ブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機
【課題】近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できるブースターを提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつＲＦＩＤリーダ及びカップリングコイルと磁気結合するコイル（ブースターコイル３０，３１）と、コイルを挟んでＲＦＩＤと反対側の、平面的に見てカップリングコイルと重複する位置に配置される磁性材６６と、コイルを挟んでＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見てコイルと重複する位置に配置される磁性材６７とを備え、磁性材６７は、平面的に見てカップリングコイルと重複する位置に切り抜き部６７ａを有する。
【解決手段】ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつＲＦＩＤリーダ及びカップリングコイルと磁気結合するコイル（ブースターコイル３０，３１）と、コイルを挟んでＲＦＩＤと反対側の、平面的に見てカップリングコイルと重複する位置に配置される磁性材６６と、コイルを挟んでＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見てコイルと重複する位置に配置される磁性材６７とを備え、磁性材６７は、平面的に見てカップリングコイルと重複する位置に切り抜き部６７ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型無線機器の高性能化は目覚ましく、非接触型ＩＣカード（例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）規格準拠のＩＣカード。具体的には、ＭＩＦＡＲＥ（登録商標）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）など。）に対応するものも登場している。そのような小型無線機器には、ＩＣチップとカップリングコイルとからなるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）が搭載される（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＲＦＩＤの通信距離を十分に確保するためには、カップリングコイルのインダクタンスをある程度大きくすることが必要である。しかし、そのようなインダクタンスを有するカップリングコイルは比較的大きなものとなるため、近年の小型無線機器では十分な設置スペースを確保できない場合が多い。そこで近年、比較的大きなインダクタンスを有するブースターコイルを用いる方法が考えられている。特許文献１には、このブースターコイルの例が開示されている。
【０００５】
ブースターコイルを用いる場合、ブースターコイルとカップリングコイルとは、直接接続ではなく磁気結合させる。そして、小型無線機器の筐体内にはカップリングコイルを含むＲＦＩＤのみを搭載し、ブースターコイルは、筐体の外にあって筐体に付属している部品、例えば電池の蓋などに搭載する。これにより、筐体内にインダクタンスの大きなアンテナを搭載することなく、ＲＦＩＤの通信距離を十分に確保することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、ブースターコイルを電池の蓋に搭載すると、電池パックがブースターコイルの近傍に存在することとなる。金属からなる電池パックはブースターコイル近傍の磁界をかく乱するため、ブースターコイルの周波数ずれや通信距離の低下が発生してしまう。また、ブースターコイルとカップリングコイルとが磁気結合することから、ブースターコイルとカップリングコイルとを効率よく磁気結合させる方法が課題になる。
【０００７】
したがって、本発明の目的のひとつは、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できるブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的の他のひとつは、カップリングコイルと効率よく磁気結合できるブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一側面によるブースターは、ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体と、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、第２の磁性体を設けたことにより、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、第１の磁性体を設け、かつ第２の磁性体は平面的に見てカップリングコイルと重複する位置には配置されないこととしたので、ブースターとカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【００１１】
上記ブースターにおいて、前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されないこととしてもよい。これによれば、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下の抑制効果をそれほど損なわずに、平面コイル中央の空間部分に、他の電子部品を配置することが可能になる。
【００１２】
また、上記ブースターにおいて、前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されることとしてもよい。これによれば、より効果的に、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。
【００１３】
また、上記ブースターにおいて、前記コイルは、前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合する第１のコイルと、前記カップリングコイルと磁気結合する第２のコイルとを含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、電気的に接続していることとしてもよいし、前記コイルは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有する平面コイルを含み、該平面コイルの一部分によって前記前記カップリングコイルと磁気結合することとしてもよい。
【００１４】
また、本発明の他の一側面によるブースターは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ブースターとカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【００１６】
また、本発明のさらに他の一側面によるブースターは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、第２の磁性体を設けたことにより、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、第２の磁性体は平面的に見てカップリングコイルと重複する部分には配置されないこととしたので、第２の磁性体がブースターとカップリングコイルとの結合の妨げになることが防止されている。
【００１８】
また、本発明によるＲＦＩＤシステムは、上記各ブースターのうちのいずれかと、該ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による無線通信機は、上記ＲＦＩＤシステムを搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ブースター近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、ブースターとＲＦＩＤ内のカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤシステムのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤ及びブースターを携帯電話に搭載する際の搭載位置の例を示す模式図である。（ａ）は携帯電話の筐体の裏側（電池の蓋を取り外し、電池パックが露出した状態）を示し、（ｂ）は電池の蓋の裏面（電池パック側）を示している。
【図３】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤの上面図である。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態によるコイル部品の上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるブースターの上面図である。（ｂ）は、（ａ）から下層導体パターンのみを取り出して示した図である。
