JP2012151836A - アンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法 - Google Patents

アンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】通信特性を維持しつつ、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化、薄型化を図ることが可能な通信装置を提供する。
【解決手段】携帯電話機130のリーダライタ120に対向する筐体131面の外周部134に配置されたアンテナコイル11aと、アンテナコイル11aのうち、アンテナコイル11aにリーダライタ120から発信される磁界を引き込む磁性シート13と、アンテナコイル11aに流れる電流により駆動し、リーダライタ120との間で通信を行う通信処理部12とを備え、磁性シート13は、中央部132aではアンテナコイル11aよりもリーダライタ120側に位置するように配置され、外周辺130d側ではアンテナコイル11aがリーダライタ120側に位置するように配置され、アンテナコイル11aの少なくとも一部の導線が基板132に対する垂直方向に重畳されている。
【選択図】 図7

Description

本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法に関する。
携帯電話機などの電子機器において、近距離非接触通信の機能を搭載するため、RFID(Radio Frequency Identification)用のアンテナモジュールが用いられている。
このアンテナモジュールは、リーダライタなどの発信器に搭載されたアンテナコイルと電磁結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナモジュールは、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するICを駆動させることができる。
アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。従来例に係るアンテナモジュールでは、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このループコイルでリーダライタからの磁束を受けている。
ところが、携帯電話機などの電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパックなどの金属が、リーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束を跳ね返してしまうため、ループコイルに届く磁束が少なくなる。ループコイルに届く磁束が少なくなってしまうため、アンテナモジュールには、必要な磁束を集めるためにある程度の開口面積を有するループコイルが必要となり、さらに磁性シートを用いて磁束を増やすことも必要となる。
上述したように、携帯電話機などの電子機器の基板に流れる渦電流によってリーダライタからの磁束が跳ね返されるが、電子機器の筐体表面には、基板の面方向に向いている磁界の成分がある。この成分を受けることによってアンテナとして機能させようとする技術が特許文献1に記載されている。具体的に、特許文献1では、コイルの占有面積を少なくするため、フェライトコアにコイルを巻いたアンテナ構造が記載されている。
特開2008−35464号公報
上述したように、携帯電話機などの電子機器は基板などの比較的電気をよく流すものが使われているので、磁界を受けた基板に渦電流が発生することにより、磁束を跳ね返してしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面においては、リーダライタから放射される磁界は、筐体表面の外周部分で強くなり、筐体表面の真ん中付近で弱くなる傾向にある。
通常のループコイルを用いるアンテナの場合、ループコイルの開口部は、上述した筐体表面の外周部分を通過する磁界をあまり受けることができない携帯電話機の中央部分に位置している。このため、通常のループコイルを用いるアンテナでは、磁界を受ける効率が悪い。
また、特許文献1に記載されたアンテナ構造では、フェライトコアの断面積が磁束密度に比例するので、フェライトコアの厚みが例えば1mm以上必要になり、携帯電話機の筐体が比較的厚い構造となってしまう。このため、特許文献1に記載されたアンテナでは、薄型の携帯電話機の内部に実装するのが難しい。また、折りたたみ式の携帯電話機に搭載された液晶ディスプレイの裏側に、アンテナモジュールを組み込む場合にも、薄さが要求されるので、特許文献1に記載のアンテナ構造では実装するのが難しい。
また、携帯電話機などに組み込まれるアンテナモジュールは、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、アンテナコイルの巻数を増やすことにより、高い通信特性を実現することが望まれる。
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、高い通信特性を実現することが可能なアンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る通信装置は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる通信装置において、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートと、アンテナコイルに流れる電流により駆動し、発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする。
本発明のアンテナモジュールの製造方法は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルを用意するステップと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートを用意するステップとを有する。筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置される。
本発明は、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳されることで、発信器と対向した電子機器の筐体面の外周部に生じる磁束を効率よくアンテナコイルに引き込むことができる。
さらに、本発明は、アンテナコイルの、少なくとも一部の導線が、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることで、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、筐体面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイルの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
したがって、本発明は、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、高い通信特性を実現することができる。
