JP2015053637A - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＸＹ平面において対向するリーダライタ側のアンテナに対するＸ方向とＹ方向の通信可能領域のバランスを改善し、リーダライタ側から発信される電磁界信号を介して確実に通信できるようにする。
【解決手段】 電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、上記電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるコイル１２が周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナ２１Ａが形成されたアンテナコイル１１Ａを備えることにより、ＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１に対するＸ方向とＹ方向の通信可能領域のバランスを改善する。
【選択図】 図１０

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電磁界信号を介して通信可能となるアンテナ装置、及び、電子機器に関する。

従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣ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、このアンテナ装置は、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装置では、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。

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。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。

そこで、リーダライタからくる磁界が強い、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置するようにしたアンテナ装置や、さらに、磁性シートを用いて磁束を増やし、性能を高めるようにしたアンテナ装置が提案されている。これらのアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

特許４８８３１２５号公報 特許４８９４９４５号公報 特許５１３５４５０号公報 特開２０１２−２１７１３３号公報

しかしながら、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置して性能を高めるようにしたアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されているので、リーダライタからの磁束を受けるアンテナコイルが長方形であるために、小型アンテナに対する動作領域がアンテナコイルの長手に直交する方向で短い長方形の領域になってしまい、通信可能領域が狭いという問題があった。すなわち、図１１に示すように、ＸＹ平面でアンテナコイルの長手方向に相当するＸ方向の通信可能領域とアンテナコイルの長手に直交する方向に相当するＹ方向の通信可能領域に違いがあり、Ｙ方向の通信可能領域が狭くなってしまう。

そこで、本発明は、上述の如き従来の問題点に鑑みてなされたものであり、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置して性能を高めるようにしたアンテナ装置におけるアンテナコイルの長手に直交する方向の通信可能領域を広げ、発信器から発信される電磁界信号を介して確実に通信することのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明では、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置して性能を高めるようにしたアンテナ装置における長方形のループアンテナの長辺部分を曲げることにより、アンテナコイルの長手に直交するＹ方向の通信可能領域を広げる。

すなわち、本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、上記電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナを備えることを特徴とする。

本発明に係るアンテナ装置において、上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を直線で曲げた外形形状を有するものとすることができる。

また、本発明に係るアンテナ装置において、上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を複数点で曲げてなる外形形状を有するものとすることができる。

また、本発明に係るアンテナ装置において、上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を上記筐体表面の外周端縁に沿って曲げた外形形状を有するものとすることができる。

また、本発明に係るアンテナ装置は、上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器に対向する第１の導電体と、上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記第１の導電体と近接又は接触するとともに、上記アンテナ基板の上記外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体とを備えるものとすることができる。

さらに、本発明に係るアンテナ装置は、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートを更に備え、上記磁性シートが、上記アンテナコイルの中心部分に差し込まれることで、上記外部機器と対向する筐体面の中心側では該磁性シートが上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置する配置条件と、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外部機器側に位置する配置条件との両方の配置条件を満たすようにして、該アンテナコイルと該磁性シートとが互いに重畳されているものとすることができる。

また、本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器であって、上記アンテナ装置は、当該電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナと、上記外部機器に対向する第１の導電体と、上記第１の導電体と重畳又は接触するとともに、上記アンテナコイルの上記外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体と、上記外部機器との間で通信を行う通信処理部とを備えることを特徴とする。

本発明では、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置して性能を高めるようにしたアンテナ装置における長方形のループアンテナの長辺部分を曲げることにより、アンテナコイルの長手に直交する方向の通信可能領域を広げ、発信器から発信される電磁界信号を介して確実に通信することのできるアンテナ装置を提供することができる。

本発明が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 上記無線通信システムにおけるアンテナコイル及び金属板を示す斜視図である。 上記無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、筐体内部に貼付されたメタルカバーを用いた場合を示す。 上記無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、バッテリーパックの金属筐体を用いた場合を示す。 上記無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、液晶モジュールの裏面に設けられた金属板を用いた場合を示す。 電子機器内に組み込まれたアンテナ装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 金属箔がアンテナ基板の一方側を、長手方向の全幅に亘って重畳する状態を示す斜視図である。 アンテナ基板に磁性シートを差し込むようにしたアンテナジュールの構造を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断側面図である。 本発明を適用したアンテナ装置におけるアンテナコイルの構成例を示す平面図であり、（Ａ）はアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を直角に折り曲げた外形形状のループアンテナが形成されたアンテナコイルの構成例を示し、（Ｂ）はアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を２回折り曲げた外形形状のループアンテナが形成されたアンテナコイルの構成例を示している。 本発明を適用したアンテナ装置の要部構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 アンテナコイルの導線が長方形に周回された基本的な構造のループアンテナ備えるアンテナ装置の要部構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本発明を適用したアンテナ装置の設置例を模式的に示す斜視図である。 本発明を適用したアンテナ装置の他の設置例を模式的に示す斜視図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較例のアンテナ装置について、ＸＹ平面において対向するリーダライタ側のアンテナをＸ方向に移動した場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を示す図である。 本発明を適用したアンテナ装置と比較例のアンテナ装置について、ＸＹ平面において対向するリーダライタ側のアンテナをＹ方向に移動した場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を示す図である。

