JP5282898B2

JP5282898B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP5282898B2
Application number: JP2009061372A
Authority: JP
Inventors: 昌池田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010219652A

Description

本発明は、データ担体と非接触で通信を行う、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）読取／書込装置に使用するアンテナ装置に関する。

近年、送受信アンテナとＩＣチップ等からなる非接触ＩＣカードやＩＣタグ等のデータ担体と、ＲＦＩＤ読取／書込装置とで構成し、電磁誘導あるいは電波等により非接触で通信を行うＲＦＩＤシステムが、個人認証、あるいは物品管理や工程管理等に利用され普及が進んでいる。一般に、ＲＦＩＤシステムで使用される電磁誘導あるいは電波等の通信周波数帯は、１３．５６ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の主に三種類であり、それぞれの通信周波数帯の特徴に基づき、使用する通信周波数帯を選択してシステムが構築される。

通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯は、一般に電磁誘導による通信方式（以下、電磁誘導方式という）で使用される。この通信方式では、通信距離は短くなるが、比較的大きな電力を、データ担体に対して安定して供給できる。そのため、データ担体に内蔵されるＩＣチップ内での演算処理が必要とされるセキュリティ用途等に使用されている。

また、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯は、電波による通信方式（以下、電波方式という）で使用される。この通信方式は、通信距離が長いことが特徴である。電波方式で用いられる、データ担体に使用される送受信アンテナは、使用する電波の波長の２分の１の長さを有したダイポールアンテナからなる場合が多い。そのため、データ担体の送受信アンテナの大きさは、通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯を用いる場合の方が、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯を用いる場合よりも小さくすることが可能であり、データ担体自体を小型化することができる。一方、データ担体の送受信アンテナによる電波の空間減衰量は、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯を用いる場合の方が、通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯を用いる場合よりも小さいので、通信距離を比較的長くすることができる。

ところで、ＲＦＩＤ読取／書込装置に使用されるアンテナ装置は、使用する通信周波数帯および通信方式によってアンテナ形状が異なる。一般に、通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯の電磁誘導方式で用いられるＲＦＩＤ読取／書込装置のアンテナ装置としては、一平面内に置かれたループ導体からなる、送受信兼用のループアンテナが用いられる。例えば特許文献１には、非接触式データキャリアシステムのリーダ・ライタ、すなわちＲＦＩＤ読取／書込装置のアンテナ装置として、送受信兼用のループアンテナを使用した技術が開示されている。

また、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の電波方式で用いられるＲＦＩＤ読取／書込装置のアンテナ装置としては、各々の通信周波数帯に対応したデータ担体の送受信アンテナと同様の、送受信兼用のダイポールアンテナ、反射板を前記ダイポールアンテナに組み合わせて構成した送受信兼用のアンテナ、あるいは送受信兼用のパッチアンテナ等が用いられる。例えば特許文献２には、非接触ＩＣタグシステムの質問器、すなわちＲＦＩＤ読取／書込装置のアンテナ装置として、円偏波を受波するパッチアンテナを使用した技術が開示されている。

特開平１０−２２４２７７号公報（第８図）特開平１１―３０８１４７号公報（５頁段落００２６）

ＲＦＩＤシステムにおいて、どのような通信周波数帯、通信方式、あるいはアンテナ装置等を使用しているかは、ＲＦＩＤシステムを使用するユーザーにとっては、特段重要ではなく、使用している通信周波数帯、通信方式、あるいはアンテナ装置等を、ユーザーが意識することなくスムーズに運用できるものであるのが好ましい。

通信周波数帯あるいは通信方式が異なるデータ担体と通信を行う場合には、それぞれの通信周波数帯あるいは通信方式に対応したＲＦＩＤ読取／書込装置がそれぞれ個別に必要となり、ＲＦＩＤシステム導入コストの増大、あるいは運用時の効率の悪さ等が問題となる。これに対処するため、ＲＦＩＤ読取／書込装置に、複数の通信周波数帯あるいは複数の通信方式に対応したアンテナ装置を複数併設して、一台のＲＦＩＤ読取／書込装置で運用可能なＲＦＩＤシステムが実現されている。