本発明が適用された通信装置が組み込まれた無線通信システムの構成について説明するための分解斜視図である。 携帯電話機の筐体内部に配置される通信装置の構成について説明するための斜視図である。 (A)は、比較例に係るアンテナ基板の斜視図であり、(B)は、比較例に係るアンテナ基板の断面図である。 (A)は、巻数が3である比較例に係るアンテナコイルの外形形状を示す平面図であり、(B)は、巻数が6である比較例に係るアンテナコイルの外形形状を示す平面図である。 (A)は、比較例において、外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、アンテナコイルの抵抗値の変化と、インダクタンスの変化とをそれぞれ示した図である。(B)は、比較例において、外形寸法を一定にした条件下でアンテナコイルの巻数を変化させたときのQ値の変化を示す図である。 比較例において、アンテナコイルの外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の相互インダクタンスと結合係数とを示す図である。 第1の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図である。(A)は、通信装置の分解斜視図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。(C)は、通信装置を携帯電話機内の基板に実装した状態を模式的に示す図である。 第1の実施形態において、アンテナコイルの端子部の端子構造について説明するための斜視図である。(A)は、コイルを並列接続した場合と示し、(B)は、コイルを直列接続した場合を示す。 第1の実施形態において、y軸方向で規定されるアンテナコイルの幅wを変化させたときの、アンテナコイルのQ値の変化を示す図である。 第1の実施形態において、y軸方向で規定されるアンテナコイルの幅wを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。 第1の実施形態において、幅W及び長さLで規定されるアンテナコイルの外形形状を、それぞれ、20mm、20mmとして一定にした条件下で、アンテナコイルを構成する2つのコイルの重畳状態を規定する値aについて説明するための通信装置の平面図である。 a=0[mm]とした場合であって、2つのコイルのうち、その略1/2の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。(A)は、通信装置の平面図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。 a=−4.2[mm]とした場合であって、2つのコイルのうち、その略1/4の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。(A)は、通信装置の平面図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。 a=8.2[mm]とした場合であって、2つのコイルのうち、その略3/4の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。(A)は、通信装置の平面図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。 a=10.8[mm]とした場合であって、2つのコイルのうち、略完全に一致して重畳するように、磁性シート13に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。(A)は、通信装置の平面図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。 a[mm]の値を変化させることで、2つのコイルの重畳状態を変化させたときの、抵抗値とインダクタンス値の変化を示す図である。 a[mm]の値を変化させることで、2つのコイルの重畳状態を変化させたときの、Q値の変化を示す図である。 a[mm]の値を変化させることで、2つのコイルの重畳状態を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。 第1の実施形態に係る通信装置の変形例について説明するための図である。(A)は、通信装置の分解斜視図であり、(B)は、通信装置の斜視図である。 第2の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、組立前のアンテナ基板を展開した状態を示す斜視図である。 第2の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板に磁性シートを実装した状態を示す斜視図である。 第2の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板を折り返した状態を示す斜視図である。 第2の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板を折り重ねて通信装置として完成させた状態を示す斜視図である。 第2の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板に実装した状態を模式的に示す図である。 第2の実施形態と比較例において、y軸方向で規定されるアンテナコイルの幅wを変化させたときの特性変化について説明するための図である。 第2の実施形態と比較例において、y軸方向で規定されるアンテナコイルの幅wを変化させたときの、アンテナコイルのQ値の変化を示す図である。 第2の実施形態と比較例において、y軸方向で規定されるアンテナコイルの幅wを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。 第2の実施形態において、幅W及び長さLで規定されるアンテナコイルの外形形状を、それぞれ、20mm、20mmとして一定にした条件下で、アンテナコイルを構成する2つのコイルの重畳状態を規定する値bについて説明するための通信装置の平面図である。(A)はb=0mm、(B)はb=1mm、(C)はb=3mmとした場合を示す。 b[mm]の値を変化させることで、2つのコイルの重畳状態を変化させたときの、Q値の変化を示す図である。 b[mm]の値を変化させることで、2つのコイルの重畳状態を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。 第2の実施形態の変形例の構成について説明するための図である。(A)は、展開されたプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状を示す斜視図である。(B)は、コイル上に磁性シートを載置した状態を示す斜視図である。(C)は、プリント基板の両端を磁性シートの上面側に折り返して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。 第2の実施形態の変形例の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。 第2の実施形態の変形例と比較例とにおいて、アンテナコイルの幅Wを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。 第2の実施形態の変形例と比較例において、アンテナコイルの幅Wを変化させたときの、アンテナコイルのQ値の変化を示す図である。 第2の実施形態の変形例に係る通信装置のバリエーションを示す図である。(A)は、1mm程度の厚さを有する磁性シートを用いた場合、(B)は、3mm程度の厚さを有する磁性シートを用いた場合の斜視図である。 第2の実施形態の他の変形例を説明するための図である。(A)は、展開されたプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状を示す斜視図である。(B)は、コイル上に磁性シートを載置した状態を示す斜視図である。(C)は、プリント基板の両端を磁性シートの上面側及び下面側に折り返して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。 第2の実施形態の他の変形例の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板上に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。 第3の実施形態を説明するための図である。(A)は、第1のプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状と、磁性シートと、第2のプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状とを示す、通信装置の分解斜視図である。(B)は、(A)の各要素を積層して、導線を電気的に接続して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。 第3の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、携帯電話機の基板上に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。 (A)は、外周辺130d側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、(B)は、他の外周辺130b側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、(C)は、他の外周辺130a側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、(D)は、他の外周辺130c側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図である。 (A)は、外周辺130b、130d側の外周部に配置された2つのアンテナ基板を示す斜視図であり、(B)は、外周辺130a、130c側の外周部に配置された2つのアンテナ基板を示す斜視図である。 (A)は、外周辺130a、130b、130d側の外周部に配置された3つのアンテナ基板を示す斜視図であり、(B)は、外周辺130a、130c、130d側の外周部に配置された2つのアンテナ基板を示す斜視図である。 外周辺130a、130b、130c、130d側の外周部に配置された4つのアンテナ基板を示す斜視図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