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、以下の実施の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もちろんである。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

本発明が適用されたアンテナ装置は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、たとえば図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、アンテナ装置１と、アンテナ装置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、アンテナ装置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アンテナ装置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、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して誘導結合されたアンテナ装置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、アンテナ装置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。たとえば、制御回路は、アンテナ装置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（たとえば、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、アンテナ装置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、たとえば、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。

なお、以下では、上記非接触通信システム１００におけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるのは言うまでもない。

アンテナ装置１は、通信時にリーダライタ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等の電子機器の筐体の内部に組み込まれる。アンテナ装置１は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行うアンテナモジュール２と、電子機器の筐体内に設けられ、リーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる金属板３と、電子機器の筐体内に設けられ、金属板３と重畳又は接触するとともに、アンテナモジュール２のコイル１２のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体となる金属箔４とを備える。

アンテナモジュール２は、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１１と、アンテナコイル１１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１３とを備える。

アンテナコイル１１には、たと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ンニング処理などをすることによって形成されるコイル１２と、コイル１２と通信処理部１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。

ここでは、アンテナコイル１１は、図２に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってコイル１２の１本の導線が周回されている基本的な構造のものとして、アンテナ装置１の構成を説明する。

アンテナコイル１１は、コイル１２が周回する主面が、通信時にリーダライタ１２０とＸＹ面において対向するように配置される。また、アンテナコイル１１は、コイル１２の中心１２ａを境に、コイル１２の導線を、長手方向に沿う電流の向きが同一方向に流れる方向を周回の方向とする一方側１１ａと、コイル１２の導線を長手方向に沿う電流の向きが逆方向に流れる周回の方向とする他方側１１ｂとを有する。そして、アンテナコイル１１は、長手方向に沿う一側縁を金属板３側に向けて、すなわち、一方側１１ａ又は他方側１１ｂを金属板３側に向けて配置される。

アンテナコイル１１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、端子部を介して受信信号を通信処理部１３に供給する。

通信処理部１３は、アンテナコイル１１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１３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１３が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１３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１１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、通信処理部１３は、アンテナコイル１１に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリーパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。

金属板３は、たとえば携帯電話やスマートフォン、あるいはタブレットＰＣ等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ１２０に対向する第１の導電体を構成するものである。この第１の導電体は、たとえば図３に示すスマートフォン１３０の筐体１３１の内面に貼付されたメタルカバー１３２や、図４に示すスマートフォン１３３内に収納されたバッテリーパック１３４の金属筐体１３５、あるいは、図５に示すタブレットＰＣ１３６の液晶モジュールの裏面に設けられた金属板１３７等が相当する。以下では、主に電子機器としてスマートフォン１３３を例に、このスマートフォン１３３に収納されたバッテリーパック１３４の金属筐体１３５において、通信時にリーダライタ１２０に対向される主面を、第１の導電体を構成する金属板３として説明する。

アンテナモジュール２のアンテナコイル１１は、スマートフォン１３３に組み込んだ際に、当該スマートフォン１３３の小型化を図りつつ、リーダライタ１２０との間で良好な通信特性を実現する観点から、図６（Ａ）に示すような三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面上であって、たとえばスマートフォン１３３の外筐体１４１内部に設けられたバッテリーパック１３４と外筐体１４１の内周壁１４１ａとの空間１４２に配置される。具体的に、アンテナコイル１１は、図６（Ｂ）に示すようなバッテリーパック１３４の金属筐体１３５のリーダライタ１２０に対向した金属板３の端部３ａと、外筐体１４１の内周壁１４１ａとの間に配置されている。

ここで、図６（Ｂ）の断面図で示すように、スマートフォン１３３に配置されたバッテリーパック１３４の金属筐体を構成する金属板３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と対向したバッテリーパック１３４の金属板３の端部３ａの磁界が強いという特性を有する。

