JP2011139533A

JP2011139533A - 電子機器

Info

Publication number: JP2011139533A
Application number: JP2011056364A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Yosui; 邦明用水; Hiroyuki Kubo; 浩行久保; Hiromitsu Ito; 宏充伊藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: JP4894960B2

Abstract

【課題】通信可能最長距離の長い高感度な電子機器を構成する。
【解決手段】アンテナコイル２１はスパイラル状に形成されたコイル導体ＣＷと、コイル導体ＣＷの形成位置の内部に挿入され、第１主面及び第２主面を有する板状の磁性体コア１とを備える。コイル導体ＣＷのうち、磁性体コア１の第１主面に近接する第１の導体部分と、磁性体コア１の第２主面に近接する第２の導体部分とは、磁性体コア１の第１主面または第２主面の法線方向から見て重ならない位置にある。そして、アンテナコイル２１は、磁性体コア１の第１主面または第２主面が平面導体２に沿うように、且つ磁性体コア１の端部が平面導体２の一辺より外側に位置するように配置されている。
【選択図】図２

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電子機器に関するものである。

ＲＦＩＤシステムで用いられる携帯電子機器に搭載される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に記載されるアンテナ装置の構造を示す正面図である。

図１に示されるアンテナコイル３０は、フィルム３２ａ上の平面内で導体３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｅ，３１ｄ）を渦巻き状に巻回して構成された空芯コイル３２と、その空芯コイル３２の平面とほぼ平行となるように空芯コイル３２に挿入された平板状の磁芯部材３３とを備えている。空芯コイル３２には孔３２ｄが設けられ、この孔３２ｄに磁芯部材３３が挿入されている。第１ターミナル３１ａと連結導体３１ｅとはスルーホール３２ｂで連結され、第２ターミナル３１ｂと連結導体３１ｅとはスルーホール３２ｃで連結されている。そして、この磁性体アンテナが導電板３４上に配置されている。

特開２００２−３２５０１３号公報

図１に示した特許文献１の磁性体アンテナは、裏面が金属板であり、磁束は横方向（図１に示した状態では右から左方向）に抜け、それによってコイル導体に起電力が発生し、電流が流れる。

ところが、特許文献１の磁性体アンテナは、図１に示したとおり、背後の導電板３４に平行な磁束と結合させる構造である。そのため、導電板３４の中心付近にアンテナコイルを置くと、短い距離範囲でしか通信できず、使い勝手が悪いという問題がある。

そこで、この発明の目的は、通信可能最長距離を長くできるようにしたアンテナ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電子機器は、アンテナコイルと前記アンテナコイルに近接配置された平面導体とを有する電子機器であって、
前記アンテナコイルはスパイラル状に形成されたコイル導体と、前記コイル導体の形成位置の内部に挿入され、第１主面及び第２主面を有する板状の磁性体コアとを備え、
前記コイル導体のうち、前記磁性体コアの第１主面に近接する第１の導体部分と、前記磁性体コアの第２主面に近接する第２の導体部分とは、前記磁性体コアの第１主面または第２主面の法線方向から見て重ならない位置にあって、
前記アンテナコイルは、前記磁性体コアの第１主面または第２主面が前記平面導体に沿うように、且つ前記磁性体コアの端部が前記平面導体の一辺より外側に位置するように配置されていることを特徴とする。

