JP2015149678A - 磁界型アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数の評価に要する工数を低減することができる磁界型アンテナ装置を提供する。【解決手段】磁界型のアンテナエレメント１１と、アンテナエレメント１１の背面に配置された磁性体シート２０と、磁性体シート２０の背面に配置された金属シート３０とを備える磁界型アンテナ装置１とする。金属シート３０を備えているため、アンテナ装置１を金属板Ｍ１に固定した場合でも、アンテナ装置１の共振周波数に対する金属の影響は、アンテナ装置１自身が備える金属シート３０の影響が大きく、アンテナ装置１の背面に存在する金属板Ｍ１の影響は少ない。よって、アンテナ装置１単体の状態で共振周波数を調整しておけば、配置場所ごとに共振周波数を調整する必要がなくなる可能性が高くなる。その結果、共振周波数の評価工数を低減することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、磁界型のアンテナエレメントを備える磁界型アンテナ装置に関し、特に、共振周波数を調整する技術に関する。

特許文献１に記載されているように、磁界型のアンテナエレメントの背面に磁性体シートを配置したアンテナ装置が知られている。磁性体シートが存在していることにより、アンテナエレメントが発生させた磁界が、磁性体シートの背面に存在している金属体に作用する程度が減少する。詳しくは、金属体に渦電流が発生してしまうことを抑制できる。渦電流が発生することを抑制することで、その渦電流により、アンテナエレメントが発生させた磁界が弱められる程度を少なくすることができる。

特開２０１０−６２７３４号公報

しかし、磁性体シートをアンテナエレメントの背面に配置しても、背面に存在する金属体の影響がなくなるわけではない。したがって、アンテナエレメントの背面に磁性体シートを配置したとしても、その背面に存在する金属体までの距離や金属体の大きさなどが異なれば、その金属体がアンテナ装置に与える影響は異なる。

したがって、従来の磁界型アンテナ装置を背面に金属体が存在する場所に配置する場合、配置場所ごとに共振周波数を評価しなければならなかった。たとえば、磁界型アンテナ装置を車両に搭載する場合には、車種ごとに背面に存在する金属体の影響が異なるため、車種ごとに共振周波数を評価しなければならなかった。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、共振周波数の評価に要する工数を低減することができる磁界型アンテナ装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記目的を達成するための本発明は、磁界型のアンテナエレメント（１１）と、アンテナエレメントの背面側に配置された磁性体部（２０、１２０）と、磁性体部の背面側に配置された金属体部（３０、１３０、２３１、２３２）と、を含むことを特徴とする磁界型アンテナ装置（１、１００、２００）である。

本発明の磁界型アンテナ装置は、磁性体部の背面側に金属体部を備えている。そのため、アンテナ装置を、金属が背面に存在する場所に配置した場合でも、アンテナ装置の共振周波数に対する金属の影響は、アンテナ装置自身が備える金属体部の影響が大きく、アンテナ装置の背面に存在する金属の影響は少ない。よって、アンテナ装置単体の共振周波数に対して、アンテナ装置を金属が背面に存在する場所に配置したときの共振周波数のずれが抑制される。その結果、共振周波数の評価工数を低減することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１の磁界型アンテナ装置１の平面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 実施形態１の磁界型アンテナ装置１の分解斜視図である。 実施形態２の磁界型アンテナ装置１００の平面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 実施形態２の磁界型アンテナ装置１００の分解斜視図である。 実施形態３の磁界型アンテナ装置２００の平面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。 実施形態３の磁界型アンテナ装置２００の分解斜視図である。 実施形態１〜３とは別の磁性体シート１２０を示す図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態１の磁界型アンテナ装置（以下、単にアンテナ装置）１は、図１に示すように、平面視において略矩形形状である。図１に示す状態では、アンテナ装置１は、平板状の金属板Ｍ１の上に固定されている。この金属板Ｍ１は請求項のアンテナ固定部に相当しており、アンテナ装置１が車両で用いられる場合、金属板Ｍ１は、たとえば、車両ボディである。

図１には、アンテナ装置１の上面、すなわち、金属板Ｍ１とは反対側の面が示されている。アンテナ装置１の金属板Ｍ１とは反対側の面は、非導電性樹脂製であって平面形状が矩形形状のフィルム基材１０の一方の面である。

フィルム基材１０の上面には、アンテナエレメント１１と、そのアンテナエレメント１１に接続された整合回路１２が配置されている。アンテナエレメント１１はフィルム基材１０の上面に、中心がフィルム基材１０と略同一になるように配置されている。このアンテナエレメント１１は、印刷あるいはエッチングにより形成されたパターンアンテナである。アンテナエレメント１１はループ状になっている磁界型のアンテナエレメントである。