このようなスマートフォン１３０の筐体１３１内部の磁界強度の特性を利用して良好な通信特性を実現するため、例えば図２に示すように、Ｚ軸と平行なの中心１２ａが、金属板３の端部３ａと外筐体１４１の内周壁１４１ａとの空間１４２を通過し、長手方向の一側縁を金属板３の端部３ａ側に向けて、すなわち、一方側１１ａを金属板３の端部３ａ側に向けて配置される。

このとき、アンテナコイル１１は、金属板３の端部３ａと接することなく、離間した位置に設けられていてもよい。このように、アンテナ装置１は、電子機器の筐体内のレイアウト上の制約から金属板３とアンテナコイル１１とを離間して配置した場合にも、金属板３とアンテナコイル１１とに亘って金属箔４を重畳させることで良好な通信特性を得ることができる。

なお、アンテナコイル１１は、金属板３と接していてもよい。さらに、アンテナコイル１１は、金属板３と重畳していてもよい。このとき、アンテナコイル１１は、後述する金属箔４が重畳する一方側１１ａと金属板３とが重畳すればよく、他方側１１ｂまで金属板３と重畳しないように設けられる。他方側１１ｂと金属板３とが重畳すると却って他方側１１ｂとリーダライタ１２０の磁束との誘導結合が阻害されるおそれがある。

アンテナコイル１１と金属板３との間には、金属板３（第１の導電体）と重畳又は接触するとともに、アンテナコイル１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体となる金属箔４が設けられている。金属箔４は、アンテナコイル１１の一部に重畳することにより、重畳するアンテナコイル１１の一部において磁界を跳ね返すことにより重畳する領域における誘導結合を抑制し、また、重畳していない領域への磁束の集中を促し、通信性能の向上を図る。

すなわち、アンテナコイル１１を通過するリーダライタからの磁束が、コイルの導線が一方向に周回する一方側１１ａとコイルの導線が他方向に周回する他方側１１ｂとで、反対方向の電流を生じさせ、その結果、効率よく結合させることができない。

そこで、アンテナ装置１は、金属箔４をアンテナコイル１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳領域における磁界を跳ね返して重畳領域における誘導結合を抑制し、重畳していない領域において発生した電流を効率よく送電することができる。また、アンテナ装置１は、金属箔４をアンテナコイル１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳していない領域に磁束を集中させ、当該領域における効率のよい発電を促すことができる。

また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳又は接触することにより、金属板３からの磁束を漏らさずに、金属箔４が重畳していないアンテナコイル１１の領域へ誘導することができ、効率のよい誘導結合を行うことができる。また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳することにより、金属板３からの漏れ磁束によって金属箔４が重畳する一部において誘導結合による電流の発生を防止することができる。

金属箔４は、たとえば銅箔等の良導体が好ましく用いられるが、必ずしも良導体でなくともよい。また、金属箔４は、アンテナ装置１とリーダライタ１２０との通信周波数に応じて適宜厚さが決められ、たとえば通信周波数１３．５６ＭＨｚにおいては、２０μｍ〜３０μｍ厚の金属箔を用いることができる。

なお、金属箔４は、金属板３やアンテナコイル１１と重畳していれば必ずしも接している必要はない。ただし、金属箔４は、金属板３やアンテナコイル１１に近接するほど結合係数にとって有利となるため、近接あるいは接触していることが好ましい。

図７に示すように、金属箔４は、アンテナコイル１１の一方側１１ａの端部からコイル１２の中心１２ａまで重畳することが好ましい。これにより、金属箔４は、アンテナコイル１１の一方側１１ａにおける結合を抑制して、他方側１１ｂにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くするとともに、アンテナコイル１１の一方側１１ａから他方側１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側１１ｂにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。

また、図７に示すように、金属箔４は、アンテナコイル１１の一方側１１ａの長手方向以上の幅を有し、アンテナコイル１１の一方側１１ａを長手方向に亘って全て重畳することが好ましい。これによっても、金属箔４は、アンテナコイル１１の一方側１１ａにおける誘導結合を抑制し、他方側１１ｂにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くするとともに、アンテナコイル１１の一方側１１ａから他方側１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側１１ｂにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。

また、例えば、図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナコイル１１に磁性シート２０を差し込むようにしてもよい。図８（Ａ）に示すアンテナコイル１１は、図８（Ｂ）に示すように、一方側１１ａではコイル１２が磁性シート２０よりもリーダライタ１２０側に位置し、他方側１１ｂでは磁性シート２０がコイル１２よりもリーダライタ１２０側に位置するように、磁性シート２０が、コイル１２の中心１２ａに形成された開口部に差し込まれたものである。

