JP2015211421A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナコイルとその上方にスリットを形成するための平面導体層との間の浮遊容量を低減してマッチングを取りやすくする。
【解決手段】アンテナ装置１は、基板１０と、基板１０上に形成されたループ状又はスパイラル状のアンテナコイル１１と、アンテナコイル１１と平面視にて重なる位置に設けられた第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂとを備える。第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとの間に挟まれた領域からなるスリットＳＬは、アンテナコイル１１の内径部と重なっている。第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一方の平面形状はループ形状であり、アンテナコイル１１は、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一方のループ形状の開口部と平面視にて重なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、特に、ＮＦＣ（Near Field Communication：近距離無線通信）に好適なアンテナ装置に関するものである。

近年、スマートフォン等の携帯電子機器にはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個体識別）システムが搭載されており、そのための通信手段としてリーダ・ライタ等と近距離無線通信を行うためのアンテナが搭載されている。

一方、内蔵回路を外部ノイズから保護すると共に機器内で発生するノイズの不要輻射を防止するため、携帯電子機器には金属シールドが設けられている。特に最近は、薄型化、軽量化、落下等の衝撃に対する耐久性、デザイン性等を考慮して、携帯電子機器の筐体自体が樹脂製から金属製となり、金属シールドを兼ねるケースも増えてきている。しかし、一般に金属シールドは電波を妨げることから、アンテナを設ける場合には金属シールドと重ならない位置に設ける必要があり、金属シールドが広範囲に設けられているときにはアンテナの配置が問題となる。

上記問題を解決するため、例えば特許文献１及び２に開示されたアンテナ装置は、導体層に開口部を形成すると共に当該開口部と外縁との間を連接するスリットを形成し、内径部が開口部と重なるようにアンテナコイルを配置している。このアンテナ装置によれば、コイル導体に電流が流れることにより生じる磁界を遮るように導体層に電流が流れ、そして導体層の開口部の周囲に流れる電流がスリットの周辺を通り、縁端効果により導体層の周囲にも電流が流れる。これにより、導体層からも磁界が生じ、導体層が磁束を大きく周回させるので、アンテナ装置と相手側アンテナとの通信距離を広げることができる。すなわち、導体層をアンテナコイルの通信距離を広げるアクセラレータとして機能させることができる。

また、特許文献３には、内側に導体開口部を有する板状導電部の一部をコイルの一部に重ねて配置した構成を有するアンテナ装置が記載されている。板状導電部に導体開口部を設けた場合、渦電流は導体開口部を避けて流れようとするため、コイル上の板状導電部に渦電流が集中して高密度となる。したがって、高密度の渦電流とコイルとの間の磁気結合を強めることができ、通信特性を向上させることが可能となるものである。

特許第４６８７８３２号公報 特開２００２−１１１３６３号公報 特開２０１４−２７３８９号公報

特許文献１、２に記載された従来のアンテナ装置において、導体層は全面がベタの金属面（ベタパターン）をなすものであるため、平面サイズの大きな導体層とコイル導体との間に大きな浮遊容量が発生してしまい、アンテナの周波数マッチングが取りづらくなるという問題がある。周波数マッチングではアンテナ回路にキャパシタンスを加えることで所望の共振周波数が設定されるが、浮遊容量によってすでにキャパシタンスが非常に大きい場合には、キャパシタンスを加えることによる周波数の調整が困難である。

したがって、本発明の目的は、アンテナの通信距離を確保しながら周波数マッチングを容易に行うことが可能なアンテナ装置を提供することにある。また、本発明の目的は、そのようなアンテナ装置を用いて構成された高性能な携帯電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、基板と、前記基板上に形成されたループ状又はスパイラル状のアンテナコイルと、前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた第１及び第２の金属層とを備え、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に挟まれた領域からなるスリットは前記アンテナコイルの内径部と重なっており、前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、前記アンテナコイルは前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の前記開口部と平面視にて重なっていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の金属層と第２の金属層とがアンテナコイルの磁束のループを大きく周回させるので、アンテナの通信距離を延ばすことができる。また、第１及び第２の金属層はいわゆるベタバータンではなくループパターンを構成しているので、アンテナコイルとの間に発生する浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

本発明において、前記第１及び第２の金属層の両方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、前記アンテナコイルは前記第１の金属層の前記開口部及び第２の金属層の前記開口部の両方と平面視にて重なっていることが好ましい。この構成によれば、第１及び第２の金属層とアンテナコイルとの間に発生する浮遊容量をさらに小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

