JP2015192385A - アンテナ装置、及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向に細長い略短冊形状のループアンテナを電子機器に設置後でも、そのインダクタンスを容易に調整できるようにする。【解決手段】電子機器３０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１であって、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル１１ａが周回する略短冊形状のループアンテナ１１と、磁性体から形成され、ループアンテナの外部機器との対向面と反対側に貼付又はループアンテナの開口部１２ａを貫通させて設けられる磁性シート２０と、ループアンテナの何れかの面に設けられ、ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うようにループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋され、ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材１５と、を備える。【選択図】図３

Description

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、及び当該アンテナ装置のインダクタンス調整方法に関する。

従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣ等の電子機器において、近距離非接触通信（ＮＦＣ： Near Field Communication ）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、リーダライタ等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。

このような非接触通信が適用された通信システムでは、リーダライタと非接触データキャリアとの間で非接触の通信と電力伝送を行うためループアンテナに共振用コンデンサを接続し、ループアンテナと共振用コンデンサの定数ＬＣで決まる共振周波数をシステムの規定周波数に合わせることでリーダライタと非接触データキャリアの安定な通信を行って、通信距離を最大にしている。すなわち、携帯端末装置に内蔵するＮＦＣ等のＲＦＩＤアンテナモジュールは、制御用のＬＳＩと接続して機能するが、共振回路を基本とするマッチング回路を適正にすることで通信性能を維持している。

しかしながら、ループアンテナと共振用コンデンサのＬＣの定数はいくつかの変動要因を持っており、必ずしも想定した値にはならない。例えば、ＮＦＣアンテナを別の筺体内部に実装した場合、特に金属部品等の周囲の部品の影響でインダクタンスが変化するため、同一のアンテナであってもマッチング回路を変更しなくてはならない問題があった。特許文献１には、共振回路を内蔵するＲＦＩＤアンテナの共振周波数を電子機器に設置後に調整可能とするＲＦＩＤ用タグが開示されている。当該ＲＦＩＤ用タグでは、アンテナコイルと重複するように磁性材を貼付するか、アンテナコイルの内部に導電体を貼付して、所望の共振周波数になるように、インダクタンスを調整している。

特開２００３−１８８７６５号公報

電子機器の小型化、多機能化が進むにつれて、アンテナ装置の設計自由度を高めるために、ループアンテナが長手方向に細長い略短冊形状のものが開発されるようになっている。しかしながら、ループアンテナが略短冊形状となると、幅方向に対向する両辺の内側に展開される磁界が互いに強め合い、かつ、幅方向に対向する両辺の外側に展開される磁界が互いに相殺する。このため、ループアンテナのインダクタンス調整が容易に行えないようになっている。特許文献１に開示されているＲＦＩＤ用タグは、ＲＦＩＤアンテナの共振周波数を電子機器に設置後に調整可能とするが、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンス調整に関しては、言及していない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長手方向に細長い略短冊形状のループアンテナを電子機器に設置後でも、そのインダクタンスを容易に調整可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、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、前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略短冊形状のループアンテナと、磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に貼付又は前記ループアンテナの開口部を貫通させて設けられる磁性シートと、前記ループアンテナの何れかの面に設けられ、前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋され、前記ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材と、を備える。

本発明の一態様によれば、ループアンテナの中心部近傍に該ループアンテナの幅方向の両縁部にかけてインダクタンス調整部材を架橋させて設けることによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。

このとき、本発明の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整可能とすることとしてもよい。

このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。

また、本発明の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、磁性体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大可能とすることとしてもよい。

このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。

また、本発明の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、良導体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少可能とすることとしてもよい。

このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。

また、本発明の他の態様は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置に備わるループアンテナのインダクタンスを調整するアンテナ装置のインダクタンス調整方法であって、前記ループアンテナを略短冊形状として、該ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材を前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように、前記ループアンテナの何れかの面に前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋する調整部材設置工程と、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整するインダクタンス調整工程と、を含む。

本発明の他の態様によれば、ループアンテナの中心部近傍に該ループアンテナの幅方向の両縁部にかけてインダクタンス調整部材を架橋させて設けることによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。

また、本発明の他の態様では、前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、磁性体から形成されるものを前記ループアンテナの前記幅方向の両縁部にかけて架橋し、前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大させることとしてもよい。

このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。

また、本発明の他の態様では、前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、良導体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少させることとしてもよい。

このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。

以上説明したように本発明によれば、長手方向に細長い略短冊形状のループアンテナを電子機器に設置後でも、そのインダクタンスを容易に調整できる。このため、アンテナ装置のインダクタンスとマッチング回路の最適関係が維持出来るため、同じアンテナ装置を異なった電子機器に実装した場合でも、良好な通信特性が得られるようになる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置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。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの回路の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例となる通常の矩形のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図５に示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図７示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の変形例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の説明図であり、（Ａ）は、磁性体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示し、（Ｂ）は、良導体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示す。 インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の結果を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、磁性体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、良導体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図である。 インダクタンス調整部材の位置変更の実施例の結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置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。本実施形態に係るアンテナ装置１は、電子機器３０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、例えば、図１に示すようなＲＦＩＤ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、図１に示すように、電子機器３０に備わるアンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ１２０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ１２０とは、図１に示す三次元直交座標系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。

例えば、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（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、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、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。また、以下では、非接触通信システム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ものとする。

アンテナ装置１は、通信時にリーダライタ１２０と図１に示す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３０の筐体３２（図３（Ａ）参照）の内部に組み込まれ、外部機器となるリーダライタ１２０と電磁界信号を介して通信する。本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナモジュール２と、金属板３と、磁性シート２０（図３（Ａ）参照）とを備える。

アンテナモジュール２は、電子機器３０の筐体３２の内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行う。本実施形態では、図１に示すように、アンテナモジュール２は、ループアンテナ１１と、通信処理部１３と、端子部１４とを備える。

ループアンテナ１１は、電子機器３０の筐体３２の内部に設けられ、外部機器となるリーダライタ１２０と誘導結合されることにより当該リーダライタ１２０と通信可能となるアンテナコイル１１ａが周回する。ループアンテナ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ンニング処理等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１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。ループアンテナ１１は、アンテナコイル１１ａが周回する主面が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。

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１４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、通信処理部１３は、アンテナコイル１１ａ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、電子機器３０の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる。金属板３は、例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。当該第１の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットＰＣの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システム１００の回路の概略構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの回路の概略構成を示す図である。

上述したように、アンテナ装置１のアンテナ回路をとして機能するループアンテナ１１は、アンテナコイル１１ａと、コンデンサ１１ｂとを備える。アンテナコイル１１ａは、矩形状に形成されており、リーダライタ１２０のアンテナ１２２より放射された磁束のうち、アンテナコイル１１ａと鎖交する磁束の変化に応じて逆起電力を発生させる。コンデンサ１１ｂは、通信処理部１３から出力される制御電圧によって容量を調整可能なコンデンサであって、例えば、バリキャップと呼ばれる可変容量ダイオードや、耐圧特性に優れた強誘電材料からなる可変容量のコンデンサである。

ループアンテナ（アンテナ回路）１１は、アンテナコイル１１ａとコンデンサ１１ｂとが電気的に接続され、共振回路を構成しており、コンデンサ１１ｂの容量が可変されることで、アンテナコイル１１ａ及びコンデンサ１１ｂを含む共振回路の共振周波数が調整される。

通信処理部１３は、変復調回路１３ａと、ＣＰＵ１３ｂと、メモリ１３ｃとを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。変復調回路１３ａは、アンテナ回路１１からリーダライタ１２０へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成する変調処理を行う。また、変復調回路１３ａは、リーダライタ１２０から出力された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。ＣＰＵ１３ｂは、メモリ１３ｃに記憶された制御電圧情報を読み出して、制御電圧Ｖをコンデンサ１１ｂに印加して、コンデンサ１１ｂの容量を調整することで、製造時の素子の誤差やバラツキに起因した共振周波数のズレを補正する。メモリ１３ｃには、アンテナ回路１１の共振周波数と、リーダライタ１２０が磁界を発振する発振周波数とのズレを考慮して、アンテナ回路１１の共振周波数が、リーダライタ１２０の発振周波数と一致するようにコンデンサ１１ｂの容量を制御する制御電圧情報が記憶されている。

上記の構成を有するアンテナ装置１と通信を行うリーダライタ１２０では、アンテナ１２２が、アンテナコイル１２１ａとコンデンサ１２１ｂとを備え、制御基板１２２が変復調回路１２２ａとＣＰＵ１２２ｂとメモリ１２２ｃとを備える。

