环形天线以及环形天线的设计方法技术

本发明专利技术提供一种环形天线和环形天线的设计方法，即使在无法将与主环路(1)连接的电容(C

Ring antenna and its design method

The invention provides a design method of a ring antenna and a ring antenna, even if the capacitance (c) which cannot be connected with the main loop (1) is

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环形天线以及环形天线的设计方法
本专利技术涉及能够有助于扩大使用了磁场的无线系统的区域的环形天线。
技术介绍
近年来，在利用了NFC(NearFieldCommunication：近场通信)等无线通信技术的认证系统中，有意地限制认证区域来进行与用户的意图和行动联动的服务(专利文献1～3)。在利用磁场形成认证区域的情况下，使用环形天线(线圈：coil)，通过在天线中通过电流而在天线面上形成球状的磁场分布。磁场的距离衰减特性比电波急剧，具有能够明确地区别无线区域的边界的优点。从扩大无线区域的观点出发，磁场的急剧的距离衰减特性也是缺点。在利用了磁场的无线系统中扩大无线区域的情况下，需要向天线提供大的电流，消耗功率非常大。作为解决这样的问题的手段，提出了通过利用磁共振效应，不增加消耗电流地放大磁场的方法(专利文献4、5)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5684695号公报专利文献2：日本专利第5914368号公报专利文献3：日本专利第5813672号公报专利文献4：日本专利第6077036号公报专利文献5：日本专利第6077148号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题为了利用共振来放大磁场，需要将分别安装在强耦合的2个环形天线上的电容的电容值设定为适当的值。为了将电容的电容值设定为最佳值，可变电容是方便的。在考虑到实用方面的情况下，要求可靠性和低成本化，因此要求利用固定电容。但是，对于固定电容来说，难以将电容值设定为最佳值。因此，要求一种即使电容的电容值不完全与最佳值一致也得到比较大的磁场的方法。本专利技术就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于：即使天线所附带的电容的电容值不完全与最佳值一致，也得到比较大的磁场。用于解决问题的手段本专利技术的一个方式的环形天线的特征在于，具备：主环路，其是与信号源或接收电路连接的开放环路；放大用环路，其是具有与上述主环路相同的形状的闭合环路；第一电阻，其与上述主环路串联连接；第一电容，其与上述主环路串联连接；第二电阻，其与上述放大用环路串联连接；第二电容，其与上述放大用环路串联连接，其中，上述主环路与上述放大用环路的自感相等，上述第一电阻的电阻值是比上述第二电阻的电阻值大的值，上述第一电容和上述第二电容的至少任意一个是固定电容，通过上述第一电阻的电阻值、上述第二电阻的电阻值、上述第一电容的电容值、上述第二电容的电容值以及上述自感来表示流过上述放大用环路的电流的大小，在以上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值为轴的正交坐标中，上述电流的大小为极大的上述第一电容的电容值与上述第二电容的电容值的组合被表示为穿过使上述电流的大小最大化时的上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值所示的最佳点的最优曲线或最优直线，根据上述最优曲线或上述最优直线决定上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值的组合。专利技术效果根据本专利技术，即使天线所附带的电容的电容值不完全与最佳值一致，也能够得到比较大的磁场。附图说明图1是表示本实施方式的环形天线的结构的图。图2是表示图1的环形天线的等价电路的图。图3是表示与主环路和放大用环路连接的电容的电容值与流过放大用环路的电流的关系的图。图4是表示显示出将固定电容与主环路连接时的放大用环路的电容的最优电容值的曲线的图。图5是表示显示出将固定电容与放大用环路连接时的主环路的电容的最优电容值的曲线的图。图6是表示对图5的曲线进行近似所得的直线的图。图7是表示本实施方式的其他环形天线的结构的图。具体实施方式以下，使用附图说明本专利技术的实施方式。图1是表示本实施方式的环形天线的结构的图。图1所示的环形天线是共振型的环形天线，具备主环路1和放大用环路2。主环路1是卷绕在由磁性体或绝缘体形成的棒状的杆3上的线圈。主环路1的匝数是1以上，在图1的例子中，匝数是5。电阻R1和电容C1与主环路1串联连接。主环路1是具有用于连接信号源5或接收电路(未图示)的端子T、T的开放环路。放大用环路2是在从主环路1离开的位置处卷绕在杆3上的线圈。放大用环路2的匝数是1以上，在图1的例子中，匝数是5。电阻R2和电容C2与放大用环路2串联连接。放大用环路2是不具备端子的闭合环路。主环路1和放大用环路2的几何形状相同。因此，双方的自感L相等。另外，主环路1和放大用环路2也可以被卷绕在杆3上的相同位置。如果从信号源5向主环路1供给交流的电流I1，则由于主环路1和放大用环路2之间的互感，在放大用环路2中流过交流的电流I2。如果使电阻R2的电阻值小于电阻R1的电阻值，则电流I2的大小变得比电流I1的大小更大。由此，能够扩大通过环形天线产生的磁场的区域。此外，图1表示将信号源5与主环路1的端子T、T连接并将环形天线用作发送天线的结构，但也可以代替信号源5而将接收电路与端子T、T连接，将环形天线用作接收天线。