JP6369623B2 - アンテナ装置およびｒｆｉｄシステム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置、およびアンテナ装置と該アンテナ装置と無線通信を行うＲＦＩＤタグとを有するＲＦＩＤシステムに関する。

従来より、電磁誘導を利用してＩＣカードやＲＦＩＤタグなどとの間で無線通信を行うアンテナ装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、ＩＣカードに情報を書き込むまたはＩＣカードの情報を読み取るリーダライタに使用され、そのためのループアンテナを有する。ループアンテナは、２つの小さいループ（コイル）が形成されるように、すなわち「８」字状になるようにねじられている。このようなループアンテナによれば、２つのコイルそれぞれを通過する磁束の向きが異なる。そのため、コイルアンテナの遠方の位置では、２つのコイルそれぞれから発生する磁束が互いに打ち消し合う。それにより、アンテナ装置から発生した磁界が他の無線通信装置に影響をおよぼすことが抑制される。

特開平１１−２８２９８０号公報

ところで、アンテナ装置のアンテナによって発生した磁界により、アンテナ装置内の素子も影響を受ける。

例えば、アンテナに接続されて該アンテナに給電する給電回路素子が、そのアンテナによって発生した磁界の影響を受ける。

そこで、本発明は、例えばＲＦＩＤシステムに使用されるアンテナ装置において、そのアンテナに接続されている給電回路素子に対する該アンテナによって発生した磁界の影響を低減することを課題とする。

上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板に設けられたアンテナと、
前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設された第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部との間の領域内に設けられている、アンテナ装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、
基板と、
前記基板に設けられたアンテナと、
前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、アンテナ装置が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、
ＲＦＩＤタグを備える物品と、
前記物品の前記ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に設けられたアンテナと、
前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部との間の領域内に設けられている、ＲＦＩＤシステムが提供される。

本発明のさらに異なる態様によれば、
ＲＦＩＤタグを備える物品と、
前記物品の前記ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に設けられたアンテナと、
前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、ＲＦＩＤシステムが提供される。

本発明によれば、例えばＲＦＩＤシステムに使用されるアンテナ装置において、そのアンテナに接続されている給電回路素子に対する該アンテナによって発生した磁界の影響を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤシステムの概略的斜視図 実施の形態１に係るＲＦＩＤシステムの分解図 実施の形態１に係るアンテナ装置の上面図 実施の形態１に係るアンテナ装置の底面図 実施の形態１に係るアンテナ装置の回路図 実施の形態１に係るアンテナ装置から発生する磁界分布を示すアンテナ装置の断面図 本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤシステムのアンテナ装置の上面図 実施の形態２に係るアンテナ装置の底面図 図７に示すＱ−Ｑ線に沿ったアンテナ装置の断面図 図７に示すＲ−Ｒ線に沿ったアンテナ装置の断面図 実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図 信号線とリターン経路とを説明するための図

本発明の一態様のアンテナ装置は、基板と、基板に設けられたアンテナと、基板に設けられてアンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、アンテナが、基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように基板上に配設された第１および第２のコイルアンテナ部を含み、給電回路素子が、第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部との間の領域内に設けられている。

また、本発明の別の態様のアンテナ装置は、基板と、基板に設けられたアンテナと、基板に設けられてアンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、アンテナが、基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、給電回路素子が、第１および第２のコイルアンテナ部それぞれのコイル軸から等距離の基板上の仮想直線上に配置されている。

これらの態様によれば、例えばＲＦＩＤシステムに使用されるアンテナ装置において、そのアンテナに接続されている給電回路素子に対する該アンテナによって発生した磁界の影響を低減することができる。

給電回路素子が、アンテナを介して信号を送受信するＲＦＩＣ素子を含んでもよい。

給電回路素子が、アンテナとＲＦＩＣ素子とに接続されたマッチング素子を含んでもよい。これにより、ＲＦＩＣ素子は、アンテナを介して高品質な無線通信を実行することができる。

給電回路素子が、ＲＦＩＣ素子に接続されて該ＲＦＩＣ素子を制御する制御ＩＣ素子を含んでもよい。これにより、アンテナ装置に接続される外部装置が、ＲＦＩＤ素子を制御する機能を備える必要がない。したがって、ＲＦＩＣ素子を制御する機能を備えていない外部装置、例えばコンピュータなどの汎用の外部装置にアンテナ装置を接続することができる。

第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部の間の領域に最狭部が含まれる場合、最狭部に対して一方側にＲＦＩＣ素子を配置し、他方側に制御ＩＣ素子を配置し、ＲＦＩＣ素子と制御ＩＣ素子とを接続する導体が最狭部を通過してもよい。これにより第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部との間の距離を小さくすることができる。それにより、基板のサイズを小さくすることができ、その結果としてアンテナ装置を小型化することができる。

給電回路素子が、信号電流が流れる信号用導体と、信号電流に対するリターン電流が流れるリターン用導体とを含んでもよく、その場合には、信号用導体とリターン用導体は、互いに平行であって、且つ、基板と直交する方向に対向するのが好ましい。これにより、信号用導体とリターン用導体とを含む電流が一巡するループ状の回路と第１および第２のコイルアンテナ部の磁束との鎖交が抑制される。その結果、信号用導体を流れる信号へのノイズの混入が抑制される。

