CN104966891A - 天线及便携终端 - Google Patents

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伊藤宏充
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Abstract

本发明提供一种天线及便携终端，可抑制依存于与读写器的读取面所成的角度的通信性能劣化。以卷绕中心部作为导体开口部(CA)的螺旋状的线圈导体形成在柔性基板(40)。由柔性基板(40)和磁性体薄板(1)构成的天线线圈(21)配置在电路基板(20)的一边附近。另外，天线线圈(21)配置在磁性体薄板(1)侧靠近电路基板(20)的方向，靠近电路基板(20)一边的一侧向更靠近电路基板(20)的方向弯曲。即便与读写器天线所成的角度θ在0°～90°的范围内发生变化，读写器天线的磁通量(MF)的一部分也从柔性基板(40)的导体开口部CA向第1导体部分(41)方向或第2导体部分(42)方向透过磁性体薄板(1)，而与线圈交链。

Description

天线及便携终端
本申请是申请号为“201080031554.8”，申请日为2010年11月22日，发明名称为“天线及便携终端”之申请的分案申请。
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(RadioFrequency Identification)系统等中用到的天线、及具备该天线的便携终端。
背景技术
RFID系统中用到的便携电子设备所搭载的天线已经被专利文献1公开了。图1是专利文献1所公开的天线的剖视图。在图1中，天线线圈10具备线圈本体11和磁芯构件13。线圈本体11由在绝缘薄膜12的一个面卷绕成螺旋状的导体构成。磁芯构件13被层叠在绝缘薄膜12的另一个主面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2003-108966号公报
图2是表示将在框体内收纳了天线的便携终端200罩在读写器侧天线30上的角度为θ的立体图。
在进行通信的情况下，磁通量需要与卷绕的线圈交链。因此，在磁通量相对于平面线圈而从垂直方向到来的情况下，交链的磁通量变多，但是相对于来自与平面线圈平行的方向的磁通量而言，交链的磁通量变得极少，故无法通信。
在专利文献1所示的天线中，在将具备该天线的电子设备罩在读写器上时，电子设备与读写器的天线所成的角度θ越增加，则可通信距离变得越短。
图3是表示具备专利文献1所示的天线的电子设备与读写器的天线所成的角度θ和可通信距离之间关系的图。在该例子中，若θ达到60°，则可通信距离几乎为零，故不可通信。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可抑制依存于与读写器的天线所成的角度的通信性能劣化的天线、及具备该天线的便携终端。
为了解决上述课题，本发明的天线具备天线线圈和具有该天线线圈的框体，该天线线圈具备形成有线圈导体的柔性基板、以及与所述柔性基板相接或靠近配置的磁性体薄板，所述天线的特征在于，
所述线圈导体形成为以卷绕中心部作为导体开口部的螺旋状，
所述天线线圈配置在所述框体的端部附近，
所述天线线圈被配置成所述磁性体薄板朝向所述框体的上面方向，所述框体的端部侧向靠近所述框体的上面的方向弯曲。
另外，本发明的便携终端由所述天线和收容于所述框体内的通信电路构成。
发明效果
根据本发明，因为在相对于读写器的天线而所述天线所成的角度较宽的范围内，磁通量有效地交链线圈导体，所以能够在宽的角度范围内进行稳定的通信。
附图说明
图1是专利文献1公开的天线的剖视图。
图2是表示将在框体内收纳了天线的便携终端200罩在读写器测天线30上的角度θ的立体图。
图3是表示具备专利文献1所示的天线的电子设备与读写器的天线所成的角度θ和可通信距离之间关系的图。
图4(A)是第1实施方式涉及的天线线圈21的俯视图，图4(B)是天线线圈21的主视图。
图5(A)是表示设置图4所示的天线线圈的电路基板测的结构的立体图。图5(B)是第1实施方式涉及的天线101的一部分剖面主视图。
图6是示意性表示将在框体内收纳了第1实施方式涉及的天线的便携终端罩在读写器测天线上的角度θ变化时通过天线线圈的磁通量的情形的图。
图7是表示粘贴在支撑台43上的磁性体薄板1的作用的图。
图8是表示便携终端罩在读写器上的角度θ与最大通信距离之间关系的图。
