CN105493347A - 电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种电子设备，该电子设备使用了实现小型化、薄型化而不损害天线模块的通信特性，且能够搭载于被缩小了的空间的天线模块。电子设备具备天线模块(1)，天线模块(1)具有平面状地卷绕的天线线圈(12)和与天线线圈(12)的至少一部分重叠的磁性片(13)。并且，天线线圈(12)被弯曲，从其弯曲部(11a)开始包括在天线线圈(12)中流动的电流为相同方向的一侧(12a)在内的面以沿着壳体的内部构造物(10)的侧面(10a)邻近的方式配置，且，包括与在一侧中流动的电流的方向为反方向的电流流动的另一侧(12b)在内的面以与磁性片(13)重叠的方式配置，磁性片(13)配置在与天线线圈的另一侧(12b)相比距离读写器(120)较远的位置。

Description

电子设备

技术领域

本发明涉及一种内置有具备环形线圈和磁性片的天线模块的电子设备。本申请以2013年8月28日在日本申请的日本专利申请号特愿2013-176812为基础主张优先权，并通过参照该申请来引用于本申请。

背景技术

在近年的无线通信设备中，搭载有电话通信用天线、GPS用天线、无线LAN/BLUETOOTH(注册商标)用天线、还有RFID(RadioFrequencyIdentification：射频识别)这样的多个RF天线。另外，伴随着非接触充电的导入，也开始搭载电力传输用的环形线圈。在非接触充电方式中使用的电力传输方式可列举：电磁感应方式、无线电传输方式、磁共振方式等。它们都是利用初级侧线圈与次级侧线圈间的电磁感应或磁共振来实现的，例如，在非接触充电的Qi标准和/或RFID的NFC(NearFieldCommunication：近场通信)标准中利用电磁感应。

这些天线被设计为以天线单体能够在目标频率上获得最大的特性，尽管如此，若实际安装于电子设备则难以得到目标特性。这是由于天线周围的磁场成分与位于周围的金属等干扰(耦合)，天线线圈的电感实质上减小，从而导致谐振频率偏移。此外，由于电感实质上减少，导致接收信号灵敏度下降。作为对此的对策，通过在天线线圈与在其周围存在的金属之间设置由铁氧体等磁性材料构成的磁屏蔽材料，使从天线线圈产生的磁通量集中于磁屏蔽材料，由此能够降低由金属产生的干扰。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-303541号公报

发明内容

技术问题

伴随着由移动终端设备等的电子设备的小型化、高功能化引起的部件数量增多，由消耗电力的增加引起的电池容量的增加等，在电子设备壳体内为搭载上述那样的天线模块分配的空间逐渐变得非常小。因此，为了将RFID用的天线模块和/或非接触充电用的充电模块搭载于被缩小了的空间，对于模块的小型化和薄型化的要求增强。

专利文献1所记载的环形天线具有如下问题：由于将天线配置于移动电话等通信装置的壳体内的缝隙，所以难以将其形状设置为一定，电感的变化量变大，因此谐振频率的变动大。特别地，在利用挠性电缆形成天线的情况下，难以调整布线间的分布电容，因此，具有为了调整谐振频率而需要花费大量的工时的问题。

所以，本发明的目的在于提供一种电子设备，该电子设备使用了实现小型化、薄型化而不损害天线模块的特性，且能够搭载于被缩小了的空间的天线模块。

技术方案

为了解决上述课题，本发明的电子设备，具备天线装置，其安装于电子设备，并通过电磁场信号与外部设备进行通信，天线装置具有：平面状地卷绕的环形线圈和由磁性材料形成且与该环形线圈的至少一部分重叠的片状的磁性片。并且，环形线圈被弯曲，从其弯曲的位置开始，包括在该环形线圈中流动的电流为相同方向的一侧在内的面以沿着壳体的内部构造物的侧面邻近的方式配置，并且，包括与在一侧中流动的电流的方向为反方向的电流流动的另一侧在内的面以与磁性片重叠的方式配置，磁性片配置在与环形线圈的另一侧相比距离外部设备较远的位置。

