CN107408754B - 天线装置、及电子设备 - Google Patents

Abstract

即使在将天线设置于电子设备的后盖侧的情况下，也能利用磁屏蔽效果确保良好的通信性能。一种天线装置(1)，其组装于电子设备(30)，经由电磁场信号与外部设备(40)进行通信，其具备：天线线圈(12)，其以隔着其开口部在宽度方向上对置的导线相互接近的方式卷绕设置，与外部设备电感耦合；热扩散片材(3)，其设置于电子设备的框体内部，与外部设备对置；以及导电性片材(4)，其与天线线圈的一部分及热扩散片材重叠。

Description

天线装置、及电子设备

技术领域

本发明涉及一种组装于电子设备且经由电磁场信号与发射器等的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。本申请基于在日本国于2015年3月9日申请的日本专利申请编号特愿2015-045738要求优先权，通过参照这些申请，将其引入本申请。

背景技术

在携带式电话机等电子设备中，为了搭载近距离非接触通信的功能，使用RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)用的天线模块。该天线模块利用电感耦合与搭载于读/写器等的发射器的天线线圈进行通信。即，该天线模块通过使天线线圈接受来自读/写器的磁场，能够将其转换成电力而驱动作为通信处理部发挥作用的IC。

天线模块为了切实地进行通信，需要用天线线圈接受来自读/写器的某个值以上的磁通。为此，在现有例的天线模块中，在携带式电话机的框体设置环形线圈，用该线圈接受来自读/写器的磁通。组装至携带式电话机等的电子设备的天线模块，由于设备内部的基板、电池组等的金属接受来自读/写器的磁场而产生涡电流，由于该涡电流，来自读/写器的磁通被排斥。例如，在携带式电话机的框体表面上来看，则来自读/写器的磁场具有框体表面的外周部分增强、框体表面的中间附近减弱的倾向。

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未接受到太多通过上述的框体表面的外周部分的磁场的携带式电话机的中央部分。因此，在使用通常的环形线圈的天线中，接受磁场的效率变差。因此，提出了在内置于电子设备的RFID天线模块中利用基板等的金属板来提高通信特性的方法、使用磁性片来增加磁通而提高性能的天线装置(例如，参照专利文献1至4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-245776号公报

专利文献2:日本特开2010-252402号公报

专利文献3:日本特开2011-229133号公报

专利文献4:日本特开2012-217133号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在便携设备等电子设备内置RFID天线的情况下，重要的是其装配位置要离金属板的端部近。例如，在智能手机、平板PC的液晶面板周围配置天线的情况下，能够利用作为液晶面板的构造物的金属板、电池组、电路基板等提高性能。但是，由于该电子设备设计上的制约等情况，在将天线装配于远离该金属板的后盖侧时，没有用于提高天线的通信性能的金属物，存在无法充分发挥天线的性能的问题。

本发明是鉴于上述课题而做成的，其目的在于提供即使在将天线设置于电子设备的后盖侧的情况下也能够确保良好的通信性能的、新的改良后的天线装置、及电子设备。

用于解决课题的方案

本发明的一个方案为一种天线装置，其组装于电子设备，并经由电磁场信号与外部设备进行通信，上述天线装置的特征在于，具备：天线线圈，其卷绕设置为隔着其开口部在宽度方向上对置的导线相互接近，并与上述外部设备电感耦合；热扩散片材，其设置于上述电子设备的框体内部，并与上述外部设备对置；以及导电性片材，其与上述天线线圈的一部分及上述热扩散片材重叠。

根据本发明的一个方案，通过热扩散片材的磁屏蔽效果，能够良好地确保天线的通信性能。

此时，在本发明的一个方案中，也可以为，上述天线线圈通过在其长度方向上纵贯上述开口部的中心线而被分成两部分，即上述导线在一方向上环绕的一侧部和上述导线在另一方向上环绕的另一侧部，且构成为上述一侧部沿上述热扩散片材的外缘配置，并且上述另一侧部与上述导电性片材重叠。

