JP2011009903A - 磁性体アンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル導体を形成したフレキシブル基板と磁性体コアとを備えた磁性体アンテナにおいて、全体に薄型化した磁性体アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】フレキシブル基板２３にはコイル導体２４が形成されている。コイル導体２４は、導体開口部ＣＷの周囲を周回し且つ一部が導体開口部ＣＷの中心方向に矩形の三辺状（コ字状）に迂回する渦巻き状である。フレキシブル基板２３には、導体開口部ＣＷ内に前記迂回の形状に沿った磁性体コア挿入孔２６が形成されている。磁性体コア２１は、磁性体コア挿入孔２６に挿入される。この構成により、フレキシブル基板２３を折り返すことなく、磁性体コア２１の周囲にコイル導体２４が配置されることになる。
【選択図】図３

Description

この発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等に用いられる磁性体アンテナおよびアンテナ装置に関するものである。

近年、利用が拡大しているＲＦＩＤシステムにおいては、携帯電話等の携帯電子機器とリーダ・ライタの各々に情報通信用のアンテナを搭載し、互いにデータを交信している。このうち携帯電子機器に搭載されるアンテナには特に、高性能、低価格、小型化の要請が強く、これらを実現しようとするものとして、磁性体コアを備えた磁性体アンテナが特許文献１に開示されている。

図１は特許文献１に示されている磁性体アンテナの斜視図である。このアンテナ１０は、磁性体コア１２と、一連のコイル導体１３により渦巻き部１３ａが一方の主面に形成された単一のフレキシブル基板１４とを備える。電気絶縁フィルム１４の他方の主面には第２導体１５が形成されていて、この第２導体１５の端部と第１導体１３の端部とがＩＣチップ１６に接続されている。

また、渦巻き状のコイル導体が形成された基材を折り返し、磁性体コアの一辺を囲むように形成した磁性体アンテナが特許文献２に開示されている。
特許文献２に示されているような磁性体アンテナを、金属板などの磁束を通さない導体板に近接配置すると、前記導体面に対して垂直方向から入射した磁束が磁性体コアの左右の端部から放射されるようになる。

特開２００３−０２２９１２号公報 特開２００５−０３３４６１号公報

特許文献１や特許文献２の磁性体アンテナのように、フレキシブル基板を折り曲げて磁性体を挟み込む構造であると、アンテナの薄型化に伴い、磁性体が薄くなるにしたがって、フレキシブル基板の折り返し部分でのフレキシブル基板の反発力が問題となる。

図２はその例を示す側面図である。このように磁性体コア１２が薄くなると、フレキシブル基板１４の折り返し部分の曲率が大きくなるので、フレキシブル基板１４の反発力が強くなり、折返し部分の厚みをあまり薄くできず、全体に薄型化できない、という問題が生じる。また、フレキシブル基板１４の折返し部分の形状や寸法を再現性よく製造することは容易ではない。

そこで、この発明の目的は、コイル導体を形成したフレキシブル基板と磁性体コアとを備えた磁性体アンテナにおいて、全体に薄型化できるようにした磁性体アンテナ及び、それを備えたアンテナ装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、この発明の磁性体アンテナは次のように構成する。
（１）コイル導体が形成されたフレキシブル基板と磁性体コアとを備えた磁性体アンテナにおいて、
前記コイル導体は、導体開口部の周囲を周回し且つ一部が前記導体開口部の中心方向に迂回する、ループ状又は渦巻き状であり、
前記フレキシブル基板には、前記導体開口部内に前記迂回の形状に沿って磁性体コア挿入孔が形成されていて、
前記磁性体コアは、前記磁性体コア挿入孔に挿入されたことを特徴とする。

この構成により、フレキシブル基板を折り返すことなく、磁性体コアの周囲にコイル導体が配置されることになるので、フレキシブル基板の折り返し部が厚くなる問題がなく、全体に薄型の磁性体アンテナが得られる。

（２）前記磁性体コアは、前記磁性体コア挿入孔に対する挿入方向の先端が前記磁性体コア挿入孔の形成位置より突き出ていてもよい。
この構造により、磁性体コアの端辺をコイル導体の形成領域の縁付近にまで配置することができるので、結合に寄与する磁束の経路となる面の磁性体コアの面積が増え、磁性体コアと鎖交する磁束が増大して、相手側アンテナとの結合度が向上する。

（３）前記フレキシブル基板は、前記導体開口部より外側を切り欠いた形状であり、
前記磁性体コアは、前記導体開口部より外側に対応する部分を切り欠いた形状とする。
この構造により、磁性体アンテナの体積を削減できる。前記コイル導体の導体開口部より外側を通る磁束はコイル導体と鎖交しない磁束であるので結合に寄与しない。そのため、前述の構成によって磁性体アンテナの体積が小さくなっても通信可能距離が短縮化するといった通信性能の劣化は無い。

