CN107851898A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

提供即便在导电体不设置开口部也具有优异的通信特性的天线装置。具备：天线线圈12，经由开口部12b以二维状卷绕导线12a而设置，其与外部设备（读写器）40感应耦合；以及导电体11，以与天线线圈12重叠的方式设置在天线线圈12的与外部设备40的对置面，导电体11具有：第1狭缝部18，从与天线线圈12的开口部12b重叠的区域形成到导电体11的端部；以及第2狭缝部19，与第1狭缝部18连接，形成在与天线线圈12的开口部12b重叠的区域。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及装入电子设备并经由电磁场信号与发信器等的外部设备进行通信的天线装置。本申请以在日本于2015年7月22日申请的日本专利申请号特愿2015－144700为基础主张优先权，并通过参照该申请，引用至本申请。

背景技术

在便携电话机等的电子设备中，为了搭载近距离非接触通信的功能，采用RFID（无线射频识别：Radio Frequency Identification）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的发信器的天线线圈进行通信。即，该天线模块能够通过使天线线圈接受来自读写器的磁场，将其转换为电力而驱动作为通信处理部发挥功能的IC。

为了可靠地进行通信，天线模块需要用天线线圈接受来自读写器的某个值以上的磁通。因此，在现有例所涉及的天线模块中，在便携电话机等的壳体设置环形线圈，用该线圈接受来自读写器的磁通。装入便携电话机等的电子设备的天线模块，因为设备内部的基板或电池组等的金属接受来自读写器的磁场而产生的涡电流，来自读写器的磁通会被反弹。例如，若以便携电话机的壳体表面进行考虑，则来自读写器的磁场具有壳体表面的外周部分变强、壳体表面的中央附近变弱的倾向。

在使用普通的环形线圈的天线的情况下，环形线圈位于其开口部不怎么接受通过上述壳体表面的外周部分的磁场的便携电话机的中央部分。因此，在使用普通的环形线圈的天线中，接受磁场的效率变差。

例如在专利文献1中，记载了通过接收从外部天线辐射的既定频率的电磁波而进行通信的天线线圈装入壳体内部的便携设备，在比天线线圈的通信面更靠电磁波的入射侧设置金属层，从而抑制外部天线和壳体内部的天线线圈接近时的通信不良。

另外，在专利文献2中，记载了装入电子设备并经由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，位于设置在具有电子设备的磁屏蔽功能的盖的开口部的端部，并配置在盖的内壁面。

另外，在专利文献3中，记载了这样的天线装置：具备以卷绕中心部为线圈开口部的环状或漩涡状的线圈导体；以及配置在比线圈导体更靠近通信对象侧的天线的一侧的导体层，导体层具备导体开口部及连接导体开口部与外缘之间的狭缝部，当俯视观察线圈导体时，线圈导体与导体层重叠。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－270681号公报；专利文献2：日本特开2015－95707号公报；

专利文献3：日本特许第4687832号公报。

发明内容

发明要解决的课题

为了使NFC天线在会使来自读写器的磁通反弹这样的金属盖下动作，需要例如在金属盖设置开口部。然而，因在金属盖设置开口部而出现了金属盖的强度下降或设计上受制约这一问题。

在专利文献1中，虽然记载了天线线圈和金属层的一部分重叠的便携设备，但是并未记载天线线圈全部与金属层重叠的便携设备。

另外，在专利文献2中，虽然记载了使天线线圈位于设置在具有磁屏蔽功能的盖的开口部的端部，但是并没有记载没有开口部的实施方式。

同样地，在专利文献3中，虽然记载了线圈开口部和导体开口部至少一部分重叠的天线装置，但是并没有记载没有开口部的实施方式。

本发明鉴于这样的实情而提出，提供即便在导电体不设置开口部也具有优异的通信特性的天线装置。

用于解决课题的方案

本发明的一种方式是装入电子设备并经由电磁场信号与外部设备进行通信的天线装置，具备：天线线圈，经由其开口部以二维状卷绕导线而设置，其与外部设备感应耦合；以及导电体，以与天线线圈重叠的方式设置在天线线圈的与外部设备的对置面，导电体具有：第1狭缝部，从与天线线圈的开口部重叠的区域形成到导电体的端部；以及第2狭缝部，与第1狭缝部连接，形成在与天线线圈的开口部重叠的区域。