这样，热扩散片材收集的来自外部设备的磁通经由导电性片材被输送至天线线圈的中心部，因此，通过热扩散片材的磁屏蔽效果，能够良好地确保天线的通信性能。

另外，在本发明的一个方案中，也可以为，其还具备磁性片，该磁性片由磁性体形成，且设置成在上述天线线圈的与上述外部设备对置的对置面的相反侧，与该天线线圈的一部分重叠。

这样，通过磁性片，来收集来自外部设备的磁通，向天线线圈的中心部感应，因此，能够有效地提高利用了热扩散片材的磁屏蔽效果的天线的通信特性。

另外，在本发明的一个方案中，也可以为，上述天线线圈构成为将上述导线卷绕设置成大致条形状。

这样，尤其是，即使在将天线线圈设置成将导线卷绕成细长的大致条形状的结构的情况下，利用热扩散片材的磁屏蔽效果，也能够降低因天线线圈的一侧部和另一侧部的感应电压相互抵消而导致的通信性能的劣化，得到良好的通信特性。

另外，在本发明的一个方案中，也可以为，上述热扩散片材至少具有通过下记式算出的趋肤深度以上的厚度。

数式1

d：趋肤深度(m)

ω：角频率(rad/s)

μ：透磁率(H/m)

σ：电导率(S/m)

这样，利用热扩散片材的磁屏蔽效果，能够更切实地确保良好的天线的通信特性。

另外，在本发明的一个方案中，也可以为，上述热扩散片材由石墨形成。

这样，利用石墨片材的磁屏蔽效果，能够更切实地确保良好的天线的通信特性。

另外，本发明的另一方案为一种电子设备，其组装有上述任一种天线装置，经由电磁场信号能够与外部设备进行通信。

根据本发明的另一方案，能够实现天线装置的设计自由度的提高，并确保电子设备相对于外部设备的良好的天线通信特性。

发明效果

如以上所说明的，根据本发明，通过利用电子设备所具备的热扩散片材的磁屏蔽效果，即使在将天线设置于电子设备的后盖侧的情况下，也能够确保良好的天线的通信性能。

附图说明

图1是表示适用了本发明一实施方式的天线装置的无线通信系统的概略结构的立体图。

图2是表示具备本发明一实施方式的天线装置的电子设备的概略结构的一例的立体图。

图3是用于说明本发明一实施方式的天线装置的结构的剖视图。

图4是表示本发明一实施方式的天线装置的概略结构的立体图。

图5是表示本发明另一实施方式的天线装置的概略结构的立体图。

图6A是表示本发明另一实施方式的天线装置的概略结构的剖视图，图6B是表示本发明另一实施方式的天线装置的变形例的概略结构的剖视图。

图7是对用于确认本发明一实施方式的天线装置的作用、效果的评价试验进行说明的俯视图。

图8是表示用于确认本发明一实施方式的天线装置的作用、效果的评价试验的评价结果的曲线图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，以下所说明的本实施方式不对权利要求书中记载的本发明的内容构成不当限定，本实施方式中所说明的全部结构作为本发明的解决手段不一定是必须的。

首先，对本发明一实施方式的天线装置的结构，使用附图进行说明。图1是表示适用了本发明一实施方式的天线装置的无线通信系统的概略结构的立体图。图2是表示具备本发明一实施方式的天线装置的电子设备的概略结构的一例的立体图。图3是用于说明本发明一实施方式的天线装置的结构的剖视图。此外，图3表示图2所示的天线装置的YZ平面的剖视图。

本实施方式的天线装置1是一种装置，其组装于电子设备30，经由电磁场信号与外部设备进行通信，例如，组装于图1所示那样的RFID用的无线通信系统100来使用。

如图1所示，无线通信系统100包含电子设备30所具备的天线装置1、对天线装置1进行访问的外部设备即读/写器40。在此，天线装置1与读/写器40以在图1所示的三维直角坐标系XYZ的XY平面中相互对置的方式配置。

读/写器40相对于在XY平面中相互对置的天线装置1作为在Z轴方向发射磁场的发射器发挥作用，具体而言，具备朝向天线装置1发射磁场的天线41、以及与经由天线41电感耦合的天线装置1进行通信的控制基板42。