图9是表示第2实施方式涉及的天线的磁性体薄板的配置范围与透过此处的磁通量之间关系的图。
图10是第3实施方式涉及的天线线圈23A、23B、23C、24D的立体图。
图11是第4实施方式涉及的天线104的剖视图。
图12是表示便携终端罩在读写器上的角度θ与最大通信距离之间关系的图。
图13(A)是第5实施方式涉及的天线线圈所配备的柔性基板40的俯视图，图13(B)是第5实施方式涉及的天线线圈所配备的磁性体薄板1的俯视图。
图14是第6实施方式涉及的天线的主要部分的剖视图。
具体实施方式
第1实施方式
参照各附图，对第1实施方式涉及的天线及便携终端的结构进行说明。
图4(A)是天线线圈21的俯视图，图4(B)是天线线圈21的主视图。天线线圈21具备：形成有线圈导体CW的柔性基板40、和磁性体薄板1。
磁性体薄板1是将铁氧体粉等磁性体粉和树脂材料的混合体成形为矩形板状的薄板而形成的。
如图4(A)所示，在柔性基板40形成有以卷绕中心部为导体开口部CA的螺旋状的线圈导体CW。
线圈导体CW以夹着通过导体开口部CA的线(在图中，用虚线表示的线)使得第1导体部分41和第2导体部分42对置的方式进行配置。
图5(A)是表示设置了图4所示的天线线圈的电路基板测的结构的立体图。图5(B)是天线101的一部分剖面主视图。
虽然天线101收纳在便携终端的框体内，但是在图5(A)、图5(B)中以去除框体的状态进行表示。
天线101具备：天线线圈21、支撑该天线线圈21的支撑台43、及矩形板状的电路基板20。在图5(A)所示的支撑台43粘贴有天线线圈21。
在所述电路基板20形成有展宽为面状的接地电极。该接地电极相当于本发明涉及的平面导体。
天线线圈21的磁性体薄板1配置在比柔性基板40更靠近电路基板20侧的方向。即、磁性体薄板1侧被粘接在支撑台43。
如图5(A)、图5(B)所示，天线线圈21及支撑台43配置在电路基板20的一边附近。并且，接近于电路基板20的一边侧的天线线圈21朝向更接近于电路基板的方向弯曲。在图5的例子中，第2导体部分42较之第1导体部分41配置在更靠近电路基板20的一边。
此外，也可以将在支撑台43粘贴了天线线圈21的单元安装到电路基板20。天线线圈21的线圈导体的两端与电路基板上的规定的端子电极相连接。关于该连接结构，省略了图示。在电路基板20中构成了与天线线圈21的线圈导体相连的通信电路。
图6(A)、图6(B)、图6(C)是示意性表示将在框体内收纳了第1实施方式涉及的天线的便携终端罩在读写器测天线上的角度θ变化时通过天线线圈的磁通量的情形的图。图6(A)、图6(B)、图6(C)中的虚线箭头线表示磁通量的路径。
图6(A)是θ＝0°时的磁通量的路径，图6(B)是θ＝45°时的磁通量的路径，图6(C)是θ＝90°时的磁通量的路径。
在θ＝0°时，读写器天线的磁通量MF的一部分从柔性基板40的导体开口部CA向第2导体部分42方向透过磁性体薄板1而与线圈(包括第1导体部分41及第2导体部分42的线圈导体的线圈)交链。所述磁通量MF的大部分向磁性体薄板1的接近第2导体部分42的一侧穿过。
在θ＝45°时，读写器天线的磁通量MF的一部分从柔性基板40的导体开口部CA向第1导体部分41方向透过磁性体薄板1而与线圈交链。所述磁通量MF向磁性体薄板1的接近第1导体部分41及第2导体部分42的一侧的两方穿过。
在θ＝90°时，读写器天线的磁通量MF的一部分从柔性基板40的导体开口部CA向第1导体部分41方向及第2导体部分42方向透过磁性体薄板1而与线圈交链。所述磁通量MF的大部分向磁性体薄板1的接近第1导体部分41的一侧穿过。
图7是表示粘贴在支撑台43上的磁性体薄板1的作用的图。图7(A)表示在所述θ＝90°附近的状态下磁通量MF从电路基板的一边侧进入时的磁通量的路径。图7(B)表示在所述θ＝0°附近的状态下磁通量MF向电路基板的法线方向入射时的磁通量的路径。无论哪种情况，因为磁通量都是沿着磁场的方向透过磁性体薄板内的，所以如图6(A)、图6(B)、图6(C)所示，透过磁性体薄板的磁通量与线圈交链。
图8是表示便携终端罩在读写器的天线上的角度θ与最大通信距离之间关系的图。这里，特性线A表示具备第1实施方式涉及的天线线圈21的天线的特性，特性线B表示具备比较对照的天线的特性。比较对照的天线是不设置支撑台而将天线线圈21整体与电路基板平行配置的天线。第1实施方式涉及的天线线圈21的平面投影尺寸为25mm×15mm，支撑台的高度为5mm。比较对照的天线线圈的平面寸法为25mm×15mm。