依据本发明的一种方式，在与导电体的天线线圈的开口部重叠的区域具有第2狭缝部，从而使得磁通通过狭缝内，即便在导电体没有设置开口部也具有优异的通信特性。

此时，本发明的一种方式中，也可以使得第2狭缝部由多个狭缝形成。

通过由多个狭缝形成第2狭缝部，从而增加通过的磁通数，提高通信特性。

另外，此时，本发明的一种方式中，也可以使得第2狭缝部沿着天线线圈的内侧形状而形成。

通过沿着天线线圈的内侧形状形成第2狭缝部，磁通会通过沿着开口部形成的狭缝，因此通信特性变得良好。

另外，本发明的一种方式中，也可以使得天线线圈的开口部为矩形状，所述第2狭缝部沿着该天线线圈的内侧形状的内3个边而形成。

若沿着矩形状的天线线圈的内侧形状的内3个边形成第2狭缝部，则能得到与在导电体设置开口部的情况大致同样的通信特性。

另外，本发明的一种方式中，也可以使得天线线圈的开口部为矩形状，所述第2狭缝部沿着该天线线圈的内侧形状的内4个边而形成。

若沿着矩形状的天线线圈的内侧形状的内4个边形成第2狭缝部，则能得到比在导电体设置开口部的情况更加优良的通信特性.

发明效果

依据本发明，通过在与导电体的天线线圈的开口部重叠的区域设置第2狭缝部，即便在导电体没有设置开口部，也能提供具有与形成开口部的情况同样或其以上的优异的通信特性的天线装置。

附图说明

[图1]图1是示出适用本发明的一实施方式所涉及的天线装置的无线通信系统的概略结构的立体图。

[图2]图2A是示出具备本发明的一实施方式所涉及的天线装置的电子设备的内部的一个例子的立体图，图2B是用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置的形成在导电体（金属盖）的第1及第2狭缝部、和天线线圈的配置的立体图。

[图3]图3A、图3B、图3C是用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置中的第2狭缝部的配置的平面图。

[图4]图4A、图4B、图4C是用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置中的第2狭缝部的配置的平面图。

[图5]图5A及图5B是用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置中的第2狭缝部的配置的平面图。

[图6]图6A、图6B、图6C是用于说明成为比较例的天线装置中的方式的平面图。

[图7]图7A及图7B是用于确认本发明的一实施方式所涉及的天线装置的作用/效果的评价方法的说明图，图7A是立体图，图7B是平面图。

[图8]图8是示出用于确认本发明的一实施方式所涉及的天线装置的作用/效果的通信性能的评价结果的图表。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式详细地进行说明。此外，以下说明的本实施方式并非不合理地限定权利要求书中记载的本发明的内容，以本实施方式说明的全部构成作为本发明的解决方案未必是必须的。

首先，一边使用附图，一边对本发明的一实施方式所涉及的天线装置的结构进行说明。图1是示出适用本发明的一实施方式所涉及的天线装置的无线通信系统的概略结构的立体图，图2A是示出具备本发明的一实施方式所涉及的天线装置的电子设备的内部的一个例子的立体图，图2B是用于用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置的形成在导电体（金属盖）的第1及第2狭缝部、和天线线圈的配置的立体图。

本实施方式所涉及的天线装置1是装入电子设备30并经由电磁场信号与外部设备进行通信的装置，例如，装入到如图1所示的RFID用的无线通信系统100而使用。

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；以及成为进行对于天线装置1的访问的外部设备的读写器40。在此，天线装置1和读写器40设为在图1所示的三维正交坐标系XYZ的XY平面中以互相对置的方式配置。