しかしこの場合、使用する通信周波数帯あるいは通信方式に対応した、最適な形状あるいは寸法を有した、複数の異なるアンテナ装置を準備する必要がある。例えば、通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の三つの通信周波数帯で通信を行うＲＦＩＤ読取／書込装置を用いてＲＦＩＤシステムを構築する場合、ＲＦＩＤ読取／書込装置は、例えば電磁誘導方式のループアンテナからなるアンテナ装置、電波方式のダイポールアンテナからなるアンテナ装置、そして電波方式のパッチアンテナからなるアンテナ装置といったように、形状も寸法も様々である三種のアンテナ装置が混在した複雑な構成となってしまう。

また、このような複雑な構成を回避する一手段として、通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子を備え、各々のアンテナ素子の全長が、使用する通信周波数に相当する波長の４分の１の長さを有し、これらを一つの基板上で同心円状に配置して、各々の通信を電磁誘導方式で行なう、小型で低コストのアンテナ装置が提案されている。

しかし、上述した技術は、３つの通信周波数帯のうち、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子で通信する際の通信条件に合わせて、各々のアンテナ素子の全長、あるいはそれらの配置を決定しており、通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子で通信する場合、通信に必要な磁界の強さを得られない場合がある。

通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子の全長を長くし、アンテナ素子の巻き回数を増やして磁界の強さをある程度高めることは可能であるが、例えば通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子を同心円の最外側に配置すると、基板上でのアンテナ素子の占める割合が大きくなり、小型化には不向きである。

また、ループ状のアンテナ素子の周辺、例えば前記ループ状のアンテナ素子が内蔵されたアンテナ装置の検出面の反対側等に金属等がある場合は、その磁気的影響によりアンテナ特性の低下が問題となる。すなわち、前記ループ状のアンテナ素子が発生した磁気エネルギーは、その周辺にある金属等の内部で電流として消費されてしまい、本来想定していた通信に必要な磁界の強さが得られず通信距離が減少してしまう可能性がある。特に、磁界エリアの広い１３．５６ＭＨｚ帯での通信の場合に、その影響が顕著である。

また今後、ＩＣタグ等のデータ担体の情報に対し、いつでもどこでもアクセス可能なユビキタス社会に向けて、例えば携帯電話や腕時計等の機器に、ＲＦＩＤ読取／書込装置が実装可能となるよう、ＲＦＩＤ読取／書込装置の小型化が必須であり、それに伴いＲＦＩＤ読取／書込装置の内部に組み込まれるアンテナ装置の小型化が必要となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、少なくとも通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の三つの通信周波数帯で、電磁誘導方式にて通信可能となるよう、前記通信周波数帯の各々に対応した、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を備え、各々のアンテナ素子の全長が、使用する通信周波数に相当する波長の４分の１の長さを有し、これらを一つの基板上で同心円状に配置して、各々の通信を電磁誘導方式で行なうとともに、ループ状の磁性体を、前記三つのループ状のアンテナ素子のうちの、通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子の下部近傍に備えて、周辺の金属等による磁気的影響を抑え、前記通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯で通信する場合の磁界の強さを大きくして、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であり、かつ小型で低コストである、ＲＦＩＤ読取／書込装置に使用するアンテナ装置を提供することにある。

すなわち本発明によれば、データ担体と非接触で通信を行うＲＦＩＤ読取／書込装置に使用するアンテナ装置であって、前記アンテナ装置は、少なくとも１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子と、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子と、２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子を有し、前記１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の４分の１の長さより短く、かつ前記８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の４分の１の長さより短く、かつ前記２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の全長を、前記周波数に相当する波長の４分の１の長さより短くするとともに、前記１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、前記２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、および前記２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の各々を、同一平面内にあって、同心円状、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように配置して構成し、かつ前記１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を備えるアンテナ装置が得られる。

本発明のアンテナ装置は、ＲＦＩＤ読取／書込装置に使用され、少なくとも三つの通信周波数帯、すなわち、少なくとも通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯、通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯で、データ担体と通信を行うことが可能となるよう、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を備えるのがよい。

前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子は、送信用のアンテナ素子、受信用のアンテナ素子、または送受信兼用のアンテナ素子のいずれであってもよく、例えば絶縁基板上に固定された、絶縁被覆銅線等を少なくとも１ターン巻回してなるループ状のアンテナ素子、あるいは絶縁基板上に銅箔等で形成した導体パターンからなり、少なくとも１ターン巻回してなるループ状のアンテナ素子等であるのがよい。