アンテナコイル１２１ａは、例えば矩形状に形成されており、アンテナ装置１側のアンテナコイル１１ａと磁気的に結合することで、コマンドや書込みデータなどの各種データを送受信し、さらにアンテナ装置１で使用する電力を供給する。コンデンサ１２１ｂは、アンテナコイル１２１ａと接続されて共振回路を構成している。

変復調回路１２２ａは、リーダライタ１２０からアンテナ装置１へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成するための変調処理を行う。また、変復調回路１２２ａは、アンテナ装置１から送出された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。ＣＰＵ１２２ｂは、メモリ１２２ｃから読み出したデータをアンテナ装置１に送出するように変復調回路１２２ａを制御し、また、変復調回路１２２ａで復調されたデータをメモリ１２２ｃに書き込む処理を行う。

以上のようにして、アンテナ装置１のループアンテナ（アンテナ回路）１１は、通信処理部１３によって制御される制御電圧により、アンテナ回路１１のコンデンサ１１ｂの容量を調節することによって、アンテナ回路１１の共振周波数を、リーダライタ１２０の発振周波数と一致させて、安定した通信を実現できるようにしている。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。

本実施形態のアンテナ装置１は、電子機器３０の筐体３２の内部に組み込まれ、外部機器１２０（図１参照）と電磁界信号を介して通信する。アンテナ装置１は、図３（Ａ）に示すように、外部機器１２０に対向する第１の導電体となる金属板３と、外部機器１２０と誘導結合されるアンテナコイル１１ａが周回するループアンテナ１１と、ループアンテナ１１の外部機器１２０との対向面と反対側に設けられる磁性シート２０と、ループアンテナ１１のインダクタンスＬの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材１５と、を備える。

本実施形態では、ループアンテナ１１は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１の導電体となる金属板３の外縁部３ａの近傍の何れかに設けられる。なお、本明細書中における「金属板３の外縁部３ａの近傍」とは、金属板３の外縁部３ａの直上から当該外縁部３ａから距離的に近い領域を含む空間領域をいう。

また、ループアンテナ１１は、図３（Ａ）に示すように、長手方向に細長い略短冊形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１１ａの１本の導線が周回されており、その中心側が開口部１２ａとなっている。なお、本明細書中でループアンテナ１１の「長手方向」とは、その長さや外径が最大値を示す方向を示し、略矩形状の場合では長辺方向、略楕円形の場合では長軸方向を示すものとする。

磁性シート２０は、アンテナモジュール２の通信特性を高めるために、当該アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ１２０から送られる磁束をループアンテナ１１の中心側の開口部１２ａに誘導する機能を有する。磁性シート２０は、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成され、ループアンテナ１１の外部機器１２０との対向面１１ｄと反対側、すなわち、ループアンテナ１１の下側に設けられる。なお、本実施形態では、磁性シート２０は、ループアンテナ１１の外部機器１２０との対向面１１ｄと反対側に貼付されているが、ループアンテナ１１の開口部１２ａを貫通させて設けられる構成としてもよい。

インダクタンス調整部材１５は、ループアンテナ１１の幅方向（図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すＸ方向）の両縁部１１ｃにかけて架橋する構成となるように、当該ループアンテナ１１の対向面１１ｄ側の内側に形成される開口部１２ａの中心近傍を覆うように設けられる。インダクタンス調整部材１５は、ループアンテナ１１における長手方向の大きさを調整することによって、ループアンテナ１１のインダクタンスＬの大きさを調整可能とする。このように、インダクタンス調整部材１５を設けることによって、略短冊形状のループアンテナ１１を備えるアンテナ装置１のインダクタンスＬを電子機器３０に実装した状態で容易に制御できるようになる。

なお、本実施形態では、インダクタンス調整部材１５は、外部機器１２０との対向面側に設けられているが、ループアンテナ１１の開口部１２ａの少なくとも一部を跨ぐ構成となっていれば、その裏面側に設けてもよい。特に、磁性シート２０がループアンテナ１１の開口部１２ａを貫通させて設けられる構成とした場合では、インダクタンス調整部材１５は、ループアンテナ１１の何れかの面に設けられていればよい。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。

本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特に、ループアンテナ１１の形状が長手方向に細長い略短冊形状の場合に、インダクタンス調整部材１５をループアンテナ１１の幅方向に開口部１２ａを跨がせるように、ループアンテナ１１の何れかの面、すなわち、外部機器１２０との対向面側又はその裏面側に設けると、インダクタンスＬを所望の大きさに調整できることを見出した。また、インダクタンス調整部材１５のループアンテナ１１における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスＬを所望の大きさに調整できることを見出した。