<全体構成>
本発明が適用された通信装置は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる装置であって、例えば図1に示すようなRFID(Radio Frequency Identification)用の無線通信システム100に組み込まれて使用される。
無線通信システム100は、本発明が適用された第1の実施形態に係る通信装置1と、通信装置1に対するアクセスを行うリーダライタ120とからなる。ここで、通信装置1とリーダライタ120とは、三次元直交座標系xyzのxy平面において互いに対向するように配置されているものとする。
リーダライタ120は、xy平面において互いに対向する通信装置1に対して、z軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、通信装置1に向けて磁界を発信するアンテナ121と、アンテナ121を介して電磁結合された通信装置1と通信を行う制御基板122とを備える。
すなわち、リーダライタ120には、アンテナ121と電気的に接続された制御基板122が配設されている。この制御基板122には、1又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、通信装置1から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。例えば、制御回路は、通信装置1に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数(例えば、13.56MHz)の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ121を駆動する。また、制御回路は、通信装置1からデータを読み出す場合、アンテナ121で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。
通信装置1は、例えば、リーダライタ120とxy平面において対向するように配置される携帯電話機130の筐体131の内部に組み込まれる。通信装置1は、電磁結合されたリーダライタ120との間で通信可能となるアンテナコイル11aが実装されたアンテナ基板11と、アンテナコイル11aに流れる電流により駆動し、リーダライタ120との間で通信を行う通信処理部12とを備える。
アンテナ基板11には、例えばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターニング処理などをすることによって形成されるアンテナコイル11aと、アンテナコイル11aと通信処理部12とを電気的に接続する端子部11bとが実装されている。
アンテナコイル11aは、リーダライタ120から発信される磁界を受けると、リーダライタ120と電磁結合によって結合され、変調された電磁波を受信して、端子部11bを介して受信信号を通信処理部12に供給する。
通信処理部12は、アンテナコイル11aに流れる電流により駆動され、リーダライタ120との間で通信を行う。具体的に、通信処理部12は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部12が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部12は、リーダライタ120に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、電磁誘導によって結合されたアンテナコイル11aを介して変調された電波をリーダライタ120に送信する。
以上のような構成からなる無線通信システム100において、本実施形態に係る通信装置1と、比較例に係る通信装置201との構成について説明する。
本実施形態に係る通信装置1及び比較例に係る通信装置201は、リーダライタ120との通信特性を維持する必要がある。さらに、携帯電話機130などの電子機器に通信装置1,201を組み込んだ際に当該電子機器の小型化、薄型化を実現する観点から、例えば、図2に示すようなxy平面上であって、携帯電話機130の筐体131内の基板132上に配置される。図2では、基板132の一部の領域に、携帯電話機130を駆動するための電池パックを覆うように磁性シート133が配置されているものとする。
後述する通信装置201のアンテナコイル211aは、リーダライタ120との通信特性を維持するため、リーダライタ120からの磁界の強度が強いところに配置されることが好ましい。ここで、携帯電話機130の基板132は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ120と対向するように配置される携帯電話機130の筐体131の面における4つの外周辺130a、130b、130c、130dの磁界が強い傾向にある。
このような携帯電話機130の筐体131内部の磁界強度の傾向を利用して、本実施形態に係る通信装置1及び比較例に係る通信装置201は、図2に示すように、上述した磁界が強い外周辺130a、130b、130c、130dのうち、例えば、外周辺130d側の外周部134に配置される。このようにして、通信装置1、201は、携帯電話機130の基板132上の磁界強度が比較的強い部位に配置することができる。
<比較例>
まず、本実施形態に係る通信装置1の説明に先立ち、比較例に係る通信装置201の具体的な構成について説明する。
比較例に係る通信装置201が配置される外周部134の磁界は、基板132の面方向の磁界成分、具体的には、基板132の中央部132aから外周辺130dへ向かうy軸方向の磁界成分が大きい。この通信装置201は、このような基板132の中央部132aから外周辺130dへ向かう磁界の成分を効率よくアンテナコイル211aに引き込ませるため、図3に示すように配置され、アンテナコイル211aに重畳される磁性シート213を備える。
ここで、図3(A)は、xy平面上において磁性シート213が差し込まれたアンテナ基板211の斜視図であり、図3(B)は、xy平面上において、y軸と平行になるような差込方向に、磁性シート213が差し込まれたアンテナ基板211の断面図である。なお、図3に示す通信装置201では、アンテナコイル211aの巻数を1とした。
図3(B)に示すように、比較例に係る通信装置201では、磁性シート213がアンテナ基板211上に形成されたアンテナコイル211aの中心部211cに差し込まれる。基板132の中央部132a側では磁性シート213がアンテナコイル211aよりもリーダライタ120側に位置するように配置される。基板132の外周辺130d側では、アンテナコイル211aが磁性シート213よりもリーダライタ120側に位置するように配置される。
ここで、アンテナ基板211は、上述したようにフレキシブルプリント基板やリジットプリント基板などが用いられる。特に、フレキシブルプリント基板を用いることで、アンテナコイル211aの中央部に切れ込みを入れて、開口部を容易に形成することができ、この開口部に磁性シート213を容易に差し込むことができる。通信装置201は、容易に磁性シート213をアンテナ基板211に差し込むという観点から、フレキシブルプリント基板を用いてアンテナ基板211とすることが好ましい。同様にして、後述する本実施形態に係る通信装置1、2は、容易に磁性シートをアンテナ基板に差し込むという観点から、フレキシブルプリント基板を用いてアンテナ基板とすることが好ましい。すなわち、フレキシブルプリント基板を用いることで、当該通信装置201及び後述する本実施形態に係る通信装置1、2、3を容易に製造することができる。
