CN105765785A - 天线装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种无论与便携式设备的内部结构和/或其他部件的关系等如何，都有效地利用金属板的磁屏蔽效果来实现壳体的小型化和通信的稳定化的天线装置及电子设备。具备：天线线圈(12)，其位于设置在电子设备的具有磁屏蔽功能的盖(110)上的开口部(111)的端部，并配置于上述盖(110)的内壁面。

Description

天线装置及电子设备

对关联申请的交叉引用

本申请主张日本专利申请2013-233000号(2013年11月11日申请)的优先权，并将该申请的公开全部内容引用于此。

技术领域

本发明涉及一种组装于电子设备并通过电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置及组装有该天线装置的电子设备。

背景技术

以往，在移动电话、智能手机、平板PC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于读写器等发射器的天线线圈进行通信。即，该天线装置能够通过由天线线圈接收来自读写器的磁场，将其转换为电力，并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收来自读写器的一定值以上的磁通量。为此，在现有例的天线装置中在移动电话的壳体设置环形线圈，利用该线圈接收来自读写器的磁通量。

安装于移动电话等电子设备的天线模块，由于设备内部的基板和/或电池组等的金属接收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。例如，如果考虑移动电话的壳体表面，则来自读写器的磁场具有壳体表面的外周部分变强，壳体表面的正中附近变弱的倾向。

在使用通常的环形线圈的天线的情况下，环形线圈位于其开口部不太能接收通过上述的壳体表面的外周部分的磁场的移动电话的中央部分。因此，在使用通常的环形线圈的天线中，接收磁场的效率变差。

于是，提出了将环形天线配置于来自读写器的磁场强的壳体表面的外周部分的天线装置，和进一步地使用磁性片增大磁通量，提高性能的天线装置。在这些天线装置中，将环形天线的形状设置为长方形，并将其长边沿着壳体表面的外周端设置(例如，参照专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4883125号公报

专利文献2：日本专利4894945号公报

专利文献3：日本专利5135450号公报

发明内容

技术问题

本案申请人作为利用金属的磁场屏蔽效果来提高效率的天线装置而在例如日本特愿2013-021616中提出了如下天线装置，该天线装置具备：设置在电子设备的壳体内部并与外部设备相向的第一金属板；设置在电子设备的壳体内部并与外部设备感应耦合的天线线圈；以及设置在电子设备的壳体内部、与第一金属板重叠或接触并且至少一部分与天线线圈的与外部设备相向的面的相反一侧的面重叠的片状的第二金属箔。

在这样地利用金属的磁场屏蔽效果来提高效率的天线装置中，通过将天线线圈安装配置在接近金属板的端部的位置，能够利用金属的磁场屏蔽效果提高效率，并且天线线圈的安装配置位置变得重要。

然而，在便携式设备中，在其内部结构上金属板的端部大多与便携式设备本身的端部一致，存在无法根据与其他部件的关系来确保天线线圈的安装位置的问题。

因此，本发明为鉴于上述以往的问题而完成的，其目的在于提供一种天线装置及电子设备，该天线装置及电子设备无论与便携式设备的内部结构和/或其他部件的关系等如何，都有效地利用金属板的磁屏蔽效果来实现壳体的小型化和通信的稳定化。

本发明的其他目的、通过本发明所取得的具体优点将根据以下说明的实施方式的说明更加明确。

技术方案

本发明为组装于电子设备，并通过电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置，其特征在于，具备：天线线圈，其位于设置在上述电子设备的具有磁屏蔽功能的盖上的开口部的端部，并配置于上述盖的内壁面。

此外，本发明为组装有通过电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置的电子设备，其特征在于，具备：盖，其具有磁屏蔽功能，并设置有开口部；天线装置，其具备位于上述开口部的端部，并配置于上述盖的内壁面的天线线圈；通信处理部，其与上述外部设备之间进行通信。

