CN103765675B

CN103765675B - 天线装置及通信终端设备

Info

Publication number: CN103765675B
Application number: CN201380002858.5A
Authority: CN
Inventors: 用水邦明; 矢崎浩和
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: JPWO2013183552A1; WO2013183552A1; JP5578291B2; CN103765675A; US9582693B2; US20140176384A1

Abstract

本发明提供一种天线装置及通信终端设备。天线装置包括：供电线圈天线（15），该供电线圈天线（15）与供电电路相连接；以及增强线圈天线（20），该增强线圈天线（20）由卷绕的线圈导体（22、23）所构成，并配置成与供电线圈天线（15）进行电磁场耦合。供电线圈天线（15）包括由线圈导体所构成的第1线圈天线（15A）及第2线圈天线（15B），并且各自的线圈导体彼此进行同相连接。第1线圈天线（15A）配置成其线圈导体的卷绕轴与增强线圈天线（20）的卷绕轴正交，且俯视时第1线圈天线（15A）至少有一部分与增强线圈天线的线圈导体重合。第2线圈天线（15B）配置在增强线圈天线（20）的线圈导体（22、23）的附近，并使第2线圈天线（15B）的线圈导体的卷绕轴与增强线圈天线（20）的卷绕轴平行，且俯视时第2线圈天线（15B）的线圈开口至少有一部分不与增强线圈天线（20）的线圈导体（22、23）重合。

Description

天线装置及通信终端设备

技术领域

本发明涉及天线装置，例如在NFC（Near Field Communication：近距离通信）等非接触通信系统中使用的天线装置、以及具有该天线装置的通信终端设备。

背景技术

近年来，在移动终端等中内置有在13.56MHz频带的非接触通信系统中使用的天线装置。这种天线装置为了获得良好的通信距离而需要较大的线圈天线，该线圈天线粘贴在能获得较大空间的终端壳体的内侧。而且，处理RF信号的供电电路（RFIC芯片）与线圈天线经由连接器、引脚进行直流连接。

然而，若是上述直流连接方式，则存在因接触面的粗糙度、氧化、接点压力而使接触电阻产生偏差这样的问题，还存在因振动、掉落引起的冲击等而产生接触不良等可靠性方面的问题。

因此，在专利文献1、2中提出了一种方案：即，将利用基板上的布线来与安装在基板上的RFIC芯片导通的收发用天线、与例如设置在终端壳体内侧的谐振天线进行电磁场耦合来进行动作。由此，不仅能消除上述问题，而且收发用天线只要与谐振天线进行耦合即可，因此，能减小其尺寸。

然而，增强线圈天线与供电线圈天线的电磁场耦合会产生漏磁通等而并不一定足够，从而导致通信特性的劣变成为问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008－306689号公报

专利文献2：日本专利第4325621号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于提供一种能增大供电线圈天线与增强线圈天线的耦合度的天线装置及通信终端设备。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的实施方式1的天线装置包括：

供电线圈天线，该供电线圈天线与供电电路相连接；以及

增强线圈天线，该增强线圈天线由卷绕的线圈导体所构成，并配置成与所述供电线圈天线进行电磁场耦合，

其特征在于，

所述供电线圈天线包括由线圈导体所构成的第1线圈天线及第2线圈天线，并且第1线圈天线和第2线圈天线各自的线圈导体彼此进行同相连接，

第1线圈天线配置成其线圈导体的卷绕轴与所述增强线圈天线的卷绕轴正交，且俯视时第1线圈天线至少有一部分与所述增强线圈天线的线圈导体重合，

第2线圈天线配置在所述增强线圈天线的线圈导体的附近，使第2线圈天线的线圈导体的卷绕轴与所述增强线圈天线的卷绕轴平行，且俯视时第2线圈天线的线圈开口至少有一部分不与所述增强线圈天线的线圈导体重合。

本发明的实施方式2的通信终端设备包括：所述天线装置；壳体；以及印刷布线板，该印刷布线板收容在该壳体内，其特征在于，所述供电线圈天线安装在所述印刷布线基板上，所述增强线圈天线安装在覆盖所述壳体的盖板的内侧或外侧，或者使用树脂模制技术以埋入到盖板内部的方式进行安装。

在所述天线装置中，供电线圈天线由第1线圈天线及第2线圈天线所形成，第1线圈天线配置成其线圈导体的卷绕轴与增强线圈天线的卷绕轴正交，第2线圈天线配置成其线圈导体的卷绕轴与增强线圈天线的卷绕轴平行，因此，与增强线圈天线周围所产生的磁通无泄漏地进行耦合，从而提高耦合度。由此，提高通信特性。

