JP2007324961A - Antenna unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として非接触による近接距離での通信を行う通信装置に関し、特に通信装置の筐体内に回路基板および電気部品とともに内蔵されたアンテナユニットに関する。 The present invention relates to a communication apparatus that performs communication at a close distance mainly by non-contact, and particularly relates to an antenna unit that is built in a housing of the communication apparatus together with a circuit board and electrical components.
RFIDや非接触ICカードなどに代表される、アンテナを用いた近接距離での無線通信システムが広く普及している。このシステムは近接非接触通信ともよばれ、これを利用して携帯電話端末などの小型電子機器に搭載するために小型で高性能なアンテナの開発要求が高まっている。 Wireless communication systems at close distances using antennas, such as RFID and non-contact IC cards, are widely used. This system is also called proximity contactless communication, and there is an increasing demand for the development of a small and high performance antenna for use in small electronic devices such as mobile phone terminals.
この目的に使用するアンテナの一例として、特許文献1には、多層基板製造技術を用いて作製することにより限られた外形形状でアンテナの導体断面積を拡大することにより通信距離を拡大し、かつ、安価に製造可能なアンテナに関する発明が記載されている。このような多層基板からなるアンテナの構造は、絶縁樹脂層を挟んで積層された各導体層がコイル状にパターン化され、その絶縁樹脂層を介して多層に形成された各層のコイルパターンどうしがアンテナ基板に所定間隔で形成されたスルーホールめっき層により電気的に接続されて、単一のコイルとして機能するように構成されている。また、コイルパターンの外径や積層する層数は、通信距離に応じて任意に増減することが可能であると記載されている。
As an example of an antenna used for this purpose,
一方、装置に実装されたアンテナの性能の劣化を防ぐため、特許文献2には、近接非接触通信機能を有する近接非接触通信機器において、近接非接触通信用のアンテナに磁気的なノイズを抑えるシート状の磁性体とシート状の導体を重ね合わせたアンテナユニットを構成し、これによりアンテナに近接して設置された金属板等の影響を軽減することができ、近接非接触通信の通信距離の劣化を軽減できると記載されている。
On the other hand, in order to prevent the performance of the antenna mounted on the apparatus from deteriorating,
近年の電子部品が高密度実装された電子機器において、近接距離通信用のアンテナを搭載しようとすると、アンテナ配置部には、通常、筐体や回路基板、あるいはバッテリーなどの電気部品等、様々なものが近接することになり、アンテナが単体で存在するときの理想的な通信特性が維持されず、特性劣化が避けられない。また、アンテナが配置、実装される状況に応じて最適な送受信特性が得られるように調整できる自由度があることが望ましい。 In an electronic device in which electronic components of recent years are mounted with high density, when an antenna for near field communication is to be mounted, the antenna placement unit is usually equipped with various types of components such as a casing, a circuit board, or an electric component such as a battery. Things will be close to each other, and ideal communication characteristics when an antenna exists alone will not be maintained, and characteristic deterioration will be unavoidable. Further, it is desirable that there is a degree of freedom that can be adjusted so as to obtain optimal transmission / reception characteristics according to the situation in which the antenna is arranged and mounted.
特許文献1に記載のアンテナでは、独立したアンテナ単体としての特性は問題ないと考えられるが、実際の機器に搭載した際のアンテナ特性の劣化については考慮されておらず、その場合はアンテナ単体での特性を十分に発揮できるとは限らない。
In the antenna described in
また、特許文献2に記載のアンテナでは、近接した金属板等の影響を軽減するために、シート状の磁性体と、シート状の導体とをアンテナに重ね合わせたアンテナユニットについて記載されているが、実際に機器内に実装される場合には上記のように多くの劣化要因があるので、実装された状態での特性の調整の自由度を考えると上記アンテナユニットでも十分とは言えない。
In addition, the antenna described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、機器内に実装された際のアンテナの通信距離の低下を最小限にすることを目的としたものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to minimize a decrease in the communication distance of an antenna when mounted in a device.
すなわち、本発明の課題は、高密度実装された電子機器において近接距離通信用のアンテナを搭載する際に、アンテナの特性劣化を軽減し通信距離の低下を軽減することが可能なアンテナユニットを提供することにある。 That is, an object of the present invention is to provide an antenna unit that can reduce deterioration in antenna characteristics and decrease in communication distance when mounting an antenna for near-field communication in an electronic device mounted with high density There is to do.
