CN103703617A - 磁性体天线、天线装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

磁性体天线（1）包括：磁性体层（10），该磁性体层（10）由多个磁性体层叠而成；线圈导体图案（11），该线圈导体图案（11）使卷绕轴方向与正交于磁性体层（10）的层叠方向的方向相一致地卷绕在磁性体层（10）上；电介质层（30），该电介质层（30）层叠在磁性体层（10）的外层；以及导电图案（31），该导电图案（31）设置在电介质层（30）中，并进行接地连接。导电图案（31）至少一部分与沿着磁性体层（10）的外层的线圈导体图案（11）相对，从而构成寄生电容。由此，提供一种能实现安装的设备的节省空间化的磁性体天线、天线装置及电子设备。

Description

磁性体天线、天线装置及电子设备

技术领域

本发明涉及将线圈导体卷绕在磁性体层上而成的磁性体天线、天线装置及电子设备。

背景技术

在专利文献1中公开了以下结构的磁性体天线，该磁性体天线将线圈导体以卷绕轴方向与层叠方向正交的方式卷绕在磁性层上，为了避免线圈导体与外部的金属物接触，在磁性层的最外层层叠了绝缘层。根据该磁性体天线，为了在接近金属物时防止磁性体天线的特性发生变化而导致谐振频率发生变化，在绝缘层上设置了导电层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007－19891号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在将天线在HF频带下进行使用的情况下，需要将天线与截断高次谐波分量的低通滤波器（LPF）相连接，需要在进行安装的基板上确保LPF的设置空间。在类似专利文献1中记载的磁性体天线中，尽管能够减小磁性体天线的设置空间，但还是需要进一步确保LPF的设置空间。因此，在专利文献1中，存在以下问题：即，难以实现安装磁性体天线的设备的小型化。

因此，本发明的目的在于提供一种能实现安装的设备的节省空间化的磁性体天线、天线装置及电子设备。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的磁性体天线的特征在于，包括：磁性体层；线圈导体，该线圈导体卷绕在所述磁性体层上；电介质层，该电介质层层叠在所述磁性体层的外层；以及导体图案，该导体图案设置在所述电介质层中，并与接地电位相连接，所述线圈导体具有与所述导体图案平行的卷绕轴，所述导体图案至少一部分与沿着所述磁性体层的外层的所述线圈导体相对，从而形成寄生电容。

在该结构中，通过在线圈导体与导体图案之间形成寄生电容，从而能构成包括线圈导体的电感器分量和由寄生电容形成的电容器分量的LPF。由此，能构成具有LPF的磁性体天线，因此，无需确保设置LPF的空间。因此，能实现节省空间化。

本发明所涉及的磁性体天线也可以具有以下的结构：即，所述导体图案在所述电介质层中形成有多个。

在该结构中，通过设置多个导体图案，从而能调节导体图案与线圈导体之间的寄生电容的电容值。

本发明所涉及的磁性体天线也可以具有以下的结构：即，所述电介质层由多层构成，多个所述导体图案分别形成在不同的层中。

在该结构中，通过调节线圈导体与导体图案之间的距离，从而能调节线圈导体与导体图案之间的寄生电容的电容值。

所述磁性体层也可以是由多层构成的结构。

由此，磁性体层也可以通过包括多层磁性体片材的层叠体来构成。

也可以具有以下的结构：即，包括：外部连接用图案，该外部连接用图案形成在所述电介质层的表面，并与所述接地电位相连接；以及通孔导体，该通孔导体形成在所述电介质层中，导通所述导体图案和所述外部连接用图案。

在该结构中，导体图案经由通孔导体及外部连接用图案与接地电位相连接。因此，能容易形成从导体图案到接地电位的走线线路。

发明的技术效果

根据本发明，通过在线圈导体与导体图案之间形成寄生电容，从而能构成包括线圈导体的电感器分量和由寄生电容形成的电容器分量的LPF。由此，能构成具有LPF的磁性体天线，因此，无需确保设置LPF的空间。因此，能实现节省空间化。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的磁性体天线的分解立体图。