また、前記アンテナコイル及び前記平面導体は、例えば矩形状の筐体に収められている。

また、前記アンテナコイルは、例えば前記筐体の長手方向の端部に配置されている。

この発明によれば、通信可能最長距離の長い高感度な電子機器が得られる。

特許文献１に記載されるアンテナ装置の構造を示す正面図である。第１の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の概略構成を示す図である。図３（Ａ）はアンテナ１０１の磁束の分布及び指向性を表す図、図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナと対比するために示す従来構造のアンテナの磁束の分布及び指向性を示す図である。第１の実施形態に係るアンテナ１０１を備えた携帯電話端末等の電子機器とＲＦＩＤ用のＩＣカードとの間で通信を行う状態を示す図である。平面導体２とアンテナコイル２１との位置関係について示す図である。図６（Ａ）は、平面導体２とアンテナコイル２１との位置関係について示す平面図である。図６（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナコイル２１と、従来構造のアンテナコイル２０について、距離Ｘと結合係数との関係を示す図である。図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナコイル２３の組み立て前の平面図、図７（Ｂ）はそのアンテナコイル２３の平面図である。図８（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナコイル２３を備えたアンテナ１０３の下面図、図８（Ｂ）はその正面図である。図８（Ｃ）は、回路基板である平面導体２を収納する筐体２０３の内側にアンテナコイル２３を固定した例である。第１の導体部分１１と第２の導体部分１２との間をつなぐコイル導体の最も狭い部分の幅をＷ、平面導体の一辺に対して直角方向の磁性体コアの長さをＹとしたとき、ＷとＹとの積を一定にしてＷを変化させたときの、Ｗと結合係数との関係を示す図である。図１０（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナコイル２４Ａの組み立て前の平面図、図１０（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ａの平面図である。図１１（Ａ）は第３の実施形態に係る別のアンテナコイル２４Ｂの組み立て前の平面図、図１１（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ｂの平面図である。図１２（Ａ）は第３の実施形態に係る別のアンテナコイル２４Ｃの組み立て前の平面図、図１２（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ｃの平面図である。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る電子機器が備えるアンテナコイルの構成およびアンテナの概略構成を示す図である。
図２（Ａ）は、アンテナコイル２１と、それを実装する回路基板などの矩形板状の平面導体２とを備えるアンテナ１０１の斜視図である。図２（Ｂ）は、前記アンテナ１０１の正面図である。

磁性体コア１は矩形板形状のフェライトコアであり、図２における下面が第１主面ＭＳ１、上面が第２主面ＭＳ２である。この磁性体コア１には図２に示すようにコイル導体ＣＷが巻回されている。図中の符号１１で示す部分はコイル導体ＣＷのうち、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１に近接する第１の導体部分である。また、図中符号１２で示す部分は磁性体コア１の第２主面ＭＳ２に近接する第２の導体部分である。前記磁性体コア１とコイル導体ＣＷとによってアンテナコイル２１が構成されている。

前記アンテナコイル２１は平面導体２の中心より所定の一辺（図２における右側の辺）Ｓ寄りに配置されている。また、第１の導体部分１１と第２の導体部分１２とは、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１または第２主面ＭＳ２の法線方向から見て（透視して）重ならないように配置されている。そして、第２の導体部分１２は第１の導体部分１１に比べて平面導体２の中心より遠い位置関係にそれらが配置されている。さらに、コイル導体ＣＷのコイル軸ＣＡは平面導体２の前記一辺Ｓに対して垂直である。

図３（Ａ）は前記アンテナ１０１の磁束の分布及び指向性を表す図である。また図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナと対比するために示す従来構造のアンテナの磁束の分布及び指向性を示す図である。前記アンテナ１０１は、そのアンテナコイル２１が平面導体２よりリーダライタ側アンテナ３０１に近接する位置関係に配置される。この状態は、前記アンテナ１０１が内蔵された電子機器をリーダライタの読取部にかざす状態である。

前記コイル導体ＣＷのうち、第２の導体部分１２が第１の導体部分１１に比べて平面導体２の中心より外側に位置しているので、アンテナコイル２１の磁性体コアを通過する磁束Ｈのループの長軸は図に示すように平面導体２の面に対して傾く。すなわち、平面導体２の法線方向（Ｚ軸方向）の成分が強くなる。これに伴いアンテナ１０１の指向性ビームＤＢはリーダライタ側アンテナ３０１の中心方向を向くことになる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、磁性体コアの第１主面と第２主面にそれぞれ近接する第１の導体部分と第２の導体部分が表裏面で重なる位置関係にある従来のアンテナコイル２０では、その磁性体コアを通過する磁束Ｈのループの長軸は平面導体２と平行となり、アンテナの指向性ビームＤＢは平面導体２の面に沿った方向に向く。そのため、リーダライタ側アンテナ３０１に対してアンテナ１００を平行に近接させると通信可能最長距離が短くなり、寧ろ、リーダライタ側アンテナ３０１に対してアンテナ１００を傾けて近接させる方が通信可能な最長距離が延びることになる。

