JP5915115B2

JP5915115B2 - Antenna unit

Info

Publication number: JP5915115B2
Application number: JP2011256165A
Authority: JP
Inventors: 大村　国雄; 国雄大村
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: JP2013110685A

Description

本発明は、ＵＨＦ帯で用いられるＲＦＩＤタグの読み取り装置のアンテナユニットに関する。 The present invention relates to antenna units read equipment of the RFID tag used in the UHF band.

従来、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグと読み取り装置などとの間で無線通信が行われている。
ＲＦＩＤタグの普及に伴い読み取り装置のバリエーションも増加しており、利便性を優先させるケースとして、専用の読み取り装置では無く、携帯電話、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末内にＲＦＩＤタグの読み取り機能（アンテナおよび読み取り回路）を内蔵させ、携帯端末に機能を付加したものが商品化されている。 Conventionally, wireless communication is performed between an RFID (Radio Frequency IDentification) tag and a reading device.
With the spread of RFID tags, variations in readers are increasing, and as a case where priority is given to convenience, reading RFID tags in mobile terminals such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) rather than dedicated readers Products with built-in functions (antenna and reading circuit) and added functions to portable terminals have been commercialized.

この場合、読み取りアンテナとして小型のパッチアンテナが搭載されている場合が多く、パッチアンテナはその構造上、厚みが必要になるため、携帯端末ではアンテナが装置本体からはみ出た造形になっている。携帯電話の場合では、読み取り機能の全てが外部のアタッチメント内に納められており、そのアタッチメントを携帯電話の本体と合体させるなどしている。
その理由は、多くの携帯電話および一部のＰＤＡなどでは、情報表示面とは反対側の面（裏面）の内側にアルミニウム製の金属ケース（金属部材）に封入されたリチウムイオン型などの蓄電池が搭載されており、裏面側の大部分はこの蓄電池の金属ケースで占められている。よって、装置の裏面側にはＲＦＩＤタグの情報を読み取るための小型パッチアンテナを組み込むスペースがないからである。 In this case, a small patch antenna is often mounted as a reading antenna, and the patch antenna needs a thickness due to its structure. Therefore, the portable terminal is shaped so that the antenna protrudes from the main body. In the case of a mobile phone, all of the reading functions are stored in an external attachment, and the attachment is combined with the main body of the mobile phone.
The reason is that in many mobile phones and some PDAs, a lithium ion type storage battery enclosed in an aluminum metal case (metal member) inside the surface opposite to the information display surface (back surface) Is mounted, and most of the back side is occupied by the metal case of this storage battery. Therefore, there is no space for incorporating a small patch antenna for reading information from the RFID tag on the back side of the apparatus.

近年、携帯端末の中でも、表示面を大型にしてタッチパネル入力が可能なスマートフォン（多機能携帯電話）の増加が著しい。スマートフォンでは、大型化した表示面の発光電力の増大と、高速描画処理のためＣＰＵ、グラフィック処理ＩＣなどの消費電力の増大により、中型の畜電池が内蔵されている。表示面の大型化にともないスマートフォンの本体の外形も大きくなっているが、それに伴って内蔵する畜電池も大きくなっており、前述の携帯電話および一部のＰＤＡなどと同様に、小型パッチアンテナを組み込むためのスペースはない。さらにこのスマートフォンにおいては、稼働時間を伸ばすために畜電池の大型化も検討されている。 In recent years, among mobile terminals, the number of smartphones (multifunctional mobile phones) capable of touch panel input with a large display surface has increased significantly. A smartphone has a built-in medium-sized battery due to an increase in light emission power of an enlarged display surface and an increase in power consumption of a CPU, graphic processing IC, etc. for high-speed drawing processing. As the display surface becomes larger, the external size of the smartphone body has also increased, but the built-in battery has also increased. As with the mobile phones and some PDAs described above, a small patch antenna has been installed. There is no space to include. Furthermore, in this smart phone, the enlargement of the livestock battery is also being studied in order to extend the operation time.

携帯電話および一部のＰＤＡなどに、ＲＦＩＤタグの読み取り機能を組み込むことで、読み取り機能を稼動するための電力も必要になるので、内蔵される畜電池はさらに大型化すると予想される。よって、携帯端末の中に大型の畜電池があっても組み込み可能な、薄型のＲＦＩＤタグの読み取りアンテナが待ち望まれている。 By incorporating the RFID tag reading function into mobile phones and some PDAs, power for operating the reading function is also required, so the built-in livestock battery is expected to become even larger. Therefore, there is a demand for a thin RFID tag reading antenna that can be incorporated even if there is a large battery in the portable terminal.

薄型パッチアンテナとしては、例えば特許文献１に示すように、パッチアンテナの広帯域化を目指し、パッチアンテナ構造で放射アンテナと導体地板との間に磁性体を設ける構成も提案されている。
特許文献１のパッチアンテナでは、アンテナ特性の中心周波数が４ＧＨｚにおいて磁性体の厚さは２ｍｍであった。ＲＦＩＤタグのＵＨＦ帯の周波数は８６０〜９６０ＭＨｚであることから、この周波数に対応した場合では波長が４倍近く長くなり、磁性体の厚さはさらに厚くなってしまうことが想定される。 As a thin patch antenna, for example, as shown in Patent Document 1, a configuration in which a magnetic material is provided between a radiating antenna and a conductor ground plate in a patch antenna structure has been proposed in order to increase the bandwidth of the patch antenna.
In the patch antenna of Patent Document 1, the thickness of the magnetic material was 2 mm when the center frequency of the antenna characteristics was 4 GHz. Since the frequency of the UHF band of the RFID tag is 860 to 960 MHz, it is assumed that the wavelength becomes nearly four times longer when it corresponds to this frequency, and the thickness of the magnetic substance is further increased.

