JP3783713B2

JP3783713B2 - リーダ・ライタ用アンテナ

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Publication number: JP3783713B2
Application number: JP2003417090A
Authority: JP
Inventors: 昭七斉藤; 正弘藤本; 勝久折原; 進柳堀
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: KR970018842A; DE69635792T2; US6137447A; EP0766200A3; KR100445249B1; DE69635792D1; JP2004173293A; EP0766200B1; EP0766200A2; JPH0998014A; JP3528367B2; SG52846A1

Description

本発明は、質問器と応答器との間で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャリアシステムの質問器に使用するループアンテナに関する。さらに詳しくは、本発明は、質問器から応答器に送信信号を送信すると共に、質問器で応答器からの返信信号を受信するために使用するループアンテナであって、応答器からの返信信号を検出する場合に、質問器からの送信信号が検出されないようにし、それにより返信信号の検出を容易化し、読取りの信頼度を向上させるループアンテナに関する。

近年、質問器と応答器との間で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャリアシステムが注目され、急速に普及しつつある。例えば、自動改札や入退室管理システム等において、質問器としてリーダ・ライタを使用し、応答器としてＩＣカードやＩＤカード等のカードを使用する非接触情報カードシステムが使用されている。

この非接触式データキャリアシステムでは、質問器は、応答器に情報を送信しあるいはさらに電力を供給するために、数百Ｋ〜数ＭＨｚ程度の周波数の電磁波を応答器に送信し、それと同時に応答器からの返信信号を受信し、検出する。この場合、質問器には、通常、応答器に信号あるい電力を送信する送信用アンテナと応答器からの返信信号を受信する受信用アンテナとの兼用アンテナとして、一つのループアンテナが設けられている。

しかしながら、従来の非接触式データキャリアシステムでは、質問器で応答器からの返信信号を受信し、検出する際に、その質問器のループアンテナ端子には、応答器からの返信信号だけでなく、当該質問器が応答器に向けて送出した送信信号も現れる。この場合、通信距離（即ち、質問器と応答器との距離）が大きい程、質問器から応答器に送出する送信信号の強度が強くなるので、質問器のループアンテナ端子に現れる送信信号と返信信号との比は通信距離が大きくなるほど大きくなり、通常、質問器のループアンテナ端子に現れる送信信号は、本来検出すべき返信信号に比して１００〜１０万倍程度も強い。このため、質問器のループアンテナ端子には、受信のためには有害で強烈な不用信号の中に微弱な返信信号が現れることとなっていた。しかも、質問器のループアンテナ端子で応答器からの返信信号を受信する際に不用に受信される送信信号の受信強度は、質問器のループアンテナの作製時のばらつきや共振容量のばらつきのために一定しない。さらには温度変動などによりループアンテナのインダクタンス、キャパシタンス、Ｑ等が変化するために、応答器からの返信信号を受信する際のループアンテナ端子での不用波のレベルも時々刻々変化する。したがって、質問器のループアンテナで応答器からの返信信号を受信し、正確に検出することが非常に困難であり、データの読取りの信頼度を確保することが容易でないという問題があった。またそれゆえに、返信信号を読み取るための回路が複雑で高価なものになるという問題もあった。

なおこのような問題は、質問器に、送信用アンテナと受信用アンテナとの兼用アンテナとして一つのループアンテナを設けた場合だけでなく、送信用アンテナと受信用アンテナとを別個に設けた場合でも、従来、同様に生じていた。すなわち、単に質問器に送信用アンテナと受信用アンテナとを別個に設けても、送信用アンテナと受信用アンテナとの間には結合が起こり、送信用アンテナからの送信信号は直接的に受信用アンテナに誘起されるので、受信用アンテナ端子には不用な送信信号が高いレベルで現れることとなる。

