特許第6240741号(P6240741)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6240741
(24)【登録日】2017年11月10日
(45)【発行日】2017年11月29日
(54)【発明の名称】ループアンテナ
(51)【国際特許分類】
   H01Q 7/08 20060101AFI20171120BHJP
   H01Q 19/02 20060101ALI20171120BHJP
   H04B 5/02 20060101ALI20171120BHJP
【FI】
   H01Q7/08
   H01Q19/02
   H04B5/02
【請求項の数】4
【全頁数】7
(21)【出願番号】特願2016-238110(P2016-238110)
(22)【出願日】2016年12月8日
(62)【分割の表示】特願2016-10346(P2016-10346)の分割
【原出願日】2016年1月22日
(65)【公開番号】特開2017-130915(P2017-130915A)
(43)【公開日】2017年7月27日
【審査請求日】2016年12月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100129230
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 理恵
(74)【代理人】
【識別番号】100127535
【弁理士】
【氏名又は名称】豊田 義元
(74)【代理人】
【識別番号】100159190
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 比呂志
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 愛一郎
(72)【発明者】
【氏名】溝田 勉
(72)【発明者】
【氏名】森村 浩季
(72)【発明者】
【氏名】加々見 修
【審査官】 橘 均憲
(56)【参考文献】
【文献】 特公昭42−022327(JP,B1)
【文献】 特開2014−117150(JP,A)
【文献】 特開2005−275871(JP,A)
【文献】 特開2001−185939(JP,A)
【文献】 特開2013−162709(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01Q 7/00− 7/08
H01Q 19/02−19/04
H04B 5/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁界を用いた無線システムに適用されるループアンテナであって、
信号源または受信回路に接続される開ループであるメインループと、
前記メインループと同じ形状を有する閉ループである増幅用ループとを備え、
前記メインループと前記増幅用ループは、磁性体または絶縁体で形成された棒状のロッドに巻かれており、
前記メインループと前記増幅用ループのそれぞれに抵抗と容量が直列に接続されており、
前記メインループの前記抵抗Rは前記増幅用ループの前記抵抗Rよりも大きい
ことを特徴とするループアンテナ。
【請求項2】
前記メインループの巻き数と前記増幅用ループの巻き数が等しい
ことを特徴とする請求項1記載のループアンテナ。
【請求項3】
前記メインループと前記増幅用ループが互いに離間していることを特徴とする請求項1または2記載のループアンテナ。
【請求項4】
前記メインループと前記増幅用ループが互いに並走するように巻かれていることを特徴とする請求項1または2記載のループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁界を用いた無線システムのエリア拡大に寄与できるループアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、NFC(Near Field Communication)等の短距離無線認証技術では、認証エリアを意図的に限定しユーザの意思や行動に連動したサービスが行われている。磁界を用いて認証エリアを形成する場合には、ループアンテナ(コイル)が用いられ、アンテナに電流を通じることによりアンテナ面上に球状の磁界分布を形成する。磁界を利用した無線システムでは、電波を用いるシステムに比べて距離減衰特性が急峻であり、無線エリア境界を明確に区別できるという利点があるが、無線エリアが広範囲の場合にはエリアを拡大するためには送信機から供給する電流を増やす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013−125991号公報
【特許文献2】特開2014−135538号公報
【特許文献3】特開2014−135539号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁界を用いた無線システムのエリア拡大に寄与できるループアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明のループアンテナは、磁界を用いた無線システムに適用されるループアンテナであって、信号源または受信回路に接続される開ループであるメインループと、前記メインループと同じ形状を有する閉ループである増幅用ループとを備え、前記メインループと前記増幅用ループは、磁性体または絶縁体で形成された棒状のロッドに巻かれており、前記メインループと前記増幅用ループのそれぞれに抵抗と容量が直列に接続されており、前記メインループの前記抵抗Rは前記増幅用ループの前記抵抗Rよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明に係るループアンテナによれば、信号源を用いる場合は、メインループを流れる電流よりも十分大きな電流を増幅用ループに蓄積することができるので、結果的に大きな磁界を生成することが可能になる。
【0007】
また、本発明に係るループアンテナによれば、受信回路を用いる場合には、磁界を受信する際に大きな電流が増幅用ループに蓄積される効果によって、増幅用ループを用いない場合に比べて、メインループにて大きな受信電流を受信することが可能になる。
【0008】