特許第４３７９４７０号公報Japanese Patent No. 4379470

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ＵＨＦ帯の電波で用いられ、金属部材に取り付けられていても通信を良好に行うことができるＲＦＩＤタグの読み取り用のアンテナユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is used for reading an RFID tag that can be used for UHF radio waves and can be satisfactorily communicated even when attached to a metal member. The purpose is to provide a tena unit.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のアンテナユニットは、磁性粒子または磁性フレークとプラスチックまたはゴムとの複合材で形成され、１ＧＨｚの電磁波に対する比透磁率が１７である磁性シート、前記磁性シートの一方の面上に配置されたアンテナ部、及び前記磁性シートの他方の面上に配置された導体地板を備え、前記磁性シートの厚さ方向に見たときに、前記アンテナ部および前記導体地板は少なくとも一部が重なるように配置され、前記磁性シートの厚さが２００μｍ以上６００μｍ以下である薄型アンテナと、前記薄型アンテナにおける前記磁性シートの他方の面側に取り付けられ、携帯端末に内蔵されている蓄電池の外装部材である金属部材と、一方の主面が前記アンテナ部に直接接触した状態で前記薄型アンテナを覆い、他方の主面が外部に露出する前記携帯端末の外装ケースと、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
Antenna unit of the present invention is formed of a composite material with magnetic particles or magnetic flakes and a plastic or rubber, magnetic sheet relative permeability for electromagnetic waves 1GHz is 17, is disposed on one surface of the magnetic sheet An antenna portion and a conductor ground plate disposed on the other surface of the magnetic sheet , and the antenna portion and the conductor ground plate overlap at least partially when viewed in the thickness direction of the magnetic sheet. A thin antenna having a magnetic sheet thickness of 200 μm or more and 600 μm or less, and an exterior member of a storage battery that is attached to the other surface side of the magnetic sheet in the thin antenna and built in a portable terminal Before the metal member and the one main surface are in direct contact with the antenna portion to cover the thin antenna and the other main surface is exposed to the outside And an exterior case of the portable terminal .

また、上記のアンテナユニットにおいて、前記薄型アンテナは、前記アンテナ部および前記導体地板が自身の主面上に形成されたフィルム状の基材を備え、前記主面が外側になるように折り返された前記基材の間に前記磁性シートが挟まれていることがより好ましい。 Further , in the above antenna unit , the thin antenna includes a film-like base material in which the antenna portion and the conductor ground plane are formed on its main surface, and is folded so that the main surface is on the outside. More preferably, the magnetic sheet is sandwiched between the substrates.

また、上記のアンテナユニットにおいて、前記導体地板は前記金属部材に電気的に統合されていることがより好ましい。 In the above-described antenna unit, wherein the conductive ground plate is not more preferable that is electrically integrated to the metal member.

本発明のアンテナユニットによれば、ＵＨＦ帯の電波で用いられ、金属部材に取り付けられていても通信を良好に行うことができる。 According to the onset Ming antenna units, used in radio in the UHF band, it is attached to the metal member can communicate better.

本発明の第１実施形態の薄型アンテナの平面図である。It is a top view of the thin antenna of a 1st embodiment of the present invention. 図１におけるＡ方向矢視図である。It is an A direction arrow directional view in FIG. 同薄型アンテナを展開した平面図である。It is the top view which developed the thin antenna. 同薄型アンテナを用いた実験の手順を説明する側面図である。It is a side view explaining the procedure of the experiment using the same thin antenna. 実験に用いた金属板および給電部の平面図である。It is a top view of the metal plate and electric power feeding part which were used for experiment. 同金属板および給電部の側面図である。It is a side view of the metal plate and a power feeding part. 金属板の上に磁性シートと三角形状のアンテナエレメントとを順に重ねて置いた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which piled up the magnetic sheet and the triangular-shaped antenna element in order on the metal plate. 金属板の上に磁性シートと長方形状のアンテナエレメントとを順に重ねて置いた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which piled up the magnetic sheet and the rectangular-shaped antenna element in order on the metal plate. 三角形状のアンテナエレメントを用いた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result using a triangular antenna element. 長方形状のアンテナエレメントを用いた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result using a rectangular-shaped antenna element. 本発明の第２実施形態のアンテナユニットを内蔵した携帯電話における要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part in the mobile telephone which incorporated the antenna unit of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態のアンテナユニットを内蔵した携帯電話における要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part in the mobile telephone incorporating the antenna unit of 3rd Embodiment of this invention.

（第１実施形態）
以下、本発明に係る薄型アンテナの第１実施形態を、図１から図１０を参照しながら説明する。本薄型アンテナは、ＲＦＩＤタグとの間で非接触にて通信を行うものである。
図１から図３に示すように、本実施形態の薄型アンテナ１は、磁性シート２と、磁性シート２の一方の面２ａ上に配置されたアンテナエレメント（アンテナ部）３と、磁性シート２の他方の面２ｂ上に配置された導体地板４とを備えている。
なお、図１においては、後述する基材６は示していなく、全ての図ではアンテナエレメントはハッチングを付して示している。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜異ならせてある。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a thin antenna according to the present invention will be described with reference to FIGS. The thin antenna performs non-contact communication with an RFID tag.
As shown in FIGS. 1 to 3, the thin antenna 1 of the present embodiment includes a magnetic sheet 2, an antenna element (antenna portion) 3 disposed on one surface 2 a of the magnetic sheet 2, and the magnetic sheet 2. And a conductor ground plane 4 disposed on the other surface 2b.
In addition, in FIG. 1, the base material 6 mentioned later is not shown, but the antenna element is attached | subjected and hatched in all the figures. Moreover, in all the following drawings, in order to make the drawings easy to see, thicknesses and dimensional ratios of the respective constituent elements are appropriately changed.

