み込まれている。
【０００３】
従来のアンテナは、ＩＣカードの外周に沿って２次元の螺旋状に形成されており、ＩＣカードに作動用の電力を供給したり、情報伝達用の搬送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、コイルは、単なる２次元に形成されているため、小さいパターンサイズにして高インダクタンスを実現することが難しく、回路設計が困難になる場合が少なくない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、積層する複数の基材のそれぞれにコイルを形成することによって、パターンサイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実現することができるコイルユニットを使用するアンテナ装置、プリント回路基板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出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、複数のコイルユニットを基板上に配列してなり、各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続し、コイルユニットは、いずれかを主エレメントとして電子モジュールに接続し、他のすべてを電子モジュールに接続しない副エレメントとすることをその要旨とする。
【０００８】
第２発明（請求項３に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、複数のコイルユニットと、コイルユニットにそれぞれ接続してコイルユニットの数相当まで増設可能なＩＣモジュールと、各コイルユニットに結合するとともに電子モジュールの通信回路に接続する結合コイルと、コイルユニット、ＩＣモジュール、結合コイルを搭載する基板とを備えることをその要旨とする。
【０００９】
なお、各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続することができる。
【００１０】
また、第１発明、第２発明において、基板は、基材によって形成してもよい。
【００１１】
【作用】
かかる第１発明の構成によるときは、各コイルユニットのコイルは、積層する基材のそれぞれに形成し、磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続されている。そこで、各コイルは、各基材上において、他の基材上のコイルからの磁束と錯交し、全体として、必要な高インダクタンスを容易に実現することができる。なお、コイルユニットは、高感度のコイル状のアンテナとして好適に使用することができる他、一般的なインダクタンス素子や、トランス素子等としても使用することができる。ただし、ここでいう基材とは、プリント基板を含む任意の絶縁板、絶縁フィルム、絶縁シート等をいうものとし、基材の材質としては、エポキシ樹脂を含む任意のプラスチック樹脂の他、セラミックスや、マイカ、ガラスなどを使用することができる。一方、コイルは、金属を含む任意の導電性材料により、基材に対し、印刷や、エッチング、蒸着等の手法によって形成することができる。
【００１２】
コイルは、２次元の螺旋状に形成することにより、形成工程を簡単にすることができ、全体の製造コストを低減させることができる。
【００１３】
外部に露出するコイルに保護材を設けるときは、保護材は、コイルを機械的に保護し、コイルの断線事故や、酸化、絶縁劣化等を有効に防止することができる。
【００１４】
また、複数のコイルユニットを基板に配列し、いずれかを主エレメントとすることにより、他のすべてを副エレメントとすることができる。すなわち、主エレメントは、ラジエータエレメントとして作動し、副エレメントは、ディレクタエレメントまたはリフレクタエレメントとして作動することにより、全体として高性能のアレイアンテナを形成することができる。
【００１５】
第２発明の構成によるときは、各コイルユニットは、ＩＣモジュールに接続することにより、ＩＣモジュールのアンテナとして作動することができる。そこで、ＩＣモジュールは、コイルユニットを介し、外部からの電波または交流磁界によって作動用の電力を給電するとともに、外部の機器との間にデータを送受信することができ、このときの基板には、各ＩＣモジュール用の個別の配線が全く不要である。
【００１６】
なお、第１発明、第２発明において、基板は、コイルユニットの基材によって形成してもよく、コイルユニットの基材と別の絶縁材によって形成してもよい。前者によれば、コイルユニットの形成と同時に基板を形成することができ、全体の製造工程を著るしく簡略化することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