在该情况下，由于从外部接收的磁场，在放大用环路2中积蓄大的电流I2。由于存在互感，所以流过主环路1的电流I1也比不存在放大用环路2的情况大。因此，从发送侧看来，磁场的区域扩大了。接着，说明用于使电流I2最大化的电容C1、C2的最佳值。电流I2的大小依存于信号源5产生的信号的频率f、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2以及环路形状等多个要素。因此，理想的是调整电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2的各值，使电流I2最大化。在电阻R2的值比电阻R1的值小的情况下，如果将电容C1、C2的值设定为根据以下公式(1)、(2)求出的最佳值C1opt、C2opt，则能够使电流I2最大化。[公式1][公式2]其中，ω是信号源5产生的信号的角频率。通过对图1的环形天线的等价电路进行分析或模拟，能够容易地求出电流I2的大小。在图2中，表示图1的环形天线的等价电路。在图3中，表示分析图2的等价电路而得到的电容C1、C2的值与电流I2的大小的关系。图3将从信号源5产生的信号的频率f设为10MHz，将电压Vin设为1V，将主环路1和放大用环路2的自感L设为1为感，将电阻R1设为100Ω，将电阻R2设为1Ω，描绘出分析等价电路而得的结果。在图3中，分别将电容C1、C2的值作为横轴和纵轴，用连接电流I2的大小相等的点的等高线(电流I2的等高线)表示电容C1、C2的值与电流I2的大小的关系。如果将上述条件用于公式(1)、(2)，则能够得到以下公式(3)所示的电容C1、C2的最佳值C1opt、C2opt。[公式3]如果观察图3，则可知在电容C1、C2的值满足公式(3)时，电流I2确实成为最大(50mA)。即，为了使电流I2最大化，需要对电容C1、C2的双方使用可变电容，并进行微调来使电容C1、C2的电容值与公式(3)的值完全一致。但是，在对电容C1、C2的至少任意一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形天线，其特征在于，具备：/n主环路，其是与信号源或接收电路连接的开放环路；/n放大用环路，其是具有与上述主环路相同的形状的闭合环路；/n第一电阻，其与上述主环路串联连接；/n第一电容，其与上述主环路串联连接；/n第二电阻，其与上述放大用环路串联连接；以及/n第二电容，其与上述放大用环路串联连接，/n上述主环路与上述放大用环路的自感相等，/n上述第一电阻的电阻值是比上述第二电阻的电阻值大的值，/n上述第一电容和上述第二电容的至少任意一个是固定电容，/n通过上述第一电阻的电阻值、上述第二电阻的电阻值、上述第一电容的电容值、上述第二电容的电容值以及上述自感来表示流过上述放大用环路的电流的大小，/n在以上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值为轴的正交坐标中，上述电流的大小为极大的上述第一电容的电容值与上述第二电容的电容值的组合被表示为穿过使上述电流的大小最大化时的上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值所示的最佳点的最优曲线或最优直线，/n根据上述最优曲线或上述最优直线决定上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值的组合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170620 JP 2017-1201961.一种环形天线，其特征在于，具备：
主环路，其是与信号源或接收电路连接的开放环路；
放大用环路，其是具有与上述主环路相同的形状的闭合环路；
第一电阻，其与上述主环路串联连接；
第一电容，其与上述主环路串联连接；
第二电阻，其与上述放大用环路串联连接；以及
第二电容，其与上述放大用环路串联连接，
上述主环路与上述放大用环路的自感相等，
上述第一电阻的电阻值是比上述第二电阻的电阻值大的值，
上述第一电容和上述第二电容的至少任意一个是固定电容，
通过上述第一电阻的电阻值、上述第二电阻的电阻值、上述第一电容的电容值、上述第二电容的电容值以及上述自感来表示流过上述放大用环路的电流的大小，
在以上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值为轴的正交坐标中，上述电流的大小为极大的上述第一电容的电容值与上述第二电容的电容值的组合被表示为穿过使上述电流的大小最大化时的上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值所示的最佳点的最优曲线或最优直线，
根据上述最优曲线或上述最优直线决定上述第一电容的电容值和上述第二电容的电容值的组合。


2.根据权利要求1所述的环形天线，其特征在于，
上述第一电容是固定电容，
用下式表示上述最优曲线：
[公式11]
C2＝f(C1；ω，L，R1)



其中，C1是上述第一电容的电容值，C2是上述第二电容的电容值，L是上述主环路和上述放大用环路的自感，ω是施加到上述主环路的信号的角频率，R1是上述第一电阻的电阻值。


3.根据权利要求1所述的环形天线，其特征在于，
上述第二电容是固定电容，
用下式表示上述最优曲线：
[公式12]
C1＝f（C2；ω，L，R2)



其中，C1是上述第一电容的电容值，C2是上述第二电容的电容值，L是上述主环路和上述放大用环路的自感，ω是施加到上述主环路的信号的角频率，R2是上述第二电阻的电阻值。

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木爱一郎，小馆淳一，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP