誘導型の無線インタフェースによって給電される受信機
【課題】誘導型の無線インタフェースによって給電される受信機において、遠隔からの電力供給に対する距離の拡大、または遠隔からの電力供給に対する距離を所定とした場合に放射磁界の振幅を限定する。
【解決手段】誘導結合を有する共振アンテナを備える受信機３に関し、受信機３は、誘導アンテナ回路Ａ３と、誘導アンテナ回路によって給電され、アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタＣ３および抵抗Ｒ３としてモデル化できる回路とを備えている。誘導アンテナ回路は、少なくとも２つの導電ループＬ１、Ｌ２を備え、この少なくとも２つの導電ループＬ１、Ｌ２は、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置され、実質的にゼロの相互インダクタンスを有する。
【解決手段】誘導結合を有する共振アンテナを備える受信機３に関し、受信機３は、誘導アンテナ回路Ａ３と、誘導アンテナ回路によって給電され、アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタＣ３および抵抗Ｒ３としてモデル化できる回路とを備えている。誘導アンテナ回路は、少なくとも２つの導電ループＬ１、Ｌ２を備え、この少なくとも２つの導電ループＬ１、Ｌ２は、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置され、実質的にゼロの相互インダクタンスを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線エネルギー伝送（典型的に、非接触インタフェースによるエネルギー伝送）に関し、特に、誘導ＲＦＩＤ型の受信機の給電に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線伝送に対する応用の数は、ますます増加している。特に、誘導ＲＦＩＤ型の通信システムが開発されてから、現在大きな盛り上がりを見せている。このようなシステムは、基地局（または読み取り機）、および自律型物体を備えている。この自律型物体は、識別番号を備え、遠隔で給電される受信機として動作する。この受信機は、一般に、製品に貼り付けられる場合にはタグと呼ばれ、また人の識別の目的が意図される場合には、非接触カードと呼ばれている。
【０００３】
さらに、誘導ＲＦＩＤ型の遠隔電力供給システム（例えば、皮下埋め込みまたは電子装置の再充電型電池に対する）が開発されている。
【０００４】
上記のようなシステムでは、リンクは、読み取り機と１つ以上の受信機との間の無線周波数磁界によって確立される。この磁界は準静的である。読み取り機結合ユニットと受信機結合ユニットとは、導電回路であり、これは、ループ、巻線またはコイルを含み、これらはアンテナ回路を形成している。電子素子は、アンテナ回路に関連しており、それらの機能は、周波数同調、ダンピング、またはインピーダンス整合を実行することである。通常は、アンテナ回路と電子素子とを一緒にして、アンテナと呼んでいる。読み取り機のアンテナは、発振器に接続された直列または並列のＲＬＣ共振回路と見なすことができる。受信機のアンテナは、ＲＬＣ並列共振回路と見なすことができる。
【０００５】
図１は、読み取り機１（このアンテナは直列ＲＬＣ回路であると考えている）および誘導型のＲＦＩＤ受信機２の通常の電気的回路図の例である。
【０００６】
読み取り機側では、アンテナ回路Ａｅは、抵抗ＲｅとキャパシタＣｅとに直列に接続された等価インダクタンスＬｅで表されている。アンテナ回路Ａｅは、読み取り機の電子回路Ｐｅｅに接続されている。読み取り機の出力インピーダンスは、抵抗Ｒｃｅでモデル化されており、アンテナ回路Ａｅおよび電源Ｇｅに直列に接続されている。読み取り機側を並列ＲＬＣでモデル化することもまた可能である。
【０００７】
受信機側では、アンテナ回路Ａｒは、等価インダクタンスＬｒで表されている。アンテナ回路Ａｒは、電子回路Ｐｅｒに接続されている。電子回路は、キャパシタＣｒを含んでいる。抵抗Ｒｒは、この電子回路の電力消費をモデル化しており、等価インダクタンスＬｒに並列に接続されている。この並列モデルは、大多数の受信機に対応している。この構成は、電流と電圧が使用されていること、および／または簡単であるという理由から、広く使用されている。
【０００８】
誘導結合は、読み取り機と受信機との間におけるエネルギーの転送を相互インダクタンスによって誘起する。受信機が読み取り機の十分近傍に置かれたときには、読み取り機のアンテナは、受信機のアンテナと結合する。従って、交流の電圧または起電力が受信機の中に誘起される。この電圧は整流されて、通常、受信機の機能を給電するのに使用される。
【０００９】
受信機から読み取り機へのデータの送信を可能にするために、受信機は、アンテナ回路の端子に現れるインピーダンスを変調する。このインピーダンスの変化は誘導結合を通して読み取り機によって検出される。誘導型のＲＦＩＤシステムの設計に対する勧告は、特に標準規格ＩＳＯ１５６９３、ＩＳＯ１８０００−３、およびＩＳＯ１４４４３の中で規定されている。これらの標準規格は、送信周波数を周波数１３．５６ＭＨｚに固定している。ＩＳＯ１８０００−２規格は、１３５ｋＨｚよりも低い周波数レベルでの送信周波数を固定している。実際に使用する場合には、読み取り機と受信機との間の通信距離は、比較的小さく、これらの周波数は、典型的には、約１０ｃｍから１ｍの間にある。
【００１０】
通常のアンテナ回路は、支持体に設置された１つ以上のループを持つ導電トラックを備えている。このトラックは、一般的に、支持体の極力周辺近くに形成することにより、そのトラックをよぎる電磁力線を、最適化または最大にしている。トラックのループの数は、一般的に固定されていて、次に示す２つの制約条件を解決できるようにしている。これらの制約条件は、十分な量のエネルギーを回復できるようにすることと、データ通信に対する十分な通過帯域を得られるようにすることとである。実際には、ループの数を多くすれば、データ通信に対する通過帯域はそれだけ広くなる。またループの数を少なくすれば、電力伝送はそれだけ多くなる。従って、アンテナ回路の設計には折り合いが必要であり、その場合、受信機は、そのエネルギーの回復に対しては最適化されてはいない。
【００１１】
特許文献１は、特に、電気的に並列に接続されて、平行した表面に配置された２つの導電ループを備えているアンテナ回路に関して記述している。これらの導電ループは、同一の幾何形状で重ね合わされていて、それらの相互インダクタンスは最大になっている。
【００１２】
特許文献２は、非接触カードの形状をしたトランスポンダを記述している。記述されているアンテナ回路の中の１つは、２つの導電ループを備えており、それらは、電気的に並列に接続されているが、同心円状に巻かれている。これらの導電ループは、２つのループの長さを調和させるために、２つの平行した表面の上に分散されている。
【００１３】
誘導型のＲＦＩＤシステムは、読み取り機と受信機との間の負荷の影響に関わる問題に敏感である。実際に、読み取り機が形成している共振器は、受信機の共振器と結合を起こす。この結合によって送信側にどのくらいかの量の不整合を引き起こす。実際の動作では、受信機が存在することにより、読み取り機の共振回路の上にはインピーダンスが生成される。このインピーダンスは、相互インダクタンスであり、次の式で示される。
【数１】
ここで、ｋはこれら２つのアンテナに対する結合係数であり、ＬｅおよびＬｒは、それぞれ、読み取り機および受信機のアンテナ回路のインダクタンスである。この相互インダクタンスは、読み取り機の共振周波数のシフトを引き起こす。使用する共振器のＱ値が大きくなると、この影響は大きくなる。