コイルユニット１０は、積層する複数の基材１１、１１…と、基材１１、１１…のそれぞれに形成するコイル１２、１２…とを備えてなる（図１、図２）。
【００１９】
基材１１、１１…は、それぞれ適切な絶縁材料によって形成されている。最上層の基材１１の上面には、通信回路や、マイクロプロセッサ、書込み可能な不揮発性のメモリ等を含むＩＣモジュール１５が実装され、ＩＣモジュール１５から引き出すライン１５ａ、１５ｂが形成されている。コイル１２、１２…は、各基材１１の下面に２次元の螺旋状に形成されている。
【００２０】
最上層のコイル１２は、最上層の基材１１の接続点１１ａを介して外周端が一方のライン１５ａに接続されており、外周端から反時計回りに形成され、中間層の基材１１の接続点１１ｂを介して内周端が中間層のコイル１２の内周端に接続されている。また、中間層のコイル１２は、内周端から反時計回りに形成され、最下層の基材１１の接続点１１ｃを介して外周端が最下層のコイル１２の外周端に接続されている。さらに、最下層のコイル１２は、外周端から反時計回りに形成され、最下層の基材１１の接続点１１ｄ、中間層の基材１１の接続点１１ｅ、最上層の基材１１の接続点１１ｆを介して内周端が他方のライン１５ｂに接続されている。なお、各接続点１１ｉ（ｉ＝ａ、ｂ…）は、各基材１１を上下に貫通して形成されている。
【００２１】
そこで、各基材１１の下面に形成するコイル１２、１２…は、ＩＣモジュール１５からの電流により、磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続されている。なお、各コイル１２の形成面積、ターン数、基材１１、１１…の積層枚数は、コイルユニット１０の所要インダクタンスに応じて任意に設定することができる。また、各コイル１２の巻き方向、接続形態は、各コイル１２からの磁界の発生方向が同一方向である限り、図示以外の任意の形態であってもよい。
【００２２】
外部に露出する最下層のコイル１２には、保護材１３が設けられている（図２の二点鎖線）。保護材１３は、最下層のコイル１２を機械的に保護することができる。ただし、コイル１２、１２…は、それぞれ各基材１１の上面に形成してもよく、このときの保護材１３は、外部に露出する最上層のコイル１２に設けるものとする。なお、保護材１３は、別の基材１１によって形成してもよい。
【００２３】
このようなコイルユニット１０は、小形の通信機器やＩＣカード等にコンパクトに組み込み、送受信用のアンテナとして使用することができる。コイルユニット１０は、コイル１２、１２…が一体のコイルとして作動し、図示しないコンデンサとともに外部からの電波に共振し、ＩＣモジュール１５に作動用の電力を給電することができる。また、ＩＣモジュール１５は、コイルユニット１０を介し、外部の通信機器との間に必要なデータ交換機能を実現することができる。
【００２４】
以上の説明において、コイルユニット１０に作用させる外部からの電波は、適当な交流磁界に代えてもよい。また、ＩＣモジュール１５を基材１１に搭載するに代えて、接続点１１ａ、１１ｆを外部の電子モジュールに引き出して接続してもよい。なお、コイルユニット１０は、送受信用のアンテナとして使用する他、一般的なインダクタンス素子、トランス素子などとして広く使用することができる。
【００２５】
【他の実施の形態】
図１、図２に示すコイルユニット１０は、基板２１上に配列し、アンテナ装置を形成してもよい（図３）。
【００２６】
基板２１の上面には、複数のコイルユニット１０、１０…が所定配列に搭載されている。コイルユニット１０、１０…は、いずれかを主エレメントとし、他の全てを副エレメントとしている。主エレメントとしてのコイルユニット１０は、一端の可変容量形のコンデンサＣ1 を介して基板２１の外部に引き出されており、副エレメントとしてのコイルユニット１０、１０…には、それぞれコンデンサＣ2 が組み合わされている。そこで、主エレメントとしてのコイルユニット１０は、ラジエータエレメントとして作動し、副エレメントとしてのコイルユニット１０、１０…は、ディレクタエレメントまたはリフレクタエレメントとして作動することにより、全体としてアレイアンテナを形成することができる。
【００２７】
なお、図３において、基板２１上には、図１に倣って、主エレメントしてのコイルユニット１０に接続する電子モジュールを併せ搭載してもよい。
【００２８】
基板２１に搭載するコイルユニット１０、１０…は、それぞれＩＣモジュール３５に接続可能とし（図４）、全体として一体のプリント回路基板を形成してもよい。
【００２９】