本発明は以上のような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、質問器と応答器との間で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャリアシステムにおいて、質問器のアンテナで応答器からの返信信号を受信する際に、質問器から応答器に送信した送信信号が質問器のアンテナ端子に現れないようにし、それにより応答器からの返信信号の検出を容易化し、読取りの信頼度を向上させることを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、質問器と応答器からなる非接触式データキャリアの質問器のリーダ・ライタ用アンテナにおいて、質問器のリーダ・ライタ用アンテナが応答器に信号を送信する送信用アンテナと応答器からの信号を受信する受信用アンテナとからなり、該受信用アンテナが、該受信用アンテナと送信用アンテナとの磁界結合により該受信用アンテナに互いに逆極性の磁界が誘起され、かつそれら逆極性の磁界が互いに打ち消し合う位置に配されているループコイルからなり、受信用アンテナに、該受信用アンテナと送信用アンテナとの静電結合による漏洩電流を防止するバイファイラーチョークが設けられていることを特徴とするリーダ・ライタ用アンテナを提供する。

特に、このようなリーダ・ライタ用アンテナであって、送信用アンテナが、互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２つのループコイルからなり、これらループコイルから発せられた互いに逆極性の磁界によって受信用アンテナに誘起される磁界が互いに打ち消し合うように受信用アンテナが配されており、かつこの場合に、送信用アンテナから送出された磁界の磁界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少するように、送信用アンテナの各ループコイルのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差を選び、又はこれらの少なくとも一つの要素がさらに精密に調整されているもの、を提供する。

本発明のリーダ・ライタ用アンテナは、別個に設けられた送信用アンテナと受信用アンテナとからなっており、かつ、受信用アンテナは、この受信用アンテナと送信用アンテナとの磁界結合により互いに逆極性の磁界が誘起されると共に、それら逆極性の磁界が互いに打ち消し合う位置に配されているループコイルからなっているので、本発明のリーダ・ライタ用アンテナを設けた質問器では、送信用アンテナから応答器に情報の送信あるいは電力の供給を行う送信信号を送出している間でも、受信用アンテナでは、送信用アンテナからの送信信号が打ち消されるので、送信信号が受信用アンテナ端子に現れることが防止される。したがって、受信用アンテナでは応答器からの返信信号を容易に読み出すことが可能となり、データの読取り信頼度も向上する。

特に、本発明のリーダ・ライタ用アンテナにおいて、送信用アンテナとして互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２つのループコイルを設け、これらループコイルから発せられた互いに逆極性の磁界によって受信用アンテナに誘起される磁界が互いに打ち消し合うようにし、さらにこの場合に、送信用アンテナから送出された磁界の磁界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少するように、送信用アンテナの各ループコイルのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素を選び、これらを調整すると、通信エリア内では磁界強度を十分に高くして良好な通信品質を確保しつつ、通信エリア外では磁界強度を低減させ、近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑制することが可能となる。

本発明によれば、質問器と応答器との間で電磁誘導により近距離通信を行う非接触式データキャリアシステムにおいて、質問器のアンテナで応答器からの返信信号を受信する際に、質問器から応答器に送出した送信信号が質問器のアンテナ端子に現れないようにし、それにより応答器からの返信信号の検出を容易化し、読取りの信頼度を向上させることができる。

さらに、本発明において、送信用アンテナとして互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２つのループコイルを設け、これらループコイルのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素を選び、これを適宜設定することにより、本来の通信エリア内では高い強度の磁界強度を有するが、アンテナからの距離が大きくなるにしたがって急激に磁界強度が減少し、通信エリア外では確実に磁界強度を所定の値以下とすることができる。

したがって、質問器から応答器へ送出する磁界強度を、通信エリア内では良好な通信品質を確保するために十分に高くしつつ、通信エリア外では磁界強度を低減させて近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑制し、それと同時に、質問器で応答器からの返信信号の検出する際に、質問器から応答器へ送出した送信信号が不用に検出されることを抑制し、それにより応答器からの返信信号の検出を容易化し、読取りの信頼度を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、リーダ・ライタ用アンテナの一態様の構成図である。このリーダ・ライタ用アンテナ１ａは、別個に設けられた送信用アンテナ２と受信用アンテナ３とからなっている。このうち送信用アンテナ２は、同一平面内に同軸状に形成された、多重円形の内側ループコイル２ａと一重円形の外側ループコイル２ｂとからなり、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとは、巻き方向が互いに逆向きとなるように一条のアンテナ導体から成形されている。したがって、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとは、送信信号の送出時に互いに逆極性の磁界を発生することとなる。

