JP2015159617A - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造でありながら、指向性が広く、近傍の金属物での渦電流損が生じにくいアンテナ装置およびそのアンテナ装置を備えた無線通信装置を構成する。【解決手段】アンテナ装置１０１は、第１コイル導体１１、第２コイル導体１２および磁性体層３０を備えている。第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は磁性体層３０の層を介してそれぞれのコイル開口が対向配置されている。第１コイル導体１１の内周端と第２コイル導体１２の内周端は電気的に接続されている。第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されている。金属体４０に対して垂直方向に入射する磁束φは磁性体層３０の側方（面方向）へ抜ける。【選択図】図４

Description

本発明はRFID（Radio Frequency Identification）システムや近距離無線通信（NFC：Near Field Communication）システムに用いられるアンテナ装置および無線通信装置に関するものである。

課金・料金徴収管理システムとして、ＲＦＩＤシステムが普及している。ＲＦＩＤシステムでは、リーダライタとＲＦＩＤタグとを非接触方式で無線通信させ、これらのデバイス間で通信される。リーダライタおよびＲＦＩＤタグは、信号を処理するためのＲＦＩＤ用ＩＣチップと、無線信号を送受するためのアンテナとをそれぞれ備えている。例えばＨＦ帯ＲＦＩＤシステムでは、リーダライタ側のコイルアンテナとタグ側のコイルアンテナとの間で誘導磁界を介して信号が送受される。このようなＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに
利用できるアンテナとして特許文献１〜３が知られている。

特開２００４−１６６１７５号公報 特許第３９３３１９１号公報 特開２００９−２８４４７６号公報

近年、例えばFeliCa（登録商標）のように、携帯電話等の情報通信端末にＨＦ帯ＲＦＩＤシステムを導入し、端末自体をリーダライタやＲＦＩＤタグとして利用されることがある。この場合、コイルアンテナの近傍には、プリント配線板のグランド電極やバッテリーパック等の金属体が位置することがある。しかし、コイルアンテナのコイル開口の近傍に金属体があると、コイルアンテナの磁界変化を打ち消すように作用する渦電流が生じるため、十分な通信距離を確保するのは難しい。そのため、金属体が近傍にあっても動作
可能なコイルアンテナが必要となる。このようなアンテナとして、特許文献１に記載されているように、コイルアンテナと貼り付け対象物との間にフェライト等の磁性体を挟み込んだ構造のアンテナが知られている。しかし、この場合であっても、使用周波数帯や磁性体の厚みや透磁率等によっては、金属体に磁束が入るのを十分に遮断することは難しい。すなわち、金属体の影響を充分に抑えるためには、磁性体を厚くする必要があり、その結果アンテナのサイズが大型化してしまう。

他方、特許文献２には、矩形状の磁性体コアと、その一方端に設けられた第１コイルと、他方端に設けられた第２コイルとを有するアンテナが開示されている。このアンテナでは、第１コイルと第２コイルとはコイルの巻回方向が互いに異なっており、各コイル間に入ってきた磁界を各コイル方向に導くことができるため、金属体の近傍に配置することが可能である。ところが、このアンテナの場合、磁性体コアの上面方向や端部方向の通信距離は大きいものの、磁性体コアの軸に垂直な方向に大きな通信距離を確保するのは難しい。つまり、利得の低い方向が存在することになる。

各方向への指向性に優れたアンテナとして、特許文献３には、端部が放射状に延びる磁性体コアを備えたアンテナが開示されている。放射状に延びる磁性体コアには、それぞれ極性が同一となるようにコイルが巻回されている。このアンテナでは、磁性体コアが延びる方向に指向性を持つため、それらの方向への通信距離を大きくすることができる。しかしながら、この構成のアンテナでは、磁性体コアの形状が複雑であり、また、磁性体コアへのコイルの巻回は容易でない。

本発明は上述の問題を解決すべき課題と捉え、簡素な構造でありながら、指向性が広く、近傍の金属物での渦電流損が生じにくいアンテナ装置およびそのアンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することを目的としている。

（１）本発明のアンテナ装置は、コイル状に巻回された形状のコイル導体を備え、前記コイル導体は、互いに電気的に接続されている第１コイル導体と第２コイル導体とで構成され、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、磁性体層を隔ててコイル開口が対向配置されていて、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されていて、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記磁性体層に対して非対称に構成されている、ことを特徴とする。

この構成により、例えば第１コイル導体のコイル開口から入る磁束は第１コイル導体と第２コイル導体との間隙から側方（面方向）へ抜けやすい。したがって、指向性が広く、近傍の金属物での渦電流損が生じにくいアンテナ装置が実現できる。