使用する通信周波数帯が先の三種類である場合は、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子（以下、第一のループアンテナ素子という）、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子（以下、第二のループアンテナ素子という）、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子（以下、第三のループアンテナ素子という）の全長の各々を、前記周波数の各々に相当する波長の４分の１の長さよりも短いものとするのがよい。

さらに、第一のループアンテナ素子、第二のループアンテナ素子、および第三のループアンテナ素子の各々は、同一平面内、例えば平板状の絶縁基板の一方の面上に配置されたものであって、前記絶縁基板の中心に、例えば円形状の第三のループアンテナ素子を配置し、その外側に、前記円形状の第三のループアンテナ素子と離間して、円形状の第二のループアンテナ素子を配置し、さらにその外側に、前記円形状の第二のループアンテナ素子と離間して、円形状の第一のアンテナ素子を配置して、同心円状となるように構成するのが好適である。

また、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子の各々の形状は、円形状以外に、方形状、略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれであってもよく、それぞれの形状に応じて、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子の各々は、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように同一平面内に配置して構成するのがよい。

さらに、前記第一のループアンテナ素子の下部近傍、すなわち前記アンテナ装置の検出面の反対側にあって、前記第一のループアンテナ素子が配置されている部分に、前記第一のループアンテナ素子の形状に合わせて加工したループ状の磁性体を直接にあるいは離間して配置するのがよい。例えば、前記第一のループアンテナ素子の形状が円形である場合は、前記第一のループアンテナ素子の投影面積を十分覆うことができる帯幅および一定の厚さを有した、シート状体からなる円形のループ状の磁性体を、前記絶縁基板の裏面上に直接、接着剤等で固定する、あるいは前記絶縁基板とループ状の磁性体の間にスペーサー等の媒介物を配置して両者を離間し、各々を接着剤等で固定するようにしてもよい。

これにより、本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯で通信可能であり、かつ前記少なくとも三つの通信周波数帯の各々に対応した、少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を同一平面内に効率よく配置して、アンテナ素子の占有面積を小さくすることができるので、小型化および低コスト化が容易である。同時に、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々を、対応する周波数に相当する波長の４分の１の長さより短くすることで、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子を構成する導体の各々に流れる電流の向きが一様となり、より大きく、かつより指向性の高い磁界を発生させることができる。

さらに、前記少なくとも三つのループ状のアンテナ素子のうち、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信するループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置したので、前記ループ状の磁性体に磁気エネルギーを収斂させることができるため、例え周辺に金属等があった場合でも、前記金属等へ磁界が到達する割合を小さくすることができ、結果として磁気エネルギーのロスを減らすことができる。したがって、前記第一のループアンテナ素子による通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯での通信において、アンテナ特性の低下を抑制して通信距離を拡大することが可能となる。

上述した構成とすることによって、本発明は以下のような効果を奏す。すなわち本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯、例えば１３．５６ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の通信周波数帯で通信可能であり、同一平面内に各々の通信周波数帯に対応した円形状を有したループ状のアンテナ素子を同心円状に配置することにより、特に、ＲＦＩＤ読取／書込装置とデータ担体とが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、前記少なくとも三つの通信周波数帯での通信を電磁誘導方式とすることができるとともに、前記少なくとも三つの通信周波数帯のうち、１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置することによって、前記第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さを大きくして、周辺に金属等がある場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であると同時に、小型化および低コスト化が可能である。

本発明の実施例に係るアンテナ装置の構成を示す図。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図を示す。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明のアンテナ装置は、データ担体、すなわち少なくともＩＣチップとループ状の送受信アンテナを有した非接触ＩＣカードと無線で通信することが可能な、ＲＦＩＤ読取／書込装置に使用されるものである。前記アンテナ装置は、異なる三つの通信周波数帯、すなわち１３．５６ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯で前記非接触ＩＣカードと通信が可能なものである。

前記アンテナ装置は、前記三つの通信周波数帯の各々に対応した三つのループ状のアンテナ素子を備えており、その全長の各々は、各々の周波数に相当する波長の４分の１よりも短い長さを有している。

前記三つのループ状のアンテナ素子、すなわち１３．５６ＭＨｚ帯の周波数で通信する第一のループアンテナ素子、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯の周波数で通信する第二のループアンテナ素子、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の周波数で通信する第三のループアンテナ素子は、例えば前記三つのループ状のアンテナ素子の各々が円形状からなる場合には、先の順序で内側から外側に向かって、同心円状に、ガラスエポキシ等の絶縁基板のおもて面上に、各々離間して配置、固定される。

