WO2017209195A1 - アンテナ装置及びそれを用いたｉｃタグ - Google Patents

Abstract

アンテナ装置(20)は、磁性体(33)に導体からなるアンテナ部(31)が形成されてなるメインアンテナ(30)と、磁性体(33)の表面上に配置された非磁性体(43)の同一表面に複数のループアンテナ部(41a, 41b)が形成されてなるブースターアンテナ(40)とを備え、複数のループアンテナ部(41a, 41b)は、メインアンテナ(30)のアンテナ部(31)と部分的にオーバーラップするように配置され、複数のループアンテナ部(41a,41b)同士は、互いに並列接続され且つ同一の向きに巻回されている。

Description

アンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグ

　本発明は、アンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグに関し、特に、複数のアンテナによって構成されるブースターアンテナを備えることにより、交信特性が向上したアンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグに関する。

　従来から、絶縁性の基体内にＩＣチップと、該ＩＣチップと電気的に接続されたアンテナとを備え、リーダライタからの電力の受給やリーダライタとの信号の送受信を、電磁波を用いて非接触で行うＩＣタグが知られている。近年、ＩＣタグは、工場における生産工程管理や倉庫における物品管理等に利用される他、ＩＣタグが組み込まれたＩＣカードとして交通機関の乗車券にも用いられている。ＩＣタグに設けられるアンテナは、一般に、基材に導線が巻線されてコイルを形成することにより作製される他、基材の表面にコイルパターンを印刷することにより作製される。

　ＩＣタグにおいて、交信特性を向上することを目的として、リーダライタとアンテナとの間の交信距離を大きくしたり、交信可能な方向を拡大したりするために、ＩＣタグに上記アンテナとは別にブースターアンテナを設けることが行われている（例えば、特許文献１を参照）。ブースターアンテナは、リーダライタに設けられたアンテナとの電磁界結合が可能であると共に、ＩＣタグに設けられたアンテナと電磁界結合が可能である。

　従って、このようなブースターアンテナをＩＣタグに設けることによって、ＩＣタグのアンテナのみでは交信できない距離や範囲を補うことが可能となる。特許文献１に開示の構成の他に、例えば、ＩＣタグに設けられた異なる巻回軸を持つ複数のコイルアンテナの近傍に大型の平面ループコイルからなるブースターアンテナを設けることや、基材表面に形成された平面ループコイルからなるブースターアンテナを設けることが考えられている（例えば、特許文献２、３を参照）。

国際公開ＷＯ２０１２／００５２７８号 国際公開ＷＯ２０１２／１４４４８２号 特開２００８－１２９８５０号公報

　しかしながら、特許文献１～３のように、アンテナに対して、平面ループアンテナにより構成されたブースターアンテナを組み合わせたとしても、その配置及び構成によってはそれらが互いに干渉してアンテナの交信可能な範囲が縮小したり、交信可能なエリア内で局所的に交信できない部分が生じたりするおそれがある。また、交信可能な方向を補うことができたとしても、交信距離の低減等の他の交信特性の悪化が生じるおそれもある。

　本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブースターアンテナを好ましい配置で設けることにより、交信可能な範囲が拡大され、交信特性が改善されたアンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグを得ることにある。

　前記の目的を達成するために、本発明では、アンテナ装置において、例えば磁性体にコイルが形成されてなるメインアンテナと、該アンテナ表面に配設された非磁性体の表面に、互いに並列に接続された複数のループアンテナで構成されてなるブースターアンテナとを組み合わせて設けた。

　具体的に、本発明に係るアンテナ装置は、磁性体に導体からなるアンテナ部が形成されてなるメインアンテナと、磁性体の表面上に配置された非磁性体の同一表面に複数のループアンテナ部が形成されてなるブースターアンテナとを備え、複数のループアンテナ部は、メインアンテナのアンテナ部と部分的にオーバーラップするように配置され、ブースターアンテナを構成する複数のループアンテナ部同士は、互いに並列接続され且つ同一の向きに巻回されていることを特徴とする。