図２の断面図に示すように、アンテナ装置１は、フィルム基材１０の背面に、請求項の磁性体部に相当する磁性体シート２０が配置されている。その磁性体シート２０の背面、すなわち、磁性体シート２０を基準としてアンテナエレメント１１とは反対側には、請求項の金属体部に相当する金属シート３０が配置されている。なお、背面とは、アンテナ装置１を固定するアンテナ固定部材、すなわち、本実施形態では金属板Ｍ１側の面である。磁性体シート２０はたとえばフェライトなどの磁性体材料製のシートである。また、金属シート３０は、たとえば銅製のシートである。

磁性体シート２０は、厚いほど渦電流抑制効果が高いので好ましいが、厚くするほどアンテナ装置１の厚みが増す。金属シート３０も、厚いほど、金属板Ｍ１による共振周波数の変動が少なくなるので好ましいが、厚くするほどアンテナ装置１の厚みが増す。よって、磁性体シート２０、金属シート３０の厚みは、アンテナ装置１の全体の厚さの制約と、磁性体シート２０、金属シート３０に要求される性能とに基づいて設定する。

整合回路１２は、共振周波数が所望の周波数になるように素子定数が設定される。

分解図である図３に示すように、本実施形態の磁性体シート２０、金属シート３０は、フィルム基材１０とほぼ同じ平面形状である。これらフィルム基材１０、磁性体シート２０、金属シート３０は、接着剤などに一体化されている。

このように構成されたアンテナ装置１は、アンテナエレメント１１が形成されているフィルム基材１０、磁性体シート２０、金属シート３０が積層された状態で、整合回路１２の素子定数が調整されている。

＜実施形態１の効果＞
アンテナ装置１は金属シート３０を備えている。そのため、アンテナ装置１を金属板Ｍ１に固定した場合でも、アンテナ装置１の共振周波数に対する金属の影響は、アンテナ装置１自身が備える金属シート３０の影響が大きく、アンテナ装置１の背面に存在する金属板Ｍ１の影響は少ない。よって、アンテナ装置１単体の共振周波数に対して、アンテナ装置１を、金属板Ｍ１に設置したときの共振周波数のずれが抑制される。

そのため、アンテナ装置１単体の状態で共振周波数を調整しておけば、配置場所ごとに共振周波数を調整する必要がなくなる可能性が高くなる。その結果、共振周波数の評価工数を低減することができる。

さらに、アンテナ装置１単体の共振周波数に対して、アンテナ装置１を、金属板Ｍ１に設置したときの共振周波数のずれが抑制されるので、金属シート３０を、面積が大きいグラントとして機能する金属板Ｍ１に接続する必要がない。そのため、本実施形態のアンテナ装置１は搭載性がよく、また、低コストになる。

なお、面積が大きいグラントに金属シート３０を接続しないので、金属シート３０と金属板Ｍ１との間に樹脂シートを介在させる等により、積極的に、金属シート３０と金属板Ｍ１とを電気的に未接続な状態としてもよい。このようにすれば、アンテナ装置１を金属板Ｍ１に固定したときの共振周波数のずれをより抑制することができる。

また、たとえば、アンテナ装置１が樹脂に固定されており、その樹脂の下に金属がある場合、経時変化で樹脂が変形して樹脂が金属から剥離すると、アンテナ装置１と樹脂の下の金属との距離が変化してしまう。このように、時間の経過により設置場所における金属とアンテナ装置１との位置関係が変化しても、本実施形態では、共振周波数がずれにくい利点もある。

なお、実施形態１のアンテナ装置１は、たとえば、車両の所定部位に固定されて、ユーザに携帯される携帯機が備えている磁界型アンテナ装置との間で通信を行って、ドアロック、アンロック制御を行うドアロックシステムに用いる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を説明する。なお、この実施形態２以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用することができる。

図６に示すように、実施形態２のアンテナ装置１００が備える金属シート１３０は、環状部１３１と、その環状部１３１に囲われた貫通穴１３２を備えている。

環状部１３１は、アンテナエレメント１１に対向する部分を含む幅である。すなわち、図４に示すように、環状部１３１の外周縁１３１ａは、アンテナエレメント１１よりも外周側に位置し、環状部１３１の内周縁１３１ｂはアンテナエレメント１１よりも中心側に位置する。この環状部１３１は、矩形環状に形成されたアンテナエレメント１１に対応して、矩形環状になっている。