上記課題を解決するため、本発明のアンテナユニットは、筐体内に回路基板および電気部品とともに内蔵されるアンテナユニットであって、アンテナと誘電体シートとを有し、該誘電体シートは前記アンテナと前記筐体または前記回路基板または前記電気部品との間の少なくともいずれかに挿入されている。 In order to solve the above problems, an antenna unit of the present invention is an antenna unit that is built in a casing together with a circuit board and an electrical component, and includes an antenna and a dielectric sheet, and the dielectric sheet includes the antenna and the antenna unit. It is inserted into at least one of the housing, the circuit board, or the electrical component.
また、前記誘電体シートと前記アンテナとの間に磁性体層を備えてもよい。 A magnetic layer may be provided between the dielectric sheet and the antenna.
また、前記誘電体シートと前記筐体または前記回路基板または前記電気部品との間の少なくともいずれかに導体層を備えてもよい。 Moreover, you may provide a conductor layer in at least any one between the said dielectric material sheet, the said housing | casing, the said circuit board, or the said electrical component.
また、前記アンテナが平面状に形成されたループアンテナ、パッチアンテナまたは線状アンテナのいずれか1つであってもよい。 The antenna may be any one of a loop antenna, a patch antenna, and a linear antenna formed in a planar shape.
アンテナに近接して金属などの導体が存在するとアンテナからの放射電界がその導体で反射されることによりアンテナの放射特性が影響される。すなわち放射電波の波長に比べて十分に小さい距離に電波の反射面が存在する場合、そこで放射電波は位相が180度反転して反射されるため、アンテナから直接放射される電波の電界を打ち消してしまい、アンテナの特性が大きく劣化してしまう。この効果はアンテナと導体が近接するほど影響が大きい。 If a conductor such as a metal is present in the vicinity of the antenna, the radiation field of the antenna is reflected by the conductor, thereby affecting the radiation characteristics of the antenna. In other words, if there is a radio wave reflection surface at a distance sufficiently smaller than the wavelength of the radiated radio wave, the radiated radio wave is reflected with the phase reversed by 180 degrees, so that the electric field of the radio wave radiated directly from the antenna is canceled. As a result, the characteristics of the antenna are greatly deteriorated. This effect is more significant as the antenna and conductor are closer together.
そこで本発明では、アンテナと導体面の間にある程度の大きさの誘電率を有する誘電体シートあるいはその誘電体シートとある程度の大きさの透磁率を有する磁性体層を設けることにより実質的に導体とアンテナとの間隔の電気長を増加させ、見かけ上アンテナ特性を劣化させる導体を遠ざけたことと同様な効果を有する。 Therefore, in the present invention, a conductor sheet is provided substantially by providing a dielectric sheet having a certain dielectric constant between the antenna and the conductor surface or a magnetic layer having a certain degree of permeability and the dielectric sheet. This has the same effect as increasing the electrical length of the gap between the antenna and the antenna, and moving away the conductor that apparently deteriorates the antenna characteristics.
また、本発明では、上記誘電体シートと前記筐体または前記回路基板または前記電気部品との間に導体層を設けることによりアンテナ特性を固定化し、通信装置の組み立て時にその導体層と回路基板などとの距離がばらついても影響を受けないようにすることができる。 In the present invention, the antenna characteristics are fixed by providing a conductor layer between the dielectric sheet and the housing or the circuit board or the electrical component, and the conductor layer and the circuit board are assembled when the communication device is assembled. Even if the distance between and varies, it can be prevented from being affected.
以上のように、本発明によれば、高密度実装された電子機器において近接距離通信用のアンテナを搭載する際に、アンテナ配置部の筐体や回路基板、あるいはバッテリーなど様々なものの近接効果によるアンテナの特性劣化を軽減し通信距離の低下を軽減することが可能なアンテナユニットを提供することができる。 As described above, according to the present invention, when an antenna for proximity communication is mounted on an electronic device mounted with high density, due to the proximity effect of various cases such as a housing, a circuit board, or a battery of the antenna placement unit. It is possible to provide an antenna unit capable of reducing the deterioration of antenna characteristics and the communication distance.