通信装置201は、基板132の中央部132a側では、磁性シート213がアンテナコイル211aよりもリーダライタ120側に位置するように配置され、基板132の外周辺130d側ではアンテナコイル211aがリーダライタ120側に位置するように配置される。これによって、外周部134に生じる磁界を効率よくアンテナコイル211aに引き込ませることができる。
外周部134に生じる磁界を効率よくアンテナコイル211aに引き込ませることができるのは、基板132の中央部132aから外周辺130dへの磁界成分が、アンテナコイル211aの開口部を効率よく通過するように、磁性シート213が配置されているからである。
ここで、アンテナコイルの通信特性を向上させるためには、通常、コイルの巻数(以下、単に「巻数」ともいう。)を多くすることが考えられる。比較例に係る通信装置201のアンテナコイル211aでは、上述したように、外周辺130d側の外周部134に配置される点を考慮すると、アンテナコイルの外形寸法を大きくすることが難しいので、この外形寸法を一定にした条件下で、巻数を多くすることが必要となる。
このような条件下で巻数を変化させた場合の、アンテナコイル211aの抵抗値、自己インダクタンス(以下、単に「インダクタンス」ともいう。)値、Q値について、図4及び図5を参照して説明する。Q値とは、アンテナコイルの評価指標の一つであって、ωを通信周波数に対応する角周波数、Lをインダクンス、Rを抵抗としたとき、Q=ωL/Rで表される値である。
まず、図4(A)は、巻数が2であるアンテナコイル211aの外形形状を示す図であり、図4(B)は、巻数が6であるアンテナコイル211aの外形形状を示す図である。図4(A)及び図4(B)で示されるアンテナコイル211aの外形形状は、y軸方向で規定される幅Wが12mm、x軸方向で規定される長さLが40mmであるものとする。外形寸法を一定にした条件下で、巻数を増やすと、導線の線幅が狭くなり、図5に示す結果から明らかなように抵抗値が高くなってしまう。
図5(A)は、外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、アンテナコイル211aの抵抗値Rの変化と、インダクタンスLの変化とをそれぞれ示した図である。図5(B)は、外形寸法を一定にした条件下でアンテナコイル211aの巻数を変化させたときの、通信装置201のQ値の変化を示す図である。
図5から明らかなように、アンテナコイル211aの外形寸法を一定にした条件下では、巻数を増やすとインダクタンスLが大きくなるが、抵抗値Rも大きくなるため、Q値が高くならない。
さらに、アンテナコイル211aの外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときに、通信装置201とリーダライタ120のアンテナ121との間の相互インダクタンスと結合係数の変化を図6に示す。図6から明らかなように、相互インダクタンスLは、巻数が増えると大きくなるが、結合係数kは、巻数が増えても変化しない。
このように、アンテナコイル211aの外形寸法を一定にした条件下では、巻数を増やしても、通信特性の向上を図ることが難しく、アンテナコイルの外形形状を小型化して通信特性の向上を図ることが難しい。
<第1の実施形態>
このような比較例に係る通信装置201に対して、第1の実施形態として、通信装置1では、アンテナコイルの導線の線幅を狭くすることなく巻数を増やすことで通信特性の向上を図るため、図7に示すように、アンテナコイル11aが、2つのコイル11a1、11a2から構成される。コイル11a1、11a2は、互いに、同一形状であって、その巻数が2であるものとする。
通信装置1では、まず、図7(A)に示すように、コイル11a1の開口部11c1に、磁性シート13が差し込まれる。基板132の中央部132a側では磁性シート13がコイル11a1よりもリーダライタ120側に位置するように配置され、基板132の外周辺130d側ではコイル11a1が磁性シート13よりもリーダライタ120側に位置するように配置される。そして、通信装置1では、図7(A)に示すようにコイル11a1が差し込まれた磁性シート13が、さらに、コイル11a2の開口部11c2に差し込まれる。基板132の中央部132a側では磁性シート13がコイル11a2よりもリーダライタ120側に位置するように配置され、基板132の外周辺130d側ではコイル11a2が磁性シート13よりもリーダライタ120側に位置するように配置される。ここで、コイル11a1、11a2は、図7(C)の断面図に示すように、基板132の面方向で規定される形状において、その半分の領域が、互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれているものとする。
通信装置1では、コイル11a1と、コイル11a2とを直列又は並列に接続することで、1つのアンテナコイル11aとして機能するが、通信処理部12と接続される端子部11bとして、次に示すような端子構造を採用してもよい。すなわち、端子部11bは、図8(A)に示すように、コイル11a1とコイル11a2とを並列接続する端子CON11、CON12からなる入出力端子構造を有する。また、図8(B)に示すような、コイル11a1とコイル11a2とを直列接続する端子CON11、CON12からなる入出力端子構造を有する。
ここで、コイル11a1の導線の端部を端子P11、P12、コイル11a2の導線の端部を端子P21、P22とすると、直列接続、並列接続では、次のように接続される。すなわち、並列接続の場合、コイル11a1、11a2は、図8(A)に示すように、端子P11と端子P21とが端子CON11に接続され、端子P12と端子P22とが端子CON12に接続される。また、直列接続の場合、コイル11a1、11a2は、図8(B)に示すように、端子P11が端子CON21と接続され、端子P12と端子P21とが接続され、端子P22が端子CON22と接続される。
通信装置1では、端子部11bの端子構造として、上記のような端子P11、P12、P21、P22からなる4端子構造を採用することで、コイル11a1、11a2は、互いに電気的に接続される。更に、接続状態を、直列接続又は並列接続のうち何れか一方を選択して接続可能とすることで、アンテナコイル11aに接続される通信処理部12の信号増幅特性などに応じて、アンテナコイル11aのインダクタンスを2段階で選択可能とする。
以上のようにして、通信装置1は、図7(B)及び図7(C)に示すように、コイル11a2が、コイル11a1よりも基板132の中央部132a側に配置された構造からなるアンテナコイル11aを有する。
ここで、基板132のxy平面で規定されるアンテナコイル11aの外形形状と、巻数とを同一とした条件下において、通信装置1のアンテナコイル11aと、比較例に係る通信装置201のアンテナコイル211aとの性能を評価する。
図9は、アンテナコイル11aの幅Wを変化させたときの、アンテナコイルのQ値の変化を示す図である。また、図10は、アンテナコイルの幅Wを変化させたときの、アンテナコイル11aとリーダライタ120のアンテナ121との間の結合係数の変化を示す図である。
この図9及び図10の結果から明らかなように、比較例に係る通信装置201と比べると、通信装置1では、コイルの線幅を平均的に広くでき、抵抗値を小さくすることができる。このため、Q値を高くすることができ、さらに結合係数も高くすることができるので、結果として通信特性の向上を図ることができる。
このような構成からなる通信装置1では、磁性シート13が基板132側に配置されるコイル11a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置されるコイル11a1の導線の一部とが、基板132に対する垂直方向に重畳されるように配置される。これによって、導線の線幅を狭くすることなく、巻数を多くすることができる。このようにして、通信装置1では、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、基板132の面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイル11aの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