【００１４】
実際の動作では、臨界結合位置と呼ばれる位置があり、これは、読み取り機の出力インピーダンスと、結合によって読み取り機のアンテナに戻って行く、受信機インピーダンスとの間のインピーダンス整合によって、読み取り機と受信機との間のエネルギーの転送が最適に行われる距離に対応している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、臨界結合距離は、多くの数の応用に対する要求条件に関しては、極めて短い距離である。また、その他の応用（皮下埋め込みに対する給電等）では、小さい振幅の磁界によって遠隔からの給電が達成できることが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、これらの欠点の１つ以上を解決することを目的としている。従って、本発明は、誘導結合を有する共振アンテナを備えた受信機に関するものであり、次に示す要素を備えている。
−誘導アンテナ回路と、
−誘導アンテナ回路によって給電される回路。この回路は、アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタおよび抵抗でモデル化することができる。
【００１７】
誘導アンテナ回路は、少なくとも２つの導電ループを備え、これらの導電ループは、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置され、それらの相互インダクタンスは、実質的にゼロである。
【００１８】
１つの実施形態においては、２つの導電ループは、実質的に等しい値のインダクタンスを有する。
【００１９】
更なる実施形態においては、２つの導電ループは、同一の支持体の平行な表面上に配置されている。
【００２０】
別の実施形態においては、支持体は、電子回路が設けられる基板であり、この電子回路は、誘導アンテナ回路によって給電される。
【００２１】
さらに別の実施形態においては、電子回路は、電気負荷と整流器回路とを備えている。電気負荷は給電を受けるためのものであり、整流器回路は、誘導アンテナ回路の端子に接続されて、整流した電圧を前記電気負荷の端子に印加する。
【００２２】
１つの実施形態においては、前記平行な表面は平面である。
【００２３】
更なる実施形態においては、誘導アンテナ回路、キャパシタおよび抵抗を含むアセンブリの共振周波数は、実質的に１３．５６ＭＨｚに等しい。
【００２４】
別の実施形態においては、２つの導電ループは、磁界に対する最大感度は同一の方向にある。
【００２５】
更に別の実施形態においては、前記並行な表面の間の距離は、１ｍｍよりも短い。
【００２６】
１つの実施形態においては、前記２つの導電ループは、第１の平行な表面の上に配置された第１のループであり、誘導アンテナ回路はまた、少なくとも２つの第２の導電ループを備えている。この２つの第２の導電ループは、電気的に並列に接続され、実質的にゼロの相互インダクタンスを有し、第２の平行な表面の上に配置されている。この第２の平行な表面は、第１の表面に平行ではない。
【００２７】
更なる実施形態においては、誘導アンテナ回路は３０より大きなＱ値を有する。
【００２８】
別の実施形態においては、前記２つのループのそれぞれの断面積は、０．１６ｍ2よりも小さい。
【００２９】
更に別の実施形態においては、前記２つのループは、インターリーブしたパタンで重なり合って延在している。
【００３０】
１つの実施形態においては、前記ループは、それぞれ同様の形状の導電回路を形成し、前記導電回路は、前記平行な表面の上で互いにシフトして配置されている。
【００３１】
更なる実施形態においては、前記２つの導電ループは、第１および第２の端子を通して並列に接続され、従って、２つの導電ループは、第１および第２の端子の間に、同一の起電力を誘起する。
【００３２】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下に示す記述から明らかになると思う。しかしこれらは全て、限定的なものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】米国特許第２０１０/０２８３６９８号明細書
【特許文献２】欧州特許第０５４１３２３号明細書
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】誘導型の読み取り機およびＲＦＩＤ受信機の等価回路を示す図である。
【図２】本発明における典型的な誘導型の受信機の等価回路を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における受信機の断面図である。
【図４】図３に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図５】図３に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図６】図３に示す受信機を上から見た図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における受信機の断面図である。
【図８】図７に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図９】図７に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図１０】図７に示す受信機を上から見た図である。
【図１１】別の実施形態におけるアンテナ回路のループの重ね合わせを上から見た図である。
【図１２】本発明における典型的な受信機構成の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、誘導型の無線インタフェースによって給電される受信機を提案している。本発明は、受信機の誘導アンテナ回路の構成を提案している。これにより、遠隔からの電力供給に対する距離の拡大、または遠隔からの電力供給に対する距離を所定とした場合に放射磁界の振幅を限定することが可能になる。以下の記述で、受信機のアンテナ回路に対する寸法パラメータの最適設計のために発明者が確立した理論的手法の説明を行う。
【００３６】
図１の例を参照すると、インダクタンスＬｒは、直列に接続された同心円状の導電ループの形で実現することができる。これらの導電ループは、受信機の支持体の周囲を取り囲んでいる。読み取り機から送信される信号搬送波の角周波数をωとすると、次式が得られる。
Ｖｒ＝Ｒｒ＊ｅ／（Ｒｒ＊（１−Ｌｒ＊Ｃｒ＊ω2）＋ｊ＊Ｌｒ＊ω）
【００３７】
起電力ｅは、次式で表すことができる。
ｅ＝−ｊ＊ω0＊Ｓ＊μ0＊Ｈ
【００３８】
ここで、Ｓは、インダクタンスＬｒの導電ループのセットが取り囲む断面積であり、Ｈは、読み取り機の信号によって生成されたアンテナ回路のところでの磁界の振幅である。
【００３９】
最初に、アンテナ回路のＱ値は、回路ＰｅｒのＱ値よりも遙かに大きいと仮定する。すると、受信機のＱ値は次式で表される。
Ｑ＝Ｒｒ／（Ｌｒ＊ω0）
ここで、
共振周波数では、ω＝ω0、およびＬｒ＊Ｃｒ＊ω02＝１であり、
従って、Ｖｅ＝−ｊ＊Ｑｅ＝−Ｑ＊Ｓ＊ω0＊μ0＊Ｈ
【００４０】
アンテナ回路における有能電力は、次式のように示すことができる。
ＰR＝Ｖｒ2／Ｒｒ＝Ｖｒ2／（Ｑ＊Ｌｒ＊ω0）
【００４１】
従って、
Ｐr＝Ｖｒ＊（μ0＊Ｓ＊Ｈ／Ｌｒ）
を得る。
【００４２】
上式の第２項は、実際は、アンテナＩＲの中の電流を表す。
【００４３】
