JP6571292B2 - Ｈｆ及びｌｆ動作のためのアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に誘導（inductive）アンテナ装置に関する。特に、本発明は、低周波（ＬＦ：low-frequency）動作（２０〜１５０ＫＨｚの搬送波周波数）と同様に高周波（ＨＦ：high-frequency）通信（３〜３０ＭＨｚの搬送波周波数）用の多用途（multipurpose）誘導アンテナ装置に関する。

現在、特に自動車産業用のＰＫＥ（Passive Keyless Entry）システムの分野において、いくつかの装置が同じパッケージに低周波（２０ＫＨｚ〜１５０ＫＨｚ）アンテナ（場合によっては、３次元アンテナ、又は単一の磁気コアにわたり又は３つの個別のコアにわたり直交して配置された３つのアンテナ）を含む必要があり、且つこれらのデバイスは、ＨＦ機能（好ましくは、１３．５６ＭＨｚでの近距離無線通信（ＮＦＣ：near field communication）の）機能性を含む必要がある。

米国特許（US-B2-8907760）は、３次元低周波（３Ｄ-ＬＦ）アンテナ及びＨＦアンテナが使用される遠隔アクセスシステムを開示している。３Ｄ-ＬＦアンテナは、３次元空間のデカルト座標系を規定するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に対してそれぞれ配向された３つのコイルを含み、ＨＦアンテナはそのＬＦコイルの軸の１つに沿って、アンテナパッケージを３Ｄ-ＬＦアンテナとして使用する。この特許において、ＨＦアンテナは、例えば、ＨＦアンテナをＬＦコイルの外側に十分に分離して巻き付けることによって、又はＬＦコイル（特にＺ軸に平行に置かれたＬＦコイル）の下方及び／又は上方にＨＦアンテナを配置することによって、ＬＦコイルの１つに近接して接続される。３Ｄ-ＬＦアンテナは、３ＫＨｚ〜３００ＫＨｚのＬＦ信号に対して使用されるように構成され、一方、ＨＦアンテナは、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの間のＨＦ信号に関連して使用されるように構成されている。

日本国特許出願（JP 2015080147 A）は、磁気コアの周りに巻かれた単一のコイルアンテナと、絶縁基板上に配置された第２の平面コイルアンテナとを備えたキーレスエントリーシステム用のデュアルバンドアンテナ装置を開示している。ここで、前記第２の平面コイルアンテナは、第１のコイルアンテナの上方に配置され、かつ前記第１の単一コイルアンテナと前記第２のコイルアンテナとは、強磁性材料シートによって互いに分離されている。この特許出願は、ＰＫＥシステムにおけるキーの制御のＲＦアンテナ（遠隔開閉のための３１０ＭＨＺ）を、起動（Wake up）用又はＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナＬＦと統合している。この日本の特許出願のデュアルバンドアンテナ装置は、提案されたアンテナ装置とは異なり、ＬＦ及びＨＦアンテナとして動作することができるけれども、ＨＦアンテナとして動作するときには３〜３０ＭＨｚの周波数範囲で動作することができない。さらに、このデュアルバンドアンテナ装置のＨＦアンテナは、電気的に絶縁された交換可能なキャップ上に配置されておらず、ＨＦアンテナの異なる動作（different performances）を許容しない。

国際特許出願公開（WO 2015/022000 A1）は、磁気コアの周りに数回巻かれた巻線と、磁気コアの上に配置されたアダプタを有するアンテナ装置を開示し、そして前記アンテナ装置は、特定のＰＣＢ（Printed Circuit Board：プリント回路基板）レイアウトに従う導電性メッキを備え、前記巻線に結合された導電性素子に接続された外部表面を有している。

米国特許出願（US 2010/0207725 A1）は、回路板１１の裏面に実装された受信用アンテナ１２を含むトランシーバーを開示している。この受信用アンテナ１２は、３つのコイルアンテナ１５〜１７、支持部１８、及び前記コイルアンテナ１５〜１７と前記支持部１８とを収容するためのケース１９を含んでいる。