即，读/写器40配设有与天线41电连接的控制基板42。在该控制基板42上装配有由一个或者多个集成电路芯片等的电子元件构成的控制电路43。该控制电路43基于从发天线装置1接收的数据，执行各种处理。

例如，控制电路43在对天线装置1发送数据的情况下，对数据进行编码，基于编码的数据，调制预定的频率(例如，13.56MHz)的载波，将调制的调制信号放大，用放大的调制信号驱动天线41。另外，控制电路43在从天线装置1读出数据的情况下，将天线41接收的数据的调制信号放大，对放大的数据的调制信号进行解调，并对解调的数据进行解码。

此外，在控制电路43中使用一般的读/写器中所使用的编码方式及调制方式，例如，使用曼彻斯特编码方式、ASK(Amplitude Shift Keying：幅移键控)调制方式。另外，以下，对非接触通信系统中的天线装置等进行说明，但对于Qi等的非接触系统也同样适用。

如图2所示，天线装置1组装于例如以与读/写器40在XY平面中对置的方式配置的携带式电话机等电子设备30的框体32的内部。在本实施方式中，天线装置具备天线模块2、通信处理部13、热扩散片材3，其中，上述天线模块2具有天线基板11(参照图4)，该天线基板11装配有在与电感耦合的读/写器40之间能够进行通信的天线线圈12，上述通信处理部13由天线线圈12中流动的电流驱动，与读/写器40之间进行通信。

天线模块2设置于电子设备30的框体32的内部，在与电感耦合的读/写器40之间进行通信。在本实施方式中，天线模块2装配有天线线圈12和端子部14，上述天线线圈12是通过例如对柔性扁平电缆等的可挠性的导线12a进行图案化处理等而形成的，上述端子部14对天线线圈12和通信处理部13进行电连接。

天线线圈12若接受从读/写器40发射的磁场，则通过电感耦合与读/写器40磁耦合，具有接收调制的电磁波并经由端子部14将接收信号供给至通信处理部13的功能。在本实施方式中，天线线圈12的结构为：经由由铜、铝等构成的导电性片材4与设置于电子设备30的框体32内的热扩散片材3连接，其一部分与导电性片材4重叠。此外，后文对天线线圈12的结构进行详细说明。

通信处理部13由天线线圈12中流动的电流驱动，与读/写器40之间进行通信。具体而言，通信处理部13对接收的调制信号进行解调，并对解调的数据进行解码，将解码的数据写入该通信处理部13所具有的内置存储器。另外，通信处理部13从内置存储器读出要发送至读/写器40的数据，对读出的数据进行编码，基于编码的数据调制载波，并经由通过电感耦合而磁耦合的天线线圈12，将调制的电波发送至读/写器40。此外，通信处理部13也可以不是由天线线圈12中流动的电力驱动，而是由从组装于电子设备内的电池组、外部电源等电力供给单元供给的电力驱动。

为了防止与电子设备30驱动时发热的电子元件6对置的部分的框体32上集中有从该电子元件6产生的热，即，为了使电子设备30的内部的热扩散，热扩散片材3以与外部设备40对置的方式设置于电子设备30的框体32的内部。具体而言，如图3所示，热扩散片材3设置于和电子元件6对置的部位、即框体32的由树脂等非导体构成的后盖34侧。作为热扩散片材3，使用石墨片材、碳纤维片材、将由铜等构成的金属箔蚀刻成网孔状的屏蔽材等。从热扩散性、阻燃性、耐热性、防止着火等功能优异这一点来看，优选使用石墨片材作为热扩散片材3。

在本实施方式中，作为热扩散片材3，使用石墨片材，该石墨片材由至少具有通过下记式(1)算出的趋肤深度以上的厚度的石墨形成。此外，下记式(1)中的d表示电流为表面电流的1/e(约0.37)倍的深度、即趋肤深度(m)，ω表示在将电流的频率设为f的情况下的成为2πf的值的角频率(rad/s)，μ表示透磁率(H/m)，σ表示电导率(S/m)。

数式2

关于石墨，如下记表1所示，电导率比铜小，但通过将趋肤厚度设为比铜大好几倍的预定大小以上的趋肤深度的厚度，能够确保一定程度的大小的电导率。因此，本发明一实施方式的天线装置1利用热扩散片材3的磁屏蔽效果来提高天线的通信性能。

