JP2013077967A - アンテナ装置、通信装置 - Google Patents

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にコイル線が巻回されたアンテナコイル１１ａと、磁性シート１３とを備え、筐体１３１面の中心側では磁性シート１３がアンテナコイル１１ａよりもリーダライタ１２０側に位置し、筐体１３１面の外周部１３４側ではアンテナコイル１１ａ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して、アンテナコイル１１ａと磁性シート１３とが互いに重畳され、アンテナコイル１１ａは、外周部１３４に沿った方向の両端部１４ａ、１４ｂのうち、少なくとも一方の端部１４ａ、１４ｂが折り返されて、筐体１３１面の垂直方向にコイル線が重畳するコイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されている。
【選択図】 図４

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装置及び通信装置に関する。

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誘導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。そのために、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ー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が跳ね返されてしまうため、ループコイルに届く磁束が少なくなってしまった。このようにして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は、必要な磁束を集めるためにある程度の大きさの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り、この成分を受けることによってアンテナとして機能するというものが特許文献１において提案されている。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提案されている。

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、磁界を跳ね返してしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタからくる磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が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、ループコイルは、その開口部が、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くなっている。

また、特許文献１に記載されたフェライトコアにコイルを巻いて、そのコイルを携帯電話機に組み込んだアンテナ構造では、フェライトコアの断面が磁束を集める面積になるので、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、比較的薄型の携帯電話機では、その内部に実装するのが難しい構造である。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、このアンテナモジュールを組み込む場合には、やはり薄いことが必要となるので、特許文献１に記載のアンテナ構造ではスペースを確保するのが難しい。

ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用のアンテナは、様々なものがある。携帯電話機に組み込まれるアンテナにおいても、電池パック外周に設置したもの、またカメラ周りや液晶の裏面側に配置したタイプなどがある。最近の携帯電話機は、スマートフォンに移行しているところであるが、さらにアンテナの小型化を要求されてきている。そのため、アンテナの小型化として筐体の金属を利用することによりアンテナの小型化を図っている。例えば上記特許文献１に記載されたアンテナは、アンテナコイルに磁性材を貫通した配置をとったものであるが、さらに小型化を実現することが望まれている。

アンテナの通信特性は、一般的にアンテナとリーダライタ間の結合係数Ｋが大きいほうが上がることがわかっているが、アンテナサイズを小さくすると結合係数が低下して、結果として、通信特性が落ちる。そのため、アンテナのサイズを小さくすることは、通信特性を維持する観点から難しい。さらに、アンテナを携帯電話機内で電気的接続を行うためには、接続用のランドを設ける必要があるが、接続方法は携帯電話機の機構によって決まっており、例えば４ｍｍ□×２程度の面積をアンテナ上に儲けなくてはならいが、このこともアンテナの小型化を制約する要因となっている。

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、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を図ることが可能なアンテナ装置、及び、通信装置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装置であって、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、発信器と誘導結合されるコイル線が巻回されたアンテナコイルと、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位置し、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位置するように配置して、アンテナコイルと磁性シートとが互いに重畳され、アンテナコイルは、外周部に沿った方向の両端部のうち、少なくとも一方の端部が折り返され、筐体面の垂直方向にコイル線の一部が少なくとも重畳するコイル線重畳部が形成されていることを特徴とする。

また、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通信装置であって、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、発信器と誘導結合されるコイル線が巻回されたアンテナコイルと、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位置し、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位置するように配置して、アンテナコイルと磁性シートとが互いに重畳され、アンテナコイルは、外周部に沿った方向の両端部のうち、少なくとも一方の端部が折り返され、筐体面の垂直方向にコイル線の一部が少なくとも重畳するコイル線重畳部が形成されていることを特徴とする。

本発明は、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位置し、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位置するように配置して、アンテナコイルと磁性シートとが互いに重畳される。また、本発明は、アンテナコイルが、外周部に沿った方向の両端部のうち、少なくとも一方の端部が折り返され、筐体面の垂直方向にコイル線の一部が少なくとも重畳するコイル線重畳部が形成されている。

このようにして、本発明は、外周部に沿ったアンテナコイルの幅を小さくしつつ、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。すなわち、本発明は、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を図ることができる。