磁性シート２としては、磁性粒子、または磁性フレークとプラスチックまたはゴムとの複合材からなる、柔軟性に富んだ公知の材料を用いることができる。図３に示すように、磁性シート２の厚さ方向Ｄ（図２参照。）に見た平面視において、磁性シート２は長方形状に形成されている。
本実施形態では、アンテナエレメント３および導体地板４は、フィルム状の基材６の主面６ａ上に形成されている。 As the magnetic sheet 2, a well-known material with high flexibility made of a composite material of magnetic particles or magnetic flakes and plastic or rubber can be used. As shown in FIG. 3, the magnetic sheet 2 is formed in a rectangular shape in plan view as viewed in the thickness direction D (see FIG. 2) of the magnetic sheet 2.
In the present embodiment, the antenna element 3 and the conductor ground plane 4 are formed on the main surface 6 a of the film-like substrate 6.

基材６を形成する材料としては、ＰＥＴなどの樹脂を好適に用いることができる。基材６の厚さは、例えば５０μｍである。
アンテナエレメント３および導体地板４は、基材６上に配したアルミ薄膜をエッチング法にて成形したり、基材６に銀ペーストインキをパターン印刷したりすることで形成されている。
平面視において、アンテナエレメント３は三角形状に形成され、導体地板４は長方形状に形成されている。
基材６は、主面６ａが内側になるように折り線Ｌで折り返されていて、折り返された基材６の間に磁性シート２を挟んで不図示の接着剤などで接着することで、磁性シート２にアンテナエレメント３および導体地板４が取り付けられている。言い換えれば、基材６は磁性シート２に巻きつけられている。
なお、実際には薄型アンテナ１は非常に薄く構成されているため、基材６を折り返す折り線Ｌが１つとなる場合もある。 As a material for forming the substrate 6, a resin such as PET can be suitably used. The thickness of the substrate 6 is, for example, 50 μm.
The antenna element 3 and the conductor base plate 4 are formed by forming an aluminum thin film disposed on the base material 6 by an etching method or pattern printing a silver paste ink on the base material 6.
In plan view, the antenna element 3 is formed in a triangular shape, and the conductor ground plane 4 is formed in a rectangular shape.
The base material 6 is folded at the fold line L so that the main surface 6a is on the inside, and the magnetic sheet 2 is sandwiched between the folded base materials 6 and bonded with an adhesive (not shown), An antenna element 3 and a conductor ground plate 4 are attached to the magnetic sheet 2. In other words, the substrate 6 is wound around the magnetic sheet 2.
Since the thin antenna 1 is actually configured to be very thin, there may be one fold line L that folds the base material 6.

平面視において、アンテナエレメント３は導体地板４の輪郭の内部に配置されている。
アンテナエレメント３、導体地板４には、接続線７、８の一端がそれぞれ接続されている。接続線７、８の他端は、不図示の読み取り回路部に接続されている。
薄型アンテナ１、接続線７、８、および読み取り回路部は、データ読み取り装置を構成する。
このデータ読み取り装置は、読み取り回路部で生成した問い合わせ信号を、接続線７、８を介して薄型アンテナ１に送ることで、その信号は薄型アンテナ１から電磁波として空間に放射される。問い合わせ信号を受信したＲＦＩＤタグの内部では、この問い合わせに対する応答信号が生成される。ＲＦＩＤタグからの応答信号は同薄型アンテナ１にて受信され、接続線７、８を介して読み取り回路部に送られ解読されることで、ＲＦＩＤタグに記憶された情報を読み取ることができる。 In plan view, the antenna element 3 is disposed inside the outline of the conductor ground plane 4.
One end of connection lines 7 and 8 is connected to the antenna element 3 and the conductor ground plane 4, respectively. The other ends of the connection lines 7 and 8 are connected to a reading circuit unit (not shown).
The thin antenna 1, the connecting lines 7 and 8, and the reading circuit unit constitute a data reading device.
This data reader transmits the inquiry signal generated by the reading circuit unit to the thin antenna 1 via the connection lines 7 and 8, and the signal is radiated from the thin antenna 1 to the space as an electromagnetic wave. A response signal for the inquiry is generated inside the RFID tag that has received the inquiry signal. The response signal from the RFID tag is received by the thin antenna 1, sent to the reading circuit unit via the connection lines 7 and 8, and decoded, whereby the information stored in the RFID tag can be read.

以上のように構成された薄型アンテナ１を薄型にするために、磁性シート２の厚さを検討する以下に説明する実験を行った。
なお、アンテナエレメントは三角形状の場合だけでなく、長方形状にした実験も行っている。
また、薄型アンテナ１では、磁性シート２の他方の面２ｂが金属部材側となるように金属部材に取り付けられたとき、金属部材と導体地板４とは、基材６および接着層を介した静電容量結合効果で電気的に接続され、この作用より導体地板４と金属部材は、アンテナエレメントに対する統合された一つの導体地板となる。
このため、以下の実験では、導体地板４および基材６を備えない薄型アンテナ１を、磁性シート２の他方の面２ｂが金属部材側となるように、前述の統合された一つの導体地板に相当する金属板に取り付けて実験を行った。 In order to make the thin antenna 1 configured as described above thin, an experiment described below for examining the thickness of the magnetic sheet 2 was performed.
In addition, not only the case where the antenna element has a triangular shape but also an experiment in which the antenna element has a rectangular shape has been conducted.
Further, in the thin antenna 1, when the magnetic sheet 2 is attached to the metal member so that the other surface 2b of the magnetic sheet 2 is on the metal member side, the metal member and the conductor ground plane 4 are fixed to each other through the base 6 and the adhesive layer. The conductor ground plane 4 and the metal member become an integrated conductor ground plane with respect to the antenna element.
For this reason, in the following experiment, the thin antenna 1 that does not include the conductor ground plane 4 and the base material 6 is combined into one integrated conductor ground plane as described above so that the other surface 2b of the magnetic sheet 2 is on the metal member side. The experiment was conducted by attaching to the corresponding metal plate.