优选地，电子设备的壳体内的内部构造物的一部分或全部为金属体。

技术效果

根据本发明，天线线圈在弯曲部弯曲，包括天线线圈的一侧在内的面以沿着内部构造物的侧面的方式邻近或接触地配置，包括天线线圈的另一侧在内的面以与磁性片重叠的方式进行配置，因此，实现薄型化而不损害天线模块的特性，且能够搭载于被缩小了的空间。

此外，在本发明中，通过将磁性片配置于包含金属的内部构造物的侧面附近，能够有效地引入强磁场区域的大部分磁通量，维持并提高天线模块的特性。

附图说明

图1是示出使用了应用本发明的一个实施方式的电子设备的无线通信系统的概略构成的立体图。

图2是示出在本发明的一个实施方式的电子设备的壳体的内部的天线模块的配置例的图，图2A是立体图，图2B是图2A的在A-A’线的剖视图。

图3是示出在本发明的一个实施方式的电子设备的壳体的内部的天线模块的配置的变形例的图，图3A是立体图，图3B是图3A的在B-B’线的剖视图。

图4是用于根据在电子设备的壳体内天线模块与内部构造物的位置关系说明本发明的工作原理的剖视图。

图5是示出在本发明的一个实施方式的电子设备的壳体的内部的天线模块的配置的另一变形例的剖视图。

图6是示出参考例的构成的立体图。

图7是示出实施例的构成的立体图。

图8是示出实施例和参考例的耦合系数与距离读写器的中心的移动距离之间的关系的曲线图。

符号说明

1、1a、1b、1c：天线模块，10：内部构造物，10a：侧面，10b：主表面，10c：端部，11：天线基板，11a：弯曲部，12：天线线圈，12a：一侧，12b：另一侧，13：磁性片，13a：端部，14：粘结层，120：读写器，121：天线，130：移动电话，131：壳体

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本发明的电子设备进行详细说明。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。此外，附图为示意性的，各个尺寸的比例等有时会与实际的尺寸等不同。具体的尺寸等应参酌以下的说明进行判断。此外，附图之间也会含有相互的尺寸关系和/或比例不同的部分。

[近距离无线通信系统]

应用了本发明的天线模块1被安装于移动电话等电子设备中，实现近距离无线通信功能。具体说来，应用了本发明的天线模块1，如图1所示，被安装于例如移动电话130的壳体131的内部，天线模块1作为构成RFID用的无线通信系统100的元件而使用。

就无线通信系统100而言，读写器(readerwriter)120对与天线模块1一同安装在移动电话130的通信处理部进行存取(access)。这里，天线模块1与读写器120在三维垂直坐标系xyz的xy平面中以彼此相向的方式配置。

读写器120作为相对于在xy平面中彼此相向的天线模块1的天线线圈12在z轴方向发射磁场的发射器而发挥功能，具体说来，具备向天线线圈12发射磁场的天线121和与包含存储器等电路元件的通信处理部进行通信的控制基板122。

即，读写器120配置有与天线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。该控制电路基于经由天线线圈12从存储器模块接收的数据而执行各种处理。例如，在相对于存储器模块发送数据的情况下，控制电路将数据进行编码，并基于编码了的数据，调制预定频率(例如，13.56MHz)的载波，再对调制了的调制信号进行放大，利用放大了的调制信号驱动天线121。此外，在经由通信处理部读取数据的情况下，控制电路将利用天线121接收的数据的调制信号放大，并将放大了的数据的调制信号进行解调，对解调了的数据进行解码。应予说明，在控制电路中，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、ASK(幅移键控、AmplitudeShiftKeying)调制方式等公知的方式。

就天线模块1而言，天线线圈12接收从读写器120的天线121发射的磁场，并与天线121进行感应耦合，向安装于移动电话130的作为存储介质的存储器和/或通信处理部提供信号。

天线线圈12如果接收从读写器120的天线121发射的磁场，则通过感应耦合与天线121进行磁耦合，接收被调制的电磁波，并将接收信号提供给通信处理部等。

存储器、通信处理部等的电路元件由流动于天线线圈12的电流驱动，并与读写器120之间进行通信。具体说来，通信处理部等对接收的调制信号进行解调，将解调了的数据解码，并将解码了的数据写入内部的存储器。此外，通信处理部将发送给读写器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，经由通过感应耦合进行磁耦合的天线线圈12将被调制的电波发送给读写器120。