なお、実施形態１の金属シート３０は、図２から分かるように、フィルム基材１０、磁性体シート２０と同じ大きさであった。これに対して、図４や、図５に示すように、実施形態２の金属シート１３０は、フィルム基材１０や磁性体シート２０よりも外形寸法が小さい。また、金属シート１３０、フィルム基材１０、磁性体シート２０は、中心がほぼ一致するように配置されている。

＜実施形態２の効果＞
この実施形態２のアンテナ装置１００も、磁性体シート２０の背面に金属シート１３０を備えている。そのため、アンテナ装置１００を金属板Ｍ１に固定した場合でも、アンテナ装置１００の共振周波数に対する金属板Ｍ１の影響は少ない。

よって、アンテナ装置１００単体の共振周波数に対して、アンテナ装置１００を金属板Ｍ１に設置したときの共振周波数のずれが抑制されるので、共振周波数の評価工数を低減することができる。

また、実施形態２の金属シート１３０は、実施形態１の金属シート３０よりも外形寸法が小さく、また、環状部１３１の内側に貫通穴１３２も形成されている。そのため、実施形態１の金属シート３０よりも使用する金属量が少なくなる。これにより、低コスト化、低重量化が可能になる。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３を説明する。図９に示すように、実施形態３のアンテナ装置２００は、２つの金属シート２３１、２３２を備える。実施形態１、２のアンテナ装置１、１００は平板状の金属板Ｍ１に配置されていたのに対して、この２つの金属シート２３１、２３２を有するアンテナ装置２００は、凹凸形状がある金属板Ｍ２に固定される。この金属板Ｍ２が請求項のアンテナ固定部材に相当する。

図７〜図９に示している金属板Ｍ２は、第１角柱部Ｍ２１、第２角柱部Ｍ２２と、それら第１角柱部Ｍ２１、第２角柱部Ｍ２２を連結している連結板部Ｍ２３を備える。連結板部Ｍ２３の厚さは、第１角柱部Ｍ２１や第２角柱部Ｍ２２よりも薄い。そのため、これら第１角柱部Ｍ２１、第２角柱部Ｍ２２、連結板部Ｍ２３により凹部Ｍ２４が形成される。

アンテナ装置２００は、上記凹部Ｍ２４をまたいで第１角柱部Ｍ２１、第２角柱部Ｍ２２に接するように配置される。アンテナ装置２００において、第１角柱部Ｍ２１、第２角柱部Ｍ２２に接する部分は２つの金属シート２３１、２３２である。換言すれば、２つの金属シート２３１、２３２は、アンテナ装置２００が金属板Ｍ２に固定されている状態で、金属板Ｍ２に接する部分に配置されている。

これら２つの金属シート２３１、２３２は、ともに矩形形状である。図７、８に示すように、金属シート２３１の幅は第１角柱部Ｍ２１の幅よりも狭く、金属シート２３１は第１角柱部Ｍ２１からはみ出さずにその第１角柱部Ｍ２１に固定されている。また、金属シート２３２も、幅が第２角柱部Ｍ２２の幅よりも狭く、金属シート２３２は第２角柱部Ｍ２２からはみ出さずにその第２角柱部Ｍ２２に固定されている。

さらに、図７に示すように、金属シート２３１は、長手方向が、矩形状に形成されたアンテナエレメント１１の短辺よりも長く、他方の金属シート２３２も、長手方向がアンテナエレメント１１の短辺よりも長い。このような大きさ、配置の２つの金属シート２３１、２３２により、アンテナエレメント１１の両方の短辺は、全部、金属シート２３１、２３２に対向していることになる。

これに対して、金属シート２３１、２３２は、連結板部Ｍ２３の上には配置されていないことから、アンテナエレメント１１の長辺は、一部のみしか金属シート２３１、２３２と対向していない。つまり、金属シート２３１、２３２は、アンテナエレメント１１の背面の一部に配置されており、アンテナエレメント１１の他の一部には、金属シート２３１、２３２は配置されていない。

＜実施形態３の効果＞
この実施形態３のアンテナ装置２００も、磁性体シート２０の背面に金属シート２３１、２３２を備えている。そのため、アンテナ装置２００を金属板Ｍ２に固定した場合でも、アンテナ装置２００の共振周波数に対する金属板Ｍ２の影響は少ない。そのため、配置場所ごとに行う共振周波数の評価工数を低減することができる。