本発明において、前記アンテナコイルは前記基板の一方の主面に形成されており、前記第１及び第２の金属層は、前記基板の他方の主面に形成されていることが好ましい。この構成によれば、第１及び第２の金属層がアンテナコイルに対して正確に位置決めされているので、アンテナ装置の取り扱いおよび設置が容易であり、さらにアンテナ特性の向上を図ることができる。

本発明によるアンテナ装置は、前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた第３及び第４の金属層をさらに備え、前記第３及び第４の金属層の両方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、前記アンテナコイルは、前記第１乃至第４の金属層の各開口部と平面視にて重なっていることが好ましい。アンテナコイルの内径部を貫通する磁束が第１〜第４の金属層に囲まれた領域を通過することにより、磁束の通過を内径部に集中させることができ、これによりアンテナの通信距離を延ばすことができる。さらに、平面サイズが相対的に小さな第３及び第４の金属層を追加的に設けることにより、アンテナコイルと鎖交する磁束のロスを減らしながら磁束のループサイズを広げることができ、さらに効率良く通信距離を延ばすことができる。

本発明において、前記第１の金属層は全面がベタの金属面を有しており、前記第２の金属層の平面形状は開口部を有するループ形状であることもまた好ましい。この場合において、前記アンテナコイルが前記基板の一方の主面に形成されており、前記第１及び第２の金属層が前記基板の他方の主面に形成されていてもよい。また、前記アンテナコイルが前記基板の一方の主面に形成されており、前記第１の金属層が前記基板から離れて設けられており、前記第２の金属層が前記基板の他方の主面に形成されていてもよい。後者の構成によれば、第２の金属層として当該アンテナ装置が実装されるスマートフォン等の携帯電子機器の筐体を構成する金属体を利用することができ、第１の金属層を構成するための専用の金属層を省略することができる。したがって、材料コストの低減と軽量化を図ることができる。

本発明において、前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の前記ループ形状は全周に亘って一定の線幅を有することが好ましい。この構成によれば、ループパターンに流れる電流が安定化するので、アンテナ装置の通信の安定化を図ることができる。

本発明によるアンテナ装置は、前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた金属体と、前記アンテナコイルと前記金属体との間に設けられた磁性シートとをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、アンテナコイルと鎖交する磁束ループの磁路を確保することができ、金属体の影響を低減することができる。

本発明によるアンテナ装置は、少なくとも前記アンテナコイルの前記内径部の中央部と平面視にて重なる位置に設けられた中心金属層をさらに備え、前記第１及び第２の金属層は、平面視にて前記中心金属層を挟んで両側にそれぞれ配置されていることが好ましい。この構成によれば、特に金属体がアンテナコイルから離れている場合に当該金属体の影響を低減することができ、アンテナの通信距離を向上させることができる。

本発明によれば、アンテナコイルの通信距離を延ばすと共に周波数マッチングを容易に行うことが可能なアンテナ装置を提供することができる。また、本発明によれば、そのようなアンテナ装置を用いて構成された高性能な携帯電子機器を提供することにある。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図であって、特に、図１（ｂ）は図１（ａ）と同一方向からアンテナコイルを透過的に見た図である。 図２は、図１（ａ）のＹ−Ｙ'線に沿ったアンテナ装置の断面図である。 図３は、アンテナコイルに対する第１及び第２の金属層の作用を説明するための平面図である。 図４は、アンテナコイルに対する第１及び第２の金属層の作用を説明するための断面図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 図８は、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す断面図である。 図９は、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 図１０は、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す断面図である。 図１１は、本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 図１２は、本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。 図１３は、本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す断面図である。 図１４（ａ）〜（ｃ）は、第６の実施の形態のアンテナ装置における第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの配置の具体的なバリエーションを示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図であって、特に、図１（ｂ）は図１（ａ）と同一方向からアンテナコイルを透過的に見た図である。また図２は、図１（ａ）のＹ−Ｙ'線に沿ったアンテナ装置の断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、このアンテナ装置１は、基板１０と、基板１０上に形成されたスパイラル状のアンテナコイル１１と、アンテナコイル１１と平面視にて重なるように設けられた第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂと、アンテナコイル１１から見て第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂとは反対側に設けられた磁性シート１４とを備えている。

