JP2015195577A - アンテナ装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高める。【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であって、その両縁部１１ａが少なくとも電子機器の筐体３２の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル１２が周回するループアンテナ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設けられ、少なくともループアンテナの幅方向における両縁部１１ａから筐体の幅方向における両縁部３２ａに向けて展開する構成となっている磁性シート２０と、を備える。【選択図】図２

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、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。

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。

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。携帯電話機等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パック等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、リーダライタから来る磁界は、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では、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られ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、磁性シートを用いて磁束を増やして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３参照）。

特許４８８３１２５号公報 特許４８９４９４５号公報 特許５１３５４５０号公報

携帯端末装置に内蔵するＮＦＣ等のＲＦＩＤ用アンテナモジュールでは、例えば、駅の自動改札等に設置されている大型のリーダライタ（Ｒ／Ｗ）と良好な通信が可能となるように、大型のアンテナサイズが求められる。このため、スマートフォンでは、筐体の幅と略同一なコイル幅の大型のアンテナを用いることが多い。

また、近年では、キーホルダー型やリストバンド型等の各種形状に加工可能な小型のＮＦＣ対応ＩＣタグが普及し、例えば、アミューズメント施設の入館管理やガソリンスタンドのＩＤ認証等の用途に利用されている。スマートフォン等に備わる大型のアンテナを用いた場合、大型のＲ／Ｗとの通信では、良好な通信性能が得られる反面、小型のＩＣタグの読み取りでは、アンテナサイズが大きく異なることから、その通信性能を維持することが困難なことが多い。

すなわち、スマートフォン等の電子機器の筐体の幅と略同一な大型のアンテナ装置では、大型のリーダライタとの通信性能と、小型のＩＣタグとの通信性能の両立が図れていないことが問題となっていた。特許文献１乃至３のアンテナ装置では、基板等の金属板を利用して特性を高めているものの、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグの双方との通信性能の両立を図ることに関しては、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、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高めることの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及び電子機器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、その両縁部が少なくとも前記電子機器の筐体の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、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設けられ、少なくとも前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部から前記筐体の幅方向における両縁部に向けて展開する構成となっている磁性シートと、を備える。

本発明の一態様によれば、電子機器の筐体の幅方向における両縁部まで展開する磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、その両縁部が電子機器の筐体の両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有する程度の小型のループアンテナによって、小型のＩＣタグとの通信性能が確保される。このため、対向する外部機器のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。

このとき、前記電子機器の筐体内部には、前記外部機器に対向する第１の導電体が設けられ、前記ループアンテナは、その幅方向における大きさが前記第１の導電体の前記幅方向の大きさより小さく構成され、前記磁性シートは、少なくとも前記ループアンテナの前記両縁部から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部まで展開する構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、第１の導電体の幅方向における両縁部まで展開する磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、ループアンテナによって、小型のＩＣタグとの通信性能が確保される。このため、対向する外部機器のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記両縁部の内側も含めて、該ループアンテナの長手方向に展開される構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、ループアンテナの両縁部の内側も含めて展開される磁性シートによって、ＩＣタグ等の小型アンテナを有する外部機器からの磁束を集めて、ループアンテナの中心側に誘導できる。このため、ＩＣタグの大きさに関わらず、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高められる。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の一方から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部の一方まで展開する構成となっている第１の磁性シートと、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の他方から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部の他方まで展開する構成となっている第２の磁性シートと、を備える構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、第１の磁性シートと第２の磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、ループアンテナによって、小型のＩＣタグとの通信性能が確保される。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートの前記ループアンテナの中心側に有する開口部に対向する部位の何れかに所定の大きさの孔部が形成されていることとしてもよい。

このようにすれば、孔部が形成された磁性シートによって、ＩＣタグ等の外部機器からの磁束を集めて、ループアンテナの中心側に誘導できる。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナと重畳する部分が重畳しない部分よりも薄く形成されていることとしてもよい。

このようにすれば、アンテナモジュールの薄型化を図った上で、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高められる。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナと重畳する部分が重畳しない部分よりも少なくとも前記ループアンテナの厚さ以上の段差を有する構成にして薄く形成されていることとしてもよい。