（２）前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは必要に応じて直列接続されていることが好ましい。この構成により、第１コイル導体と第２コイル導体との接続構造が簡素となり、また２極の信号ラインで外部の回路に接続できる。

（３）前記第１コイル導体の一方端に導通する第１電極と、前記第２コイル導体の一方端に導通する第２電極とを備え、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは前記第１電極と前記第２電極との間に生じる容量を介して直列接続されていることが好ましい。この構成により、第１コイル導体と第２コイル導体間を直接接続する配線が不要となり、製造が容易となる。

（４）前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは必要に応じて並列接続されていることが好ましい。この構成により、容易に低インピーダンス化でき、また２極の信号ラインで外部の回路に接続できる。

（５）前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は平面上に形成されたコイル導体であることが好ましい。この構成により、第１コイル導体および第２コイル導体の形成が容易となり、またアンテナ装置全体が薄型化できる。

（６）前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記コイル巻回軸方向に視て、ほぼ同一パターンであることが好ましい。この構成により、第１コイル導体で生じる磁界と第２コイル導体で生じる磁界との対称性が高まり、第１コイル導体と第２コイル導体との間隙から側方（面方向）へ抜ける磁束がコイル開口面の面方向に沿ったものとなる。

（７）前記第２コイル導体のコイル開口面のうち、前記第１コイル導体が設けられた側とは反対側に金属物が配置されていてもよい。この構成により、第１コイル導体のコイル開口を磁束が出入りして通信が可能となる。その際、第２コイル導体側の金属物を避けるように磁束が通るので金属物での渦電流損が生じにくい。そのため、このアンテナ装置を金属物の上に搭載しても損失の増大が防止できる。

（８）前記第１コイル導体と前記第２コイル導体との間隙を通る磁束を介して磁界結合するブースターアンテナ（コイル）を備えていてもよい。この構成により、磁性体層を介して対向する第１コイル導体および第２コイル導体がブースターアンテナに対する給電コイルとして作用し、ブースターアンテナと給電コイルとは非接続状態で配置できる。

（９）前記第１コイル導体と前記第２コイル導体との間隙を通る磁束を介して磁界結合する給電コイル（種コイル）を備えていてもよい。この構成により、磁性体層を介して対向する第１コイル導体および第２コイル導体が、給電コイル（種コイル）に対して磁界結合するブースターアンテナとして作用し、給電コイルとブースターアンテナとは非接続状態で配置できる。

（１０）前記磁性体層は磁性体層を含む多層基板の磁性体層であり、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は前記多層基板の磁性体層または非磁性体層に形成されていることが好ましい。この構成により、各部材が一体化されて薄型の単一の部品として扱え、例えば基板への表面実装も容易となる。

（１１）本発明の無線通信装置は、通信回路と、この通信回路に接続されたアンテナ装置とを備え、前記アンテナ装置は、コイル状に巻回された形状のコイル導体を備え、前記コイル導体は、互いに電気的に接続されている第１コイル導体と第２コイル導体とで構成され、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は磁性体層を隔ててコイル開口が対向配置されていて、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されていて、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記磁性体層に対して非対称に構成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、磁束は第１コイル導体と第２コイル導体との間隙を出入りするので、３６０°方向に磁束が出入りすることになり、広指向性が得られる。また、第１・第２コイル導体のコイル開口に垂直方向から入る磁束は第１コイル導体と第２コイル導体との間隙を側方（面方向）へ抜けるので、近傍の金属物に渦電流損が生じ難く、低損失特性が得られる。