以上，作为本发明的天线模块1，以应用于RFID用天线模块的情况为例进行了说明，但是，除了RFID用天线模块之外，本发明也可以应用于例如Qi等非接触充电用或其他天线模块。

[天线模块和电子设备的构成]

如图2A和图2B所示，天线模块1为NFC等RFID用的天线，具备大致长方形的天线基板11、在天线基板11的一侧的面被形成为旋涡状的天线线圈12和以与天线线圈12的一部分重叠的方式配置的磁性片13。天线线圈12连同天线基板11在弯曲部11a以剖面大致呈L字形状的方式弯曲。弯曲部11a为例如连结了长方形的天线基板11的两个相向的短边的大致中央的直线。从弯曲部11a弯曲的天线线圈12和天线基板11具有在天线线圈12中流动的电流成为相同方向的一侧12a、和与在一侧12a的天线线圈12中流动的电流为反方向的电流流动的另一侧12b。例如，如图2B所示，从弯曲部11a开始包括天线线圈12和天线基板11的一侧端部在内的一侧为一侧12a，从弯曲部11a开始包括天线线圈12和天线基板11的另一侧端部在内的一侧为另一侧12b。来自读写器120的磁场向图2A和图2B的Z轴的正方向发射。磁性片13以与天线线圈12的另一侧12b的一侧的面的相对于读写器120的相向面比天线线圈12远的一侧的面重叠的方式配置。磁性片13优选地通过由粘结剂构成的粘结层14固定于天线基板11。应予说明，虽然天线线圈12形成于天线基板11的与磁性片13相反一侧的面，但这是由于将天线基板11和磁性片经由粘结层14固定更简单，当然，还可以在与图2B相反一侧的天线基板的面上形成天线线圈12，并在天线线圈12上形成粘结层14从而固定磁性片13。

天线基板11为绝缘性的基材，优选为通过聚酰亚胺(Polyimide)和/或PET(polyethyleneterephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)等具有挠性的材料形成的柔性基板。

天线线圈12通过在天线基板11上镀Cu或Al等高导电性金属材料等，并利用图案形成后蚀刻等形成旋涡状的布线而形成。

磁性片13包括Ni-Zn系铁氧体的烧结体。磁性片13通过以下方式形成，将预先较薄地涂布为片状的铁氧体粒子在高温环境下进行烧结形成片状，然后模压成预定形状而形成。或者，磁性片13也可以通过预先将铁氧体粒子涂布为与最终形状相同的形状的片状并进行烧结而形成。此外，磁性片13也可以通过将铁氧体粒子装满具有长方形剖面的模具，并将铁氧体粒子烧结成俯视为方形的长方体，再将该烧结体切薄，由此获得预定的形状而形成。

应予说明，磁性片13可以含有由软磁粉构成的磁性粒子和作为粘合材料的树脂。

此外，磁性粒子可以使用铁氧体等氧化物磁性体、铁硅铝、坡莫合金等Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系等晶系、微晶系磁性体，或Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等非晶态金属磁性体的粒子。

其中，用于NFC等RFID用天线模块的磁性片13优选使用上述的NiZn系铁氧体作为磁性材料。

粘合材料可以使用由热、紫外线照射等而固化的树脂等。作为粘合材料可以使用例如：环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯等树脂，或硅橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸系橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯橡胶等公知的材料。应予说明，就粘合材料而言，可以在上述的树脂或橡胶中适量加入阻燃剂、反应调节剂、交联剂或硅烷偶联剂等表面处理剂。

应予说明，磁性片13不仅限于利用单一的磁性材料构成的情况，也可以将两种以上的磁性材料混合使用，或层叠为多层来形成。此外，磁性片13即使为相同磁性材料，也可以选择多种磁性粒子的粒径和/或形状进行混合，或层叠为多层来形成。