可选地，本发明的电子设备，设置有切断由上述盖的围绕上述开口部的部分形成的闭环的狭缝。

可选地，本发明的电子设备中，上述盖例如由具有磁屏蔽功能的金属构成。

此外，可选地，本发明的电子设备中，上述盖为例如粘贴具有磁屏蔽功能的金属片而成。

附图说明

图1是示出应用本发明的无线通信系统的概略构成的立体图。

图2是示出无线通信系统中的天线基板及金属板的立体图。

图3是示出无线通信系统中的电子设备的内部的一例的立体图，并示出使用粘贴在壳体内部的金属罩作为第一导电体的情况。

图4是示出无线通信系统中的电子设备的内部的一例的立体图，并示出使用电池组的金属壳体作为第一导电体的情况。

图5是示出无线通信系统中的电子设备的内部的一例的立体图，并示出使用设置于液晶模块的背面的金属板作为第一导电体的情况。

图6是示出组装于电子设备内的天线装置的图，(A)为立体图，(B)为侧视图。

图7是示出金属箔将天线基板的一侧以遍及整个长度方向的方式进行重叠的状态的立体图。

图8是示意性地示出应用了本发明的天线装置的构成例的立体图。

图9是示意性地示出上述天线装置的主要构成的纵剖侧视图。

图10是在上述天线装置中，以与天线线圈的一侧部相向的方式配置磁性片的状态(A)、以与天线线圈的另一侧部相向的方式配置磁性片的状态(B)的剖视图。

图11是示意性地示出上述天线装置的变形例的图，(A)为立体图，(B)为俯视图。

符号说明

1：天线装置，2：天线模块，3：金属板，4：金属箔，11：天线基板，12：天线线圈，13：通信处理部，14：端子部，20：磁性片，21A、21B：环形天线、无线通信系统，110：盖，110A：端部，110B：狭缝，111：开口部，120：读写器，121：天线，141：外壳体，141a：内周壁，142：空间

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，本发明并不仅限于以下的实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。此外，附图为示意性地图，各尺寸的比例等有时与实际尺寸不同。具体的尺寸等应参照以下的说明进行判断。此外，在附图之间还含有彼此的尺寸的关系和/或比例不同的部分。

应用了本发明的天线装置为组装在电子设备中，通过电磁场信号与外部设备进行通信的装置，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具备天线装置1和对天线装置1进行存取(access)的读写器120。这里，天线装置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进行配置。

读写器120作为对于在XY平面上彼此相向的天线装置1沿Z轴方向发射磁场的发射器而发挥功能，具体说来，具备：向天线装置1发射磁场的天线121、和通过天线121与感应耦合的天线装置1进行通信的控制基板122。

即，读写器120配设有与天线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。该控制电路基于从天线装置1接收的数据执行各种处理。例如，控制电路在对天线装置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，控制电路在从天线装置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(AmplitudeShiftKeying：幅移键控)调制方式。

应予说明，在以下内容中，将对上述无线通信系统100中的天线装置等进行说明，但是对于Qi(日文：チー)等非接触充电系统也可以同样适用。

天线装置1组装于以在通信时与读写器120在XY平面上相向的方式配置的移动电话等电子设备的壳体的内部。天线装置1具备：天线模块2，其组装于电子设备的壳体的内部并与感应耦合的读写器120之间进行通信；金属板3，其成为第一导电体，所述第一导电体设置于电子设备的壳体内并与读写器120相向；以及金属箔4，其成为片状的第二导电体，所述片状的第二导电体设置于电子设备的壳体内，与金属板3重叠或接触并且至少一部分与天线模块2的环形天线11的与读写器120相向的面的相反一侧的面重叠。

天线模块2具备：环形天线11，其可与感应耦合的读写器120之间进行通信；和通信处理部13，其通过流通于环形天线11的电流来驱动，并与读写器120之间进行通信。

在环形天线11安装有天线线圈12和端子部14，所述天线线圈12通过对例如柔性扁平电缆(Flexibleflatcable)等挠性的导线进行图案化处理等而形成，所述端子部14将天线线圈12与通信处理部13电连接。

