CN104751095B - 天线装置以及便携式终端 - Google Patents

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Abstract

在柔性基板(10)形成有矩形漩涡状的线圈导体(CW)。在线圈导体(CW)的形成区域的中心部设有矩形的开口，在该开口插入磁芯(1)。线圈导体(CW)具备接近于磁芯(1)的第1主面(MS1)的第1导体部分(11)、以及接近于磁芯(1)的第2主面(MS2)的第2导体部分(12)。通过所述磁芯(1)和线圈导体(CW)构成天线线圈(21)。电路基板(20)具备接地电极形成区域(GA)和接地电极非形成区域(NGA)。天线线圈(21)以磁芯(1)的第1主面(MS1)与电路基板(20)面对面的状态而被安装于电路基板(20)的接地电极非形成区域(NGA)。

Description

天线装置以及便携式终端
本申请是申请日为2010年8月13日、申请号为201080019042X、发明名称为“天线装置以及便携式终端”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在经由电磁场信号与外部设备进行通信的RFID(Radio FrequencyIdentification，无线射频识别)系统等中使用的天线装置以及具备该天线装置的便携式终端。
背景技术
在专利文献1中公开了在RFID系统中使用的便携式电子设备中所搭载的天线装置。专利文献1的天线装置具备使夹着线圈卷绕区域的中心部而相对置的2个位置的绕组间隔不同的非对称形状的线圈，在线圈间隔较大侧，在与IC卡相对置的主面的相反侧配置磁性体，在绕组间隔较小侧，在与IC卡相对置的主面配置磁性体。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特许3975918号公报
发明的概要
发明要解决的课题
但是，在将具备专利文献1所示的天线装置的电子设备覆盖到读写器上时，存在因电子设备的天线装置和读写器的天线装置所构成的角度而导致不能进行通信之虞。即，在IC卡和通信终端为平行状态下进行通信的情况下，问题较少。但是，在不是和IC卡，而是和安装的读写器等进行通信的情况下，通信终端装置和读写器的位置(角度)不恒定，有通信性能恶化的情况。
图1是表示改变与专利文献1所示的天线装置相同的天线装置和读写器的天线装置所构成的角度时的对天线装置的线圈进行链接的磁通的图。图1中的实线的箭头和虚线的箭头都示意性地表示磁通。
磁芯1的第1主面与接近于平面导体2的一侧面对面，线圈导体中的第1导体部分11接近于磁芯1的第1主面，线圈导体中的第2导体部分12接近于磁芯1的第2主面。并且，基于磁芯1和上述线圈导体的天线线圈配置于平面导体2的端部附近，从而构成天线装置。
如图1(A)所示，在磁芯1和读写器侧天线装置30平行的情况下，即，在两者所构成的角度为0°的情况下，相对于磁芯1从右侧进入的磁通(实线)比从左侧进入的磁通(虚线)大，在线圈产生电动势。
但是，如图1(B)所示，从该状态成为带有角度的状态，则由于从远离读写器一侧(右侧)进入的磁通减少，从接近读写器一侧(左侧)进入的磁通增加，因此在某角度，左右的磁通完全相等，产生不产生电动势的点。在这种状态下，不能进行通信。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供抑制依赖于相对于读写器的读取面而构成的角度的通信性能的恶化的天线装置以及具备该天线装置的便携式终端。
为了解决上述课题，本发明的天线装置，具备：天线线圈以及所述天线线圈所接近的平面导体，其中所述天线线圈具备：具有第1主面以及第2主面的板状的磁芯；和卷绕在该磁芯的线圈导体，所述天线线圈配置于比起所述平面导体更靠近通信对方的天线侧，所述线圈导体中的接近于所述磁芯的第1主面的第1导体部分、和接近于所述磁芯的第2主面的第2导体部分位于在俯视透视所述磁芯的情况下不重合的位置，所述磁芯的第1主面和所述平面导体的面(延长面)面对面，在俯视观察所述平面导体以及所述天线线圈的状态下，所述天线线圈设置于不与所述平面导体重合的位置或一部分与所述平面导体不重合的位置。
所述平面导体例如是形成于电路基板的接地电极，也可以在所述电路基板的接地电极非形成区域配置有所述天线线圈。
另外，例如，所述磁芯是成型为片状的磁粉和树脂材料的混合体、或小片化为多个小片的烧结磁性体。
另外，例如，所述磁芯的一端比其它部分形成得大。
本发明的便携式终端在框体内具备上述任一项所记载的天线装置。
发明的效果
