CN105493346A - 天线装置及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在维持通信特性的同时，在被组装在电子设备中时实现电子设备的壳体的小型化、薄型化的天线装置及通信装置。天线装置被组装在电子设备中，能够接受从读写器(120)发射的磁场而进行通信，其具备：天线基板(11)、以环绕方式形成在天线基板(11)的一个面上的天线线圈(11a)、被插入到天线线圈(11a)的中心部分并引入来自读写器(120)的磁场的磁性片(13)、和搭载在电路搭载共有区域(20)并与外部电路连接的电路部，电路搭载共有区域(20)形成在天线基板(11)的另一个面的避开磁性片(13)被插入位置的位置。并且，天线线圈(11a)的绕组的至少一部分包围构成电路部的电路元件的至少一部分。

Description

天线装置及通信装置

技术领域

本发明涉及一种被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信的天线装置及通信装置。本申请以2013年8月22日在日本申请的日本专利申请号特愿2013-171951为基础主张优先权，并通过参照该申请来援引于本申请。

背景技术

在移动电话等电子设备中，为了搭载近距离非接触通信的功能，而使用有RFID(RadioFrequencyIdentification：射频识别)用的天线模块。

该天线模块利用感应耦合与搭载在读写器等发射器的天线线圈进行通信。即，该天线模块的天线线圈接受来自读写器的磁场，并转换为电力，由此驱动作为通信处理部而发挥功能的IC。

天线模块为了可靠地进行通信，需要利用天线线圈接受来自读写器的一定值以上的磁通量。为此，在现有例的天线模块中在移动电话的壳体上设置环形线圈，并利用该环形线圈接受来自读写器的磁通量。

然而，被组装在移动电话等电子设备中的天线模块，由于设备内部的基板和/或电池组等的金属接受来自读写器的磁场而产生的涡流，所以会使来自读写器的磁通量反弹，因此到达环形线圈的磁通量变少。由于到达环形线圈的磁通量变少，所以天线模块为了集中必要的磁通量就需要有一定程度的开口大小的环形线圈，进一步地，需要通过使用磁性片来增加集中在开口部的磁通量。

如上所述，由于在移动电话等电子设备的基板流动的涡流使来自读写器的磁通量反弹，但是专利文献1中提出了通过接受在电子设备的壳体表面具有的朝向基板的面方向的磁场成分而发挥作为天线的功能的天线模块。具体说来，在专利文献1中，为了减小线圈的占有面积，而提出了将线圈缠绕在铁氧体磁芯的天线结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-35464号公报

发明内容

技术问题

如上所述的天线模块与进行发送接收信号的通信处理部电连接从而与读写器和/或非接触IC卡等电子设备进行通信。被发送接收的信号由于要调制高频，所以为了确保发送接收信号效率和/或耦合系数等通信特性，需要使通信处理部的输入输出阻抗与天线模块的输入输出阻抗匹配。此外，为了搭载天线模块的装置的小型化，有时会将与通信处理部进行阻抗匹配的匹配电路搭载在天线模块。如上所述，通过将磁性片附加到天线线圈，能够使天线的通信特性提高，但是在配置了磁性片的区域，就无法配置电路，因此为了在天线模块搭载匹配电路等，需要将形成了天线线圈的天线基板的面积增大。此外，如果将用于配置电路的空间设置在天线基板上，则存在天线的有效开口面积减小，通信特性下降的问题。

因此，本发明是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供一种能够在维持通信特性的同时，在被组装在电子设备中时实现电子设备的壳体的小型化、薄型化的天线装置及通信装置。

技术方案

为了解决上述课题，本发明提出了被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信的天线装置，具备：基板；天线线圈，其以环绕的方式形成在基板的一个面上；磁性片，其被插入到天线线圈的中心部分并引入来自发射器的磁场；和电路部，其含有一个以上的电路元件，电路部形成在基板的另一个面的避开磁性片被插入位置的位置，并与外部电路连接，天线线圈的绕组的至少一部分包围电路部。

此外，本发明提出了被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信的通信装置，具备天线装置，上述天线装置具备：基板；天线线圈，其以环绕的方式形成在基板的一个面上；磁性片，其被插入到天线线圈的中心部分并引入来自发射器的磁场；和电路部，其含有一个以上的电路元件，电路部形成在基板的另一个面的避开磁性片被插入位置的位置，并与外部电路连接。并且，天线装置的天线线圈的绕组的至少一部分包围电路部。

技术效果

本发明由于电路部形成在基板的另一个面上，且环形天线的绕组的至少一部分包围电路部的电路元件的至少一部分，所以不减小环形天线的开口面积就能够搭载电路部，能够实现天线装置和通信装置的小型化。

