JP2011211611A - アンテナモジュール、アンテナ装置及び移動体通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナサイズを大型化することなく、通信可能距離を大きくしたアンテナモジュール、アンテナ装置及び移動体通信端末を構成する。
【解決手段】アンテナモジュール８１は、誘電体または磁性体の積層基材３４の内部に矩形渦巻き状のコイル導体からなる給電アンテナ４を備え、コイル導体に導通する接続部３２Ａ，３２Ｂ、及びブースターアンテナ２を備えている。ブースターアンテナ２はコイル導体３１Ａ，３１Ｂに結合する第１結合領域ＣＦ１と、第１結合領域ＣＦ１に連続する第２結合領域ＣＦ２を有する。ブースターアンテナ２の第１結合領域ＣＦ１は、平面視でコイル導体３１Ａ，３１Ｂの一部と重なる導体領域と、コイル開口部ＣＷと重なる導体開口部ＣＡと、前記導体領域の外縁と前記導体開口部との間を連接するスリット部ＳＬとを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、相手側機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤシステムや短距離無線通信システムに用いられる、アンテナモジュール、アンテナ装置及び移動体通信端末に関するものである。

近年、物品や情報の管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダ／ライタとＲＦＩＤタグ等の無線デバイスとを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報や電力の送受信を行うＲＦＩＤシステムが開発されている。

例えば特許文献１に開示されているように、無線デバイスに用いられるアンテナモジュールとして、渦巻き状に巻回されたループ状アンテナに、アンテナループ面の一方側に平板状の磁性部材を貼りつけたＨＦ帯のアンテナモジュールがある。

図１は特許文献１に示されているメモリＩＣタグ２０の分解斜視図である。図１において、メモリＩＣタグ２０は、補強板３ＡＢの下面に感圧性接着フィルム３ＡＣを介して磁気吸収板２１の一面を貼り付けると共に、磁気吸収板２１の他面に感圧性接着フィルム２２を介して剥離紙３ＡＤを剥離自在に貼り付けられている。

このようにループ状アンテナのループ面にシート状の磁性部材を貼りつけることによって、周囲の金属物品による誘導磁界の乱れを抑え、リーダ／ライタとの通信を安定化しようとするものである。

特開２０００−１１３１４２号公報

こうしたアンテナモジュールにおいて、通信可能距離（読取距離）を大きくするためには、アンテナサイズを大型化する必要がある。たとえば、携帯電話機等の移動体通信端末は、小型化、多機能化が要求されており、アンテナを配置できるスペースは限られている。

そこで、この発明の目的は、アンテナサイズを大型化することなく、通信可能距離を大きくしたアンテナモジュール、アンテナ装置及び移動体通信端末を提供することにある。

本願に係るアンテナモジュールは、巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状のコイル導体を有する給電アンテナと、前記給電アンテナと結合するブースターアンテナとを備えたアンテナモジュールであって、
前記ブースターアンテナは、導体で構成され、前記コイル導体に結合する第１結合領域と、該第１結合領域に接続された第２結合領域を有する。

また、本願に係るアンテナ装置は、前記アンテナモジュールと、このアンテナモジュールのブースターアンテナと結合する平面アンテナとを備える。

また、本願に係る移動体通信端末は、前記アンテナ装置が移動体通信端末に備えられて構成される。

この発明によれば、磁界の放射領域が広く、通信可能距離が大きな小型のアンテナモジュール、アンテナ装置及び移動体端末が得られる。

特許文献１に示されているメモリＩＣタグの分解斜視図である。 図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナモジュール８１の斜視図、図２（Ｂ）はアンテナモジュール８１の分解斜視図である。 図３（Ａ）は、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示したアンテナモジュールのコイル導体３１Ａ，３１Ｂが発生する磁束の様子を模式的に表す図である。図３（Ｂ）は、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示したアンテナモジュール８１において、ブースターアンテナ２に流れる誘導電流の様子を示す図である。 図４（Ａ）は、第１の実施形態で示したアンテナモジュール８１を備えた、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０１の平面図、図４（Ｂ）はその部分拡大図である。 図４（Ａ），図４（Ｂ）に示したアンテナ装置１０１において、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５とに流れる誘導電流の様子を示す図である。 第３の実施形態に係るアンテナモジュール８２の平面図である。 第４の実施形態に係るアンテナモジュール８３の平面図である。 第５の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナモジュールについて図２・図３を参照して説明する。
図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナモジュール８１の斜視図、図２（Ｂ）はアンテナモジュール８１の分解斜視図である。