读写器40作为对于XY平面中互相对置的天线装置1沿Z轴方向发送磁场的发信器发挥功能，具体而言，具备：向天线装置1发送磁场的天线41；以及经由天线41与感应耦合的天线装置1进行通信的控制基板42。

即，读写器40配置有与天线41电连接的控制基板42。在该控制基板42安装有由一个或多个集成电路芯片等的电子部件构成的控制电路43。该控制电路43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，调制既定频率（例如，13.56MHz）的载波，将调制后的调制信号放大，以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，放大由天线41接收的数据的调制信号，将放大的数据的调制信号进行解调，对解调后的数据进行解码。

此外，在控制电路43中，采用一般的读写器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或ASK（幅移键控：Amplitude Shift Keying）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，但是对Qi（チー）等的非接触充电系统，也同样能适用。

天线装置1装入了例如以与读写器40在XY平面中对置的方式配置的便携电话机等的电子设备30的壳体的内部。在本实施方式中，天线装置具备：天线模块2，具有安装了在与感应耦合的读写器40之间能够通信的天线线圈12的天线基板3；通信处理部13，利用流过天线线圈12的电流来驱动，在与读写器40之间进行通信；以及导电体，例如作为壳体由金属等构成。

天线模块2设置在电子设备30的壳体（导电体）的内部，在与感应耦合的读写器40之间进行通信。在本实施方式中，如图2A所示，天线模块2能用在如具有导电体11、天线线圈12、电池组15、印刷基板16、和SIM插槽17的便携终端10等。

在天线基板3，安装有通过对例如柔性印刷电路等的挠性导线12a进行构图处理等而形成的天线线圈12、和将天线线圈12和通信处理部13电连接的端子部14。

天线线圈12具有这样的功能，即在接受从读写器40发送的磁场时，通过感应耦合而与读写器40磁性耦合，接收调制后的电磁波，经由端子部14而向通信处理部13供给接收信号。天线线圈12例如如图2A所示呈大致矩形状，沿着外形环绕有天线线圈12的1根导线12a，其中心侧成为开口部12b。即，天线线圈12经由其开口部12b以二维状卷绕导线12a而设置。另外，天线线圈12以使导线12a所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。

通信处理部13利用流过天线线圈12的电流来驱动，在与读写器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，将解调后的数据进行解码，并将解码后的数据写入该通信处理部13所具有的内部存储器。另外，通信处理部13从内部存储器读出向读写器40发送的数据，并将读出的数据进行编码，基于编码后的数据对载波进行调制，经由通过感应耦合来磁性耦合的天线线圈12向读写器40发送调制后的电波。此外，通信处理部13也可以不用流过天线线圈12的电力，而用从装入电子设备内的电池组或外部电源等的电力供给单元供给的电力来驱动。

导电体11例如作为电子设备30的成为壳体的金属盖而设置，成为与成为外部设备的读写器40对置的第1导电体。导电体除此之外还有例如如电池组15那样，设置在便携电话或智能电话、或平板电脑PC等的电子设备的壳体内，构成在天线模块2通信时与读写器40对置的第2导电体的导电体。这样，导电体例如以粘贴在智能电话的壳体内表面的金属盖、或收纳于智能电话内的电池组的金属壳体、或者设置在平板电脑PC的液晶模块的背面的金属板等使用。

导电体11使电比较容易流过，因此，当从外部施加交流磁场时产生涡电流，会反弹磁场。对于能设置在壳体内部的电池组15这样的第2导电体，存在通过在其端部配置天线装置而提高通信特性的现有技术。

然而，在电子设备30的壳体设置作为金属盖的导电体11的情况下，虽然有在导电体11（金属盖）设置开口部的现有例，但是，因为在导电体11（金属盖）设置开口部，出现了导电体11（金属盖）的强度下降或设计上受制约的问题。

