CN101888021B - 线圈形天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使接近导体板配置也发挥作用，且与通信匹配侧天线的耦合度高的小型的一种线圈形天线。下层线圈导体部(11U)和上层线圈导体部(11S)分别为大致呈矩形的螺旋状，通过将下层线圈导体部(11U)内侧的端部与上层线圈导体部(11S)内侧的端部导通而将两者串联连接。对于下层线圈导体部(11U)及上层线圈导体部(11S)，与磁性体芯(1)的轴向平行的轴平行部(PA)的配置间隔比与磁性体芯(1)的轴向正交的轴正交部(CA)的配置间隔窄。并且，以上层线圈导体部(11S)的轴平行部(PA)相对于下层线圈导体部(11U)的轴平行部(PA)重叠的方式配置。

Description

线圈形天线

技术领域

本发明涉及一种线圈形天线，其用于通过电磁场信号与外部设备进行通信的RFID(Radio Frequency Identification：无线电频率识别)系统等。

背景技术

搭载于在RFID系统中使用的携带式电子设备的线圈形天线例如专利文献1、专利文献2、专利文献3中所述。

图1是表示专利文献1中所述的天线线圈的结构的俯视图。图1所示的天线线圈30具有：在薄膜32a上的平面内将导体31(31a、31b、31e、31d)卷绕成螺旋状而构成的空芯线圈32、以与该空芯线圈32的平面大致平行的方式插入空芯线圈32中的平板状的磁芯构件33。在空芯线圈32上设置有孔32d，磁芯构件33插入该孔32d中。第一端子31a与连结导体31e通过通孔32b连结，第二端子31b与连结导体31e通过通孔32c连结。并且，该磁性体天线配置在导电板34上。

并且，专利文献2的天线线圈构成为，使由平面体构成的天线磁心插通于天线线圈的空芯部内，并且与天线线圈在实质上构成同一平面。

在专利文献3中的线圈形天线中，卷绕在平面上的多个线圈在同一中心轴上配置为多层，各层的线圈串联连接，在各层线圈间配设有导磁率高的构件。

专利文献1：日本特开2002-325013号公报

专利文献2：日本特开2002-373319号公报

专利文献3：日本特开2005-94319号公报

一般来说，只要线圈形天线得到为了以规定的共振频率共振而需要的电感，则线圈的卷数越多、线圈的损失越小、磁心越粗，作为线圈形天线的特性越提高，通信性能变好。但是，在专利文献1～3中所示的线圈形天线中存在如下述的问题。

专利文献1、2的天线线圈存在下述问题：若想增加线圈的卷数则必须使磁性体芯变细，若磁性体芯变粗则无法增加线圈的卷数，若使线圈导体的线宽变细而增加卷数则线圈的损失变大。

另外，如图1所示，专利文献1的天线线圈为与平行于背后的导电板34的磁通量耦合的结构。因此，在例如搭载于携带式电话机终端时，若与框体内部的电路基板平行地安装，则产生无法将携带式电话机终端上升到到相对于读写器的面平行而使用的问题。

在专利文献3的线圈形天线中，由于导磁率高的构件(磁性体芯)朝向纵向，因此若将线圈形天线配置在导体板上则无法通信。

发明内容

在此，本发明的目的在于提供一种线圈形天线，其即使接近导体板配置也发挥作用，且与通信匹配侧线圈的耦合度高的小型的线圈形天线。

为了解决上述问题，本发明的线圈形天线如下述构成。

(1)具有形成有线圈导体的挠性基板和板状的磁性体芯，

在所述线圈导体中，与所述磁性体芯的轴平行的部分的配置间隔比与所述磁性体芯的轴正交的部分的配置间隔窄。

(2)所述线圈导体构成为多层，在各层的线圈导体中，与所述磁性体芯的轴平行的部分配置在互相重叠的位置。

(3)所述线圈导体在线圈导体开口部的周围形成为螺旋状，所述挠性基板在所述线圈导体的线圈导体开口部形成有孔，所述磁性体芯被插通于所述孔中。

(4)所述线圈导体形成为矩形的螺旋状且具有与所述磁性体芯的轴平行的部分和与所述磁性体芯的轴正交的部分，与所述磁性体芯的轴平行的部分和与所述磁性体芯的轴正交的部分各自形成在两个部位，所述磁性体芯覆盖所述线圈导体中与所述磁性体芯的轴正交的两个部位中之一的部分。