发明的效果

根据本发明，提高供电线圈天线与增强线圈天线的耦合度，提高通信特性。

附图说明

图1是表示作为一个实施例的天线装置的分解立体图。

图2是表示所述天线装置的立体图。

图3（A）、（B）均是所述天线装置的等效电路图。

图4（A）是表示所述天线装置中的供电线圈天线与增强线圈天线的电磁场耦合的说明图，（B）、（C）分别是表示第1线圈天线及第2线圈天线单独与增强线圈天线电磁场耦合的说明图。

图5是表示第2线圈天线的第1变形例的立体图。

图6是表示第2线圈天线的第2变形例的立体图。

图7是表示具有图6所示的作为第2变形例的第2线圈天线的天线装置中的供电线圈天线与增强线圈天线的电磁场耦合的说明图。

图8（A）是表示与供电线圈天线的配置关系相关的第1变形例的俯视图，（B）是表示第2变形例的俯视图。

图9是表示供电线圈天线的第2例的立体图。

图10是表示供电线圈天线的第3例的立体图。

图11（A）是表示磁性体层的作用的说明图，（B）是比较例的说明图。

图12表示作为一个实施例的通信终端设备，（A）是壳体盖板的背视图，（B）是表示壳体主体的内部的俯视图。

图13是表示作为其它实施例的通信终端设备中的壳体主体的内部的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的天线装置及通信终端设备的实施例进行说明。另外，在各图中，对共同的元器件、部分标注相同的标号，并省略重复的说明。

如图1及图2所示，作为一个实施例的天线装置1在电路基板（印刷布线板10）上配置供电线圈天线15（由第1线圈天线15A、第2线圈天线15B所构成），并且形成增强线圈天线20，该增强线圈天线20在绝缘体层21的下表面及上表面设有线圈导体22、23，将供电线圈天线15靠近增强线圈天线20的环绕边的一部分进行配置。也可以在增强线圈天线20与印刷布线板10之间的至少一部分夹设磁性体层25。增强线圈天线20起到能收发HF频带高频信号的辐射元件的作用。

该天线装置1具有图3（A）所示的等效电路。供电线圈天线15（线圈天线15A、15B）与供电电路（RFIC芯片30）相连接，并包括构成并联谐振电路的电感分量L1（线圈天线15A、15B的合成电感分量）和电容分量C1。谐振频率主要通过电容分量C1来调节。另一方面，增强线圈天线20构成串联谐振电路，该串联谐振电路包括由线圈导体22、23所形成的电感分量L2、L3和线间电容分量C2、C3。而且，供电线圈天线15（电感分量L1）与增强线圈天线20（电感分量L2、L3）彼此进行电磁场耦合（用标号M来表示）。

供电电路由RFIC芯片30所构成，并具有存储电路和逻辑电路，既可以作为裸芯片IC而构成，也可以作为封装IC而构成。

线圈天线15A、15B由磁性体铁芯16A、16B和卷绕在该磁性体铁芯16A、16B周围的线圈导体17A、17B所构成。线圈导体17A与17B经由形成在印刷布线板10上的导体串联或并联地进行同相连接（参照图3（A）、（B））。第1线圈天线15A配置成其线圈导体17A的卷绕轴与增强线圈天线20的卷绕轴正交，且俯视时至少线圈天线15A本身有一部分与增强线圈天线20的线圈导体22、23重合。第2线圈天线15B配置在增强线圈天线20的线圈导体22、23的附近，并使第2线圈天线15B的线圈导体17B的卷绕轴与增强线圈天线20的卷绕轴平行，且俯视时第2线圈天线15B的线圈开口至少有一部分不与增强线圈天线20的线圈导体22、23重合。

另外，所谓的线圈导体17A的卷绕轴与增强线圈天线20的卷绕轴正交无需为严格意义上的90°。只要在90°±30°的范围内交叉，就能增大以下说明的耦合度。此外，所谓的线圈导体17B的卷绕轴与增强线圈天线20的卷绕轴平行无需为严格意义上的180°。只要在180°±30°的范围内进行配置，就能增大以下说明的耦合度。

磁性体铁芯16A、16B通常由铁氧体所构成。线圈导体17A、17B利用光刻法等由导电性材料形成为薄膜，或使用导电性糊料形成为厚膜，还可以将导线进行卷绕形成。此外，增强线圈天线20的线圈导体22、23利用光刻法等由导电性材料在绝缘体层21上形成为薄膜，但并不局限于此。尽管未图示，但例如也可以将线圈导体22和23的一端部彼此用通孔等层间连接导体进行连接（另一端部彼此不进行连接），以使电流的流动方向相同。此外，所述增强结构使用了线圈导体22和23的线间电容，但例如也可以以单层的形式形成线圈导体，其一端部与另一端部通过电容器元件进行连接。