このようにすれば、より確実にアンテナモジュールの薄型化を図った上で、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高められる。

また、本発明の他の態様は、前述した何れかのアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器である。

本発明の他の態様によれば、外部機器のアンテナの大きさに関わらず、電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して通信特性を高めることができる。

以上説明したように本発明によれば、携帯電話等の電子機器に内蔵したＮＦＣアンテナの小型のタグに対する性能が大きく改善され、対向するアンテナの大きさに左右されない良好な通信特性が得られる。このため、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高める。

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。 （Ａ）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斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例の平面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の他の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の更に他の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 比較例となるアンテナ装置の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、（Ａ）は、各アンテナ装置をＸ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、（Ｂ）は、各アンテナ装置をＹ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、（Ａ）は、各アンテナ装置をＸ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、（Ｂ）は、各アンテナ装置をＹ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。

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。

（第１の実施形態）
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り、図２（Ａ）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斜視図であり、図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。

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の筐体の内部に組み込まれ、外部機器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２（Ａ）及び（Ｂ）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（図２（Ａ）参照）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、接続部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１２（図２参照）が周回する。本実施形態では、ループアンテナ１１は、図２（Ａ）に示すように、リーダライタ１２０から見て、金属板３の外縁部３ａから所定の間隔を介して、その内側に設けられる。すなわち、ループアンテナ１１は、その両縁部１１ａが電子機器３０の筐体３２の両縁部３２ａから所定の距離を介する大きさとなる幅を有する程度の小型のアンテナとなっている。また、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することによって形成されるアンテナコイル１２と、アンテナコイル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。

ループアンテナ１１は、図２（Ａ）に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２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。ループアンテナ１１は、アンテナコイル１２が周回する主面が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。

本実施形態では、ループアンテナ１１は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その幅方向における大きさが金属板３の幅方向の大きさより小さく構成され、外部機器となるリーダライタ１２０と誘導結合されるアンテナコイル１２が周回している。すなわち、ループアンテナ１１の幅方向（図２（Ａ）に示すＹ方向）における大きさを金属板３の幅より小さくして、当該ループアンテナ１１の両縁部１１ａがそれぞれ金属板３の両縁部３ａと所定の大きさの距離を有するように構成される。具体的には、ループアンテナ１１は、その両縁部１１ａが電子機器３０の筐体３２の両縁部３２ａから所定の距離として、例えば、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、筐体幅の１／３程度の大きさの距離を介する構成となる大きさとなる幅を有するアンテナとなっている。すなわち、本実施形態では、ループアンテナ１１の幅は、筐体３２の幅、換言すると金属板３の幅の１／３程度の大きさとなっており、ループアンテナ１１が筐体３２（金属板３）の幅方向の略中央に配置されるように構成されている。

このように、本実施形態では、ループアンテナ１１は、筐体３２内の金属板３の幅の１／３程度の大きさになるように小さい構成とするので、電磁界信号を介して通信する小型ＩＣタグ等の小型アンテナに対して、良好な通信特性が得られる。なお、本実施形態では、ループアンテナ１１は、略矩形状をなしているが、その形状は、アンテナコイル１２が周回する構成であれば、楕円等の他の形状としてもよい。

アンテナコイル１２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１２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１２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１２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３２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、又はタブレット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。

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、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の中心側に向けて誘導する機能を有する。本実施形態では、磁性シート２０は、図２（Ａ）に示すように、リーダライタ１２０との対向面と反対側に設けられ、図２（Ｂ）に示すように、ループアンテナ１１の長手方向（Ｘ方向）に亘って、金属板３の幅方向（Ｘ方向）に展開するように設けられている。すなわち、磁性シート２０は、ループアンテナ１１の両縁部１１ａの内側も含めて、当該ループアンテナ１１の長手方向（Ｘ方向）に展開される構成となっている。

このように、本実施形態では、磁性シート２０がループアンテナ１１の両縁部１１ａの外側及び内側に展開される構成となっている。このため、大きなアンテナを有するリーダライタ１２０等に対しては、磁性シート２０のループアンテナ１１の外側に展開される部位によって、当該リーダライタ１２０からの磁束を集めて、ループアンテナ１１の中心側に誘導できる。一方、小型アンテナを有するＩＣタグ等に対しては、磁性シート２０のループアンテナ１１の内側に展開される部位によって、当該ＩＣタグからの磁束を集めて、ループアンテナ１１の中心側に誘導できる。