従って、比Ｓ／Ｌｒは、磁界Ｈが一定であるときには、回復される電力Ｐｒの最大値を得るために最も重要である。ｎをループの数とすると、Ｓはｎに比例し、Ｌｒはｎ2に比例する。従って、有能電力Ｐｒは、ループの数に反比例する。最大電力Ｐｒが回復されるのは単一のループによる場合である。
【００４４】
本発明は、この比Ｓ／Ｌｒを最適にするアンテナ回路構成を提案するものである。
【００４５】
図２は、誘導結合を有する共振アンテナを備えた典型的な受信機３の電気的等価回路を示す。図１に示す例のように、受信機３は、誘導アンテナ回路Ａ３と、キャパシタＣ３および抵抗回路Ｒ３によってモデル化された回路とを備えている。これらキャパシタＣ３および抵抗回路Ｒ３は、誘導アンテナ回路Ａ３に並列に接続されている。誘導アンテナ回路Ａ３、キャパシタＣ３、および抵抗回路Ｒ３は、共振回路を形成し、この共振回路の共振周波数は、読み取り機によって送信される信号搬送波の周波数に近い。この共振周波数は、例えば、標準規格ＩＳＯ１５６９３、ＩＳＯ１８０００−３、またはＩＳＯ１４４４３に従って、１３．５６ＭＨｚに等しくすることができる。
【００４６】
誘導アンテナ回路Ａ３は、導電ループＬ１およびＬ２を備えている。これらの導電ループは、電気的に並列に接続されている。導電ループＬ１およびＬ２は平行な表面上に配置され、その間の相互インダクタンスは実質的にゼロである。５％より小さな結合係数の導電ループは、それらの相互インダクタンスは実質的にゼロであると考えられる。この場合の結合係数は１％よりも小さければ有利である。
【００４７】
平行な表面は、数学的には、任意の点において互いの距離が等しい表面であると表現することができる。従って、アンテナループが配置される表面は、３次元表面（例えば、円筒状、または球状の部分）であってもよい。議論を簡単にするために、以下に示す実施形態は、平面状の表面を備え、その上に導電ループが配置されているとする。導電ループＬ１およびＬ２は、平行平面の上に配置されているので、これらのループは、磁界に対する最大感度は同一の方向にある。
【００４８】
同一のインダクタンス値Ｌを有するループＬ１およびＬ２に対しては、これらのループＬ１およびＬ２の間の相互インダクタンスがゼロである場合には、アンテナ回路Ａ３の等価インダクタンスは、Ｌ/２に等しい。さらに、アンテナ回路Ａ３は、ループＬ１およびＬ２に囲まれた２つの表面を備えており、読み取り機の磁界に感応する。
【００４９】
従って、本発明による解決策によれば、１つの最適な比Ｓ／Ｌを求めることができ、この比Ｓ／Ｌによって、遠隔給電の距離を増加させることができる。または、所定の距離に対して遠隔給電を達成するのに必要な磁界を低減させることができる。これは、小さなサイズのアンテナに対しても可能である。これにより、より長い距離において最適なエネルギーの回復を行うことが可能になる。
【００５０】
本発明は、アンテナ回路のＱ値が３０よりも大きな回路、またはアンテナ回路のＱ値がアンテナに接続された回路ＰｅｒのＱ値と比べて、少なくとも５倍より大きな（少なくとも１０倍より大きいことが望ましい）回路に適用すると有利である。高いＱ値を有するアンテナ回路は、受信機の遠隔給電を可能にする距離間隔を増加させることができる。アンテナ回路は、給電されるべき負荷と共振回路のキャパシタとに並列に接続された誘導回路部分であると考えることができる。
【００５１】
誘導アンテナ回路Ａ３の小さな値のインダクタンスを有効に利用するためには、導電ループＬ１およびＬ２が等しい値のインダクタンスを有していると有利である。また、同一の断面積であると有利である。導電ループＬ１のインダクタンス値と導電ループＬ２のインダクタンス値との間の差は、例えば、１０％以下、または、実に５％以下であるべきである。
【００５２】
この例では、導電ループＬ１およびＬ２は、同一の支持体の平行な面の上に配置されている。支持体は基板であってよく、その上に、電子回路Ｐ３、または、電子チップまたは個別部品としての電子素子が配置され、これらは、Ｒ３でモデル化される抵抗とＣ３でモデル化される容量とで表される。電子回路Ｐ３は、給電されるべき電気負荷（例えば、電子素子のアセンブリ）、さらには整流器回路を含むことができる。整流器回路は、アンテナ回路Ａ３によって回復された交流電圧を整流し、その整流した電圧を、電気負荷の端子に印加することができる。
【００５３】
図３は、本発明における受信機３の第１の実施形態の断面図を示す。受信機３は、支持体３０（例えば、クレジットカード様式の）を備えている。ループＬ１は、支持体３０の上面３１に設置され、ループＬ２は支持体３０の下面３２に設置されている。ループＬ１およびＬ２は、適切な接続構成によって並列に接続され、さらに電子回路Ｐ３に接続されている。
【００５４】
図４および図５は、ループＬ１およびＬ２のそれぞれのパタンを上から見た図である。図６は、支持体３０の上のループＬ１およびＬ２を重ね合わせてそれを上から見た図である。ループＬ１およびＬ２のパタンは、重ね合わされたクレネレーションとインターリーブしているクレネレーションとを含んでいる。このような構成によって、所与の寸法の支持体３０に対して、各ループの磁界センシングエリアを最適にすることができる。
【００５５】
この例では、電流が同方向に流れる部分と電流が逆方向に流れる部分とを、それ自体は当業者には公知の方法で、互いに反対側に設置することにより、ループＬ１とループＬ２との間の相互インダクタンスをゼロにすることができる。
【００５６】
クレネレーションの寸法を小さく制限し、従って、各ループＬ１およびＬ２のインダクタンスを小さい値に制限し、それと共にループが占有するエリアを小さくするためには、使用する支持体３０を比較的薄くして、例えば、厚さを１ｍｍより薄くすると有利である。厚さに関しては、６００μｍよりも薄くすることが望ましく、また、４００μｍより薄くすれば更に望ましく、また２００μｍよりも薄く、さらに１００μｍより薄くすれば更に望ましい。厚さを薄くすることは、互いに反対側にあるクレネレーション状の部分の結合を増す上で有利であり、従って、クレネレーションの寸法を小さくすることができる。
【００５７】
図７は、本発明における受信機３の第２の実施形態の断面を示す。受信機３は、支持体３０（例えば、クレジットカード様式の）を備えている。ループＬ１は、支持体３０の上面３１に設置され、ループＬ２は支持体３０の下面３２に設置されている。ループＬ１およびＬ２は適切な接続構成（それぞれのパッドＰＬ１１、ＰＬ１２、およびＰＬ２１、ＰＬ２２を含む）によって電気的に並列に接続され、さらに電子回路Ｐ３に接続されている。
【００５８】
図８および図９は、ループＬ１およびＬ２のそれぞれのパタンを上から見た図である。図８および図９はまた、ループＬ１およびＬ２を同時に流れる電流の方向を示している。ループＬ１およびＬ２は、それらの起電力が同じ方向になるように接続されている。この目的のために、パッドＰＬ１１はパッドＰＬ２２に接続されて、チップＰ３に対する同一の電力供給端子を形成している。パッドＰＬ１２は、パッドＰＬ２１に接続されて、電子回路Ｐ３に対する別の電力供給端子を形成している。図１０は、支持体３０の上にループＬ１およびＬ２を重ね合わせて、それを上から見た図を示す。図示のように、ループＬ１およびＬ２の同一の平面への投影は支持体３０の周辺の近くで出会っており、これにより、支持体の面が最適に使用されている。
【００５９】
ループＬ１およびＬ２は、実質的に同じ幾何形状（この例では正方形）であり、表面３１および３２の上で互いにシフトして配置されている。これについては、図１０からよく理解することができる。
【００６０】