このような送信用アンテナ２は、例えば、１本の導線を巻き回し、同図のような内側ループコイルと外側ループコイルを成形することにより得ることができる。あるいは、絶縁層上に銅箔等の導体層を有する基板の当該導体層をエッチングすることにより形成してもよい。

一方、受信用アンテナ３は、そのループ径が、同図に示すように、送信用アンテナの内側ループコイル２ａより大きく外側ループコイル２ｂよりも小さい円形のループコイルからなり、内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂと略同軸状に配されている。ここで受信用アンテナ３のループ径や内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂに対する位置は、この受信用アンテナ３と内側ループコイル２ａとの相互インダクタンスと、受信用アンテナ３と外側ループコイル２ｂとの相互インダクタンスとが同じ大きさでかつ逆極性となり、これらが互いに打ち消し合うように適宜定める。具体的には、例えば、受信用アンテナ端子に内側ループコイル２ａから送信信号を送出することにより現れる端子電圧と外側ループコイル２ｂから送信信号を送出することにより現れる端子電圧とが等しくなり、受信用アンテナ端子の見掛上の端子電圧が０となるように受信用アンテナ３のコイル定数やその位置を決定すればよい。なお、この図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａや後述するリーダ・ライタ用アンテナ１ｂ（図２）、１ｃ（図３）、１ｄ（図４）、１ｅ（図７）、１ｆ（図９）、１ｇ（図１０）、１ｈ（図１１）、１ｉ（図１２）のように、送信用アンテナ２及び受信用アンテナ３が構造上左右又は上下に高い対称性を有している場合には、受信用アンテナ３のループ径や送信用アンテナを構成する各ループコイルに対する位置は、比較的容易に予測することができる。

受信用アンテナ３の形成方法については、上述の送信用アンテナと同様に、１本の導線を巻き回すことにより形成してもよく、あるいは基板のエッチングにより形成してもよい。特に、送信用アンテナ２を、両面に導体層を有する両面基板の一方の導体層をエッチングすることにより形成する場合には、受信用アンテナ３は両面基板の他面をエッチングすることにより形成することが、作製工程を簡略化する点から好ましい。

以上のような送信用アンテナ２と受信用アンテナ３からなるリーダ・ライタ用アンテナ１ａを質問器に備えることにより、質問器の受信用アンテナ３で応答器からの返信信号を受信している間に、その質問器の送信用アンテナ２（内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂ）から応答器へ情報の送信あるいは電力供給のために送信信号が送られていても、受信用アンテナ３内では、送信用アンテナ２からの互いに逆極性の送信信号が打ち消し合うので、受信用アンテナ３の端子に送信信号により不用な電圧の発生することが大きく抑制される。したがって、受信用アンテナ３において、返信信号を容易にかつ読取り信頼度高く検出することが可能となる。

また、このように送信用アンテナを構成する内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂから互いに逆極性の磁界を発生させる場合に、内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂから発生する磁界を合成したトータルの磁界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少するように、各ループコイルを調整することが好ましく、特に、送信用アンテナ２から送出された磁界の磁界強度が、送信波長に比べて充分に短い距離の範囲内で、送信用アンテナ２からの距離のｎ乗（ｎ＞３）に反比例して減衰するように調整することが好ましい（特願平７−１２０８１０号の特許請求の範囲参照）。これにより、通信エリア内では磁界強度を十分に高くして良好な通信品質を確保しつつ、通信エリア外では磁界強度を低減させ、近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑制することが可能となる。

この場合の調整方法としては、各ループコイル２ａ、２ｂのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素を適宜調整すればよい。また、図示していないが、微調整を容易にするために内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂに可変インダクタンス、可変キャパシター又は可変抵抗を接続してこれらを調整してもよく、また、ループコイルを基板上に形成する場合には、その基板上のループコイルの周囲に金属箔等からなる調整用パターンを配し、そのパターンの配置や面積を調整してもよい。

本発明のリーダ・ライタ用アンテナは、送信用アンテナと受信用アンテナとを別個に設け、受信用アンテナと送信用アンテナとの磁界結合によりその受信用アンテナに逆極性の磁界が誘起され、かつ、それら逆極性の磁界が互いに打ち消し合うように受信用アンテナを配する限り、種々の態様をとることができる。送信用アンテナや受信用アンテナを構成する各ループコイルの形状、巻数、個数、配置等について特に制限はない。