図１は、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図である。 図２は、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図である。 図３は、本発明が適用された通信装置に係るアンテナ基板の断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、実施例に係る通信装置のアンテナ基板の構造を説明するための図である。 図５は、比較例に係る通信装置のアンテナ基板の構造を説明するための図である。 図６（Ａ）は、縦軸を通信距離とし横軸を実施例１及び比較例２としたグラフを示す図である。図６（Ｂ）は、縦軸を結合係数とし横軸をリーダライタとアンテナ基板との離間距離としたグラフを示す図である。 図７は、縦軸をＱ値とし、横軸をコイル線重畳部の合計の幅としたグラフを示す図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）は、本発明が適用された通信装置に係るアンテナ基板の変形例を示す図である。

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。

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に組み込まれて用いられる。

無線通信システム１００は、本発明が適用された通信装置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とから構成される。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に向けて磁界を発振するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して誘導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、一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から受信し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で受信し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、誘導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プリント基板などの可撓性の導線をパターン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から発振される磁界を受けると、リーダライタ１２０と誘導結合によって磁気的に結合され、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し、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、誘導結合によって磁気的に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。

なお、本実施の形態では、無線通信を行う電磁波の周波数の具体例として、一般的な電磁誘導方式のＲＦＩＤの技術分野で用いられている１３．５６ＭＨｚを用いるものとする。

＜実施形態＞
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、通信装置１の構成について説明する。

通信装置１は、リーダライタ１２０と間の通信特性を維持しつつ、携帯電話機１３０などの電子機器に組み込んだ際に当該電子機器の小型化を実現する観点から、例えば、図２に示すような三次元直交座標系ｘｙｚの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、携帯電話機１３０の筐体１３１内の基板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ための磁性シート１３３が配置されているものとする。

通信装置１のアンテナコイル１１ａ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の面における外周辺である４つの外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄの磁界が強い。

このような携帯電話機１３０の筐体１３１内部の磁界強度の特性を利用して、通信装置１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、例えば図２に示すように、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。

通信装置１が配置される外周部１３４の磁界は、基板１３２の面方向、具体的には、基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへのｙ軸方向に向いている。通信装置１は、このような基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへの成分を効率よくアンテナコイル１１ａに引き込ませるため、図３に示すようにして配置され、アンテナコイル１１ａに重畳される磁性シート１３を備える。

ここで、図３は、ｘｙ平面上において磁性シート１３が差し込まれたアンテナ基板１１の断面図である。

図３に示すように、通信装置１では、基板１３２の中央部１３２ａ側では磁性シート１３がアンテナコイル１１ａよりもリーダライタ１２０側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺１３０ｄ側ではアンテナコイル１１ａ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ように、アンテナ基板１１上に形成されたアンテナコイル１１ａの中央部分１１ｃに差し込まれる。

ここで、アンテナ基板１１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が、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１１ａの中央部分１１ｃに切れ込み部を容易に形成することができ、この切れ込み部に磁性シート１３を容易に差し込めることができる。このようにして、通信装置１は、容易に磁性シート１３をアンテナ基板１１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１１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１を容易に製造することができる。

このようにして、通信装置１は、基板１３２の中央部１３２ａ側では、磁性シート１３がアンテナコイル１１ａよりもリーダライタ１２０側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺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ることで、外周部１３４に生じる磁界を効率よくアンテナコイル１１ａに引き込ませることができる。

さらに、通信装置１は、図４に示すように、通信特性を維持して、アンテナ基板１１の小型化を実現するため、外周辺１３０ｄに沿った方向でのアンテナ基板１１の端部１４ａ、１４ｂが折り返された形状となっている。

ここで、図４（Ａ）は、上記のような配置条件を満たして、磁性シート１３をアンテナ基板１１に差し込んだときの＋ｚ軸方向から見たｘｙ平面の図である。また、図４（Ｂ）は、アンテナ基板１１の２つの端部１４ａ、１４ｂを＋ｚ軸側に折り返したときの＋ｚ軸から−ｚ軸への方向で見たｘｙ平面の図である。

すなわち、図４（Ｂ）に示すように、アンテナ基板１１において、アンテナコイル１１ａは、外周辺１３０ｄに沿った方向の両方の端部１４ａ、１４ｂが＋ｚ軸側に折り返されて、ｚ軸方向にコイル線が重畳するコイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されている。