図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の分解斜視図である。 図２（Ａ）は第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との接続関係を示す図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した回路の等価回路図である。 図３（Ａ）はアンテナ装置１０１の斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるｘ−ｘ部分の断面図である。 図４（Ａ）はアンテナ装置１０１の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す斜視図である。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の断面図である。 図５は第２の実施形態のアンテナ装置１０２に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との接続構造を示す図である。 図６（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の分解斜視図、図６（Ｂ）はアンテナ装置１０３の断面図である。 図７（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との大きさの関係を示す分解斜視図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示すアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図８（Ａ）は第４の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との大きさの関係を示す分解斜視図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示すアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図９（Ａ）は第５の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との巻回数の違いを示す分解斜視図である。図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示すアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図１０（Ａ）は第５の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との巻回数の違いを示す分解斜視図である。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示すアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図１１（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の分解斜視図である。図１１（Ｂ）はアンテナ装置１０６の等価回路図である。 図１２は第７の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。 図１３（Ａ）は基板６０、アンテナ装置１０３および共振ブースター２０１の位置関係を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は筐体を除いた状態で、共振ブースターから見た平面図である。 図１４は共振ブースター２０１の分解斜視図である。 図１５はアンテナ装置１０３に給電回路９を接続した状態での等価回路図である。 図１６はアンテナ装置１０３と共振ブースター２０１との結合の様子を示す図である。 図１７は第８の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。 図１８（Ａ）基板６０、給電アンテナ２０２およびアンテナ装置１０８の位置関係を示す斜視図である。図１８（Ｂ）は筐体を除いた状態で、アンテナ装置１０８から見た平面図である。 図１９（Ａ）はアンテナ装置１０８の分解斜視図、図１９（Ｂ）はアンテナ装置１０８の等価回路図である。 図２０は給電アンテナ２０２とアンテナ装置１０８との結合の様子を示す図である。 図２１は第９の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。 図２２（Ａ）はアンテナ装置１０１の比較例としてのアンテナ装置の斜視図、図２２（Ｂ）は図２２（Ａ）におけるｘ−ｘ部分の断面図である。 図２３（Ａ）は図２２に示した比較例としてのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す斜視図である。図２３（Ｂ）はその断面図である。 図２４は第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の分解斜視図である。 図２５（Ａ）は、平面状の金属体４０の近傍にアンテナ装置１１０が配置された状態での平面図である。図２５（Ｂ）は、金属体４０とアンテナ装置１１０との別の配置状態を示す平面図である。 図２６は、アンテナ装置１１０の近傍に平面状の金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図２７は第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の分解斜視図である。 図２８は、アンテナ装置１１１の近傍に平面状の金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。 図２９は第１２の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の分解斜視図である。このアンテナ装置１０１は、ＨＦ帯通信システムに利用されるアンテナ装置であって、第１コイル導体１１、第２コイル導体１２および磁性体層３０を備えている。第１コイル導体１１は非磁性体シートである基材２１の上面に形成されている。第２コイル導体１２は非磁性体シートである基材２２の下面に形成されている。

具体的には、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、ポリエチレンテレフタレート等からなるフレキシブルな基材２１，２２上に設けられたＣｕ箔等の金属膜をコイル状にパターンニングして形成される。第１コイル導体１１および第２コイル導体１２の対向面は互いに略平行であることが好ましい。

また、磁性体層３０は、フェライト粉末を成形、焼成してなるフェライト焼結体（フェライトセラミック）であってもよいし、エポキシ樹脂等の樹脂中にフェライト等の磁性体粉末を分散してなる複合磁性体をシート状に成形したものであってもよい。磁性体層３０の形状は、本実施形態では矩形（矩形板）状であるが、円形（円板）状など他の形状であってもよい。

第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は磁性体層３０を介してそれぞれのコイル開口が対向配置されている。第１コイル導体１１の内周端と第２コイル導体１２の内周端は電気的に接続されている。

図２（Ａ）は第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との接続関係を示す図である。この図２（Ａ）に表れているように、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されている。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した回路の等価回路図である。インダクタＬ１１は第１コイル導体１１に相当し、インダクタＬ１２は第２コイル導体１２に相当する。すなわち、この例では第１コイル導体１１と第２コイル導体１２は直列接続されて給電回路９に接続される。

図３（Ａ）はアンテナ装置１０１の斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるｘ−ｘ部分の断面図である。但し、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、電流の向きを表すために断面円形で且つ誇張して大きく描いている。このタイミングで第１コイル導体１１および第２コイル導体１２に流れる電流の方向は、図２（Ａ）中に矢印で示した方向と一致している。

図２２（Ａ）はアンテナ装置１０１の比較例としてのアンテナ装置の斜視図、図２２（Ｂ）は図２２（Ａ）におけるｘ−ｘ部分の断面図（コイル導体１８，１９のコイル巻回軸に平行な面での断面図）である。図２２（Ａ）に示すアンテナ装置は、直方体状の磁性体層３０に巻回方向が互いに逆のコイル導体１８，１９が形成され、直列接続されている。

図３（Ｂ）と図２２（Ｂ）とを対比すると明らかなように、これらの断面においてはコイル導体１１，１２に流れる電流の方向はコイル導体１８，１９に流れる電流の方向と等しい。

図４（Ａ）はアンテナ装置１０１の近傍に平面状の金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す斜視図である。図４（Ｂ）はその断面図である。なお、金属体４０は、例えば通信端末の筺体内に配置されたプリント配線板のグランドであってもよいし、電池パックやシールドケースのような金属体であってもよい。また、金属製の筺体の一部であってもよい。