本実施形態に係るアンテナモジュールは、例えば、Ｆｅｌｉｃａ（登録商標）などのＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：近距離通信）に用いられ、中心周波数１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯を利用する。

図２（Ａ）に示すアンテナモジュール８１は、誘電体または磁性体の積層基材３４の内部にコイル導体を備え、そのコイル導体に導通する接続部（端子）３２Ａ，３２Ｂ、及びブースターアンテナ２を備えている。

前記積層基材３４は、図２（Ｂ）に示すように、基材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの積層体である。基材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃのそれぞれには各種導体が形成されている。基材３４Ａには、中央部がコイル開口部ＣＷである矩形の渦巻き（スパイラル）状のコイル導体３１Ａ及び引き出し線３３Ｃが形成されている。基材３４Ｂには、矩形の渦巻き（スパイラル）状のコイル導体３１Ｂ、引き出し線３３Ａ，３３Ｂ、及び接続部３２Ａ，３２Ｂがそれぞれ形成されている。

基材３４Ｂにはビア電極３１Ｖａ，３１Ｖｂが形成されていている。この構造により、接続部３２Ａ→引き出し線３３Ａ→３３Ｃ→コイル導体３１Ａ→３１Ｂ→引き出し線３３Ｂ→接続部３２Ｂの順に接続されることになる。そして、コイル導体３１Ａ，３１Ｂが給電アンテナ４を構成する。
このように、同一平面にコイル導体３１Ａ、３１Ｂが複数回巻回されることによって、給電アンテナ４から強い磁界が生じる。

基材３４Ｃには“Ｃ”字型の導体膜からなるブースターアンテナ２が形成されている。このブースターアンテナ２はコイル導体３１Ａ，３１Ｂに結合する第１結合領域ＣＦ１と、第１結合領域ＣＦ１に接続された（連続する）第２結合領域ＣＦ２を有する。

ブースターアンテナ２の第１結合領域ＣＦ１は、平面視でコイル導体３１Ａ，３１Ｂの一部と重なる導体領域と、コイル開口部ＣＷと重なる導体開口部（非導体領域）ＣＡと、前記導体領域の外縁と前記導体開口部との間を連接するスリット部ＳＬとを有する。

このように、給電アンテナ４とブースターアンテナ２とは、基材に一体に形成されているので、給電アンテナとブースターアンテナとの位置合わせを予め行うことができる。また、アンテナモジュールとしての取り扱いが容易になる。

図３（Ａ）は、図２に示したアンテナモジュールのコイル導体３１Ａ，３１Ｂが発生する磁束の様子を模式的に表している。また、図３（Ｂ）は、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示したアンテナモジュール８１において、ブースターアンテナ２に流れる誘導電流の様子を示している。図３中の矢印直線ＩＣは誘導電流の経路を模式的に表している。

コイル導体の端子部（図２中の接続部３２Ａ，３２Ｂ）に所定の高周波電力（高周波信号）が給電されると、コイル導体３１Ａ，３１Ｂの周囲に誘導磁界が形成され、この誘導磁界によって、ブースターアンテナ２の周縁部に、図３（Ｂ）のような誘導電流ＩＣが流れる。すなわち、コイル導体３１Ａ，３１Ｂとブースターアンテナ２とは磁界結合する。

このようにブースターアンテナ２の周縁部に沿って誘導電流が流れることにより、ブースターアンテナ２から磁界が生じ、通信距離を広げることができる。また、導体開口部ＣＡ及びコイル開口部ＣＷを通過し、ブースターアンテナ２を周回する磁束のループがより効果的に広がる。

なお、平面視でコイル導体３１Ａ，３１Ｂとブースターアンテナ２が重なっている方が、ブースターアンテナ２に効果的に誘導電流を流すことができる。

なお、積層基材３４の下面（ブースターアンテナ２の形成面とは反対の面）にフェライトシートを配置してもよい。このことにより、コイル導体によって生じる磁界がブースターアンテナ２側へ広がり、アンテナモジュール８１の下面側（ブースターアンテナ２の形成面とは反対の面）に近接する導体の影響を受けることなく、通信可能距離を大きくできる。

《第２の実施形態》
図４（Ａ）は、第１の実施形態で示したアンテナモジュール８１を備えたアンテナ装置１０１の平面図、図４（Ｂ）はその部分拡大図である。下部筐体１は携帯電話端末のような移動体通信端末の下部筐体である。この下部筐体１に沿って平面アンテナ５が配置されている。この平面アンテナ５に対してアンテナモジュール８１が結合するように、アンテナモジュール８１が配置されている。すなわち、アンテナモジュール８１に備えられているブースターアンテナ２の第２結合領域ＣＦ２が平面アンテナ５に対して所定の間隙を隔てて対向している。