本実施形態では、ループアンテナ１１の開口部１２ａの中心近傍に、当該ループアンテナ１１の幅方向（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すＹ方向）の両縁部１１ｃにかけてインダクタンス調整部材１５を架橋させる。すなわち、インダクタンス調整部材１５は、ループアンテナ１１の開口部１２ａの少なくとも一部を跨ぐようにして、外部機器１２０との対向面側に設けられる。そして、インダクタンス調整部材１５は、ループアンテナ１１における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスＬを所望の大きさに調整可能としている。

換言すると、ループアンテナ１１の開口部１２ａの中心近傍にインダクタンス調整部材１５を設置する調整部材設置工程を経てから、インダクタンス調整部材１５のループアンテナ１１における長手方向の大きさを調整するインダクタンス調整工程を行うことによって、ループアンテナ１１のインダクタンスを所望の大きさに調整できる。

具体的には、図４（Ａ）に示すように、インダクタンス調整部材１５が酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成されている場合には、インダクタンス調整部材１５のループアンテナ１１における長手方向の大きさを増大させることによって、当該ループアンテナ１１のインダクタンスの大きさを増大させる。すなわち、インダクタンス調整部材１5として、磁性体で形成された磁性シート１６を使用した場合には、ループアンテナ１１の開口部１２ａの中心近傍の磁束が磁性シート１６を経由してアンテナコイル１１ａと鎖交して、ループアンテナ１１のインダクタンスＬが増加する。このように、磁性シート１６のループアンテナ１１における長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。

一方、インダクタンス調整部材１５が銅や銀、 アルミニウム、鉄等の良導体から形成されている場合には、インダクタンス調整部材１５のループアンテナ１１における長手方向の大きさを増大させることによって、当該ループアンテナ１１のインダクタンスの大きさを減少させる。すなわち、インダクタンス調整部材１５として、良導体で形成された金属箔１７を使用した場合には、リーダライタ１２０からの磁界を受けるループアンテナ１１の実効的な面積を減少させるので、ループアンテナ１１のインダクタンスＬが減少する。このように、金属箔１７のループアンテナ１１における長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１では、ループアンテナ１１の開口部１２ａの中心近傍に、当該ループアンテナ１１の幅方向の両縁部１１ｃにかけてインダクタンス調整部材１５を架橋させるように、ループアンテナ１１に張り付ける。ループアンテナ１１のインダクタンスを増加させる場合には、インダクタンス調整部材１５として磁性シート１６をループアンテナ１１の開口部１２ａを跨ぐように、外部機器１２０との対向面１１ｄ側に貼り付ける。一方、ループアンテナ１１のインダクタンスを減少させる場合には、インダクタンス調整部材１５として金属箔１７をループアンテナ１１の開口部１２ａを跨ぐように、外部機器１２０との対向面１１ｄ側に貼り付ける。

このように、ループアンテナ１１の短辺方向すなわち幅方向の開口部１２ａを塞ぐように、インダクタンス調整部材１５を貼り付けることによって、ループアンテナ１１のインダクタンスの大きさを調整できる。インダクタンス調整部材１５をループアンテナ１１の開口部１２ａに張り付ける際には、ループアンテナ１１の短辺方向の全幅に渡って、少し広めに貼り付けた方が貼り付け位置の誤差に対して耐性が高まるので、好ましい。

特に、ループアンテナ１１が長手方向に細長い略短冊形状の場合では、ループアンテナ１１の幅方向（短辺方向）における両縁部１１ｃの距離が近くなる。また、ループアンテナ１１の長手方向（長辺方向）における両縁部１１ｃのアンテナコイル１１ａに流れる電流の向きが開口部１２ａを介して互いに逆方向となる。

このため、ループアンテナ１１の内側の開口部１２ａでは、長手方向のアンテナコイル１２に流れる電流によって発生する磁界が互いに強め合う。一方、ループアンテナ１１の外側では、長手方向のアンテナコイル１２に流れる電流によって発生する磁界が互いに弱め合う。