（実験）
実験には、下記および図４に示す機材および材料を使用した。
・磁性シート２：大同特殊鋼（株）製ＮＲＣ０１０（厚さ１００μｍ）
磁性シート２の寸法３５ｍｍ×３０ｍｍ比透磁率＝１７（１ＧＨｚ）
・アンテナエレメント３：厚さ１２μｍのアルミニウムの薄膜
三角形状の各辺の長さは、２３ｍｍ、２３ｍｍ、２６ｍｍ
長方形状のアンテナエレメント３Ａ（図８参照。）の寸法は、３２ｍｍ×９ｍｍ
・読み取り装置（読み取り回路部）Ｒ１：９５０ＭＨｚ帯ＲＦＩＤ用読み取り装置三菱電機（株）製
ＲＦ−ＲＷ００２（最大出力１Ｗ３０ｄＢｍ）
・固定減衰器Ｒ２：ヒロセ電機（株）製ＡＴ−１０３（減衰量３ｄＢ）
・金属板（金属部材）１１：アルミニウム製１８０ｍｍ（長さ）×８０ｍｍ（幅）×３ｍｍ（厚さ）
・ＲＦＩＤタグＴ：ＵＰＭ（株）製Ｂｅｌｔ (Experiment)
The equipment and materials shown below and shown in FIG. 4 were used for the experiment.
Magnetic sheet 2: NRC010 (thickness 100 μm) manufactured by Daido Special Steel Co., Ltd.
Dimensions of magnetic sheet 2 35 mm × 30 mm Relative permeability = 17 (1 GHz)
Antenna element 3: Aluminum thin film with a thickness of 12 μm The length of each side of the triangle is 23 mm, 23 mm, 26 mm
The size of the rectangular antenna element 3A (see FIG. 8) is 32 mm × 9 mm.
・ Reading device (reading circuit unit) R1: 950 MHz band RFID reading device manufactured by Mitsubishi Electric Corporation RF-RW002 (maximum output 1W 30 dBm)
-Fixed attenuator R2: Hirose Electric Co., Ltd. AT-103 (attenuation 3dB)
-Metal plate (metal member) 11: made of aluminum 180mm (length) x 80mm (width) x 3mm (thickness)
RFID tag T: Belt made by UPM

図５および６に示すように、金属板１１の中心部にＳＭＡ規格に準じた同軸コネクタＲ１１を設け、金属板１１の厚さ方向に同軸コネクタＲ１１の心線部を貫通させ、その心線部の先端をアンテナエレメント３に電気的に接続する給電部Ｒ１２とした。
図４に示すように、同軸コネクタＲ１１とＲＦＩＤタグの読み取り装置Ｒ１とは、固定減衰器Ｒ２が設けられた同軸ケーブルＲ３で接続される。
これら、薄型アンテナ１、読み取り装置Ｒ１、固定減衰器Ｒ２、同軸ケーブルＲ３、同軸コネクタＲ１１、および給電部Ｒ１２で、データ読み取り装置Ｒを構成する。 As shown in FIGS. 5 and 6, a coaxial connector R11 conforming to the SMA standard is provided at the center of the metal plate 11, and the core wire portion of the coaxial connector R11 is penetrated in the thickness direction of the metal plate 11, and the core wire portion. The power supply portion R12 that electrically connects the tip of the antenna element 3 to the antenna element 3 was used.
As shown in FIG. 4, the coaxial connector R11 and the RFID tag reader R1 are connected by a coaxial cable R3 provided with a fixed attenuator R2.
The thin antenna 1, the reading device R1, the fixed attenuator R2, the coaxial cable R3, the coaxial connector R11, and the power feeding unit R12 constitute the data reading device R.

続いて、実験を行った手順について説明する。
まず、図７に示すように金属板１１上に磁性シート２を置き、その磁性シート２の上に三角形状のアンテナエレメント３を、その先端部分に給電部Ｒ１２の心線が接触するようにして重ねた。
この実験では、アンテナエレメント３、磁性シート２、および金属板１１を厚さ方向に密着させるために、不図示の発砲スチロールをアンテナエレメント３上に置き、その発泡スチロールの両端と金属板１１とを薄い粘着テープで止めた。
ＲＦＩＤタグＴを金属板１１上のアンテナエレメント３に向け回転させ、データ読み取り装置Ｒが非接触でＲＦＩＤタグＴから情報を読み取ることができる距離の最大値（通信距離）を求めた。なお、発泡スチロールは通信距離の測定結果にはほとんど影響を与えないことが分かっている。 Subsequently, the procedure of the experiment will be described.
First, as shown in FIG. 7, the magnetic sheet 2 is placed on the metal plate 11, the triangular antenna element 3 is placed on the magnetic sheet 2, and the core of the power feeding portion R <b> 12 is in contact with the tip portion. Piled up.
In this experiment, in order to bring the antenna element 3, the magnetic sheet 2, and the metal plate 11 into close contact with each other in the thickness direction, a fired polystyrene (not shown) is placed on the antenna element 3, and both ends of the foamed polystyrene and the metal plate 11 are thin. Stopped with adhesive tape.
The RFID tag T was rotated toward the antenna element 3 on the metal plate 11, and the maximum distance (communication distance) at which the data reader R could read information from the RFID tag T without contact was determined. It has been found that polystyrene foam has little effect on the measurement results of communication distance.

実験に使用した読み取り装置Ｒ１の最高出力は１Ｗ（３０ｄＢｍ）であるが、実験環境の都合上、同軸ケーブルＲ３上に−３ｄＢの固定減衰器Ｒ２を接続し、読み取り装置Ｒ１の出力を０．５Ｗ（２７ｄＢｍ）に減衰させて実験をおこなった。
磁性シート２の厚さを１００μｍ〜７００μｍに変化させ、厚さの違いによる通信距離の変動を測定し記録した。磁性シート２の厚さを変化させるために、同一形状に加工された１００μｍ厚の磁性シートを複数枚重ね合わせて、厚さが１００μｍ〜７００μｍの磁性シート２とした。なお、本実験で使用した磁性シート２は、１ＧＨｚ付近における比透磁率が１７と、市販されている磁性シートの中では高い値を示すものである。 The maximum output of the reader R1 used in the experiment is 1 W (30 dBm), but for the convenience of the experimental environment, a -3 dB fixed attenuator R2 is connected on the coaxial cable R3, and the output of the reader R1 is 0.5 W. The experiment was conducted with attenuation of (27 dBm).
The thickness of the magnetic sheet 2 was changed from 100 μm to 700 μm, and the change in the communication distance due to the difference in thickness was measured and recorded. In order to change the thickness of the magnetic sheet 2, a plurality of 100 μm thick magnetic sheets processed into the same shape were superposed to form a magnetic sheet 2 having a thickness of 100 μm to 700 μm. The magnetic sheet 2 used in this experiment has a relative permeability of 17 near 1 GHz, which is a high value among commercially available magnetic sheets.