例えば、図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａでは、送信用アンテナ２を、送信信号の送出時に互いに逆極性の磁界を発生する２つのループコイル２ａ、２ｂから構成したが、図２に示すリーダ・ライタ用アンテナ１ｂのように、送信用アンテナ２を単一のループコイルから構成してもよい。この場合、受信用アンテナ３は、そのループ面が、送信用アンテナ２のループ面に対して垂直になるように配すればよい。このとき、送信用アンテナ２が送信信号の送出時に発生する磁束（図中破線）であって、受信用アンテナ３に入る磁束のうち、送信用アンテナ２のループ面の一方の面側の磁束２ｘと他方の面側の磁束２ｙとが等量となるようにする。これにより、受信用アンテナ３では、送信用アンテナ２が発生した磁束２ｘ、２ｙが互いに打ち消される。したがって、送信信号により、受信用アンテナ３の端子に不用な電圧の発生することが防止される。

また、図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａでは、送信用アンテナ２を、同一平面内に同軸状に形成した、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとから構成したが、図３に示すリーダ・ライタ用アンテナ１ｃのように、送信用アンテナ２として、２つの別個の円形のループコイル２ａ、２ｂを互いにループが重ならないように併置させ、これらループコイル２ａ、２ｂの双方の上に重なるように楕円形の受信用アンテナ３を配してもよい。この場合、送信信号の送出時に２つのループコイル２ａ、２ｂから互いに逆極性の磁界が発生するようにするためには、例えば、ループコイル２ａ、２ｂに逆方向の電流が流れるようにアンテナ端子を接続すればよい。

図４（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面図）のリーダ・ライタ用アンテナ１ｄは、送信用アンテナ２として、その互いに逆極性の磁界を発生するループコイル２ａ、２ｂが隣接し、かつそれらの巻き方向が互いに逆向きとなるように、一条のアンテナ導体を成形したものを設け、ループコイルからなる受信用アンテナ３を、送信用アンテナの２つのループコイル２ａ、２ｂの略中心に、その受信用アンテナ３のループ面が送信用アンテナのループコイル２ａ、２ｂのループ面と平行になるように設けた例である。

この図４のような送信用アンテナ２は、例えば、１本の導線を８の字状に引き回すことにより成形することができる。あるいは、図５に示したように、絶縁層を挟んで両面に導体層を有する両面基板４の片面に図中実線で示したようなＳ字状の導体パターンをエッチングにより形成し、他面に図中破線で示したようなＳ字状の導体パターンをエッチングにより形成し、双方のパターンをスルーホールｈ1 、ｈ2 で接続することにより形成してもよい。

なお、送信用アンテナ２を、互いに逆極性の磁界を発生する２つのループコイルから形成する場合に、これらループコイルを、図４あるいは前述の図１に示したように、１本の導線を巻き回すことにより形成できる態様とするか、あるいは、図３のように別個の独立的なループコイルから形成するかは、適宜定めることができるが、互いに逆極性の磁界が発生するように各ループコイルを流れる電流の向きや位相を個別に設定する必要がなく、送信用アンテナの設計が容易である点からは、前者の方が好ましい。

図６は、図４の送信用アンテナ２が発生する磁力線の説明図である。同図のように、送信用アンテナ２のループコイル２ａから発生する磁界とループコイル２ｂから発生する磁界とは逆極性である。そこで、この送信用アンテナ２においても、前述の図１の送信用アンテナと同様に、これらループコイル２ａ、２ｂから発生する磁界のトータルの磁界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少するように、各ループコイル２ａ、２ｂのループ径、巻数、電流の絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素を適宜調整することが好ましい。