基板１０は例えばＰＥＴ樹脂からなるフレキシブル基板であり、その平面サイズは例えば４０×５０ｍｍ、厚さは約３０μｍである。アンテナコイル１１は略矩形のスパイラルパターン１１ａを有し、主に基板１０の一方の主面１０ａ（下面）に形成されている。アンテナコイル１１はめっきにより形成してもよく、基板１０の全面に予め形成された金属層のエッチング（パターニング）により形成してもよい。

アンテナコイル１１のスパイラルパターン１１ａの両端はリード部１１ｃ，１１ｄによって基板１０のエッジまで引き出されており、特にスパイラルパターン１１ａの内周端はスパイラルのループを横切るブリッジ部１１ｅ及び基板１０を貫通するスルーホール導体１１ｆを経由してループの外側に引き出されている。アンテナコイル１１の両端は例えばメイン回路基板に接続される。接続方法は特に限定されず、例えばフレキシブル素材の基板１０と共にリード部１１ｃ、１１ｄを延長してメイン回路基板と接続するように構成してもよく、あるいは給電ピンを用いて接続することも可能である。

本実施形態において、ブリッジ部１１ｅは基板１０の他方の主面１０ｂに形成されている。ブリッジ部１１ｅの一端及び他端は、スルーホール導体１１ｆ，１１ｆを介してスパイラルパターン１１ａの内周端及びリード部１１ｄの一端にそれぞれ接続されている。アンテナコイル１１は基板１０の一方及び他方の主面１０ａ，１０ｂに直接形成されたパターンだけで形成されているので、ブリッジ部１１ｅを形成するために追加の金属層を重ねる必要がなく、その作製は容易である。特に、ブリッジ部１１ｅは第２の金属層１２Ｂのループ形状の内側に設けられているので、ブリッジ部１２ｅが第２の金属層１２Ｂと干渉することはなく、ブリッジ部１１ｅを容易にレイアウトすることができる。

第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは、基板１０の他方の主面１０ｂに形成されている。第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの平面形状は、内側に開口部を有するループ形状（ループパターン）である。第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂをいわゆるベタパターンとする従来のアンテナ装置では、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂとアンテナコイル１１との間に大きな浮遊容量が発生するため、周波数マッチングにおいてキャパシタンスの追加により目標周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）に合わせることが難しかった。しかし、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂをループパターンとした場合には、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂとアンテナコイル１１との間の浮遊容量を小さくすることができ、アンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

アンテナコイル１１から見て磁性シート１４よりも遠方には金属体１５が設けられている。この金属体１５は、例えばアンテナ装置１が実装されるスマートフォン等の携帯電子機器のバッテリーケースである。アンテナコイル１１と金属体１５との間に磁性シート１４を介在させることにより、金属体１５がアンテナコイル１１に与える影響を抑えてインダクタンスを高めることができ、これによりアンテナ特性の向上を図ることができる。

第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂのループパターンの線幅は全周にわたって概ね一定であることが好ましい。これによれば、ループパターンに流れる電流が安定化するので、アンテナ装置の通信の安定化を図ることができる。なお線幅は完全に一定である必要はなく、多少の線幅の違いは許容される。具体的には、太い線幅のパターンは細い線幅のパターンの２倍以下であればよい。特に、Ｘ方向に延びてアンテナコイル１１の内径部１１ｂを横切る直線部分の幅は、他の直線部分の幅よりも太いことが好ましい。

第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとの間には一定幅のスリットＳＬが設けられており、第１及び第２の金属層１２Ａ、１２ＢはスリットＳＬによって電気的に絶縁分離されている。スリットＳＬの幅は同一方向におけるアンテナコイル１１の内径部１１ｂの幅よりも狭いことが好ましい。スリットＳＬは基板１０の幅方向の中央であってアンテナコイル１１の内径部１１ｂを横切る位置に設けられている。すなわち、アンテナコイル１１はその内径部１１ｂがスリットＳＬと平面視にて重なるようにレイアウトされている。

第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの各々の開口部は、アンテナコイル１１のスリットＳＬと略平行な部分及びアンテナコイル１１の内径部１１ｂと部分的に重なっていることが好ましい。すなわち、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂのループパターンのアンテナコイル１１の形成領域と重なる部分１２ｘは、アンテナコイル１１のスパイラルパターン１１ａの直上ではなく、それよりも内径部１１ｂの中央寄りに配置されていることが好ましい。このようにすることで、アンテナコイル１１の磁束φによって発生して第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂのループパターンに流れる電流を安定的に発生させることができる。