以下に、本発明にかかわる実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明のアンテナユニットが内蔵される携帯電話端末の構造の一例の断面を模式的に示す図であり、筐体1の内部に回路基板2と回路基板2にギャップGを隔てて配置された近接距離通信用のアンテナユニット3を搭載している。矢印はアンテナからの電波の放射方向を示す。
Example 1
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-section of an example of the structure of a mobile phone terminal in which the antenna unit of the present invention is built, and a
図2は、図1の携帯電話端末に使用される本発明によるアンテナユニット3の第1の実施例の断面を模式的に示す図である。本実施例のアンテナユニット3はアンテナの電波放射方向と反対側の面が回路基板に近接して設置された場合を示し、図2に示すように、回路基板2に近接する側から順に、誘電体シート31とアンテナ32を配置して構成されたものである。本実施例において、アンテナ32としては特許文献1に示されているような多層に形成されたコイルパターンからなる平面形状のループアンテナやパッチアンテナまたは線状アンテナなどを用いることができる。また、回路基板2とアンテナ32との間のギャップGは、通常は数十μm〜1mmであり、アンテナ32から近接距離通信用として放射される電波の周波数は100kHz〜2.5GHzであるので、ギャップGはその波長に比べて十分に小さい。そこで、アンテナ32から放射される電波が回路基板2により反射されて戻る電波により影響される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of a first embodiment of an
本実施例では、そのギャップに誘電体シート31を挿入することにより回路基板2を遠ざけたことと同様な効果を得ている。誘電体シート31としては、FEP(フッ化エチレンプロピレン)樹脂などに高誘電率の誘電体粉末を混入させた複合誘電体などを材料とするシートや有機物フィルムなどを用いることができ、その厚さtは数十μm〜1mmとすることができる。この場合、空気の比誘電率1に比べ誘電体シート31の比誘電率εが大きいので、t×(ε)1/2だけギャップGの電気長が大きくなり、回路基板2の存在による影響を小さくできる。
In the present embodiment, an effect similar to that of moving the
なお、誘電体シート31の比誘電率εは大きすぎるとアンテナを給電する場合のインピーダンスに影響を与えてかえってアンテナ特性を劣化させるので、t×(ε)1/2の値には最適値が存在する。本実施例ではたとえばεを5〜20程度、tを0.1〜0.5mm程度としている。
It should be noted that if the relative dielectric constant ε of the
(実施例2)
図3は、図1の携帯電話端末に使用される本発明によるアンテナユニット3の第2の実施例の断面を模式的に示す図である。本実施例のアンテナユニット3は、図3に示すように、回路基板2に近接する側から順に、誘電体シート31、磁性体層33、アンテナ32を配置して構成されたものである。本実施例においてアンテナ32としては実施例1と同様なアンテナを用いることができる。
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of a second embodiment of the
本実施例ではアンテナ32と回路基板2との間のギャップに誘電体シート31と磁性体層33を挿入することにより回路基板2を遠ざけたことと同様な効果を得ている。誘電体シート31としては、実施例1に使用するものと同様な材料の誘電体シートを用いることができる。磁性体層33は独立したシートとして挿入してもよく、またアンテナ32と一体として、または誘電体シート31と一体として設けてもよい。磁性体層33の材料としては、バスタレイド(登録商標)などの複合磁性体のシートやフェライトメッキ層などを用いることができる。
In the present embodiment, an effect similar to that of moving the
本実施例において、誘電体シート31の比誘電率をε1、比透磁率をμ1、厚さをt1、磁性体層の比誘電率をε2、比透磁率をμ2、厚さをt2とすれば、t1×(ε1・μ1)1/2+t2×(ε2・μ2)1/2だけギャップGの電気長が大きくなり、回路基板2の存在による影響を小さくできる。
In this embodiment, if the relative permittivity of the
(実施例3)
図4は、図1の携帯電話端末に使用される本発明によるアンテナユニット3の第3の実施例の断面を模式的に示す図である。本実施例のアンテナユニット3は、図4に示すように、回路基板2に近接する側から順に、導体層34、誘電体シート31、アンテナ32を配置して構成されたものである。本実施例において、アンテナ32としては実施例1と同様なアンテナを用いることができ、誘電体シート31の材料も実施例1と同様である。
(Example 3)
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of a third embodiment of the
本実施例では、回路基板2に近接する部分に導体層34を設けることによりアンテナユニットとしての特性が回路基板2の存在によって影響を受けないように固定化し、通信装置の組み立て時にその導体層と回路基板との距離がばらついても影響を受けないようにしている。ここで、導体層34の反射によるアンテナ32の放射特性に与える影響を小さくするため実施例1と同様に誘電体シート31を挿入しており、その効果は実施例1と同様である。但し、本実施例の場合には、アンテナ32とその反射面(導体層34)とのギャップはGよりも小さくなる。
In the present embodiment, by providing the
導体層34は誘電体シート31に一体として設けることができ、その場合は金属メッキ層、金属蒸着膜などを用いることができる。また、分離された金属シートを用いてもよい。その厚さは機械的強度が保たれる厚さがあれば十分である。
The
(実施例4)
図5は、図1の携帯電話端末に使用される本発明によるアンテナユニット3の第4の実施例の断面を模式的に示す図である。本実施例のアンテナユニット3は、図5に示すように、回路基板2に近接する側から順に、導体層34、誘電体シート31、磁性体層33、アンテナ32を配置して構成されたものである。本実施例において、アンテナ32としては実施例1と同様なアンテナを用いることができ、誘電体シート31および磁性体層33の構成および材料は実施例2と同様である。
Example 4
FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of a fourth embodiment of the
本実施例でも実施例3と同様に、回路基板2に近接する部分に導体層34を設けることによりアンテナユニットとしての特性が回路基板2の存在によって影響を受けないように固定化し、回路基板との距離がばらついても影響を受けないようにしている。ここで導体層34の反射によるアンテナ32の放射特性に与える影響を小さくするため、実施例2と同様に誘電体シート31および磁性体層33を挿入しており、その効果は実施例2と同様である。但し、本実施例の場合には、アンテナ32とその反射面(導体層34)とのギャップはGよりも小さくなる。