図８に示すように、長方形状のアンテナエレメント３Ａを用いた実験の場合でも、磁性シート２の上に、長方形状のアンテナエレメント３Ａを、その短辺の中心に給電部Ｒ１２の心線が接触するようにして重ねた。 As shown in FIG. 8, even in the case of an experiment using the rectangular antenna element 3A, the rectangular antenna element 3A is placed on the magnetic sheet 2, and the core of the feeding portion R12 is in contact with the center of the short side. It was piled up as you did.

（実験結果）
三角形状のアンテナエレメント３を用いて、磁性シート２の厚さを１００μｍ〜７００μｍに変化させた実験の結果（グラフ）を図９に示す。図９より、磁性シート２の厚さが１００μｍでは通信距離が５０ｍｍと低い値を示すが、通信距離が９５ｍｍと高い値を示す３００〜４００μｍをピークとして、２００〜６００μｍの間では良好な結果となった。 (Experimental result)
FIG. 9 shows a result (graph) of an experiment in which the thickness of the magnetic sheet 2 is changed from 100 μm to 700 μm using the triangular antenna element 3. From FIG. 9, when the thickness of the magnetic sheet 2 is 100 μm, the communication distance is as low as 50 mm, but the communication distance is as high as 95 mm and the peak is 300 to 400 μm, and good results are obtained between 200 and 600 μm. became.

長方形状のアンテナエレメント３Ａを用いた場合の実験結果を図１０に示す。
前述の三角形状のアンテナエレメント３を用いた実験結果と比較すると、通信距離は全体的に短くなってしまった。通信距離が７０ｍｍと高い値を示す３００μｍをピークとして、全体に山型の特性を示す結果となった。
これらの結果より、アンテナエレメントの形状の違いによる通信距離の差はあるものの、磁性シート２の厚さを２００〜６００μｍにすることで良好な通信結果が得られることがわかった。 FIG. 10 shows the experimental results when the rectangular antenna element 3A is used.
Compared with the result of the experiment using the triangular antenna element 3 described above, the communication distance was shortened as a whole. The peak was at 300 μm, which shows a high communication distance of 70 mm, and the result showed a mountain-shaped characteristic as a whole.
From these results, it was found that good communication results can be obtained by setting the thickness of the magnetic sheet 2 to 200 to 600 μm although there is a difference in communication distance due to the difference in the shape of the antenna element.

なお、薄型アンテナ１の実際の使用に際しては、同軸ケーブルＲ３から固定減衰器Ｒ２を取り外すことで読み取り装置Ｒ１の出力を最大の１Ｗ（３０ｄＢｍ）まで上げられるので、通信距離がさらに長くなるのは言うまでもない。
その他、読み取り装置Ｒ１の装置側の入出力インピーダンスは５０Ωであり、実験に用いた薄型アンテナ１のインピーダンスとは整合が取れていないと思われる。このため、インピーダンス整合回路を付加すること、磁性シート２の電気的な物性値（透磁率、磁性損失、誘電率、誘電損失など）を好適なものにすること、アンテナエレメント３の形状を最適化することなどで、通信距離はさらに長くできると考えられる。 In actual use of the thin antenna 1, the output of the reading device R1 can be increased to the maximum 1 W (30 dBm) by removing the fixed attenuator R2 from the coaxial cable R3, so that the communication distance is further increased. Yes.
In addition, the input / output impedance on the device side of the reading device R1 is 50Ω, and it seems that the impedance of the thin antenna 1 used in the experiment is not matched. For this reason, an impedance matching circuit is added, electrical property values (magnetic permeability, magnetic loss, dielectric constant, dielectric loss, etc.) of the magnetic sheet 2 are made suitable, and the shape of the antenna element 3 is optimized. By doing so, it is considered that the communication distance can be further increased.

以上説明したように、本実施形態の薄型アンテナ１によれば、磁性シート２において、アンテナエレメント３が配置された一方の面２ａとは反対側の他方の面２ｂに導体地板４が配置されるとともに、厚さ方向Ｄに見てアンテナエレメント３は導体地板４の輪郭の内部に配置されている。
このため、導体地板４側に金属板１１を取り付けて薄型アンテナ１を使用した場合であっても、導体地板４に対してアンテナエレメント３とは反対側に配置された金属板１１の影響がアンテナエレメント３に及ぶのを抑えて、アンテナエレメント３とＲＦＩＤタグＴとの間で通信を良好に行うことができる。
また、磁性シート２の厚さが２００μｍ以上６００μｍ以下であるため、薄型アンテナ１の厚さを、従来型のアンテナと比較した場合に１／３〜１／１０と非常に薄く形成することができる。
さらに、薄型アンテナ１には高価な部材も使われていないことから、薄型アンテナ１を安価に製造することもできる。 As described above, according to the thin antenna 1 of the present embodiment, in the magnetic sheet 2, the conductor ground plane 4 is disposed on the other surface 2b opposite to the one surface 2a on which the antenna element 3 is disposed. In addition, the antenna element 3 is disposed inside the outline of the conductor ground plane 4 when viewed in the thickness direction D.
For this reason, even when the metal plate 11 is attached to the conductor ground plane 4 side and the thin antenna 1 is used, the influence of the metal plate 11 arranged on the side opposite to the antenna element 3 with respect to the conductor ground plane 4 is the antenna. The communication between the antenna element 3 and the RFID tag T can be performed satisfactorily while suppressing reaching the element 3.
In addition, since the thickness of the magnetic sheet 2 is 200 μm or more and 600 μm or less, the thickness of the thin antenna 1 can be formed as extremely thin as 1/3 to 1/10 when compared with a conventional antenna. .
Further, since no expensive member is used for the thin antenna 1, the thin antenna 1 can be manufactured at low cost.