また、実施形態３のアンテナ装置２００は、金属シート２３１、２３２をアンテナエレメント１１の背面の一部に限定して配置している。そのため、配置する場所の凹凸形状が分かっており、図７〜図９の金属板Ｍ２に固定した場合のように、アンテナ装置２００が金属板Ｍ２に固定された状態において、金属板Ｍ２に接触する部分に金属シート２３１、２３２が配置されていると、金属板Ｍ２の影響を効果的に抑制しつつ、金属シート２３１、２３２のために使用する金属量を低減することができる。これにより、低コスト化、低重量化が可能になる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

＜変形例１＞
たとえば、前述の実施形態では、磁性体シート２０は貫通穴のない平板形状であったが、これに限られない。図１０に示す磁性体シート１２０のように、貫通穴１２１を備えた形状であってもよい。なお、図１０における磁性体シート１２０は、金属シート１３０と同じ形状であるが、必要な磁界遮蔽効果が得られる範囲で、磁性体シート１２０の大きさを図１０のものよりも大きくしてもよいし、また、小さくしてもよい。

＜変形例２、３＞
実施形態２に示した金属シート１３０の環状部１３１は矩形環状であったが、円環状など他の形状の環状部でもよい（変形例２）。また、シート形状ではない金属体部、たとえば、シート形状よりも厚い形状の金属体部でもよい（変形例３）。

＜変形例４＞
前述の実施形態では、アンテナエレメント１１は、矩形形状のパターンアンテナであったが、これに限られない。円環状のパターンアンテナでもよい。また、スマートフォン等に搭載されているＮＦＣアンテナは、限られたスペースでアンテナを配置しているため、形状がいびつなものも多いが、こういった形状がいびつなアンテナにも本発明は適用できる。また、パターンアンテナでなく、エナメル線等を巻いたアンテナエレメントでもよい。

＜変形例５＞
また、実施形態１、２、３のアンテナ装置１、１００、２００において、アンテナエレメント１１、磁性体シート２０、１２０、金属シート３０、１３０、２３１、２３２の全体を覆う樹脂製のカバーを備えていてもよい。この樹脂製のカバーを備えることで、背面金属とのクリアランスが大きくなるので、通信距離の劣化が抑制できる。加えて、カバーにより防水も可能となる。

１：磁界型アンテナ装置、 １０：フィルム基材、 １１：アンテナエレメント、 １２：整合回路、 ２０：磁性体シート、 ３０：金属シート、 １００：アンテナ装置、 １２０：磁性体シート、 １２１：貫通穴、 １３０：金属シート、 １３１：環状部、 １３１ａ：外周縁、 １３１ｂ：内周縁、 １３２：貫通穴、 ２００：アンテナ装置、 ２３１：金属シート、 ２３２：金属シート、 Ｍ１：金属板、 Ｍ２：金属板

Claims (8)

1. 磁界型のアンテナエレメント（１１）と、
   前記アンテナエレメントの背面側に配置された磁性体部（２０、１２０）と、
   前記磁性体部の背面側に配置された金属体部（３０、１３０、２３１、２３２）と、
   を含むことを特徴とする磁界型アンテナ装置（１、１００、２００）。
2. 請求項１において、
   アンテナ固定部（Ｍ１）に、電気的に未接続な状態で固定されていることを特徴とする磁界型アンテナ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記金属体部として金属シート（３０、１３０、２３１、２３２）を備えていることを特徴とする磁界型アンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記金属体部は、前記アンテナエレメントの背面と、前記アンテナエレメントにより囲まれるエレメント内側部分の背面とを合わせた部分であるアンテナ背面の一部に配置されていることを特徴とする磁界型アンテナ装置。
5. 請求項４において、
   前記金属体部（１３０）は、環状部（１３１）とその環状部の内側に形成されている貫通穴（１３２）を備え、
   前記環状部が、前記アンテナエレメントに対向していることを特徴とする磁界型アンテナ装置。
6. 請求項４において、
   前記金属体部（２３１，２３２）は、前記アンテナエレメントの背面側の一部に配置されており、前記アンテナエレメントの背面側の他の一部には前記金属体部が配置されていないことを特徴とする磁界型アンテナ装置。
7. 請求項６において、
   前記金属体部は、前記磁界型アンテナ装置がアンテナ固定部材（Ｍ２）に固定された状態において、そのアンテナ固定部材に接触する部分に配置されていることを特徴とする磁界型アンテナ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   前記アンテナエレメント、前記磁性体部、前記金属体部を覆う樹脂製のカバーを備えていることを特徴とする磁界型アンテナ装置。

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