なお、前記第一のループアンテナ素子、前記第二のループアンテナ素子、および前記第三のループアンテナ素子は、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上にエッチング等により銅膜を円形のループ状に形成したもの、裏面に粘着性を有した銅箔を円形のループ状に加工し、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上に貼り付けたもの、あるいは絶縁被覆された銅線を円形のループ状に加工し、ガラスエポキシ等の前記絶縁基板のおもて面上に接着剤等を介して接着、固定したもの等のいずれであってよい。

また、前記絶縁基板のおもて面上に設けた、前記第一のループアンテナ素子の下部近傍に、前記第一のループアンテナ素子の形状に合わせて加工したループ状の磁性体を直接にあるいは離間して配置するのがよい。

前記ループ状の磁性体は、例えば前記第一のループアンテナ素子が円形状からなる場合は、前記第一のループアンテナ素子の投影面積を十分覆うことができる帯幅および一定の厚さを有した、バインダ中に磁性粉末を分散して固体化したシート状体からなる円形のループ状の磁性体、あるいは軟磁性フェライト等のセラミックス材料や鉄合金等の金属材料等からなる円形のループ状の磁性体を使用するのがよい。特に前記シート状体からなる円形のループ状の磁性体は、柔軟性を有し、軽量であり、加工が容易であるので、前記絶縁基板に固定する際の作業性がよい。

また、前記三つのループ状のアンテナ素子の入出力端子の各々は、前記絶縁基板の一側端面に並ぶように設けてもよいし、スルーホール等を介して、前記絶縁基板の裏面に導出して設けるようにしてもよい。

以下、本発明のアンテナ装置の実施例について、図１を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図を示す。

本発明のアンテナ装置１００は、データ担体、すなわち非接触ＩＣカードと、三つの通信周波数帯、すなわち電磁誘導方式による通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯、電波方式および電磁誘導方式による通信周波数８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および電波方式および電磁誘導方式による通信周波数２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯で通信可能なものであり、本実施例においては、通信に使用する実際の周波数の各々を、１３．５６ＭＨｚ、９５３ＭＨｚ、および２４５０ＭＨｚに設定した。

ただし、ここで、通信周波数９５３ＭＨｚ、および通信周波数２４５０ＭＨｚで通信する通信方式を電波方式および電磁誘導方式としたが、本発明のアンテナ装置１００を用いた、前記通信周波数９５３ＭＨｚ、および前記通信周波数２４５０ＭＨｚでの通信においては、いわゆる電波方式の通信に制限したものではなく、前記非接触ＩＣカードを担持したユーザーがＲＦＩＤ読取／書込装置へアクセスする時の実際の通信距離によって、通信方式が異なってくるものである。具体的には、前記ＲＦＩＤ読取／書込装置から前記非接触ＩＣカードが比較的遠方にあって、両者間の距離が長い場合、例えば数ｍの場合は電波方式で通信を行い、前記ＲＦＩＤ読取／書込装置と前記非接触ＩＣカードとが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、例えば数ｃｍないし数十ｃｍの場合は電磁誘導方式で通信を行うようにしたものである。

一般に、電磁波は、近傍界と遠方界で異なる性質を示す。すなわち互いが直交した電界と磁界とが振動しながら伝播する電磁波は、近傍界においては磁界成分が支配的であり、逆に遠方界においては電界成分が支配的、あるいは電界成分と磁界成分が等量で存在している。つまり、電磁波は、本実施例で例示するようなループ状のアンテナ素子を用いれば、近傍界においては電磁誘導方式で通信、遠方界においては電波方式で通信することを可能にしている。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明のアンテナ装置１００は、少なくとも、絶縁基板１０７と、前記絶縁基板１０７のおもて面上に配置した、三つのループ状のアンテナ素子からなるものである。前記絶縁基板１０７は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのガラスエポキシ基板である。前記三つのループ状のアンテナ素子、すなわち周波数１３．５６ＭＨｚで通信する第一のループアンテナ素子１０１、周波数９５３ＭＨｚで通信する第二のループアンテナ素子１０２、および周波数２４５０ＭＨｚで通信する第三のループアンテナ素子１０３の各々は、前記絶縁基板１０７のおもて面上に、エッチングによって、一定の幅を有する帯状の銅膜が方形状となるように形成されている。