图2是实施方式1所涉及的磁性体天线的侧面剖视图。

图3是实施方式1所涉及的磁性体天线的等效电路图。

图4是实施方式2所涉及的磁性体天线的侧面剖视图。

图5是表示图4所示的磁性体天线的变形例的图。

图6是表示图4所示的磁性体天线的变形例的图。

图7是实施方式3所涉及的天线装置的立体图。

图8是实施方式3所涉及的天线装置的俯视图。

图9是实施方式3所涉及的天线装置的主视图。

图10是表示天线装置的线圈天线的线圈导体中流动的电流、平面导体中流动的电流、由线圈天线所引起的磁场、由平面导体所引起的磁场各自的朝向的立体图。

图11A是具有实施方式3所涉及的天线装置的移动电话的侧面剖视图。

图11B是具有实施方式3所涉及的天线装置的移动电话的上表面透视图。

图12A是实施方式4所涉及的移动电话的侧面剖视图。

图12B是实施方式4所涉及的移动电话的上表面透视图

图13A是由增强天线和线圈天线构成的电路的等效电路图。

图13B是由增强天线和线圈天线构成的电路的等效电路图。

具体实施方式

（实施方式1）

图1是实施方式1所涉及的磁性体天线的分解立体图。图2是实施方式1所涉及的磁性体天线的侧面剖视图。

磁性体天线1由磁性体层10及电介质层20、30进行层叠而形成。磁性体层10及电介质层20、30均是具有长边方向的长方体形状。磁性体层10夹在电介质层20和30之间。以下，将磁性体层10及电介质层20、30的层叠方向作为磁性体天线1的厚度方向，将电介质层20一侧作为厚度方向的上侧，将电介质层30一侧作为下侧。此外，将与长边方向及厚度方向正交的方向作为磁性体天线1的宽度方向。

在磁性体层10中，多个具有长边方向的长方形状的磁性体片材进行层叠。磁性体例如将包含镍、锌、及铜的铁氧体和陶瓷材料作为主要成分。在磁性体层10上形成有螺旋状的线圈导体图案11，该线圈导体图案11沿着上表面及下表面（外层）、以及沿着长边方向的平行的两个侧面进行卷绕。线圈导体图案11具有与导电图案31平行的卷绕轴。线圈导体图案11例如由Ag所构成。具体而言，上表面及下表面的线圈导体图案11通过在磁性体片材表面印刷以Ag为主要成分的金属糊料并进行烧结而形成。此外，两个侧面上的线圈导体图案11例如通过形成贯通磁性体片材的通孔导体，并在该通孔导体部分进行切断来形成。该线圈导体图案11的端部位于磁性体层10的下表面。

电介质层20及电介质层30例如以陶瓷材料为主要成分。电介质层20由一层所构成，并配置在磁性体层10的上表面一侧。电介质层30利用多层（多个电介质片材）以夹着导电图案31的方式进行层叠，并配置在磁性体层10的下表面一侧。由于在磁性体层10的上表面及下表面露出线圈导体图案而形成，因此，层叠在磁性体层10的上表面及下表面的电介质层20、30防止线圈导体图案11与外部的导体或电介质等进行接触。另外，在本发明中，磁性体天线1并非必须具有设置在磁性体层10的上表面的电介质层20。

在电介质层30的内部形成有由Ag所构成的导电图案31。导电图案31与形成在磁性体层10的下表面的线圈导体图案11的至少一部分隔着间隙相对，并在与线圈导体图案11之间形成寄生电容。在本实施方式中，导电图案31形成为与形成在磁性体层10的下表面的线圈导体图案11大致全部相对。

在电介质层30的下表面形成有用于外部连接的外部连接用图案32、33、34。外部连接用图案32是接地连接端子，外部连接用图案33、34是与其它电路（例如，信号放大电路）进行连接的连接端子。外部连接用图案32、33、34分别非接触地进行排列。

在电介质层30中的导电图案31和外部连接用图案32之间形成有通孔导体35，该通孔导体35沿着厚度方向形成，并导通导电图案31和外部连接用图案32。对外部连接用图案32赋予接地电位，由此，导电图案31与接地电位相连接。

此外，在电介质层30的上表面与外部连接用图案33、34之间，沿着厚度方向形成有通孔导体36、37。通孔导体36、37各自的上端分别与从电介质层30的上表面露出并处于磁性体层10的下表面的线圈导体图案11的两个端部（线圈天线的两个端子）导通。此外，通孔导体36、37各自的下端与外部连接用图案33、34导通。即，通孔导体36、37导通线圈导体图案11和外部连接用图案33、34，外部连接用图案33、34成为由线圈导体图案11所构成的线圈天线的输入输出端子。