本発明の目的は、構成部品及び物理的空間を節約する両機能（ＨＦ通信及びＬＦ通信）のための改良された誘導アンテナ装置を提供することである。 特に、本発明の解決策によれば、ＨＦアンテナは、ＬＦアンテナの要素（上部及び側面）の保護を提供する要素、即ちキャップに組み込まれ、そしてＬＦアンテナの配置とは独立して、ＨＦアンテナの別の実施態様を可能にするように容易に交換することができる。

本発明の実施態様は、一般に、少なくとも１つの磁気コアと、前記磁気コアに巻かれた１つ以上の巻線が２０〜１５０ＫＨｚの範囲内に含まれる周波数で動作するように適合されたＬＦアンテナと、電気絶縁基部とを備えている。前記電気絶縁基部は、少なくとも一部分が前記巻線又は複数の巻線に電気的に接続されている金属タブを含み、そして前記電気絶縁基部は、ＳＭＴ（Surface mount technology：表面実装技術）実装を意図されたレイアウトを提供する導電性プレートを備える底面を有する。ここで。前記電気絶縁基部の前記金属タブの少なくとも１つが、前記導電性プレートの少なくとも１つに接続されている。

既知のアンテナ構造とは異なり、提案されたアンテナ装置はさらに、上面と側面とを有する電気絶縁キャップ（例えばプラスチックキャップ）と、前記上面に配設された２つの端部を有する少なくとも１つの金属化表面高周波コイルとを備えている。ここで、前記金属化表面高周波コイルは、アンテナとして動作し、且つ前記側面上に配設された、前記２つの端部の各々の延長部分によって、前記電気絶縁基部の前記金属タブへ電気的に接続されている。前記電気絶縁キャップは交換可能であり、それによりＬＦアンテナの配置とは無関係に、３〜３０ＭＨｚの範囲内に含まれる周波数で動作するように適合された誘導ＨＦアンテナとして、高周波コイルの異なる動作を可能にする。

１実施態様に関して、前記電気絶縁基部の１つの金属タブは、前記巻線の編組された端部を前記金属タブに溶接することによって、少なくとも１つの巻線に接続される。

１実施態様によれば、前記少なくとも１つの磁気コアは、モノリシック磁気コアであり、前記アンテナ装置は、モノリシックアンテナ装置を構成する。好ましくはこの場合、前記少なくとも１つの磁気コアは、フェライト磁性コアであり、それは、とりわけ、ニッケル-亜鉛合金、又はマンガン-亜鉛合金、及び／又は非晶質コバルトで形成されうる。

好ましい実施態様に関して、前記ＬＦアンテナ装置は、相互に直交する３つの軸の周りに巻かれた３つの巻線を備え、前記巻線の各々、即ち３つの巻線を有するＲＦＩＤ帯（２０ＫＨｚ〜１５０ＫＨｚ）用の３つのＬＦ直交アンテナは、前記少なくとも１つの磁気コアを取り巻き、一方、前記ＨＦアンテナは、例えばＮＦＣの１３．５６ＭＨｚ帯用のスパイラル（複数ターン）を備えている。

好ましい実施態様において、前記ＨＦアンテナは、前記プラスチックキャップ上にレーザー蒸着によって印刷される。

引用されたキャップは、組立手順において用いられる衝突、衝撃、溶接熱及び化学薬品に対して、ワイヤ及び接続の保護を提供し、多用途アンテナ装置の信頼性を高める。

金属表面の近傍におけるＨＦアンテナの読み取り距離の劣化はよく知られているけれども、前記キャップの前記ＨＦアンテナを、前記ＬＦアンテナ構成部品を含む前記装置の残部から絶縁し、且つ必要ならば渦電流の発生を防ぐために、且つこのようにしてＨＦアンテナ（１３．５６ＭＨｚ）の読み取り距離を改善するために、中間強磁性材料シートが、前記キャップと残りの部分との間に任意選択的に配置され得る。これに加えて、この解決策は同じデバイス内に２つの異なる磁性材料を使用することを可能にして、品質係数Ｑ並びにＬＦアンテナ及びＨＦアンテナのそれぞれの感度が最適になるように、それぞれの特性を調整することを可能にする。