この実施形態では、各ループは、各ループが設置されている面の断面積と比較して、大幅に小さい断面積を有している。しかしながら、各ループの導体の長さは比較的に短く、それにより比較的に低いインダクタンス値を得ることができる。そのため、受信機が最適な電力回復を行うことができる比Ｓ／Ｌを得ることができる。確かに、各ループＬ１またはＬ２は、従来技術における単一のループ（本発明におけるループのＳおよびＬは、従来技術における値の約半分の値である）に近い比Ｓ／Ｌを有している。並列にしたループＬ１およびＬ２の比Ｓ／Ｌは、各ループＬ１およびＬ２の比Ｓ／Ｌの合計であり、この比は、従来技術における単一のループの場合の比と比較して大幅に大きい値である。
【００６１】
理論的な算出は、次に示す例で実行することができる。
−面積４２ｃｍ2の従来技術における単一のループでは、インダクタンスは２６０ｎＨとすることができる。この場合には、比Ｓ／Ｌは１６２ｃｍ2/μＨに上る。
−面積２２．５ｃｍ2のループＬ１またはＬ２では、インダクタンスは１７０ｎＨになると考えられる。この場合には、このループの比Ｓ／Ｌは１３２ｃｍ2/μＨに上る。並列にしたループＬ１およびＬ２では、比Ｓ／Ｌは２６４ｃｍ2/μＨとなる。
【００６２】
従って、この例における理論的な比Ｓ／Ｌの利得は、これらのループＬ１およびＬ２を使用すれば６０％になる。
【００６３】
シミュレーションおよび測定により、支持体３０の周辺に沿った単一のループと第２の実施形態のとの比較を行った。その結果、上記のパラメータを使用した場合には、エネルギー回復における４０％の利得を得ることができた。
【００６４】
本発明は、小さな寸法の受信機（例えば、断面積が０．１６ｍ2より小さなループ、またはさらに５４ｃｍ2より小さなループ）に対して特に適していることが分かる。ループの断面積とは、このループが囲んでいる面積のことを意味している。
【００６５】
議論を単純にするために、本発明を、並列に接続された２つのループだけを備えている実施形態に基いて記述してきたが、本発明は、平行な表面の上に多くの数のループを備え、それらの相互インダクタンスが実質的にゼロであるような受信機に対しても適用することができることは言うまでもない。このような例を図１１に示す。図１１では、ループＬ１からループＬ４までのループは、並列に接続されて、重ね合わされている。このような変形態様にすると、重なり合いを増すことができて、インダクタンス値は小さくて済むという利点があると考えられる。ループＬ１からループＬ４までのループは、多層基板の内部に含めることができる。
【００６６】
図１２は、本発明における典型的な受信機構成の電気的回路図を示す。この例では、ループＬ１およびループＬ２は、それぞれ、集積回路Ｃｉ１およびＣｉ２に接続されている（無論のことながら、ループＬ１およびループＬ２は、個別素子に接続されていてもよい）。集積回路Ｃｉ１およびＣｉ２は、それぞれ、キャパシタＣ１およびＣ２と整流器Ｄ１およびＤ２とを備えている。整流器回路Ｄ１およびＤ２は、共通端子Ｂ１およびＢ２に接続されている。端子Ｂ１およびＢ２は、整流された信号によって給電されるべき負荷（この負荷は、例えば、受信機の全ての電子機能を含む）を接続することを意図している。
【００６７】
従って、ループＬ１およびループＬ２はまた、整流器回路等の電子回路の後段に、並列にして配置することもできる。この場合、本発明によって得られる利得は変わらない。
【００６８】
上記した受信機は、第１の平行表面の上に第１のループを備えている構成であるが、本発明は、第１の表面に対して平行ではない第２の表面の上にある第２のループを含み、その平行でない他の軸方向に関して高い感度を有する受信機の対しても、適用することができる。この場合には、第２のループは、第１のループと同様の構成を有する。すなわち、この同様の構成とは、電気的に並列に接続されているという点と、相互インダクタンスが実質的にゼロであるという点である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 読み取り機
２ ＲＦＩＤ受信機
３ 受信機
３０ 支持体
３１ 支持体の上面
３２ 支持体の下面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線エネルギー伝送（典型的に、非接触インタフェースによるエネルギー伝送）に関し、特に、誘導ＲＦＩＤ型の受信機の給電に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線伝送に対する応用の数は、ますます増加している。特に、誘導ＲＦＩＤ型の通信システムが開発されてから、現在大きな盛り上がりを見せている。このようなシステムは、基地局（または読み取り機）、および自律型物体を備えている。この自律型物体は、識別番号を備え、遠隔で給電される受信機として動作する。この受信機は、一般に、製品に貼り付けられる場合にはタグと呼ばれ、また人の識別の目的が意図される場合には、非接触カードと呼ばれている。
【０００３】
さらに、誘導ＲＦＩＤ型の遠隔電力供給システム（例えば、皮下埋め込みまたは電子装置の再充電型電池に対する）が開発されている。
【０００４】
上記のようなシステムでは、リンクは、読み取り機と１つ以上の受信機との間の無線周波数磁界によって確立される。この磁界は準静的である。読み取り機結合ユニットと受信機結合ユニットとは、導電回路であり、これは、ループ、巻線またはコイルを含み、これらはアンテナ回路を形成している。電子素子は、アンテナ回路に関連しており、それらの機能は、周波数同調、ダンピング、またはインピーダンス整合を実行することである。通常は、アンテナ回路と電子素子とを一緒にして、アンテナと呼んでいる。読み取り機のアンテナは、発振器に接続された直列または並列のＲＬＣ共振回路と見なすことができる。受信機のアンテナは、ＲＬＣ並列共振回路と見なすことができる。
【０００５】
図１は、読み取り機１（このアンテナは直列ＲＬＣ回路であると考えている）および誘導型のＲＦＩＤ受信機２の通常の電気的回路図の例である。
【０００６】
読み取り機側では、アンテナ回路Ａｅは、抵抗ＲｅとキャパシタＣｅとに直列に接続された等価インダクタンスＬｅで表されている。アンテナ回路Ａｅは、読み取り機の電子回路Ｐｅｅに接続されている。読み取り機の出力インピーダンスは、抵抗Ｒｃｅでモデル化されており、アンテナ回路Ａｅおよび電源Ｇｅに直列に接続されている。読み取り機側を並列ＲＬＣでモデル化することもまた可能である。
【０００７】
受信機側では、アンテナ回路Ａｒは、等価インダクタンスＬｒで表されている。アンテナ回路Ａｒは、電子回路Ｐｅｒに接続されている。電子回路は、キャパシタＣｒを含んでいる。抵抗Ｒｒは、この電子回路の電力消費をモデル化しており、等価インダクタンスＬｒに並列に接続されている。この並列モデルは、大多数の受信機に対応している。この構成は、電流と電圧が使用されていること、および／または簡単であるという理由から、広く使用されている。
【０００８】
誘導結合は、読み取り機と受信機との間におけるエネルギーの転送を相互インダクタンスによって誘起する。受信機が読み取り機の十分近傍に置かれたときには、読み取り機のアンテナは、受信機のアンテナと結合する。従って、交流の電圧または起電力が受信機の中に誘起される。この電圧は整流されて、通常、受信機の機能を給電するのに使用される。
【０００９】
受信機から読み取り機へのデータの送信を可能にするために、受信機は、アンテナ回路の端子に現れるインピーダンスを変調する。このインピーダンスの変化は誘導結合を通して読み取り機によって検出される。誘導型のＲＦＩＤシステムの設計に対する勧告は、特に標準規格ＩＳＯ１５６９３、ＩＳＯ１８０００−３、およびＩＳＯ１４４４３の中で規定されている。これらの標準規格は、送信周波数を周波数１３．５６ＭＨｚに固定している。ＩＳＯ１８０００−２規格は、１３５ｋＨｚよりも低い周波数レベルでの送信周波数を固定している。実際に使用する場合には、読み取り機と受信機との間の通信距離は、比較的小さく、これらの周波数は、典型的には、約１０ｃｍから１ｍの間にある。