なお、方形状の第二のループアンテナ素子１０２と方形状の第三のループアンテナ素子１０３の各々は１ターンの巻回数を有したものとし、方形状の第一のループアンテナ素子１０１のみ、２ターンの巻回数を有したものとしている。

実際の設計において、特に周波数１３．５６ＭＨｚの電磁誘導方式で通信する場合、巻回数が少ないと受信感度の低下を招く可能性があるため、前記第一のループアンテナ素子１０１を構成する帯状の銅膜の全長を長くすることで巻回数を増やしている。

ただし、巻回で重なる部分については、前記絶縁基板１０７に形成したスルーホール１０８ａ，１０８ｂを介して、前記絶縁基板１０７の裏面にエッチングで形成した帯状のブリッジ銅膜１１２と繋がるようにして絶縁を確保している。

ＲＦＩＤ読取／書込装置とデータ担体、すなわち非接触ＩＣカードとが互いに近傍にあって、両者の通信距離が短い場合、前記アンテナ装置１００を構成する各アンテナ素子を、上述したようなループ状とすることで、電磁誘導により磁界を発生し、相対して存在する前記非接触ＩＣカードの送受信アンテナを構成する導体に誘導電流を誘起させて給電することができ、これによって、両者の通信が可能となる。

前記第一のループアンテナ素子１０１を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は３４０ｍｍ、前記第二のループアンテナ素子１０２を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は６８ｍｍ、および前記第三のループアンテナ素子１０３を構成する、エッチングで形成した帯状の銅膜の全長は２４ｍｍである。前記第一のループアンテナ素子１０１が通信する周波数１３．５６ＭＨｚに相当する波長の４分の１の長さは約５５３０ｍｍ、前記第二のループアンテナ素子１０２が通信する周波数９５３ＭＨｚに相当する波長の４分の１の長さは約７８．７ｍｍ、および前記第三のループアンテナ素子１０３が通信する周波数２４５０ＭＨｚに相当する波長の４分の１の長さは３０．６ｍｍであるので、前記三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々は、通信周波数の各々に相当する波長の４分の１の長さより短い構成となっている。

前記三つのループ状のアンテナ素子の全長の各々を、波長の４分の１の長さより短い構成としたのは、前記三つのループ状のアンテナ素子のいずれかの全長を、波長の４分の１の長さより長くすると、長くしたアンテナ素子に流れる電流の向きだけ反転してしまい、前記三つのループ状のアンテナ素子に流れる電流の向きが一様とならないために、発生する磁界が打ち消しあうようになり、結果として、通信に必要十分な大きさの磁界を発生させることができないからである。

なお、電磁誘導方式での通信の送受信に係る部位を、第一のループアンテナ素子１０１、第二のループアンテナ素子１０２、および第三のループアンテナ素子１０３と表記しているが、厳密には「アンテナ」ではなく、電磁誘導に関与する「ループ導体」あるいは１ターンまたは２ターンの「コイル」と表記すべきものである。しかし、ここでは便宜上、先のように第一のループアンテナ素子１０１、第二のループアンテナ素子１０２、および第三のループアンテナ素子１０３と表記することとする。

そして、前記三つのループ状のアンテナ素子は、前記絶縁基板１０７のおもて面上に同心方形状に配置される。すなわち前記絶縁基板１０７のおもて面上の中心に、方形状の第三のループアンテナ素子１０３を配置し、その外側に、前記方形状の第三のループアンテナ素子１０３と離間して、方形状の第二のループアンテナ素子１０２を配置し、さらにその外側に、前記方形状の第二のループアンテナ素子１０２と離間して、方形状の第一のアンテナ素子１０１を配置して、同心方形状となるように構成した。

なお、前記三つのループ状のアンテナ素子の入出力端子１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂの各々は、前記絶縁基板１０７の一側端面に並ぶように設けられるが、前記第二のループアンテナ素子１０２の入出力端子１０５ａ，１０５ｂ、および前記第三のループアンテナ素子１０３の入出力端子１０６ａ，１０６ｂの各々は、前記第二のループアンテナ素子１０２を構成する帯状の銅膜の一端および他端、および前記第三のループアンテナ素子１０３を構成する帯状の銅膜の一端および他端の各々と、前記帯状の銅膜の一端および他端の各々が位置する、前記絶縁基板１０７に形成したスルーホール１０９ａ，１０９ｂ，１１０ａ，１１０ｂの各々を介して繋げた、前記絶縁基板１０７の裏面にエッチングで形成した帯状の引出し銅膜１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂの各々の端部としている。