また、図６に示したように、送信用アンテナ２の２つのループコイル２ａ、２ｂの接点付近近傍では磁束密度が高くなる。そこで、図４に示したように、この磁束密度が高くなる領域に、受信用アンテナ３のループコイルをループコイル２ａ、２ｂのループ面と平行に配した場合、受信用アンテナ３のループコイルには、送信用アンテナのループコイル２ａ及びループコイル２ｂからそれぞれ逆極性の電圧が強く誘起されることになる。ここで、図１の場合と同様に、受信用アンテナ３のループコイルと送信用アンテナのループコイル２ａとの相互インダクタンスと、受信用アンテナ３のループコイルと送信用アンテナのループコイル２ｂとの相互インダクタンスとが同じ大きさでかつ逆極性となるように受信用アンテナ３のループコイルのコイル定数を設定すると、受信用アンテナ３ではこれらは互いに打ち消し合う。よって、この態様においても、受信用アンテナ３の端子において、送信信号による不用な電圧の発生を大きく抑制することができる。

なお、図４の送信用アンテナの隣接する２つのループコイル２ａ、２ｂの接点付近近傍では、上述のように磁束密度が高くなるので、このような送信用アンテナを使用することにより、応答器が質問器からの送信信号を所定の受信感度で受信できるようにするために必要とされる、応答器のアンテナの質問器の送信用アンテナに対する角度範囲を大きく拡大することができる。

図７（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面図）のリーダ・ライタ用アンテナ１ｅは、送信用アンテナ２として、図４のリーダ・ライタ用アンテナ１ｄの送信用アンテナと同様のものを設け、受信用アンテナ３を、そのループ面が送信用アンテナのループコイル２ａ、２ｂのループ面と垂直になるように設けた例である。また、図８はこの場合の磁力線の説明図である。このように受信用アンテナ３を設けた場合、前述の図２のリーダ・ライタ用アンテナ１ｂと同様に、送信用アンテナ２が送信信号の送出時に発生する磁束（図中破線）であって、受信用アンテナ３に入る磁束のうち、送信用アンテナ２のループ面の一方の面側の磁束２ｘと他方の面側の磁束２ｙとが等量となるようにすると、送信用アンテナ２が発生した磁束２ｘ、２ｙは、受信用アンテナ３では互いに打ち消される。よって、この態様においても受信用アンテナ３の端子に送信信号による不用な電圧が発生することが大きく抑制される。

図９のリーダ・ライタ用アンテナ１ｆは、その送信用アンテナ２を、図４のリーダ・ライタ用アンテナ１ｄと同様に、一条のアンテナ導体を、巻き方向が互いに逆向きのループコイルが隣接するように引き回し、これにより、互いに逆極性の磁界を発生するループコイルが隣接するようにしたものであるが、ループコイルとして３つのループコイル２ａ、２ｂ、２ｃが一列に隣接するようにしたものである。この場合、両端部の２つのループコイル２ａ、２ｃの極性が同方向になり、これらループコイル２ａ、２ｃと中央部のループコイル２ｂとが逆極性となる。したがって、受信用アンテナ３のループコイルと送信用アンテナの両端部のループコイル２ａ、２ｃとの相互インダクタンスと、受信用アンテナ３のループコイルと送信用アンテナの中央部のループコイル２ｂとの相互インダクタンスとが同じ大きさでかつ逆極性となるように受信用アンテナ３のループコイルのコイル定数を設定する。これにより受信用アンテナ３に、送信信号による不用な電圧が発生することを抑制できる。

図１０のリーダ・ライタ用アンテナ１ｇは、図９のリーダ・ライタ用アンテナ１ｆの送信用アンテナ２の両端部のループコイル２ａ、２ｃを非円形に形成したものである。このように、本発明で使用する送信用アンテナ及び受信用アンテナのループコイルの形状は、円形に限らず、種々の形状をとることができる。

図１１のリーダ・ライタ用アンテナ１ｈは、その送信用アンテナ２が、図９のリーダ・ライタ用アンテナ１ｆと同様に３つのループコイル２ａ、２ｂ、２ｃが隣接し、かつ隣接するループコイルの巻き方法が互いに逆向きになるようにしたものであるが、図９の送信用アンテナ２に比して、図１１のリーダ・ライタ用アンテナ１ｈは両端部のループコイル２ａ、２ｃのループ径を小さくし、中央部のループコイル２ｂの巻数を減らしたものである。