　本発明に係るアンテナ装置によると、アンテナの交信可能範囲を拡大することができる。特に、本発明に係るアンテナ装置では、複数のループアンテナ部が、磁性体に設けられたメインアンテナのアンテナ部と部分的にオーバーラップして配置されているため、該メインアンテナとループアンテナ部で構成されたブースターアンテナとが強く結合でき、アンテナ装置の交信範囲を拡大することができる。また、本発明に係るアンテナ装置では、ブースターアンテナを構成する複数のループアンテナ部が非磁性体の同一表面上に互いに並列に接続されており、各ループアンテナ部の自己インダクタンスを大きくすることができ、その結果、リーダライタ側のアンテナとの結合係数を大きくすることができる。これにより、交信特性を向上でき、かつ通常は交信距離が落ち込む方向での交信距離を伸ばすことができる。さらに、本発明に係るアンテナ装置において、ブースターアンテナは、複数のループアンテナ部同士が同一の向きに巻回されているため、それぞれのループアンテナ部が独立してアンテナと電磁界結合をすることが可能となり、ループアンテナ部同士が互いに干渉するのではなく、それぞれのループアンテナ部の結合可能領域が重なる領域においてループアンテナ部同士が交信可能範囲を拡げる効果を強め合って、よりアンテナ装置の交信可能範囲を拡大できる。また、本発明ではブースターアンテナにループアンテナを採用しているため、生産工程の増大やアンテナ装置のサイズの増大を最小限にしながら、アンテナ装置の交信可能領域を拡大することができる。

　本発明に係るアンテナ装置において、メインアンテナのアンテナ部は、磁性体を磁心として導体が巻回されてなるソレノイドコイル形状であり、非磁性体は、導体の巻回軸方向と平行な磁性体の表面上に配置されていてもよい。

　このようにすると、上記ソレノイドコイル状のメインアンテナのみでは交信できない方向に対して、ブースターアンテナによって交信が可能となるため、アンテナ装置の交信可能範囲を拡大することができる。具体的に、上記ソレノイドコイル状のメインアンテナのみでは、巻回軸方向及び該方向からある程度傾斜した方向では良好に交信可能であるが、巻回軸に対して垂直な方向、特にソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向に対しては良好に交信することができない。しかし、本発明のアンテナ装置では前記ソレノイドコイル状のメインアンテナの巻回軸に対して垂直な方向、特にソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向に優れた交信性能を示すように、磁性体の表面上に配置された非磁性体の同一表面に、ブースターアンテナとして互いに並列に接続された複数のループアンテナ部が配置されている。より具体的には、非磁性体は、ソレノイドコイル状のメインアンテナの巻回軸方向と平行な磁性体の表面上に配置されており、すなわち、上記ソレノイドコイル状のメインアンテナが良好に交信できない巻回軸に対して垂直な方向に、非磁性体に形成された複数のループアンテナ部の開口面が向くように配置されている。これらのループアンテナ部は、特に前記ソレノイドコイル状のメインアンテナの巻回軸に対して垂直な方向に存在するアンテナと良好に電磁界結合が可能である。特に、本発明に係るアンテナ装置では、複数のループアンテナ部のそれぞれが、磁性体における導体が巻回された部分と部分的にオーバーラップするように配置されているため、ソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向に対しての交信を良好にすることができる。

　上記アンテナがソレノイドコイル状のメインアンテナの場合、非磁性体は、磁性体の複数の表面上にそれぞれ配置されていることが好ましい。なお、この場合、異なる面に配置されたそれぞれのブースターアンテナは互いに並列接続されていてもよく、或いは接続されていなくてもよい。

　このようにすると、ソレノイドコイル状のメインアンテナの巻回軸に垂直な一方向のみならず、ブースターアンテナを設けた面が向く全ての方向で交信可能領域を拡大することができる。例えば、ソレノイドコイル状のメインアンテナを有する直方体状のアンテナ装置においてソレノイドコイル状のメインアンテナの巻回軸が交差する面を除く４面にブースターアンテナを設ければ、アンテナ装置が全方位において交信可能領域を拡大することができる。

　上記メインアンテナがソレノイドコイル状の場合、ブースターアンテナの複数のループアンテナ部同士の間には、間隙を設けてもよく、ソレノイドコイルアンテナのコイル長さの２分の１以下の間隔であることが好ましい。

　このようにすると、ソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向に対する交信性能をブースターアンテナがより良好に補うことができ、アンテナ装置の交信領域を拡大することができる。