在具备比较对照的天线线圈的天线中，在便携终端罩在读写器上的角度θ为60°～90°附近时，通信距离下降，无法进行通信。与之相对，在第1实施方式涉及的天线中，便携终端罩在读写器上的角度θ在0°～90°的范围内不会产生波谷。因此，能够在宽的角度范围内确保较大的最大通信距离。
这样，即便是将便携终端罩在读写器侧天线的角度θ为0°～90°内的任意角度，也不会产生电动势变为0这种状况。
第2实施方式
图9是表示第2实施方式涉及的天线的磁性体薄板的配置范围与透过此处的磁通量之间关系的图。
图9(A)表示针对第1实施方式涉及的天线101的θ＝0°时的磁通量的路径。图9(B)表示针对第2实施方式涉及的天线102A的θ＝0°时的磁通量的路径。图9(C)表示针对第1实施方式涉及的天线101的θ＝90°时的磁通量的路径。图9(D)表示针对第2实施方式涉及的其他天线102B的θ＝90°时的磁通量的路径。
在第1实施方式涉及的天线101中，磁性体薄板1配置在柔性基板40的整个面上。因此，如图9(A)所示，在θ＝0°附近产生了尽管透过磁性体薄板1但没有与线圈交链的磁通量MFb。对于第2实施方式涉及的天线102A而言，使磁性体薄板1的一个边止于不靠着(避开)第1导体部分41的位置处。因此，如图9(B)所示，所述磁通量MFb的透过得到了抑制，相应地有助于耦合的磁通量MFa的强度增加。
另外，在第1实施方式涉及的天线101中，如图9(C)所示，在θ＝90°附近产生了尽管透过磁性体薄板1但没有与线圈交链的磁通量MFb。对于第2实施方式涉及的天线102B而言，使磁性体薄板1的一个边止于不靠着(避开)第2导体部分42的位置处。因此，如图9(D)所示，所述磁通量MFb的透过得到了抑制，相应地有助于耦合的磁通量MFa的强度增加。
图9(B)所示的天线102A在θ接近0°的角度范围(0°～45°)内最大可通信距离变大，图9(D)所示的天线102B在θ接近90°的角度范围(90°～45°)内最大可通信距离变大。这样，根据所重视的角度范围来确定磁性体薄板的尺寸和配置位置即可。
第3实施方式
图10(A)、图10(B)、图10(C)、图10(D)是第3实施方式涉及的天线线圈23A、23B、23C、23D的立体图。
在第1实施方式中，将磁性体薄板1设为与柔性基板相同的尺寸，在第2实施方式中，将磁性体薄板1配置在不靠着第1导体部分41或第2导体部分42的位置处。与之相对，在第3实施方式中，按照磁性体薄板1不靠着在沿着磁性体薄板1短边的位置处所配置的导体部分的方式来配置磁性体薄板1。
图10(A)所示的天线线圈23A的磁性体薄板1从第1导体部分41到第2导体部分42配置成一定宽度。图10(B)所示的天线线圈23B的磁性体薄板1对于第1导体部分41和第2导体部分42的形成区域而言在柔性基板40的整个宽度上设置成宽幅。图10(C)所示的天线线圈23C的磁性体薄板1对于第1导体部分41的形成区域而言在柔性基板40的整个宽度上设置成宽幅。图10(D)所示的天线线圈23D的磁性体薄板1对于第2导体部分42的形成区域而言在柔性基板40的整个宽度上设置成宽幅。
根据具备图10(C)所示的天线线圈23C的天线，磁通量透过第1导体部分41附近的磁性体薄板1的状态下的磁阻变小(集磁效应提高)。因此，如图6(C)所示，特别有助于在θ＝90°附近的天线增益的提高。
根据具备图10(D)所示的天线线圈23D的天线，磁通量透过第2导体部分42附近的磁性体薄板1的状态下的磁阻变小(集磁效应提高)。因此，如图6(A)所示，特别有助于在θ＝0°附近的天线增益的提高。
根据具备图10(B)所示的天线线圈23B的天线，磁通量透过第1导体部分41附近及第2导体部分42附近的磁性体薄板1的状态下的磁阻变小。因此，如图6(A)、图6(B)、图6(C)所示，在θ＝0°～90°的宽范围内有助于天线增益的提高。
第4实施方式
图11是第4实施方式涉及的天线104的剖视图。虽然天线104收纳在便携终端的框体内，但是在图11中以去除框体的状态进行表示。
天线104具备：天线线圈21、支撑该天线线圈21的支撑台43、及矩形板状的电路基板20。在该例子中，采用长方体形状的支撑台43。因此，天线线圈21被弯曲成直角。