根据本发明，在所述天线装置相对于读写器的天线所构成的角度为0°～90°的范围内，对线圈导体进行链接的彼此相反方向的磁通不会相等，即不会出现磁通彼此抵消的情况，能在0°～90°的范围或以上的范围稳定地进行通信。
另外，通过在电路基板的接地电极非形成区域来安装所述天线线圈，能容易地构成天线装置。
另外，通过用被小片化的烧结磁性体来构成所述磁芯，从而能使天线线圈整体具有柔软性，能在高自由度下将所述磁芯嵌入到便携式终端等的嵌入目标电子设备的框体内。
附图说明
图1是表示改变与专利文献1所示的天线装置相同的天线装置和读写器的天线装置所构成的角度时的、对天线装置的线圈进行链接的磁通的图。
图2是表示第1实施方式的天线装置的构成的图，图2(A)是天线装置101的俯视图，图2(B)为其正面视图，图2(C)是天线线圈21的俯视图。
图3是表示将在框体内收纳天线装置的便携式终端201覆盖读写器侧天线装置30的角度θ的立体图。
图4是示意性地表示使图3所示的角度θ变化时的通过天线线圈的磁通的样子的图。
图5是表示便携式终端相对于读写器的覆盖角度θ和最大通信距离的关系的图。
图6(A)是表示第2实施方式的天线线圈中具备的磁芯1的俯视图，图6(B)是表示第2实施方式的天线线圈22的俯视图。
图7(A)是表示第3实施方式的天线线圈中具备的磁芯1的俯视图，图7(B)是表示第3实施方式的天线线圈23的俯视图。
图8是表示便携式终端内的天线线圈的设置状态的图。
图9是表示第4实施方式的天线装置的构成的图。
图10是表示第5实施方式的天线装置的构成的图。
图11是表示第6实施方式的天线装置的构成的图，图11(A)是天线装置106的俯视图，图11(B)是其正面视图，图11(C)是表示通过天线线圈21的磁通的样子的立体图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图2是表示第1实施方式的天线装置的构成的图。
图2(A)是表示具备天线线圈21以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板20的天线装置101的俯视图。图2(B)是所述天线装置101的正面视图。图2(C)是天线线圈21的俯视图。
磁芯1是成形为矩形板形状的铁氧体的芯。如图2所示那样，在该磁芯1上卷绕线圈导体CW。具体地，在柔性基板10上形成矩形漩涡状的线圈导体CW，在该漩涡状的中心部设置矩形的开口，在该开口插入磁芯1。
线圈导体CW具备接近于磁芯1的第1主面MS1的第1导体部分11、以及接近于磁芯1的第2主面MS2的第2导体部分12。通过所述磁芯1和线圈导体CW而构成天线线圈21。
电路基板20具备接地电极形成区域GA和接地电极非形成区域NGA。所述接地电极形成区域GA的接地电极是本发明所涉及的平面导体。
天线线圈21在磁芯1的第1主面MS1与电路基板20面对面的状态下，被安装于电路基板20的接地电极非形成区域NGA。因此，磁芯1的第1主面MS1与接地电极非形成区域NGA的面(接地电极形成区域GA的延长面)面对面。另外，在俯视天线线圈21以及接地电极形成区域GA的状态下，天线线圈21配置为比接地电极形成区域GA的端部更靠外方。
另外，所述线圈导体中的第1导体部分11和第2导体部分12被配置为在俯视透视磁芯1的情况下(从磁芯1的第1主面MS1或第2主面MS1的法线方向观察)不重合。
在如图2(B)所示的状态下，天线装置101与读写器侧天线装置30平行配置(覆盖)，在该状态下，读写器的磁通与天线线圈21的线圈导体CW链接，两者磁耦合。
另外，天线线圈21的线圈导体CW的两端连接于电路基板20上的预定的端子电极。关于该连接构造省略图示。
图3是表示将在框体内收纳所述天线装置的便携式终端201覆盖在读写器侧天线装置30的角度θ的立体图。由于图2所示的电路基板20沿着便携式终端的框体而配置，因此在使便携式终端201与读写器侧天线装置30平行配置的状态下，天线装置101相对于读写器侧天线装置30平行而配置。此时的角度θ为0°。
图4是示意性地表示使图3所示的角度θ变化时的通过天线线圈的磁通的样子的图。
在θ＝0°时，读写器的磁通在相对于磁芯1大致垂直的方向上通过线圈导体CW的形成区域的中心部。
在θ＝45°时，读写器的磁通在相对于磁芯1大致45°的方向上通过线圈导体CW的形成区域的中心部。此时，如图1(B)所示的相对于线圈导体CW而反方向通过的磁通非常小。
在θ＝90°时，读写器的磁通在磁芯1的面方向上通过线圈导体CW的形成区域的中心部。此时，通过线圈导体CW磁通的方向相同。