そしてさらに、ループ状の磁性体１１１を、同心方形状の最外側に配置した前記方形状の第一のループアンテナ素子１０１の下部近傍、すなわち前記アンテナ装置１００の検出面の反対側に配置した。具体的には、前記第一のループアンテナ素子１０１が配置されている部分に相当する、前記絶縁基板１０７の裏面に対して直接に接着剤を塗布して固定した。なお、前記ループ状の磁性体１１１として、外形５０ｍｍ×５０ｍｍ、帯幅１０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのロの字形状に加工した、シート状体からなるＮＥＣトーキン株式会社製のバスタレイド（登録商標）を使用した。

また、前記ループ状の磁性体１１１によるアンテナ特性の低下抑制効果を確認するために、前記アンテナ装置１００の検出面に向かう、ロの字形状のバスタレイド（登録商標）を前記絶縁基板１０７の裏面に配置しない場合の第一のループアンテナ素子１０１（以下、磁性体なし第一のループアンテナ素子という）が発生する磁界の強さと、前記ロの字形状のバスタレイド（登録商標）を前記絶縁基板１０７の裏面に配置した場合の第一のループアンテナ素子１０１（以下、ロの字磁性体あり第一のループアンテナ素子という）が発生する磁界の強さを測定して比較した。ただし、各々のアンテナ装置１００は、その検出面が上を向くようにして配置され、前記アンテナ装置１００の下部に金属板（図示せず）を敷いた状態でテーブルに置かれている。

その結果、前記アンテナ装置１００の検出面に向かう、ロの字磁性体あり第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さが、ロの字磁性体なし第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さに比べて１．４倍となり、アンテナ特性の低下抑制効果が確認できた。同時に、前記絶縁基板１０７のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子１０２、および第三のループアンテナ素子１０３の各々に対して、通信時の電流を流して磁界を発生させ、各々の磁界の強さの確認を行なったが、両者とも磁界の強さは低下せず、両者とも通信には問題はなかった。

さらに、前記絶縁基板１０７と同形状である、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍのバスタレイド（登録商標）を、前記絶縁基板１０７の裏面に接着剤で固定し、前記絶縁基板１０７の裏面の全面をカバーするようにした場合の第一のループアンテナ素子１０１（以下、全面磁性体あり第一のループアンテナ素子という）が発生する磁界の強さを測定した。

また、前記絶縁基板１０７のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子１０２、および第三のループアンテナ素子１０３の各々に対して、通信時の電流を流して磁界を発生させ、各々の磁界の強さの確認を行なった。

その結果、前記アンテナ装置１００の検出面に向かう、全面磁性体あり第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さが、前記磁性体なし第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さに比べて１．５倍となった。一方、前記絶縁基板１０７のおもて面上に設けている、第二のループアンテナ素子１０２、および第三のループアンテナ素子１０３が発生する磁界の強さは、前記ロの字形状のバスタレイド（登録商標）を使用した場合と異なり、両者とも磁界の強さが低下して、両者とも良好に通信することができなかった。

これらの結果から、全面をカバーする磁性体を用いるよりも、ループ状の磁性体１１１を用いる方が、アンテナ装置１００全体としての特性が優れていることが確認された。

このような構成とすることにより、小型化および低コスト化が可能であるとともに、上述したようなロの字形状のバスタレイド（登録商標）等のループ状の磁性体を、前記第一のアンテナ素子の下部近傍に配置することによって、前記ループ状の磁性体に磁気エネルギーを収斂させることができるため、例え周辺に金属等があった場合でも、前記金属等へ磁界が到達する割合を小さくすることができ、結果として磁気エネルギーのロスを減らすことができる。その結果、磁気ヨークとしての機能を持つ前記ループ状の磁性体は、前記アンテナ装置の検出面に向かう磁界の強さを大きくすることができ、前記第二のアンテナ素子による通信、および前記第三のアンテナ素子による通信に対して影響を与えることなく、前記第一のアンテナ素子のアンテナ特性の低下を抑制することができる。