また、図１１のリーダ・ライタ用アンテナ１ｈの受信用アンテナ３には、補助コイル３ｐ、３ｑが設けられている。この受信用アンテナ３のループコイルが巻線コイルである場合には、その補助コイル３ｐ、３ｑを変形し、また、ループコイルが基板上の導体層をエッチングによりパターニングしたものである場合には補助コイル３ｐ、３ｑのパターンを削ること等により、受信用アンテナ３と送信用アンテナ２との相互誘導インダクタンスのバランスを精度よく調整することが可能となる。したがって、受信用アンテナ３には、相互誘導インダクタンス調整用の補助コイル３ｐ、３ｑを設けることが好ましい。

図１２のリーダ・ライタ用アンテナ１ｉは、図１のリーダ・ライタ用アンテナ１ａと同様に、送信用アンテナ２が、同一平面内に同軸状に形成された、内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとからなり、受信用アンテナ３のループコイルをこれら内側ループコイル２ａと外側ループコイル２ｂとに略同軸状に配したものであるが、図１１のリーダ・ライタ用アンテナ１ｈと同様に、受信用アンテナ３に、受信用アンテナ３と送信用アンテナ２との相互誘導インダクタンスのバランスを精度よく調整するための補助コイル３ｐ、３ｑ、３ｒ、３ｓを設けたものである。

なお、受信用アンテナ３と送信用アンテナ２との相互誘導インダクタンスの調整方法としては、図１１や図１２に示したように補助コイルを設ける他に、送信用アンテナの各ループコイルあるいは受信用アンテナのループコイルに、可変キャパシターや可変抵抗を接続し、これを調整してもよく、また、ループコイルの周囲に金属箔等を配し、その金属箔の配置や面積を調整することにより行ってもよい。

以上のように、本発明のリーダ・ライタ用アンテナは、基本的に送信用アンテナと受信用アンテナとからなり、好ましくは、送信用アンテナを、送信信号の送出時に互いに逆極性の磁界を発生する少なくとも２つのループコイルから構成したものである。そして、受信用アンテナでは、送信用アンテナから送出された磁界が打ち消し合うようにし、これにより受信用アンテナで送信信号が検出されることを防止したものである。

さらに本発明では、このような基本的構成に加えて、受信用アンテナにおいて送信用アンテナからの送信信号が厳重に遮断されるように、種々の手段を設けることができる。すなわち、受信用アンテナで送信用アンテナからの磁界が打ち消し合うようにしても、受信用アンテナと送信用アンテナとの静電結合による迷結合容量が存在し、これにより漏洩電流が受信用アンテナに流れる。図１３は、このような漏洩電流の一般的な説明図であり、送信用アンテナ２のコイルに矢印のように電流が流れると、迷結合容量Ｃを通じて受信用アンテナ３にも矢印のように電流が流れることを表している。

本発明では、迷結合容量Ｃの影響を大きく抑制し、漏洩電流の問題を解消するために、例えば、迷結合容量Ｃが大きく抑制されるように、受信用アンテナにバイファイラーチョークを設けたり、あるいは受信用アンテナを静電シールドすることができる。

このうち、バイファイラーチョークを設ける態様としては、例えば図１４に示すように、受信用アンテナ３のループコイルの後段にバイファイラーチョーク５を設け、バイファイラーチョーク５と受信回路本体との間にマッチングトランス６を設けることができる。この場合、バイファイラーチョークを構成する２つのコイルは同方向電流に対するインピーダンスを大きくすることが好ましく、このために、例えば、コイルの巻数を多くしたり、コイルにフェライト等のコアを挿入することが好ましい。これにより、漏洩電流を大きく抑制し、受信用アンテナ端子での漏洩電流による電圧降下をほぼ解消することができる。これに対して、応答器からの返信信号による電流は、バイファイラーチョークを逆方向に流れることにより電圧降下が起きないので減衰しない。したがって、本来の目的信号は良好に検出することができる。

一方、受信用アンテナを静電シールドする態様としては、例えば図１５のように受信用アンテナ３にシールド線（又は同軸ケーブル）７を用い、シールド外被７ａを接続して接地することができる。この場合、シールド線７の内部導体７ｂをアンテナとして使用する。また、シールド線７の一部７ｘでシールド外被７ａの一部を切除し、シールド外被７ａにループが形成されないようにする。