因此，不管使将便携式终端201覆盖到读写器侧天线装置30的角度θ为什么样的角度，也不会产生在两个方向上通过磁芯的磁通彼此间互相抵消磁通的状况。
图5是表示携带式终端相对于读写器的覆盖角度θ和最大通信距离的关系的图。在图5中，折线E是第1实施方式的天线装置的特性，折线P是图1所示的现有构造的天线装置的特性。在现有构造的天线装置中，在角度θ为30°～45°附近，最大通信距离变得极端短，但根据本发明的天线装置，可知在角度θ遍及0°～90°(90°以上)的全部范围，能较大地保持最大通信距离。
(第2实施方式)
图6(A)是第2实施方式的天线线圈中所具备的磁芯1的俯视图，图6(B)是第2实施方式的天线线圈22的俯视图。
与图2(C)所示的天线线圈21不同的是，磁芯1的一端形成得比其它的部分要粗。
通过使用这样的形状的磁芯1，通过磁芯1的磁通变强，能加强与通信对方的天线的磁场耦合，可通信最长距离越长，则通信性能就越提高。在图6(B)中，使磁芯1的粗的部分接近于第1导体部分11而构成天线线圈22，但也可以使磁芯1的粗的部分接近于第2导体部分12来形成天线线圈。磁芯1的变粗的部分(宽幅的部分)并不限定于是接近于第1导体部分11的部分还是接近于第2导体部分12的部分。如此，通过使磁芯1的一端比其它部分要粗，能提高聚磁效果，进一步提高通信性能。另外，通过使成为接地导体的端部侧的磁芯的端部粗，从而接地导体的端部附近的磁阻变小，提高了聚磁效果。
另外，在图6所示的天线线圈22中，磁芯1的一个端部的整体形成得宽(粗)，但该部分也可以是越到外侧越宽的梯形。另外，也可以是从磁芯1的中央到两端部，宽度都变宽的蝶形状。
(第3实施方式)
图7(A)是第3实施方式的天线线圈中所具备的磁芯1的俯视图，图7(B)是第3实施方式的天线线圈23的俯视图。该天线线圈23具备矩形板形状的磁芯1和形成有线圈导体的柔性基板10。与图6(B)所示的天线线圈22不同的是磁芯1的构造。
图7(A)所示的磁芯1将铁氧体粉等的磁粉和树脂材料的混合体成型为片状，进而将使其小片化为多片后的小片进行烧结从而作成烧结磁性体，在多个小片的两面层压(laminate)薄膜而形成。图7中的用虚线划分的部分表示烧结磁性体的小片。通过这样的构成，使磁芯1整体具有柔软性。
另外，在图7(B)中，使磁芯1的粗的部分接近于第1导体部分11来构成天线线圈23，但如第2实施方式所述那样，磁芯1的变粗的部分(宽度变宽的部分)并不限定于接近于第1导体部分11的部分、或接近于第2导体部分12的部分。如此，通过使磁芯1的一端比其它部分要粗，从而能提高在电路基板的远离接地电极形成区域GA的位置上的聚磁效果，更加提高了通信性能。
图8是表示通信终端装置内的天线线圈的设置状态的图。在该例子中，天线线圈23贴付于携带终端的框体200的内表面。由于天线线圈23具有柔软性，因此并不限于框体内的单一平面，能沿着框体的内表面来设置。因此，能容易地组装入各种形状的框体内。
(第4实施方式)
图9是表示第4实施方式的天线装置104的俯视图。
天线装置104具备天线线圈21以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板20。与图2(A)所示的例子不同，接地电极形成区域GA延伸设置到天线线圈21的两侧部。其它的构成与第1实施方式所示的构成相同。
即使是这样的构成，在如图4所示那样将便携式终端覆盖到读写器侧天线装置上时，也难以产生在两个方向上通过磁芯1的磁通彼此互相抵消磁通的状况。
另外，接地电极形成区域GA也可以仅延伸设置到天线线圈的单侧侧部。
(第5实施方式)
图10是第5实施方式的天线装置105的俯视图。
天线装置105具备天线线圈21以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板20。接地电极形成区域GA按照包围天线线圈21的方式设置。其它的构成与第1实施方式所示的构成相同。
即使是这样的构成，在如图4所示那样，将便携式终端覆盖到读写器侧天线装置上时，也难以产生在两个方向上通过磁芯1的磁通彼此互相抵消磁通的状况。
(第6实施方式)
图11是表示第6实施方式的天线装置的构成的图。
图11(A)是具备天线线圈21以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板20的天线装置106的俯视图。图11(B)是所述天线装置106的正面视图。图11(C)是表示通过天线线圈21的磁通的样子的立体图。在图11(C)中，将天线线圈21简略化来表示。