【図５】（ａ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ’線に対応するブースターの断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線に対応するブースターの断面図である。
【図６】（ａ）は、図４（ａ）に示したブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図７】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図８】図５に示したブースターから第１の磁性体を省いた構成（実施例１）を示す図である。
【図９】図７に示したブースターから第１の磁性体を省いた構成（実施例１）を示す図である。
【図１０】図５に示したブースターから第１及び第２の磁性体を省いた構成（比較例１）を示す図である。
【図１１】図７に示したブースターから第１及び第２の磁性体を省いた構成（比較例１）を示す図である。
【図１２】（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。（ｂ）は、比較例１での電磁界シミュレーション結果において、図１０（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。
【図１３】図５に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成（実施例２）を示す図である。
【図１４】図７に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成（実施例２）を示す図である。
【図１５】図８に示したブースター（実施例１）から切り抜き部を省いた構成（比較例２）を示している。
【図１６】図９に示したブースター（実施例１）から切り抜き部を省いた構成（比較例２）を示している。
【図１７】（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図であり、図１２（ａ）の再掲である。（ｂ）は、（ａ）をＲＦＩＤ近傍で拡大した拡大図である。（ｃ）は、比較例２での電磁界シミュレーション結果において、図１６（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。（ｄ）は、（ｃ）をＲＦＩＤ近傍で拡大した拡大図である。
【図１８】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図１９】本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図である。
【図２０】本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図２１】図２０に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成を前提とし、磁性材及び電池パックの有無ごとに通信距離をシミュレーションした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態によるＲＦＩＤシステム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、ＲＦＩＤ２、ブースター３、及びＲＦＩＤリーダ４を備えている。
【００２４】
ＲＦＩＤ２はＩＣチップ２０及びカップリングコイル２１を有し、携帯電話などの無線通信機に搭載される。カップリングコイル２１としては、無線通信機の筐体に搭載可能な小型のものを用いる。したがって、カップリングコイル２１のインダクタンスはそれほど大きくなく、ＲＦＩＤ２のみでは十分な通信距離が得られない。そこで、ＲＦＩＤシステム１ではブースター３を用いる。
【００２５】
ブースター３はＲＦＩＤ２の通信距離を延ばすために用いられるもので、ブースターコイル３０，３１からなるコイルを有し、このコイルにより、ＲＦＩＤ２及びＲＦＩＤリーダ４の双方と磁気結合する。つまり、ブースターコイル３０がＲＦＩＤ２のカップリングコイル２１と磁気結合し、ブースターコイル３１がＲＦＩＤリーダ４のコイル４１と磁気結合する。また、ブースター３はキャパシタ３２も有しており、キャパシタ３２とブースターコイル３０，３１とでＬＣ共振回路を構成する。ブースターコイル３０，３１のインダクタンスと、キャパシタ３２の容量とは、ブースター３の共振周波数がＲＦＩＤシステム１の動作周波数となるよう決定される。
【００２６】
図２は、ＲＦＩＤ２及びブースター３を携帯電話に搭載する際の搭載位置の例を示す模式図である。同図（ａ）は携帯電話の筐体５０の裏側（電池の蓋５１を取り外し、電池パック５２が露出した状態）を示し、同図（ｂ）は電池の蓋５１の裏面（電池パック５２側）を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、ＲＦＩＤ２は、筐体５０裏側の電池パック５２近傍に取り付けられる。なお、同図ではＩＣチップ２０は表示していない。一方、ブースター３は、図２（ｂ）に示すように、電池の蓋５１の裏面に取り付けられる。ブースター３は、電池の蓋５１を筐体５０に取り付けた際、ブースターコイル３０がＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１と重なるように配置される。こうすることで、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが磁気結合できるようになる。
【００２８】
図１に戻る。ＲＦＩＤリーダ４は、ＲＦＩＤ２内のＩＣチップ２０に記憶される情報の読み出しを行う。読み出しを行う際には、図２に示した携帯電話の電池の蓋５１を筐体５０に取り付けた状態で、ＲＦＩＤリーダ４を携帯電話の裏側に近づける。そして、ＲＦＩＤリーダ４において、読み出し命令を含むデータによって変調した信号を、ＣＰＵ４０からコイル４１に送出する。また、変調した信号の送出後には、無変調の信号を所定時間にわたって送出する。これらの信号は、コイル間の磁気結合を介してＩＣチップ２０に受信される。
【００２９】
ＩＣチップ２０は、整流回路、通信回路、及びメモリを含む。整流回路は、カップリングコイル２１を介して上記各信号を受信し、整流して直流化する。通信回路は、この直流を電源として動作するものであり、まず変調信号を解釈し、解釈結果に応じてメモリ内からデータを読み出す。そして、読み出したデータによって無変調信号の反射信号を変調する。ＲＦＩＤリーダ４はこの反射信号を受信することで、ＩＣチップ２０内のメモリに記憶されているデータを取得する。
【００３０】
次に、図３〜図７を参照しながら、ＲＦＩＤ２とブースター３の構造について、詳しく説明する。
【００３１】
まず、図３（ａ）は、ＲＦＩＤ２の上面図である。同図には、カップリングコイル２１を搭載するための基板２２及び基板２２上に形成された配線パターン２３−１，２のみを示している。カップリングコイル２１には磁性体基板を用いて磁心を構成したコイル部品を用いており、図３（ａ）に示した領域Ａには、このコイル部品が搭載される。また、図示していないが、ＩＣチップ２０は、配線パターン２３−１，２を介してカップリングコイル２１に接続される。
【００３２】
図３（ｂ）はカップリングコイル２１を含むコイル部品２４の上面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。これらの図に示すように、コイル部品２４は、フェライトなどの磁性体により構成される磁性体基板２６の上面に樹脂層２５を有し、その中にカップリングコイル２１が埋め込まれた構成を有している。
【００３３】
カップリングコイル２１は、図３（ｂ）に示すように、平面スパイラル構造を有している。磁性体基板２６は、カップリングコイル２１中央の空間部分にも設けられている。カップリングコイル２１の内周端２１−１及び外周端２１−２はそれぞれ、引出導体２１ａ，２１ｂを介して、基板２２上の配線パターン２３−１，２に接続される。
【００３４】
次に、図４（ａ）はブースター３の上面図である。同図には、ブースター３の構成要素のうち、導体パターン（後述する上層導体パターン６０及び下層導体パターン６１）のみを示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）から下層導体パターン６１のみを取り出して示した図である。また、図５（ａ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ’線に対応するブースター３の断面図であり、図５（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線に対応するブースター３の断面図である。