（４）前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち少なくとも一辺のコイル導体を覆わない形状とする。
この構造により、結合に寄与しないコイル導体の自己インダクタンスが減るので結合度が向上する。また、結合に寄与しないコイル導体での導体損失が減るので通信性能が向上する。

（５）また、この発明のアンテナ装置は、以上のいずれかに記載の磁性体アンテナと、当該磁性体アンテナに近接する、面状に広がる導体板（例えば基板やＬＣＤシールド板）とを備え、前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち、前記導体板の端辺に近接する部分（辺）を覆う形状とする。

この構造により、導体板に近接する面の結合に寄与しない磁束の抜ける面積は小さく、結合に寄与する磁束の抜ける面積は大きくなるため、結合度が向上する。

（６）また、この発明のアンテナ装置は、以上のいずれかに記載の磁性体アンテナと、当該磁性体アンテナに近接する、面状に広がる導体板とを備え、前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち、前記導体板の端辺から離れた部分（辺）を覆わない形状とする。

この構造により、結合に寄与しないコイル導体の自己インダクタンスが減るので結合度が向上する。また、結合に寄与しないコイル導体での導体損失が減るので通信性能が向上する。

この発明によれば、フレキシブル基板を折り返すことなく、磁性体コアの周囲にコイル導体が配置されることになるので、フレキシブル基板の折り返し部が厚くなる問題がなく、全体に薄型の磁性体アンテナが得られる。また、限られた設置スペースに磁性体アンテナが配置された、全体に薄型のアンテナ装置が構成できる。

また、結合に寄与しないコイル導体部の自己インダクタンスが減り、相手側アンテナとの結合度が向上する。さらに、結合に寄与しないコイル導体部での損失が減り、通信性能が改善される。そのため、磁束の放射効率が高まり、アンテナの感度が高まって、通信可能な距離が延びる。

特許文献１に示されている磁性体アンテナの斜視図である。 フレキシブル基板の折り返し部分でのフレキシブル基板の反発力による作用を示す側面図である。 図３（Ａ）は第１の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図３（Ｂ）は磁性体コア２１の右側面図である。図３（Ｃ）はフレキシブル基板２３の上面図、図３（Ｄ）はフレキシブル基板２３の断面図である。 図４（Ａ）は磁性体アンテナ１０１の上面図、図４（Ｂ）は磁性体アンテナ１０１の右側面図、図４（Ｃ）は、磁性体アンテナ１０１の下面図である。 図５（Ａ）は第２の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図５（Ｂ）は磁性体コア２１の右側面図である。図５（Ｃ）はフレキシブル基板２３の上面図、図５（Ｄ）はフレキシブル基板２３の断面図である。 図６（Ａ）は磁性体アンテナ１０２の上面図、図６（Ｂ）は磁性体アンテナ１０２の断面図である。 図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２の上面図、図７（Ｂ）はその断面図である。 図８（Ａ）は第３の実施形態に係る磁性体アンテナ１０３の構成要素である磁性体コア２１の上面図、図８（Ｂ）はフレキシブル基板２３の上面図、図８（Ｃ）は磁性体アンテナ１０３の上面図である。 図９（Ａ）は第４の実施形態に係る磁性体アンテナ１０４の上面図、図９（Ｂ）はその断面図である。 図１０（Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置２０４の上面図、図１０（Ｂ）はその断面図である。 図１１（Ａ）は第５の実施形態に係る磁性体アンテナ１０５の構成要素である磁性体コア２１の上面図、図１１（Ｂ）は磁性体アンテナ１０５の構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図、図１１（Ｃ）は磁性体アンテナ１０５の上面図である。 図１２（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置２０５の上面図、図１２（Ｂ）はその断面図である。 図１３（Ａ）は第６の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図１３（Ｂ）はフレキシブル基板２３の上面図である。 図１４（Ａ）は第６の実施形態に係る磁性体アンテナ１０６の上面図、図１４（Ｂ）はその側面方向の断面図、図１４（Ｃ）はその正面方向の断面図である。 図１５（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置２０６の上面図、図１５（Ｂ）はその右側面図である。 図１６（Ａ）は第７の実施形態に係るアンテナ装置２０７の上面図、図１６（Ｂ）はその断面図である。

《第１の実施形態》
図３（Ａ）は第１の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図３（Ｂ）は磁性体コア２１の右側面図である。図３（Ｃ）は前記磁性体アンテナの構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図、図３（Ｄ）はフレキシブル基板２３の断面図である。