表1

材料	电导率	趋肤深度	与趋肤深度的铜的比
				铜	5.80E+07	1.08E-05	1
石墨(HFSS)	7.00E+04	5.17E-04	28.8
				石墨(GrafTech制)	1.90E+06	9.92E-05	5.5
石墨(松下制PGS)	1.00E+06	1.37E-04	7.6

如图3所示，金属板5设置于电子设备30的框体32内，是与作为外部设备的读/写器40对置的第一导电体。金属板5设置于例如手机、智能手机、或者平板PC等电子设备的框体内，构成天线模块2通信时与读/写器40对置的第一导电体。作为该第一导电体相当于例如贴在智能手机的框体内面的金属盖、收纳于智能手机内的电池组的金属框体、或者设置于平板PC的液晶模块的背面的金属板等。

电池组等的金属板5较良好地通电，因此，若从外部施加交流磁场，则产生涡电流，导致磁场被排斥。对这种从外部施加交流磁场时的磁场分布进行调查时，具有如下特性，即，与读/写器40对置的金属板5的端部侧的磁场强。因此，目前，为了在组装于携带式电话机等电子设备30时实现该电子设备30的小型化，并与读/写器40之间确保良好的通信特性，进行如下操作，即，将天线模块2的天线线圈12设置于电池组等的金属板5的外缘侧，其中，电池组等的金属板5设置于携带式电话机30的框体32内部。

但是，伴随着电子设备30的小型化、多功能化，在框体32内无法充分确保在金属板5的外缘侧设置天线线圈12的空间，因此，有时无法在金属板5的外缘侧设置天线线圈12。即，由于无法在金属板5的外缘侧设置天线线圈12，担心没有充分提高利用了金属板5的磁屏蔽效果的天线的通信特性。

本发明者为了实现上述的本发明的目的而进行了潜心研究，结果发现，通过将天线线圈12设置于热扩散片材3的外缘侧，与设置于金属板5的外缘侧的情况相同，能够确保磁屏蔽效果带来的良好的天线通信特性。即发现，即使是热扩散片材3，也与金属板5相同，利用磁屏蔽效果能够更切实地确保良好的天线的通信特性。

因此，在本实施方式中，取代金属板5，而利用以电子设备30的框体内的热扩散为目的而设置的热扩散片材3的磁屏蔽效果，来确保天线的通信性能。而且，即使在没有将天线线圈12设置于金属板5的外缘侧的空间的情况下，通过在设置于后盖34的正上方的热扩散片材3的外缘侧设置天线线圈12，来确保良好的天线通信性能，其中，后盖34是与电子设备30的发热源、即电子元件6对置的部位。

这样，在本实施方式中，通过在热扩散片材3的外缘侧设置天线线圈12，实现热扩散片材3的磁屏蔽效果带来的天线通信特性的提高，能够实现天线装置1的设计自由度的提高，并提高电子设备30相对于外部设备40的通信特性。另外，即使在远离电子设备30的金属板5的后盖34侧装配NFC天线，也能够提高利用了热扩散片材3的磁屏蔽效果的小型NFC天线的通信性能。

接着，对本发明一实施方式的天线装置的结构，使用附图进行详细说明。图4是表示本发明一实施方式的天线装置的概略结构的立体图。

天线线圈12是通过在天线基板11的一面上对具有可挠性的导线12a进行图案化处理而形成的，其中，该天线基板11由具有可挠性的柔性基板等构成。如图4所示，天线线圈12呈长度方向上细长的大致条形状，沿外形环绕有一根导线12a，其中心侧为开口部12b。即，天线线圈12以隔着其开口部12b在宽度方向(图4所示的Y方向)上对置的导线12a相互接近的方式卷绕设置。另外，天线线圈12以导线12a环绕的主面在通信时与读/写器40在图1所示的XY平面中对置的方式配置。

天线线圈12经由在其长度方向纵贯开口部12b的中心线L1被分成两部分，即，导线12a在一方向上环绕的一侧部12a1和导线12a在另一方向上环绕的另一侧部12a2。而且，其结构为：一侧部12a1沿热扩散片材3的外缘3a配置，且另一侧部12a2与导电性片材4重叠。