すなわち、このアンテナコイル１１は、コイル１２の中心１２ａに長手方向に亘って開口部が形成され、この開口部に磁性シート２０が差し込まれた構造となっている。すなわち、上記磁性シート２０が、プリント基板上に形成された上記コイル１２の中心部分１２ａに差し込まれることで、上記リーダライタ１２０と対向する筐体面の中心側では該磁性シート２０が上記コイル１２よりも上記リーダライタ１２０側に位置する配置条件と、該筐体面の外周側では該コイル１２が該磁性シート２０よりも該リーダライタ１２０側に位置する配置条件との両方の配置条件を満たすようにして、該コイル１２と該磁性シート２０とが互いに重畳されている

このようにコイル１２の中心部分１２ａに磁性シート２０が差し込まれた構造のアンテナコイル１１では、上記リーダライタ１２０から発信される磁界をコイル１２に確実に引き込むことができる。すなわち、金属箔４の端部４ａの集中した磁界をより効率よく磁性シート２０に導くことができ、導かれた磁界によって、コイル１２には大きな起電力を生じるので、通信特性をより向上させることができる。

ここで、以上の説明では、無線通信システム１００に備えられたアンテナ装置１にアンテナコイル１１は、図２に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってコイル１２の導線が周回されている基本的な構造のものとして、アンテナ装置１の構成を説明したが、本発明を適用したアンテナ装置１では、外部機器、すなわち、上記リーダライタ１２０と誘導結合されるコイル１２が周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナが用いられる。

すなわち、例えば図９の（Ａ）に示すように、コイル１２の長方形の長辺部分を直線で直角に折り曲げた外形形状のループアンテナ２１Ａが形成されている。コイル１２が長方形の長辺部分を直線で直角に折り曲げた外形形状に合わせて周回されてループアンテナ２１Ａが形成されており、上記外形形状に合わせた形状の磁性シート２０Ａがコイル１２の中心部分に挿入されている。

上記アンテナコイル１１を備えるアンテナ装置１は、例えば図１０の（Ａ）に示すように、電子機器の筐体表面の外周コーナー部分に配置される。

図１０の（Ａ）において、金属箔４は、外部機器すなわち上記リーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる上記金属板３と近接又は接触するとともに、上記アンテナコイル１１の上記リーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体である。

例えば図１１の（Ａ）に示すコイル１２の導線が長方形に周回されている基本的な構造のループアンテナ２１では、図１１の（Ｂ）に示すように、ＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１（略方形状に形成されたループアンテナ）に対して、ループアンテナ２１の長辺に沿ったＸ方向の通信可能領域とアンテナコイルの長手に直交する方向に相当するＹ方向の通信可能領域に違いがあり、Ｙ方向の通信可能領域が狭くなってしまうが、図１０の（Ａ）に示すようにコイル１２の長方形の長辺部分を直線で直角に折り曲げた外形形状のループアンテナ２１Ａでは、図１０の（Ｂ）に示すように、ＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１（略方形状に形成されたループアンテナ）に対して、ループアンテナ２１ＡのＹ方向の通信可能領域を広げて、Ｘ方向とＹ方向の通信可能領域を同程度にすることができる。

ここで、上記アンテナコイル１１Ａにおいて、コイル１２の長方形の長辺部分を折り曲げる方向の先端は、上記第２の導電体である金属箔４の内側を向く。

また、上記ループアンテナ２１Ａは、コイル１２の長方形の長辺部分を複数点で折り曲げてなる外形形状を有するものであってもよく、例えば図９の（Ｂ）に示すアンテナコイル１１Ｂのように２箇所で折り曲げた外形形状のループアンテナ２１Ｂを形成するようにしてもよい。このアンテナコイル１１Ｂは、コイル１２が長方形の長辺部分を２箇所で折り曲げた外形形状に合わせて周回されてループアンテナ２１Ａが形成されており、上記外形形状に合わせた形状の磁性シート２０Ｂがコイル１２の中心部分に挿入されている。

また、コイル１２の曲げ方は、直線でなく曲線であってもよく、上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を上記筐体表面の外周端縁に沿って曲げた外形形状を有するものとすることもできる。

さらに、携帯電話のような縦長の電子機器の先端に本発明を適用したアンテナ装置１を実装する場合には、上記電子機器の筐体表面の外周コーナー部分でなく、図１２や図１３に示すアンテナ装置１Ｂ，１Ｃように、先端中央部分に実装することもできる。この場合、外部機器すなわち上記リーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる上記金属板３と近接又は接触するとともに、上記アンテナコイル１１Ａ，１１Ｂの上記リーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体である金属箔４は、上記ループアンテナ２１Ａ、２１Ｂの形状に適合した形状の突片４Ａ，４Ｂを有するものとされ、上記ループアンテナ２１Ａ、２１Ｂと重畳される。