このことから、ループアンテナ１１がその幅方向（短辺方向）における両縁部１１ｃの距離が近い略短冊形状の場合では、開口部１２ａを跨がせるようにインダクタンス調整部材１５として磁性シート１６を貼り付けることによって、効率よく開口部１２ａに発生した磁界を吸収して、インダクタンスを増加させるように調整できる。一方、開口部１２ａを跨がせるようにインダクタンス調整部材１５として、金属箔１７を貼り付けることによって、効率よく開口部１２ａに発生した磁界を遮断して、インダクタンスを減少させるように調整できる。

このように、本実施形態のアンテナ装置１は、インダクタンス調整部材１５をループアンテナ１１の開口部１２ａを跨ぐように張り付けることによって、ループアンテナ１１のインダクタンスを所望の大きさに調整できる。すなわち、アンテナ装置１を電子機器３０に実装した状態でも、ループアンテナ１１の開口部１２ａを跨ぐようにインダクタンス調整部材１５を貼り付けることによって、容易にインダクタンスを調整できる。このことから、同一のアンテナ装置１、ループアンテナ１１を異なった電子機器に実装した場合でも、実装状態でインダクタンスを所望の大きさに調整できるので、当該電子機器の良好な通信特性が得られるようになる。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１のループアンテナ１１の形状の変化に基づく、磁界強度の検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図５は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例となる通常の矩形のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図５に示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。また、図７は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、図７示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。さらに、図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。

まず、通常の矩形形状のアンテナの磁界強度の分布について検証した。本実施例では、通常の矩形形状のアンテナのループアンテナ２１１として、図５に示すような外形４０ｍｍ×４０ｍｍの６巻コイルを使用した。また、ループアンテナ２１１の裏面には、厚さが０．２ｍｍのフェライトシート２２０を０．１ｍｍの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ２１１に５０ｍＡの電流を流した場合の磁界強度を計算した。

図６（Ａ）の平面図に示すように、磁界強度の強い部分がループアンテナ２１１の内周と外周に沿って分散していること、及びループアンテナ２１１の内側と外側の磁界強度が低いことが分かる。また、図６（Ｂ）の断面図に示すように、ループ２１１の内周側及び外周側が特に磁界強度が高く、当該内周より内側と当該外周より外側の磁界強度が低いことが分かる。

次に、同様の評価を長手方向に細長い略短冊形状のアンテナの磁界強度分布について検証した。本実施例では、略短冊形状のアンテナのループアンテナ１１として、図７に示すような外形４０ｍｍ×１２ｍｍの６巻コイルを使用した。また、ループアンテナ１１の裏面には、厚さが０．２ｍｍのフェライトシート２０を０．１ｍｍの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ１１に５０ｍＡの電流を流した場合の磁界強度を計算した。

図８（Ａ）の平面図、及び図８（Ｂ）の断面図に示すように、ループアンテナ１１がアンテナ中央の開口部が両縁部側から狭まった構成となっているため、特に、ループアンテナ１１の中央部の磁界強度が強まっていることが分かる。このことから、磁界強度が強まっている当該中央部にインダクタンス調整用のシートを貼り付けると効果的であることが分かる。

また、ループアンテナ３１１に磁性シート３２０を突き刺した構造のアンテナの磁界強度分布についても検証した。本実施例では、略短冊形状のアンテナのループアンテナ３１１として、図９（Ａ）に示すような外形４０ｍｍ×１２ｍｍの６巻コイルを使用した。また、ループアンテナ３１１の開口部３１１ａには、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、厚さが０．２ｍｍのフェライトシート３２０を突き刺して、当該ループアンテナ３１１と０．１ｍｍの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ３１１に５０ｍＡの電流を流した場合の磁界強度を計算した。

図１０（Ａ）の平面図、及び図１０（Ｂ）の断面図に示すように、フェライトシート３２０の直上の磁界強度は弱まるが、ループアンテナ３１１がアンテナ中央の開口部が両縁部側から狭まった構成となっているため、特に、ループアンテナ３１１の中央部の磁界強度が強まっていることが分かる。このことから、磁界強度が強まっている当該中央部にインダクタンス調整用のシートを貼り付けると効果的であることが分かる。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１のループアンテナ１１の幅を変更した際におけるループアンテナのインダクタンスの検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図１１は、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の説明図であり、（Ａ）は、磁性体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示し、（Ｂ）は、良導体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示す。また、図１２は、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の結果を示すグラフである。