电路基板20具备接地电极形成区域GA和接地电极非形成区域NGA。在该例中，在电路基板20的内层形成接地电极。该接地电极的形成区域是接地电极形成区域GA。天线线圈21以磁芯1的第1主面MS1和电路基板20面对面的状态，安装于与电路基板20的接地电极形成区域GA和接地电极非形成区域NGA这两者重合的位置。天线线圈21的构成与第1实施方式所示的构成相同。
在将在框体内收纳天线装置106的便携式终端覆盖于读写器侧天线装置30的角度θ为大致45°时，在图11(B)、图11(C)中，以虚线的箭头线所示那样磁通Φs通过。即，磁通Φs从磁芯1的第2主面MS2进入到磁芯1，朝向接地电极形成区域GA的侧方而穿过。如此，在θ＝45°时，磁通通过线圈导体的卷绕中心部。
如该例那样，也可以在俯视观察时，天线线圈的一部分与接地电极形成区域GA重合。即使是这样的构成，在将便携式终端覆盖到读写器侧天线装置上时，也难以产生在两个方向上通过磁芯1的磁通彼此互相抵消磁通的状况。
但是，在将便携式终端覆盖到读写器侧天线装置时的角度θ为0°时，由于接地电极形成区域GA遮住磁通的通过，因此通信距离不太能延长。在角度θ为45°时，如图11所示那样，磁通Φc、Φs通过，在角度θ为90°时，与图4相同那样地通过。如此，即使天线线圈的一部分与接地电极形成区域GA重合，特别是线圈导体CW中的第2导体部分12与接地电极形成区域GA重合，也能在天线线圈21和读写器侧天线所构成的角度为45～90°时充分地确保通信距离。
(其它的实施方式)
另外，在以上所示的各实施方式中，以平面导体的例子来表示基板的接地电极，但也能将配置于液晶显示面板的背面的屏蔽板、形成于框体的内表面的导体膜或导体箔、进而将电池包视作平面导体来构成天线装置。另外，平面导体并不限于矩形形状的导体，也可以是各种形状的平面形状。另外，平面导体并不限于单层，也可以构成为多层。进而，平面导体只要其主要部分为平面状即可，其它的部分也可以是弯曲部分。
符号的说明
CW 线圈导体
GA 接地电极形成区域
MS1 磁芯的第1主面
MS2 磁芯的第2主面
NGA 接地电极非形成区域
1 磁芯
10 柔性基板
11 第1导体部分
12 第2导体部分
20 电路基板
21、22、23 天线线圈
30 读写器侧天线装置
101、104、105、106 天线装置
200 框体
201 便携式终端

Claims (8)

1.一种天线装置，具备：天线线圈以及所述天线线圈所接近的平面导体，
其中所述天线线圈具备：
具有第1主面以及第2主面的板状的磁芯；和
被卷绕在该磁芯上且在卷绕中心部具有线圈开口部的线圈导体，
所述线圈导体中的接近于所述磁芯的第1主面的第1导体部分、和接近于所述磁芯的第2主面的第2导体部分位于在俯视透视所述磁芯的状态下不重合的位置，
所述磁芯的第1主面与所述平面导体的面面对面，
所述平面导体具有与所述天线线圈的第1侧部接近的第1部分、及与第2侧部接近的第2部分，其中所述第2侧部是与所述第1侧部正交方向的所述天线线圈的侧部，
所述天线线圈被配置在所述磁芯向所述线圈开口部的插入方向上的所述平面导体的端部，
在俯视下，所述天线线圈具有不与所述平面导体重合的部分。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述平面导体还具有与第3侧部接近的第3部分，该第3侧部是与所述第2侧部对置的所述天线线圈的侧部。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述平面导体还具有与第4侧部接近的第4部分，该第4侧部是与所述第1侧部对置的所述天线线圈的侧部。
4.根据权利要求2所述的天线装置，其中，
所述平面导体还具有与第4侧部接近的第4部分，该第4侧部是与所述第1侧部对置的所述天线线圈的侧部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中，
所述平面导体是形成于电路基板的接地电极，
在所述电路基板的接地电极非形成区域配置有所述天线线圈。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中，
所述磁芯是成型为片状的、磁粉和树脂材料的混合体或小片化为多个小片的烧结磁性体。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中，
所述磁芯的一端比其它部分形成得粗。
8.一种便携式终端，在框体内具备权利要求1～7的任一项所述的天线装置。
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