上述のとおり、平面視状態でブースターアンテナ２は平面アンテナ５の一部に重なっているが、ブースターアンテナ２の導体開口部ＣＡ及びスリット部ＳＬに平面アンテナ５が重なっていないことが望ましい。
このように、平面視で平面アンテナ５がブースターアンテナ２の一部分と重なっていることによって、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５とは強く電磁界結合する。また、ブースターアンテナ２の導体開口部ＣＡ及びスリット部ＳＬには平面アンテナ５が重なっていないことによって、平面アンテナ５はブースターアンテナ２に対してより高効率で電磁界結合する。これは、ブースターアンテナ２の導体開口部ＣＡ及びスリット部ＳＬに平面アンテナ５が重なっていないことによって、スリット部ＳＬ付近の強い磁界が妨げられず、通信距離を確保することができるからである。平面アンテナ５は、導体開口部ＣＡを挟んだ、スリット部ＳＬから離れた位置に配置することが好ましい。

図５は、図４（Ａ），図４（Ｂ）に示したアンテナ装置１０１において、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５とに流れる誘導電流の様子を示している。図５中の矢印直線ＩＣは誘導電流の経路を模式的に表している。

ブースターアンテナ２と平面アンテナ５との対向状態で、コイル導体の端子部（図２中の接続部３２Ａ，３２Ｂ）に所定の高周波電力（高周波信号）が給電されると、コイル導体３１Ａ，３１Ｂの周囲に誘導磁界が形成され、この誘導磁界によって、ブースターアンテナ２の第１結合領域（コイル導体３１Ａ，３１Ｂと結合する領域）には、図５（Ｂ）のような誘導電流ＩＣが流れる。すなわち、コイル導体３１Ａ，３１Ｂとブースターアンテナ２とは磁界結合する。

ここで、誘導電流ＩＣ（すなわち信号電流）は、平面アンテナ５が無ければ、ブースターアンテナ２の縁端部付近を周回するように流れるだけであるが、平面アンテナ５が近傍に配置されているため、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５が電磁界または磁界結合して、平面アンテナ５にも流れる。信号電流は磁気抵抗の小さい方に流れるためである。そのため、大面積の平面アンテナ５に信号電流が導かれ、信号電流の流れるエリアが広がり、磁界を放射するエリアが広がる。その結果、通信可能距離（読取可能距離）が大きくなる。

なお、コイル導体３１Ａ，３１Ｂと平面アンテナ５とが電磁界または磁界を介して結合していてもよい。これにより、通信可能距離をさらに大きくすることができる。

本実施形態における放射磁界は、主に平面アンテナ５から放射されるが、ブースターアンテナ２からも放射され、コイル導体３１Ａ，３１Ｂからも放射される。

このように、平面アンテナ５を筐体に形成すれば、平面アンテナ５を保持するための特別な部材やスペースが不要となり、アンテナ装置を備えた電子機器全体を小型化できる。

なお、平面アンテナを筐体の外面に設けること以外に、回路基板のグランド電極を平面アンテナとして利用することなども可能である。また、筐体の外面または内面に平面アンテナを形成する構造以外に、筐体の内部（内層）に平面アンテナを配置してもよい。また、筐体自体が金属である場合には、その筐体を前記平面アンテナとして用いてもよい。さらに、筺体内に設けられる二次電池の電極や外装金属などの他の金属を放射板として利用することも可能である。

《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係るアンテナモジュール８２の平面図である。このアンテナモジュール８２は、給電アンテナ４及びブースターアンテナ２を備えている。
基材３４には導体膜からなるブースターアンテナ２が形成されている。このブースターアンテナ２はコイル導体からなる給電アンテナ４に結合する第１結合領域ＣＦ１と、第１結合領域ＣＦ１に接続された（連続する）第２結合領域ＣＦ２を有する。

ブースターアンテナ２の第１結合領域ＣＦ１は、平面視でコイル導体の一部と重なる導体領域を有する。積層基材３４に対する給電アンテナ４の形成構造は図２に示したものと同様である。但し、図６では接続部（図２中の３２Ａ，３２Ｂ）は図示を省略している。

このように、第１結合領域ＣＦ１が給電アンテナ４の全体に亘って対向していなくても、給電アンテナ４の周囲に形成される誘導磁界によって、ブースターアンテナ２の第１結合領域（給電アンテナ４と結合する領域）に誘導電流が流れる。すなわち、給電アンテナ４とブースターアンテナ２とは磁界結合する。