第１および第２のコイルアンテナ部が、ヘリカル状であってもよい。それにより、コイルの開口面積を大きくすることができる。その結果、コイルアンテナ部の開口内に該コイルアンテナと無線通信する、例えばＲＦＩＤタグが配置される場合、その配置範囲を拡大することができる。

本発明のさらに別の態様のＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグを備える物品と、物品のＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、アンテナ装置が、基板と、基板に設けられたアンテナと、基板に設けられてアンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、アンテナが、基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、給電回路素子が、第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部との間の領域内に設けられている。

本発明のさらに異なる態様のＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグを備える物品と、物品のＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、アンテナ装置が、基板と、基板に設けられたアンテナと、基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、アンテナが、基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、給電回路素子が、第１および第２のコイルアンテナ部それぞれのコイル軸から等距離の基板上の仮想直線上に配置されている。

これらの態様によれば、例えばＲＦＩＤシステムに使用されるアンテナ装置において、そのアンテナに接続されている給電回路素子に対する該アンテナによって発生した磁界の影響を低減することができる。また、アンテナと無線通信することができないＲＦＩＤタグの位置、すなわちヌル点の発生を抑制することができる。

アンテナ装置が物品が載置される載置部を備える場合、その載置部は、基板と直交する方向に見た場合に第１および第２のコイルアンテナ部の内側に位置するように設けられているのが好ましい。これにより、物品のＲＦＩＤタグとアンテナ装置は良好に無線通信することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤシステムを概略的に示している。図２は、図１に示すＲＦＩＤシステムの分解図である。なお、図面においてＸ−Ｙ−Ｚ座標系が示されているが、これは発明の実施の形態の理解を容易にするためのものであって発明を限定するものではない。

図１に示すＲＦＩＤシステム１０は、ＨＦ帯の周波数をキャリア周波数とするＨＦ帯ＲＦＩＤシステムを構成しており、物品Ｇに取り付けられたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ１２と、ＲＦＩＤタグ１２と無線通信を行うリーダライタ（Reader/Writer）装置のアンテナとしてのアンテナ装置１４とを有する。

ＲＦＩＤタグ１２は、図示してはいないが、アンテナ装置１４と無線通信を行うアンテナと、アンテナに接続された制御部と、制御部に接続されたメモリとを備える。ＲＦＩＤタグ１２の制御部は、例えば、そのアンテナが受信したアンテナ装置１４からの要求信号に基づいてメモリ内の情報（データ）を取得し、その取得した情報をそのアンテナに送る（すなわちＲＦＩＤタグ１２のアンテナを介してアンテナ装置１４に情報を送信する）。ＲＦＩＤタグ１２の制御部はまた、そのアンテナが受信したアンテナ装置１４からの情報をメモリに書き込む。

ＲＦＩＤタグ１２と無線通信を行うアンテナ装置１４は、基板１６と、基板１６に設けられたアンテナ１８と、アンテナ１８を保護するとともに物品Ｇが載置されるカバー２０とを有する。なお、カバー２０には、物品Ｇが載置されるカバー２０の載置部の位置を示すマーク２０ａが設けられている。

アンテナ装置１４の基板１６は、主面１６ａと該主面１６ａと対向する裏面１６ｂとを備える。基板１６としては例えばエポキシ樹脂によるプリント配線板を使用できる。基板１６の主面１６ａや裏面１６ｂには、アンテナを構成するコイルアンテナ部３０および３２、給電回路素子２２を構成するキャパシタ３６やＲＦＩＣ素子３４を実装するためのランド、ならびに、コイルアンテナ部３０および３２と給電回路素子２２とを接続するための接続導体３８および４０等が導体パターンとして形成されている。これらの導体パターンは例えばプリント配線板の全面に設けられた銅箔をエッチング等により所定形状にパターニングすることで形成される。その基板１６の主面１６ａに、アンテナ１８と、アンテナ１８に接続されて該アンテナ１８に給電する給電回路素子２２とが設けられている。

図２に示すように、アンテナ１８は、コイル状の第１のコイルアンテナ部３０と第２のコイルアンテナ部３２とを含んでいる。第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２は、基板１６の主面１６ａに交差する、例えば直交する（Ｚ軸方向に延在する）コイル軸（巻回軸）３０ａ、３２ａを備える。また、第１のコイルアンテナ部３０と第２のコイルアンテナ部３２は、直列に接続されている。

本実施の形態１の場合、アンテナ装置１４の上面図である図３に示すように、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２は、コイル軸３０ａ、３２ａを中心とする二重ループ状の導体で構成されている。また、コイル軸３０ａ、３２ａを結ぶ接続直線ＪＬの中点を通過して該接続直線ＪＬに直交する仮想平面ＶＰに対して、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２は対称の形状を備える。