【００３５】
図４（ａ）及び図５（ａ）（ｂ）に示した領域Ｅは、携帯電話の電池の蓋５１を筐体５０に取り付けたときに、ＲＦＩＤ２が来る位置を示している。なお、電池パック５２は、ブースター３の下方（図５（ａ）（ｂ）では、ブースター３の下側に相当する。）に位置する。また、ＲＦＩＤリーダ４（図１）は、ブースター３の上方（図５（ａ）（ｂ）では、ブースター３の上側に相当する。）に配置される。
【００３６】
図５（ａ）（ｂ）などに示すように、ブースター３は、上層導体パターン６０、下層導体パターン６１、スルーホール導体６２，６３、磁性材６６，６７、及び樹脂基板６８を有している。
【００３７】
上層導体パターン６０は、図５（ａ）（ｂ）に示すように樹脂基板６８の上面に形成された導体パターンであり、図４（ａ）に示すように平面スパイラル構造を有している。この平面スパイラル構造により、上層導体パターン６０は、ＲＦＩＤリーダ４内のコイル４１（図１）と磁気結合するブースターコイル３１（第１のコイル）を構成する。ブースターコイル３１は、カップリングコイル２１に比べて大きな面積を有する。
【００３８】
下層導体パターン６１は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂基板６８の下面に形成された導体パターンである。下層導体パターン６１は、図４（ｂ）に示すように、一方端部６１ａにブースターコイル３０（第２のコイル）を構成する小型の平面スパイラル構造を有し、他方端部６１ｂ付近にキャパシタ３２を構成するギャップを有している。ブースターコイル３０は、図４（ａ）に示すように、平面的に見てブースターコイル３１の一部分と重複する位置に設けられる。より具体的には、略長方形の外形を有するブースターコイル３１の一角の真下に設けられる。また、ブースターコイル３０は、平面的に見てＲＦＩＤ２（領域Ｅ）内のカップリングコイル２１と重複する位置に配置される。
【００３９】
上層導体パターン６０の内周端６０ａは、図５（ｂ）に示すように、樹脂基板６８に設けられたスルーホール導体６２を介して、下層導体パターン６１の一方端部６１ａ（ブースターコイル３０の内周端）と電気的に接続される。同様に、上層導体パターン６０の外周端６０ｂは、図５（ａ）に示すように、樹脂基板６８に設けられたスルーホール導体６３を介して、下層導体パターン６１の他方端部６１ｂと電気的に接続される。
【００４０】
磁性材６６（第１の磁性体）は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブースターコイル３０を挟んでＲＦＩＤ２（領域Ｅ）と反対側（樹脂基板６８の上面）に貼り付けられる。また、磁性材６７（第２の磁性体）は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤリーダ４と反対側（樹脂基板６８の下面）に貼り付けられる。磁性材６６，６７の具体的な材料としては、フェライトが好適である。
【００４１】
図６（ａ）は、図４（ａ）に示したブースター３の上面図に、磁性材６６の平面的な設置領域を図示したものである。同様に、図６（ｂ）は、ブースター３の下面図に、磁性材６７の平面的な設置領域を図示したものである。
【００４２】
図６（ａ）に示すように、平面的に見ると、磁性材６６はブースターコイル３０を覆うように配置される。つまり、磁性材６６は、平面的に見てカップリングコイル２１と重複する位置に配置される。一方、磁性材６７は、図６（ｂ）に示すように、平面的に見てブースターコイル３１と重複する位置に配置される。ただし、磁性材６７は、平面的に見てカップリングコイル２１（ブースターコイル３０）と重複する部分、及び平面的に見てブースターコイル３１中央部（導体パターンが存在しない空間領域）と重複する部分に切り抜き部６７ａを有している。つまり、磁性材６７は、これらの部分には配置されていない。
【００４３】
磁性材６６，６７を以上のように配置したことにより、ＲＦＩＤシステム１では、次のような効果が得られる。まず、磁性材６７を設けたことで、電池パック５２（図２）がブースターコイル３１の近傍に存在することにより生じ得る周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、磁性材６６を設け、かつ磁性材６７には平面的に見てブースターコイル３０と重複する部分に切り抜き部６７ａを設けたので、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できる。
【００４４】
また、ブースターコイル３１中央部と重複する部分にも切り抜き部６７ａを設けたことにより、電池パック５２による周波数ずれや通信距離の低下の抑制効果をそれほど損なわずに、ブースターコイル３１中央部に、他の電子部品を配置することが可能になる。ただし、磁性材６７の切り抜き部６７ａが、平面的に見てブースターコイル３１中央部と重複する部分にも存在することは必須ではない。つまり、図７に示すように、切り抜き部６７ａを、ブースターコイル３０と重複する部分にのみ設けることとしてもよい。こうすれば、より効果的に、電池パック５２による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。
【００４５】
以下、比較例を示しながら、ブースター３を用いることによる上記効果について、より詳しく説明する。
【００４６】
まず初めに、磁性材６７を設けたことによる効果について説明する。
【００４７】
図８及び図９は、磁性材６７による効果の確認のため、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６６を省いた構成を有するブースター３ａ（実施例１）を示している。また、図１０及び図１１は、比較例として、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６６，６７を省いた構成を有するブースター３ｘ（比較例１）を示している。
【００４８】
なお、ブースター３内のブースターコイル３０とＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１との距離は１ｍｍとした。また、コイル３０，３１，２１の大きさはそれぞれ５ｍｍ角，４１ｍｍ×３６ｍｍ角，２ｍｍ×１．２ｍｍ角とし、ブースターコイル３０，３１のインダクタンスは１．５μＨ、カップリングコイル２１のインダクタンスは０．３５μＨとした。また、磁性材６６には厚さ０．１ｍｍのフェライトを用いた。
【００４９】
図１２（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面のブースター３ａ近傍の磁場分布を示す図である。また、図１２（ｂ）は、比較例１での電磁界シミュレーション結果において、図１０（ｂ）に示した断面のブースター３ｘ近傍の磁場分布を示す図である。
【００５０】
図１２（ａ）と図１２（ｂ）とを比較すると明らかなように、ブースター３ａ（実施例１）では、ブースター３ｘ（比較例１）に比べて磁場の広がりが大きくなっている。つまり、磁性材６７を設けたことで、ブースター３ａの下面側（ＲＦＩＤ２側）に存在する電池パック５２（図２）の影響による磁場の乱れが抑制されている。この結果から、磁性材６７を設けたことにより、電池パック５２の存在により生じ得る周波数ずれや通信距離の低下を抑制できていることが理解される。
【００５１】
次に、磁性材６６を設けたことによる効果について説明する。
【００５２】
図１３及び図１４は、磁性材６６による効果の確認のため、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６７を省いた構成を有するブースター３ｂ（実施例２）を示している。
【００５３】
ブースター３ｂ（実施例２）について読み出し時のブースターコイル３１の出力パワーを測定したところ、−２０．５９ｄＢであった。また、ＲＦＩＤリーダ４との通信距離は最大で４０ｍｍであった。一方、ブースター３ｘ（比較例１）についても同様に測定したところ、それぞれ−２４．０３ｄＢ、２７ｍｍであった。以上の結果から、磁性材６６を用いることにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【００５４】
次に、磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことによる効果について説明する。ここでは、図１３及び図１４に示した実施例２によるブースター３ｂを用い、ブースターコイル３０と重複する部分に切り抜き部６７ａを有することの効果について説明する。
【００５５】
図１５及び図１６は、比較例として、図８及び図９に示したブースター３ａ（実施例１）から切り抜き部６７ａを省いた構成を有するブースター３ｙ（比較例２）を示している。つまり、ブースター３ｙ（比較例２）では、ブースターコイル３０と重複する部分にも磁性材６７が設けられている。