なお、上述した実施例は、固定されたＲＦＩＤ読取／書込装置のアンテナ装置に対して、データ担体、すなわち非接触ＩＣカードを担持したユーザーがアクセスする場合を想定して説明したものであるが、これとは別に、固定されたデータ担体、例えば商品棚に並べられた商品等の物品に貼付して固定されたＩＣタグに対して、本発明のアンテナ装置を有したＲＦＩＤ読取／書込装置を内蔵した電子通信機器、例えば携帯電話等を担持したユーザーがアクセスする場合等であっても、本発明のアンテナ装置を使用することができる。

また、上述した実施例では、本発明のアンテナ装置に係る、三つのループ状のアンテナ素子を方形状のものとして、同心方形状となるよう、同一平面内に配置して構成したものを例示したが、これらに限らず、円形状を有したループ状のアンテナ素子を同心円状に、略方形状を有したループ状のアンテナ素子を同心略方形状に、任意の多形状を有したループ状のアンテナ素子を同心多角形状に、または任意の略多形状を有したループ状のアンテナ素子を同心略多角形状に、同一平面内に配置して構成したものでもよいし、形状の異なるループ状のアンテナ素子が混在した状態で同一平面内に配置して構成したものであってもよい。

なお、ループ状の磁性体は、ループ状のアンテナ素子の形状に合わせて、例示したような方形状のもの以外に、円形状、略方形状、任意の多角形状、あるいは任意の略多角形状のものであってよい。

本発明のアンテナ装置は、少なくとも三つの通信周波数帯、例えば１３．５６ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の通信周波数帯で通信可能であり、同一平面内に各々の通信周波数帯に対応した方形状を有したループ状のアンテナ素子を同心方形状に配置することにより、特に、ＲＦＩＤ読取／書込装置とデータ担体とが互いに近傍にあって、両者間の距離が短い場合、前記少なくとも三つの通信周波数帯での通信を電磁誘導方式とすることができるとともに、前記少なくとも三つの通信周波数帯のうち、１３．５６ＭＨｚ帯で通信可能なループ状のアンテナ素子、すなわち第一のループアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を配置することによって、前記第一のループアンテナ素子が発生する磁界の強さを大きくして、周辺に金属等がある場合であっても、アンテナ特性の低下を抑制することが可能であると同時に、小型化および低コスト化が可能である。

以上、実施例を用いて、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。

本発明のアンテナ装置は、データ担体と、電磁誘導あるいは電波等により非接触で通信を行うＲＦＩＤ読取／書込装置を用いたＲＦＩＤシステムに係る通信技術分野おいて利用可能であり、特に、複数の異なる通信周波数帯、あるいは複数の異なる通信方式で通信するＲＦＩＤシステムに係る通信技術分野おいて利用可能である。

１００アンテナ装置
１０１第一のループアンテナ素子
１０２第二のループアンテナ素子
１０３第三のループアンテナ素子
１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ入出力端子
１０７絶縁基板
１０８ａ，１０８ｂ，１０９ａ，１０９ｂ，１１０ａ，１１０ｂスルーホール
１１１ループ状の磁性体
１１２ブリッジ銅膜
１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂ引出し銅膜

Claims

データ担体と非接触で通信を行うＲＦＩＤ読取／書込装置に使用するアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、
少なくとも１３．５６ＭＨｚ帯の第１の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第１のアンテナ素子と、
８００ＭＨｚ乃至１０００ＭＨｚ帯の第２の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第２のアンテナ素子と、
２４００ＭＨｚ乃至２５００ＭＨｚ帯の第３の周波数で通信する、ループ導体を含み各入出力端子と接続される第３のアンテナ素子とを有し、
前記第１のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第１の周波数に相当する波長の４分の１の長さより短く、かつ前記第２のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第２の周波数に相当する波長の４分の１の長さより短く、かつ前記第３のアンテナ素子のループ導体の長さを、前記第３の周波数に相当する波長の４分の１の長さより短くするとともに、
前記第１のアンテナ素子のループ導体、前記第２のアンテナ素子のループ導体、および前記第３のアンテナ素子のループ導体の各々を、同一平面内にあって、同心円状、同心方形状、同心略方形状、同心多角形状、または同心略多角形状のいずれかになるように配置して構成し、
かつ、前記第１のアンテナ素子の下部近傍に、ループ状の磁性体を備えることを特徴とするアンテナ装置。