図２３（Ａ）は図２２に示した比較例としてのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す斜視図である。図２３（Ｂ）はその断面図である。

図４（Ｂ）と図２３（Ｂ）とを対比すると明らかなように、これらの断面においては金属体４０に対して垂直方向に入射する磁束φはいずれも磁性体層３０の側方（面方向）へ抜ける。

以上に示したように、アンテナ装置１０１は図２２（Ａ）、図２３（Ａ）に示した比較例としてのアンテナ装置と同様に、金属面に対して垂直に入射した磁束が金属面に沿った方向に抜ける。アンテナ装置１０１の第１コイル導体１１のコイル開口から入る磁束は、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との間隙から側方（面方向）へ抜け、そのことで、磁束は第１コイル導体１１と鎖交する。

本発明のアンテナ装置１０１は、図２２（Ａ）、図２３（Ａ）に示した比較例としてのアンテナ装置とは異なり、金属面に対して垂直に入射した磁束が金属面に沿って３６０°方向に磁束が抜ける。したがって、指向性が広く、且つ近傍の金属物での渦電流損が生じにくいアンテナ装置が実現でき、特に金属面上に配置されるアンテナ装置として有用である。

第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とが直列接続されているので、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との接続構造が簡素となり、また２極の信号ラインで外部の回路に接続できる。

また、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２が平面上に形成されているので、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２の形成が容易となり、またアンテナ装置全体が薄型化できる。

また、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、コイル巻回軸方向に視て、ほぼ同一パターンであるので、第１コイル導体１１で生じる磁界と第２コイル導体１２で生じる磁界との対称性が高まり、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との間隙から側方（面方向）へ抜ける磁束がコイル開口面の面方向に沿ったものとなる。

《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態のアンテナ装置１０２に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との接続構造を示す図である。図５中の矢印は電流の方向を表している。第１の実施形態では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とを直列に接続したが、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２は第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とが電気的に並列接続されて給電回路９に接続される。但し、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１と同様に、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２のコイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されている。

このように、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とは必要に応じて並列接続されていてもよい。この構成により、容易に低インピーダンス化できる。

《第３の実施形態》
図６（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の分解斜視図、図６（Ｂ）はアンテナ装置１０３の断面図である。このアンテナ装置１０３は、第１コイル導体１１、第２コイル導体１２および磁性体層３０を備えている。第１コイル導体１１は磁性体層３０の上面に形成されている。第２コイル導体１２は非磁性体層３２の上面に形成されている。非磁性体層３２の下面には入出力端子５１，５２および実装用の空き端子５３，５４が形成されている。

前記非磁性体層３１，３２は例えば誘電体セラミックス、磁性体層３０は磁性体セラミックスである。図６（Ｂ）に表れているように、非磁性体層３１，３２および磁性体層３０はグリーンシートの状態で積層され一体焼成されたものである。

このように、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は磁性体層とともに一体化されていてもよい。この構成により、各部材が一体化されて薄型の単一の部品として扱え、例えば基板への表面実装も容易となる。

《第４の実施形態》
図７（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との大きさの関係を示す分解斜視図である。図７（Ｂ）はそのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。この例では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とのコイル巻回軸は一致しているが、第２コイル導体１２の周回範囲が第１コイル導体１１の周回範囲より小さい。

図７（Ｂ）に表れているように、第２コイル導体１２側に金属体４０が近接していて、金属体４０と第２コイル導体１２との間隙がある程度広い場合には、磁性体層３０と金属体４０との間に磁束φが抜けるので、金属体４０に渦電流が流れるのを抑制できる。

図８（Ａ）は第４の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との大きさの関係を示す分解斜視図である。図８（Ｂ）はそのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。この例では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とのコイル巻回軸は一致しているが、第１コイル導体１１の周回範囲が第２コイル導体１２の周回範囲より小さい。

図８（Ｂ）に表れているように、第２コイル導体１２側に金属体４０が極近接していても、磁性体層３０の側方で且つ金属体４０から離れる方向に磁束φが抜けるので、アンテナ装置に金属体４０が極近接配置されても、金属体４０に渦電流が流れるのを抑制できる。また、アンテナ装置の側方にアンテナ装置より厚みのあるバッテリーパックのような金属物が配置されている場合に、その金属物に渦電流が流れることをも抑制できる。

《第５の実施形態》
図９（Ａ）は第５の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との巻回数の違いを示す分解斜視図である。図９（Ｂ）はそのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。この例では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とのコイル巻回軸は一致しているが、第１コイル導体１１の巻回数が第２コイル導体１２の巻回数より多い。このように第１コイル導体１１と第２コイル導体１２の巻回数が異なっていてもよい。