フレキシブル基板２３にはコイル導体２４が形成されている。コイル導体２４は、導体開口部ＣＷの周囲を周回し且つ一部（迂回部ＣＣ）が導体開口部ＣＷの中心方向に矩形の三辺状（コ字状）に迂回する渦巻き状である。このコイル導体の巻回数（ターン数）は１であってもよい。すなわちコイル導体はループ状であってもよい。

フレキシブル基板２３には、導体開口部ＣＷ内に迂回部ＣＣの形状に沿ったスリット状の磁性体コア挿入孔２６が形成されている。
磁性体コア２１は、矩形板状に成形したフェライト板である。磁性体コア２１には切欠２２が形成されていて、この切欠２２部分に接続部２５が露出するように構成されている。

図４（Ａ）は磁性体アンテナ１０１の上面図、図４（Ｂ）は磁性体アンテナ１０１の右側面図、図４（Ｃ）は、磁性体アンテナ１０１の下面図である。
磁性体コア２１は、図３に示した磁性体コア挿入孔２６に挿入される。この構成により、フレキシブル基板２３を折り返すことなく、磁性体コア２１の周囲にコイル導体２４が配置されることになるので、フレキシブル基板２３の折り返し部が厚くなる問題がなく、全体に薄型の磁性体アンテナが得られる。

フレキシブル基板２３に形成されている接続部２５は磁性体コア２１の切欠２２に露出する。磁性体アンテナ１０１の実装先である回路基板には二つのピンが設けられていて、それらのピンが接続部２５に当接して電気的に接続される。

前記回路基板には共振用キャパシタが設けられていて、そのキャパシタと磁性体アンテナ１０１のインダクタンスとによって所定の周波数で共振する並列共振回路が構成される。

《第２の実施形態》
図５（Ａ）は第２の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図５（Ｂ）は磁性体コア２１の右側面図である。図５（Ｃ）は前記磁性体アンテナの構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図、図５（Ｄ）はフレキシブル基板２３の断面図である。

また、図６（Ａ）は磁性体アンテナ１０２の上面図、図６（Ｂ）は磁性体アンテナ１０２の断面図である。
第１の実施形態と異なり、磁性体コア２１は、磁性体コア挿入孔２６に対する挿入方向の先端が磁性体コア挿入孔の形成位置より突き出た形状となっている。

図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２の上面図、図７（Ｂ）はその断面図である。磁性体アンテナ１０２は回路基板３１に取り付けられる。磁性体アンテナ１０２の接続部２５に回路基板３１から突出しているピン３５が当接して、磁性体アンテナ１０２は回路基板の回路に電気的に接続される。

図７（Ｂ）中の破線の矢印は磁性体アンテナ１０２を通る磁束を表している。このように、磁性体コア２１の端辺がコイル導体２４の形成領域の縁付近にまで配置されることになるので、結合に寄与する磁束の経路となる面の磁性体コア２１の面積が増え、磁性体コアと鎖交する磁束が増大して、相手側アンテナとの結合度が向上する。

《第３の実施形態》
図８（Ａ）は第３の実施形態に係る磁性体アンテナ１０３の構成要素である磁性体コア２１の上面図、図８（Ｂ）は磁性体アンテナ１０３の構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図、図８（Ｃ）は磁性体アンテナ１０３の上面図である。

図８（Ｂ）に表れているように、フレキシブル基板２３には、導体開口部ＣＷより外側を切り欠いた形状としている。
また、図８（Ａ）・図８（Ｃ）に表れているように、磁性体コア２１には、フレキシブル基板２３の前記切欠に対応する部分を切り欠いた形状としている。

この構造により、磁性体アンテナ１０３の体積を削減できる。前記導体開口部ＣＷより外側を通る磁束はコイル導体２４と鎖交しない磁束であるので結合に寄与しない。そのため、磁性体アンテナ１０３の体積が小さくなっても通信可能距離が短縮化するといった通信性能の劣化は無い。

《第４の実施形態》
図９（Ａ）は第４の実施形態に係る磁性体アンテナ１０４の上面図、図９（Ｂ）はその断面図である。図１０（Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置２０４の上面図、図１０（Ｂ）はその断面図である。

磁性体コア２１は、コイル導体２４のうち図中Ｖで示す辺のコイル導体を覆わない形状としている。その他の構造は図５、図６、図７に示したものと同様である。
この構造により、結合に寄与しないコイル導体２４の自己インダクタンスが減るので結合度が向上する。また、結合に寄与しないコイル導体での導体損失が減るので通信性能が向上する。