基板２１には、演算ユニット３１、通信回路３２からなる電子モジュール３０が搭載されている。演算ユニット３１は、通信回路３２と双方向に接続されており、通信回路３２には、コンデンサＣ3 を介し、基板２１上に形成する結合コイル３３が接続されている。また、演算ユニット３１、通信回路３２は、バッテリＢによって給電されている。各ＩＣモジュール３５は、書込み可能な不揮発性のメモリ３５ａ、通信回路３５ｂを備えており、コイルユニット１０に接続されている。
【００３０】
そこで、演算ユニット３１は、通信回路３２、結合コイル３３、コイルユニット１０、１０…を介し、各ＩＣモジュール３５に対して作動用の電力を供給し、各ＩＣモジュール３５との間に任意のデータ交換機能を実現することができる。結合コイル３３は、各コイルユニット１０に対し、電磁的または磁気的に結合されており、演算ユニット３１は、電波または交流磁界を介し、各ＩＣモジュール３５と個別に交信することができるからである。
【００３１】
ＩＣモジュール３５は、各コイルユニット１０に対して簡単に接続することができ、したがって、基板２１は、必要に応じ、ＩＣモジュール３５を簡単に増設することができる（図４の二点鎖線）。すなわち、基板２１は、あらかじめ必要な数のコイルユニット１０、１０…を設けておくことにより、コイルユニット１０、１０…の数相当までＩＣモジュール３５、３５…を任意に増設することができる。ただし、基板２１上には、図４に拘らず、任意の数のコイルユニット１０、１０…を搭載しておくことができる。
【００３２】
なお、図３、図４において、コイルユニット１０、１０…を共通の基材１１、１１…によって形成し、基板２１をコイルユニット１０、１０…と一体に形成してもよい。すなわち、基板２１は、共通の基材１１、１１…によって形成することができる。また、図４において、演算ユニット３１、通信回路３２、コンデンサＣ3 は、その全部または一部を基板２１の外部に配設してもよい。
【００３３】
さらに、図１の基材１１、１１…、図３、図４の基板２１は、フェライトなどの高磁性材料を混入し、埋設するなどの手段により、各コイルユニット１０のインダクタンスを一層大きくすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この出願に係る第１発明、第２発明のコイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれにコイルを形成し、磁界の発生方向が同一方向となるようにコイルを直列接続することによって、全体として一体のコイルとして作動させることができるから、パターンサイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実現することができる。
【００３５】
したがって、第１発明、第２発明によれば、このようなコイルユニットを利用することによって、高性能のアレイアンテナとしてのアンテナ装置または各ＩＣモジュール用の個別の配線が不要なプリント回路基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コイルユニットの分解斜視図
【図２】 図１のＸ−Ｘ線矢視相当拡大断面図
【図３】 他の実施の形態を示す使用状態平面図（１）
【図４】 他の実施の形態を示す使用状態平面図（２）
【符号の説明】
１０…コイルユニット
１１…基材
１２…コイル
１３…保護材
２１…基板
３５…ＩＣモジュール

Claims (5)

1. 複数のコイルユニットを基板上に配列してなり、前記各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続し、前記コイルユニットは、いずれかを主エレメントとして電子モジュールに接続し、他のすべてを電子モジュールに接続しない副エレメントとすることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記基板は、前記基材によって形成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 複数のコイルユニットと、該コイルユニットにそれぞれ接続して前記コイルユニットの数相当まで増設可能なＩＣモジュールと、前記各コイルユニットに結合するとともに電子モジュールの通信回路に接続する結合コイルと、前記コイルユニット、ＩＣモジュール、結合コイルを搭載する基板とを備えてなるプリント回路基板。
4. 前記各コイルユニットは、積層する複数の基材のそれぞれに形成するコイルを磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続することを特徴とする請求項３記載のプリント回路基板。
5. 前記基板は、前記基材によって形成することを特徴とする請求項４記載のプリント回路基板。

Images