また、図１６のように導電性のパイプ材８で受信用アンテナ３を覆い、このパイプ材を接地することによりシールドしてもよい。このパイプ材８は同図１６（ｂ）の断面図に示したように、絶縁材９で被覆したアンテナ導体３ａを覆うＣ字状のパイプからなり、一端が接地されているものである。

図１７（同図（ａ）上面図、同図（ｂ）側面図、同図（ｃ）底面図）は、図１に示したようなリーダ・ライタ用アンテナに対し、その送信用アンテナ２と受信用アンテナ３の対向するループ面にそれぞれ円板状の送信アンテナ板１０ｘ、受信アンテナ板１０ｙを配し、この送信アンテナ板１０ｘのループコイル２ａ、２ｂと反対側の面にはアース板１１ｘ（図１７（ａ）中、ドットで塗りつぶした部分）を設け、受信アンテナ板１０ｙのループコイルと反対側の面にもアース板１１ｙ（図１７（ｃ）中、ドットで塗りつぶした部分）を設け、さらにこれらアース板１１ｘとアース板１１ｙとの間に絶縁板１２を配し、アース板１１ｘ及びアース板１１ｙを接地したものである。

図１８（同図（ａ））は、図１に示したようなリーダ・ライタ用アンテナの受信用アンテナのシールドをより厳重に行うために、絶縁導線からなる送信用アンテナ（内側ループコイル巻数３，外側ループコイル巻数１）と受信用アンテナ（ループコイル巻数１）とそれぞれ銅製のシールド管１３に収容し、シールドした例である。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）のようにシールド管１３でシールドした送信用アンテナの内側ループコイル２ａのＡ1 部分の拡大説明図であり、同図（ｃ）は内側ループコイル２ａのＢ部分の拡大断面図である。このように、このシールド管１３は、Ａ1 部分において、導電性パイプ１３ａを絶縁体１３ｂに矢印のように両側から嵌合させ、導電性パイプ１３ａの導電ループが閉じないようにしたものである。この内側ループコイルのＡ1 部分に対応する送信用アンテナの外側ループコイルのＡ2 部分及び受信用アンテナのＡ3 部分も同様に構成されている。

実施例１、比較例１
図１に示した態様の本発明のリーダ・ライタ用アンテナ１ａを作製した。この場合、送信用アンテナ２を構成する内側ループコイル２ａ及び外側ループコイル２ｂのコイル定数は表１のように設定した（実施例１）。

また、比較のために、送信用アンテナを単一のループコイルから構成する以外は実施例１と同様にしてリーダ・ライタ用アンテナを作製した。この場合、送信用アンテナのループコイルのコイル定数は表１のように設定し、目的距離１５ｃｍの位置での磁界強度が１００ｄＢμＶ／ｍとなるように電流を決めた。

これらの送信用アンテナによる磁界強度分布、即ち、送信用アンテナからの距離と磁界強度との関係をサーチコイルを用いて実測した。この結果を図１９に示す。

図１９から、比較例の送信用アンテナでは、磁界強度がアンテナからの距離の３乗に逆比例して緩やかに低下しているが、実施例１の送信用アンテナでは、磁界強度はアンテナからの距離の５乗に逆比例し、アンテナからの距離が大きくなるにしたがって急激に低下している。したがって、通信エリアの磁界強度を大きくし、かつ、通信エリア外では十分に磁界強度を低下させ、近隣機器又は近隣通信系への干渉や妨害を大きく抑制することが可能となる。

また、受信用アンテナのループコイルを１回巻としてそのループ径を種々変化させた場合の、受信用アンテナのループコイルと送信用アンテナの内側ループコイルとの相互インダクタンスＭ(3-2a)、受信用アンテナのループコイルと送信用アンテナの外側ループコイルとの相互インダクタンスＭ(3-2b)、受信用アンテナのループコイルと、送信用アンテナとして内側及び外側のループコイルが逆極性となるようにこれらを直列に接続し、これを１個の送信用コイルと見たときのこの送信用アンテナのコイルとの相互インダクタンスＭ(3-2a,3-2b) を求めた。この結果を図２０に示す。