主面６ａ上にアンテナエレメント３および導体地板４が形成された基材６が、主面６ａが内側になるように折り返されて磁性シート２を挟むように配置される。したがって、アンテナエレメント３、導体地板４に直接触れなくても、基材６を介してアンテナエレメント３、導体地板４を扱うことができ、磁性シート２上にアンテナエレメント３および導体地板４を容易に配置することができる。 The base material 6 on which the antenna element 3 and the conductor base plate 4 are formed on the main surface 6a is folded so that the main surface 6a is on the inside, and is arranged so as to sandwich the magnetic sheet 2 therebetween. Therefore, the antenna element 3 and the conductor ground plane 4 can be handled via the base material 6 without directly touching the antenna element 3 and the conductor ground plane 4, and the antenna element 3 and the conductor ground plane 4 can be easily disposed on the magnetic sheet 2. Can be arranged.

なお、本実施形態の薄型アンテナ１では、基材６を、アンテナエレメント３および導体地板４が形成された主面６ａが外側になるように折り線Ｌで折り返し、折り返した基材６の間に磁性シート２を挟んでもよい。このように構成しても、本実施形態の薄型アンテナ１と同様の効果を奏することができる。 In the thin antenna 1 of this embodiment, the base material 6 is folded at the fold line L so that the main surface 6a on which the antenna element 3 and the conductor ground plane 4 are formed is outside, and the base material 6 is interposed between the folded base materials 6. The magnetic sheet 2 may be sandwiched. Even if comprised in this way, there can exist an effect similar to the thin antenna 1 of this embodiment.

本実施形態の薄型アンテナ１では、本発明のアンテナ機能をわかりやすくするための造形としている。実際の使用に際しては、例えば薄型アンテナと読み取り回路部とのインピーダンス整合方法（例えば５０−ｊ０Ω化）、給電方法などを考慮し、装置の仕様に合わせた設計が必要となる。
本発明の薄型アンテナは、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ）のＲＦＩＤタグの読み取り用に限定されるので、広帯域アンテナである必要はなく、アンテナ利得優先の狭帯域アンテナの特性を有している。 The thin antenna 1 of the present embodiment is shaped to make the antenna function of the present invention easier to understand. In actual use, for example, an impedance matching method (for example, 50-j0Ω) between the thin antenna and the reading circuit unit, a power feeding method, and the like are required, and a design that matches the specifications of the apparatus is required.
Since the thin antenna of the present invention is limited to reading a UHF band (860 to 960 MHz) RFID tag, it does not need to be a wideband antenna and has the characteristics of a narrowband antenna with priority on antenna gain.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１１を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
この例では、図１１に示すように、携帯電話（携帯端末）２１に、リチウムイオン型などの蓄電池３１、および前述の薄型アンテナ１が内蔵された構成となっている。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11, but the same parts as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and only different points will be described.
In this example, as shown in FIG. 11, a mobile phone (mobile terminal) 21 includes a storage battery 31 such as a lithium ion type and the above-described thin antenna 1.

携帯電話２１の外装ケース２２は、プラスチックなどの比誘電率の小さい材料で形成されている。
蓄電池３１の収容ケース（金属部材、外装部材）３２は、アルミニウムや鉄などの金属で形成されている。
薄型アンテナ１は、磁性シート２の他方の面２ｂ側に収容ケース３２が配されるように、外装ケース２２と収容ケース３２との間に取り付けられている。薄型アンテナ１は、収容ケース３２に密着した状態で取り付けられている。
薄型アンテナ１は、収容ケース３２とともに、本実施形態のアンテナシステム３６を構成する。 The outer case 22 of the mobile phone 21 is made of a material having a small relative dielectric constant such as plastic.
A storage case (metal member, exterior member) 32 of the storage battery 31 is formed of a metal such as aluminum or iron.
The thin antenna 1 is attached between the outer case 22 and the housing case 32 so that the housing case 32 is disposed on the other surface 2 b side of the magnetic sheet 2. The thin antenna 1 is attached in close contact with the housing case 32.
The thin antenna 1 together with the housing case 32 constitutes the antenna system 36 of the present embodiment.

このように構成された本実施形態のアンテナシステム３６によれば、導体地板４と収容ケース３２は、基材６および接着層を介した静電容量結合効果で電気的に接続され、この作用より導体地板４と収容ケース３２は、アンテナエレメント３に対する統合された一つの導体地板となる。よって、アンテナエレメント３、磁性シート２、および統合された一つの導体地板という順に形成された３層構造のアンテナとなり、ＲＦＩＤタグＴとの間で通信を良好に行うことができる。
収容ケース３２と導体地板４とは、厚さが５０μｍ程度の誘電体である基材６を介した静電容量結合効果により、高周波的に接続される。これにより、導体地板４の面積を静電容量結合可能な程度にまで小さくすることもできる。 According to the antenna system 36 of the present embodiment configured as described above, the conductor ground plane 4 and the housing case 32 are electrically connected by the capacitive coupling effect via the base material 6 and the adhesive layer. The conductor ground plane 4 and the housing case 32 are integrated into one conductor ground plane for the antenna element 3. Accordingly, the antenna element 3, the magnetic sheet 2, and the integrated single conductor ground plane are formed in the order of the three-layered antenna, and communication with the RFID tag T can be performed satisfactorily.
The housing case 32 and the conductor base plate 4 are connected at a high frequency by the capacitive coupling effect through the base material 6 which is a dielectric having a thickness of about 50 μm. Thereby, the area of the conductor ground plane 4 can also be reduced to such an extent that capacitive coupling is possible.