附图说明

图1是用于说明组装有应用了本发明的天线装置和通信装置的无线通信系统的构成的图。

图2是示出本发明的一个实施方式的天线装置的构成例的图。图2A是俯视图，图2B是仰视图，图2C是从图2A的AA’线的剖视图。

图3是示出本发明的一个实施方式的天线装置的构成的变形例的图。图3A是俯视图，图3B是仰视图。

图4是应用了本发明的天线装置的一例的电路图。

图5A是示出天线装置的实施例的形状尺寸的俯视图，图5B是示出作为比较例的现有的天线装置的形状尺寸的俯视图，图5C是示出参考例的天线装置的形状尺寸的俯视图。

图6A是示出用于测定天线装置的实施例、比较例和参考例分别与读写器的通信特性的测定系统的立体图。图6B是用于说明偏移距离a的定义的图。

图7是作为天线装置与读写器的通信特性而测定各个天线线圈的耦合系数，并相对于偏移距离a绘制的曲线图。

符号说明

1：通信装置，2、2a：天线模块，10：天线线圈占有区域，11：天线基板，11a：天线线圈，13：磁性片，14：狭缝，20：电路搭载共有区域，28：匹配电路，29：低通滤波器，30：通信处理部，120：读写器，121：天线，122：控制基板，130：移动电话

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。应予说明，本发明不仅限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。

应用了本发明的天线装置为被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信的装置，例如，可组装于如图1所示的RFID(RadioFrequencyIdentification：射频识别)用的无线通信系统100而使用。

无线通信系统100具备通信装置1和以非接触方式对通信装置1进行存取(access)的读写器120。这里，通信装置1与读写器120以在三维垂直坐标系xyz的xy平面上彼此相向的方式配置。

读写器120作为相对于在xy平面上彼此相向的通信装置1向z轴的正方向发射磁场的发射器而发挥功能，具体说来，具备：向通信装置1发射磁场的天线121、和通过天线121与感应耦合的通信装置1进行通信的控制基板122。

即，读写器120具有与天线121电连接的控制基板122。在该控制基板122安装有由一个或多个集成电路芯片等电子元件构成的控制电路。该控制电路基于从通信装置1接收的数据执行各种处理。例如，控制电路在对通信装置1发送数据的情况下，将数据编码，基于编码了的数据调制预定频率(例如，13.56MHz)的载波，并将调制了的调制信号放大，利用放大了的调制信号驱动天线121。此外，控制电路在从通信装置1读出数据的情况下，将由天线121接收的数据的调制信号放大，将放大了的数据的调制信号解调，并对解调了的数据进行解码。应予说明，在控制电路中，可使用通常的读写器所使用的编码方式和调制方式，例如，使用曼彻斯特编码方式和/或ASK(幅移键控，AmplitudeShiftKeying)调制方式。

通信装置1具备天线模块2，天线模块2具有安装了天线线圈11a的天线基板11，天线线圈11a被组装在例如以与读写器120在xy平面上相向的方式配置的移动电话130的壳体的内部，并能够与感应耦合的读写器120之间进行通信。

在天线模块2的天线基板11的一个面，通过利用印刷技术将Cu和/或Al的布线在例如聚酰亚胺等具有挠性的基板上进行图案化处理而形成天线线圈11a。在天线基板11的另一个面形成有搭载匹配电路28等的电路搭载共有区域20，匹配电路28使天线线圈11a与天线模块2的外部的通信处理部30的阻抗匹配并且电连接。天线线圈11a与安装在电路搭载共有区域20的匹配电路28等利用通孔等周知的技术进行电连接。并且，天线模块2通过连接器等与被安装于移动电话130的主体侧的通信处理部30电连接。

天线线圈11a在接受从读写器120发射的磁场时，通过与读写器120的天线121进行感应耦合来进行磁性耦合，接收被调制的电磁波，并通过匹配电路28等将接收的信号提供给被安装于移动电话130主体侧的通信处理部30。通信处理部30由在天线线圈11a流动的电流所驱动，与读写器120之间进行通信。更具体地，通信处理部30将接收的调制信号解调，将解调了的数据解码，并基于通信处理部30的指示将解码了的数据写入内部存储器。此外，通信处理部30将发送给读写器120的数据从内部存储器读出，将读出的数据编码，并基于编码了的数据调制载波，通过由感应耦合而进行磁性耦合的天线线圈11a将被调制的电磁波发送给读写器120。