这里，以环形天线11如图2所示呈大致矩形形状，并沿外形环绕天线线圈12的一根导线的基本结构来说明天线装置1的构成。

环形天线11以天线线圈12所环绕的主表面在通信时与读写器120在XY面上相向的方式配置。此外，环形天线11以天线线圈12的中心部12a为界具有环形天线11的一侧部11a和环形天线11的另一侧部11b，所述一侧部11a将沿长度方向的电流的流向朝同一方向流动的方向作为线圈12的导线的环绕方向，所述另一侧部11b将沿长度方向的电流的流向朝反方向流动的方向作为线圈12的导线的环绕方向。并且，环形天线11将沿长度方向的一侧边缘朝向金属板3侧，即，将一侧部11a或另一侧部11b朝向金属板3侧而进行配置。

环形天线11如果接收从读写器120发射的磁场，则通过感应耦合与读写器120进行磁耦合，接收被调制的电磁波，并通过端子部将接收信号提供给通信处理部13。

通信处理部13通过流通于环形天线11的电流来驱动，并与读写器120之间进行通信。具体说来，通信处理部13将接收的调制信号解调，将解调了的数据解码，并将解码了的数据写入该通信处理部13所具有的内部存储器。此外，通信处理部13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，基于编码了的数据调制载波，并通过利用感应耦合进行了磁耦合的环形天线11将被调制的电波发送给读写器120。

应予说明，通信处理部13也可以不通过流通于环形天线11的电力来驱动，而是通过从组装于电子设备内的电池组或外部电源等电力供应单元提供的电力来驱动。

金属板3设置于例如移动电话、智能手机(Smartphone)或平板PC等电子设备的壳体内，并构成在天线模块2的通信时与读写器120相向的第一导电体。该第一导电体与例如图3所示的粘贴在智能手机130的壳体131的内表面的金属罩132、图4所示的容纳于智能手机133内的电池组134的金属壳体135、或图5所示的设置于平板PC136的液晶模块的背面的金属板137等相当。在以下内容中，主要以智能手机133作为电子设备为例，将容纳于该智能手机133的电池组134的金属壳体135中，在通信时与读写器120相向的主表面作为构成第一导电体的金属板3进行说明。

天线模块2的环形天线11基于在组装于智能手机133时实现该智能手机133的小型化并且与读写器120之间实现良好的通信特性的观点，配置于图6的(A)所示的三维垂直坐标系XYZ的XY平面上的例如设置于智能手机133的外壳体141内部的电池组134与外壳体141的内周壁141a之间的空间142。具体说来，环形天线11配置于如图6的(B)所示的电池组134的金属壳体135的与读写器120相向的金属板3的端部3a与外壳体141的内周壁141a之间。

这里，如图6的(B)的剖面图所示，构成配置于智能手机133的电池组134的金属壳体的金属板3使电荷较好地流动，因此在从外部施加交流磁场时产生涡流，将磁场反弹。如果调查这样的从外部施加交流磁场时的磁场分布，则具有与读写器120相向的电池组134的金属板3的端部3a的磁场强的特性。

为了利用这样的智能手机130的壳体131内部的磁场强度的特性而实现良好的通信特性，例如如图2所示，平行于Z轴的中心部12a通过金属板3的端部3a与外壳体141的内周壁141a之间的空间142，并使长度方向的一侧边缘朝向金属板3的端部3a侧，即，使一侧部11a朝向金属板3的端部3a侧而配置。

此时，环形天线11可以设置在不与金属板3的端部3a相接而分离的位置。这样，天线装置1即使在基于电子设备的壳体内的布局上的限制而将金属板3和环形天线11分离地配置的情况下，也能够通过将金属箔4遍及金属板3和环形天线11地重叠来得到良好的通信特性。

应予说明，环形天线11也可以与金属板3相接。进一步地，环形天线11也可以与金属板3重叠。此时，环形天线11可设置为只要后述的金属箔4所重叠的一侧部11a与金属板3重叠即可，而不与金属板3重叠到另一侧部11b。如果另一侧部11b与金属板3重叠，则恐怕反而会阻碍另一侧部11b与读写器120的磁通量的感应耦合。