アンテナモジュール８２のブースターアンテナ２の第２結合領域ＣＦ２は、図４に示した平面アンテナ５と同様の平面アンテナの一部に対向する。この平面アンテナとアンテナモジュール８２とによってアンテナ装置が構成される。

《第４の実施形態》
図７は、第４の実施形態に係るアンテナモジュール８３の平面図である。このアンテナモジュール８２は、給電アンテナ４及びブースターアンテナ２を備えている。
この例では、ブースターアンテナ２は給電アンテナ４の形状に沿って部分的に対向している。このように、第１結合領域ＣＦ１が給電アンテナ４の全体に亘って対向していなくても、給電アンテナ４の周囲に形成される誘導磁界によって、ブースターアンテナ２の第１結合領域（給電アンテナ４と結合する領域）に誘導電流が流れる。すなわち、給電アンテナ４とブースターアンテナ２とは磁界結合する。

アンテナモジュール８３のブースターアンテナ２の第２結合領域ＣＦ２は、図４に示した平面アンテナ５と同様の平面アンテナの一部に対向する。この平面アンテナとアンテナモジュール８３とによってアンテナ装置が構成される。

《第５の実施形態》
図８は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図である。このアンテナ装置１０２は、給電アンテナ４、ブースターアンテナ２、及び平面アンテナ５を備えている。ブースターアンテナ２及び平面アンテナ５は給電アンテナ４の巻回軸に対してほぼ垂直な平面上にある。ブースターアンテナ２は給電アンテナ４に対向配置されていて、平面アンテナ５はブースターアンテナ２の近傍に配置されている。平面アンテナ５とブースターアンテナ２とは互いに所定の間隙を隔てて配置されている。

ここで、ブースターアンテナ２の導体開口部ＣＡにおける内縁からブースターアンテナ２の外縁までの距離をＬ１、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５との間隔をＬ２で表すと、Ｌ２が大きくなるほど、ブースターアンテナ２と平面アンテナ５との電磁界結合が弱くなる。しかし、Ｌ１＞＝Ｌ２の関係とすれば、給電アンテナ４及びブースターアンテナ２から平面アンテナ５への電力伝達効率が実用上（実質的に）確保できる。

《その他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、矩形渦巻き状に複数ターン巻回した形状のコイル導体を２層設けて給電アンテナを構成したが、コイル導体の層は一層であってもよい。またループ状のコイル導体を形成してもよい。

ＣＡ…導体開口部
ＣＦ１…第１結合領域
ＣＦ２…第２結合領域
ＣＷ…コイル開口部
ＩＣ…誘導電流
ＳＬ…スリット部
１…下部筐体
２…ブースターアンテナ
４…給電アンテナ
５…平面アンテナ
３１Ａ，３１Ｂ…コイル導体
３１Ｖａ，３１Ｖｂ…ビア電極
３２Ａ，３２Ｂ…接続部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…引き出し線
３４…積層基材
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ…基材
８１，８２，８３…アンテナモジュール
１０１，１０２…アンテナ装置

Claims (8)

1. 巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状のコイル導体を有する給電アンテナと、前記給電アンテナと結合するブースターアンテナとを備えたアンテナモジュールであって、
   前記ブースターアンテナは、導体で構成され、前記コイル導体に結合する第１結合領域と、該第１結合領域に接続された第２結合領域を有する、アンテナモジュール。
2. 前記第１結合領域は、平面視で前記コイル導体の一部と重なる導体領域と、前記コイル開口部と重なる導体開口部と、前記導体領域の外縁と前記導体開口部との間を連接するスリット部とを有する、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記給電アンテナと前記ブースターアンテナとは、誘電体基材または磁性体基材とともに一体に形成されている、請求項１又は２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記コイル導体は、同一面に複数回巻回された形状を有する、請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナモジュール。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のアンテナモジュールと平面アンテナとを備えたアンテナ装置であって、
   前記平面アンテナは前記ブースターアンテナと結合する、アンテナ装置。
6. 前記平面アンテナの一部分が、前記ブースターアンテナの前記第２結合領域と電磁界結合している、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 請求項５又は６に記載のアンテナ装置を備えた移動体通信端末であって、
   前記アンテナ装置を移動体通信端末に備えた、移動体通信端末。
8. 前記平面アンテナは、筺体の金属部又は筐体内に配置されたグランド板である、請求項７に記載の移動体通信端末。

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