以上の結果、磁界を用いた無線システムのエリア拡大に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】第1の実施の形態に係るループアンテナの一例を示す図である。
図2】第2の実施の形態に係るループアンテナの一例を示す図である。
図3】増幅用ループ2の電流Iと容量CとCの関係を示す図である。
図4】C=31.56[pF],C=222.09[pF]の場合のI、Iの周波数依存性(計算値)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0011】
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係るループアンテナの一例を示す図である。
【0012】
ループアンテナは、共鳴型のループアンテナであり、メインループ1と増幅用ループを備える。
【0013】
メインループ1は、磁性体または絶縁体で形成された棒状のロッド3に巻かれ、信号源5や受信回路(図示せず)を接続するための端子T、Tを有し、開ループとなっている。巻き数は1以上であり、例えば5である。図1は、例として信号源5を接続した図になっている。メインループ1には抵抗Rと容量Cが直列に接続されている。
【0014】
また、メインループ1が巻かれたロッド3の部分とは異なる部分に増幅用ループ2が巻かれている。これにより、メインループ1と増幅用ループ2が互いに離間している。増幅用ループ2は、端子を備えず、閉ループとなっている。巻き数は1以上であり、例えば5である。巻き数は、メインループ1の巻き数と同じでもよく、異なっていてもよい。増幅用ループ2には抵抗Rと容量Cが直列に接続されている。
【0015】
信号源5からメインループ1に交流電流Iが供給されると、メインループ1と増幅用ループ2の間の相互インダクタンスにより、増幅用ループ2に交流電流Iが流れる。一般に、RをRより小さくすると、IはIより大きくなる。よって、ループアンテナにより発生する磁界のエリアを拡大できる。
【0016】
は、周波数、R、R、C、C、信号源5の内部抵抗R、ループ形状など複数の要素に依存する。そのため、R、R、C、Cを調整し、Iを最大化するのが好ましい。
【0017】
なお、図1は、ループアンテナに信号源5を接続し、送信アンテナとして用いた場合の例を示しているが、信号源5の代わりに受信回路を接続し、ループアンテナを受信アンテナとして用いてもよい。
【0018】
この場合、外部から受信する磁界により、増幅用ループ2に大きな交流電流Iが蓄積されるが、相互インダクタンスがあるために、メインループ1を流れる交流電流Iも、増幅用ループ2が存在しない場合に比べて大きくなる。周波数、ループ形状などに応じて、R、R、C、Cを設定することで、Iを最大化することができる。よって、相手側にとってみても、磁界のエリアを拡大できる。
【0019】
したがって、第1の実施の形態のループアンテナによれば、磁界を利用した無線システムのエリアを拡大できる。
【0020】
なお、例えば、所望の電流、エリアが得られるなら、場合によっては、R、R、C、Cのいずれか1つ以上を用いなくてもよい。後述の実施の形態でも同様である。
【0021】
[第2の実施の形態]
図2は、第2の実施の形態に係るループアンテナの一例を示す図である。
【0022】
第1の実施の形態のメインループ1、増幅用ループ2は互いに離間していたが、第2の実施の形態では、メインループ1と増幅用ループ2が互いに並走するようにロッド3に巻かれ、これ以外の構成は、第1の実施の形態と同様である。
【0023】
第1の実施の形態では、ロッド3があるので、メインループ1と増幅用ループ2は比較的大きな磁気結合を生じるが、第2の実施の形態のように、並走させることでメインループ1と増幅用ループ2が近接し、さらに大きな磁気結合を生じることができる。よって増幅用ループ2により大きな電流を蓄積でき、磁界のエリアをより広くできる。
【0024】
本発明において巻き数は任意であり、いずれの巻き数でも有効である。また、メインループ1と増幅用ループ2の巻き数が異なってもよいが、巻き数を2以上とする場合、メインループ1の巻き数と増幅用ループ2の巻き数を等しくすることで、相互インダクタンスを大きくすることができ、電流の増幅効果を高めることができるので好ましい。
【0025】
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態のループアンテナは、メインループ1と増幅用ループ2に接続した容量を最適化したものであり、その他については、第1〜第2の実施の形態と同様である。
【0026】
例えば、信号源5から発生する信号の周波数fを10MHz、メインループ1に接続する抵抗Rを25Ω、増幅用ループ2に接続する抵抗Rを1Ω、信号源5の内部抵抗Rを25Ωとする。
【0027】
また、メインループ1と増幅用ループ2の自己インダクタンスLは等しく1μHとする。
【0028】
さらに、メインループ1と増幅用ループ2の幾何学形状が同様であれば、自己インダクタンスも等しくなるので、ループアンテナを作製することは容易である。
【0029】
図3は、増幅用ループ2の電流Iと容量CとCの関係を示す図である。
【0030】
上記の条件の下、容量CとCを変数としてIをシミュレートすると、図5のようになる。Iが最大になるのは、Cが30pF付近かつCが220pF付近の場合であることがわかる。
【0031】
一方、上記のパラメータを以下の式
【0032】
【数1】

に代入すると、C=31.56[pF],C=222.09[pF]が得られる。ωは、ω=2πfで計算される。
【0033】
よって、この式により計算した値のC、Cをメインループ1と増幅用ループ2に接続すれば、Iを最大にでき、最大の増幅効果が得られる。
【0034】
図4は、C=31.56[pF],C=222.09[pF]の場合のI、Iの周波数依存性(計算値)を示す図である。
【0035】
図に示すように10MHzにおいて電流増幅効果が最大である。つまり、Iが10mAであるのに対して、Iは70mA以上であり、7倍以上の電流を流すことできる。したがって、生成可能な磁界の振幅を7倍以上に増幅することができる。
【符号の説明】
【0036】
1 メインループ
2 増幅用ループ
3 ロッド
5 信号源
、C 容量
、I 電流
内部抵抗
、R 抵抗
T 端子
図1
図2
図3
図4