具体而言，结构为如图4所示，天线线圈12的仅另一侧部12a2与导电性片材4重叠，一侧部12a1与导电性片材4不重叠，沿热扩散片材3的外缘3a，配置于该导电性片材4的外侧，且导电性片材4与热扩散片材3重叠。即，天线线圈12的结构为：仅作为其一部分的另一侧部12a2与导电性片材4重叠，该导电性片材4的与另一侧部12a2重叠的侧部的相反侧与热扩散片材3的面重叠，该热扩散片材3的面是与外部设备40对置的对置面的相反侧的面。

因此，热扩散片材3收集的来自外部设备40的磁通经由导电性片材4被输送至天线线圈12的开口部12b侧的中心部，因此，通过热扩散片材3的磁屏蔽效果，能够确保良好的天线的通信性能。尤其是，在本实施方式中，即使在将天线线圈12设置成将导线12a卷绕成细长的大致条形状的结构的情况下，利用热扩散片材3的磁屏蔽效果，也能够降低因天线线圈12的一侧部12a1和另一侧部12a2的感应电压相互抵消而导致的通信性能的劣化，得到良好的通信特性。

此外，如图5所示，也可以通过向天线装置201的天线线圈212的开口部212b插通由氧化铁、氧化铬、钴、铁素体等磁性体形成的磁性片220，来提高天线的通信性能。本发明的另一实施方式的天线装置201所具备的磁性片220设置为：在天线线圈212的与外部设备40对置的对置面的相反侧，至少与该天线线圈212的一部分重叠。

另外，天线线圈212与前述的本发明一实施方式相同，是通过在天线基板211的一面上使具有可挠性的导线212a呈大致条形状地环绕并进行图案化处理而形成的，其中，该天线基板211由具有可挠性的柔性基板等构成。而且，结构为：天线线圈212的一侧部212a1沿热扩散片材203的外缘203a配置，且另一侧部212a2与导电性片材204重叠。

在本实施方式中，如图5及图6A所示，就磁性片220而言，其插通天线线圈212的开口部212b，且在天线线圈212的一侧部212a1与外部设备40对置的对置面的相反侧的面重叠，并且在另一侧部212a2与外部设备40对置的对置面重叠。这样，通过在天线线圈212安装磁性片220，在与外部设备40进行通信时，能够收集来自该外部设备40的磁通，并向天线线圈212的中心部感应。

因此，能够有效地提高利用了热扩散片材3的磁屏蔽效果的天线的通信特性。此外，磁性片220只要以在天线线圈212的与外部设备40对置的对置面的相反侧，至少与该天线线圈212的一部分重叠的方式设置即可，因此，如图6B所示，也可以设置成仅与一侧部212a1侧重叠的结构。

实施例

接着，对本发明一实施方式的天线装置的研究评价的实施例，使用附图进行说明。此外，本发明并不限定于本实施例。

就本发明一实施方式的天线装置而言，对关于金属板等板状部件的材质与天线线圈产生的感应电压的关系的基础研究评价，使用附图进行说明，其中，金属板等板状部件经由导电性片材与天线线圈连接，且成为磁屏蔽效果的产生源。图7是对用于确认本发明一实施方式的天线装置的作用、效果的评价试验进行说明的俯视图。图8是表示用于确认本发明一实施方式的天线装置的作用、效果的评价试验的评价结果的图表。

评价试验中，如图7所示，作为NFC天线，在30mm×8mm的天线线圈312的下面附加作为导电性片材304的30mm×8mm×0.05mm的铝箔，并在由此而得到的部件连接各种材质的板状部件303，形成天线装置301。而且，在天线线圈312的正上方使电压测定装置60在图7所示的Y轴方向移动，对该电压测定装置60测定的天线线圈312的感应电压的大小进行比较。在本实施例中，作为板状部件303，对未设置任何部件的空气(Air)、厚度为0.12mm的石墨片材、厚度为0.3mm的不锈钢、厚度为0.5mm的铝、以及厚度为0.035mm的铜的情况下的天线线圈312的感应电压的大小进行了比较。