图12是表示便携终端罩在读写器的天线上的角度θ与最大通信距离之间关系的图。这里，特性线A表示第4实施方式涉及的天线104的特性，特性线B表示比较对照的天线的特性。比较对照的天线是不设置支撑台而将天线线圈21整体与电路基板平行配置的天线。第4实施方式涉及的天线线圈21的平面投影尺寸为25mm×15mm，支撑台43的高度为5mm。比较对照的天线线圈的平面寸法为25mm×15mm。
在具备比较对照的天线线圈的天线中，在便携终端罩在读写器上的角度θ为60°～90°附近，通信距离下降，无法进行通信。与之相对，在第4实施方式涉及的天线104中，便携终端罩在读写器上的角度θ在0°～90°的范围内不会产生波谷。因此，能够在宽的角度范围内确保较大的最大通信距离。
这样，即便将天线线圈弯曲成直角，即便是将便携终端罩在读写器侧天线的角度θ为0°～90°内的任意角度，也不会产生电动势变为0这种状况。
第5实施方式
图13(A)是第5实施方式涉及的天线线圈所配备的柔性基板40的俯视图，图13(B)是第5实施方式涉及的天线线圈所配备的磁性体薄板1的俯视图。
图13(B)所示的磁性体薄板1预先将用薄膜使已刻上棋盘格状的刻痕的平板状铁氧体两面分层化，然后再将其小片化成多个而成。图13(B)中的虚线划分出的部分表示烧结磁性体的小片。通过采用这种结构，从而使得磁性体薄板1整体具有柔软性。因此，具备该磁性体薄板1的天线线圈更易于沿着支撑台的面配置。另外，例如能够沿着便携终端的框体的内面进行设置。因此，更易于组装入各种形状的框体内。
第6实施方式
图14是第6实施方式涉及的天线的主要部分的剖视图。在该例子中，不采用支撑台，而在便携终端的框体50的内面粘贴天线线圈21。通过采用这种构造，从而既能削减元件个数，也能有效利用在框体的曲面附近产生的空间。
其他实施方式
在以上所示的各实施方式中，虽然作为平面导体的例子而示出了基板的接地电极，但是也可将配置于液晶显示面板背面的保护板、形成于框体内面的导体膜、导体箔以及电池组作为平面导体进行对待，来构成天线。
另外，在以上所示的各实施方式中，虽然将天线配置于框体的内部或内面，但是也可沿着框体的外面来配置天线。这种情况下，将天线的柔性基板的一部分引入框体内，与框体内的电路基板电连接即可。
符号说明：
CA…导体开口部
CW…线圈导体
MF…磁通量
MFa…磁通量
MFb…磁通量
1…磁性体薄板
20…电路基板
21…天线线圈
23A、23B、23C、24D…天线线圈
30…读写器侧天线
40…柔性基板
41…第1导体部分
42…第2导体部分
43…支撑台
50…框体
101…天线
102A…天线
102B…天线
104…天线

Claims (8)

1.一种天线，其具备天线线圈和具有该天线线圈的框体，该天线线圈具备线圈导体、以及与线圈导体相接或靠近配置的磁性体薄板，所述天线的特征在于，
所述线圈导体形成为以卷绕中心部作为导体开口部的螺旋状，
所述天线线圈配置在所述框体的端部或平面导体的端部附近，并且所述天线线圈安装于所述框体，
所述天线线圈中的位于所述框体的端部侧的部分向靠近在所述天线线圈的附近配置的平面导体的方向弯曲，
所述磁性体薄板沿着所述天线线圈弯曲，
所述天线通过磁场耦合与外部设备进行通信。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
所述磁性体薄板是形成为薄板状的磁性体粉和树脂材的混合体，或者是被小片化为多个的烧结磁性体。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
较之所述天线在所述框体的上面侧配备平面导体。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，
所述平面导体是设置于所述框体内的电路基板。
5.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
所述天线线圈被配置在确保所述磁性体薄板及所述柔性基板的形状的支撑台。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
所述天线线圈的整体位于所述平面导体的上面侧。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
在俯视所述平面导体时，所述天线线圈弯曲的部分位于所述平面导体的内侧。
8.一种便携终端，其具备：权利要求1至7任意一项所述的天线、和收容于所述框体内并利用所述天线进行通信的通信电路。
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