図１０（Ａ）は第５の実施形態の別のアンテナ装置に関し、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との巻回数の違いを示す分解斜視図である。図１０（Ｂ）はそのアンテナ装置の近傍に金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。この例では、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とのコイル巻回軸は一致しているが、第２コイル導体１２の周回範囲が第１コイル導体１１の周回範囲より多い。

図１０（Ｂ）に表れているように、第２コイル導体１２のコイル開口が小さいと、第２コイル導体１２の形成面から抜けようとする磁束が少なくなるので、アンテナ装置に金属体４０が極近接配置されても、金属体４０に渦電流が流れるのを抑制できる。また、アンテナ装置の側方にアンテナ装置より厚みのあるバッテリーパックのような金属物が配置されている場合に、その金属物に渦電流が流れることをも抑制できる。

《第６の実施形態》
図１１（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の分解斜視図である。このアンテナ装置１０６は、第１コイル導体１１、第２コイル導体１２および磁性体層３０を備えている。第１コイル導体１１は非磁性体シートである基材２１の上面に形成されている。第２コイル導体１２は非磁性体シートである基材２２の下面に形成されている。

基材２１には容量形成用電極１３が形成されていて、この容量形成用電極１３が第１コイル導体１１の内周端に接続されている。基材２２には容量形成用電極１４が形成されていて、この容量形成用電極１４が第２コイル導体１２の内周端に接続されている。そして容量形成用電極１３と１４は基材２１，２２および磁性体層３０を介して対向配置されている。

図１１（Ｂ）はアンテナ装置１０６の等価回路図である。ここでインダクタＬ１１は第１コイル導体１１に相当し、インダクタＬ１２は第２コイル導体１２に相当し、キャパシタＣ１２は前記容量形成用電極１３−１４間に生じる容量に相当する。この構成によれば、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との間を直接接続する配線が不要となり、製造が容易となる。

《第７の実施形態》
図１２は第７の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。この無線通信装置は例えば携帯電話端末である。筐体９０の内部には基板６０が収納されている。基板６０の図における上面（実際の使用状態では下面）にはアンテナ装置１０３が実装されている。筐体９０の内面には共振ブースター２０１が貼付されている。

アンテナ装置１０３は第３の実施形態で図６に示したものである。基板６０は基材６９とこの基材６９に形成された各種電極などで構成されている。アンテナ装置１０３の入出力端子５１，５２は基板上の実装パッド電極６１，６２に対してはんだ接続されている。基板６０のほぼ全面にグランド導体６８が形成されている。

図１３（Ａ）は前記基板６０、アンテナ装置１０３および共振ブースター２０１の位置関係を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は筐体を除いた状態で、共振ブースター２０１側から見た平面図である。また、図１４は共振ブースター２０１の分解斜視図である。

図１４に表れているように、共振ブースター２０１は、ＰＥＴ等の基材シート７０、この基材シート７０の上面に形成されたコイル導体７１および下面に形成されたコイル導体７２で構成されている。この例では、コイル導体７１およびコイル導体７２は平面状のコイルである。

コイル導体７１とコイル導体７２とは、各コイル導体の一方端から他方端に電流が流れたとき、各コイル導体における電流の流れる方向が同じになるように巻回されたパターンである。また、コイル導体７１，７２は、これらを巻回軸方向から平面視したとき、コイル導体７１，７２の少なくとも一部が重なり合うように配置されていて、その結果、これらのコイル導体７１，７２同士は容量を介して結合する。

図１５はアンテナ装置１０３に給電回路９を接続した状態での等価回路図である。給電回路９とアンテナ装置１０３とからなる給電側では、RFID用ＩＣチップ自身が有する浮遊容量および整合用キャパシタからなるＣとコイル導体によるインダクタンスＬ１１，Ｌ１２とからなるＬＣ共振回路が構成されている。このＬＣ共振回路の共振周波数は、通信信号のキャリア周波数（１３．５６ＭＨｚ）にほぼ等しくなるように設定されている。また、共振ブースター２０１は、コイル導体７１が持つインダクタンスＬ７１、コイル導
体７２が持つインダクタンスＬ７２およびコイル導体７１とコイル導体７２との間に形成される容量Ｃ１２，Ｃ２１によるＬＣ共振回路が構成されている。このＬＣ共振回路の共振周波数は、通信信号のキャリア周波数（１３．５６ＭＨｚ）近傍となるように設定されている。そして、アンテナ装置１０３と共振ブースター２０１とは相互に磁界結合している。