　本発明に係る他のアンテナ装置では、メインアンテナは、前記アンテナ部として前記磁性体の表面上にループアンテナ部が形成されてなるメインアンテナであり、ブースターアンテナの開口方向は、メインアンテナのアンテナ部の開口方向と同一であってもよい。

　このように、メインアンテナがソレノイドコイル状のアンテナでなく、ループアンテナ状であっても同様に、ブースターアンテナによって交信可能範囲を向上することができる。

　上記メインアンテナがループアンテナ状の場合、ブースターアンテナの複数のループアンテナ部同士の間には間隙を設けてもよく、メインアンテナの半径以下の間隔であることが好ましい。

　このようにすると、メインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向に対する交信性能をブースターアンテナがより良好に補うことができ、アンテナ装置の交信領域を拡大することができる。

　本発明に係るアンテナ装置において、ブースターアンテナは、前記メインアンテナと部分的にオーバーラップするように配置されていることが好ましい。

　このようにすると、メインアンテナとブースターアンテナとが強く結合でき、アンテナ装置の交信領域を拡大することができる。

　本発明に係るアンテナ装置において、ブースターアンテナを構成するループアンテナ部は２つ形成されており、当該２つのループアンテナ部は互いに前記非磁性体の表面の中心を基準に対称に配置されていることが好ましい。

　ブースターアンテナを構成するループアンテナ部を２つとすることで、生産工程の増大やアンテナ装置のサイズの増大を最小限にしながら、アンテナ装置の交信可能領域を拡大することができる。また、例えば上記ソレノイドコイル状のメインアンテナは、上述のとおりコイルの巻回軸に対して垂直な方向、特にソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に垂直な方向について良好に交信できないが、２つのループアンテナ部を非磁性体の表面の中心を基準に対称に配置させることにより、特にソレノイドコイル状のメインアンテナの中心領域から巻回軸に対して垂直な方向の交信を良好に補うことができる。

　また、本発明の他の対象は、上記のいずれかのアンテナ装置を含むＩＣタグである。

　このようなＩＣタグは、上記の本発明に係るアンテナ装置を備えているため、交信可能な領域を拡大でき、優れた交信性能を発揮することができる。

　本発明に係るアンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグによると、交信可能な領域を拡大することができ、交信性能を向上することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るＩＣタグの構成を示す回路図である。 図２は本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。 図３－１はアンテナ装置のブースターアンテナを構成するループアンテナ部の配置と、アンテナ装置の交信可能領域との関係を説明するための図である。 図３－２はアンテナ装置のブースターアンテナを構成するループアンテナ部の配置と、アンテナ装置の交信可能領域との関係を説明するための図である。 図３－３はアンテナ装置のブースターアンテナを構成するループアンテナ部の配置と、アンテナ装置の交信可能領域との関係を説明するための図である。 図４は本発明の一実施形態の第１変形例に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図５（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施形態の第２変形例に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図６は本発明の一実施形態の第３変形例に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。 図７は本発明の一実施形態の第４変形例に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。 図８は本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。

　以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものではない。

　まず、本発明の一実施形態に係るＩＣタグについて図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＩＣタグ１は、ＩＣチップ１０とアンテナ装置２０により構成されている。アンテナ装置２０は、ＩＣチップ１０と電気的に接続するソレノイドコイル状のメインアンテナ３０と、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の交信特性を向上するためのブースターアンテナ４０とを備えている。メインアンテナ３０は、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１及びコンデンサ３２を備え、ブースターアンテナ４０は、互いに並列に接続された第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂ、並びにコンデンサ４２を備えている。ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０とブースターアンテナ４０とは、互いに電磁界結合が可能である。このように、本実施形態に係るＩＣタグ１は、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０とブースターアンテナ４０とが組み合わされたアンテナ装置２０を含むことにより、優れた交信性能を示すことができる。

　以下に、本実施形態に係るアンテナ装置２０の構成についてさらに詳細に説明する。図２では、図の簡略化のために、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０におけるコンデンサ３２、及びブースターアンテナ４０におけるコンデンサ４２を省略し、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂ同士の接続についても図示を省略している。しかし、実際は図１に示すようにソレノイドコイル状のメインアンテナ３０におけるコンデンサ３２はアンテナ部３１と接続され、ブースターアンテナ４０におけるコンデンサ４２は、第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂが並列に接続されるようにそれぞれと接続されている。