Also in the present embodiment, as in the third embodiment, by providing the
導体層34は実施例3と同様に構成され、誘電体シート31に一体として設けることができ、また、分離された金属シートを用いてもよい。
The
以上の本発明によるアンテナユニットの実施例1〜実施例4では、アンテナの電波放射方向と反対側の面が回路基板2に近接して設置される場合について説明したが、アンテナの上記の面が筐体に近接して設置してされる場合にはアンテナと筐体との間に誘電体シート31は挿入され、アンテナの上記の面が電池などの電気部品に近接して設置される場合はアンテナと電気部品との間に誘電体シート31が挿入されることにより、上記各実施例と同様な効果が得られる。
In the above-described first to fourth embodiments of the antenna unit according to the present invention, the case where the surface opposite to the radio wave radiation direction of the antenna is installed close to the
また、本発明を適用する通信装置内での実装状態において、アンテナの上記の面が筐体と回路基板の両方、または筐体と電気部品の両方、または回路基板と電気部品の両方、または筐体、回路基板、電気部品のいずれにも近接して設置される場合も考えられ、このような場合はそれらの近接した筐体、回路基板、電気部品とアンテナとの間に誘電体シートが挿入される。 Further, in the mounting state in the communication device to which the present invention is applied, the above-described surface of the antenna is both the case and the circuit board, or both the case and the electric component, or both the circuit board and the electric component, or the case. It may be installed close to any body, circuit board, or electrical component. In such a case, a dielectric sheet is inserted between the casing, circuit board, electrical component, and antenna that are in close proximity to each other. Is done.
なお、本発明のアンテナユニットに使用される誘電体シート、磁性体層、導体層の材料、厚さなどは上記実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば誘電体シートの材料としてはセラミックなどを用いることも可能である。 Needless to say, the materials, thicknesses, and the like of the dielectric sheet, magnetic layer, and conductor layer used in the antenna unit of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, ceramic or the like can be used as the material of the dielectric sheet.
また、上記実施例においては、アンテナユニット搭載装置として携帯電話端末を例に挙げて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、非接触通信用のリーダ/ライタ、非接触ICカード、その他の近接通信装置であっても良い。 In the above-described embodiments, the cellular phone terminal is described as an example of the antenna unit mounting device. However, the present invention is not particularly limited to this, and the reader / writer for non-contact communication, the non-contact IC card, etc. The proximity communication device may be used.
以上のように、本発明により高密度実装された電子機器において近接距離通信用のアンテナを搭載する際に、アンテナの特性劣化を軽減し通信距離の低下を軽減することが可能なアンテナユニットが得られる。 As described above, when an antenna for near field communication is mounted on an electronic device mounted with high density according to the present invention, an antenna unit capable of reducing deterioration in antenna characteristics and reduction in communication distance can be obtained. It is done.
さらに、近接距離通信用のアンテナに限定されず、TV、ラジオ、携帯端末などの通信装置に用いるアンテナについても、アンテナ配置部の筐体や回路基板、あるいはバッテリーなど様々なものの近接効果によるアンテナの特性劣化が生ずる場合にはその改善手段として本発明は有効な手段である。 Further, the antenna is not limited to the antenna for close-range communication, and the antenna used for the communication device such as TV, radio, portable terminal, etc. is also the antenna effect due to the proximity effect of various things such as the housing of the antenna placement unit, the circuit board, or the battery. When characteristic deterioration occurs, the present invention is an effective means as an improvement means.
1 筐体
2 回路基板
3 アンテナユニット
31 誘電体シート
32 アンテナ
33 磁性体層
34 導体層
DESCRIPTION OF
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