天线模块2如图2A所示，具备：天线基板11、形成在天线基板11的一个面上的天线线圈11a。天线基板11优选为挠性印制基板，并具有包含长边和短边的长方形的形状。天线线圈11a为以在天线基板11上环绕的方式形成的环形天线，优选地，通过形成在挠性印制基板上的布线图案来形成。此外，天线线圈11a从天线基板11的外边缘开始缠绕，并且只向天线基板11的内侧缠绕预定的匝数。在天线线圈11a的大致中央部，在沿天线基板11的长边的方向上开有狭缝14。并且，在狭缝14插入使来自读写器120的磁通量集中并引导到天线线圈11a的磁性片13。应予说明，如后所述，在天线基板11的另一个面上形成电路搭载共有区域20，该电路搭载共有区域20搭载有使天线线圈11a与通信处理部30取得阻抗匹配的同时进行连接的匹配电路28等，因此狭缝14的形成位置形成在与电路搭载共有区域20邻接的天线占有区域10内。

天线模块2如图2B所示，在天线基板11的另一个面具有能够搭载匹配电路28等的电路搭载共有区域20，匹配电路28使天线线圈11a与设置在移动电话130的主体侧的用于发送接收信号的通信处理部30取得阻抗匹配并进行电连接。电路搭载共有区域20优选配置在天线基板11的一侧的短边侧。

在电路搭载共有区域20搭载有：用于设定由天线线圈11a的电感与谐振电容构成谐振电路时的Q(Qualityfactor：品质因数)值的限流电阻21a、21b；构成用于取得与通信处理部30的阻抗匹配的匹配电路28的匹配电容22a、22b、23a、23b；和构成对来自通信处理部30的方波信号进行滤波的低通滤波器29的滤波电容24a、24b及滤波线圈25a、25b。进一步地，电路搭载共有区域20具有用于经由低通滤波器29、匹配电路28等与通信处理部30连接的端子26a、26b和接地端子27。

如图2C所示，在插入有磁性片13的天线基板11的天线线圈占有区域10中，天线基板11的一个面和另一个面中任意一个面被磁性片13所覆盖，因此无法确保配置匹配电路28等的空间。因此，通过在天线基板11的另一个面形成电路搭载共有区域20，能够确保匹配电路28等的搭载空间。这里，在天线基板11的一个面可以沿天线基板的外周环绕天线线圈11a，因此还能够确保天线线圈11a的开口面积，从而能够维持天线模块2的通信特性。

天线线圈11a，并不限于从天线基板11的外边缘开始缠绕并对所有的匝数都沿天线基板11的外边缘缠绕的结构。如图3A和图3B所示，也可以仅使天线线圈11a的一部分在电路搭载共有区域20侧的外边缘环绕。即，天线模块2a与图2A～图2C的情况同样，具备天线基板11和在天线基板11的一个面形成的天线线圈11a，并在天线基板11的另一个面形成电路搭载共有区域20，该电路搭载共有区域20搭载有使天线线圈11a与通信处理部30取得阻抗匹配的同时进行电连接的匹配电路28等，在狭缝14插入使来自读写器120的天线121的磁场集中并引导到天线线圈11a的磁性片13。这里，在图2A～图2C的情况下，天线线圈11a沿天线基板11的外边缘部形成在天线基板11上，与此相对，在该变形例中，仅天线线圈11a的最外侧的绕组沿天线基板11的外边缘部形成，第二匝的绕组在天线基板11中的与电路搭载共有区域20邻接的天线线圈占有区域10内缠绕。应予说明，不仅限于天线线圈11a的最外侧的绕组，即第一匝的绕组从天线线圈占有区域10遍及至电路搭载共有区域20而形成的情况，当然也可以缠绕到第二匝或第三匝等为止。

应用了本发明的天线模块2、2a如图4中作为一例所示，在天线基板11上具备：天线线圈11a；调整由天线线圈11a构成的谐振电路的Q的阻尼电阻(R1、R2)21a、21b；实现天线线圈11a与连接于天线线圈11a的电路的阻抗匹配的匹配电路28；和用于抑制由通信处理部30驱动天线线圈11a的驱动信号的杂波的低通滤波器29，并且他们进行级联连接。与天线模块2、2a进行来回发送接收信号的通信处理部30经由天线模块2、2a的连接端子(TX1、TX2)26a、26b和接地端子(G)27而连接。

应予说明，上述电路结构为与具有平衡输入输出的通信处理部30连接的差分电路结构的情况的一例，当然也可以采用应对非平衡输入输出的单端电路结构，或变更低通滤波器的电路结构。此外，在电路搭载共有区域20搭载的电路的功能模块不限于搭载上述的所有的功能模块的情况，当然可以选择只搭载匹配电路28等。