　図２に示すように、アンテナ装置２０において、メインアンテナ３０は、直方体状の磁性体３３に導線が巻回されてなるソレノイドコイル状のアンテナ部３１により構成される。なお、図２には現れていないが、磁性体３３にはソレノイドコイル状のアンテナ部３１から伸びるＩＣチップ接続用端子が設けられており、これが上記ＩＣチップ１０と接続する際に用いられる。磁性体３３は磁性材料を含んでなるものであればよく、磁性体３３に用いられる磁性材料としては特に限定されず、例えばＮｉ－Ｚｎフェライト磁性体等を用いることができる。また、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１に用いられる導線の材料も特に限定されず、例えば銀、金及び銅といった金属導体等が用いられる。

　一方、ブースターアンテナ４０は、非磁性体４３の表面に第１のループアンテナ部（第１のブースターアンテナ部）４１ａと第２のループアンテナ部（第２のブースターアンテナ部）４１ｂとが形成されてなる。なお、本発明において、ループアンテナとは、ソレノイドコイルのように磁心を巻回軸として導体が巻回されてなるアンテナではなく、基体の表面上に導体が渦状に形成されてなるアンテナをいう。非磁性体４３は、非磁性材料からなるものであれば特に限定されず、例えばガラス系セラミックや非磁性フェライト等を用いることができる。第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂは、非磁性体４３の表面上において導線を巻回することで形成できるが、例えばプリント技術等を利用して非磁性体４３の表面に形成されてもよく、その材料としては、上記ソレノイドコイル状のアンテナ部３１と同様に金属導体等を用いることができる。これらの第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂは、上記ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０と電磁界結合するように構成されている。

　また、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとは、上述の通り、並列に接続されており、このようにすることで、それぞれのループアンテナ部が独立してメインアンテナやリーダライタ側のアンテナと電磁界結合が可能となるために、通常は交信距離が落ち込む方向での交信距離を伸ばすことができる。さらに、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとは、同一の方向に巻回されており、このようにすることで、それぞれのループアンテナ部の交信可能領域が重なる領域においてループアンテナ部同士が交信可能範囲を拡げる効果を強め合って、より交信可能範囲を拡大できる。

　上記アンテナ装置２０において、図２に示すように、メインアンテナ３０の磁性体３３の上には、上記複数のループアンテナ部が設けられた非磁性体４３が積層されるが、具体的には、磁性体３３におけるアンテナ部３１の巻回軸方向（図２の左右方向）に対して垂直な方向（図２の上方向）に非磁性体４３が積層される。その結果、メインアンテナ３０のアンテナ部３１の開口面と、第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂの開口面とが垂直になるように配置される。

　上述のとおり、メインアンテナ３０は、主にアンテナ部３１の巻回軸方向及び該巻回軸方向からある程度傾斜した方向において交信可能であり、巻回軸に対して垂直な方向、特にメインアンテナ３０の中心領域から巻回軸に垂直な方向に対しては良好に交信ができない。しかし、本実施形態では、メインアンテナ３０の上にブースターアンテナ４０が設けられ、該ブースターアンテナ４０は、第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂが形成された非磁性体４３の表面に対して垂直な方向、すなわち上記アンテナ部３１の巻回軸に対して垂直な方向において良好に交信が可能である。従って、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０が良好に交信できない領域をブースターアンテナ４０が補うことができ、その結果、本実施形態のアンテナ装置２０は、交信可能範囲が拡大される。