図３及び図４は、アンテナコイル１１に対する第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの作用を説明するための図であって、図３は平面図、図４は断面図である。

図３及び図４に示すように、アンテナコイル１１に反時計回りの電流Ｉａが流れるとき、アンテナコイル１１の内径部１１ｂを貫通する磁束φが発生し、この磁束φは第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂ間のスリットＳＬを通過して第１の金属層及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの各々と鎖交する。一方、第１の金属層１２Ａ及び第２の金属層１２Ｂにはこの磁束によって生じる電流が流れ、この電流はループ電流Ｉｂとなる。ループ電流Ｉｂの向きはアンテナコイル１１に流れる電流Ｉａと同じく反時計回りである。

また、スリットＳＬを通過した磁束φは、第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとの間のスリットＳＬを内側とし、第１の金属層１２Ａおよび第２の金属層１２Ｂの外縁を外側とする経路を通って迂回しようとする。その結果、磁束φは相対的に大きなループを描き、リーダ・ライタのアンテナコイルと鎖交し、アンテナ装置１は通信相手側アンテナと磁気的に結合する。特に、第１の金属層１２Ａ、第２の金属層１２Ｂ及びスリットＳＬを含む金属層全体の外周の平面サイズがアンテナコイル１１の平面サイズよりも大きいことから、大きなループ磁界を生じさせることができる。さらに、アンテナコイル１１から見て第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂとは反対側に磁性シート１４が設けられているので、磁束φの磁路を確保してインダクタンスを高めることができ、これによりアンテナ特性の向上を図ることができる。

第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂが従来のベタパターンである場合、渦電流はベタパターンの中央部には流れないので、ベタパターンの中央部は電流経路として実質的に機能しない部分である。よってベタパターンの中央部を除去してループパターンを形成しても電流を流すことができる。そしてベタパターンの中央部を除去することにより、アンテナコイル１１との間に発生する浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１は、第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとがアンテナコイル１１の磁束φのループを大きく周回させるので、アンテナ装置１から通信相手側アンテナまでの通信距離を延ばすことができる。また、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂはループパターンを構成しているので、アンテナコイル１１との間に発生する浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

図５及び図６は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す図であって、図５は平面図、図６断面図である。

図５及び図６に示すように、このアンテナ装置２の特徴は、第１の金属層１２Ａがループパターンではなくベタパターンで構成されている点にある。すなわち、第２の金属層１２Ｂだけがループパターンで構成されており、第１の金属層１２Ａは全面がベタの金属面を有するものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置２は、第２の金属層１２Ｂがループパターンとなっているので、第２の金属層１２Ｂとアンテナコイル１１との間の浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。なお、上記実施形態では第１の金属層１２Ａをベタパターンとし、第２の金属層１２Ｂをループパターンとしたが、第１の金属層１２Ａをループパターンとし、第２の金属層１２Ｂをベタパターンとしてもよい。すなわち、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂのどちらか一方がループパターンであり、他方がベタパターンであればよい。

図７及び図８は、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す図であって、図７は平面図、図８は断面図である。

図７及び図８に示すように、このアンテナ装置３の特徴は、全面がベタの金属面をなす第１の金属層１２Ａが基板１０から離れて設けられており、第２の金属層１２Ｂだけが基板１０の他方の主面１０ｂに形成されている点にある。具体的には、第１の金属層１２Ａは、アンテナ装置３が内蔵されるスマートフォン等の携帯電子機器の筐体１６の一部を構成するものである。上記のように、最近は携帯電子機器の筐体自体が樹脂製から金属製となり、金属シールドを兼ねるケースも増えてきている。そのため、筐体１６を構成する金属体を第１の金属層１２Ａとして利用することで、第１の金属層１２Ａを構成するための専用の金属層を省略でき、材料コストを低減と軽量化を図ることができる。

図９及び図１０は、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す図であって、図９は平面図、図１０は断面図である。

図９及び図１０に示すように、このアンテナ装置４の特徴は、第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとの間に中心金属層１２Ｃが設けられている点にある。中心金属層１２ＣはスリットＳＬと平行な細長い矩形パターンからなり、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂと共に基板１０の他方の主面１０ｂに形成されている。中心金属層１２Ｃは平面視にてスリットＳＬの幅方向の中央に配置されており、第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとの間に挟まれている。これによりスリットＳＬは分割され、第１及び第２のスリットＳＬ１，ＳＬ２が形成される。アンテナコイル１１の内径部１１ｂは２本のスリットＳＬ１，ＳＬ２と平面視にて重なっている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