携帯電話２１の主回路（処理機能、電話機能、表示機能等の回路）は、図示はしないが通常は導体地板４に対してアンテナエレメント３とは反対側に配置されているため、アンテナエレメント３からの電波放射の影響を受けにくい。このことから、ＲＦＩＤタグＴの読み取り時の電磁波放射に対する内部の電磁波吸収体、遮蔽板（シールド版）等の電波障害対策を軽減することができる。 Although not shown, the main circuit of the cellular phone 21 (circuits for processing function, telephone function, display function, etc.) is usually disposed on the side opposite to the antenna element 3 with respect to the conductor base plate 4. Less susceptible to radio wave radiation from From this, it is possible to reduce countermeasures against radio wave interference such as an internal electromagnetic wave absorber and a shielding plate (shield plate) against electromagnetic wave radiation at the time of reading the RFID tag T.

本実施形態の薄型アンテナ１は、導体地板４側に金属が配置されていてもよいことから、携帯電話２１の収容ケース３２と外装ケース２２との間に、携帯電話２１の外形厚さの増大を極力抑えて組み込むことができる。なお、この組み込み方法は、スマートフォンなどの畜電池の大型化（縦および横方向）の流れにおいても支障をきたさない組み込み方法である。 In the thin antenna 1 of this embodiment, metal may be disposed on the conductor ground plane 4 side, so that the outer thickness of the mobile phone 21 increases between the housing case 32 and the outer case 22 of the mobile phone 21. Can be incorporated with as much as possible. In addition, this integration method is an integration method which does not cause trouble even in the flow of enlargement (vertical and horizontal directions) of livestock batteries such as smartphones.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１２を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
この例では、図１２に示すように、携帯電話４１に、前述の蓄電池３１および薄型アンテナ５１が内蔵された構成となっている。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12, but the same parts as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different points will be described.
In this example, as shown in FIG. 12, the mobile phone 41 has the above-described storage battery 31 and thin antenna 51 built therein.

薄型アンテナ５１は、主面６ａにアンテナエレメント３が形成された基材６を、主面６ａが外側になるように折り返し、折り返した基材６の間に磁性シート２を挟んだ構成となっている。
本実施形態では、薄型アンテナ５１の導体地板は、収容ケース３２に基材６が密着した状態に配置されることで収容ケース３２に電気的に統合されている。すなわち、導体地板は収容ケース３２に一体化されている。
薄型アンテナ５１は、収容ケース３２とともに、本実施形態のアンテナシステム５６を構成する。
この場合、蓄電池３１の収容ケース３２に接続した不図示の既存電源ライン（グランドライン）を読み取り装置に接続することになる。 The thin antenna 51 has a configuration in which the base material 6 on which the antenna element 3 is formed on the main surface 6a is folded so that the main surface 6a is on the outside, and the magnetic sheet 2 is sandwiched between the folded base materials 6. Yes.
In the present embodiment, the conductor ground plane of the thin antenna 51 is electrically integrated into the housing case 32 by being disposed in a state where the base material 6 is in close contact with the housing case 32. That is, the conductor ground plane is integrated with the housing case 32.
The thin antenna 51, together with the housing case 32, constitutes the antenna system 56 of the present embodiment.
In this case, an existing power line (not shown) connected to the storage case 32 of the storage battery 31 is connected to the reading device.

このように構成された本実施形態のアンテナシステム５６においても、前記実施形態のアンテナシステム３６と同様の効果を奏することができる。
薄型アンテナ５１の導体地板が収容ケース３２に電気的に統合されているため、薄型アンテナ５１の性能を維持しつつ、薄型アンテナ５１をさらに薄型化することができる。
また、金属部材が蓄電池３１の収容ケース３２であるため、薄型アンテナ５１を蓄電池３１と組み合わせたアンテナシステム５６を薄型化することができる。 The antenna system 56 of the present embodiment configured as described above can achieve the same effects as the antenna system 36 of the embodiment.
Since the conductor ground plane of the thin antenna 51 is electrically integrated into the housing case 32, the thin antenna 51 can be further thinned while maintaining the performance of the thin antenna 51.
Further, since the metal member is the housing case 32 of the storage battery 31, the antenna system 56 in which the thin antenna 51 is combined with the storage battery 31 can be thinned.

本実施形態では、薄型アンテナ５１は基材６を備えなくてもよいし、さらに、収容ケース３２と磁性シート２との間に隙間が形成されていてもよい。
磁性シート２とアンテナエレメント３との密着が保たれていれば、磁性シート２を収容ケース３２に貼り付けてもよい。この場合、薄型アンテナの導体地板４および磁性シート２の機能が蓄電池３１側に移行した状態になるため、薄型アンテナはアンテナエレメント３および基材６のみを備える構成となる。
携帯電話の外形厚さを極限まで抑えたいということであれば、アンテナエレメント３をアンテナ形状に加工したアルミ薄膜または銀ペーストインキでパターン印刷するなどして、プラスチックで形成された外装ケース２２の内側の面上に設けることで、薄型アンテナが基材６を備えない構成とすることができる。よって、携帯電話の外形厚さを基材６の厚さ分だけさらに薄くすることができる。 In the present embodiment, the thin antenna 51 may not include the base material 6, and a gap may be formed between the housing case 32 and the magnetic sheet 2.
If the close contact between the magnetic sheet 2 and the antenna element 3 is maintained, the magnetic sheet 2 may be attached to the housing case 32. In this case, since the functions of the conductor ground plate 4 and the magnetic sheet 2 of the thin antenna are shifted to the storage battery 31 side, the thin antenna includes only the antenna element 3 and the substrate 6.
If it is desired to keep the outer thickness of the mobile phone to the limit, the inside of the outer case 22 made of plastic is formed by pattern printing with an aluminum thin film or silver paste ink processed into an antenna shape of the antenna element 3. By providing on the surface, the thin antenna can be configured not to include the substrate 6. Therefore, the outer thickness of the mobile phone can be further reduced by the thickness of the base material 6.