通信装置1では、少なくとも、コイル11a2の導線の一部と、コイル11a1の導線の一部とが、基板132に対する垂直方向に重畳されるように配置されればよい。例えば、図7(C)で示したように、コイル11a1、11a2が、基板132の面方向で規定される外形形状のうち、各々の半分の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれることが特に好ましい。すなわち、通信装置1は、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル11a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置される、コイル11a1の導線の一部とが、磁性シート13を介して重畳されることが、通信特性上好ましい。
ここで、図11に示すように、幅W及び長さLで規定されるアンテナコイル11aの外形形状を、それぞれ、20mm、20mmとして一定にする。そして、次に示すように、コイル11a1、11a2の重畳位置を幅Wの方向に規定されるa[mm]の値で表すものとする。すなわち、コイル11a1の開口部11c1の中央部132a側の端辺a1をy軸方向の原点としたときの、コイル11a2の外周辺130d側の端辺a2の位置をa[mm]とする。
ここで、図12(A)及び図12(B)は、a=0[mm]とした場合であって、コイル11a1、11a2のうち、その略1/2の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
また、図13(A)及び図13(B)は、a=−4.2[mm]とした場合であって、コイル11a1、11a2のうち、その略1/4の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
また、図14(A)及び図14(B)は、a=8.2[mm]とした場合であって、コイル11a1、11a2のうち、その略3/4の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
また、図15(A)及び図15(B)は、a=10.8[mm]とした場合であって、コイル11a1、11a2が、略完全に一致して重畳するように、磁性シート13に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
次に、a[mm]の値を変化させることで、コイル11a1、11a2の重畳状態を変化させたときの、抵抗値RとインダクタンスLの変化を図16に示す。
図16から明らかなように、aの値が正になる、すなわち、コイル11a1、11a2の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略1/2よりも大きくなると、インダクタンスLが略一定であるのに対して、抵抗値が大きくなる。
コイル11a1、11a2の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略1/2よりも大きくなると、磁性シート13が基板132側に配置されるコイル11a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置されるコイル11a1の導線の一部とが、磁性シート13を介することなく重畳される。このため、これらの導線間に近接効果が生じることによって電流が流れにくくなるので抵抗値が大きくなる。
これに対して、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル11a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置される、コイル11a1の導線の一部とが、磁性シート13を介して重畳している場合には、上述のような電流が流れにくくなるような作用が発生しない。これらの導線で発生する電磁波を磁性シート13が吸収するからである。
また、a[mm]の値を変化させることで、コイル11a1、11a2の重畳状態を変化させたときの、Q値の変化と、リーダライタ120のアンテナ121との間の結合係数kの変化とをそれぞれ、図17と図18に示す。
これら図16ないし図18の結果から明らかなように、コイル11a1、11a2のうち、その略1/2以下の領域が互いに重畳するようにすることが、通信特性上好ましい。
換言すれば、通信装置1では、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル11a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置される、コイル11a1の導線の一部とが、磁性シート13を介して重畳されることで、抵抗値を小さくし、高いQ値を実現するため、通信特性上好ましい。特に、高いQ値を実現しつつ外形形状の小型化を図る観点から、a=0[mm]、すなわち、コイル11a1、11a2のうち、その略1/2の領域が互いに重畳するように、磁性シート13に差し込まれていることが好ましい。
なお、第1の実施形態に係る通信装置1では、2つのコイル11a1、11a2を用いたが、更に多くのコイルを用いるようにしてもよく、例えば、図19(A)及び図19(B)に示すように、3つのコイル11a1、11a2、11a3を磁性シート13に差し込むようにしてもよく、これによって、抵抗値の増加をできるだけ抑えつつ、巻数を増加することによるインダクタンスの増加により、高い通信特性を実現できる。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係る通信装置の構成について、図20乃至図23を参照して具体的に説明する。
第2の実施形態に係る通信装置2は、例えば、図20に示すような、1つのプリント基板からなるアンテナ基板21上に形成され、互いに逆方向に巻回された2つのコイル21a1、21a2を接続点Cで接続したアンテナコイル21aを有する。ここで、コイル21a1、21a2が逆方向に巻回されているとは、具体的には、図20に示すように、コイル21a1の入力端INから接続点Cを介してコイル21a2の出力端OUTに向かって電流を流したときに、Q1を中心とするコイル21a1の電流の向きと、Q2を中心とするコイル21a2の電流の向きとが互いに逆になることをいう。なお、コイル21a1、21a2の中心点をそれぞれ芯Q1、Q2とする。
このようなアンテナコイル21aを有する通信装置2では、まず、図21に示すように、コイル21a1が、コイル21a2よりも基板132の外周辺130d側に配置される。また、基板132の中央部132a側では、コイル21a1の開口部21c1が、磁性シート13に差し込まれる。そして、コイル21a1が磁性シート13よりも基板132側に位置するように配置され、基板132の外周辺130d側では、磁性シート13がコイル21a1よりも基板132側に位置するように配置される。
そして、通信装置2では、図21に示すように、コイル21a1の開口部21c1に磁性シートが差し込まれる。図22に示すようにして、コイル21a2のうち、当該コイル21a2の開口部21c2を基準として、基板132の中央部132a側に位置する導線部23を、y軸方向、すなわち、基板132の外周辺130d側に折り返す。このように折り返すことによって、通信装置2では、図23に示すように、基板132の中央部132a側に位置する導線部23と、コイル21a1の導線とを、基板132に対して垂直方向に重畳させる。
以上のようにして、通信装置2では、図24に示すように、コイル21a2が折り返されることで、コイル21a2とコイル21a1との巻回方向が同一方向となる。また、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル21a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置される、コイル21a1の導線の一部とが、磁性シート13を介して重畳される。
ここで、基板132のy軸方向で規定されるアンテナコイル21aの幅Wを変化させたときの特性変化について図25を参照して説明する。
図25は、基板132のy軸方向で規定されるアンテナコイル21aの幅Wを変化させたときの抵抗値R、インダクタンス値Lを示す図である。この図25から明らかなように、アンテナコイル21aの特性は、幅Wによって、殆ど変化しない。
また、基板132のxy平面で規定されるアンテナコイル21aの外形形状と、巻数とを同一とした条件下において、通信装置2のアンテナコイル21aと、比較例に係る通信装置201のアンテナコイル211aとの性能を評価する。