ここで、図１０の（Ａ），（Ｂ）に示すコイル１２の長方形の長辺部分を折り曲げた構造のループアンテナ２１を設けたアンテナコイル１１Ａを備える実施例のアンテナ装置１Ａと、図１１の（Ａ），（Ｂ）に示すコイル１２の導線が長方形に周回されている基本的な構造のループアンテナ２１を設けたアンテナコイル１１を備える比較例のアンテナ装置１について、上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１を移動した場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を図１４及び図１５に示す。

図１４は、ＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１をＸ方向に移動した場合の結合係数を示し、図１５は、アンテナ１２１をＹ方向に移動した場合の結合係数を示している。リーダライタ１２０のアンテナ１２１は、外形２５ｍｍ×２０ｍｍの４巻コイルであり、アンテナ装置のアンテナ基板との距離は５ｍｍとした。

比較例のアンテナ装置１は、５０ｍｍ×８ｍｍの長方形のループアンテナ２１を備え、金属箔４として１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍ厚のステンレスを用いた。

本発明に係るアンテナ装置１Ａは、５０ｍｍ×８ｍｍの長方形のループアンテナの長辺部分を直角に折り曲げた外形形状のループアンテナ２１Ａを備え、金属箔４として１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍ厚のステンレスを用いた。

比較例のアンテナ装置１では、例えば０．０５の結合係数が得られる範囲は、Ｘ方向の移動量ｏｆｆｓｅｔ（ｘ）が約−２３ｍｍから＋２３ｍｍの範囲と、Ｙ方向の移動量ｏｆｆｓｅｔ（ｙ）が約−４ｍｍから＋１４ｍｍの範囲であって、ループアンテナ２１の長辺に沿ったＸ方向の通信可能領域とアンテナコイルの長手に直交する方向に相当するＹ方向の通信可能領域に違いがあり、Ｙ方向の通信可能領域が狭い。

これに対して、実施例のアンテナ装置１Ａでは、例えば０．０５の結合係数が得られる範囲は、Ｘ方向の移動量ｏｆｆｓｅｔ（ｘ）が約−８ｍｍから＋１４ｍｍの範囲と、Ｙ方向の移動量ｏｆｆｓｅｔ（ｙ）が約−１５ｍｍから＋１４ｍｍの範囲であって、Ｘ方向の通信可能領域は若干狭まるが、Ｙ方向の通信可能領域が拡がり、結果的にＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１に対するＸ方向とＹ方向の通信可能領域のバランスが改善されている。

すなわち、本発明に係るアンテナ装置１Ａは、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するものであって、上記電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるコイル１２が周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナ２１Ａ，２１Ｂを備えることにより、ＸＹ平面において対向するリーダライタ１２０側のアンテナ１２１に対するＸ方向とＹ方向の通信可能領域のバランスが改善され、リーダライタ１２０側から発信される電磁界信号を介して確実に通信することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３ 金属板、４ 金属箔、１１，１１Ａ，１１Ｂ アンテナコイル、１２ コイル、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０ 磁性シート、２１Ａ，２１Ｂ ループアンテナ、無線通信システム、１２０ リーダライタ、１２１ アンテナ、１４１ 外筐体、１４１ａ 内周壁、１４２ 空間

Claims (7)

1. 電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
   上記電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナを備えたアンテナ装置。
2. 上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を直線で曲げた外形形状を有する請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を複数点で曲げてなる外形形状を有する請求項２記載のアンテナ装置。
4. 上記ループアンテナは、長方形の長辺部分を上記筐体表面の外周端縁に沿って曲げた外形形状を有する請求項１記載のアンテナ装置。
5. 上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器に対向する第１の導電体と、
   上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記第１の導電体と近接又は接触するとともに、上記アンテナコイルの上記外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体とを備えた請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートを更に備え、
   上記磁性シートが、上記アンテナコイルの中心部分に差し込まれることで、上記外部機器と対向する筐体面の中心側では該磁性シートが上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置する配置条件と、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外部機器側に位置する配置条件との両方の配置条件を満たすようにして、該アンテナコイルと該磁性シートとが互いに重畳されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
7. 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器であって、
   上記アンテナ装置は、
   当該電子機器の筐体表面の外周部分に配置され、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する長方形の長辺部分を曲げた外形形状のループアンテナと、
   上記外部機器に対向する第１の導電体と、
   上記第１の導電体と重畳又は接触するとともに、上記アンテナコイルの上記外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体と、
   上記外部機器との間で通信を行う通信処理部と
   を備える電子機器。

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