【００１０】
通常のアンテナ回路は、支持体に設置された１つ以上のループを持つ導電トラックを備えている。このトラックは、一般的に、支持体の極力周辺近くに形成することにより、そのトラックをよぎる電磁力線を、最適化または最大にしている。トラックのループの数は、一般的に固定されていて、次に示す２つの制約条件を解決できるようにしている。これらの制約条件は、十分な量のエネルギーを回復できるようにすることと、データ通信に対する十分な通過帯域を得られるようにすることとである。実際には、ループの数を多くすれば、データ通信に対する通過帯域はそれだけ広くなる。またループの数を少なくすれば、電力伝送はそれだけ多くなる。従って、アンテナ回路の設計には折り合いが必要であり、その場合、受信機は、そのエネルギーの回復に対しては最適化されてはいない。
【００１１】
特許文献１は、特に、電気的に並列に接続されて、平行した表面に配置された２つの導電ループを備えているアンテナ回路に関して記述している。これらの導電ループは、同一の幾何形状で重ね合わされていて、それらの相互インダクタンスは最大になっている。
【００１２】
特許文献２は、非接触カードの形状をしたトランスポンダを記述している。記述されているアンテナ回路の中の１つは、２つの導電ループを備えており、それらは、電気的に並列に接続されているが、同心円状に巻かれている。これらの導電ループは、２つのループの長さを調和させるために、２つの平行した表面の上に分散されている。
【００１３】
誘導型のＲＦＩＤシステムは、読み取り機と受信機との間の負荷の影響に関わる問題に敏感である。実際に、読み取り機が形成している共振器は、受信機の共振器と結合を起こす。この結合によって送信側にどのくらいかの量の不整合を引き起こす。実際の動作では、受信機が存在することにより、読み取り機の共振回路の上にはインピーダンスが生成される。このインピーダンスは、相互インダクタンスであり、次の式で示される。
【数１】
ここで、ｋはこれら２つのアンテナに対する結合係数であり、ＬｅおよびＬｒは、それぞれ、読み取り機および受信機のアンテナ回路のインダクタンスである。この相互インダクタンスは、読み取り機の共振周波数のシフトを引き起こす。使用する共振器のＱ値が大きくなると、この影響は大きくなる。
【００１４】
実際の動作では、臨界結合位置と呼ばれる位置があり、これは、読み取り機の出力インピーダンスと、結合によって読み取り機のアンテナに戻って行く、受信機インピーダンスとの間のインピーダンス整合によって、読み取り機と受信機との間のエネルギーの転送が最適に行われる距離に対応している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、臨界結合距離は、多くの数の応用に対する要求条件に関しては、極めて短い距離である。また、その他の応用（皮下埋め込みに対する給電等）では、小さい振幅の磁界によって遠隔からの給電が達成できることが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、これらの欠点の１つ以上を解決することを目的としている。従って、本発明は、誘導結合を有する共振アンテナを備えた受信機に関するものであり、次に示す要素を備えている。
−誘導アンテナ回路と、
−誘導アンテナ回路によって給電される回路。この回路は、アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタおよび抵抗でモデル化することができる。
【００１７】
誘導アンテナ回路は、少なくとも２つの導電ループを備え、これらの導電ループは、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置され、それらの相互インダクタンスは、実質的にゼロである。
【００１８】
１つの実施形態においては、２つの導電ループは、実質的に等しい値のインダクタンスを有する。
【００１９】
更なる実施形態においては、２つの導電ループは、同一の支持体の平行な表面上に配置されている。
【００２０】
別の実施形態においては、支持体は、電子回路が設けられる基板であり、この電子回路は、誘導アンテナ回路によって給電される。
【００２１】
さらに別の実施形態においては、電子回路は、電気負荷と整流器回路とを備えている。電気負荷は給電を受けるためのものであり、整流器回路は、誘導アンテナ回路の端子に接続されて、整流した電圧を前記電気負荷の端子に印加する。
【００２２】
１つの実施形態においては、前記平行な表面は平面である。
【００２３】
更なる実施形態においては、誘導アンテナ回路、キャパシタおよび抵抗を含むアセンブリの共振周波数は、実質的に１３．５６ＭＨｚに等しい。
【００２４】
別の実施形態においては、２つの導電ループは、磁界に対する最大感度は同一の方向にある。
【００２５】
更に別の実施形態においては、前記並行な表面の間の距離は、１ｍｍよりも短い。
【００２６】
１つの実施形態においては、前記２つの導電ループは、第１の平行な表面の上に配置された第１のループであり、誘導アンテナ回路はまた、少なくとも２つの第２の導電ループを備えている。この２つの第２の導電ループは、電気的に並列に接続され、実質的にゼロの相互インダクタンスを有し、第２の平行な表面の上に配置されている。この第２の平行な表面は、第１の表面に平行ではない。
【００２７】
更なる実施形態においては、誘導アンテナ回路は３０より大きなＱ値を有する。
【００２８】
別の実施形態においては、前記２つのループのそれぞれの断面積は、０．１６ｍ2よりも小さい。
【００２９】
更に別の実施形態においては、前記２つのループは、インターリーブしたパタンで重なり合って延在している。
【００３０】
１つの実施形態においては、前記ループは、それぞれ同様の形状の導電回路を形成し、前記導電回路は、前記平行な表面の上で互いにシフトして配置されている。
【００３１】
更なる実施形態においては、前記２つの導電ループは、第１および第２の端子を通して並列に接続され、従って、２つの導電ループは、第１および第２の端子の間に、同一の起電力を誘起する。
【００３２】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下に示す記述から明らかになると思う。しかしこれらは全て、限定的なものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】米国特許第２０１０/０２８３６９８号明細書
【特許文献２】欧州特許第０５４１３２３号明細書
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】誘導型の読み取り機およびＲＦＩＤ受信機の等価回路を示す図である。
【図２】本発明における典型的な誘導型の受信機の等価回路を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における受信機の断面図である。
【図４】図３に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図５】図３に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図６】図３に示す受信機を上から見た図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における受信機の断面図である。