なお、本発明が適用された通信装置は、上述したように、アンテナ基板１１の両方の端部１４ａ、１４ｂを＋ｚ軸側に折り返す場合に限定されず、これらの端部１４ａ、１４ｂを−ｚ軸側に折り返してコイル線重畳部を形成してもよい。特に、本発明が適用された通信装置は、端部１４ａ、１４ｂを＋ｚ軸側に折り返す、すなわち、コイル線重畳部が、発信器側と反対側に折り返されることで形成される方が次の点から好ましい。まず、筐体１３１においては、上述したように、通信装置１が配置される外周部１３４の磁界は、リーダライタ１２０により＋ｚ軸方向から受けて、その後、基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへの＋ｙ軸方向に向きが変えられた成分が大きい。このような磁束の強さを考慮すると、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂのうち、中心側の磁性シート部分１３ａが、リーダライタ側からみて塞がれていない構造となっている方が、効率よくアンテナコイル１１ａに磁束を引き込む観点から望ましいからである。

このように、通信装置１は、そのアンテナコイル１１ａにコイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されているので、外周部１３４に沿った幅、例えば外周辺１３０ｄに沿ったアンテナコイル１１ａの幅を小さくしつつ、リーダライタ１２０と対向した基板１３２の外周部１３４に生じる磁束を効率よくアンテナコイル１１ａに引き込むことができる。

＜実施例１＞
良好な通信特性を実現する点について、次の実施例１を用いて説明する。すなわち、実施例１に係る通信装置１は、図４（Ｂ）に示すような、アンテナコイル１１ａにコイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されたものである。また、実施例１に係る通信装置１は、アンテナコイル１１ａを折り曲げる前の状態で、図４（Ａ）に示すｘ軸方向に規定される幅ｄ１を５０ｍｍとし、アンテナコイル１１ａの両端部１４ａ、１４ｂをそれぞれｘ軸方向に５ｍｍずつ折り曲げてコイル線重畳部１５ａ、１５ｂを形成し、図４（Ｂ）に示すｘ軸方向に規定される幅ｄ２を４０ｍｍとしたものである。なお、折り曲げ後の形状を考慮して、実施例１に係る通信装置１は、磁性シート１３のｘ軸方向で規定される幅を４０ｍｍとした。

これに対して、比較例１に係る通信装置２００は、図５に示すように、アンテナ基板２１１上に形成されたアンテナコイル２１１ａに磁性シート２１３を単に差し込んだ構造を有し、アンテナコイル２１１ａのｘ軸方向に規定される幅ｄ３を４０ｍｍとしたものである。

このように実施例１と比較例１では、アンテナコイル１１ａ、２１１ａのｘ軸方向の幅が同一のものである。また、アンテナコイル１１ａ、２１１ａは、導線部として幅が３５μｍのＣｕと、絶縁部として幅が２５μｍのＰＩとから構成されるフレキシブルプリント基板に、巻線数が２として実装されるものとする。また、磁性シート１３、２１３は、複素透磁率μ'＝１１０、厚みｔ＝２００μｍのフェライトを用いるものとする。

以上のような条件の下、実施例１及び比較例１に係るアンテナコイル１１ａ、２１１ａの特性を次のように測定した。

アンテナコイルの静特性として、信号周波数が１３．５６ＭＨｚのときの、インダクタンスと抵抗とを、Ａｇｉｌｅｎｔ４２９４Ａにより測定した。また、通信特性を評価するため、リーダライタ１２０としてソニー社製のＳ−ＲＣ４６１Ｃを、通信装置１、２００の通信処理部としてソニー社製ＩＭＡ０３を、それぞれ用いて通信可能距離を測定した。また、実際に携帯電話機１３０などの電子機器に通信装置１、２００が組み込まれることを考慮するため、アンテナ基板１１、２１１に対して、ステンレス（ＳＵＳともいう。）板を、厚み方向、すなわち＋ｚ軸方向に２ｍｍ離れた位置に配置した。

測定結果を、下記の表１に示す。また、縦軸を通信可能距離とし横軸を実施例１及び比較例２としたグラフを図６（Ａ）に示す。さらに、縦軸を結合係数とし横軸をリーダライタ１２０とアンテナ基板との離間距離としたグラフを図６（Ｂ）に示す。

表１中で、Ｑ値とは、周波数に対応する角速度をωとしたとき（ωＬ）／Ｒで表される値である。具体的には、通信特性は、Ｑ値と結合係数Ｋとの積で評価することができる。

表１及び図６から明らかなように、実施例１に係る通信装置１は、略同一の寸法を有する比較例１に係る通信装置２００に比べて通信特性が良い。このように、実施例１に係る通信装置１が、比較例１に係る通信装置２００に比べて良好な通信特性を実現できるのは、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されているからである。