図１６はアンテナ装置１０３と共振ブースター２０１との結合の様子を示す図である。通信相手のアンテナにより、基板６０に対して垂直方向に入射する磁束φ１は共振ブースター２０１のコイル導体７１，７２と鎖交することにより、通信相手のアンテナと共振ブースター２０１とは磁界結合する。また、共振ブースター２０１のコイル導体７１，７２に電流が流れることにより生じる磁束φ２はアンテナ装置１０３の第１コイル導体１１と鎖交することにより、共振ブースター２０１とアンテナ装置１０３は磁界結合する。この説明では共振ブースター２０１およびアンテナ装置１０３によるアンテナが受信アンテナとして作用する例であったが、アンテナの可逆性により、送信アンテナとして作用する場合にも同様に結合する。

共振ブースター２０１のコイル導体７１，７２のコイル開口はアンテナ装置１０３の第１コイル導体１１のコイル開口より大きいので、共振ブースター２０１は通信相手のアンテナと強く結合し、共振ブースター２０１およびアンテナ装置１０３による総合的な利得が高まる。

《第８の実施形態》
図１７は第８の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。この無線通信装置は例えば携帯電話端末である。筐体９０の内部には基板６０が収納されている。基板６０の図における上面（実際の使用状態では下面）には給電アンテナ２０２が実装されている。筐体９０の内面には共振ブースターとしてのアンテナ装置１０８が貼付されている。

給電アンテナ２０２の入出力端子は基板上の実装パッド電極に対してはんだ接続されている。基板６０のほぼ全面にグランド導体６８が形成されている。

図１８（Ａ）は前記基板６０、給電アンテナ２０２およびアンテナ装置１０８の位置関係を示す斜視図である。図１８（Ｂ）は筐体を除いた状態で、アンテナ装置１０８から見た平面図である。また、図１９（Ａ）はアンテナ装置１０８の分解斜視図、図１９（Ｂ）はアンテナ装置１０８の等価回路図である。

共振ブースターとしてのアンテナ装置１０８は、図１９（Ａ）に表れているように、第１コイル導体１１、第２コイル導体１２および磁性体層３０を備えていて、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は磁性体層３０を介してコイル開口が対向配置されている。この例では第１コイル導体１１の内終端と第２コイル導体１２の内終端とは導通していて、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２の外周端はそれぞれ開放されている。第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との間には容量が生じている。図１９（Ｂ）
において、インダクタＬ１１は第１コイル導体１１に相当し、インダクタＬ１２は第２コイル導体１２に相当し、キャパシタＣは第１コイル導体１１と第２コイル導体１２との間に生じる容量に相当する。このインダクタＬ１１，Ｌ１２およびキャパシタＣによるＬＣ共振回路の共振周波数は、通信信号のキャリア周波数の近傍の周波数となるように設定されている。

図１７および図１８（Ｂ）に表れているように、給電アンテナ２０２は磁性体層８０とこの磁性体層８０に巻回された形状のコイル導体８３を備えている。この給電アンテナ２０２はコイル導体８３のコイル巻回軸が基板６０の面に平行となるように基板６０に実装されている。

図２０は給電アンテナ２０２とアンテナ装置１０８との結合の様子を示す図である。給電アンテナにより生じる磁束φ１は共振ブースターとしてのアンテナ装置１０８の第２コイル導体１２と鎖交することにより、給電アンテナ２０２とアンテナ装置１０８とは磁界結合する。また、アンテナ装置１０８の第１コイル導体１１に電流が流れることにより生じる磁束φ２は通信相手のアンテナと鎖交することにより、アンテナ装置１０８と通信相手のアンテナは磁界結合する。

共振ブースターとしてのアンテナ装置１０８のコイル導体１１，１２のコイル開口は給電アンテナ２０２のコイル導体８３のコイル開口より大きいので、アンテナ装置１０８は通信相手のアンテナと強く結合し、アンテナ装置１０８および給電アンテナ２０２による総合的な利得が高まる。

図２０に示した例ではアンテナ装置１０８および給電アンテナ２０２によるアンテナが送信アンテナとして作用する例であったが、アンテナの可逆性により、受信アンテナとして作用する場合にも同様に結合する。

《第９の実施形態》
図２１は第９の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。これまでの各実施形態では平面状にして用いる例を示したが、本発明はこれに限るものではない。第１コイル導体１１および第２コイル導体１２のコイル開口ならびに磁性体層３０は曲面であってもよい。