なお、カバー２０における物品Ｇの載置部、すなわち載置部を示すマーク２０ａは、基板１６の主面１６ａと直交する方向（Ｚ軸方向）に見た場合に第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２の内側に位置するように設けられている。より具体的に言うと、マーク２０ａは、その中心が各コイルアンテナ部の中心よりも仮想平面ＶＰ側寄りにオフセットされている。それにより、物品ＧのＲＦＩＤタグ１２が、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２内、すなわち第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２を通過する磁束内に配置される。その結果、ＲＦＩＤタグ１２とアンテナ装置１４は、良好に無線通信することができる。

具体的には、第１のコイルアンテナ部３０は、図３に示すように、一箇所で断線した略円形状（「Ｃ」字形状）の内側導体３０ｂと、内側導体３０ｂの外側で該内側導体３０ｂに沿って延在する２つの半円状の外側導体３０ｃ、３０ｄとを有する。２つの半円状外側導体３０ｃ、３０ｄは、コイル軸３０ａを中心とする同一円周上に配置されている。

第１のコイルアンテナ部３０の一方の外側導体３０ｃの一端は、給電回路素子２２に接続されている。その外側導体３０ｃの他端は、内側導体３０ｂの一端に接続されている。その内側導体３０ｂの他端は、他方の外側導体３０ｄの一端に、ブリッジ導体３０ｅを介して接続されている。このブリッジ導体３０ｅは、アンテナ装置１４の底面図である図４に示すように、基板１６の裏面１６ｂに設けられている。なお、基板１６の主面１６ａ上の内側導体３０ｂ、外側導体３０ｃとブリッジ導体３０ｅは、図示しないビアホール導体やスルーホール導体等の層間接続導体（基板１６を貫通する導体）によって接続されている。そして、他方の外側導体３０ｄの他端は、第２のコイルアンテナ部３２に接続されている。

第２のコイルアンテナ部３２は、第１のコイルアンテナ部３０と同様に、一箇所で断線した略円形状（「Ｃ」字形状）の内側導体３２ｂと、内側導体３２ｂの外側で該内側導体３２ｂに沿って延在する２つの半円状の外側導体３２ｃ、３２ｄとを有する。２つの半円状の外側導体３２ｃ、３２ｄは、コイル軸３２ａを中心とする同一円周上に配置されている。

第２のコイルアンテナ部３２の一方の外側導体３２ｃの一端は、第１のコイルアンテナ部３２の他方の外側導体３０ｄの他端に接続されている。その一方の外側導体３２ｃの他端は、内側導体３２ｂの一端に接続されている。その内側導体３２ｂの他端は、他方の外側導体３２ｄの一端に、ブリッジ導体３２ｅを介して接続されている。このブリッジ導体３２ｅは、図４に示すように、基板１６の裏面１６ｂに設けられている。そして、他方の外側導体３２ｄの他端は、ブリッジ導体３２ｆを介して給電回路素子２２に接続されている。

図５は、アンテナ装置１４の回路図であり、アンテナ１８（第１のコイルアンテナ部３０および第２のコイルアンテナ部３２）に接続されている給電回路素子２２を示している。

本実施の形態１の場合、給電回路素子２２は、ＲＦ（Radio Frequency）ＩＣ素子３４と、キャパシタ３６とを含んでいる。

ＲＦＩＣ素子３４は、アンテナ１８に接続されている。より具体的には、ＲＦＩＣ素子３４は２つの入出力端子を有し、各入出力端子はアンテナ１８の一端、他端にそれぞれ接続されている。ＲＦＩＣ素子３４はまた、アンテナ１８を介して信号を送受信するように構成されている。例えば、ＲＦＩＣ素子３４は、ＲＦＩＤタグ１２のメモリ内の情報を、ＲＦＩＣタグ１２と通信するアンテナ１８を介して信号として受信する。あるいは、ＲＦＩＣ素子３４は、ＲＦＩＤタグ１２に記憶される情報を、アンテナ１８を介してＲＦＩＤタグ１２に信号として送信する。

なお、ＲＦＩＣ素子３４は、アンテナ装置１４外部の外部装置（図示せず）にＲＦＩＤタグ１２から受信した情報を出力可能に、また外部装置からの情報が入力可能に構成されている。これにより、アンテナ装置１４は、ＲＦＩＤタグ１２に対して情報を読み書きする、ＲＦＩＤシステム１０におけるリーダライタ（Reader/Writer）装置として機能することができる。このＲＦＩＣ素子はＲＦＩＣチップを含む。

キャパシタ３６は、コイル状のアンテナ１８に並列に接続されている。これにより、コイル状のアンテナ１８とキャパシタ３６とからなる共振回路が構成されている。その共振回路の共振周波数が所定の周波数（ここではＨＦ帯の周波数）になるように、キャパシタ３６のキャパシタンスが決定されている。

このような構成によれば、図３に示すように、例えば、給電回路素子２２からの電流Ｉは、アンテナ１８の第１のコイルアンテナ部３０の外側導体３０ｃ、内側導体３０ｂ、外側導体３０ｄ、第２のコイルアンテナ部３２の外側導体３２ｃ、内側導体３２ｂ、外側導体３２ｄの順に流れる。また、アンテナ装置１４の上方から見た場合、第１のコイルアンテナ部３０では電流Ｉは時計回り方向に流れ、第２のコイルアンテナ部３２では電流Ｉは反時計回り方向に流れる。