【図８】図７に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図９】図７に示す受信機のアンテナ回路のループを上から見た図である。
【図１０】図７に示す受信機を上から見た図である。
【図１１】別の実施形態におけるアンテナ回路のループの重ね合わせを上から見た図である。
【図１２】本発明における典型的な受信機構成の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、誘導型の無線インタフェースによって給電される受信機を提案している。本発明は、受信機の誘導アンテナ回路の構成を提案している。これにより、遠隔からの電力供給に対する距離の拡大、または遠隔からの電力供給に対する距離を所定とした場合に放射磁界の振幅を限定することが可能になる。以下の記述で、受信機のアンテナ回路に対する寸法パラメータの最適設計のために発明者が確立した理論的手法の説明を行う。
【００３６】
図１の例を参照すると、インダクタンスＬｒは、直列に接続された同心円状の導電ループの形で実現することができる。これらの導電ループは、受信機の支持体の周囲を取り囲んでいる。読み取り機から送信される信号搬送波の角周波数をωとすると、次式が得られる。
Ｖｒ＝Ｒｒ＊ｅ／（Ｒｒ＊（１−Ｌｒ＊Ｃｒ＊ω2）＋ｊ＊Ｌｒ＊ω）
【００３７】
起電力ｅは、次式で表すことができる。
ｅ＝−ｊ＊ω0＊Ｓ＊μ0＊Ｈ
【００３８】
ここで、Ｓは、インダクタンスＬｒの導電ループのセットが取り囲む断面積であり、Ｈは、読み取り機の信号によって生成されたアンテナ回路のところでの磁界の振幅である。
【００３９】
最初に、アンテナ回路のＱ値は、回路ＰｅｒのＱ値よりも遙かに大きいと仮定する。すると、受信機のＱ値は次式で表される。
Ｑ＝Ｒｒ／（Ｌｒ＊ω0）
ここで、
共振周波数では、ω＝ω0、およびＬｒ＊Ｃｒ＊ω02＝１であり、
従って、Ｖｅ＝−ｊ＊Ｑｅ＝−Ｑ＊Ｓ＊ω0＊μ0＊Ｈ
【００４０】
アンテナ回路における有能電力は、次式のように示すことができる。
ＰR＝Ｖｒ2／Ｒｒ＝Ｖｒ2／（Ｑ＊Ｌｒ＊ω0）
【００４１】
従って、
Ｐr＝Ｖｒ＊（μ0＊Ｓ＊Ｈ／Ｌｒ）
を得る。
【００４２】
上式の第２項は、実際は、アンテナＩＲの中の電流を表す。
【００４３】
従って、比Ｓ／Ｌｒは、磁界Ｈが一定であるときには、回復される電力Ｐｒの最大値を得るために最も重要である。ｎをループの数とすると、Ｓはｎに比例し、Ｌｒはｎ2に比例する。従って、有能電力Ｐｒは、ループの数に反比例する。最大電力Ｐｒが回復されるのは単一のループによる場合である。
【００４４】
本発明は、この比Ｓ／Ｌｒを最適にするアンテナ回路構成を提案するものである。
【００４５】
図２は、誘導結合を有する共振アンテナを備えた典型的な受信機３の電気的等価回路を示す。図１に示す例のように、受信機３は、誘導アンテナ回路Ａ３と、キャパシタＣ３および抵抗回路Ｒ３によってモデル化された回路とを備えている。これらキャパシタＣ３および抵抗回路Ｒ３は、誘導アンテナ回路Ａ３に並列に接続されている。誘導アンテナ回路Ａ３、キャパシタＣ３、および抵抗回路Ｒ３は、共振回路を形成し、この共振回路の共振周波数は、読み取り機によって送信される信号搬送波の周波数に近い。この共振周波数は、例えば、標準規格ＩＳＯ１５６９３、ＩＳＯ１８０００−３、またはＩＳＯ１４４４３に従って、１３．５６ＭＨｚに等しくすることができる。
【００４６】
誘導アンテナ回路Ａ３は、導電ループＬ１およびＬ２を備えている。これらの導電ループは、電気的に並列に接続されている。導電ループＬ１およびＬ２は平行な表面上に配置され、その間の相互インダクタンスは実質的にゼロである。５％より小さな結合係数の導電ループは、それらの相互インダクタンスは実質的にゼロであると考えられる。この場合の結合係数は１％よりも小さければ有利である。
【００４７】
平行な表面は、数学的には、任意の点において互いの距離が等しい表面であると表現することができる。従って、アンテナループが配置される表面は、３次元表面（例えば、円筒状、または球状の部分）であってもよい。議論を簡単にするために、以下に示す実施形態は、平面状の表面を備え、その上に導電ループが配置されているとする。導電ループＬ１およびＬ２は、平行平面の上に配置されているので、これらのループは、磁界に対する最大感度は同一の方向にある。
【００４８】
同一のインダクタンス値Ｌを有するループＬ１およびＬ２に対しては、これらのループＬ１およびＬ２の間の相互インダクタンスがゼロである場合には、アンテナ回路Ａ３の等価インダクタンスは、Ｌ/２に等しい。さらに、アンテナ回路Ａ３は、ループＬ１およびＬ２に囲まれた２つの表面を備えており、読み取り機の磁界に感応する。
【００４９】
従って、本発明による解決策によれば、１つの最適な比Ｓ／Ｌを求めることができ、この比Ｓ／Ｌによって、遠隔給電の距離を増加させることができる。または、所定の距離に対して遠隔給電を達成するのに必要な磁界を低減させることができる。これは、小さなサイズのアンテナに対しても可能である。これにより、より長い距離において最適なエネルギーの回復を行うことが可能になる。
【００５０】
本発明は、アンテナ回路のＱ値が３０よりも大きな回路、またはアンテナ回路のＱ値がアンテナに接続された回路ＰｅｒのＱ値と比べて、少なくとも５倍より大きな（少なくとも１０倍より大きいことが望ましい）回路に適用すると有利である。高いＱ値を有するアンテナ回路は、受信機の遠隔給電を可能にする距離間隔を増加させることができる。アンテナ回路は、給電されるべき負荷と共振回路のキャパシタとに並列に接続された誘導回路部分であると考えることができる。
【００５１】
誘導アンテナ回路Ａ３の小さな値のインダクタンスを有効に利用するためには、導電ループＬ１およびＬ２が等しい値のインダクタンスを有していると有利である。また、同一の断面積であると有利である。導電ループＬ１のインダクタンス値と導電ループＬ２のインダクタンス値との間の差は、例えば、１０％以下、または、実に５％以下であるべきである。
【００５２】
この例では、導電ループＬ１およびＬ２は、同一の支持体の平行な面の上に配置されている。支持体は基板であってよく、その上に、電子回路Ｐ３、または、電子チップまたは個別部品としての電子素子が配置され、これらは、Ｒ３でモデル化される抵抗とＣ３でモデル化される容量とで表される。電子回路Ｐ３は、給電されるべき電気負荷（例えば、電子素子のアセンブリ）、さらには整流器回路を含むことができる。整流器回路は、アンテナ回路Ａ３によって回復された交流電圧を整流し、その整流した電圧を、電気負荷の端子に印加することができる。
【００５３】
図３は、本発明における受信機３の第１の実施形態の断面図を示す。受信機３は、支持体３０（例えば、クレジットカード様式の）を備えている。ループＬ１は、支持体３０の上面３１に設置され、ループＬ２は支持体３０の下面３２に設置されている。ループＬ１およびＬ２は、適切な接続構成によって並列に接続され、さらに電子回路Ｐ３に接続されている。
【００５４】
図４および図５は、ループＬ１およびＬ２のそれぞれのパタンを上から見た図である。図６は、支持体３０の上のループＬ１およびＬ２を重ね合わせてそれを上から見た図である。ループＬ１およびＬ２のパタンは、重ね合わされたクレネレーションとインターリーブしているクレネレーションとを含んでいる。このような構成によって、所与の寸法の支持体３０に対して、各ループの磁界センシングエリアを最適にすることができる。
【００５５】
この例では、電流が同方向に流れる部分と電流が逆方向に流れる部分とを、それ自体は当業者には公知の方法で、互いに反対側に設置することにより、ループＬ１とループＬ２との間の相互インダクタンスをゼロにすることができる。