すなわち、ループアンテナ１１の中心側に導かれた磁束によって、アンテナコイル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。換言すると、大型アンテナを有するリーダライタ１２０と、小型アンテナを有するＩＣタグの双方と良好な通信性能の両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高めることができる。このため、アンテナ装置１と対向する外部機器１２０のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。換言すると、外部機器１２０のアンテナの大きさに左右されずに、電子機器３０の主要な金属板３による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を高めることができる。

特に、本実施形態では、ループアンテナ１１の開口部１２ａの内部も含めて、全面的に磁性シート２０をループアンテナ１１の下側に設けている。このため、ＩＣタグの大きさに関わらず、大型のリーダライタと小型のＩＣタグの双方との通信性能の両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高められる。

前述した本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１では、磁性シート２０がループアンテナ１１の両縁部１１ａの外側及び内側に展開される構成となっているが、アンテナ装置１を他の構成とすることも可能である。すなわち、本実施形態のアンテナ装置１は、磁性シート２０がループアンテナ１１の外部機器１２０との対向面と反対側に設けられ、少なくともループアンテナ１１の幅方向における両縁部１１ａから電子機器３０の筐体３２の幅方向における両縁部３２ａに向けて展開する構成となっていればよい。具体的には、磁性シート２０が少なくともループアンテナ１１の幅方向における両縁部１１ａから、金属板３の幅方向における両縁部３ａまで展開する構成となっていればよい。換言すると、搭載される電子機器３０の仕様に応じて、下記の変形例の場合でも適用可能である。

例えば、磁性シートの設計自由度を高めるために、図３（Ａ）に示すように、ループアンテナ１１の両縁部１１ａから、第１の磁性シート２１ａと第２の磁性シート２１ｂがそれぞれ金属板３の両縁部３ａに向けて展開する構成としてもよい。すなわち、第１の磁性シート２１ａは、ループアンテナ１１の幅方向における一方の両縁部１１ａ１から金属板３の幅方向における一方の両縁部３ａ１まで展開する構成となっている。一方、第２の磁性シート２１ｂは、ループアンテナ１１の幅方向における他方の両縁部１１ａ２から金属板３の幅方向における他方の両縁部３ａ２まで展開する構成となっている。アンテナ装置１をこのような構成とすれば、第１の磁性シート２１ａと第２の磁性シート２１ｂによって、大型のリーダライタ等の外部機器１２０との通信性能が向上され、ループアンテナ１１によって、小型のＩＣタグとの通信性能が確保される。

また、図３（Ｂ）に示すように、磁性シート２２のループアンテナ１１の中心側に有する開口部１２ａに対向する部位の何れかに、所定の大きさの孔部２２ａが形成されていても、小型タグとの良好な通信特性を確保できる。

さらに、前述したように、本実施形態では、ループアンテナ１１の形状は、アンテナコイル１２が周回する構成であれば、略矩形状以外の他の形状としてもよい。例えば、図４（Ａ）に示すように、ループアンテナ３１の形状が磁性シート２３の中央の孔部２３ａを外側に避ける形状としたり、図４（Ｂ）に示すように、ループアンテナ４１の一部が磁性シート２４の中央の孔部２４ａに近接しながら外側に避ける形状としてもよい。すなわち、ループアンテナ３１、４１の実装部位に応じて、適宜、その形状を変更しても、外部機器１２０のアンテナの大きさに関わらず、大型のリーダライタと小型のＩＣタグの双方との通信性能の両立を図って、ＮＦＣの通信特性を高められる。

以上説明したように、携帯電話等の電子機器３０にＮＦＣアンテナ等の本発明の一実施形態のアンテナ装置１を内蔵する場合には、内部の基板・バッテリーその他金属部品等の主たる金属板３の影響を低減させるため、ループアンテナ１１の外側に向けて設けた大型の磁性シート２０を用いて、リーダライタ１２０との通信を行う。一方、ループアンテナ１１の幅を筐体３２の幅、すなわち金属板３の幅の１／３程度の大きさにして、ループアンテナ１１の大きさをＩＣタグ２２１（図１１（Ａ）及び（Ｂ）参照）の外径相当の小さなサイズに留めることによって、小型のＩＣタグ２２１と良好な通信特性を得るようにしている。