在天线装置1中，供电线圈天线15通过第1线圈天线15A及第2线圈天线15B来形成，如图4（A）所示，在增强线圈天线20的内侧产生的磁通主要与第1线圈天线15A进行耦合，从而形成闭合环路来进行电磁场耦合，在外侧产生的磁通主要与第2线圈天线15B进行耦合，从而形成闭合环路来进行电磁场耦合。假如只有第1线圈天线15A，则如图4（B）所示，外侧的磁通成为漏磁通。此外，若只有第2线圈天线15B，则如图4（C）所示，内侧的磁通成为漏磁通。在本天线装置1中，磁通形成闭合环路，因此，供电线圈天线1　与增强线圈天线　～的耦合度增大，进而提高通信特性。

另外，出于增大与增强线圈天线20的耦合度的意图，第1线圈天线15A优选为配置成俯视时与增强线圈天线20的线圈导体22、23重合。此外，第2线圈导体15B优选为与增强线圈天线20的线圈导体22、23的内周边缘部或外周边缘部接近地进行配置。而且，可以根据第1线圈天线15A及第2线圈天线15B的配置关系等来调节供电线圈天线15的谐振频率。即，能根据线圈天线15A和15B的配置关系来改变总的电感值。

此外，若仅利用增强线圈天线20进行通信，则有可能产生对通信造成妨碍的无效点。如本天线装置1那样，通过将线圈天线15A与15B分开配置，并利用配置关系来调节谐振频率，能防止无效点的发生。

关于第2线圈天线15B，如图5所示，线圈导体17B也可以偏向与增强线圈天线20接近的部分（上部）进行卷绕（第1变形例）。通过采用该形状，磁通容易穿过第2线圈天线15B，因此，能减轻与电路基板10不必要的耦合。其结果是，能增大增强线圈天线20与第2线圈天线15B的由磁通所引起的耦合度。

此外，关于第2线圈天线，如图6所示，也可以是将线圈导体17B’在平面状态下螺旋状地形成在基板16B’的表面上而得到的线圈天线15B’（第2变形例），其中，基板16B’通过将绝缘性基板粘贴在铁氧体板上而成。绝缘性基板既可以是聚酰亚胺或LCP、PET膜等柔性基板，也可以是玻璃环氧树脂等刚性基板。

使用所述第2线圈天线15B’的情况下的与增强线圈天线20的电磁场耦合如图4（A）的说明所示。即，如图7所示，在增强线圈天线20的内侧产生的磁通1主要与第1线圈天线15A进行耦合，从而形成闭合环路来进行电磁场耦合，在外侧产生的磁通　主要与第2线圈天线15B’进行耦合，从而形成闭合环路来进行电磁场耦合。

另外，对于第2线圈天线15B’，示出了利用光刻法在单层的绝缘性基板上平面地绘制线圈导体17B’的情况。除此之外，也可以将基板16B’设为多层基板，使线圈导体17B’螺旋状地形成在多层基板的内部。对于将线圈导体17B’平面地形成在基板16B’上而成的线圈天线15B’，难以如图2所示的使用铁氧体铁芯16B的线圈天线15B那样减小安装面积，但能容易地进行线圈导体17B’的细微加工。

关于线圈天线15A和15B的配置，如图8（A）所示，可以分开配置以使其分别与增强线圈天线20的两条边中的一条边相互耦合。或者，如图8（B）所示，也可以配置两个第1线圈天线15A。尽管未图示，但也可以配置两个第2线圈天线15B。当然，线圈天线15A、15B的配置个数也可以是两个以上。

此外，如图9所示，也可以将供电线圈天线15作为将磁性体铁芯16进行层叠而成的单一物而构成，在该铁芯16的一侧卷绕线圈导体17A来作为第1线圈天线15A，在另一侧内置线圈导体17B来作为第2线圈天线15B。在此情况下，线圈导体17B利用通孔导体将在层叠的片材上所形成的导体进行连接，从而形成为线圈状。

而且，在将芯片元器件装载在供电线圈天线15上的情况下，优选为使芯片元器件不覆盖线圈天线15A、15B的开口部。即，如图10所示，将非磁性体层18层叠在第1线圈天线15A的磁性体铁芯16A的上下表面上，并将芯片元器件19装载在上表面侧的非磁性体层18上。