因此，为了解决上述课题，本实施方式所涉及的天线装置10如图2B所示，具备：经由开口部12b以二维状卷绕导线而设置的、与外部设备（读写器）40感应耦合的天线线圈12；以及与天线线圈12重叠的方式设置在天线线圈12的与外部设备40的对置面的导电体11，导电体11具有：从与天线线圈12的开口部12b重叠的区域形成到导电体11的端部的第1狭缝部18；以及与第1狭缝部18连接并形成在与天线线圈12的开口部12b重叠的区域的第2狭缝部19。

这样，在导电体11的与天线线圈12的开口部12b重叠的区域具有第2狭缝部19，从而使得磁通通过第2狭缝部19，即便在导电体11没有设置开口部也能得到具有优异的通信特性的天线装置1。

导电体11为例如便携终端的金属盖等。在金属的情况下，其种类没有特别限定。导电体11以与天线线圈12重叠的方式设置在天线线圈12和外部设备40的对置面。

第1狭缝部18是以从与天线线圈12的开口部12b重叠的区域达到导电体11的端部的方式形成的狭缝。通过设置第1狭缝部18，在通信时屏蔽导电体11中流过的涡电流的回路（loop），从而能够防止产生涡电流，能够抑制所通过的磁通损耗。只要能防止产生涡电流即可，因此第1狭缝部18的宽度没有特别限定。

第2狭缝部19与第1狭缝部18连接，形成在与天线线圈12的开口部12b重叠的区域。由此，在以与金属盖这样的导电体11重叠的方式配置天线线圈的情况下，也能与外部设备40进行通信。关于第2狭缝部19的宽度，只要为能够与外部设备40进行通信的宽度就无特别限定。以下，一边列举一些实施方式，一边对第2狭缝部19的形成方式进行说明。

图3A至图3C、图4A至图4C、图5A及图5B是用于说明本发明的一实施方式所涉及的天线装置中的第2狭缝部的配置的平面图。另外，为了说明第2狭缝部的配置，方便起见如图3A所示，将天线线圈52分为上边52a、下边52b、左边52c、右边52d及开口部52h而示出。

如图3A所示，在本发明的一实施方式所涉及的天线装置50中，第2狭缝部59沿着大致矩形状的天线线圈52的内侧形状的内3个边而形成。例如，如图3A所示沿着天线线圈52的上边52a、左边52c及右边52d而形成。这样将第2狭缝部59沿着天线线圈52的开口部52h的内侧形状的内3个边而形成时，如后述的实施例所示，能得到与在导电体设置了圆形的开口部的情况（参照图6C）大致同等的通信特性。因而，在本发明的一实施方式所涉及的天线装置50中，不在导电体设置开口部也能得到充分的通信特性，能够做成从强度方面或设计性的观点来说也是优异的天线装置50。

进而，如图3B所示，在本发明的一实施方式所涉及的天线装置60中，第2狭缝部69沿着天线线圈62的内侧形状的内4个边而形成。即，如图3B所示沿着天线线圈62的上边62a、下边62b、左边62c及右边62d的4个边而形成。此外，此时能够先在4个边的狭缝之中的1个边（图3B中，沿着天线线圈的下边62b的狭缝）设置没有狭缝的区域62s。这是因为在4个边加入狭缝时则有可能会使与天线线圈62的开口部62h重叠的导电体61的部分分离。然而，如图3C所示的天线装置70那样，在用树脂等来涂敷导电体71的情况下，不用担心天线线圈72内部的导电体71分离，因此也可以使狭缝加入天线线圈72的上边72a、下边72b、左边72c及右边72d的4个边全部。

若如图3B那样沿着天线线圈62的开口部62h的内侧形状的内4个边形成第2狭缝部69，则如后述的实施例所示，能够得到在导电体设置圆形的开口部的情况（参照图6C）以上的通信特性。因而，可以说作为第2狭缝部，特别优选以图3B（或者图3C）所示的方式。