图3是实施方式1所涉及的磁性体天线1的等效电路图。图3的电感器L1、L2、L3、L4、L5、L6是由线圈导体图案11所构成的电感器分量。电容器C1、C2、C3、C4、C5是形成在线圈导体图案11与导电图案31之间的寄生电容。在本实施方式中，导电图案31与形成在磁性体层20的下表面的大致所有线圈导体图案11相对。因此，能增大所形成的寄生电容（电容器C1、C2、C3、C4、C5的总电容）。

如图3所示，磁性体天线1起到由串联连接的电感器L1、L2、L3、L4、L5、L6及接地连接的电容器C1、C2、C3、C4、C5所形成的多级LC低通滤波器的作用，因此，磁性体天线1能使所输入的信号的高次谐波分量（基波的二次谐波、三次谐波等频率分量）衰减，因此，能防止或抑制高次谐波分量成为噪声进行辐射。因此，能抑制噪声传到其它系统（例如UHF频带）的通信天线等中。而且，本实施方式所涉及的磁性体天线1能在一个元件上构成线圈天线及LPF，因此，能实现安装磁性体天线1的设备等的节省空间化。

此外，将作为线圈天线进行使用的线圈导体图案11的电感器分量作为LPF的电感器分量进行使用，因此，无需另外设置电感器，还能实现磁性体天线1的小型化、低高度化。而且，导电图案31还能起到磁性体天线1的下表面一侧的屏蔽电极的作用。因此，能防止来自外部的干扰，能获得特性较佳的磁性体天线。另外，在本实施方式中，磁性体层10由多个磁性体片材进行层叠而构成，但也可以由一层磁性体片材所构成。

（实施方式2）

接下来，对本发明的实施方式2进行说明。在实施方式2所涉及的磁性体天线中，与实施方式1的不同之处在于，在电介质层30上形成多个导电图案，在该导电图案与线圈导体图案11之间形成寄生电容。以下，对该不同点进行说明，对与实施方式1相同的构件标注相同的标号，并省略说明。

图4是实施方式2所涉及的磁性体天线的侧面剖视图。

在磁性体天线1A的电介质层30中的同一层上形成有导电图案311、312。在电介质层30的下表面形成有作为接地连接端子的外部连接用图案321、322。而且，在电介质层30中的导电图案311、312及外部连接用图案321、322上，沿着厚度方向形成有导通导电图案311、312与外部连接用图案321、322的通孔导体351、352。

如上所述，通过形成多个导电图案，该多个导电图案与线圈导体图案11之间形成寄生电容，并改变与导电图案311、312相对的线圈导体图案11的个数，从而能改变寄生电容的电容值。其结果是，能调节LC低通滤波器中的通频带（频率特性）。此外，由于磁性体天线1A构成线圈天线及LPF，因此，能实现安装磁性体天线1A的设备等的节省空间化。

进一步对实施方式2所涉及的磁性体天线1的变形例进行说明。

图5及图6是表示图4所示的磁性体天线1A的变形例的图。图5所示的磁性体天线1B的导电图案311、312也可以形成在电介质层30中的不同的层上。此外，也可以将图6所示的磁性体天线1C的导电图案311、312形成在电介质层30的不同的层上，并使导电图案311和312的一部分在厚度方向上重合。在该图6的结构的情况下，通过一个通孔导体351来导通导电图案311和312，并与外部连接用图案32导通。因此，在电介质层30的下表面只要形成一个作为接地连接端子的外部连接用图案32即可。

根据图5及图6所示的磁性体天线1B、1C，通过使导电图案311、312形成在电介质层30的互不相同的层上，从而能改变在线圈导体图案11与导电图案311之间所形成的寄生电容的电容值、以及在线圈导体图案11与导电图案312之间所形成的寄生电容的电容值。由此，能调节LC低通滤波器中的通频带（频率特性）。此外，即使是图5及图6所示的结构，也能实现安装磁性体天线1的设备等的节省空间化，并能调节磁性体天线1的频率特性。

（实施方式3）

实施方式3中，对具有实施方式1、2所涉及的磁性体天线1的天线装置进行说明。

本实施方式所涉及的天线装置例如在读写器中进行使用，该读写器利用于NFC（Near Field communication：近场通信）等HF频带RFID（RadioFrequency Identification：射频识别）系统。所谓的HF频带RFID系统是如下的系统：即，读写器与RFID标签以非接触方式进行通信，在读写器与RFID标签之间，例如将13.56MHz频带作为通信频率来传输信息。读写器的天线装置主要经由感应磁场来与RFID标签的天线装置进行耦合，以收发规定的信息。