《第５の実施形態》
図１１（Ａ）は第５の実施形態に係る磁性体アンテナ１０５の構成要素である磁性体コア２１の上面図、図１１（Ｂ）は磁性体アンテナ１０５の構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図、図１１（Ｃ）は磁性体アンテナ１０５の上面図である。また、図１２（Ａ）はアンテナ装置２０５の上面図、図１２（Ｂ）はその断面図である。

このように、磁性体アンテナ１０５を回路基板（導体板）３１に近接した状態で、コイル導体２４のうちの回路基板３１の端辺に近接する部分（辺）に磁性体コア２１が覆うように、磁性体コア２１には２つのスリット２０が形成されている。

図１２（Ａ）において、破線の矢印は結合に寄与する磁束である。この構造により、結合に寄与する磁束が抜ける面積は大きくため、結合度が向上する。

また、このような形状の磁性体コアを用いると、磁性体アンテナを回路基板に近接した状態で、コイル導体のうちの回路基板の端辺に近接する部分を磁性体コア２１で覆うことになる。そのため、回路基板３１に近接する面に対して平行な磁束のうち、結合に寄与する磁束が抜ける面積が大きくなって、結合度が向上する。

《第６の実施形態》
図１３（Ａ）は第６の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素である磁性体コア２１の上面図、図１３（Ｂ）は第６の実施形態に係る磁性体アンテナの構成要素であるフレキシブル基板２３の上面図である。図１４（Ａ）は第６の実施形態に係る磁性体アンテナ１０６の上面図、図１４（Ｂ）はその側面方向の断面図、図１４（Ｃ）はその正面方向の断面図である。さらに、図１５（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置２０６の上面図、図１５（Ｂ）はその右側面図である。

磁性体コア２１は、コイル導体２４のうち、回路基板３１の端辺から離れた部分（辺）を覆わないように、磁性体コアの形状を定めている。図１５（Ａ）において、寸法Ｌは、磁性体アンテナ１０６のコイル導体が回路基板３１の端辺から離れていることを表わしている。この構造により、コイル導体２４のうち、結合に寄与しないコイル導体（図中ＮＡ部分）の自己インダクタンスが減るので結合度が向上する。また、結合に寄与しないコイル導体での導体損失が減るので通信性能が向上する。

《第７の実施形態》
図１６（Ａ）は第７の実施形態に係るアンテナ装置２０７の上面図、図１６（Ｂ）はその断面図である。
第７の実施形態では、磁性体アンテナのフレキシブル基板２３は、その突出部に接続部２５が形成されている。そのため、磁性体コア２１には、前記接続部２５を露出させるための切欠を設けていない。

このような構造の接続部を備えた磁性体アンテナを用いたものに、第１〜第６の実施形態で示した各種構造を適用することができる。

なお、回路基板に限らず、例えばＬＣＤシールド板を本発明における導体板として用いてもよい。

ＣＷ…導体開口部
ＣＣ…迂回部
２０…スリット
２１…磁性体コア
２２…切欠
２０…スリット
２３…フレキシブル基板
２４…コイル導体
２５…接続部
２６…磁性体コア挿入孔
３１…回路基板
３５…ピン
１０１〜１０６…磁性体アンテナ
２０２，２０４，２０５，２０６，２０７…アンテナ装置

Claims (6)

1. コイル導体が形成されたフレキシブル基板と磁性体コアとを備えた磁性体アンテナにおいて、
   前記コイル導体は、導体開口部の周囲を周回し且つ一部が前記導体開口部の中心方向に迂回する、ループ状又は渦巻き状であり、
   前記フレキシブル基板には、前記導体開口部内に前記迂回の形状に沿った磁性体コア挿入孔が形成されていて、
   前記磁性体コアが前記磁性体コア挿入孔に挿入された磁性体アンテナ。
2. 前記磁性体コアは、前記磁性体コア挿入孔に対する挿入方向の先端が前記磁性体コア挿入孔の形成位置より突き出た、請求項１に記載の磁性体アンテナ。
3. 前記フレキシブル基板は、前記導体開口部より外側を切り欠いた形状であり、
   前記磁性体コアは、前記導体開口部より外側に対応する部分を切り欠いた形状である、請求項１に記載の磁性体アンテナ。
4. 前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち少なくとも一辺のコイル導体を覆わない、請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体アンテナ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の磁性体アンテナと、前記磁性体アンテナに近接配置される導体板と、を備えたアンテナ装置であって、
   前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち、前記導体板の端辺に近接する部分を覆う、アンテナ装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の磁性体アンテナと、前記磁性体アンテナに近接配置される導体板と、を備えたアンテナ装置であって、
   前記磁性体コアは、前記コイル導体のうち、前記導体板の端辺から離れた部分を覆わない、アンテナ装置。

Images