前述及び別の利点並びに特徴は、添付の図面（これらは、例示的かつ非限定な仕方で考慮されなければならない）を参照して、以下の１実施態様の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

本発明により提案され、好ましい実施態様に従い空間的に分離された２つの部分を有しているアンテナ装置の斜視図である。 １実施態様についての、上から内側を見た、金属化表面高周波コイルを備えたアンテナ装置の電気絶縁キャップの斜視図である。 組み立てられた前記２つの部分を有する場合の、提案されたアンテナ装置の別の斜視図である。 １実施態様について磁気コアが取り付けられる、本発明のアンテナ装置の電気絶縁基部の斜視図である。 ＳＭＴ実装用のレイアウトを提供する、電気絶縁基部の底部の導電性金属プレートの斜視図である。 キャップのＨＦアンテナを必要に応じて装置の残りの部分から絶縁するために設けられた任意選択的な中間強磁性シートである。

図１は、ＨＦ周波数（３〜３０ＭＨｚ）、好ましくはＮＦＣ周波数（１３．５６ＭＨｚ）と同様に低周波数範囲（２０ＫＨｚ〜１５０ＫＨｚ）において無線周波数アンテナとして動作することができる、提案されたアンテナ装置の好ましい実施態様を示している。

前記好ましい実施態様に関して、提案されたアンテナ装置は、２つの部分、即ちそれぞれ第１部分１００Ａ及び第２部分１００Ｂを備えている。アンテナ装置の第１部分１００Ａは、本分野で周知の構造に従って、１又は複数の磁気コア２及び無線周波数用途のための誘導アンテナに適合する１又は複数の巻線３１、３２、３３を備えている。３つのデカルト軸のそれぞれにおいて為された異なる巻線は、アンテナ装置が３次元アンテナとして動作する（空間の３つの軸において動作する）ことを可能にする。特に、図１に見られるように、好ましい実施態様において、アンテナ装置は、本提案されたアンテナ装置が３次元的に働くことを可能にする空間の３つの軸に従って、磁気コア２上に直角に巻かれた３つの巻線３１、３２、３３を含んでいる。従って、送信システムによって生成された磁場方向にかかわらず、アンテナ装置は、エネルギーを拾い上げ、送信システムとの通信を可能にする。

さらに、アンテナ装置の第１部分１００Ａは、磁気コア２が（接着接合部のような何らかの機械的手段によって）固定される電気絶縁基部１をも有している。上述の電気絶縁基部１は、前記の３つの巻線３１、３２、３３のうちの１つ以上との接続のための金属タブ１２１〜１２８を含み、前記金属タブ１２１〜１２８が電気的に接続されている導電性プレート／プレート１３１〜１３８（図５参照）を含んでいる下面又は底面を有している。導電性プレート／プレート１３１〜１３８は、標準的ＳＭＴ手順で前記アンテナを実装することを可能にする。

３つの巻線３１、３２、３３の異なる端の接続は、何らかのはんだ付け法（例えば、はんだチップ、熱圧縮、及び導電性接着など）によって行われる。さらに、金属タブ１２１〜１２８は、導電性プレート／プレート１３１〜１３８と電気的に接続され、標準的ＳＭＴ組立ラインにおいてアンテナ装置の使用を可能にする。

アンテナ装置の第２部分１００Ｂは、第１部分１００Ａを覆ってその機械的保護部を提供する電気絶縁キャップ４を含んでいる。電気絶縁キャップ４は、好ましくは、ＬＦ巻線３１、３２、３３の電気絶縁基部１の金属タブ１２１〜１２８への接続が完了した後に、磁気コア２及び３つの巻線３１、３２、３３上で機械的に（例えば、いくつかの接着ジョイントを用いて）固定される。