まず、結合係数Ｋについては、図６（Ｂ）に示すように、実施例１のアンテナコイル１１ａの方が、比較例１のアンテナコイル２１１ａよりも値が高い。これは、アンテナコイル１１ａの方がアンテナコイル２１１ａよりもコイル線の全長が長く、実施例１の方が比較例１に比べて、磁束が通過するアンテナコイルの面積が大きいからである。また、コイル線重畳部１５ａ、１４ｂのうち、基板１３２の中央部１３２ａ側の部分が磁性シート１３を挟んでコイル線がｚ軸方向に重畳されていることに起因して、インダクタンスＬについて、比較例１に比べて実施例１の方が高いからである。結果として、実施例１の方が比較例１に比べて結合係数が高い。

また、Ｑ値については、実施例１のアンテナコイル１１ａと、比較例１のアンテナコイル２１１ａとでは略同等の値となる。これは、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂのうち、基板１３２の外周辺１３０ｄ側の部分が磁性シート１３を介することなくコイル線がｚ軸方向に重畳されていることに起因して、抵抗値Ｒについて、比較例１に比べて実施例１の方が高くなるが、上述したように、インダクタンスＬについて、比較例１に比べて実施例１の方が高い。この結果として、Ｑ値については、実施例１のアンテナコイル１１ａと、比較例１のアンテナコイル２１１ａとでは略同等の値となる。

＜実施例２＞
上記の実施例１と比較例１とでは、両方ともアンテナコイル１１ａ、２１１ａの巻線数を２としたが、本発明が適用された通信装置１は、巻線数に拘わらず、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂを有さない略同一の寸法の比較例に係る通信装置と比べて、良好な通信特性を実現することができる。

すなわち、実施例２に係る通信装置１は、図４（Ｂ）に示すような、アンテナコイル１１ａにコイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されたものである。また、実施例２に係る通信装置１は、アンテナコイル１１ａを折り曲げる前の状態で、図４（Ａ）に示すｘ軸方向に規定される幅ｄ１を４０ｍｍとし、アンテナコイル１１ａの両端部１４ａ、１４ｂをそれぞれｘ軸方向に５ｍｍずつ折り曲げてコイル線重畳部１５ａ、１５ｂを形成し、図４（Ｂ）に示すｘ軸方向に規定される幅ｄ２を３０ｍｍとしたものである。なお、折り曲げ後の形状を考慮して、実施例２に係る通信装置１は、磁性シート１３のｘ軸方向で規定される幅を３０ｍｍとした。

これに対して、比較例２に係る通信装置２００は、図５に示すように、アンテナ基板２１１上に形成されたアンテナコイル２１１ａに磁性シート２１３を単に差し込んだ構造を有し、アンテナコイル２１１ａのｘ軸方向に規定される幅ｄ３を３０ｍｍとしたものである。

このように実施例２と比較例２とでは、アンテナコイル１１ａ、２１１ａのｘ軸方向の幅が同一のものである。また、アンテナコイル１１ａ、２１１ａは、導線部として幅が３５μｍのＣｕと、絶縁部として幅が２５μｍのＰＩとから構成されるフレキシブルプリント基板に、巻線数が実施例２で５、比較例２で６としてアンテナコイルのインダクタンスをほぼ同等にして実装されるものとする。また、磁性シート１３、２１３は、複素透磁率μ'＝１１０、厚みｔ＝２００μｍのフェライトを用いるものとする。

以上のような条件の下、実施例２及び比較例２に係るアンテナコイル１１ａ、２１１ａの特性を次のように測定した。

アンテナコイルの静特性として、信号周波数が１３．５６ＭＨｚのときの、インダクタンスと抵抗とを、Ａｇｉｌｅｎｔ４２９４Ａにより測定した。また、通信特性を評価するため、リーダライタ１２０としてソニー社製のＳ−ＲＣ４６１Ｃを、通信装置１、２００の通信処理部としてソニー社製ＩＭＡ０３を、それぞれ用いて通信可能距離を測定した。また、実際に携帯電話機１３０などの電子機器に通信装置１、２００が組み込まれることを考慮するため、アンテナ基板１１、２１１に対して、ステンレス（ＳＵＳともいう。）板を、厚み方向、すなわち＋ｚ軸方向に２ｍｍ離れた位置に配置した。