【００５６】
図１７（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面のブースター３ａ近傍の磁場分布を示す図であり、図１２（ａ）の再掲である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）をＲＦＩＤ２近傍で拡大した拡大図である。図１７（ｃ）は、比較例２での電磁界シミュレーション結果において、図１６（ｂ）に示した断面のブースター３ｙ近傍の磁場分布を示す図である。図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）をＲＦＩＤ２近傍で拡大した拡大図である。
【００５７】
図１７（ｂ）と図１７（ｄ）とを比較すると明らかなように、ブースター３ｂ（実施例２）ではブースター３ｙ（比較例２）に比べてカップリングコイル２１とブースター３との間の磁場が強くなっている。このことは、ブースター３ｂ（実施例２）では、ブースター３ｙ（比較例２）に比べてブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが強く磁気結合していることを示している。この結果から、磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【００５８】
磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことで、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の結合を改善しつつ、金属の影響緩和効果を保つことができる。さらに、磁性材６６を設けたことで、より一層ブースターコイル３０とカップリングコイル２１との結合を強めることができる。その結果、通信距離が大幅に向上できるだけでなく、カップリングコイル２１とブースターコイル３０のギャップも広げることができ、使用できる自由度を増すことが可能となっている。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【００６０】
例えば、上記実施の形態ではＲＦＩＤ内のカップリングコイルとブースター３とを磁気結合させるために、平面スパイラル構造を有する小型のブースターコイル３０を設けたが、ＲＦＩＤシステム１に求められる条件によっては、このようなブースターコイル３０を設けなくてもよい場合もある。
【００６１】
図１８は、この場合のブースター３の例を示している。図１８に示すように、本変形例によるブースター３では、ブースターコイル３１の一部分（角部付近）が、ＲＦＩＤ２と結合するブースターコイル３０としての役割を果たす。なお、ブースターコイル３０としての役割を果たすブースターコイル３１の部分をメアンダ構造としてもよい。磁性材６６及び磁性材６７の切り抜き部６７ａの配置は、このブースターコイル３０に基づいて、上記実施の形態と同様に決定される。
【００６２】
また、上記実施の形態では、平面的に見てブースターコイル３１の一部分と重複する位置にブースターコイル３０を設けたが、平面的に見てブースターコイル３１と重複しない位置にブースターコイル３０を設けてもよい。前者では後者に比べて省スペース化が可能であるのに対し、後者によれば、ブースターコイル３０，３１間での磁界の干渉を防げるため、より効率よく磁気結合することが可能になる。
【００６３】
図１９は、平面的に見てブースターコイル３１と重複しない位置にブースターコイル３０を設けた変形例によるブースター３の上面図である。また、図２０は、図１９に示したブースター３の上面図に、磁性材６６，６７の平面的な設置領域を図示したものである。図１９及び図２０において各構成に付した符号は、図４及び図６に付したものと同様である。
【００６４】
図１９に示すように、本変形例によるブースターコイル３０及びキャパシタ３２は、ブースターコイル３１の外側に設けられる。また、磁性材６６は、上記実施の形態と同様に、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤ２（図１及び図３参照）と反対側（図２０では図面手前側）に貼り付けられる。一方、磁性材６７は、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤリーダ４（図１参照）と反対側（図２０では図面奥側）に貼り付けられる。
【００６５】
本変形例では、磁性材６７に、図７に示したような切り抜き部６７ａは設けられていない。しかしながら、ブースターコイル３０がブースターコイル３１の外側に設けられるため、磁性材６７は、平面的に見てブースターコイル３０と重複する部分には配置されていない。したがって、ブースターコイル３０とＲＦＩＤ２のカップリングコイル２１とは効率よく磁気結合できるようになっている。
【００６６】
図２１は、本変形例において磁性材６６を設けたことによる効果の説明図である。同図は、磁性材６６及び電池パック５２（図２参照）の有無ごとに通信距離を実測した結果を示す図である。なお、図２１の測定では、図１３に示した例と同様に、磁性材６７を省いた構成を前提とした。また、ブースター３内のブースターコイル３０とＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１との距離は１ｍｍとした。また、コイル３０及びコイル３１を含むブースター３の大きさは６０ｍｍ×３６ｍｍ角とした。カップリングコイル２１及び磁性材６６には、上記実施の形態と同様のものを用いた。
【００６７】
図２１に示すように、電池パック５２が存在しなければ磁性材６６を設けなくてもある程度の通信距離が得られるが、電池パック５２が存在すると、磁性材６６を設けた場合にはある程度（約３０ｍｍ）の通信距離が得られるが、磁性材６６を設けない場合にはほとんど通信距離が得られない。この結果から、本変形例においても、磁性材６６を設けることにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【符号の説明】
【００６８】
１ ＲＦＩＤシステム
２ ＲＦＩＤ
３ ブースター
４ ＲＦＩＤリーダ
２０ ＩＣチップ
２１ カップリングコイル
２１ａ，２１ｂ 引出導体
２２ 基板
２３ 配線パターン
２４ コイル部品
２５ 樹脂層
２６ 磁性体基板
３０ ブースターコイル（第２のコイル）
３１ ブースターコイル（第１のコイル）
３２ キャパシタ
４１ コイル
５０ 筐体
５１ 電池の蓋
５２ 電池パック
６０ 上層導体パターン
６１ 下層導体パターン
６２，６３ スルーホール導体
６６ 磁性材（第１の磁性体）
６７ 磁性材（第２の磁性体）
６７ａ 磁性材６７の切り抜き部
６８ 樹脂基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型無線機器の高性能化は目覚ましく、非接触型ＩＣカード（例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）規格準拠のＩＣカード。具体的には、ＭＩＦＡＲＥ（登録商標）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）など。）に対応するものも登場している。そのような小型無線機器には、ＩＣチップとカップリングコイルとからなるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）が搭載される（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＲＦＩＤの通信距離を十分に確保するためには、カップリングコイルのインダクタンスをある程度大きくすることが必要である。しかし、そのようなインダクタンスを有するカップリングコイルは比較的大きなものとなるため、近年の小型無線機器では十分な設置スペースを確保できない場合が多い。そこで近年、比較的大きなインダクタンスを有するブースターコイルを用いる方法が考えられている。特許文献１には、このブースターコイルの例が開示されている。
【０００５】
ブースターコイルを用いる場合、ブースターコイルとカップリングコイルとは、直接接続ではなく磁気結合させる。そして、小型無線機器の筐体内にはカップリングコイルを含むＲＦＩＤのみを搭載し、ブースターコイルは、筐体の外にあって筐体に付属している部品、例えば電池の蓋などに搭載する。これにより、筐体内にインダクタンスの大きなアンテナを搭載することなく、ＲＦＩＤの通信距離を十分に確保することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、ブースターコイルを電池の蓋に搭載すると、電池パックがブースターコイルの近傍に存在することとなる。金属からなる電池パックはブースターコイル近傍の磁界をかく乱するため、ブースターコイルの周波数ずれや通信距離の低下が発生してしまう。また、ブースターコイルとカップリングコイルとが磁気結合することから、ブースターコイルとカップリングコイルとを効率よく磁気結合させる方法が課題になる。