本発明によれば、電気絶縁キャップ４は、その上面４Ｕ内に、金属化表面高周波コイル４２（すなわち金属化トラックで作られた）を特徴的に含み、前記高周波コイル４２は、高周波アンテナ、好ましくは１３．５６ＭＨｚの周波数で動作するＮＦＣアンテナを提供し、電気絶縁キャップ４の側面４Ｓに亘り延在するいくつかの部分（図１及び図２参照）によって広げられた端部４１１、４１２を有している。さらに、金属化表面高周波コイル４２（所望の必要なＨＦ搬送周波数に応じて異なる数のコイルを有するように構成されていてもよい）は、何らかの半田付け法（例えば、はんだチップ、熱圧縮、及び導電性接着など）で、その端部４１１、４１２の各１つによって電気絶縁基部１の前記金属タブ１２１〜１２８の１つ以上に電気的に接続されている。本発明の代替の実施態様において、図示されていないこのケースでは、２つ以上の金属化表面高周波コイルが絶縁キャップ４内に収容されうることに留意されたい。

このようにしてアンテナ装置は、アンテナ装置（例えばＳＭＴ手順によるアンテナ装置のＰＣＢへの半田付け上の）を異なるＬＦ巻線３１、３２、３３（２０ＫＨｚ、１３４ＫＨｚ、１５０ＫＨｚ）及び電気絶縁キャップ４のＨＦアンテナ４２（好ましくは１３．５６ＭＨｚで動作するＮＦＣアンテナ）へ電気的に接続することを可能にする特定のレイアウトを有する電気絶縁基部１の底部での金属タブ１３１〜１３８から構成されている。

図６はまた、前記キャップ４のＨＦアンテナ４Ｕを第１部分１００Ａの残りの部分から絶縁するための任意選択的な中間強磁性シート５を示し、前記強磁性シート５は、磁気デカップリングを提供し、同じ装置内における異なる磁気材料の使用を可能にする。

この強磁性シート５の比透磁率は、典型的には１００〜２００（例えば１３．５６ＭＨｚで動作するＨＦアンテナ４２に対して）であり、このシートの厚さは、典型的には０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。

図２は、金属化表面高周波コイル４２を支える上面４Ｕ（図２の上部）と、前記金属化表面高周波コイル４２の第１端部の延長部分４１１を有する側面４Ｓとを有する上方から見られた絶縁キャップ４を示しており、そして金属化表面高周波コイル４２の第２端部の別の延長部分４１２を有する、内側を見られた側面４Ｓを示している。

図３は、提案されたアンテナ装置の別の図を表しており、そこではその２つの部分が組み立てられ、金属化表面高周波コイル４２の一端の延長部分４１１と電気絶縁基部４の金属タブ１２２との間の電気的接続を示している。

図４は、アンテナ装置の電気絶縁基部１を示し、より詳細には磁気コア２と、１つ以上の巻線３１、３２、３３との接続のための金属タブ１２１〜１２８とを示している。金属タブ１２１〜１２８は、導電性プレート１３１〜１３８に順番に電気的に接続されている。

アンテナ装置を構成する材料に関しては、磁気コアは、例えばフェライト磁気コア（例えば、ニッケル-亜鉛合金、マンガン-亜鉛合金、及び／又は非晶質コバルト）で形成されたモノリシック磁気コアとして形成される。

巻線は、好ましくは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの直径であり、ポリウレタン（及び／又は、約１５０℃又はそれ以上の熱指数を有するポリアミド）でエナメル被覆されたケーブルで作ることができる。

当業者であれば、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施態様において変更及び修正を導入することができる。

Claims (11)