图7是实施方式3所涉及的天线装置的立体图，图8是实施方式3所涉及的天线装置的俯视图，图9是实施方式3所涉及的天线装置的主视图。

天线装置100具有线圈天线101。线圈天线101由实施方式1、2所涉及的磁性体天线所构成，在磁性体铁芯（磁性体层10）的周围卷绕有线圈导体（线圈导体图案11）。在磁性体层10的下方层叠有电介质层30。另外，本实施方式所涉及的线圈天线101使用不具有实施方式1、2所说明的电介质层20的结构。

天线装置100包括：基材102，该基材102用来安装线圈天线101；以及平面导体103，该平面导体103形成在基材102上。基材102由挠性树脂所构成。平面导体103由铜、银、铝等金属膜或金属箔所构成。

线圈天线101及平面导体103以线圈天线101的线圈导体的线圈开口部与平面导体103的边缘端部相邻（接近）的位置关系进行配置。此外，如图8所示，从平面导体103的法线方向观察时，线圈天线101配置成线圈导体图案11的至少一部分与平面导体103的端部重合。

此处，在将从位于平面导体103的内侧的磁性体铁芯（磁性体层10）的端面到平面导体103的边缘端为止的距离设为d2、将从线圈导体（线圈导体图案11）的卷绕区域的平面导体103一侧的端部到平面导体103的边缘端为止的距离设为d1的情况下，优选为0＜d2。若d1较小，或者d2较大，则能起到以下的效果：即，线圈导体与平面导体103的耦合度变高，也就是说感应电流增大，其结果是，来自平面导体103的磁通变大。

图10是表示天线装置100的线圈天线101的线圈导体中流动的电流、平面导体103中流动的电流、由线圈天线101所引起的磁场、由平面导体103所引起的磁场各自的朝向的立体图。若由未图示的供电电路对线圈天线101供给电流从而在线圈导体中有电流a流动，则通过由该电流a所产生的电磁场而会在平面导体103中感应出电流b。其结果是，在线圈天线101中产生箭头A方向的磁场，在平面导体103中产生箭头B方向的磁场。在从通信对象一侧即RFID标签有磁通进入的情况下，会产生与此相反的现象。也就是说，平面导体103起到增强天线的作用，能产生比线圈天线101单体所产生的磁场要大的磁场。另外，线圈天线101也可不具有与平面导体103重合的部分，只要接近配置以使平面导体与线圈导体之间感应出电流即可。

通过对该作为增强天线发挥作用的天线装置100使用本发明的磁性体天线，从而天线装置100无需另外设置LPF，能降低辐射出的高次谐波噪声。由此，无需额外地确保用于设置LPF的空间。

以下，对具有本实施方式3所涉及的天线装置100的电子设备的具体示例进行说明。在本实施方式中，将电子设备设为移动电话。图11A是具有实施方式3所涉及的天线装置100的移动电话的侧面剖视图。图11B是移动电话的上表面透视图。

移动电话110具有安装上述线圈天线101的基材102及电池108。基材102是印刷布线基板，在基材102的安装面上进一步安装有RFID用芯片107及UHF频带的通信天线109。线圈天线101与RFID用IC芯片107相连接，并起到RFID用IC芯片107的天线的作用。而且，成为移动电话110的其它结构元器件的多个电子元器件104安装在基材102的两个安装面上。电子元器件104例如为芯片电容器、芯片线圈、电阻器或IC芯片等。此外，在基材102的内层形成有接地导体图案106。接地导体图案106取代图7等所说明的平面导体103。具体而言，若在线圈天线101中有电流流动，则通过由该电流所产生的电磁场，会在接地导体图案106中感应出图11B中所示的箭头方向的电流。其结果是，在线圈天线101中产生箭头A方向的磁场，产生与接地导体图案106相垂直的方向（在图11A中为纸面上表面方向）的磁场。在从通信对象一侧即RFID标签有磁通进入的情况下，产生与此相反的现象。

由此，通过不设置平面导体103，而将接地导体图案106用作辐射板，从而无需另外设置平面导体。此外，从RFID用IC芯片107输出的高次谐波被磁性体天线1除去，因此，能防止对通信天线109或其它外围设备的影响。

（实施方式4）

实施方式4是实施方式3所说明的移动电话的变形例，具有以下结构：移动电话具有增强天线，天线装置利用增强天线。图12A是实施方式4所涉及的移动电话的侧面剖视图。图12B是移动电话的上表面透视图