　また、本実施形態において、アンテナ装置２０の交信可能範囲をより拡大するために、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとは、それらの一部が磁性体３３における導体が巻回された部分（アンテナ部３１）の直上に配置されている。すなわち、第１のループアンテナ部４１ａ及び第２のループアンテナ部４１ｂは、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１と部分的にオーバーラップしている。特に、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとは、非磁性体４３の表面における中心で対称に配置されていることが好ましく、さらに第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとの間隙は短いほうが好ましい。さらに、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとは、それぞれソレノイドコイル状のアンテナ部３１の端部とオーバーラップしていることが好ましい。ここで、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１の端部とは、該アンテナ部の巻回軸方向（図２の左右方向）の最も外側のコイル部分を意味する。このようにすることで、それぞれのループアンテナ部の持つ結合可能領域の重なりが大きくなり、特にソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中心領域から巻回軸に垂直な方向に対しての交信を良好にすることができる。一方、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとがソレノイドコイル状のアンテナ部３１と全くオーバーラップしておらず、それらの間に大きな間隙がある場合、上記ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０が良好に交信できない領域における交信を第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂが補うことができず、アンテナ装置２０の交信可能範囲を良好に拡大することができない。

　以下に、第１のループアンテナ部４１ａと第２のループアンテナ部４１ｂとの配置と、アンテナ装置２０の交信可能範囲との関係について図３－１～図３－３を参照しながら説明する。なお、図３－１～図３－３において破線で囲まれた領域はアンテナ装置２０の交信可能領域を示す。また、図３－１～図３－３では、図の簡略化のために、コンデンサの図示を省略し、２つのループアンテナ部同士の接続についても図示を省略している。なお、後に説明する図４～図８においても図３－１～図３－３と同様にコンデンサの図示を省略し、２つのループアンテナ部同士の接続についても図示を省略している。

　まず、図３－１（ａ）に示すように、ブースターアンテナ４０を設けずにソレノイドコイル状のメインアンテナ３０のみの場合は、上述したとおり、アンテナ部３１の巻回軸方向及び該巻回軸方向からある程度傾斜した方向について交信可能となるが、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方においては交信ができない。

　次に、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の上に２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂを設けた場合において、まず、図３－１（ｂ）に示すように、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂをソレノイドコイル状のアンテナ部３１の直上には設けずに、すなわちアンテナ部３１とオーバーラップしないように設けた場合は、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂが設けられた領域の近傍の交信距離は大きくなるものの、図３－１（ａ）に示す２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂを設けない場合と同様に、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方においては交信ができない。

　これに対して、図３－１（ｃ）に示すように、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂの一部のみがソレノイドコイル状のアンテナ部３１の上にあり、すなわち２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂがアンテナ部３１と部分的にオーバーラップし、特にアンテナ部３１の端部とそれぞれオーバーラップしている場合、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂが設けられた領域の近傍の交信距離が大きくなり、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方においても交信が可能となる。

　また、図３－２（ｄ）に示すように、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂが図３－１（ｃ）に示す場合よりも互いに近接して配置された場合、特に２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂの間隙の長さｌがソレノイドコイル状のアンテナ部３１のコイル長さＬの２分の１未満の場合、これらのループアンテナ部４１ａ、４１ｂがソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方における交信距離をより大きくする。このため、アンテナ装置２０としてソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方の交信がより良好となる。その結果、１８０°以上の方向で良好に交信可能となる。但し、ループアンテナ部４１ａ、４１ｂは、図３－１（ｃ）と同様にアンテナ部３１と部分的にオーバーラップすることが好ましい。言い換えると、ループアンテナ部４１ａ、４１ｂの一部は、アンテナ部３１の外側の位置にはみ出していることが好ましい。このようにすると、アンテナ部３１とループアンテナ部４１ａ、４１ｂとがより強く結合でき、アンテナ装置の交信範囲をより拡大することができる。

　また、図３－１（ｃ）及び図３－２（ｄ）では、磁性体３３と非磁性体４３とが一致するように重なった構成を示したが、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂがソレノイドコイル状のアンテナ部３１と部分的にオーバーラップして配置されていれば、図３－２（ｅ）に示すように、非磁性体４３が磁性体３３からはみ出した構成であっても構わない。このような構成であっても、図３－２（ｄ）の場合と同様の効果を得ることができる。このとき、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１とループアンテナ部４１ａ、４１ｂの配置はこのままに、磁性体３３の周囲を非磁性体によって補って、すなわち、磁性体３３からはみ出した非磁性体４３部分の直下に非磁性体を補って、直方体状のアンテナ装置２０としても構わない。図３－１（ｃ）～図３－２（ｅ）に示すように、２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂは、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１と部分的にオーバーラップし、且つ非磁性体４３の表面の中心を基準に対称に配置されていることが特に好ましいが、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０によって交信できない範囲を補うことができれば、例えば図３－３（ｆ）に示すように２つのループアンテナ部４１ａ、４１ｂのそれぞれがソレノイドコイル３１と部分的にオーバーラップしていれば、２つのループアンテナの間隙が中央部分から幾分ずれていても構わない。また、図３－３（ｆ）に示すようにループアンテナ部４１ａ、４１ｂの大きさは、同じでなくても構わない。このようにすることで、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の交信できない範囲を補いながら、特定方向（図３－３（ｆ）では左方向）への指向性を高めることができる。