【００５６】
クレネレーションの寸法を小さく制限し、従って、各ループＬ１およびＬ２のインダクタンスを小さい値に制限し、それと共にループが占有するエリアを小さくするためには、使用する支持体３０を比較的薄くして、例えば、厚さを１ｍｍより薄くすると有利である。厚さに関しては、６００μｍよりも薄くすることが望ましく、また、４００μｍより薄くすれば更に望ましく、また２００μｍよりも薄く、さらに１００μｍより薄くすれば更に望ましい。厚さを薄くすることは、互いに反対側にあるクレネレーション状の部分の結合を増す上で有利であり、従って、クレネレーションの寸法を小さくすることができる。
【００５７】
図７は、本発明における受信機３の第２の実施形態の断面を示す。受信機３は、支持体３０（例えば、クレジットカード様式の）を備えている。ループＬ１は、支持体３０の上面３１に設置され、ループＬ２は支持体３０の下面３２に設置されている。ループＬ１およびＬ２は適切な接続構成（それぞれのパッドＰＬ１１、ＰＬ１２、およびＰＬ２１、ＰＬ２２を含む）によって電気的に並列に接続され、さらに電子回路Ｐ３に接続されている。
【００５８】
図８および図９は、ループＬ１およびＬ２のそれぞれのパタンを上から見た図である。図８および図９はまた、ループＬ１およびＬ２を同時に流れる電流の方向を示している。ループＬ１およびＬ２は、それらの起電力が同じ方向になるように接続されている。この目的のために、パッドＰＬ１１はパッドＰＬ２２に接続されて、チップＰ３に対する同一の電力供給端子を形成している。パッドＰＬ１２は、パッドＰＬ２１に接続されて、電子回路Ｐ３に対する別の電力供給端子を形成している。図１０は、支持体３０の上にループＬ１およびＬ２を重ね合わせて、それを上から見た図を示す。図示のように、ループＬ１およびＬ２の同一の平面への投影は支持体３０の周辺の近くで出会っており、これにより、支持体の面が最適に使用されている。
【００５９】
ループＬ１およびＬ２は、実質的に同じ幾何形状（この例では正方形）であり、表面３１および３２の上で互いにシフトして配置されている。これについては、図１０からよく理解することができる。
【００６０】
この実施形態では、各ループは、各ループが設置されている面の断面積と比較して、大幅に小さい断面積を有している。しかしながら、各ループの導体の長さは比較的に短く、それにより比較的に低いインダクタンス値を得ることができる。そのため、受信機が最適な電力回復を行うことができる比Ｓ／Ｌを得ることができる。確かに、各ループＬ１またはＬ２は、従来技術における単一のループ（本発明におけるループのＳおよびＬは、従来技術における値の約半分の値である）に近い比Ｓ／Ｌを有している。並列にしたループＬ１およびＬ２の比Ｓ／Ｌは、各ループＬ１およびＬ２の比Ｓ／Ｌの合計であり、この比は、従来技術における単一のループの場合の比と比較して大幅に大きい値である。
【００６１】
理論的な算出は、次に示す例で実行することができる。
−面積４２ｃｍ2の従来技術における単一のループでは、インダクタンスは２６０ｎＨとすることができる。この場合には、比Ｓ／Ｌは１６２ｃｍ2/μＨに上る。
−面積２２．５ｃｍ2のループＬ１またはＬ２では、インダクタンスは１７０ｎＨになると考えられる。この場合には、このループの比Ｓ／Ｌは１３２ｃｍ2/μＨに上る。並列にしたループＬ１およびＬ２では、比Ｓ／Ｌは２６４ｃｍ2/μＨとなる。
【００６２】
従って、この例における理論的な比Ｓ／Ｌの利得は、これらのループＬ１およびＬ２を使用すれば６０％になる。
【００６３】
シミュレーションおよび測定により、支持体３０の周辺に沿った単一のループと第２の実施形態のとの比較を行った。その結果、上記のパラメータを使用した場合には、エネルギー回復における４０％の利得を得ることができた。
【００６４】
本発明は、小さな寸法の受信機（例えば、断面積が０．１６ｍ2より小さなループ、またはさらに５４ｃｍ2より小さなループ）に対して特に適していることが分かる。ループの断面積とは、このループが囲んでいる面積のことを意味している。
【００６５】
議論を単純にするために、本発明を、並列に接続された２つのループだけを備えている実施形態に基いて記述してきたが、本発明は、平行な表面の上に多くの数のループを備え、それらの相互インダクタンスが実質的にゼロであるような受信機に対しても適用することができることは言うまでもない。このような例を図１１に示す。図１１では、ループＬ１からループＬ４までのループは、並列に接続されて、重ね合わされている。このような変形態様にすると、重なり合いを増すことができて、インダクタンス値は小さくて済むという利点があると考えられる。ループＬ１からループＬ４までのループは、多層基板の内部に含めることができる。
【００６６】
図１２は、本発明における典型的な受信機構成の電気的回路図を示す。この例では、ループＬ１およびループＬ２は、それぞれ、集積回路Ｃｉ１およびＣｉ２に接続されている（無論のことながら、ループＬ１およびループＬ２は、個別素子に接続されていてもよい）。集積回路Ｃｉ１およびＣｉ２は、それぞれ、キャパシタＣ１およびＣ２と整流器Ｄ１およびＤ２とを備えている。整流器回路Ｄ１およびＤ２は、共通端子Ｂ１およびＢ２に接続されている。端子Ｂ１およびＢ２は、整流された信号によって給電されるべき負荷（この負荷は、例えば、受信機の全ての電子機能を含む）を接続することを意図している。
【００６７】
従って、ループＬ１およびループＬ２はまた、整流器回路等の電子回路の後段に、並列にして配置することもできる。この場合、本発明によって得られる利得は変わらない。
【００６８】
上記した受信機は、第１の平行表面の上に第１のループを備えている構成であるが、本発明は、第１の表面に対して平行ではない第２の表面の上にある第２のループを含み、その平行でない他の軸方向に関して高い感度を有する受信機の対しても、適用することができる。この場合には、第２のループは、第１のループと同様の構成を有する。すなわち、この同様の構成とは、電気的に並列に接続されているという点と、相互インダクタンスが実質的にゼロであるという点である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 読み取り機
２ ＲＦＩＤ受信機
３ 受信機
３０ 支持体
３１ 支持体の上面
３２ 支持体の下面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合を有する共振アンテナを備えている受信機（３）であって
−誘導アンテナ回路（Ａ３）と、
−前記誘導アンテナ回路によって給電され、前記アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタ（Ｃ３）および抵抗（Ｒ３）でモデル化できる回路とを備え、
前記誘導アンテナ回路は、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置されて、実質的にゼロの相互インダクタンスを有する、少なくとも２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）を備えていることを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、実質的に等しい値のインダクタンスを有することを特徴とする、請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、同一の支持体（３０）の平行な表面（３１、３２）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の受信機。
【請求項４】