将上述的评价试验的评价结果示于图8。如图8所示，可知在使用石墨来作为与天线线圈312连接的板状部件303的情况下，与使用作为良导体金属的铝、铜的情况相比，天线线圈312上产生的感应电压稍小。由此可知，就石墨而言，从其电导率比铝、铜差的观点来看，其磁屏蔽效果也差，天线的通信特性也稍差。

但是，如图8所示，在使用石墨作为与天线线圈312连接的板状部件303的情况下，与使用不锈钢的情况相比，天线线圈312上产生的感应电压稍大。由此可知，石墨的磁屏蔽效果超出导电性比铝、铜稍差的不锈钢的磁屏蔽效果，天线的通信特性优异。即，石墨通过确保片材厚度，能够确保磁屏蔽效果的良好的天线通信性能。即，即使通过利用了石墨片材的磁屏蔽效果，也能够确保良好的天线的通信性能，其中，石墨片材是为了使电子设备的内部的热扩散而设置于框体内的。

此外，如上所述对本发明的各实施方式及各实施例进行了详细说明，但对于本领域技术人员来说，可以容易地理解，能够进行实质上不脱离本发明的范围及效果的多种变形。因此，这样的变形例均包含于本发明的范围。

例如，在说明书或者附图中，至少一次与更广义或者同义的不同术语一同被记载的术语在说明书或者附图的任何地方，均能够置换为该不同术语。另外，天线装置及电子设备的结构、动作也不限定于本发明的各实施方式及各实施例中所说明的结构、动作，能够进行各种变形实施。

符号说明

1、201—天线装置，2—天线模块，3、203—热扩散片材，3a、203a—(热扩散片材的)端部，4、204—导电性片材，5—金属板(第一导电体)，6—电子元件，11、211—天线基板，12、212—天线线圈，12a、212a—导线，12a1、212a1—一侧部，12a2、212a2—另一侧部，12b、212b—开口部，13—通信处理部，14—端子部，20—磁性片，30—电子设备，32—框体，40—读/写器(外部设备)，41—天线，42—控制基板，43—控制电路，L1、L2—中心线。

Claims (8)

1.一种天线装置，其组装于电子设备，并经由电磁场信号与外部设备进行通信，

上述天线装置的特征在于，具备：

天线线圈，其卷绕设置为隔着其开口部在宽度方向上对置的导线相互接近，并与上述外部设备电感耦合；

热扩散片材，其设置于上述电子设备的框体内部，并与上述外部设备对置；以及

导电性片材，其与上述天线线圈的一部分及上述热扩散片材重叠，

上述热扩散片材由石墨形成。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

上述天线线圈通过在其长度方向上纵贯上述开口部的中心线而被分成两部分，即上述导线在一方向上环绕的一侧部和上述导线在另一方向上环绕的另一侧部，且构成为上述一侧部沿上述热扩散片材的外缘配置，并且上述另一侧部与上述导电性片材重叠。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

还具备磁性片，该磁性片由磁性体形成，且设置成在上述天线线圈的与上述外部设备对置的对置面的相反侧，与该天线线圈的一部分重叠。

4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，

还具备磁性片，该磁性片由磁性体形成，且设置成在上述天线线圈的与上述外部设备对置的对置面的相反侧，与该天线线圈的一部分重叠。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置，其特征在于，

上述天线线圈构成为将上述导线卷绕设置成大致条形状。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置，其特征在于，

上述热扩散片材至少具有通过以下数式算出的趋肤深度以上的厚度，

数式1

其中，d表示趋肤深度(m)，ω表示角频率(rad/s)，μ表示透磁率(H/m)，σ表示电导率(S/m)。

7.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，

上述热扩散片材至少具有通过以下数式算出的趋肤深度以上的厚度，

数式2

其中，d表示趋肤深度(m)，ω表示角频率(rad/s)，μ表示透磁率(H/m)，σ表示电导率(S/m)。

8.一种电子设备，其特征在于，

组装有权利要求1至7中任一项所述的天线装置，且能够经由电磁场信号与外部设备进行通信。

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