这样，在本发明的一实施方式所涉及的天线装置中，特别优选第2狭缝部沿着天线线圈的内侧形状而形成。在此，天线线圈的内侧形状是指天线线圈与天线线圈的开口部的边界部分。沿着天线线圈的内侧形状而形成第2狭缝部，从而磁通会通过沿着天线线圈的开口部而形成的狭缝，因此通信特性变得优良。另外，无需在导电体开设较大的开口部，因此能够增加金属盖等的设计自由度。

以上，对第2狭缝部的优选形状进行了说明，但是本发明的一实施方式所涉及的天线装置中能够采取这些以外的各种方式。以下，在图4A至图4C、图5A及图5B中，还对能够采取的其他实施方式进行说明。此外，以下描述的天线装置中，天线线圈的形状并不局限于大致矩形状，也可为例如六边形、八边形等的多边形、圆形、椭圆形或内侧形状为曲线状的天线线圈。

本发明的一实施方式所涉及的天线装置110、120、130中，例如，在图4A中，第2狭缝部119沿着天线线圈112的上边112a的内侧形状而形成。或者，可以如图4B所示，第2狭缝部129形成在天线线圈122的上边122a与下边122b之间的区域，也可以如图4C所示，第2狭缝部139沿着天线线圈132的下边132b的内侧形状而形成。根据第2狭缝部的形成位置，磁通所通过的位置有所不同，因此，能够例如通过与外部设备40的通信位置来调整第2狭缝部的形成位置。

另外，除此之外本发明的一实施方式所涉及的天线装置140，也可以如图5A所示，以使第1狭缝部148通过天线线圈142的左边142c的方式沿y轴方向形成，例如也可以倾斜地形成。而且，第2狭缝部149也可以如图5A那样形成在天线线圈142的左边142c与右边142d之间的区域，也可以沿着左边142c或右边142d的内侧形状而形成。另外，如图5B所示，在本发明的一实施方式所涉及的天线装置150中，也可以以第2狭缝部159与第1狭缝部158相交的方式形成。

实施例

利用以下的实施例1～3及比较例1～4来检验证明本发明的一实施方式所涉及的天线装置1在与天线线圈12重叠的导电体11形成一些方式的第1狭缝部和第2狭缝部时的作用/效果。

作为实施例1，采用了第2狭缝部69沿着天线线圈62的开口部62h的内侧形状的内4个边而形成的图3B所示的天线装置60。作为实施例2，采用了第2狭缝部59沿着天线线圈52的开口部52h的内侧形状的内3个边而形成的图3A所示的天线装置50。作为实施例3，采用了第2狭缝部139沿着天线线圈132的开口部132h的内侧形状的内1个边而形成的图4C所示的天线装置130。

另外，作为比较例1，采用了不具有导电体（金属盖）的天线装置。作为比较例2，采用了具有没有形成开口部或狭缝部的导电体201（金属盖）的图6A所示的天线装置200。作为比较例3，采用了设有与天线线圈212的外形大致相同的开口部213的图6B所示的天线装置210。作为比较例4，采用了在与天线线圈222的开口部222h重叠的导电体221的区域的大致中央具有圆形状的开口部229、和从该圆形状的开口部229形成到导电体221（金属盖）的端部的狭缝228的图6C所示的天线装置220。

在实施例1～3、比较例1～4中，天线线圈采用了40mm×30mm×0.3mm且绕4匝的天线。另外，导电体（金属盖）的厚度为0.3mm，各狭缝部的宽度为0.5mm，比较例4中的圆形状的开口部的直径为10mm。实施例1中，沿着4个边的狭缝之中的一边有一部分为1mm宽度且没有狭缝的区域（参照图3B）。

图7A及图7B是用于确认本发明的一实施方式所涉及的天线装置的作用/效果的评价方法的说明图，图7A是立体图，图7B是平面图。对于实施例1～3及比较例1～4的每一个，如图7A及图7B所示，用模拟求出在使对置的读写器沿既定方向移动的情况下的耦合系数。