これに対して、第１の実施形態によれば通信可能最長距離を長くでき、しかもアンテナ１０１の中心とリーダライタ側アンテナ３０１の中心とが一致した状態で通信可能最長距離が得られる。

次に、ＲＦＩＤ用のＩＣカードと前記アンテナ１０１を備えた携帯電話端末等の電子機器との間で通信を行う例について示す。
図４はＲＦＩＤ用のＩＣカードと前記アンテナ１０１を備えた携帯電話端末等の電子機器との配置関係を示す図である。平面導体２の端部にアンテナコイル２１が配置されることによって構成されたアンテナが電子機器の筐体２０１に収められている。図４（Ａ）は、その電子機器とＩＣカード４０１とを同じ縦方向にして近接させた状態、図４（Ｂ）は両者を直交状態に配置した状態である。ＩＣカード４０１の内部には、その外周に沿って複数ターンのアンテナコイルが形成されていて、アンテナコイル２１と磁気的に結合する。

このように、平面導体２の端部にアンテナコイル２１を配置したことにより、平面導体２とほぼ同一サイズのＩＣカードを近接させた時、ＩＣカード４０１のアンテナコイルとこの実施形態に係るアンテナのアンテナコイル２１とのコイル導体同士の距離が近接するので、アンテナ間の強い結合が得られる。

このように、例えば１００ｍｍ程度離れたリーダライタとの間での通信だけでなく、ＩＣカードとほぼ接した状態で通信を行う場合にも適応できる。

すなわち、本発明のアンテナは、平面導体の端部にアンテナコイルを配置した時にも良好な通信性能が得られるようなコイル導体の巻き方になっている。磁性体コアの周囲に単にコイル導体を巻回しただけの従来構造のアンテナコイルを用いたアンテナと比較して、通信に寄与する磁界強度が強く、高い通信性能（通信可能距離や通信データの誤り率等に関する性能）が得られる。

図５は平面導体２とアンテナコイル２１との位置関係について示す図である。ここで、平面導体２の一辺Ｓに近い側のアンテナコイル２１の端部から前記一辺Ｓまでの距離をＸ、平面導体２の一辺Ｓに対して直角方向のアンテナコイル２１の長さをＹとすると、
Ｙ＞Ｘ
の関係とする。

前記ＸとＹの関係について、図６を参照して接続する。
図６（Ａ）は、平面導体２とアンテナコイル２１との位置関係について示す平面図である。この例では、平面導体２は４２ｍｍ×９０ｍｍ、アンテナコイル２１は２０ｍｍ×１５ｍｍとしている。図６（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナコイル２１と、従来構造のアンテナコイルについて、前記距離Ｘと結合係数との関係を示す図である。ここで、比較例である従来構造のアンテナコイルは、磁性体コアの第１主面と第２主面にそれぞれ近接する第１の導体部分と第２の導体部分が表裏面で重なる位置関係にある。また、リーダライタのアンテナは１００×１００ｍｍとし、そのアンテナと３０ｍｍの距離で対向させた。

図６（Ｂ）に表れているように、Ｘ＜１５ｍｍのときに、アンテナコイル２１の結合係数が従来構造のアンテナコイルより大きくなっている。今、Ｙ＝１５ｍｍであるので、Ｙ＞Ｘの関係とすることによって、従来構造のアンテナコイルに比べて高い結合係数が得られることがわかる。

なお、図６（Ｂ）にも表れているように、前記寸法Ｘはマイナスの値であってもよい。すなわち図５（Ｂ）のように、アンテナコイル２１の端部が平面導体２の一辺Ｓより外側にあってもよい。
このような関係とすることにより、図３（Ａ）に示した指向性ビームＤＢの向きを立ち上げることができ、本発明の目的を達することができる。

《第２の実施形態》
図７（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナコイル２３の組み立て前の平面図、図７（Ｂ）はそのアンテナコイル２３の平面図である。フレキシブル基板１０にはスパイラル状のコイル導体ＣＷが形成されていて、スパイラル状コイル導体の形成位置の中心に貫通孔Ａを備えている。磁性体コア１はフレキシブル基板１０の貫通孔Ａ部分に挿入されて、図７（Ｂ）に示されるアンテナコイル２３が構成される。