このようにして、大型のアンテナとの通信特性を確保しながら、携帯電話等の電子機器３０に内蔵したＮＦＣアンテナの小型のタグに対する性能が大きく改善され、対向するアンテナの大きさに左右されない良好な通信特性が得られる。このため、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の双方との両立を図って、ＮＦＣの通信特性が改善されるようになる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の他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５（Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態のアンテナ装置２０１は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、磁性シート２２０のうち、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２０ａが重畳しない部分２２０ｂよりも薄く形成されていることを特徴とする。本実施形態では、磁性シート２２０は、内側に位置するループアンテナ２１１と重畳する部分２２０ａが外側に位置するループアンテナ２１１と重畳しない部分２２０ｂよりも、少なくともループアンテナ２１１の厚さ以上の段差２２０ｃを有する構成にして薄く形成されている。

すなわち、磁性シート２２０は、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２０ａが凹部となっており、当該凹部となる部分２２０ａにループアンテナ２１１が配置される構成となっている。このように、磁性シート２２０に段差２２０ｃを有する構成とすることによって、アンテナモジュール２（図１参照）の薄型化を図った上で、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の両立を図って、ＮＦＣアンテナの通信特性を高められる。

前述した第１の実施形態では、大型のリーダライタと小型のＩＣタグとの良好な通信性能の両立を図るために、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、大型の磁性シート２０に対して小型のコイル１１を組み合わせることによって、大型のリーダライタ及び小型のＩＣタグとの通信性能の両立を図れるバランスの良いアンテナ構造としている。しかしながら、大型の磁性シート２０と小型のループコイル１１とを重畳させた場合では、磁性シート２０とループコイル１１の重畳する部分の厚みが他の部分に比べて厚くなってしまうので、アンテナモジュール２の薄型化の要求に対応し難い問題があった。

このため、本実施形態では、アンテナ装置２０１に用いる磁性シート２２０の厚みをループコイル２１１の下部２２０ａとその他の部分２２０ｂで段差２２０ｃを設けて、全体として薄型のアンテナモジュール２（図１参照）を実現している。これによって、携帯電話等の電子機器に内蔵したＮＦＣアンテナの小型のタグに対する性能が大きく改善した上で、携帯機器の薄型化の要求に対応できるアンテナモジュール２を実現できるようになる。

なお、本実施形態に係るアンテナ装置２０１は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成に限定されない。例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、磁性シート２２１のうち、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２１ａのみが重畳しない部分２２１ｂよりも薄く形成されている構成としてもよい。すなわち、磁性シート２２１は、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２１ａがその外側及び内側に位置するループアンテナ２１１と重畳しない部分２２１ｂ１、２２１ｂ２よりも、少なくともループアンテナ２１１の厚さ以上の段差２２１ｃを有する構成にして薄く形成されている。

また、磁性シートを備えるアンテナ装置の設計自由度を高めるために、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、磁性シート２２２、２２３が２つに分割され、ループコイル２１１で当該磁性シート２２２、２２３を架橋するような構成としてもよい。その際に、図７（Ｂ）に示すように、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２２ａ、２２３ａが重畳しない部分２２２ｂ、２２３ｂよりも薄く形成されている構成とする。すなわち、磁性シート２２２、２２３は、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２２ａ、２２３ａがその外側に位置するループアンテナ２１１と重畳しない部分２２２ｂ、２２３ｂよりも、少なくともループアンテナ２１１の厚さ以上の段差２２２ｃ、２２３ｃを有する構成にして薄く形成されている。

このように本実施形態では、磁性シート２２０、２２１、２２２、２２３のうち、ループアンテナ２１１と重畳する部分２２０ａ、２２１ａ、２２２ａ、２２３ａが重畳しない部分２２０ｂ、２２１ｂ、２２２ｂ、２２３ｂよりも薄く形成される構成とすることによって、大型のリーダライタ等の外部機器１２０及び小型のＩＣタグとの良好な通信性能が確保した上で、アンテナモジュール２の薄型化が図れる。

まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１に磁性シート２０をループアンテナ１１に取り付けた際における作用・効果を以下の実施例１、実施例２、及び比較例を用いて検証する。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の実施例として、図３（Ａ）に示すType1のＮＦＣアンテナと、図２（Ｂ）に示すType2のＮＦＣアンテナと、図８に示す従来の大型のＮＦＣアンテナ（Benchmark）とを比較した結果について、図面を使用しながら説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。図９は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、平面図である。

ここでは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の実施例として、図３（Ａ）に示すType1、図２（Ｂ）に示すType2、及び図５に示す従来のアンテナ装置（Benchmark）のそれぞれに対して、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、対向するリーダライタ１２０を所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。

すなわち、Type1のＮＦＣアンテナの実施例では、図３（Ａ）に示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を用いて、アンテナ装置１とリーダライタ１２０（図１参照）の大型アンテナ１２１ａとを対向させて、ループアンテナ１１とリーダライタ１２０側の大型アンテナ１２１ａの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

また、Type2のＮＦＣアンテナの実施例では、図２（Ｂ）に示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を用いて、アンテナ装置１とリーダライタ１２０（図１参照）の大型アンテナ１２１ａとを対向させて、ループアンテナ１１とリーダライタ１２０側の大型アンテナ１２１ａの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

一方、比較例となる従来技術（Benchmark）では、図８に示すような大型のループアンテナ１１１を備えるアンテナ装置を用いて、ループアンテナ１１１とリーダライタ１２０（図１参照）とを対向させて、ループアンテナ１１とリーダライタ１２０側の大型アンテナ１２１ａの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。なお、各実施例及び比較例では、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに移動させたときの通信特性を評価した。

具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ１２０のアンテナ１０１は、ｘｙ軸方向で規定される外形直径が７０ｍｍの２巻コイル１２１ａとした。また、従来技術（Benchmark）のアンテナサイズは、コイル外形を４０ｍｍ×３５ｍｍ、磁性シート（フェライト）サイズは、４１ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍとし、実施例１（Type1）のアンテナサイズは、コイル外形を２７ｍｍ×３５ｍｍ、フェライト外形を２３ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍを２枚、実施例２（Type2）のアンテナサイズは、コイル外形を２７ｍｍ×３５ｍｍ、フェライト外形を５６ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍとした。また、実施例１、実施例２、及び比較例は、それぞれ４巻のコイルである。さらに、ｚ軸方向で規定されるリーダライタ１２０の大型アンテナ１２１ａと実施例１、実施例２、及び比較例のアンテナとの距離は、５５ｍｍとした。

図１０は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、（Ａ）は、各アンテナ装置をＸ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、（Ｂ）は、各アンテナ装置をＹ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、比較例となる従来技術と比べると、実施例１及び実施例２は、比較例とそれ程、大きな差異が無いことが分かる。このことから、ループアンテナ１１の大きさを従来の大型なものより小さくしても、ループアンテナ１１の両縁部１１ａの外側に向けて展開する磁性シートを設けることによって、従来の大型アンテナと同程度の通信特性が確保されることが分かる。

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を従来より小さくした際における作用・効果の検証結果について、図面を使用しながら説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、平面図である。

ここでは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の実施例として、図３（Ａ）に示すType1、図２（Ｂ）に示すType2、及び図８に示す従来のアンテナ装置（Benchmark）のそれぞれに対して、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、対向するリーダライタ１２０を所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。

すなわち、Type1のＮＦＣアンテナの実施例では、図３（Ａ）に示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を用いて、アンテナ装置１と小型ＩＣタグ２２１とを対向させて、ループアンテナ１１と小型ＩＣタグ２２１の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

また、Type2のＮＦＣアンテナの実施例では、図２（Ｂ）に示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を用いて、アンテナ装置１と小型ＩＣタグ２２１とを対向させて、ループアンテナ１１と小型ＩＣタグ２２１の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

一方、比較例となるBenchmarkでは、図８に示すような大型のループアンテナ１１１を備えるアンテナ装置を用いて、ループアンテナ１１１と小型ＩＣタグ２２１とを対向させて、ループアンテナ１１と小型ＩＣタグ２２１の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。なお、各実施例及び比較例では、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに移動させたときの通信特性を評価した。