【０００７】
したがって、本発明の目的のひとつは、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できるブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的の他のひとつは、カップリングコイルと効率よく磁気結合できるブースター、ＲＦＩＤシステム、及び無線通信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一側面によるブースターは、ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体と、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、第２の磁性体を設けたことにより、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、第１の磁性体を設け、かつ第２の磁性体は平面的に見てカップリングコイルと重複する位置には配置されないこととしたので、ブースターとカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【００１１】
上記ブースターにおいて、前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されないこととしてもよい。これによれば、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下の抑制効果をそれほど損なわずに、平面コイル中央の空間部分に、他の電子部品を配置することが可能になる。
【００１２】
また、上記ブースターにおいて、前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されることとしてもよい。これによれば、より効果的に、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。
【００１３】
また、上記ブースターにおいて、前記コイルは、前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合する第１のコイルと、前記カップリングコイルと磁気結合する第２のコイルとを含み、前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、電気的に接続していることとしてもよいし、前記コイルは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有する平面コイルを含み、該平面コイルの一部分によって前記前記カップリングコイルと磁気結合することとしてもよい。
【００１４】
また、本発明の他の一側面によるブースターは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ブースターとカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【００１６】
また、本発明のさらに他の一側面によるブースターは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、第２の磁性体を設けたことにより、近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、第２の磁性体は平面的に見てカップリングコイルと重複する部分には配置されないこととしたので、第２の磁性体がブースターとカップリングコイルとの結合の妨げになることが防止されている。
【００１８】
また、本発明によるＲＦＩＤシステムは、上記各ブースターのうちのいずれかと、該ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による無線通信機は、上記ＲＦＩＤシステムを搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ブースター近傍の金属体による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、ブースターとＲＦＩＤ内のカップリングコイルとが効率よく磁気結合できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤシステムのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤ及びブースターを携帯電話に搭載する際の搭載位置の例を示す模式図である。（ａ）は携帯電話の筐体の裏側（電池の蓋を取り外し、電池パックが露出した状態）を示し、（ｂ）は電池の蓋の裏面（電池パック側）を示している。
【図３】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるＲＦＩＤの上面図である。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態によるコイル部品の上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態によるブースターの上面図である。（ｂ）は、（ａ）から下層導体パターンのみを取り出して示した図である。
【図５】（ａ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ’線に対応するブースターの断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線に対応するブースターの断面図である。
【図６】（ａ）は、図４（ａ）に示したブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図７】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図８】図５に示したブースターから第１の磁性体を省いた構成（実施例１）を示す図である。
【図９】図７に示したブースターから第１の磁性体を省いた構成（実施例１）を示す図である。
【図１０】図５に示したブースターから第１及び第２の磁性体を省いた構成（比較例１）を示す図である。
【図１１】図７に示したブースターから第１及び第２の磁性体を省いた構成（比較例１）を示す図である。
【図１２】（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。（ｂ）は、比較例１での電磁界シミュレーション結果において、図１０（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。
【図１３】図５に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成（実施例２）を示す図である。
【図１４】図７に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成（実施例２）を示す図である。
【図１５】図８に示したブースター（実施例１）から切り抜き部を省いた構成（比較例２）を示している。
【図１６】図９に示したブースター（実施例１）から切り抜き部を省いた構成（比較例２）を示している。
【図１７】（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図であり、図１２（ａ）の再掲である。（ｂ）は、（ａ）をＲＦＩＤ近傍で拡大した拡大図である。（ｃ）は、比較例２での電磁界シミュレーション結果において、図１６（ｂ）に示した断面での磁場分布を示す図である。（ｄ）は、（ｃ）をＲＦＩＤ近傍で拡大した拡大図である。
【図１８】（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。（ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの下面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図１９】本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図である。
【図２０】本発明の好ましい実施の形態の変形例によるブースターの上面図に、磁性材の平面的な設置領域を図示したものである。
【図２１】図２０に示したブースターから第２の磁性体を省いた構成を前提とし、磁性材及び電池パックの有無ごとに通信距離をシミュレーションした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態によるＲＦＩＤシステム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、ＲＦＩＤ２、ブースター３、及びＲＦＩＤリーダ４を備えている。