另外，非磁性体层18也可以是电介质。此外，也可以是低磁导率的磁性体，或者是居里温度比使用温度要低的磁性体。

在本天线装置1中，在供电线圈天线15与增强线圈天线20之间配置有磁性体层25，此处，参照图11对磁性体层25的作用进行说明。作为磁性体层25，适合使用铁氧体。

图11表示移动终端的简要内部结构，在印刷布线板10上除了供电线圈天线15以外还安装有各种电子元器件31和IC32。假如未配置磁性体层25，则如图11（B）所示，通过增强线圈天线20的磁通3与电子元器件31和IC32冲突。与之不同的是，通过配置磁性体层25，如图11（A）所示，磁通3被引入磁性体层25而较好地避免其干扰电子元器件31和IC32，从而提高通信特性。

接下来，参照图12对将所述天线装置1装入移动终端的结构（一个实施例）进行说明。增强线圈天线20粘贴在壳体盖板41的背面侧。印刷布线板10收容在壳体主体40中，线圈天线15A、15B及RFIC芯片30安装在该印刷布线板10上。

在印刷布线板10上，还安装有照相机42和在图11中也示出的电子元器件31和IC32或UHF频带天线43等。在壳体主体40中进一步装载有电池组45、印刷布线板46，在印刷布线板46上安装有UHF频带天线47等。印刷布线板10与46之间通过同轴电缆48相连接。

也可以在印刷布线板10上的至少与线圈天线15A及增强线圈天线20的内侧相对的部分配置导体层。通过利用接地导体吸收来自增强线圈天线20的漏磁通，能避免对其它元器件的影响。这样的导体层不仅能由设置在印刷布线板10上的接地导体来构成，还可以由金属箔、液晶面板、电池组、屏蔽壳体等来构成。

进一步参照图13对移动终端的其它实施例进行说明。此处，在印刷布线板10上直接形成第1线圈天线15A及第2线圈天线15B。即，第1线圈天线15A从印刷布线板10的表面朝内部螺旋状地形成，第2线圈天线15B平面地形成在印刷布线板10的表面上。由此，不需要铁氧体铁芯16A、16B。

另外，本发明所涉及的天线装置及通信终端设备并不限于所述实施例，在其要点的范围内能进行各种变更。

尤其是供电线圈天线和增强线圈天线的细小部分的结构、形状等是任意的。此外，本发明并不限于HF频带的NFC用的天线装置，也可利用于UHF频带等其它频带或其它通信系统。

工业上的实用性

如上所述，本发明对天线装置及通信终端设备是有用的，尤其在能增大供电线圈天线与增强线圈天线的耦合度方面优异。

标号说明

10…印刷布线板

15…供电线圈天线

15A、15B、15B’…线圈天线

16、16A、16B…磁性体铁芯

17A、17B、17B’…线圈导体

20…增强线圈天线

25…磁性体层

30…供电电路（RFIC芯片）

40…壳体主体

41…壳体盖板

Claims

1.一种天线装置，该天线装置包括：

供电线圈天线，该供电线圈天线与供电电路相连接；以及

其特征在于，

第2线圈天线配置在所述增强线圈天线的线圈导体的附近，并使第2线圈天线的线圈导体的卷绕轴与所述增强线圈天线的卷绕轴平行，且俯视时第2线圈天线的线圈开口至少有一部分不与所述增强线圈天线的线圈导体重合。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

构成第1线圈天线及第2线圈天线的线圈导体进行串联或并联连接。

3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

第1线圈天线及第2线圈天线中的至少一个由磁性体和卷绕在该磁性体周围的所述线圈导体所构成。

4.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，

构成第1线圈天线及第2线圈天线的磁性体对于每个第1线圈天线及第2线圈天线独立地进行配置。

5.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，

构成第1线圈天线及第2线圈天线的磁性体由第1线圈天线及第2线圈天线共用的单一物构成。

6.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

第2线圈天线的线圈导体偏向与所述增强线圈天线接近的部分进行卷绕。

7.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

在所述供电线圈天线与所述增强线圈天线之间配置有磁性体层。

8.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

以不覆盖第1线圈天线及第2线圈天线的开口部的方式配置芯片元器件。

9.一种通信终端设备，该通信终端设备包括：

权利要求1至8中任一项所述的天线装置；壳体；以及印刷布线板，该印刷布线板收容在该壳体内，其特征在于，

所述供电线圈天线安装在所述印刷布线基板上，

所述增强线圈天线安装在覆盖所述壳体的盖板上。

10.如权利要求9所述的通信终端设备，其特征在于，

在所述印刷布线板上的至少与所述第1线圈天线及所述增强线圈天线的内侧相对的部分配置有导体层。