作为具体的评价条件设为如下。即，读写器的天线301设为以xy轴方向规定的外形直径为70mm的2匝线圈321a。使读写器的天线301与实施例1～3及比较例1～4的各天线装置对置，使读写器的天线301如图7B所示沿x轴方向移动，并对改变了天线装置的天线312与读写器侧的天线线圈321a的相对的位置关系时的通信特性（耦合系数k）进行了评价。此外，在z轴方向规定的读写器的天线线圈321a和天线装置的天线线圈312的距离为45mm。

图8是示出用于确认本发明的一实施方式所涉及的天线装置的作用/效果的通信性能的评价结果的图表。作为基准点（benchmark）的比较例1，耦合系数k在0.010～0.014之间推移。比较例2因为整个面被金属盖所覆盖，不能进行通信，耦合系数k一直为0。比较例3中，虽然形成有开口部但没有形成第1狭缝部，因此通信特性比作为基准点的比较例1更差。另外，具有第1狭缝部和圆形状的开口部的比较例4，通信特性比比较例1更好。

实施例1沿着天线线圈的内侧形状的内4个边形成了第2狭缝部，通信特性在实施例1～3及比较例1～4之中最优异。因而，本发明的一实施方式所涉及的天线装置，即便在导电体不设置较大的开口部也能实现优异的通信特性。

另外，对于沿着天线线圈的内侧形状的内3个边形成第2狭缝部的实施例2、或沿着天线线圈的内侧形状的内1个边形成第2狭缝部的实施例3，也示出与比较例4同等或比比较例4更优异的通信特性。此外，实施例3沿着天线线圈的下边形成第2狭缝部，因此峰值偏向x轴的正方向。这样，本发明的一实施方式所涉及的天线装置无需在导电体设置开口部，因此强度方面也是优异的，另外在设计性方面制约也少，能够做成具有优异的通信特性的天线装置。

标号说明

1、50、60、70、110、120、130、140、150、200、210、220　天线装置；2　天线模块；3　天线基板；10　便携终端；11、51、61、71、111、121、131、141、151、201、211、221　导电体；12、52、62、72、112、122、132、142、152、202、212、222　天线线圈；12a　导线；12b　开口部；13　通信处理部；14　端子部；15　电池组；16　印刷基板；17　SIM插槽；18、58、68、78、118、128、138、148、158　第1狭缝部；19、59、69、79、119、129、139、149、159　第2狭缝部；30　电子设备；40　外部设备（读写器）；41　天线；42　控制基板；43　控制电路；52a、62a、72a、112a、122a、132a、142a　上边；52b、62b、72b、112b、122b、132b、142b　下边；52c、62c、72c、112c、142c　左边；52d、62d、72d、112d、142d　右边；52h、62h、72h、112h、132h、222h　开口部；62s没有狭缝的区域；100　无线通信系统；213、229　导电体的开口部；228　狭缝；301　读写器的天线；312　天线装置的天线线圈；321a　读写器的天线线圈。

Claims (5)

1. 一种天线装置，装入电子设备并经由电磁场信号与外部设备进行通信，具备：

天线线圈，经由其开口部以二维状卷绕导线而设置，其与所述外部设备感应耦合；以及

导电体，以与该天线线圈重叠的方式设置在所述天线线圈的与所述外部设备的对置面，

所述导电体具有：第1狭缝部，从与所述天线线圈的开口部重叠的区域形成到该导电体的端部；以及第2狭缝部，与该第1狭缝部连接，形成在与所述天线线圈的开口部重叠的区域。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述第2狭缝部由多个狭缝形成。

3.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第2狭缝部沿着所述天线线圈的内侧形状而形成。

4.如权利要求3所述的天线装置，其中，所述天线线圈的开口部为矩形状，所述第2狭缝部沿着该天线线圈的内侧形状的内3个边而形成。

5.如权利要求3所述的天线装置，其中，所述天线线圈的开口部为矩形状，所述第2狭缝部沿着该天线线圈的内侧形状的内4个边而形成。