そのため、第１のコイルアンテナ部３０によって発生する磁束と第２のコイルアンテナ部３２によって発生する磁束の向きが異なり、図６に示すような磁界分布が発生する。例えば、図３において、時計回り方向に電流Ｉが流れる第１のコイルアンテナ部３０を通過する磁束は、上から下に向かう（Ｚ軸のマイナス方向に向かう）。一方、反時計回り方向に電流Ｉが流れる第２のコイルアンテナ部３２を通過する磁束は、下から上に向かう（Ｚ軸のプラス方向に向かう）。

このように第１のコイルアンテナ部３０によって発生する磁束と第２のコイルアンテナ部３２によって発生する磁束の向きが異なるため、基板１６上において、他の場所に比べて相対的に磁束密度が低い場所が発生する。

具体的には、図３に示すように、第１のコイルアンテナ部３０と第２のコイルアンテナ部３２との間の領域、例えば、コイル軸３０ａ、３２ａを結ぶ接続直線ＪＬの中点を中心とする仮想円ＶＣ内であって且つ第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２の外側の領域Ａ（クロスハッチングの領域）内では、他の場所に比べて磁束密度が低い。この低磁束密度領域Ａ内の任意の位置では、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２からの距離の差が小さいために、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２それぞれから発生した磁束が互いに打ち消し合い、その結果として磁束密度が低い。

これに対して、例えば、第１のコイルアンテナ部３０を挟んで第２のコイルアンテナ部３２に対向する領域（図３において、第１のコイルアンテナ部３０の左側の領域）では、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２からの距離の差が大きいために、第１のコイルアンテナ部３０の磁束を第２のコイルアンテナ部３２の磁束が打ち消せず、その結果として磁束密度が高い。

なお、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２からの距離が等しい仮想平面ＶＰ上の位置が、最も磁束密度が低い（実質的にはゼロである）。

また、図１に示すようにＲＦＩＤタグ１２を備える１つの物品Ｇが、第１のコイルアンテナ部３０または第２のコイルアンテナ部３２のいずれか一方の上方に配置された場合、各コイルアンテナ部３０、３２それぞれの磁界分布が仮想平面ＶＰに対して対称ではなくなる。この場合、低磁束密度領域Ａにおける磁束密度も変化する。しかしながら、低磁束密度領域Ａの外部の領域に比べて、その磁束密度の変化量は小さい。

図３に示すように、このような低磁束密度領域Ａ内に、基板１６に形成された導体パターンや給電回路素子２２のＲＦＩＣ素子３４およびキャパシタ３６が設けられている。本実施の形態１の場合、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２（すなわちコイル軸３０ａ，３２ａ）からの距離が等しい基板１６上の仮想直線ＶＬ上に給電回路素子２２が設けられている。なお、仮想直線ＶＬは、仮想平面ＶＰと基板１６の主面１６ａの交線である。

なお、本実施の形態１の場合、図３に示すように、アンテナ１８の第１のコイルアンテナ部３０の端子と第２のコイルアンテナ部３２の端子（すなわち外側導体３０ｃ、３２ｄそれぞれの一方の端）が、低磁束密度領域Ａ内に位置する。そのため、第１のコイルアンテナ部３０の端子と給電回路素子２２とを接続する接続導体３８と、第２のコイルアンテナ部３２の端子と給電回路素子２２とを接続する接続導体４０も、給電回路素子２２と同様に、低磁束密度領域Ａ内に設けられている。すなわち、アンテナ１８における給電回路素子２２への接続部分も低磁束密度領域Ａ内に設けられている。

そのため、給電回路素子２２のＲＦＩＣ素子３４および接続導体３８、４０は、低磁束密度領域Ａの外部に設けられる場合に比べて、磁束の影響を受けにくい。それにより、アンテナ１８由来のノイズがＲＦＩＣ素子３４から出力される信号に混入しにくい。また、ＲＦＩＣ素子３４に入力される信号にもアンテナ１８由来のノイズが混入しにくい。その結果、アンテナ装置１４を含むＲＦＩＤシステム１０は、通信品質について信頼性が高い。

このような本実施の形態１によれば、ＲＦＩＤシステム１０に使用されるアンテナ装置１４において、そのアンテナ１８に接続されている給電回路素子２２に対する該アンテナ１８によって発生した磁界の影響を低減することができる。

また、本実施の形態１の場合、アンテナ１８は、２つのコイルアンテナ部３０、３２を含んでいる。それにより、アンテナ１８と無線通信することができないＲＦＩＤタグ１２の位置、すなわちヌル点の発生を抑制することができる。

導体長さが同一である場合、１つのコイルアンテナ部の開口面積（コイルの導体に対して内側の面積）は、２つのコイルアンテナ部それぞれの開口面積に比べて大きい。開口面積が大きい場合、導体から遠いコイルアンテナ部の中央は磁束密度が低く、その場所にアンテナ感度が低いヌル点が発生する。