在环形天线11与金属板3之间，设置有成为片状的第二导电体的金属箔4，该片状的第二导电体与金属板3(第一导电体)重叠或接触，并且至少一部分与环形天线11的与读写器120相向的面的相反一侧的面重叠。金属箔4与环形天线11的一部分重叠，由此通过在重叠的环形天线11的一部分将磁场反弹从而抑制重叠区域中的感应耦合，此外，促进磁通量向未重叠的区域集中，实现通信性能的提高。

即，通过环形天线11的来自读写器的磁通量，在线圈的导线向一个方向环绕的一侧部11a和线圈的导线向另一个方向环绕的另一侧部11b，产生相反方向的电流，其结果，无法有效地使其耦合。

因此，天线装置1通过使金属箔4与环形天线11的与读写器120相向的面的相反一侧的面部分重叠，能够将重叠区域中的磁场反弹并抑制重叠区域中的感应耦合，从而有效地将在未重叠区域产生的电流传输。此外，天线装置1通过使金属箔4与环形天线11的与读写器120相向的面的相反一侧的面部分重叠，能够使磁通量集中在未重叠区域，从而促进在该区域中的有效的发电。

此外，天线装置1通过金属箔4也与金属板3重叠或接触，能够将来自金属板3的磁通量无泄漏地感应到金属箔4未重叠的环形天线11的区域，从而能够进行有效的感应耦合。此外，天线装置1通过金属箔4也与金属板3重叠，能够防止由于来自金属板3的泄漏磁通量而在金属箔4所重叠的一部分中产生由感应耦合引起的电流。

金属箔4优选使用例如铜箔等良导体，但是不一定非要是良导体。此外，金属箔4根据天线装置1与读写器120的通信频率来适当确定厚度，例如，在通信频率13.56MHz，可以使用20μm～30μm厚度的金属箔。

应予说明，金属箔4只要与金属板3和/或环形天线11重叠即可，而不需要必须相接。但是，金属箔4越靠近金属板3和/或环形天线11对耦合系数越有利，因此优选为靠近或接触。

如图7所示，优选地，金属箔4从环形天线11的一侧部11a的端部重叠到天线线圈12的中心部12a为止。由此，金属箔4能够抑制在环形天线11的一侧部11a中的耦合而相对地降低与在另一侧部11b产生的电流相反流向的电流量，并且使磁通量从环形天线11的一侧部11a感应到另一侧部11b，促进在另一侧部11b中的耦合，实现通信特性的提高。

此外，如图7所示，优选地，金属箔4具有环形天线11的一侧部11a的长度方向以上的幅度，并将环形天线11的一侧部11a遍及长度方向完全重叠。由此，金属箔4能够抑制在环形天线11的一侧部11a中的感应耦合而相对地降低与在另一侧部11b产生的电流相反流向的电流量，并且使磁通量从环形天线11的一侧部11a感应到另一侧部11b，促进在另一侧部11b中的耦合，实现通信特性的提高。

这里，在以上的说明中，针对无线通信系统100所具备的天线装置1，以环形天线11如图2所示呈大致矩形形状，并沿外形环绕有天线线圈12的导线的基本结构来对天线装置1的构成进行了说明，但是，在应用了本发明的天线装置1中，具备如下天线线圈12，所述天线线圈12位于设置在电子设备的具有磁屏蔽功能的盖110上的开口部111的端部，并配置于上述盖110的内壁面。

即，应用了本发明的天线装置1中的环形天线11的天线线圈12，例如如图8所示，位于设置在电子设备例如智能手机130的由具有磁屏蔽功能的金属构成的盖110上的例如液晶显示部用的开口部111的端部110A，并配置于上述盖110的内壁面。

上述盖110可以是粘贴具有磁屏蔽功能的金属片而成的。

上述天线线圈12如图9所示，通过使其中心部12a位于设置在上述具有磁屏蔽功能的盖110上的开口部111的端部110A，从而在上述开口部111的端缘处被分成上述环形天线11的一侧部11a和另一侧部11b两部分，并以上述环形天线11的一侧部11a与上述由具有磁屏蔽功能的金属构成的盖110相向，上述环形天线11的另一侧部11b与上述盖110的开口部111相向的状态配置于上述盖110的内壁面。