図２０から、送信用アンテナの内側ループコイル２ａが半径５０ｍｍで３回巻であり、外側ループコイル２ｂが半径６１．２ｍｍで２回巻であり、これらが同一平面に同軸配置されている場合に、受信用アンテナのループコイルを半径５８．４ｍｍで１回巻としたときにＭ＝０となり、受信用アンテナと送信用アンテナとの結合が無くなることがわかる（図中、矢印で示した箇所）。したがって、受信用アンテナのコイル定数は、この受信用アンテナと送信用アンテナとの結合が無くなる点のコイル定数とすればよいことがわかる。

本発明のリーダ・ライタ用アンテナの一態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面図）。本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する送信用アンテナの説明図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する送信用アンテナが発する磁力線と、それが受信用アンテナに及ぼす作用の説明図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である（同図（ａ）平面図、同図（ｂ）側面図）。本発明のリーダ・ライタ用アンテナに使用する送信用アンテナが発する磁力線と、それが受信用アンテナに及ぼす作用の説明図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。本発明のリーダ・ライタ用アンテナの他の態様の構成図である。送信用アンテナと受信用アンテナとの静電結合による漏洩電流の説明図である。漏洩電流を防止するバイファイラーチョークの説明図である。漏洩電流を防止するためにシールド線を用いて受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。漏洩電流を防止するためにパイプ材を用いて受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。漏洩電流を防止するためにアース板を用いて受信用アンテナをシールドする場合の説明図である。漏洩電流を防止するためにシールド管を用いて受信用アンテナと送信用アンテナをシールドする場合の説明図である。実施例及び比較例のリーダ・ライタ用アンテナの送信用アンテナについて、アンテナからの距離と磁界強度との関係図である。実施例のリーダ・ライタ用アンテナについて、受信用アンテナのループコイルのループ径と、その受信用アンテナと送信用アンテナの内側あるいは外側ループコイルとの相互インダクタンスとの関係図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉリーダ・ライタ用アンテナ
２送信用アンテナ
２ａ、２ｂ送信用アンテナのループコイル
３受信用アンテナ
３ｐ、３ｑ、３ｒ、３ｓ受信用アンテナの補助コイル
４基板
５バイファイラーチョーク
６マッチングトランス
７シールド線
７ａシールド外被
７ｂ内部導体
８パイプ材
１０ｘ送信アンテナ板
１０ｙ受信アンテナ板
１１ｘアース板
１１ｙアース板
１２絶縁板
１３シールド管

Claims

質問器と応答器からなる非接触式データキャリアの質問器のリーダ・ライタ用アンテナにおいて、質問器のリーダ・ライタ用アンテナが応答器に信号を送信する送信用アンテナと応答器からの信号を受信する受信用アンテナとからなり、
送信用アンテナが、一条のアンテナ導体から成形された、互いに隣接する少なくとも２つのループコイルからなり、隣接したループコイル同士は巻方向が互いに逆向きで、互いに逆極性の磁界を発生し、
受信用アンテナが、送信用アンテナから発せられた互いに逆極性の磁界により、該受信用アンテナに互いに逆極性の磁界が誘起され、かつそれら逆極性の磁界が互いに打ち消し合う位置に配されているループコイルからなり、
受信用アンテナに、該受信用アンテナと送信用アンテナとの静電結合による漏洩電流を防止するバイファイラーチョークが設けられていること
を特徴とするリーダ・ライタ用アンテナ。
送信用アンテナから送出された磁界の磁界強度が、通信エリアに比して通信エリア外で大きく減少するように、送信用アンテナの各ループコイルのループ径、巻数、巻方向、電流の絶対値及び電流の位相差の少なくとも一つの要素が調整されている請求項１記載のリーダ・ライタ用アンテナ。
受信用アンテナに、該受信用アンテナと送信用アンテナとの相互誘導インダクタンスを調整する補助コイルが設けられている請求項１又は２記載のリーダ・ライタ用アンテナ。
受信用アンテナに、該受信用アンテナと送信用アンテナとの静電結合を防止する静電シールドが設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のリーダ・ライタ用アンテナ。