　以上で説明した本実施形態によると、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０のみの場合と比較して交信可能な領域を拡大することができる。

　以下に、本実施形態の種々の変形例について説明する。なお、以下の説明については、上記本実施形態と同一の構成については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

　本実施形態では、非磁性体４３にループアンテナ部を２つ設けたが、３つ以上であっても構わない。例えば、本実施形態の第１変形例として、図４に示すように、非磁性体４３にループアンテナ部が４つ設けられていてもよい。この場合、４つのループアンテナ部４１ａ～４１ｄのそれぞれが、ソレノイドコイル状のアンテナ部３１に部分的にオーバーラップするように配置されることが好ましい。従って、図４に示すように、４つのループアンテナ部４１ａ～４１ｄがそれぞれ非磁性体４３の表面の４隅に近接して配置されることが好ましい。

　また、ループアンテナ部が３つ以上設けられる場合において、本実施形態の第２変形例として、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、非磁性体４３が磁性体３３からはみ出した構成であってもよい。このようにすることで、非磁性体４３の表面の面積が大きくなり、複数のループアンテナ部のそれぞれを、一部がソレノイドコイル状のアンテナ部３１の直上に位置するように、すなわちアンテナ部３１に部分的にオーバーラップするように配置し易くなる。

　また、本実施形態では、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の一方向の表面上にブースターアンテナ４０を設けたが、本実施形態の第３変形例として、複数の面にブースターアンテナを設けてもよく、図６に示すように、例えばソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の対向する表面上に、アンテナ部３１を挟むように２つのブースターアンテナ４０、５０が設けられてもよい。

　具体的に、本変形例では図２に示す上記実施形態と同様に、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の磁性体３３の上には、複数のループアンテナ部４１ａ、４１ｂが設けられた第１非磁性体４３が積層される。具体的には、磁性体３３におけるソレノイドコイル状のアンテナ部３１の巻回軸方向（図６の左右方向）に対して垂直な方向（図６の上方向）に第１非磁性体４３が積層される。さらに、図６に示すように、磁性体３３の第１非磁性体４３が設けられた側と反対側（図６の下側）にも、複数のループアンテナ部５１ａ、５１ｂが設けられた第２非磁性体５３が積層される。これにより、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０が第１ブースターアンテナ４０及び第２ブースターアンテナ５０の２つのブースターアンテナによって巻回軸方向に対して垂直な方向（図６の上下方向）で挟まれた構成となる。

　このようにすると、巻回軸方向に対して垂直な方向のうちの一方向のみならず、逆方向においてアンテナ装置２０の交信領域を拡大することができる。なお、図６では、２つのブースターアンテナ４０、５０が、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０を巻回軸方向に対して垂直な方向で挟むように配置されているが、この配置に限らず、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の巻回軸方向に平行な磁性体３３の４つの面上のうちの任意の２面にそれぞれブースターアンテナ４０、５０を配置できる。例えば、磁性体３３の隣接する２面にそれぞれブースターアンテナ４０、５０を配置すれば、その配置した側にアンテナ装置としての指向性を向上することができる。また、磁性体３３に配置するブースターアンテナの数は２つに限らず、３つでもよく、さらに、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の巻回軸と交差する２面を除く磁性体３３の４面の全てに設けても構わない。このようにすると、３６０°方向で良好に交信が可能となる。なお、本変形例において、各ブースターアンテナ４０、５０における各ループアンテナ部４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂの巻回方向は同一であることが好ましい。また、異なる面に配置されたそれぞれのブースターアンテナは互いに並列接続されていてもよく、或いは接続されていなくてもよい。