図２１の例では、アンテナ装置１０９は無線通信装置の筐体９０の曲面に沿って配置（貼付）されている。また、このアンテナ装置１０９が貼付された筐体を被せた状態で、アンテナ装置１０９はピン端子６７を介して基板６０側の回路に接続される。

アンテナ装置１０９の基本構成は第１の実施形態で示したものと同様である。第１コイル導体１１はフレキシブルな樹脂基材２１に形成されていて、第２コイル導体１２はフレキシブルな樹脂基材２２に形成されている。磁性体層３０は磁性体フィラーを分散させたフレキシブルな磁性体樹脂シートである。第１コイル導体１１の第１端は、磁性体層３０に設けられた層間接続導体を介して第２コイル導体１２の第１端に接続されている。第１コイル導体１１の第２端は、磁性体層３０に設けられた層間接続導体を介して基材２
２の表面に引き出されている。第２コイル導体１２の第２端は第１のピン端子６７を介して給電回路（ＲＦＩＣチップ）に接続される。また、第１コイル導体１１の第２端は第２のピン端子を介してプリント配線板６０に設けられた給電回路に接続される。

図２１に示した例では、アンテナ装置１０９が筐体の一辺に沿って湾曲しているので、図中の矢印方向を中心とする指向性を示すことになる。そのため、筐体の一辺を通信相手機器の読み取り部に当接させるような使い方に特に適した指向性となる。

《第１０の実施形態》
図２４は第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の分解斜視図である。このアンテナ装置１１０は、磁性体層３０の上面に第１コイル導体１１，磁性体層３０の下面に第２コイル導体１２がそれぞれ形成されている。第１コイル導体１１と第２コイル導体１２のパターンは類似しているが、コイル開口の中心は平面視で互いにずれている。

図２５（Ａ）は、平面状の金属体４０の近傍にアンテナ装置１１０が配置された状態での平面図である。図２６は、アンテナ装置１１０の近傍に平面状の金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。

コイル導体および平面状の金属体４０を平面視した時に、図２５（Ａ）に示すようにアンテナ装置１１０を平面状の金属体４０の端部（縁）付近に近接配置し、コイル導体１１の端部がコイル導体１２端部よりも金属体４０の端部側になるように配置し、かつ対向する２つのコイル導体１１，１２のコイル開口中心が平面視で互いにずれている（平面状の金属体４０の端部を基準として、コイル導体１１のコイル開口中心がコイル導体１２のコイル開口中心よりも近づくように配置する）ことによって、図２６に示す磁束φａのように、金属体４０端部を通って磁界が抜けやすくなる。また、それとともに、磁束φｂで示すように、金属体４０との不要結合が抑制される。

上記コイル導体１１、１２の電極幅および電極間ギャップは互いに異なっていてもよい。例えば、図２５（Ａ）において、コイル導体１１のうち平面状の金属体４０の端部に最も近い辺Ｓ１に接する辺Ｓ２，Ｓ４側の電極幅を、辺Ｓ１，Ｓ３側の電極幅より細くしてもよい。また、辺Ｓ２，Ｓ４側の電極ピッチを、辺Ｓ１，Ｓ３側の電極ピッチより狭くしてもよい。これらのことで、コイル開口を抜ける（鎖交する）磁束が通りやすくなる。すなわち、コイル開口を通る磁束は、金属体４０の端部との間の距離が小さい辺Ｓ１側
を多く通ろうとするので、コイル開口の寸法ｂよりも寸法ａを大きくすることが、実効的なコイル開口を大きくするうえで有効である。そのため、電極幅または電極ピッチを上述のとおり定めるとよい。

図２５（Ｂ）は、金属体４０とアンテナ装置１１０との別の配置状態を示す平面図である。この図２５（Ｂ）に示すように、コイル導体１１の外形のうち、金属体４０の端部に最も近い辺Ｓ１は、金属体の端部を構成する辺ＳＮと非平行であってもよい。

なお、コイル導体１１の外形における辺Ｓ１に、その中点ｃ１を通る垂線Ｌ１をひいたとき、この垂線Ｌ１と金属体４０の端部との交点ｐ１から辺Ｓ１の中点ｃ１までの長さが、辺Ｓ１と金属体４０の端部との間の距離である。また、コイル導体１１の外形における辺Ｓ２に、その中点ｃ２を通る垂線Ｌ２をひいたとき、この垂線Ｌ２と金属体４０の端部との交点ｐ２から辺Ｓ２の中点ｃ２までの長さが、辺Ｓ２と金属体４０の端部との間の距離である。コイル導体１１の外形における全ての辺（辺Ｓ１からＳ４）と金属体４０の端部との距離を算出し、この距離の最も短い辺が、「コイル導体１１の外形のうち金属体４０の端部に最も近い辺」である。