【００２４】
ＲＦＩＤ２はＩＣチップ２０及びカップリングコイル２１を有し、携帯電話などの無線通信機に搭載される。カップリングコイル２１としては、無線通信機の筐体に搭載可能な小型のものを用いる。したがって、カップリングコイル２１のインダクタンスはそれほど大きくなく、ＲＦＩＤ２のみでは十分な通信距離が得られない。そこで、ＲＦＩＤシステム１ではブースター３を用いる。
【００２５】
ブースター３はＲＦＩＤ２の通信距離を延ばすために用いられるもので、ブースターコイル３０，３１からなるコイルを有し、このコイルにより、ＲＦＩＤ２及びＲＦＩＤリーダ４の双方と磁気結合する。つまり、ブースターコイル３０がＲＦＩＤ２のカップリングコイル２１と磁気結合し、ブースターコイル３１がＲＦＩＤリーダ４のコイル４１と磁気結合する。また、ブースター３はキャパシタ３２も有しており、キャパシタ３２とブースターコイル３０，３１とでＬＣ共振回路を構成する。ブースターコイル３０，３１のインダクタンスと、キャパシタ３２の容量とは、ブースター３の共振周波数がＲＦＩＤシステム１の動作周波数となるよう決定される。
【００２６】
図２は、ＲＦＩＤ２及びブースター３を携帯電話に搭載する際の搭載位置の例を示す模式図である。同図（ａ）は携帯電話の筐体５０の裏側（電池の蓋５１を取り外し、電池パック５２が露出した状態）を示し、同図（ｂ）は電池の蓋５１の裏面（電池パック５２側）を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、ＲＦＩＤ２は、筐体５０裏側の電池パック５２近傍に取り付けられる。なお、同図ではＩＣチップ２０は表示していない。一方、ブースター３は、図２（ｂ）に示すように、電池の蓋５１の裏面に取り付けられる。ブースター３は、電池の蓋５１を筐体５０に取り付けた際、ブースターコイル３０がＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１と重なるように配置される。こうすることで、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが磁気結合できるようになる。
【００２８】
図１に戻る。ＲＦＩＤリーダ４は、ＲＦＩＤ２内のＩＣチップ２０に記憶される情報の読み出しを行う。読み出しを行う際には、図２に示した携帯電話の電池の蓋５１を筐体５０に取り付けた状態で、ＲＦＩＤリーダ４を携帯電話の裏側に近づける。そして、ＲＦＩＤリーダ４において、読み出し命令を含むデータによって変調した信号を、ＣＰＵ４０からコイル４１に送出する。また、変調した信号の送出後には、無変調の信号を所定時間にわたって送出する。これらの信号は、コイル間の磁気結合を介してＩＣチップ２０に受信される。
【００２９】
ＩＣチップ２０は、整流回路、通信回路、及びメモリを含む。整流回路は、カップリングコイル２１を介して上記各信号を受信し、整流して直流化する。通信回路は、この直流を電源として動作するものであり、まず変調信号を解釈し、解釈結果に応じてメモリ内からデータを読み出す。そして、読み出したデータによって無変調信号の反射信号を変調する。ＲＦＩＤリーダ４はこの反射信号を受信することで、ＩＣチップ２０内のメモリに記憶されているデータを取得する。
【００３０】
次に、図３〜図７を参照しながら、ＲＦＩＤ２とブースター３の構造について、詳しく説明する。
【００３１】
まず、図３（ａ）は、ＲＦＩＤ２の上面図である。同図には、カップリングコイル２１を搭載するための基板２２及び基板２２上に形成された配線パターン２３−１，２のみを示している。カップリングコイル２１には磁性体基板を用いて磁心を構成したコイル部品を用いており、図３（ａ）に示した領域Ａには、このコイル部品が搭載される。また、図示していないが、ＩＣチップ２０は、配線パターン２３−１，２を介してカップリングコイル２１に接続される。
【００３２】
図３（ｂ）はカップリングコイル２１を含むコイル部品２４の上面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。これらの図に示すように、コイル部品２４は、フェライトなどの磁性体により構成される磁性体基板２６の上面に樹脂層２５を有し、その中にカップリングコイル２１が埋め込まれた構成を有している。
【００３３】
カップリングコイル２１は、図３（ｂ）に示すように、平面スパイラル構造を有している。磁性体基板２６は、カップリングコイル２１中央の空間部分にも設けられている。カップリングコイル２１の内周端２１−１及び外周端２１−２はそれぞれ、引出導体２１ａ，２１ｂを介して、基板２２上の配線パターン２３−１，２に接続される。
【００３４】
次に、図４（ａ）はブースター３の上面図である。同図には、ブースター３の構成要素のうち、導体パターン（後述する上層導体パターン６０及び下層導体パターン６１）のみを示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）から下層導体パターン６１のみを取り出して示した図である。また、図５（ａ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ’線に対応するブースター３の断面図であり、図５（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線に対応するブースター３の断面図である。
【００３５】
図４（ａ）及び図５（ａ）（ｂ）に示した領域Ｅは、携帯電話の電池の蓋５１を筐体５０に取り付けたときに、ＲＦＩＤ２が来る位置を示している。なお、電池パック５２は、ブースター３の下方（図５（ａ）（ｂ）では、ブースター３の下側に相当する。）に位置する。また、ＲＦＩＤリーダ４（図１）は、ブースター３の上方（図５（ａ）（ｂ）では、ブースター３の上側に相当する。）に配置される。
【００３６】
図５（ａ）（ｂ）などに示すように、ブースター３は、上層導体パターン６０、下層導体パターン６１、スルーホール導体６２，６３、磁性材６６，６７、及び樹脂基板６８を有している。
【００３７】
上層導体パターン６０は、図５（ａ）（ｂ）に示すように樹脂基板６８の上面に形成された導体パターンであり、図４（ａ）に示すように平面スパイラル構造を有している。この平面スパイラル構造により、上層導体パターン６０は、ＲＦＩＤリーダ４内のコイル４１（図１）と磁気結合するブースターコイル３１（第１のコイル）を構成する。ブースターコイル３１は、カップリングコイル２１に比べて大きな面積を有する。
【００３８】
下層導体パターン６１は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂基板６８の下面に形成された導体パターンである。下層導体パターン６１は、図４（ｂ）に示すように、一方端部６１ａにブースターコイル３０（第２のコイル）を構成する小型の平面スパイラル構造を有し、他方端部６１ｂ付近にキャパシタ３２を構成するギャップを有している。ブースターコイル３０は、図４（ａ）に示すように、平面的に見てブースターコイル３１の一部分と重複する位置に設けられる。より具体的には、略長方形の外形を有するブースターコイル３１の一角の真下に設けられる。また、ブースターコイル３０は、平面的に見てＲＦＩＤ２（領域Ｅ）内のカップリングコイル２１と重複する位置に配置される。
【００３９】
上層導体パターン６０の内周端６０ａは、図５（ｂ）に示すように、樹脂基板６８に設けられたスルーホール導体６２を介して、下層導体パターン６１の一方端部６１ａ（ブースターコイル３０の内周端）と電気的に接続される。同様に、上層導体パターン６０の外周端６０ｂは、図５（ａ）に示すように、樹脂基板６８に設けられたスルーホール導体６３を介して、下層導体パターン６１の他方端部６１ｂと電気的に接続される。
【００４０】
磁性材６６（第１の磁性体）は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブースターコイル３０を挟んでＲＦＩＤ２（領域Ｅ）と反対側（樹脂基板６８の上面）に貼り付けられる。また、磁性材６７（第２の磁性体）は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤリーダ４と反対側（樹脂基板６８の下面）に貼り付けられる。磁性材６６，６７の具体的な材料としては、フェライトが好適である。
【００４１】
図６（ａ）は、図４（ａ）に示したブースター３の上面図に、磁性材６６の平面的な設置領域を図示したものである。同様に、図６（ｂ）は、ブースター３の下面図に、磁性材６７の平面的な設置領域を図示したものである。
【００４２】