このように、携帯電話における収容ケース３２と外装ケース２２との間に配置された薄型アンテナは、自身には備えないようにした構成要素を収容ケース３２や外装ケース２２に適宜設けることができる。したがって、携帯電話の外形厚さを極限まで抑えた形、利便性優先の形態、経済性優先の形態など様々に対応が可能である。
携帯電話の中に薄型アンテナを組み込む場合、金属製の収容ケース３２は、スペース的にも電気的には大きな障害になっている。このような状況において発明者が着目したのが、障害になっている収容ケース３２であった。この収容ケース３２を薄型アンテナの導体地板にして、非常に薄い薄型アンテナを作ることが、本発明の発想の一つである。 As described above, the thin antenna disposed between the housing case 32 and the exterior case 22 in the mobile phone can be provided with the components that are not included in the housing case 32 and the exterior case 22 as appropriate. Therefore, various forms such as a form in which the outer thickness of the mobile phone is minimized, a form in which convenience is given priority, and a form in which economy is given priority are possible.
When a thin antenna is incorporated in a mobile phone, the metal housing case 32 is a great obstacle in terms of space and electrical. In this situation, the inventor has focused on the housing case 32 that is an obstacle. It is one of the ideas of the present invention to make a very thin thin antenna by using the housing case 32 as a conductive ground plane of a thin antenna.

以上、本発明の第１実施形態から第３実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
たとえば、前記第２実施形態および第３実施形態では、携帯端末は携帯電話であるとした。しかし、携帯端末はこれに限ることなく、ＰＤＡやスマートフォンなどでもよいし、薄型アンテナが携帯端末以外の、自動車などの乗り物や、家庭用電気製品などに用いられてもよい。 The first to third embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the configuration does not depart from the gist of the present invention. Changes are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.
For example, in the second embodiment and the third embodiment, the mobile terminal is a mobile phone. However, the portable terminal is not limited to this, and may be a PDA, a smartphone, or the like, and the thin antenna may be used for a vehicle such as an automobile other than the portable terminal, a household electric product, or the like.

前記第１実施形態および第２実施形態では、厚さ方向Ｄに見たときに、アンテナエレメント３は導体地板４の輪郭の内部に配置されているように構成した。しかし、厚さ方向Ｄに見たときに、アンテナエレメント３および導体地板４は少なくとも一部が重なるように配置されていればよい。
この理由は、金属部材である金属板１１、収容ケース３２と導体地板４とは、基材および接着層を介した静電容量結合効果で電気的に接続され、この作用よりこれら金属部材と導体地板４とがアンテナエレメント３に対する統合された一つの導体地板となり、アンテナエレメント３は必然的に前述の導体地板の輪郭内に配置されることになるからである。
また、アンテナエレメントの形状は三角形状や長方形状に限定されず、円形状、楕円形状、多角形状、メアンダ形状、アレーアンテナ形状などであってもよい。導体地板４の形状も長方形状に限定されず、厚さ方向Ｄに見たときに少なくとも一部がアンテナエレメントに重なっていれば、その形状は、円形状、楕円形状、多角形状などであってもよい。 In the first embodiment and the second embodiment, when viewed in the thickness direction D, the antenna element 3 is arranged inside the outline of the conductor ground plane 4. However, when viewed in the thickness direction D, the antenna element 3 and the conductor ground plane 4 may be arranged so as to overlap at least partially.
The reason for this is that the metal plate 11, which is a metal member, the housing case 32, and the conductor ground plate 4 are electrically connected by a capacitive coupling effect through the base material and the adhesive layer. This is because the ground plane 4 becomes an integrated conductor ground plane for the antenna element 3, and the antenna element 3 is necessarily arranged within the outline of the above-described conductor ground plane.
The shape of the antenna element is not limited to a triangular shape or a rectangular shape, and may be a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a meander shape, an array antenna shape, or the like. The shape of the conductor ground plane 4 is not limited to a rectangular shape, and if it is at least partially overlapped with the antenna element when viewed in the thickness direction D, the shape is circular, elliptical, polygonal, etc. Also good.

１、５１薄型アンテナ
２磁性シート
２ａ一方の面
２ｂ他方の面
３、３Ａアンテナエレメント（アンテナ部）
４導体地板
６基材
６ａ主面
１１金属板（金属部材）
２１、４１携帯電話（携帯端末）
３１蓄電池
３２収容ケース（金属部材、外装部材）
３６、５６アンテナシステム 1, 51 Thin antenna 2 Magnetic sheet 2a One side 2b The other side 3, 3A Antenna element (antenna part)
4 Conductor ground plate 6 Base material 6a Main surface 11 Metal plate (metal member)
21, 41 Mobile phone (mobile terminal)
31 Storage battery 32 Housing case (metal member, exterior member)
36, 56 Antenna system

Claims

It is formed of a composite material with magnetic particles or magnetic flakes and a plastic or rubber, magnetic sheet relative permeability for electromagnetic waves 1GHz is 17,
The one antenna unit which is arranged on the surface of the magnetic sheet, and provided with the magnetic sheet other placed conductive ground plane on the surface of,
When viewed in the thickness direction of the magnetic sheet, the antenna portion and the conductor ground plane are arranged so that at least a part thereof overlaps,
A thin antenna having a thickness of the magnetic sheet of 200 μm or more and 600 μm or less ;
A metal member that is attached to the other surface side of the magnetic sheet in the thin antenna and is an exterior member of a storage battery built in a mobile terminal;
An outer case of the portable terminal that covers the thin antenna in a state where one main surface is in direct contact with the antenna unit, and the other main surface is exposed to the outside;
An antenna unit comprising:

The thin antenna includes a film-like base material in which the antenna portion and the conductor ground plane are formed on its main surface,
The antenna unit according to claim 1, wherein the magnetic sheet is sandwiched between the base material folded so that the main surface is on the outside.

The antenna unit according to claim 1 , wherein the conductor ground plane is electrically integrated with the metal member.