(5)所述线圈导体在线圈导体开口部的周围形成为螺旋状，所述挠性基板配置为在所述线圈导体的线圈导体开口部折弯且包围所述磁性体芯。

发明效果

根据本发明，能够取得如下效果。

(A)即使接近导体板配置也发挥作用，能够通信。

(B)由于能够在同样的天线尺寸中使磁性体芯变粗，因此通过磁性体芯的磁通量变多，通信性能变好。

(C)由于能够在同样的天线尺寸中使线圈的线宽变粗，因此线圈的损失变小，通信性能变好。

(D)由于能够使线圈图案的间距变宽，因此与通信匹配侧的天线线圈的耦合系数变大，通信性能变好。

附图说明

图1是表示专利文献1中所述的线圈形天线的结构的主视图。

图2是表示第一实施方式所涉及的线圈形天线的结构的图。图2(A)是挠性基板101的俯视图。图2(B)是表示线圈导体11的上层线圈导体部11S的形状的图。图2(C)是表示线圈导体11的下层线圈导体部11U的形状的图。图2(D)是表示下层线圈导体部11U与上层线圈导体部11S重叠的状态的图。

图3(A)是线圈形天线201的俯视图，图3(B)是主视图。

图4是表示线圈的长度L与耦合系数的关系的图。

图5(A)是第二实施方式所涉及的线圈形天线202的俯视图，图5(B)是具有线圈形天线202的天线装置整体的主视图。

图6(A)是第三实施方式所涉及的线圈形天线203的俯视图，图6(B)是线圈形天线203的仰视图。图6(C)是具有线圈形天线203的天线装置整体的主视图。

附图标号说明

CA轴正交部

CW线圈导体开口部

PA轴平行部

S孔

1磁性体芯

2平面导体

10基材

11线圈导体

11S上层线圈导体部

11U下层线圈导体部

12、13端子电极

101～103挠性基板

201～203线圈形天线

具体实施方式

<第一实施方式>

图2是表示第一实施方式所涉及的线圈形天线的结构的图。

图2(A)是作为线圈形天线的一个构成要素的挠性基板101的俯视图。挠性基板101由基材10和线圈导体11构成。线圈导体11形成在基材10的上表面上。

图2(B)是表示所述线圈导体11的上层线圈导体部11S的形状的图。图2(C)是表示所述线圈导体11的下层线圈导体部11U的形状的图。并且，图2(D)是表示所述下层线圈导体部11U和所述上层线圈导体部11S重叠后的状态的图。

所述下层线圈导体部11U及所述上层线圈导体部11S分别为大致呈矩形的螺旋状，在下层线圈导体部11U和上层线圈导体部11S之间存在绝缘层。但是，下层线圈导体部11U的内侧的端部与上层线圈导体部11S的内侧的端部导通，从而两者串联连接。这样，所述线圈导体11在线圈导体开口部CW的周围形成为螺旋状。

在挠性基板101上设置有与上层线圈导体部11S的外侧的端部连接的端子电极12。并且，设置有与下层线圈导体部11U的外侧的端部导通的端子电极13。

另外，下层线圈导体部11U和上层线圈导体部11S也可以代替在挠性基板的基材的单面重叠形成，而在挠性基板的基材的两面分别形成。

如图2(A)所示，在挠性基板101的基材10上形成有孔(狭缝)S，该孔S形成在与所述线圈导体开口部CW对应的位置。

图3(A)是线圈天线201的俯视图，图3(B)是主视图。

由矩形板状的铁素体板形成的磁性体芯1插通在挠性基板101的孔S中。由此，构成线圈天线201。通过将该线圈天线201接近平面导体2配置从而构成天线装置。平面导体2为安装线圈形天线201的电路基板等。线圈天线201以图3(A)中所示的端子电极12、13的形成面与平面导体(电路基板)2对置的方式配置。

如图2(A)所示，对于下层线圈导体部11U及上层线圈导体部11S，与磁性体芯1的轴向(图的左右方向)(磁路方向)平行的轴平行部PA的配置间隔比与磁性体芯1的轴正交的轴正交部CA的配置间隔窄。进而，在本例中，以上层线圈导体部11S的轴平行部PA相对于下层线圈导体部11U的轴平行部PA重叠的方式配置。