それに対して、同一の電流が流れる場合、２つのコイルアンテナ部それぞれの中央における磁束密度は、１つのコイルアンテナ部の中央における磁束密度に比べて高い。したがって、導体長さが同一であって且つ流れる電流が同一であれば、１つのコイルアンテナ部よりは２つのコイルアンテナ部の方が、ヌル点の発生を抑制することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係るＲＦＩＤシステムと実施の形態１に係るＲＦＩＤシステム１０の異なる点は、アンテナ装置である。特に、アンテナおよび給電回路素子の構成が、実施の形態１と異なる。したがって、実施の形態１と異なるアンテナおよび給電回路素子の構成を中心に、実施の形態２を説明する。

図７は、本実施の形態２に係るアンテナ装置１１４の上面図である。図８は、アンテナ装置１１４の底面図である。図９は、図７におけるＱ−Ｑ線に沿った断面図である。図１０は、図７におけるＲ−Ｒ線に沿った断面図である。図１１は、アンテナ装置１１４の構成を示すブロック図である。そして、図１２は、アンテナ装置１１４の一部の回路図である。

本実施の形態２に係るアンテナ装置１１４のアンテナ１１８は、図７に示すように、基板１１６の主面１１６ａと直交するコイル軸１３０ａ、１３２ａを備える第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２とを含んでいる。また、第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２は、直列に接続されている。

本実施の形態２の第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２それぞれは、実施の形態１の二重ループ状の第１のコイルアンテナ部３０、３２と異なり、ヘリカル状である。

具体的には、第１のコイルアンテナ部１３０は、基板１１６の主面１１６ａに設けられた「Ｃ」字形状の主面側導体１３０ｂと、基板１１６の裏面１１６ｂに設けられた、一箇所で断線した略円形状（「Ｃ」字形状）の裏面側導体１３０ｃとを有する。

第１のコイルアンテナ部１３０の主面側導体１３０ｂの一端は、詳細は後述する給電回路素子１２２のＲＦＩＣ素子１３４に接続されている。その主面側導体１３０ｂの他端は、ビアホール導体（図示せず）を介して裏面側導体１３０ｃの一端に接続されている。その裏面側導体１３０ｃの他端は、第２のコイルアンテナ部１３２に接続されている。

一方、第２のコイルアンテナ部１３２は、基板１１６の主面１１６ａに設けられた「Ｃ」字形状の主面側導体１３２ｂと、基板１１６の裏面１１６ｂに設けられた、一箇所で断線した略円形状（「Ｃ」字形状）の裏面側導体１３２ｃとを有する。

第２のコイルアンテナ部１３２の裏面側導体１３２ｃの一端は、第１のコイルアンテナ部１３０の裏面側導体１３０ｃの他端に、接続導体１３６を介して接続されている。その裏面側導体１３２ｃの他端は、主面側導体１３２ｂの一端に、ビアホール導体（図示せず）を介して接続されている。そして、主面側導体１３２ｂの他端は、ＲＦＩＣ素子１３４に接続されている。

このような構成によれば、ＲＦＩＣ素子１３４からの電流は、例えば、第１のコイルアンテナ部１３０の主面側導体１３０ｂ、裏面側導体１３０ｃ、第２のコイルアンテナ部１３２の裏面側導体１３２ｃ、主面側導体１３２ｂの順に流れる。また、アンテナ装置１１４の上方から見た場合、図７において、第１のコイルアンテナ部１３０では電流Ｉは時計回り方向に流れ、第２のコイルアンテナ部３２では電流Ｉは反時計回りに流れる。

そのため、時計回り方向に電流Ｉが流れる第１のコイルアンテナ部１３０を通過する磁束は、上から下に向かう（Ｚ軸のマイナス方向に向かう）。一方、反時計回り方向に電流Ｉが流れる第２のコイルアンテナ部１３２を通過する磁束は、下から上に向かう（Ｚ軸のプラス方向に向かう）。その結果、第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２との間の領域、例えば、コイル軸１３０ａ、１３２ａを結ぶ接続直線ＪＬ’の中点を中心とする仮想円ＶＣ’内であって且つ第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２の外側である低磁束密度領域Ａ’内では、他の場所に比べて磁束密度が低い。

なお、第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２からの距離が等しい仮想平面ＶＰ’上の位置が、最も磁束密度が低い（実質的にはゼロである）。

図７に示すように、このような低磁束密度領域Ａ’内に、給電回路素子１２２が設けられている。なお、図８に示すように、給電回路素子１２２に対向する基板１１６の裏面１１６ｂの部分には、すなわち裏面１１６ｂにおける第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２との間の領域には、グランドパターン１３８が設けられている。また、このグランドパターン１３８に対向するように且つ給電回路素子１２２を囲むように、基板１１６の主面１１６ａにも、グランドパターン１４０が設けられている。

本実施の形態２の給電回路素子１２２は、図７および図１１に示すように、アンテナ１１８（第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２）を介して信号を送受信するＲＦＩＣ素子１３４と、ＲＦＩＣ素子１３４に接続されて該ＲＦＩＣ素子１３４を制御する制御ＩＣ素子としてのＭＣＵ（Micro Controller Unit）１４２とを含んでいる。給電回路素子１２２はまた、アンテナ１１８とＲＦＩＣ素子１３４との間に配置されてそれぞれに接続されたＲＦ（Radio Frequency）フロントエンド回路１４４を含んでいる。

ＲＦフロントエンド回路１４４は、アンテナ１１８とＲＦＩＣ素子１３４との間でインピーダンス整合をとるマッチング部１４６と、ノイズを除去するためのＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタ部１４８とを含んでいる。このＲＦフロントエンド回路１４４により、ＲＦＩＣ素子１３４は、アンテナ１１８を介して、ＲＦＩＤタグとの間で高品質な無線通信を実行することができる。

ＭＣＵ１４２は、ＲＦＩＣ素子１３４を制御するために該ＲＦＩＣ素子１３４との間で信号（情報）のやりとりを行う。そのために、ＭＣＵ１４２とＲＦＩＣ素子１３４との間を接続する複数の導体１７０が、基板１１６上に設けられている。

本実施の形態２の場合、図７に示すように、ＲＦＩＤ素子１３４およびＭＣＵ１４２は、第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２由来の磁束密度が実質的にゼロである、第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２（すなわちコイル軸１３０ａ，１３２ａ）からの距離が等しい基板１１６上の仮想直線ＶＬ’上に設けられている。なお、仮想直線ＶＬ’は、仮想平面ＶＰ’と基板１１６の主面１１６ａの交線である。また、ＲＦＩＣ素子１３４が第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２との間の領域における最狭部（すなわち低磁束密度領域Ａ’のくびれ部）に対して一方側に配置されている。それに対して、ＭＣＵ１４２が、最狭部に対して他方側に配置されている。したがって、ＲＦＩＣ素子１３４とＭＣＵ１４２とを結ぶ複数の導体１７０が最狭部を通過している。

このようなレイアウトによれば、ＲＦＩＣ素子１３４とＭＣＵ１４２とを接続する複数の導体１７０は、磁束密度が低い場所に配置され、それにより磁界の影響を受けにくい。したがって、導体１７０内を移動する信号にノイズが混入しにくい。また、各グランドパターンはそのほぼ全てが低磁束密度領域Ａ’に設けられているので、アンテナの通信特性に大きな影響は与えない。

また、第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２との間の領域における最狭部に対して一方側にＲＦＩＣ素子１３４とＭＣＵ１４２の両方を配置する場合に比べて、第１のコイルアンテナ部１３０と第２のコイルアンテナ部１３２との間の距離を小さくすることができる。それにより、基板１１６のサイズを小さくすることができ、その結果としてアンテナ装置１１４を小型化することができる。

本実施の形態２の場合、ＲＦＩＣ素子１３４とＭＣＵ１４２は、基板１１６の裏面１１６ｂに設けられたグランドパターン１３８に接続されている。また、図１０に示すように、基板１１６の主面１１６ａに設けられてＲＦＩＣ素子１３４とＭＣＵ１４２とを接続する複数の導体１７０は、基板１１６の主面１１６ａと直交する方向（Ｚ軸方向）にグランドパターン１３８に対向している。さらに、複数の導体１７０とグランドパターン１３８は互いに平行である。したがって、図１２に示すように、導体１７０内を信号電流Ｓが流れるとき、その信号電流Ｓとは反対向きのリターン電流Ｒが、リターン経路としてのグランドパターン１３８内を流れる。

すなわち、ＲＦＩＣ素子１３４、導体１７０、ＭＣＵ１４２、およびグランドパターン１３８（リターン経路）からなって電流が一巡するループＬが構成される。このループＬは、基板１１６の主面１１６ａと直交する。それにより、ループＬを第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２の磁束が鎖交することが抑制される。その結果として、第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２の磁束によって導体１７０内を流れる信号にノイズが混入することが抑制される。

図１１に示すように、ＭＣＵ１４２は、アンテナ装置１１４外部の外部装置、例えばコンピュータ２００に接続される。ＭＣＵ１４２は、コンピュータ２００から駆動電力の供給を受けるとともに、コンピュータ２００との間で信号（情報）をやり取りするように構成されている。例えば、ＲＦＩＤタグ１２のメモリに記憶する情報を、ＭＣＵ１４２はコンピュータ２００から受け取る。図７に示すように、コンピュータ２００に接続するためのインターフェースとして、アンテナ装置１１４は、ＭＣＵ１４２に接続され、且つ、基板１１６の主面１１６ａ上に設けられた複数の接続端子１７２を備える。

このような本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、ＲＦＩＤシステムに使用されるアンテナ装置１１４において、そのアンテナ１１８に接続されている給電回路素子１２２に対する該アンテナ１１８によって発生した磁界の影響を低減することができる。また、実施の形態１と同様に、アンテナ１１８と無線通信することができないＲＦＩＤタグ１２の位置、すなわちヌル点の発生を抑制することができる。

さらに、本実施の形態２の場合、実施の形態１と異なり、ＲＦＩＣ素子１３４を制御する制御ＩＣ素子としてのＭＣＵ１４２がアンテナ装置１１４に組み込まれている。そのため、アンテナ装置１１４に接続される外部装置が、ＲＦＩＤ素子１３４を制御する機能を備える必要がない。したがって、ＲＦＩＣ素子１３４を制御する機能を備えていない外部装置、例えばコンピュータなどの汎用の外部装置にアンテナ装置１１４を接続することができる。すなわち、本実施の形態２のアンテナ装置１１４は、実施の形態１に比べて汎用性が高い。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。