本実施例では、インダクタンスの調整の効果を検証するために、外形が４０ｍｍ×１２ｍｍの６巻コイルの表面に、インダクタンス調整部材となるシートを貼り付けた場合の調整効果を確認した。ループアンテナ１１のインダクタンスを増大させる場合には、図１１（Ａ）に示すように、厚さが１００μｍの磁性シート（比透磁率：１００、幅１４ｍｍ）をループアンテナ１１の中央部に０．１ｍｍのギャップで貼り付けて、その長さを変えて効果を確認した。また、ループアンテナ１１のインダクタンスを減少させる場合には、図１１（Ｂ）に示すように、厚さが５０μｍのアルミ箔（幅１４ｍｍ）をループアンテナ１１の中央部に０．１ｍｍのギャップで貼り付けて、その長さを変えて効果を確認した。

図１２に示すように、インダクタンス調整部材１５として磁性シート１６を貼り付ける場合には、その長さに比例して、インダクタンスが増加することが分かる。また、インダクタンス調整部材１５としてアルミ製の金属箔１７を貼り付ける場合には、その長さに比例して、インダクタンスが減少することが分かる。このことから、インダクタンス調整部材１５のループアンテナ１１における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスＬを所望の大きさに調整できることが実証される。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１のループアンテナ１１の位置を変更した際におけるループアンテナのインダクタンスの検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、磁性体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図であり、図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、良導体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図であり、図１５は、インダクタンス調整部材の位置変更の実施例の結果を示すグラフである。

本実施例では、インダクタンス調整部材の貼り付け位置によるインダクタンスの変化を評価した。具体的には、図１３（Ａ）に示すように、インダクタンス調整部材１５として磁性シート１６を使用した場合において、磁性シート１６の中央部から端部への位置変化に伴うインダクタンスの変化と、図１３（Ｂ）に示すように、インダクタンス調整部材１５として金属箔１７を使用した場合において、金属箔１７の中央部から端部への位置変化に伴うインダクタンスの変化をそれぞれ検証した。なお、このときの貼り付けた各シートのサイズは、それぞれ１４ｍｍ×１０ｍｍとした。

図１５に示すように、磁性シート１６と金属箔１７とも、中央部から５ｍｍ程度の移動では、インダクタンスの特性の変化が殆ど見られない。すなわち、インダクタンス調整部材の貼り付け精度に対して耐性が高いと考えられる。一方、磁性シート１６では、中央部からの移動量を増やしても、インダクタンスの特性の変化が殆ど見られないのに対して、金属箔１７では、中央部からの移動量を増やすと、インダクタンスが大幅に下がることが分かる。このことから、インダクタンス調整部材として磁性シート１６を使用した場合には、貼り付け精度に対して耐性が高い状態を維持できるが、金属箔１７を使用した場合には、貼り付け精度に対して耐性が低くなると考えられる。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３ 金属板（第１の導電体）、３ａ （金属板の）両縁部、１１、３１、４１ ループアンテナ、１１ａ アンテナコイル、１１ｂ コンデンサ、１１ｃ （ループアンテナの）両縁部、１１ｄ 対向面、１２ａ 開口部、１３ 通信処理部、１４ 端子部、１５ インダクタンス調整部材、１６ 磁性シート（インダクタンス調整部材）、１７ 金属箔（インダクタンス調整部材）、２０、２２、２３、２４ 磁性シート、２１ａ 第１の磁性シート、２１ｂ 第２の磁性シート、２２ａ、２３ａ、２４ａ 孔部、３０ 電子機器、３２ 筐体、１２０ リーダライタ（外部機器）、１２１ アンテナ、１２２ 制御基板

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、
   前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略短冊形状のループアンテナと、
   磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に貼付又は前記ループアンテナの開口部を貫通させて設けられる磁性シートと、
   前記ループアンテナの何れかの面に設けられ、前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋され、前記ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材と、を備えるアンテナ装置。
2. 前記インダクタンス調整部材は、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整可能とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記インダクタンス調整部材は、磁性体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大可能とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記インダクタンス調整部材は、良導体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少可能とする請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 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備わるループアンテナのインダクタンスを調整するアンテナ装置のインダクタンス調整方法であって、
   前記ループアンテナを略短冊形状として、該ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材を前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように、前記ループアンテナの何れかの面に前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋する調整部材設置工程と、
   前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整するインダクタンス調整工程と、を含むアンテナ装置のインダクタンス調整方法。
6. 前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、磁性体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、
   前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大させる請求項５に記載のアンテナ装置のインダクタンス調整方法。
7. 前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、良導体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、
   前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少させる請求項５に記載のアンテナ装置のインダクタンス調整方法。