具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、小型ＩＣタグ２２１は、パターン外形が２０ｍｍ×２５ｍｍの５巻コイルとした。また、従来技術（Benchmark）のアンテナサイズは、コイル外形を４０ｍｍ×３５ｍｍ、磁性シート（フェライト）サイズは、４１ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍとし、実施例１（Type1）のアンテナサイズは、コイル外形を２７ｍｍ×３５ｍｍ、フェライト外形を２３ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍを２枚、実施例2（Type2）のアンテナサイズは、コイル外形を２７ｍｍ×３５ｍｍ、フェライト外形を５６ｍｍ×３６ｍｍ×０．２ｍｍとした。また、実施例１、実施例２、及び比較例は、それぞれ４巻のコイルである。さらに、ｚ軸方向で規定されるリーダライタ１２０の大型アンテナ１２１ａと実施例１、実施例２、及び比較例のアンテナとの距離は、１．５ｍｍとした。

図１２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、（Ａ）は、各アンテナ装置をＸ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、（Ｂ）は、各アンテナ装置をＹ軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。

Ｘ軸方向の移動による通信性能を見ると、図１２（Ａ）に示すように、比較例となる従来技術と比べると、実施例１及び実施例２は、共に大幅に通信特性が向上したことが分かる。特に、実施例２の検証結果から、磁性シート２０をループアンテナ１１の開口部１２ａの内側も含めて設けることによって、小型ＩＣタグとの通信特性が大幅に向上することが分かる。

一方、Ｙ軸方向の移動による通信性能を見ると、図１２（Ｂ）に示すように、移動量が小さい範囲では、比較例となる従来技術と比べると、実施例１及び実施例２は、共に大幅に通信特性が向上したことが分かる。特に、実施例２の検証結果から、磁性シート２０をループアンテナ１１の開口部１２ａの内側も含めて設けることによって、小型ＩＣタグとの通信特性が大幅に向上することが分かる。しかしながら、移動量が大きくなると、実施例１及び実施例２の通信性能が低下して、従来例より劣化することが分かる。

なお、上記のように本発明の一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、及び電子機器の構成、動作も本発明の一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、２０１ 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、２１１ ループアンテナ、１１ａ （ループアンテナの）両縁部、１２、２１２ アンテナコイル、１２ａ 開口部、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０、２２、２３、２４、２２０、２２１、２２２、２２３ 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、３２ａ （筐体の）両縁部、１２０ リーダライタ（外部機器）、１２１ アンテナ、１２２ 制御基板、２２０ａ、２２１ａ、２２２ａ、２２３ａ 重畳する部分、２２０ｂ、２２１ｂ、２２２ｂ、２２３ｂ 重畳しない部分、２２０ｃ、２２１ｃ、２２２ｃ、２２３ｃ 段差

Claims (8)

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、
   その両縁部が少なくとも前記電子機器の筐体の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、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設けられ、少なくとも前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部から前記筐体の幅方向における両縁部に向けて展開する構成となっている磁性シートと、を備えるアンテナ装置。
2. 前記電子機器の筐体内部には、前記外部機器に対向する第１の導電体が設けられ、
   前記ループアンテナは、その幅方向における大きさが前記第１の導電体の前記幅方向の大きさより小さく構成され、
   前記磁性シートは、少なくとも前記ループアンテナの前記両縁部から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部まで展開する構成となっている請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記両縁部の内側も含めて、該ループアンテナの長手方向に展開される構成となっている請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の一方から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部の一方まで展開する構成となっている第１の磁性シートと、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の他方から前記第１の導電体の前記幅方向における両縁部の他方まで展開する構成となっている第２の磁性シートと、を備える構成となっている請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記磁性シートの前記ループアンテナの中心側に有する開口部に対向する部位の何れかに所定の大きさの孔部が形成されている請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 前記磁性シートは、前記ループアンテナと重畳する部分が重畳しない部分よりも薄く形成されている請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記磁性シートは、前記ループアンテナと重畳する部分が重畳しない部分よりも少なくとも前記ループアンテナの厚さ以上の段差を有する構成にして薄く形成されている請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器。