例えば、実施の形態１の場合、第１および第２のコイルアンテナ部３０、３２は、図３に示すように、二重ループ状（スパイラル状）である。また、実施の形態２の場合、第１および第２のコイルアンテナ部１３０、１３２は、図７および図８に示すように、ヘリカル状である。しかしながら、本発明の実施の形態は、複数のコイルアンテナ部それぞれの形状を問わない。すなわち、複数のコイルアンテナ部それぞれから発生した磁束が互いに打ち消し合うことにより、コイルアンテナ部の間に他の領域に比べて磁束密度が低い領域を形成することができれば、コイルアンテナ部の形状やサイズ、コイルの巻き数（すなわちループの数）や積層数（ループの積み数）を問わない。

ただし、コイルアンテナ部が実施の形態２のようにヘリカル状である場合、実施の形態１の多重ループ状に比べて、コイルの開口面積（コイルの導体に対して内側の面積）を大きくすることができる（コイルアンテナ部が設けられる基板の大きさが同一である場合）。そのため、図２に示すように、コイルアンテナ部の開口内に設定されるＲＦＩＤタグを備える物品の載置範囲を拡大することができる。また、コイルの巻き数（ループの数）は、強い磁界が発生するため、すなわちアンテナの通信距離が長いため、多い方が好ましい。また、各実施の形態で示したように、磁界分布を均一化し、ヌル点が生じにくくなることから、コイルアンテナ部の内外径の形状は円形であることが好ましい。

また、実施の形態１および２の場合、アンテナのコイルアンテナ部は２つであるが、２つ以上あってもよい。例えば、２つ以上のコイルアンテナ部が直列または並列に配置されてもよい。

さらに、上述の実施の形態１および２の場合、アンテナの第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部は直列に接続されている。すなわち、給電回路素子から供給されて一方のコイルアンテナ部を通過した電流は、他方のコイルアンテナ部も通過する。これとは異なり、給電回路素子から第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部それぞれに電流を供給するように、アンテナ装置は構成されてもよい。

さらにまた、上述の実施の形態１および２の場合、アンテナ装置は、図１に示すように２つの物品それぞれのＲＦＩＤタグに対して無線通信することができるが、当然ながら、アンテナの通信可能範囲内であれば、１つの物品のＲＦＩＤタグに対しても無線通信することができる。また、アンテナ通信可能範囲内であれば、物品Ｇをアンテナ装置の載置部に載置することなく、すなわちアンテナとの間に隙間を設けた状態で、アンテナ装置はＲＩＦＤタグと無線通信することができる。したがって、ＲＦＩＤタグを備える物品は、アンテナ装置に載置できる玩具等の物品に限定されず、例えばカードなどであってもよい。
基板１６への物品Ｇの載置面は、給電回路素子２２が搭載された主面１６ａではなく、裏面１６ｂ側であることが好ましい。つまり、物品Ｇの載置面を平坦化して意匠性や利便性を向上させることができるので、物品Ｇの載置面を給電回路素子２２の搭載面とは逆側の面とすることが好ましい。

加えて、上述の実施の形態１および２の場合、アンテナ装置は、ＲＦＩＤタグに対して情報を読み書きする、ＲＦＩＤシステムのリーダライタ（Reader/Writer）装置として機能するが、本発明の実施の形態はこれに限らない。本発明の実施の形態に係るアンテナ装置は、例えば、アンテナ装置同士が無線通信を行う通信システムに使用されてもよい。また、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステム用のアンテナ装置に限定されるものではなく、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステム等のためのアンテナ装置として利用してもよい。

最後に、本明細書においては、「素子」は、チップ状に限るものではなく、電気回路を構成する個々の構成要素を意味する。したがって、「素子」は、チップ状のみならず、例えば基板に形成されたパターンで構成された回路も含んでいる。チップ状の素子の場合、基板の主面や裏面上に実装されていてもよいし、基板に内蔵されていてもよい。

また、上述の実施の形態１および２を部分的に組み合わせて新たな実施の形態を実現することが可能である。例えば、実施の形態１のアンテナ装置１４に、実施の形態２のＭＣＵ１４２を搭載することも可能である。

本発明は、情報を送受信するためのアンテナ装置、または、アンテナ装置を用いるシステム、例えばＲＦＩＤシステムや通信システムなどに適用可能である。

１４ アンテナ装置
１６ 基板
１８ アンテナ
２２ 給電回路素子
３０ 第１のコイルアンテナ部
３０ａ コイル軸
３２ 第２のコイルアンテナ部
３２ａ コイル軸

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板に設けられたアンテナと、
   前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
   前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設された第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
   前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部とに挟まれた前記基板上の領域内に設けられ、
   前記給電回路素子は、信号電流が流れる信号用導体と、前記信号電流に対するリターン電流が流れるリターン用導体とを含み、
   前記信号用導体とリターン用導体は、互いに平行であって、且つ、前記基板と直交する方向に対向する、アンテナ装置。
   