因此，能够在同样天线尺寸中使磁性体芯更粗，能够在同样的天线尺寸中使线圈的线宽更宽，能够使线圈图案的间隔更宽。

在此，示出表示线圈损失的电阻值和表示通信性能的好坏的耦合系数(与通信匹配侧的线圈形天线的耦合系数)的模拟结果。模拟的条件如下。

<各线圈形天线>

(1)第一现有结构的线圈形天线

与磁心的长平行的线圈不重叠、线圈导体的线宽较宽、磁心较细的线圈形天线

磁性体芯的尺寸14×15×0.2mm

线圈导体的线宽0.1mm

(2)第二现有结构的线圈形天线

与磁心的长平行的线圈不重叠、线圈导体的线宽较细、磁心较粗的线圈形天线

磁性体芯的尺寸17×15×0.2mm

线圈导体的线宽0.1mm

(3)本发明的线圈形天线

与磁性体芯的长平行的线圈重叠、线圈导体的线宽较宽、磁心较粗的线圈形天线

磁性体芯的尺寸17×15×0.2mm

线圈导体的线宽0.3mm

<通用项目>

通信匹配的线圈形天线的尺寸100×100mm

与通信匹配的线圈形天线的距离30mm

各线圈形天线的线圈导体的尺寸20×15mm

各线圈形天线的线圈导体的匝数(タ一ン数)6

表示线圈的损失的电阻值与表示通信性能好坏的耦合系数的关系如下。

由此，能够构成与匹配侧天线的耦合系数高且低电阻的线圈形天线。

接下来，在图4中表示线圈的长度(在磁性体芯的周围卷绕的范围内的线圈轴向的大小)L与耦合系数的关系。模拟的条件与上述的通用。

像这样，若线圈的长度L相对于磁性体芯1的轴向的长度M的比超过25％，则耦合系数达到最大值。由此，能够得到最佳的通信性能。

<第二实施方式>

图5(A)是第二实施方式所涉及的线圈形天线202的俯视图，图5(B)是具有线圈形天线202的天线装置整体的主视图。

挠性基板102由基材10和线圈导体11构成。线圈导体11形成在基材10的上表面上。

与第一实施方式的情况相同地，线圈导体11由分别大致呈矩形的螺旋状的下层线圈导体部及上层线圈导体部构成。与第一实施方式所示的线圈形天线的不同之处在于，线圈形天线202以挠性基板102与磁性体芯1重叠的方式配置。

线圈导体11具有与磁性体芯1的轴平行的轴平行部PA和与磁性体芯1的轴正交的轴正交部CA，轴平行部PA的配置间隔比轴正交部CA的配置间隔窄。

磁性体芯1覆盖线圈导体11的两个轴平行部PA中的之一部分。

即使为这样的结构，与第一实施方式的情况相同地，能够构成与匹配侧天线的耦合系数高且抵电阻的线圈形天线。并且，能够构成即使与导体板接近配置也发挥作用的小型线圈形天线。

<第三实施方式>

图6(A)是第三实施方式所涉及的线圈形天线203的俯视图，图6(B)是线圈形天线203的仰视图，图6(C)是具有线圈形天线203的天线装置的整体的主视图。

挠性基板103由基材10和线圈导体11构成。线圈导体11形成在基材10的一个表面上。

与第一、第二实施方式的情况相同地，线圈导体11由分别大致呈矩形的螺旋状的下层线圈导体部及上层线圈导体部构成。与第二实施方式所示的线圈形天线的不同之处在于，线圈形天线203以挠性基板103折弯且包围磁性体芯1的方式配置。

线圈导体11具有与磁性体芯1的轴平行的轴平行部PA和与磁性体芯1的轴正交的轴正交部CA。

挠性基板103配置为以通过线圈导体11的线圈导体开口部CW的线路弯折且包围磁性体芯1。

即使为像这样的结构，也与第一、第二实施方式的情况相同地，能够构成与匹配侧天线的耦合系数高且低电阻的线圈形天线。并且，能够构成即使接近导体板配置也发挥作用的小型的线圈天线。

Claims (4)

1.一种线圈形天线，具有:形成有线圈导体的挠性基板;板状的磁性体芯，所述线圈形天线的特征在于，

在所述线圈导体中，与所述磁性体芯的轴平行的部分的配置间隔比与所述磁性体芯的轴正交的部分的配置间隔窄，

所述线圈导体构成为多层，

在各层的线圈导体中，与所述磁性体芯的轴平行的部分配置在互相重叠的位置，

并且，在各层的线圈导体中，下层线圈导体(11U)的与所述磁性体芯(1)的轴正交的轴正交部(CA)的内侧的端部与上层线圈导体(115)的与所述磁性体芯(1)的轴正交的轴正交部(CA)的内侧的端部导通，从而两者串联连接，

所述上层线圈导体(llS)的轴正交部(CA)的外侧的端部与所述挠性基板(101)上的端子电极(12)连接，所述下层线圈导体(11U)的轴正交部(CA)的外侧的端部与所述挠性基板(101)上的另一端子电极(13)导通，

所述上层线圈导体(llS)的轴正交部(CA)中每一条线与所述下层线圈导体(llU)的轴正交部(CA)中每一条线，在所述内侧的端部和所述外侧的端部以外的部分，俯视状态下相互交替配置。

2.根据权利要求1所述的线圈形天线，其特征在于，

所述线圈导体在线圈导体开口部的周围形成为螺旋状，所述挠性基板在所述线圈导体的线圈导体开口部形成有孔，所述磁性体芯被插通于所述孔中。

3.根据权利要求1所述的线圈形天线，其特征在于，

所述线圈导体形成为矩形的螺旋状且在两个部位分别具有与所述磁性体芯的轴平行的部分和与所述磁性体芯的轴正交的部分，

所述磁性体芯覆盖所述线圈导体中与所述磁性体芯的轴正交的两个部位中之一的部分。

4.根据权利要求1所述的线圈形天线，其特征在于，

所述线圈导体在线圈导体开口部的周围形成为螺旋状，所述挠性基板配置为在所述线圈导体的线圈导体开口部折弯且包围所述磁性体芯。

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