図26は、基板132のy軸方向で規定されるアンテナコイルの幅Wを変化させたときの、アンテナコイル21a、211aのQ値の変化を示す図である。また、図27は、基板132のy軸方向で規定されるアンテナコイル21a,211aの幅Wを変化させたときの、リーダライタ120のアンテナ121との間の結合係数kの変化を示す図である。
この図26及び図27の結果から明らかなように、比較例に係る通信装置201と比べると、通信装置2では、コイルの線幅を平均的に広くでき、抵抗値を小さくすることができるため、Q値が高く、さらに結合係数も高くなるので、結果として通信特性の向上を図ることができる。
このような構成からなる通信装置2では、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル21a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置される、コイル21a1の導線の一部とが、基板132に対する垂直方向に重畳されるように配置されることで、導線の線幅を狭くすることなく、巻数を多くすることができる。特に、通信装置2では、1つのプリント基板からなるアンテナ基板21上に形成され、接続点Cを介して互いに逆方向に巻回された2つのコイル21a1、21a1を用いて、上記のような重畳構造を実現できる。このため、第1の実施形態に係る通信装置1のアンテナコイル11aよりも容易に作成可能という点で好ましい。このようにして、通信装置2では、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、基板132の面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイル21aの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
通信装置2では、磁性シート13が基板132側に配置される、コイル21a2の導線の一部と、磁性シート13よりも基板132側に配置され、折り返された、コイル21a1の導線の一部とが、基板132に対して垂直方向に重畳されるように配置されればよい。特に、例えば、図28(A)で示したように、コイル21a1と、折り返されたときのコイル21a2とが、基板132の面方向で規定される外形形状のうち、各々の半分の領域が互いに重畳することが好ましい。
ここで、図28に示すように、幅W及び長さLで規定されるアンテナコイル21aの外形形状を、それぞれ、20mm、20mmとして一定にした条件下で、次に示すような、コイル21a1、21a2の重畳位置をW方向に規定されるbの値で表すものとする。すなわち、コイル21a1の開口部21c1において、中央部132a側の端辺b1から、コイル21a2の導線部23の端辺b2までの長さをb[mm]とする。
図28(A)では、bの値が0[mm]であり、端辺b1と、端辺b2とが、厚さ方向に一致していることを示している。換言すれば、コイル21a1と、折り返されたときのコイル21a2とが、基板132の面方向で規定される形状において、その半分の領域が互いに重畳している状態である。
また、図28(B)では、bの値が1[mm]である場合の、コイル21a1と、折り返されたときのコイル21a2とが、基板132に対する垂直方向に重畳された状態を示している。
さらに、図28(C)では、bの値が3[mm]である場合の、コイル21a1と、折り返されたときのコイル21a2とが、基板132に対する垂直方向に重畳された状態を示している。換言すれば、コイル21a1と、折り返されたときのコイル21a2とが、基板132の面方向で規定される形状において、その1/4の領域が互いに重畳している状態である。
次に、b[mm]の値を変化させることで、コイル21a1、21a2の重畳状態を変化させたときの、Q値の変化と、リーダライタ120のアンテナ121との間の結合係数kの変化とをそれぞれ、図29及び図30に示す。
これら図29及び図30の結果によれば、コイル21a1、21a2の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略1/2以下の場合には、通信特性が殆ど変化しないことを示している。
<第2の実施形態の変形例>
本発明のアンテナモジュールを搭載する電子機器の要求としては、小型化、薄型化が一般的ではあるが、薄型化に対応するために薄い磁性シートを用いた場合には、所望の磁気特性を十分発揮することができない場合がある。そのような場合に、ある程度厚みのある磁性シートを用いる必要がある。しかしながら、上述したアンテナモジュールの構成では、厚みのある磁性シートを用いると、アンテナ基板を大きく折り曲げなければならず、また、磁性シートをアンテナ基板の開口部に挿通させなければならず、製造が困難であり、量産性に乏しいという問題を生ずる。なお、磁性シートには、フィルム状の基材に磁性粉末を塗布したもののほかに、たとえば焼成技術等を用いて、ある程度厚みのある板状に成形したものも含むものとする。
そこで、図31(A)〜(C)に示すように、フレキシブルプリント基板のような可撓性のあるアンテナ基板上に導線を形成し、それぞれ逆方向に巻回されたコイル21a1とコイル21a2とを接続点Cで接続したアンテナコイル21aを用いる。コイル21a1には、開口部21c1が形成され、その中心が芯Q1である。同様にコイル21a2には、開口部21c2が形成されて、その中心が芯Q2である。コイル21a1の導線の開放端は端子21b1となり、コイルの導線の開放端は、端子21b2となる。導線内に書き入れられた矢印は、ある瞬間における電流の向きを示す。ここで、図31(A)に示すように、アンテナ基板21には、磁性シート13を実装した際の磁性シート13の厚みに応じて、コイル21a1の屈曲部d1及びコイル21a2の屈曲部d2が設けられる。屈曲部d1は、コイル21a1の開口部21c1の外周辺130d側の縁から開口している側に磁性シート13の厚さ分だけアンテナ基板21に沿って設けられる。屈曲部d2は、コイル21a2の開口部21c2の外周辺130d側から磁性シート13の厚さ分だけアンテナ基板21に沿って設けられる。なお、コイルを逆方向に巻回するとは、図20の場合と同様に、コイル21a1の入力端の端子21b1から接続点Cを介して出力端の端子21b2へ電流を流したときに、芯Q1を中心とするコイル21a1の電流の向きと、芯Q2を中心とする電流の向きとが互いに逆になることをいう。なお、以下に説明する図31(B)及び図31(C)では、アンテナコイル21aの状態をより明りょうに示すために、アンテナ基板21を省略して図示した。
このような、アンテナ基板と、磁性シート13とを用いて以下のようにして、通信装置2を組み立てる。
図31(B)に示すように、磁性シート13は、コイル21a1及びコイル21a2からなるアンテナコイル21a上に載置される。磁性シート13を載置する位置は、磁性シート13の一方の端辺が屈曲部d1に突き当たる位置とする。そして、磁性シート13の反対側の端辺が屈曲部d2に突き当たるように、磁性シート13を載置する。
次に、図31(C)に示すように、外周辺130d側のコイル21a1の端及び中央部132a側のコイル21a2の端を、それぞれ屈曲部d1、d2に従って折り返して、磁性シート13の上面を覆うようにアンテナ基板21を折り曲げて通信装置2が完成する。
図32に示すように、通信装置2は、折り返されたコイル21a1の端にある導線が、外周辺130d側で磁性シート13よりもリーダライタ120側に位置するようになる。また、基板132の中央部132a側では、磁性シート13がコイル21a2の導線よりもリーダライタ120側に位置することとなる。ここで、折り返されたコイル21a2の端にある導線は、コイル21a1の基板132側の導線と重畳して、リーダライタ120側の導線と基板132側の導線とが、基板132の面方向で、その半分が重畳するようにするのが好ましい。
次に、図31(C)における通信装置の幅Wを変化させたときの通信装置2の通信特性について評価した結果を図33及び図34に示す。図33には、通信装置2の幅Wに対する結合係数の変化を、比較例に係る通信装置201と比較して示す。いずれの幅Wにおいても、比較例に係る通信装置201に対して、良好な結合係数を示すことがわかる。図34には、幅Wに対するQ値の変化を、比較例に係る通信装置201と比較して示す。いずれの幅WにおいてもQ値が同等であることが示される。結果として、通信装置2は、通信装置201に比較して通信特性の向上が図られる。