1. アンテナ装置であって、
   ‐ 少なくとも１つの磁気コア（２）と、
   ‐ 前記少なくとも１つの磁気コア（２）の周りに巻かれた少なくとも１つの巻線（３１、３２、３３）であって、２０〜１５０ＫＨｚの範囲内に含まれる周波数で動作するように適合されたＬＦアンテナを提供する巻線（３１、３２、３３）と、
   ‐ 前記少なくとも１つの巻線（３１、３２、３３）を巻かれた前記少なくとも１つの磁気コア（２）がその上に配置されている電気絶縁基部（１）と、
   を備え、
   前記電気絶縁基部（１）は、少なくともその一部分が前記少なくとも１つの巻線（３１、３２、３３）に電気的に接続されている金属タブ（１２１〜１２８）を含んでおり、且つ前記電気絶縁基部は、ＳＭＴ実装用のレイアウトを備える導電性プレート（１３１〜１３８）を有する底面を有し、少なくとも１つの前記金属タブ（１２１〜１２８）は、少なくとも１つの前記導電性プレート（１３１〜１３８）に接続されている、
   前記アンテナ装置であり、
   前記アンテナ装置は、更に、上面（４Ｕ）及び側面（４Ｓ）を有する電気絶縁キャップ（４）を備え、２つの端部（４１１、４１２）を有する少なくとも１つの金属化表面高周波コイル（４２）が、前記上面（４Ｕ）に配置され、前記金属化表面高周波コイル（４２）は、アンテナとして動作し、且つ前記電気絶縁キャップ（４）の前記側面（４Ｓ）上に配設された前記端部（４１１、４１２）のそれぞれの延長部分によって、前記電気絶縁基部（１）の少なくとも１つの前記金属タブ（１２１〜１２８）に電気的に接続されており、
   前記電気絶縁キャップ（４）は交換可能であり、且つ前記磁気コア上に機械的に固定され、それによって前記ＬＦアンテナの配置とは無関係に、３〜３０ＭＨｚの範囲内に含まれる周波数で動作するように適合された誘導ＨＦアンテナとして、前記高周波コイル（４２）の異なる動作を可能にする、という特徴を有する、
   前記アンテナ装置。
2. 前記少なくとも１つの金属タブ（１２１〜１２８）は、前記電気絶縁基部（１）の少なくとも１つの側面から外側に突出し、前記金属化表面高周波コイル（４２）の前記端部（４１１、４１２）の前記延長部分と電気的接触を成している、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記少なくとも１つの金属タブ（１２１〜１２８）は、前記巻線の編組された端部を前記金属タブ（１２１、１２２）に溶接することによって、前記少なくとも１つの巻線（３１、３２、３３）に接続されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記電気絶縁基部（１）は、前記巻線（３１、３２、３３）の端部毎に少なくとも１つの前記金属タブ（１２１〜１２８）を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記少なくとも１つの磁気コア（２）は、モノリシック磁気コアであり、前記アンテナ装置は、モノリシックアンテナ装置を構成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記少なくとも１つの磁気コア（２）は、フェライト磁気コアである、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記フェライト磁気コアは、ニッケル-亜鉛合金、又は、マンガン-亜鉛合金、及び／又は、非晶質コバルトで形成されている、請求項６に記載のアンテナ装置。
8. ３つの互いに直交する軸の周りに巻かれた３つの巻線（３１、３２、３３）を備え、前記巻線（３１、３２、３３）の各々は、前記少なくとも１つの磁気コア（２）を取り巻いている、請求項１に記載のアンテナ装置。
9. 前記誘導ＨＦアンテナは、１３．５６ＭＨｚのＮＦＣ周波数で動作するように適合されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
10. 前記電気絶縁キャップ（４）は、前記異なる巻線（３１、３２、３３）の前記金属タブ（１２１〜１２８）への前記接続が完了された後に、前記磁気コア（２）上と前記異なる巻線（３１、３２、３３）上とに機械的に固定されている前記電気絶縁キャップ（４）によって、前記少なくとも１つの磁気コア（２）の周りに巻かれた異なる巻線（３１、３２、３３）を、その上面（４Ｕ）及び側面（４Ｓ）で保護する、請求項８に記載のアンテナ装置。
11. アンテナとして動作する前記金属化表面高周波コイル（４２）を異なる巻線（３１、３２、３３）から絶縁するための強磁性体シート（５）が、前記キャップ（４）と前記少なくとも１つの磁気コア（２）の前記少なくとも１つの巻線（３１、３２、３３）との間に配置されている、請求項１に記載のアンテナ装置。

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