図６（ａ）に示すように、平面的に見ると、磁性材６６はブースターコイル３０を覆うように配置される。つまり、磁性材６６は、平面的に見てカップリングコイル２１と重複する位置に配置される。一方、磁性材６７は、図６（ｂ）に示すように、平面的に見てブースターコイル３１と重複する位置に配置される。ただし、磁性材６７は、平面的に見てカップリングコイル２１（ブースターコイル３０）と重複する部分、及び平面的に見てブースターコイル３１中央部（導体パターンが存在しない空間領域）と重複する部分に切り抜き部６７ａを有している。つまり、磁性材６７は、これらの部分には配置されていない。
【００４３】
磁性材６６，６７を以上のように配置したことにより、ＲＦＩＤシステム１では、次のような効果が得られる。まず、磁性材６７を設けたことで、電池パック５２（図２）がブースターコイル３１の近傍に存在することにより生じ得る周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。また、磁性材６６を設け、かつ磁性材６７には平面的に見てブースターコイル３０と重複する部分に切り抜き部６７ａを設けたので、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できる。
【００４４】
また、ブースターコイル３１中央部と重複する部分にも切り抜き部６７ａを設けたことにより、電池パック５２による周波数ずれや通信距離の低下の抑制効果をそれほど損なわずに、ブースターコイル３１中央部に、他の電子部品を配置することが可能になる。ただし、磁性材６７の切り抜き部６７ａが、平面的に見てブースターコイル３１中央部と重複する部分にも存在することは必須ではない。つまり、図７に示すように、切り抜き部６７ａを、ブースターコイル３０と重複する部分にのみ設けることとしてもよい。こうすれば、より効果的に、電池パック５２による周波数ずれや通信距離の低下を抑制できる。
【００４５】
以下、比較例を示しながら、ブースター３を用いることによる上記効果について、より詳しく説明する。
【００４６】
まず初めに、磁性材６７を設けたことによる効果について説明する。
【００４７】
図８及び図９は、磁性材６７による効果の確認のため、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６６を省いた構成を有するブースター３ａ（実施例１）を示している。また、図１０及び図１１は、比較例として、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６６，６７を省いた構成を有するブースター３ｘ（比較例１）を示している。
【００４８】
なお、ブースター３内のブースターコイル３０とＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１との距離は１ｍｍとした。また、コイル３０，３１，２１の大きさはそれぞれ５ｍｍ角，４１ｍｍ×３６ｍｍ角，２ｍｍ×１．２ｍｍ角とし、ブースターコイル３０，３１のインダクタンスは１．５μＨ、カップリングコイル２１のインダクタンスは０．３５μＨとした。また、磁性材６６には厚さ０．１ｍｍのフェライトを用いた。
【００４９】
図１２（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面のブースター３ａ近傍の磁場分布を示す図である。また、図１２（ｂ）は、比較例１での電磁界シミュレーション結果において、図１０（ｂ）に示した断面のブースター３ｘ近傍の磁場分布を示す図である。
【００５０】
図１２（ａ）と図１２（ｂ）とを比較すると明らかなように、ブースター３ａ（実施例１）では、ブースター３ｘ（比較例１）に比べて磁場の広がりが大きくなっている。つまり、磁性材６７を設けたことで、ブースター３ａの下面側（ＲＦＩＤ２側）に存在する電池パック５２（図２）の影響による磁場の乱れが抑制されている。この結果から、磁性材６７を設けたことにより、電池パック５２の存在により生じ得る周波数ずれや通信距離の低下を抑制できていることが理解される。
【００５１】
次に、磁性材６６を設けたことによる効果について説明する。
【００５２】
図１３及び図１４は、磁性材６６による効果の確認のため、図５及び図７に示したブースター３から磁性材６７を省いた構成を有するブースター３ｂ（実施例２）を示している。
【００５３】
ブースター３ｂ（実施例２）について読み出し時のブースターコイル３１の出力パワーを測定したところ、−２０．５９ｄＢであった。また、ＲＦＩＤリーダ４との通信距離は最大で４０ｍｍであった。一方、ブースター３ｘ（比較例１）についても同様に測定したところ、それぞれ−２４．０３ｄＢ、２７ｍｍであった。以上の結果から、磁性材６６を用いることにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【００５４】
次に、磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことによる効果について説明する。ここでは、図１３及び図１４に示した実施例２によるブースター３ｂを用い、ブースターコイル３０と重複する部分に切り抜き部６７ａを有することの効果について説明する。
【００５５】
図１５及び図１６は、比較例として、図８及び図９に示したブースター３ａ（実施例１）から切り抜き部６７ａを省いた構成を有するブースター３ｙ（比較例２）を示している。つまり、ブースター３ｙ（比較例２）では、ブースターコイル３０と重複する部分にも磁性材６７が設けられている。
【００５６】
図１７（ａ）は、実施例１での電磁界シミュレーション結果において、図８（ｂ）に示した断面のブースター３ａ近傍の磁場分布を示す図であり、図１２（ａ）の再掲である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）をＲＦＩＤ２近傍で拡大した拡大図である。図１７（ｃ）は、比較例２での電磁界シミュレーション結果において、図１６（ｂ）に示した断面のブースター３ｙ近傍の磁場分布を示す図である。図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）をＲＦＩＤ２近傍で拡大した拡大図である。
【００５７】
図１７（ｂ）と図１７（ｄ）とを比較すると明らかなように、ブースター３ｂ（実施例２）ではブースター３ｙ（比較例２）に比べてカップリングコイル２１とブースター３との間の磁場が強くなっている。このことは、ブースター３ｂ（実施例２）では、ブースター３ｙ（比較例２）に比べてブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが強く磁気結合していることを示している。この結果から、磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【００５８】
磁性材６７に切り抜き部６７ａを設けたことで、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１の結合を改善しつつ、金属の影響緩和効果を保つことができる。さらに、磁性材６６を設けたことで、より一層ブースターコイル３０とカップリングコイル２１との結合を強めることができる。その結果、通信距離が大幅に向上できるだけでなく、カップリングコイル２１とブースターコイル３０のギャップも広げることができ、使用できる自由度を増すことが可能となっている。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【００６０】
例えば、上記実施の形態ではＲＦＩＤ内のカップリングコイルとブースター３とを磁気結合させるために、平面スパイラル構造を有する小型のブースターコイル３０を設けたが、ＲＦＩＤシステム１に求められる条件によっては、このようなブースターコイル３０を設けなくてもよい場合もある。
【００６１】
図１８は、この場合のブースター３の例を示している。図１８に示すように、本変形例によるブースター３では、ブースターコイル３１の一部分（角部付近）が、ＲＦＩＤ２と結合するブースターコイル３０としての役割を果たす。なお、ブースターコイル３０としての役割を果たすブースターコイル３１の部分をメアンダ構造としてもよい。磁性材６６及び磁性材６７の切り抜き部６７ａの配置は、このブースターコイル３０に基づいて、上記実施の形態と同様に決定される。
【００６２】
また、上記実施の形態では、平面的に見てブースターコイル３１の一部分と重複する位置にブースターコイル３０を設けたが、平面的に見てブースターコイル３１と重複しない位置にブースターコイル３０を設けてもよい。前者では後者に比べて省スペース化が可能であるのに対し、後者によれば、ブースターコイル３０，３１間での磁界の干渉を防げるため、より効率よく磁気結合することが可能になる。
【００６３】
図１９は、平面的に見てブースターコイル３１と重複しない位置にブースターコイル３０を設けた変形例によるブースター３の上面図である。また、図２０は、図１９に示したブースター３の上面図に、磁性材６６，６７の平面的な設置領域を図示したものである。図１９及び図２０において各構成に付した符号は、図４及び図６に付したものと同様である。