なお、上記金属体４０は、これまでに示した実施形態の場合と同様に、例えば通信端末の筺体内に配置されたプリント配線板のグランドであってもよいし、電池パックやシールドケースのような導体板であってもよい。また、金属製の筺体の一部であってもよい。

《第１１の実施形態》
図２７は第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の分解斜視図である。図２８は、アンテナ装置１１１の近傍に平面状の金属体４０が配置された状態での磁束の通る経路を示す断面図である。

このアンテナ装置１１１は、磁性体層３０の上面に第１コイル導体１１Ａ，１１Ｂ，磁性体層３０の下面に第２コイル導体１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ形成されている。このように、第１コイル導体１１Ａ，１１Ｂ、第２コイル導体１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ積層構造にしてもよい。その結果、狭い面積で、必要なターン数を確保したまま、コイル開口径を大きくできる。なお、ここでは第１コイル導体、第２コイル導体とも２層としているが、さらにコイル層数を増やしてもよいし、第１コイル導体、第２コイル導体が異なる層数
であってもよい。

《第１２の実施形態》
図２９は第１２の実施形態に係る無線通信装置の主要部の断面図である。図２９の例では、アンテナ装置１１２は無線通信装置の筐体９０の曲面に沿って配置（貼付）されている。また、このアンテナ装置１１２はピン端子６７を介して基板６０側の回路に接続される。

アンテナ装置１１２の基本構成は第１の実施形態で示したものと同様である。第１コイル導体１１はフレキシブルな樹脂基材２１に形成されていて、第２コイル導体１２はフレキシブルな樹脂基材２２に形成されている。図２１に示した例と異なり、アンテナ装置１１２は筐体９０の複数面に亘って沿うように配置されている。この構成によって、図２９において白抜き矢印で示すように、指向性を広げることができる。

また、アンテナ装置１１２をブースターアンテナとして使用する場合には、給電コイルをピン端子６７の代わりに実装すればよい。その構成でも、給電コイルの非実装面側からの通信が可能になる。

９…給電回路
１１…第１コイル導体
１２…第２コイル導体
１３，１４…容量形成用電極
１８，１９…コイル導体
２１，２２…基材
３０…磁性体層
３１，３２…非磁性体層
４０…金属体
５１，５２…入出力端子
５３，５４…端子
６０…基板
６１，６２…実装パッド電極
６７…ピン端子
６８…グランド導体
６９…基材
７０…基材シート
７１，７２…コイル導体
８０…磁性体層
８３…コイル導体
９０…筐体
１０１〜１０３，１０６，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２…アンテナ装置
２０１…共振ブースター
２０２…給電アンテナ

Claims (11)

1. コイル状に巻回された形状のコイル導体を備えたアンテナ装置において、
   前記コイル導体は、互いに電気的に接続されている第１コイル導体と第２コイル導体とで構成され、
   前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、磁性体層を介してコイル開口が対向配置されていて、
   前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されていて、
   前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記磁性体層に対して非対称に構成されている、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは直列接続されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１コイル導体の一方端に導通する第１電極と、前記第２コイル導体の一方端に導通する第２電極とを備え、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは前記第１電極と前記第２電極との間に生じる容量を介して直列接続されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とは並列接続されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は平面上に形成されたコイル導体である、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記コイル巻回軸方向に視て、ほぼ同一パターンである、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記第２コイル導体のコイル開口面のうち、前記第１コイル導体が設けられた側とは反対側に金属物が配置されている、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記第１コイル導体と前記第２コイル導体との間隙を通る磁束を介して磁界結合するブースターアンテナを備えた請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記第１コイル導体と前記第２コイル導体との間隙を通る磁束を介して磁界結合する給電コイルを備えた請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 前記磁性体層は磁性体層を含む多層基板の磁性体層であり、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は前記多層基板の磁性体層または非磁性体層に形成された、請求項１〜９のいずれかに記載のアンテナ装置。
11. 通信回路と、この通信回路に接続されたアンテナ装置とを備えた無線通信装置において、
    前記アンテナ装置は、コイル状に巻回された形状のコイル導体を備え、前記コイル導体は、互いに電気的に接続されている第１コイル導体と第２コイル導体とで構成され、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は磁性体層を隔ててコイル開口が対向配置されていて、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、コイル巻回軸方向に発生する磁束の方向が互いに逆となるように接続されていて、
    前記第１コイル導体および前記第２コイル導体は、前記磁性体層に対して非対称に構成されている、ことを特徴とする無線通信装置。

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