測定結果を、下記の表２に示す。

上記の表２から明らかなように、実施例２に係る通信装置１は、略同一の寸法を有する比較例２に係る通信装置２００に比べて通信特性が良い。このように、実施例２に係る通信装置１が、比較例２に係る通信装置２００に比べて良好な通信特性を実現できるのは、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂが形成されているためである。ここで、アンテナコイルの巻線数の違いに起因して実施例２の方が比較例２に比べてＱ値の値が低い。しかしながら、実施例２の方が比較例２に比べて磁束が通過するアンテナコイルの面積が大きいため、結合係数は、実施例２のアンテナコイル１１ａの方が、比較例２のアンテナコイル２１１ａよりも値が高い。このようなＱ値と結合係数との関係から、結果として、実施例２に係る通信装置１が、比較例２に係る通信装置２００に比べて良好な通信特性を実現できる。

以上のように、実施例１、２の測定値から明らかなように、本発明が適用された通信装置１は、外周部に沿ったアンテナコイル１１ａの幅、換言すれば、アンテナ基板１１の幅を小さくしつつ、リーダライタ１２０と対向した電子機器である携帯電話機１３０の筐体１３１の面の外周部１３４に生じる磁束を効率よくアンテナコイル１１ａに引き込むことができる。

＜実施例３＞
次に、アンテナコイル１１ａの折り曲げ幅を変化させたときの通信特性の変化について説明する。ここで、アンテナコイル１１ａの折り曲げ幅とは、具体的に、コイル線重畳部１５ａ、１５ｂの合計の幅である。具体的に、図４（Ａ）に示すような、端部を折り返さない状態のアンテナコイル１１ａ全体の幅ｄ１に対するコイル線重畳部１５ａ、１５ｂの合計の幅の比を変化させたときの通信特性について評価する。

アンテナコイル１１ａを折り曲げる前の形状において、図４（Ａ）に示すｘ軸方向に規定される幅ｄ１を５０ｍｍとする。そして、アンテナコイル１１ａの両端部１４ａ、１４ｂをそれぞれｘ軸方向に合計５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ折り曲げてコイル線重畳部１５ａ、１５ｂをそれぞれ形成したものを実施例３１、３２、３３、３４とする。なお、折り曲げ後の形状を考慮して、実施例３１、３２、３３、３４に係る通信装置１では、磁性シート１３のｘ軸方向で規定される幅をそれぞれ４５ｍｍ、４０ｍｍ、３５ｍｍ、３０ｍｍとした。

これに対して、比較例３に係る通信装置２００は、図５に示すように、アンテナ基板２１１上に形成されたアンテナコイル２１１ａに磁性シート２１３を単に差し込んだ構造、すなわち折り曲げ幅が０ｍｍである構造を有し、アンテナコイル２１１ａのｘ軸方向に規定される幅ｄ３を４０ｍｍとしたものである。

このように実施例３１、３２、３３、３４及び比較例３では、アンテナコイル１１ａ、２１１ａのｘ軸方向の幅が同一のものである。また、アンテナコイル１１ａ、２１１ａは、導線部として幅が３５μｍのＣｕと、絶縁部として幅が２５μｍのＰＩとから構成されるフレキシブルプリント基板に、巻線数が３として実装されるものとする。また、磁性シート１３、２１３は、複素透磁率μ'＝１１０、厚みｔ＝２００μｍのフェライトを用いるものとする。

以上のような条件の下、実施例３１、３２、３３、３４及び比較例３に係るアンテナコイル１１ａ、２１１ａの特性を次のように測定した。

アンテナコイルの静特性として、信号周波数が１３．５６ＭＨｚのときの、インダクタンスと抵抗とを、Ａｇｉｌｅｎｔ４２９４Ａにより測定した。また、通信特性を評価するため、リーダライタ１２０としてソニー社製のＳ−ＲＣ４６１Ｃを、通信装置１、２００の通信処理部としてソニー社製ＩＭＡ０３を、それぞれ用いて通信可能距離を測定した。また、実際に携帯電話機１３０などの電子機器に通信装置１、２００が組み込まれることを考慮するため、アンテナ基板１１、２１１に対して、ステンレス（ＳＵＳともいう。）板を、厚み方向、すなわち＋ｚ軸方向に２ｍｍ離れた位置に配置した。

測定結果を、下記の表３に示す。また、縦軸をＱ値とし、横軸をコイル線重畳部１５ａ、１５ｂの合計の幅としたグラフを図７に示す。表３には、比較例３に係るアンテナコイルの特性を示している。