2. 前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
   
3. 前記給電回路素子は、前記アンテナを介して信号を送受信するＲＦＩＣ素子を含む、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
   
4. 前記給電回路素子は、前記アンテナと前記ＲＦＩＣ素子とに接続されたマッチング素子を含む、請求項３に記載のアンテナ装置。
   
5. 前記給電回路素子は、前記ＲＦＩＣ素子に接続されて前記ＲＦＩＣ素子を制御する制御ＩＣ素子を含む、請求項３または４に記載のアンテナ装置。
   
6. 第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部の間の領域に最狭部が含まれ、
   前記最狭部に対して一方側に前記ＲＦＩＣ素子が配置され、
   前記最狭部に対して他方側に前記制御ＩＣ素子が配置され、
   前記ＲＦＩＣ素子と前記制御ＩＣ素子とを接続する導体が前記最狭部を通過する、請求項５に記載のアンテナ装置。
   
7. 前記第１および第２のコイルアンテナ部は、ヘリカル状である、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
   
8. ＲＦＩＤタグを備える物品と、
   前記物品の前記ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、
   前記アンテナ装置は、
   基板と、
   前記基板に設けられたアンテナと、
   前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
   前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
   前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部とに挟まれた前記基板上の領域内に設けられ、
   前記給電回路素子は、信号電流が流れる信号用導体と、前記信号電流に対するリターン電流が流れるリターン用導体とを含み、
   前記信号用導体とリターン用導体は、互いに平行であって、且つ、前記基板と直交する方向に対向する、ＲＦＩＤシステム。
   
9. 前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、請求項８に記載のＲＦＩＤシステム。
   
10. 前記アンテナ装置は、前記物品が載置される載置部を備え、
    前記載置部は、前記基板と直交する方向に見た場合に前記第１および第２のコイルアンテナ部の内側に位置するように設けられている、請求項８または９に記載のＲＦＩＤシステム。
    
11. 基板と、
    前記基板に設けられたアンテナと、
    前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
    前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設された第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
    前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部とに挟まれた前記基板上の領域内に設けられ、
    前記給電回路素子は、前記アンテナを介して信号を送受信するＲＦＩＣ素子を含み、
    前記給電回路素子は、前記ＲＦＩＣ素子に接続されて前記ＲＦＩＣ素子を制御する制御ＩＣ素子を含み、
    第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部の間の領域に最狭部が含まれ、
    前記最狭部に対して一方側に前記ＲＦＩＣ素子が配置され、
    前記最狭部に対して他方側に前記制御ＩＣ素子が配置され、
    前記ＲＦＩＣ素子と前記制御ＩＣ素子とを接続する導体が前記最狭部を通過する、アンテナ装置。
    
12. 前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、請求項１１に記載のアンテナ装置。
    
13. 前記給電回路素子は、前記アンテナと前記ＲＦＩＣ素子とに接続されたマッチング素子を含む、請求項１１または１２に記載のアンテナ装置。
    
14. 前記給電回路素子は、信号電流が流れる信号用導体と、前記信号電流に対するリターン電流が流れるリターン用導体とを含み、
    前記信号用導体とリターン用導体は、互いに平行であって、且つ、前記基板と直交する方向に対向する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
    
15. 前記第１および第２のコイルアンテナ部は、ヘリカル状である、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
    
16. ＲＦＩＤタグを備える物品と、
    前記物品の前記ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うアンテナ装置と、を有し、
    前記アンテナ装置は、
    基板と、
    前記基板に設けられたアンテナと、
    前記基板に設けられて前記アンテナに接続されている給電回路素子と、を有し、
    前記アンテナは、前記基板に対して交差するコイル軸をそれぞれ備え、且つ、電流の流れる方向が一方が時計回りであって他方が反時計回りになるように前記基板上に配設されたコイル状の第１および第２のコイルアンテナ部を含み、
    前記給電回路素子は、前記第１のコイルアンテナ部と前記第２のコイルアンテナ部とに挟まれた前記基板上の領域内に設けられ、
    前記給電回路素子は、前記アンテナを介して信号を送受信するＲＦＩＣ素子を含み、
    前記給電回路素子は、前記ＲＦＩＣ素子に接続されて前記ＲＦＩＣ素子を制御する制御ＩＣ素子を含み、
    第１のコイルアンテナ部と第２のコイルアンテナ部の間の領域に最狭部が含まれ、
    前記最狭部に対して一方側に前記ＲＦＩＣ素子が配置され、
    前記最狭部に対して他方側に前記制御ＩＣ素子が配置され、
    前記ＲＦＩＣ素子と前記制御ＩＣ素子とを接続する導体が前記最狭部を通過する、ＲＦＩＤシステム。
    
17. 前記給電回路素子は、前記第１および第２のコイルアンテナ部それぞれの前記コイル軸から等距離の前記基板上の仮想直線上に配置されている、請求項１６に記載のＲＦＩＤシステム。
    
18. 前記アンテナ装置は、前記物品が載置される載置部を備え、
    前記載置部は、前記基板と直交する方向に見た場合に前記第１および第２のコイルアンテナ部の内側に位置するように設けられている、請求項１６または１７に記載のＲＦＩＤシステム。

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