　また、本実施形態の第４変形例として、図７に示すように、ブースターアンテナ４０の上に他のブースターアンテナ６０が積層されていてもよい。他のブースターアンテナ６０は、例えば非磁性体６３の表面の中央に１つのループアンテナ部６１が形成されてなる。このような構成にすることで、ソレノイドコイル状のメインアンテナ３０の中央部分の上方における交信をより良好にすることができる。

　以上では、ブースターアンテナが補強するためのアンテナとしてソレノイドコイル状のメインアンテナを用いた実施形態及びその変形例について説明したが、ソレノイドコイル状のアンテナ部の代わりに平面ループコイル状のアンテナ部を用い、該ループアンテナ部に上述した各構成のブースターアンテナを組み合わせてもよい。例えば、本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置では、図８に示すように、磁性体７３の一面にループコイル状のアンテナ部７１が形成されてなるループコイル状のメインアンテナ７０の該一面上に上記ブースターアンテナ４０が積層される。このような構成にすることにより、特にループアンテナ部７１が配置され、且つブースターアンテナ４０が設けられた側への指向性を向上することができる。

　以上のとおり、本発明の各実施形態及び各変形例に係るアンテナ装置によると、交信可能な領域を拡大することができ、該アンテナ装置を含むＩＣタグによると、該ＩＣタグの交信性能を向上することができる。

　以下に、本発明に係るアンテナ装置を詳細に説明するための実施例を示す。本実施例は、本発明について例示するものであり、発明の範囲を限定するものではない。

　まず、本実施例のアンテナ装置の構成について説明する。本実施例のアンテナ装置におけるメインアンテナは、すべてソレノイドコイル状のアンテナ部で構成されるものとし、長さ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのフェライト磁性体を磁心とした。磁性体からなる磁心に焼結銀により形成される幅０．２ｍｍの導体を０．２５ｍｍの間隔で２０ターン巻回してコイル状になるようにしてメインアンテナを作製した。

　ブースターアンテナは非磁性フェライト上に２つのループアンテナ部が同一方向に２ターン巻回されたパターンを幅０．２ｍｍの導体を間隔０．２ｍｍで形成するように銀ペーストにて印刷したものを作製した。そして、上記メインアンテナとブースターアンテナとを、重ね合わせて、アンテナ装置を作製した。

　ブースターアンテナにおける２つのループアンテナ部の配置は、実施例毎に変えた。実施例１～４のアンテナ装置において、２つのループアンテナ部の配置を、それぞれ図３－１（ｃ）～図３－３（ｆ）に図示した配置とした。

　具体的に、実施例１のアンテナ装置は、図３－１（ｃ）に示すように、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップするように２つのループアンテナ部が配置された構成とし、特に２つのループアンテナ部の間の距離をソレノイドコイル状のアンテナ部のコイル長さの２分の１の長さとした。

　実施例２のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様に、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップするように２つのループアンテナ部が配置された構成であるが、特に、図３－２（ｄ）に示すように、実施例１のアンテナ装置よりも２つのループアンテナ部の間の距離を小さくして近接させた。

　実施例３のアンテナ装置は、実施例１のアンテナ装置と同様に、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップするように２つのループアンテナ部が配置された構成であるが、特に、図３－２（ｅ）に示すようにブースターアンテナを実施例１の１．５倍とし、メインアンテナからはみ出した構成とした。

　実施例４のアンテナ装置は、実施例２のアンテナ装置と同様に、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップし、且つ近接するように２つのループアンテナ部が配置された構成であるが、特に、図３－３（ｆ）に示すように、一方のループアンテナ部を他方のループアンテナ部よりも大きい構成とした。

　これらの実施例に対して、以下のような各比較例のアンテナ装置も作製した。

　比較例１のアンテナ装置として、図３－１（ａ）に示すように、ブースターアンテナを設けずにメインアンテナのみからアンテナ装置を作製した。

　比較例２のアンテナ装置として、メインアンテナに、ループアンテナ部を中央に１つのみ有するブースターアンテナを重ね合わせてアンテナ装置を作製した。

　比較例３のアンテナ装置は、実施例２のアンテナ装置と同様に、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップし、且つ近接するように２つのループアンテナ部が配置された構成とし、２つのループアンテナ部が直列接続された構成とした。