在这样地具备位于设置在电子设备的盖110上的开口部111的端部110A，并配置于上述盖110的内壁面的天线线圈12的天线装置1中，如图9所示，能够将从上述读写器120的天线121发射的磁场H可靠地经由上述天线线圈12的中央开口部而引入到上述由具有磁屏蔽功能的金属构成的盖110。

这里，对于图9所示的环形天线11，在天线线圈12的中央开口部插入有磁性片20。即，在形成于天线线圈12的中心部12a的中央开口部插入有磁性片20，以使在环形天线11的一侧部11a，天线线圈12位于比磁性片20更接近读写器120侧的位置，在环形天线11的另一侧部11b，磁性片20位于比天线线圈12更接近读写器120侧的位置。

该环形天线11为在天线线圈12的中心部12a遍及长度方向而形成有中央开口部，并在该中央开口部插入有磁性片20的结构。即，上述磁性片20通过插入到形成在印制基板上的上述天线线圈12的中心部12a，并以满足如下两个配置条件的方式使该天线线圈12和该磁性片20相互重叠，所述两个配置条件为：在上述具有磁屏蔽功能的盖110侧，上述磁性片20位于上述天线线圈12与上述盖110之间，并与上述天线线圈12的一侧部11a相向的配置条件；和在与上述读写器120相向的中央开口部侧，上述磁性片20位于比上述天线线圈12更接近读写器120侧的位置，并与上述天线线圈12的另一侧部11b相向的配置条件。

通过这样地在天线线圈12的中央开口部插入磁性片20，能够更加有效地引入从天线121发射的磁场H，并且通过被引入的磁场，在天线线圈12上产生大的电动势，因此能够进一步提高通信特性。

应予说明，即使代替在天线线圈12的中央开口部插入磁性片20，而采用具备磁性片20a或磁性片20b的结构，也能够有效地将从上述天线121发射的磁场H引入到天线线圈12，从而能够进一步提高通信特性，所述磁性片20a如图10的(A)所示位于上述天线线圈12与上述具有磁屏蔽功能的盖110之间，并被配置为与上述天线线圈12的一侧部11a相向，所述磁性片20b如图10的(B)所示位于比天线线圈12更接近读写器120侧的位置，并被配置为与上述天线线圈12的另一侧部11b相向。

此外，在具备应用了本发明的天线装置1的智能手机130等电子设备中，上述由具有磁屏蔽功能的金属构成的盖110中，围绕上述开口部111的部分作为闭环，即响应于通过上述开口部111的磁通量的一匝的线圈而发挥功能，由此会使上述天线线圈12的电动势下降，但是可如图11的(A)、(B)所示，设置狭缝110B以切断由围绕上述开口部111的部分形成的闭环，从而使围绕上述开口部111的部分不作为一匝的线圈而发挥功能。

即，通过设置狭缝110B以切断由围绕上述开口部111的部分形成的闭环，将从上述读写器120的天线121发射的磁场H可靠地经由上述天线线圈12的中央开口部而引入到上述由具有磁屏蔽功能的金属构成的盖110，并且能够通过被引入的磁场，在天线线圈12上产生大的电动势，从而进一步提高通信特性。

Claims (5)

1.一种天线装置，为组装于电子设备，并通过电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置，其特征在于，具备：

天线线圈，其位于设置在所述电子设备的具有磁屏蔽功能的盖上的开口部的端部，并配置于所述盖的内壁面。

2.一种电子设备，为组装有通过电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置的电子设备，其特征在于，具备：

盖，其具有磁屏蔽功能，并设置有开口部；

天线装置，其具备位于所述开口部的端部，并配置于所述盖的内壁面的天线线圈；

通信处理部，其与所述外部设备之间进行通信。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，

设置有切断由所述盖的围绕所述开口部的部分形成的闭环的狭缝。

4.根据权利要求2或3所述的电子设备，其特征在于，

所述盖由具有磁屏蔽功能的金属构成。

5.根据权利要求2或3所述的电子设备，其特征在于，

所述盖为粘贴具有磁屏蔽功能的金属片而成。