前記支持体は、前記誘導アンテナ回路によって給電される電子回路（Ｐ３）が設置される基板であることを特徴とする、請求項３に記載の受信機。
【請求項５】
前記電子回路（Ｃｉ１）は、給電されるべき電気負荷と、前記誘導アンテナ回路の端子に接続され、整流した電圧を前記電気負荷の端子に印加する整流器回路（Ｄ１）とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
前記平行な表面（３１、３２）は、平面であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項７】
前記誘導アンテナ回路、前記キャパシタ、および前記抵抗を含んだアセンブリの共振周波数は、実質的に１３．５６ＭＨｚに等しいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項８】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、磁界に対する最大感度を同一の方向に有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項９】
前記平行な表面（３１、３２）の間の距離は、１ｍｍよりも短いことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１０】
前記２つの導電ループは、第１の平行な表面の上に配置された第１のループであり、前記誘導アンテナ回路は、電気的に並列に接続されて実質的にゼロの相互インダクタンスを有する、第２の平行な表面の上に配置された、少なくとも２つの第２の導電ループを備え、前記第２の平行な表面は、前記第１の表面に対して平行でないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１１】
前記誘導アンテナ回路（Ａ３）は、３０より大きい値のＱ値を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１２】
前記２つのループのそれぞれの断面積は、０．１６ｍ2よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１３】
前記２つのループ（Ｌ１、Ｌ２）は、インターリーブしたパタンで重なり合って延在していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１４】
前記ループは、それぞれ、同様の形状の導電回路を形成し、前記導電回路は、前記平行な表面の上で、互いにシフトして配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１５】
前記２つの導電ループは、第１および第２の端子を通して並列に接続され、これにより前記２つの導電ループは前記第１および第２の端子の間に同一の起電力を誘起することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１】
誘導結合を有する共振アンテナを備えている受信機（３）であって
−誘導アンテナ回路（Ａ３）と、
−前記誘導アンテナ回路によって給電され、前記アンテナ回路に並列に接続されたキャパシタ（Ｃ３）および抵抗（Ｒ３）でモデル化できる回路とを備え、
前記誘導アンテナ回路は、電気的に並列に接続され、平行な表面の上に配置されて、実質的にゼロの相互インダクタンスを有する、少なくとも２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）を備えていることを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、実質的に等しい値のインダクタンスを有することを特徴とする、請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、同一の支持体（３０）の平行な表面（３１、３２）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の受信機。
【請求項４】
前記支持体は、前記誘導アンテナ回路によって給電される電子回路（Ｐ３）が設置される基板であることを特徴とする、請求項３に記載の受信機。
【請求項５】
前記電子回路（Ｃｉ１）は、給電されるべき電気負荷と、前記誘導アンテナ回路の端子に接続され、整流した電圧を前記電気負荷の端子に印加する整流器回路（Ｄ１）とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
前記平行な表面（３１、３２）は、平面であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項７】
前記誘導アンテナ回路、前記キャパシタ、および前記抵抗を含んだアセンブリの共振周波数は、実質的に１３．５６ＭＨｚに等しいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項８】
前記２つの導電ループ（Ｌ１、Ｌ２）は、磁界に対する最大感度を同一の方向に有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項９】
前記平行な表面（３１、３２）の間の距離は、１ｍｍよりも短いことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１０】
前記２つの導電ループは、第１の平行な表面の上に配置された第１のループであり、前記誘導アンテナ回路は、電気的に並列に接続されて実質的にゼロの相互インダクタンスを有する、第２の平行な表面の上に配置された、少なくとも２つの第２の導電ループを備え、前記第２の平行な表面は、前記第１の表面に対して平行でないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１１】
前記誘導アンテナ回路（Ａ３）は、３０より大きい値のＱ値を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１２】
前記２つのループのそれぞれの断面積は、０．１６ｍ2よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１３】
前記２つのループ（Ｌ１、Ｌ２）は、インターリーブしたパタンで重なり合って延在していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１４】
前記ループは、それぞれ、同様の形状の導電回路を形成し、前記導電回路は、前記平行な表面の上で、互いにシフトして配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１５】
前記２つの導電ループは、第１および第２の端子を通して並列に接続され、これにより前記２つの導電ループは前記第１および第２の端子の間に同一の起電力を誘起することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３１６６３（Ｐ２０１２−２３１６６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−９３４５３（Ｐ２０１２−９３４５３）
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９３４５３（Ｐ２０１２−９３４５３）
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
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