　比較例４のアンテナ装置は、実施例２のアンテナ装置と同様に、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップし、且つ近接するように２つのループアンテナ部が配置された構成とし、２つのループアンテナ部が互いに反対の向きに巻回された構成とした。

　比較例５のアンテナ装置は、図３－１（ｂ）に示すように、ソレノイドコイル状のアンテナ部とそれぞれオーバーラップしないように２つのループアンテナ部を大きく離間させた構成とした。

　以上の実施例１～４及び比較例１～５のアンテナ装置の交信距離について、タカヤ製リーダライタＴＲ３－Ｃ２－０１にて評価した。メインアンテナであるソレノイドコイルの開口部と直交する方向にて、アンテナ装置の端部をＡ（中心から５ｍｍ）、反対側の端部Ｂ（中心から５ｍｍ）、中央部の交信距離を比較評価した。なお、実施例４においては、２つのループアンテナ部のうち大きい方が配置された側の端部をＡとした。それらの結果を表１に示す。

　表１に示すように、ソレノイドコイル状のアンテナ部の両端部とそれぞれオーバーラップするように２つのループアンテナ部が配置された構成である実施例１～４のアンテナ装置では、ブースターアンテナを備えない比較例１と比較して、端部Ａ、中央部及び端部Ｂのいずれにおいても交信距離が長くなった。実施例１よりも、２つのループアンテナ部を近接させた実施例２の方が、交信距離が長くなり、ブースターアンテナを大きくした実施例３ではさらに交信距離が長くなった。また、片方のループアンテナ部のみを大きくした実施例４では、ループアンテナ部を大きくした側の交信距離が長くなったことがわかる。

　一方、比較例では、比較例５ではわずかに交信距離を長くすることができたものの、目立った効果は認められなかった。

　以上から、本発明に係るアンテナ装置は、交信性能を向上することができることがわかる。

　本発明に係るアンテナ装置及びそれを用いたＩＣタグは、交信可能な範囲が拡大され、生産工程管理や倉庫等における物品管理等への適用に有益である。

１　　　ＩＣタグ
１０　　ＩＣチップ
２０　　アンテナ装置
３０　　メインアンテナ
３１　　（ソレノイドコイル状）アンテナ部
３２　　コンデンサ
３３　　磁性体
４０　　（第１の）ブースターアンテナ
４１ａ～４１ｄ　ループアンテナ部
４２　　コンデンサ
４３　　（第１の）非磁性体
５０　　第２のブースターアンテナ
５１ａ、ｂ　ループアンテナ部
５３　　第２の非磁性体
６０　　他のブースターアンテナ
６１　　ループアンテナ部
６３　　非磁性体
７０　　メインアンテナ
７１　　（ループコイル状）アンテナ部
７３　　磁性体

 

Claims (7)

1. 　磁性体に導体からなるアンテナ部が形成されてなるメインアンテナと、前記磁性体の表面上に配置された非磁性体の同一表面に複数のループアンテナ部が形成されてなるブースターアンテナとを備え、
   　前記複数のループアンテナ部は、前記メインアンテナのアンテナ部と部分的にオーバーラップするように配置され、前記ブースターアンテナを構成する複数のループアンテナ部同士は、互いに並列接続され且つ同一の向きに巻回されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 　前記メインアンテナのアンテナ部は、前記磁性体を磁心として導体が巻回されてなるソレノイドコイル形状であり、前記非磁性体は、前記導体の巻回軸方向と平行な前記磁性体の表面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 　前記非磁性体は、前記磁性体の複数の表面上にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 　前記メインアンテナは、前記アンテナ部として前記磁性体の表面上にループアンテナ部が形成されてなるメインアンテナであり、前記ブースターアンテナの開口方向は、前記メインアンテナのアンテナ部の開口方向と同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 　前記ブースターアンテナを構成するループアンテナ部は、前記メインアンテナのアンテナ部と部分的にオーバーラップするように配置されている請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 　前記ブースターアンテナを構成するループアンテナ部は、前記非磁性体の表面に２つ形成されており、前記２つのループアンテナ部、互いに前記非磁性体の表面の中心を基準に対称に配置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載のアンテナ装置を含むＩＣタグ。
   
    

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