移动电话110A与实施方式3所涉及的移动电话110相同，具有基材102及电池108。在基材102上除了线圈天线101以外，还安装有UHF频带的通信天线109及RFID用IC芯片107。

此外，移动电话110A具有将树脂制的薄板状基材（板状基材）作为坯体的壳体，沿着该壳体内侧设有增强天线111。增强天线111例如通过粘接剂等安装在壳体内侧。增强天线111具有将薄板状基材112的主面的法线方向（与主面垂直的方向）作为卷绕轴的线圈导体。增强天线111由线圈导体111A和111B在薄板状基材112的上下表面彼此相对而形成。线圈导体111A、111B均是矩形的涡旋状，上表面的线圈导体111A的从外周向内周的卷绕方向与下表面的线圈导体111B的从内周向外周的卷绕方向相同。

线圈天线101与增强天线111进行磁场耦合。即，高频信号经由磁场耦合以非接触的方式从线圈天线101传输到增强天线111（或者从增强天线111传输到线圈天线101）。增强天线111与线圈天线101相比足够大，容易与通信对象一侧天线进行通信。因此，与通信对象一侧天线的通信主要由增强天线111来承担。线圈天线101以其线圈导体的卷绕轴与增强天线111的线圈导体的卷绕轴大致正交的状态靠近增强天线111的线圈导体地进行配置。

图13A及图13B是由增强天线111和线圈天线101所构成的电路的等效电路图。在图13A中，电感器La、Lb是用记号表示的由图13所示的线圈导体111A、111B所引起的电感，电容器C1、C2是在线圈导体111A、111B的两端之间所产生的电容（既可以是使用电容元件所形成的电容，也可以是线圈导体111A和111B的相对部分所产生的寄生电容）。由该电感器La、Lb和电容器C1、C2构成LC谐振电路。线圈天线101的电感器L与电感器La、Lb的耦合用记号M来表示。另外，如图13B所示，也可以是将线圈导体111A和111B的一端用通孔导体等直接进行连接的结构。

如上所述，使用本发明的磁性体天线能实现具有利用于HF频带RFID系统的读写器的移动电话110A。此外，从RFID用IC芯片107输出的高次谐波被磁性体天线1除去，因此，能防止对通信天线109或其它外围设备的影响。

另外，对磁性体天线的具体的结构等可以适当改变设计，上述实施方式中记载的作用及效果只不过是列举了由本发明所产生的最佳的作用及效果，本发明的作用及效果并不限于上述实施方式中记载的内容。

标号说明

1-磁性体天线

10-磁性体层

11-线圈导体图案

20、30-电介质层

31-导电图案

32、33、34-外部连接用图案

35、36、37-通孔导体

100-天线装置

101-线圈天线

102-基材

103-平面导体

110、110A-移动电话

Claims (7)

1.一种磁性体天线，其特征在于，包括：

磁性体层；

线圈导体，该线圈导体卷绕在所述磁性体层上；

电介质层，该电介质层层叠在所述磁性体层的外层；以及

导体图案，该导体图案设置在所述电介质层中，并与接地电位相连接，

所述线圈导体具有与所述导体图案平行的卷绕轴，

所述导体图案至少一部分与所述线圈导体在所述磁性体层的外层相对，从而形成寄生电容。

2.如权利要求1所述的磁性体天线，其特征在于，

所述导体图案沿着所述电介质层形成有多个。

3.如权利要求2所述的磁性体天线，其特征在于，

所述电介质层由多层构成，多个所述导体图案分别形成在不同的层上。

4.如权利要求1至3的任一项所述的磁性体天线，其特征在于，

所述磁性体层由多层构成。

5.如权利要求1至4的任一项所述的磁性体天线，其特征在于，包括：

外部连接用图案，该外部连接用图案形成在所述电介质层的表面，并与所述接地电位相连接；以及

通孔导体，该通孔导体形成在所述电介质层中，导通所述导体图案和所述外部连接用图案。

6.一种天线装置，包括：

权利要求1至5中任一项所述的磁性体天线；以及

平面导体，该平面导体靠近所述磁性体天线地进行配置，起到增强天线的作用。

7.一种电子设备，包括：

壳体，该壳体在内部具有权利要求1至5中任一项所述的磁性体天线；以及

平面导体，该平面导体设置在所述壳体内，

将靠近所述磁性体天线配置的所述平面导体用作所述磁性体天线的增强天线。

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