通过将匹配电路28等搭载在天线模块2、2a侧，能够作为天线模块接受特定无线设备的技术标准合格认证，并且还存在能够将搭载该天线模块的电子设备的认证手续简单化的优点。

[天线模块的通信特性的实验]

对应用了本发明的天线模块与现有结构的天线模块进行了比较通信特性实验。

如图5A所示，邻接天线线圈占有区域10而设置有电路搭载共有区域20。在聚酰亚胺基板的一个面利用Cu箔形成有四匝的天线线圈11a。插入磁性片的狭缝14仅形成在天线线圈占有区域10，并且插入有Ni-Zn铁氧体制的磁性片13。

<实施例>

作为实施例1，沿图5A的聚酰亚胺基板的最外周形成天线线圈11a的第一匝，并在天线线圈占有区域10内形成第二匝～第四匝。

作为实施例2，从图5A的聚酰亚胺基板的最外周沿外周形成天线线圈11a的第一匝到第四匝的所有绕组。

<比较例>

作为比较例，如图5B所示，从聚酰亚胺基板的最外周开始第一匝的缠绕，并形成四匝的天线线圈11a。聚酰亚胺基板的尺寸选择与图5A的情况的天线模块中的天线线圈占有区域10大致相同的尺寸。此外，插入有与图5A的天线模块所使用的磁性片相同的Ni-Zn铁氧体制的磁性片13。狭缝14的尺寸也与图5A的狭缝尺寸相同。

<参考例>

作为参考例，如图5C所示，从聚酰亚胺基板的最外周开始第一匝的缠绕，并形成四匝的天线线圈11a。聚酰亚胺基板的尺寸与图5A的聚酰亚胺基板尺寸相同。以与聚酰亚胺基板的长边的幅度大致相等的幅度形成狭缝14a，并在狭缝14a中插入有Ni-Zn铁氧体制的磁性片13a。因此，磁性片13a的幅度比图5A和图5B的磁性片的幅度宽。

<测定方法>

构成图6A所示的测定系统并对天线模块的通信特性进行了测定。作为具体的评价条件如下所述。即，读写器120的天线121设为将读写器120的中心设在xyz坐标的原点(O)121a的x×y＝70mm×40mm的四匝方形线圈。测定通信特性的天线模块以使开口面与读写器120的天线121相向，且在z方向距离原点(O)121a为20mm的方式进行了配置。这里，如图6B所示，将天线模块与读写器120的相对位置作为偏移距离a进行了定义。偏移距离a是指天线模块的长边侧的端部从原点(O)121a向x方向突出的距离。改变偏移距离a而对天线模块的天线线圈与读写器120的天线121的耦合系数k进行了测定。

<结果>

将对于实施例1、实施例2、比较例和参考例的构成的天线模块中的每一个绘制的耦合系数k相对于偏移距离a的变化的曲线图示于图7。

示出了相对于比较例的天线模块，实施例1和实施例2的天线模块都能够实现高的耦合系数，且具有良好的通信特性。在实施例1中，环绕天线基板的最外周的匝数为一匝，剩余的匝数形成在天线线圈占有区域内，因此，与四匝全部从最外周进行缠绕的实施例2相比耦合系数低，但是与参考例相比仍达到了毫不逊色的水平。

Claims (4)

1.一种天线装置，其被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信，其特征在于，具备：

基板；

天线线圈，其以环绕的方式形成在所述基板的一个面上；

磁性片，其被插入到所述天线线圈的中心部分并引入来自所述发射器的磁场；和

电路部，其含有一个以上的电路元件，所述电路部形成在所述基板的另一个面的避开所述磁性片被插入位置的位置，并与外部电路连接，

所述天线线圈的绕组的至少一部分包围所述电路部。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述电路部中的所述电路元件的至少一部分被所述天线线圈包围。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述电路部为取得与外部的驱动电路的阻抗匹配的匹配电路。

4.一种通信装置，其被组装在电子设备中，能够接受从发射器发射的磁场而进行通信，其特征在于，具备：天线装置，

所述天线装置具有：基板；天线线圈，其以环绕的方式形成在该基板的一个面上；磁性片，其被插入到该天线线圈的中心部分并引入来自所述发射器的磁场；和电路部，其含有一个以上的电路元件，所述电路部形成在该基板的另一个面的避开该磁性片被插入位置的位置，并与外部电路连接，

所述天线线圈的绕组的至少一部分包围所述电路部。