【００６４】
図１９に示すように、本変形例によるブースターコイル３０及びキャパシタ３２は、ブースターコイル３１の外側に設けられる。また、磁性材６６は、上記実施の形態と同様に、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤ２（図１及び図３参照）と反対側（図２０では図面手前側）に貼り付けられる。一方、磁性材６７は、ブースターコイル３１を挟んでＲＦＩＤリーダ４（図１参照）と反対側（図２０では図面奥側）に貼り付けられる。
【００６５】
本変形例では、磁性材６７に、図７に示したような切り抜き部６７ａは設けられていない。しかしながら、ブースターコイル３０がブースターコイル３１の外側に設けられるため、磁性材６７は、平面的に見てブースターコイル３０と重複する部分には配置されていない。したがって、ブースターコイル３０とＲＦＩＤ２のカップリングコイル２１とは効率よく磁気結合できるようになっている。
【００６６】
図２１は、本変形例において磁性材６６を設けたことによる効果の説明図である。同図は、磁性材６６及び電池パック５２（図２参照）の有無ごとに通信距離を実測した結果を示す図である。なお、図２１の測定では、図１３に示した例と同様に、磁性材６７を省いた構成を前提とした。また、ブースター３内のブースターコイル３０とＲＦＩＤ２内のカップリングコイル２１との距離は１ｍｍとした。また、コイル３０及びコイル３１を含むブースター３の大きさは６０ｍｍ×３６ｍｍ角とした。カップリングコイル２１及び磁性材６６には、上記実施の形態と同様のものを用いた。
【００６７】
図２１に示すように、電池パック５２が存在しなければ磁性材６６を設けなくてもある程度の通信距離が得られるが、電池パック５２が存在すると、磁性材６６を設けた場合にはある程度（約３０ｍｍ）の通信距離が得られるが、磁性材６６を設けない場合にはほとんど通信距離が得られない。この結果から、本変形例においても、磁性材６６を設けることにより、ブースターコイル３０とカップリングコイル２１とが効率よく磁気結合できるようになったことが理解される。
【符号の説明】
【００６８】
１ ＲＦＩＤシステム
２ ＲＦＩＤ
３ ブースター
４ ＲＦＩＤリーダ
２０ ＩＣチップ
２１ カップリングコイル
２１ａ，２１ｂ 引出導体
２２ 基板
２３ 配線パターン
２４ コイル部品
２５ 樹脂層
２６ 磁性体基板
３０ ブースターコイル（第２のコイル）
３１ ブースターコイル（第１のコイル）
３２ キャパシタ
４１ コイル
５０ 筐体
５１ 電池の蓋
５２ 電池パック
６０ 上層導体パターン
６１ 下層導体パターン
６２，６３ スルーホール導体
６６ 磁性材（第１の磁性体）
６７ 磁性材（第２の磁性体）
６７ａ 磁性材６７の切り抜き部
６８ 樹脂基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体と、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、
前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とするブースター。
【請求項２】
前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、
前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されないことを特徴とする請求項１に記載のブースター。
【請求項３】
前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、
前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されることを特徴とする請求項１に記載のブースター。
【請求項４】
前記コイルは、
前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合する第１のコイルと、
前記カップリングコイルと磁気結合する第２のコイルとを含み、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項５】
前記コイルは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有する平面コイルを含み、該平面コイルの一部分によって前記前記カップリングコイルと磁気結合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項６】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体とを備えることを特徴とするブースター。
【請求項７】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、
前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とするブースター。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のブースターと、
前記ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のＲＦＩＤシステムを搭載することを特徴とする無線通信機。
【請求項１】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体と、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、
前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とするブースター。
【請求項２】
前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、
前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されないことを特徴とする請求項１に記載のブースター。
【請求項３】
前記コイルは中央部に空間を有する平面コイルを含み、
前記第２の磁性体は、平面的に見て前記中央部と重複する位置にも配置されることを特徴とする請求項１に記載のブースター。
【請求項４】
前記コイルは、
前記ＲＦＩＤリーダと磁気結合する第１のコイルと、
前記カップリングコイルと磁気結合する第２のコイルとを含み、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項５】
前記コイルは、前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有する平面コイルを含み、該平面コイルの一部分によって前記前記カップリングコイルと磁気結合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブースター。
【請求項６】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤと反対側の、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置に配置される第１の磁性体とを備えることを特徴とするブースター。
【請求項７】
ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダとの間に設けられるブースターであって、
前記ＲＦＩＤ内のカップリングコイルに比べて大きな面積を有し、かつ前記ＲＦＩＤリーダ及び前記カップリングコイルと磁気結合するコイルと、
前記コイルを挟んで前記ＲＦＩＤリーダと反対側の、平面的に見て前記コイルと重複する位置に配置される第２の磁性体とを備え、
前記第２の磁性体は少なくとも、平面的に見て前記カップリングコイルと重複する位置には配置されないことを特徴とするブースター。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のブースターと、
前記ブースターと磁気結合するＲＦＩＤとを備えることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のＲＦＩＤシステムを搭載することを特徴とする無線通信機。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１０３５３３（Ｐ２０１１−１０３５３３Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７０６３（Ｐ２００９−２５７０６３）
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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