上記の表３と、図７から明らかなように、実施例３２、すなわち折り曲げ幅が１０ｍｍの場合が、もっともＱ値が大きく、この折り曲げ幅から離れるのに伴ってＱ値の値が単調に減少するので、結果として実施例３２がもっとも良好な通信特性を実現できることがわかる。また、より小型化を実現する観点から、折り曲げ幅がより大きい方が好ましい。表３の結果から明らかなように、例えば、コイル線重畳部を有さないアンテナコイルと比べてＱ値が高いという点において、より良い通信特性を実現するには、端部を折り返さない状態のアンテナコイル１１ａ全体の幅ｄ１に対するコイル線重畳部１５ａ、１５ｂの合計の幅の比が略０．３以下であることが好ましい。

また、本発明が適用された通信装置は、必ずしもアンテナコイルの両方の端部を折り返して、コイル線重畳部を形成するものに限定されない。すなわち、コイル線重畳部は、少なくとも一方の端部が折り返されて、筐体面の垂直方向にコイル線の一部が少なくとも重畳していればよい。例えば、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示す変形例のように、アンテナコイル１１ａの端部１４ａ、１４ｂのうち、例えば一方の端部１４ａのみを折り曲げてコイル線重畳部１５ａを形成し、他方の端部１４ｂに、通信処理部１２とを電気的に接続する端子部１１ｂを設けるようにしてもよい。ここで、例えば、図８（Ａ）は端部１４ｂのｙ軸方向直下に端子部１１ｂを設けた構造を示している。図８（Ｂ）は端部１４ｂのｙ軸方向直下にコイル線を引き出し、更にｘ軸方向にコイル線を引き出して端子部１１ｂを設けた構造を示している。図８（Ｃ）は、ｘ軸方向に対して対称となるように端部１４ｂからコイル線を引き出して、それぞれ端子部１１ｂを構成する２つの端子１１ｂ１、１１ｂ２を設けた構造を示している。

このように、通信装置１は、外周部１３４に沿った方向の両端部１４ａ、１４ｂのうち、一方の端部１４ａにコイル線重畳部１５ａを形成し、他方の端部に接続用の端子部１１ｂを形成した構造を採用することで、両方の端部にコイル線重畳部を形成した構造に比べて、アンテナ基板１１と通信処理部１２とを容易に接続することができる点で特に好ましい。

１、２００ 通信装置、１１ アンテナ基板、１１ａ、２１１ａ アンテナコイル、１１ｂ 端子部、１１ｂ１、１１ｂ２ 端子１１ｃ 中央部分、１２ 通信処理部、１３、１３３、２１３ 磁性シート、１４ａ、１４ｂ 端部、１５ａ、１５ｂ コイル線重畳部、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、 アンテナコイル

Claims (5)

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、該発信器と誘導結合されるコイル線が巻回されたアンテナコイルと、
   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、
   上記筐体面の中心側では上記磁性シートが上記アンテナコイルよりも上記発信器側に位置し、該筐体面の外周側では該アンテナコイルが該磁性シートよりも該発信器側に位置するように配置して、該アンテナコイルと該磁性シートとが互いに重畳され、
   上記アンテナコイルは、上記外周部に沿った方向の両端部のうち、少なくとも一方の端部が折り返されて、上記筐体面の垂直方向に上記コイル線の一部が少なくとも重畳するコイル線重畳部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記アンテナコイルは、上記外周部に沿った方向の両端部のうち、一方の端部に上記コイル線重畳部が形成され、他方の端部に当該アンテナ装置の接続端子部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記コイル線重畳部は、上記発信器側と反対側に折り返されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 上記アンテナコイルは、上記外周部に沿った方向を基準としたとき、上記端部を折り返さない状態の当該アンテナコイル全体の幅に対する上記コイル線重畳部の合計の幅の比が、略０．３以下であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 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、該発信器と誘導結合されるコイル線が巻回されたアンテナコイルと、
   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、
   上記筐体面の中心側では上記磁性シートが上記アンテナコイルよりも上記発信器側に位置し、該筐体面の外周側では該アンテナコイルが該磁性シートよりも該発信器側に位置するように配置して、該アンテナコイルと該磁性シートとが互いに重畳され、
   上記アンテナコイルは、上記外周部に沿った方向の両端部のうち、少なくとも一方の端部が折り返され、上記筐体面の垂直方向に上記コイル線が重畳するコイル線重畳部が形成されていることを特徴とする通信装置。

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