磁性片13通过粘结剂固定于天线基板11，对于形成粘结层14的粘结剂可以使用公知的粘结剂，也可以使用双面粘结胶带来代替粘结剂。

天线线圈12的一侧12a的面以沿着设置于移动电话等电子设备的内部的内部构造物10的侧面10a的方式邻近地配置。内部构造物10例如为向电子设备供电并进行驱动的电池组(Batterypack)。通常，电池组具有金属制的外包装，并具有将磁场弹回的磁屏蔽效果。这样将天线模块1的一部分的面以沿着电子设备的内部构造物10的任意一个面的方式配置，并将磁性片13与天线模块1的另一面重叠，由此，能够将磁通量集中在磁性片13的端部附近从而提高天线模块1的通信特性。

如图3A和图3B所示，也可以将天线基板11和天线线圈12的弯曲部11a向远离读写器120的方向改变。即，天线模块1a具备天线基板11和以环绕在天线基板11上的方式形成旋涡状的天线线圈12，天线基板11和天线线圈12在位于天线基板11的短边侧的大致中央的弯曲部11a弯曲成剖面大致呈L字形状。从弯曲部11a开始包括在天线线圈12中流动的电流向相同方向流动的一侧12a在内的面以沿着电子设备的长方体形状的内部构造物10的侧面10a的方式邻近地配置。从弯曲部11a开始包括在天线线圈12中流动的电流向与一侧12a反方向流动的一侧即另一侧12b在内的面以大致平行的方式与读写器120的天线121的面相向。

在上述内容中，包括天线线圈12在内的天线基板11的一侧的面不限于以沿着内部构造物10的侧面10a的方式邻近地配置的情况，也可以以物理接触的方式进行配置。此外，内部构造物10的侧面10a不需要像图示那样是平面，也可以是曲面，可以将天线基板11以沿着曲面的方式弯曲，也可以不弯曲而与曲面的一部分邻近或接触。

[工作原理]

利用图4说明在应用了本发明的一个实施方式的电子设备中天线模块的通信特性提高的原理。如图4所示，电子设备的构成与图2中说明的相同，并且明示了读写器120和读写器120的天线121。

电子设备包括天线模块1和内部构造物10，内部构造物10被配置为从天线模块1的弯曲部11a开始包括天线线圈12的一侧12a在内的面以沿着侧面10a的方式邻近。读写器120的天线121以与内部构造物10的主表面10b和包括天线线圈12的另一侧12b在内的面相向的方式配置于xy平面上，读写器120的天线121发射的磁场的磁通量F大致垂直于该面，即向z轴的正方向射出。

内部构造物10典型地为作为电子设备的驱动电源的电池组，利用金属罐进行外包装。由读写器120的天线121发射的磁场产生的磁通量F，如图4所示，以避开内部构造物10的主表面10b的方式流动，并流向与内部构造物10的侧面10a邻近地配置的天线模块1。因此，在内部构造物10的端部10c附近，磁通量密度提高。这里，在天线模块1，在与读写器120相向配置的天线线圈12的另一侧12b，磁性片13配置于与天线线圈12相比距离读写器120的天线121较远的位置。因此，沿着内部构造物10的主表面10b而提高了磁通量密度的磁通量F可通过磁性片13提高磁通量密度。这样，天线模块1所感应的电力提高，电子设备的通信特性提高。

[变形例]

在上述内容中，包括天线线圈12的一侧12a在内的面被配置为沿着内部构造物10的侧面10a，包括天线线圈12的另一侧12b在内的面被配置为与读写器120的天线121相向，即与天线121的面大致平行，但是，只要是按照上述的工作原理，就可以对他们的位置关系进行任意设定。

如图5所示，由于移动电话130的壳体131弯曲，天线模块1b也可以将弯曲部11a处的弯曲角度设定为超过90°。此外，由于磁通量F的流向依赖于壳体131内部的内部构造物等的配置关系，所以，可以向通信特性最佳的方向弯曲。

[通信特性实验]

通过实验获取了构成应用了本发明的一个实施方式的电子设备的天线模块的通信特性。为了进行比较，将使用不使天线基板和天线线圈弯曲时的天线模块构成电子设备的情况作为参考例，并在相同条件下获取了通信特性。就通信特性而言，具体说来，如图6和图7所示，将天线模块与读写器相向配置，并利用模拟求出将读写器向Y轴正方向移动时的耦合系数k值的变化。