図35(A)に示すように、屈曲部d1、d2を適切に設定することによって、より厚い、例えば1mm厚の磁性シートを用いることができる。図35(B)に示すように、屈曲部d1、d2をさらに拡大すれば、さらに厚い、例えば3mm厚の磁性シートを用いることができる。
本変形例においては、アンテナコイル21aの導線を配置したアンテナ基板21を磁性シート13の厚さに応じて折り曲げることによって、アンテナ基板21を曲面状に屈曲させる必要がない。このため、プリント基板には、あらかじめ屈曲部d1、d2の折り曲げ部分に切れ込み等を形成することによって、フレキシブルプリント基板に限らずリジッド基板を用いることも可能である。また、屈曲部d1,d2を磁性シート13の位置決めに用いることができるので、自動化も可能であり製造工程が容易になる。また、アンテナ基板21の大きさを、磁性シート13よりも大きく設定することによって、磁性シート13をアンテナ基板21によって完全に包み込むようにすることができる。アンテナ基板21の材料として、ポリイミド、PET等の可撓性のあるプラスチック材料を用いることによって、磁性シート13をアンテナ基板21の内部に密閉することができる。特に磁性材料としてフェライト等のセラミック材料を用いた場合に、本発明の通信装置2を電子機器内に実装した場合に、セラミックの粉落ちを防止することができる。
さらに、他の変形例として、図36に示すように、アンテナ基板21上にアンテナコイル21aを構成する導線が形成され、それぞれ逆方向に巻回されたコイル21a1とコイル21a2とを接続点Cで接続するように形成する。コイル21a1とコイル21a2との間には、磁性シートを挿通するスリットsが開口されている。図31に示すような構成においては、アンテナ基板21の両端を同一の方向に折り返して磁性体を包み込むように通信装置を構成したのに対して、本変形例では、図36(B)に示すように、アンテナ基板21の両端を上下反対の方向に折り返して通信装置2を構成する点が相違する。なお、以下に説明する図36(B)及び図36(C)では、アンテナコイル21aの状態をより明りょうに示すために、アンテナ基板21を省略している。
図36(B)に示すように、磁性シート13の略1/2を覆うようにコイル21a1を磁性シート13上に載置し、磁性シート13をスリットに挿通して、磁性シート13の残りの1/2の下方にコイル21a2を載置するようにする。
次に、図36(C)に示すように、コイル21a1の端を下方に折り返して、磁性シート13の下面に平行に重ね合わせる。また、コイル21a2の端を上方に折り返して磁性シート13の上面に平行になるように重ね合わせる。
本変形例において、磁性シートとして、厚みのある磁性シートを用いてもよい。
コイル21a1とコイル21a2とを別のプリント基板に形成しておいて、コイル21a1を磁性シート13の上面に置いた後、コイル21a1の端を下方に折り返し、コイル21a2を磁性シートの下面に置いた後、コイル21a2の端を上方に折り返して、その後、コイル21a1とコイル21a2とを接続点Cにおいて接続するようにしてもよい。
図37に示すように、通信装置2は、基板132の側に折り返された、コイル21a1の端にある導線が、外周辺130d側で磁性シート13よりも基板132側に位置するようになる。また、中央部132a側では、リーダライタ120側に折り返された、コイル21a2の端にある導線は、磁性シート13よりもリーダライタ120側に位置することとなる。ここで、折り返されたコイル21a2の端にある導線は、コイル21a1の基板132側の導線と重畳して、リーダライタ120側の導線と基板132側の導線とが、基板132の面方向で、その半分が重畳するようにするのが好ましい。
本変形例では、アンテナ基板21を展開した場合のアンテナコイル21aの導体パターン及びアンテナ基板21の折り返し位置を接続点C、スリットsに対して線対称とすることができるので、パターン設計、基板設計が容易となる。また、これに起因して製造工程も簡便にすることが可能である。
<第3の実施形態>
アンテナコイルを形成するプリント基板と磁性シートとを積層することによって、より製造工程を簡単化することが可能である。
図38(A)に示すように、第1のプリント基板31d1には、コイル31a1の一部とコイル31a2の一部とが形成されている。例えば、筐体面のより外周辺130d側に配置されるべき導線がコイル31a1の一部であり、より中央部132a側に配置されるべき導線がコイル31a2を構成する。第2のプリント基板31d2にも、コイル31a1の一部とコイル31a2の一部とが形成されている。例えば、筐体面のより中央部132a側に配置されるべき導線がコイル31a2を構成し、より外周辺130d側に配置されるべき導線がコイル31a1を構成する。コイル31a1,31a2を構成する導線に流れる電流の向きは、図38(A)の矢印で示すように、第1及び第2のプリント基板31d1、31d2内では全て同じ向きであり、第1のプリント基板31d1の導線に流れる電流と、第2のプリント基板31d2に流れる電流とは逆方向となる。
第1のプリント基板31d1と第2のプリント基板31d2との間に磁性シート13が挿入される。より具体的には、位置決めされた第2のプリント基板31d2の上面に磁性シート13が、例えば第2のプリント基板31d2の特定の位置に対して位置決めされて載置される。さらに、位置決めされた第2のプリント基板31d2と磁性シート13の上面に第1のプリント基板31d1が位置決めされて載置される。続いて、図38(B)に示すように、第1のプリント基板31d1上の導線と、第2のプリント基板31d2上の導線とを、電気的に接続して第1及び第2のコイル31a1,31a2を形成する。なお、図38(B)では、コイル31a1,31a2の状態をより明りょうに示すために、プリント基板31d1,31d2を省略して図示している。
図39に示すように、基板132の外周辺130d側では、第1のコイル31a1の導線が磁性シート13よりもリーダライタ120側となり、中央部132a側では、第2のコイル31a2の導線が磁性シート13よりも基板132側とすることができる。また、第1のコイル31a1と第2のコイル31a2とをそれぞれ1/2ずつ垂直方向に重畳させることができる。これによって、リーダライタ120からの磁界を効率よく磁性シート13に引き込むことができ、通信特性を向上させることができる。
薄い磁性シートに限らず、厚みのある磁性シートを用いることももちろん可能である。
また、第1及び第2のプリント基板31d1,31d2の面積を磁性シート13の面積よりも大きく設定することによって、磁性シート13全体を第1及び第2のプリント基板31d1,31d2で覆うことができる。第1及び第2のプリント基板31d1,31d2の基材としてポリイミド、PET等の可撓性のあるプラスチック材料を用いることによって、磁性シート13を第1及び第2のプリント基板31d1,31d2の内部に密閉することができる。特に磁性材料としてフェライト等のセラミック材料を用いた場合に、本発明のアンテナモジュールを電子機器内に実装した場合に、セラミックの粉落ちを防止することができる。第1及び第2のプリント基板として、リジッド基板を用いることももちろん可能であり、リジッド基板を用いてアンテナモジュールを構成することによって、フレキシブルプリント基板の場合よりも機械的強度を強くすることができる。
<他の実施形態>
また、本発明が適用された通信装置1,2,3は、図40(A)に示すように、アンテナ基板11、21を、外周辺130a、130b、130c、130dのうち、外周辺130d側の外周部134に配置される以外にも、例えば、図40(B)に示すように、外周辺130b側の外周部134に配置されるようにしたり、図40(C)に示すように、外周辺130a側の外周部134に配置されるようにしたり、図40(D)に示すように、外周辺130c側の外周部134に配置されるようにしてもよい。
また、本発明が適用された通信装置1,2,3は、上述したように、アンテナコイルの面積を小さくすることができるので、複数のアンテナ基板11,21を配置してもよく、例えば図41(A)に示すように、外周辺130b、130d側の外周部134にそれぞれアンテナ基板11、21を配置したり、図41(B)に示すように、外周辺130a、130c側の外周部134にそれぞれアンテナ基板11、21を配置して、これらのアンテナ基板11、21のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