図８（Ａ）は前記アンテナコイル２３を備えたアンテナ１０３の下面図、図８（Ｂ）はその正面図である。アンテナコイル２３は、回路基板である平面導体２の一辺の中央部に沿った位置に実装される。

図８（Ｃ）は、図８（Ａ），図８（Ｂ）の例とは異なり、回路基板である平面導体２を収納する筐体２０３の内側にアンテナコイル２３を固定した例である。この場合でも、第２の導体部分１２が第１の導体部分１１に比べて平面導体２の中心より遠い位置に配置される。
このようにして第１の実施形態で述べたと同様の作用効果を奏する。

図７（Ｂ）に示したように、第１の導体部分１１と第２の導体部分１２との間をつなぐコイル導体の最も狭い部分の幅をＷ、前記平面導体の前記一辺に対して直角方向の前記磁性体コアの長さをＹとしたとき、ＷとＹとの関係について、図９を参照して説明する。
図９は、ＷとＹとの積を１５×１５＝２２５ｍｍ²で一定にし、Ｗを変化させたときの、Ｗと結合係数との関係を示す図である。この例では、リーダライタのアンテナは１００×１００ｍｍとし、そのアンテナと３０ｍｍの距離で対向させた。

Ｗ＜Ｙのとき（Ｗ＜１５ｍｍのとき）は、Ｗが小さくなるほど結合係数が小さくなり、通信性能が悪化する。したがって、Ｗ≧Ｙの関係とすることによって、良好な通信性能が確保できる。
《第３の実施形態》
図１０〜図１２は第３の実施形態に係るアンテナコイル２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのそれぞれの構成を示す図である。図１０（Ａ）はアンテナコイル２４Ａの組み立て前の平面図、図１０（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ａの平面図である。図１１（Ａ）はアンテナコイル２４Ｂの組み立て前の平面図、図１１（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ｂの平面図である。同様に、図１２（Ａ）はアンテナコイル２４Ｃの組み立て前の平面図、図１２（Ｂ）はそのアンテナコイル２４Ｃの平面図である。

図７に示したアンテナコイル２３と異なるのは磁性体コア１の磁束の出入りする端部が他の部分より太く形成されていることである。図１０に示すアンテナコイル２４Ａでは磁性体コア１は、その一方の端部が全体に広く（太く）形成されている。図１１のアンテナコイル２４Ｂでは磁性体コア１の一方の端部が台形状に広がっている。図１２のアンテナコイル２４Ｃの例では、磁性体コア１は、その中央より両端部にかけて幅が広くなる形状である。

このような形状の磁性体コア１を用いることにより、磁性体コア１を通る磁束が大きくなり、通信相手のアンテナとの磁界結合を強めることができ、通信可能最長距離が長くなるなど、通信性能が向上する。

Ａ…貫通孔
ＣＡ…コイル軸
ＣＷ…コイル導体
ＤＢ…指向性ビーム
Ｈ…磁束
ＭＳ１…第１主面
ＭＳ２…第２主面
Ｓ…一辺
１…磁性体コア
２…平面導体
１０…フレキシブル基板
１１…第１の導体部分
１２…第２の導体部分
２１，２３…アンテナコイル
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…アンテナコイル
１００，１０１，１０３…アンテナ
２０１，２０３…筐体
３０１…リーダライタ側アンテナ
４０１…ＩＣカード

Claims

アンテナコイルと前記アンテナコイルに近接配置された平面導体とを有する電子機器であって、
前記アンテナコイルはスパイラル状に形成されたコイル導体と、前記コイル導体の形成位置の内部に挿入され、第１主面及び第２主面を有する板状の磁性体コアとを備え、
前記コイル導体のうち、前記磁性体コアの第１主面に近接する第１の導体部分と、前記磁性体コアの第２主面に近接する第２の導体部分とは、前記磁性体コアの第１主面または第２主面の法線方向から見て重ならない位置にあって、
前記アンテナコイルは、前記磁性体コアの第１主面または第２主面が前記平面導体に沿うように、且つ前記磁性体コアの端部が前記平面導体の一辺より外側に位置するように配置されていることを特徴とする電子機器。
前記アンテナコイル及び前記平面導体は、矩形状の筐体に収められている、請求項１に記載の電子機器。
前記アンテナコイルは、前記筐体の長手方向の端部に配置されている、請求項２に記載の電子機器。