<参考例>

在参考例的天线模块中，如图6所示，将天线模块1c的未重叠有磁性片13的一侧12a与作为内部构造物10的金属制的电池罐的主表面10b重叠，并将天线模块1c与读写器120的天线121相向，对使天线121与天线模块1c的相对位置关系变化时的通信特性进行了评价。

作为具体的评价条件，如下所述。即，读写器120的天线121设为在XY平面上外径为70mm且1.5mm间距的两匝的环形线圈。此外，内部构造物10设为在XYZ轴方向规定的尺寸为60mm×50mm×5mm的铝块。天线模块1c的天线线圈12为在XY轴方向规定的外形为50mm×40mm且1mm间距的四匝的环形线圈。配置于天线模块1c的另一侧12b的磁性片13使用将非磁导率120，厚度0.2mm的铁氧体片用保护膜覆盖而得到的磁性片，并经由粘结层14进行了粘结。

内部构造物10的主表面10b与天线线圈12之间的距离为0.5mm。进一步地，在Z轴方向规定的从读写器120的天线121到天线线圈12为止的距离设为40mm。

这里，使用偏移a作为表示读写器120的天线121与天线线圈12的相对位置关系的值。即，偏移a为假定通过读写器120的天线121的中心122的Z轴方向的轴线123和通过内部构造物10的中心(O)10d的Z轴方向的轴线10e，在将读写器120从两轴线123、10e一致的位置向图6中Y轴的正方向移动时的两轴线123、10e之间的距离。

在如上所述的条件下，利用模拟求出使a的值从-30mm变化到30mm时的天线线圈12的耦合系数k。将耦合系数k的变化示于图8。

<实施例>

在本实施例中，如图7所示，使用了包括天线线圈12的一侧12a在内的面以沿着内部构造物10的侧面10a的方式邻近地配置的天线模块1。在天线线圈12的另一侧12b粘贴有磁性片13。并且，与图6的参考例同样地，使天线模块1与读写器120相向，对使读写器120与天线模块1的相对位置关系变化时的通信特性进行了评价。

就具体的评价条件而言，关于读写器120、内部构造物10、从读写器120的天线121到天线线圈12为止的距离与上述的参考例相同。应予说明，实施例的天线模块1使用了将与参考例的天线模块1c相同的天线模块在短边(40mm)的大致中央弯曲的天线模块。

在如上所述的条件下，利用模拟求出使a的值从-30mm变化到30mm时的天线线圈12的耦合系数k。将耦合系数k的变化与参考例的曲线一同示于图8。

示出如下情况：无论是使用实施例的天线模块1，还是使用参考例的天线模块1c，耦合系数k是相等的。

即，使用实施例的天线模块1，以沿着内部构造物10的侧面10a的方式将包括天线线圈12的一侧12a在内的面邻近地配置，由此能够提供使用了通信特性被维持，能够在电池罐(内部构造物10)的厚度方向实现薄型化而不损害天线模块的特性，且能够搭载于被缩小了的空间的天线模块的电子设备。此外，像电池罐那样的内部构造物会有可从电子设备的壳体拆装的情况，在使包括天线模块1的一侧12a在内的面以不接触内部构造物10的侧面的方式邻近地配置的情况下，能够使天线模块1不妨碍内部构造物10的拆装。

Claims (3)

1.一种电子设备，其特征在于，具备天线装置，其安装于电子设备，并通过电磁场信号与外部设备进行通信，所述天线装置具有：平面状地卷绕的环形线圈和由磁性材料形成且与该环形线圈的至少一部分重叠的片状的磁性片，

所述环形线圈被弯曲，从其弯曲的位置开始，包括在该环形线圈中流动的电流为相同方向的一侧在内的面以沿着壳体的内部构造物的侧面邻近的方式配置，并且，包括与在所述一侧中流动的电流的方向为反方向的电流流动的另一侧在内的面以与所述磁性片重叠的方式配置，

所述磁性片配置在与所述环形线圈的另一侧相比距离所述外部设备较远的位置。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述内部构造物的一部分或全部为金属体。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，

所述环形线圈的另一侧相对于与所述外部设备相向的面以预定的角度弯曲。