本発明が適用された通信装置1,2,3は、例えば、図42(A)に示すように、外周辺130a、130b、130d側の外周部134にそれぞれアンテナ基板11、21を配置したり、図42(B)に示すように、外周辺130a、130c、130d側の外周部134にそれぞれアンテナ基板11、21を配置して、これらのアンテナ基板11、21のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
本発明が適用された通信装置は、例えば、図43に示すように、外周辺130a、130b、130c、130d側の外周部134にそれぞれアンテナ基板11、21を配置して、これらのアンテナ基板11、21のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
1、2、3 通信装置、11、21 アンテナ基板、11a、21a アンテナコイル、11a1、11a2、21a1、21a2、31a1、31a2 コイル、11b、21b1、21b2、31b1、31b2 端子部、11c1、11c2、21c1、21c2 開口部、23 導線部、12 通信処理部、13、133、213 磁性シート、100 無線通信システム、120 リーダライタ、121 アンテナ、122 制御基板、130 携帯電話機、130a−130d 外周辺、131 筐体、132 基板、132a 中央部、134 外周部、201 通信装置、211 アンテナ基板、211a アンテナコイル、211c 中心部、213 磁性シート

Claims (14)

  1. 電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、
    上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、
    上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
    上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
    上記アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、上記筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とするアンテナモジュール。
  2. 上記アンテナコイルは、上記磁性シートが上記筐体面側に配置される導線の一部と、該磁性シートよりも該筐体面側に配置される導線の一部とが、該磁性シートを介して、該筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナモジュール。
  3. 上記アンテナコイルは、プリント基板上に形成され、接続点を介して互いに逆方向に巻回された第1及び第2のコイルからなり、
    上記第1のコイルは、上記第2のコイルよりも上記筐体面の外周側に配置され、上記磁性シートが該第1のコイルの開口部に差し込まれ、
    上記第2のコイルは、上記第1のコイルの開口部を基準として上記筐体面の中心側に位置する導線が、上記第1のコイルの導線と該筐体面に対する垂直方向に重畳するように折り返されていることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナモジュール。
  4. 上記第1のコイルは、該第1のコイルの上記筐体面の外周側の導線が上記発信器側になるように折り返されていることを特徴とする請求項3記載のアンテナモジュール。
  5. 上記プリント基板は、上記磁性シートの厚さに応じた屈曲部を有することを特徴とする請求項4記載のアンテナモジュール。
  6. 上記第1のコイルは、該第1のコイルの上記筐体面の外周側を、導線が上記電子機器側となるように折り返され、
    上記第2のコイルは、該第2のコイルの上記筐体面の中心部側の導線が上記発信器側となるように折り返されていることを特徴とする請求項4記載のアンテナモジュール。
  7. 上記アンテナコイルの導線の一部は、第1のプリント基板上に形成され、
    上記アンテナコイルの導線の残りの一部は、第2のプリント基板上に形成され、
    上記磁性シートは、上記第1のプリント基板と上記第2のプリント基板との間に積層され、
    上記アンテナコイルは、上記第1のプリント基板上に形成された導線と、上記第2のプリント基板上に形成された導線とを接続することによって、構成されることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナモジュール。
  8. 上記アンテナコイルは、上記磁性シートが開口部に差し込まれた第1のコイルと、該第1のコイルよりも上記筐体面の中心側に配置され、該磁性シートが開口部に差し込まれた第2のコイルとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナモジュール。
  9. 上記アンテナコイルには、上記第1のコイルと上記第2のコイルとを、直列接続又は並列接続する状態のうち何れか一方の状態を選択して、接続可能な入出力端子が設けられていることを特徴とする請求項8記載のアンテナモジュール。
  10. 上記アンテナコイルは、プリント基板上の導線を用いて形成されていることを特徴とする請求項8又は9記載のアンテナモジュール。
  11. 電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる通信装置において、
    上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、
    上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートと、
    上記アンテナコイルに流れる電流により駆動し、上記発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、
    上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
    上記アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、上記筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする通信装置。
  12. 電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールの製造方法において、
    上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルを用意するステップと、
    上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートを用意するステップとを有し、
    上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
    上記アンテナコイルは、少なくとも一部の導線が、上記筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されることを特徴とするアンテナモジュールの製造方法。
  13. 上記アンテナコイルは、プリント基板上に形成され、接続点を介して互いに逆方向に巻回された第1及び第2のコイルからなり、
    上記第1のコイルは、上記第2のコイルよりも上記筐体面の外周側に配置され、上記磁性シートが該第1のコイルの開口部に差し込まれ、
    上記第2のコイルは、上記第1のコイルの開口部を基準として上記筐体面の中心側に位置する導線が、上記第1のコイルの導線と該筐体面に対する垂直方向に重畳するように折り返されていることを特徴とする請求項12記載のアンテナモジュールの製造方法。
  14. 上記アンテナコイルの導線の一部は、第1のプリント基板上に形成され、
    上記アンテナコイルの導線の残りの一部は、第2のプリント基板上に形成され、
    上記磁性シートは、上記第1のプリント基板と上記第2のプリント基板との間に積層され、
    上記アンテナコイルは、上記第1のプリント基板上に形成された導線と、上記第2のプリント基板上に形成された導線とを接続することによって、構成されることを特徴とする請求項12記載のアンテナモジュールの製造方法。
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