特に限定されないが、２本のスリットＳＬ１，ＳＬ２の幅は同一であることが好ましい。中心金属層１２ＣのＹ方向の幅はスリットＳＬ１、ＳＬ２の幅よりも広いことが好ましいが、広すぎるとスリットＳＬ１、ＳＬ２の幅が極端に狭くなってしまうことから、適切な幅に設定する必要がある。なお分割前のスリットＳＬの幅はアンテナコイル１１の内径部１１ｂの幅よりも狭いことが必要である。中心金属層１２ＣはスリットＳＬと同じ長さの細長いパターンでなくてもよく、少なくともアンテナコイル１１の内径部の中央部と平面視にて重なる位置に設けられていればよい。

本実施形態によるアンテナ装置４は、第１の実施形態と同等かそれ以上の効果を奏することができる。すなわち、第１及び第２の金属層１２Ａ、１２Ｂと中心金属層１２Ｃとの組み合わせがアンテナコイル１１の磁束を大きく周回させるので、アンテナ装置の通信距離を延ばすことができる。本実施形態は、アンテナコイル１１から見て金属体１５が比較的遠くに設けられている場合に特に有効である。すなわち、磁性シート１４を挟んでアンテナコイル１１の反対側に位置する金属体１５の位置がアンテナコイル１１から比較的遠い構成において中心金属層１２Ｃを設けてスリットＳＬを２本のスリットＳＬ１、ＳＬ２に分割した場合には、中心金属層１２Ｃを設けない場合に比べて通信距離を確実に延ばすことができる。

図１１は、本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す平面図である。

図１１に示すように、このアンテナ装置５の特徴は、図１の構成において第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの各々がさらに２分割されている点にある。すなわち、アンテナ装置４は、第１の金属層１２Ａ_１、第２の金属層１２Ａ_２、第３の金属層１２Ｂ_１及び第４の金属層１２Ｂ_２を有している。これら第１〜第４の金属層１２Ａ_１，１２Ａ_２，１２Ｂ_１，１２Ｂ_２は、アンテナコイル１１の内径部１１ｂの中心を基準にして対称となるようにレイアウトされている。

アンテナコイル１１に電流が流れるとき、アンテナコイル１１の内径部１１ｂを貫通する磁束φはスリットＳＬ１、ＳＬ２を通過して第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２の各々と鎖交する。スリットＳＬ１は、第１の金属層１２Ａ_１と第３の金属層１２Ｂ_１との間に挟まれた領域並びに第２の金属層１２Ａ_２と第４の金属層１２Ｂ_２との間に挟まれた領域を含む横方向のスリットであり、スリットＳＬ２は第１の金属層１２Ａ_１と第２の金属層１２Ａ_２との間に挟まれた領域並びに第３の金属層１２Ｂ_１と第４の金属層１２Ｂ_２との間に挟まれた領域を含む縦方向のスリットであり、両者は直交関係にある。

第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２のループパターンの各々にはこの磁束φによって生じる電流が流れる。第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２の各々に発生する電流の向きはアンテナコイル１１に流れる電流と同じく反時計回りである。

そして磁束φは第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２の外縁を外側とする経路を通って迂回しようとすることで相対的に大きなループを描き、リーダ・ライタのアンテナコイルと鎖交し、アンテナ装置１は通信相手側アンテナと磁気的に結合する。特に、第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２全体のカバー面積がアンテナコイル１１の面積よりも大きいことから、大きなループ磁界を生じさせることができる。さらに、アンテナコイル１１から見て第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２とは反対側に磁性シート１５が設けられているので、磁束φの磁路を確保してインダクタンスを高めることができ、これによりアンテナ特性の向上を図ることができる。さらに、第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２はベタパターンの中央部が除去されたループパターンであるので、アンテナコイル１１との間の浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

図１２及び図１３は、本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す図であって、図１２は平面図、図１３は断面図である。

図１２及び図１３に示すように、このアンテナ装置６は第１の実施の形態の変形例であって、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂが基板１０の他方の主面１０ｂの上方であって、基板１０から離れて設けられていることを特徴としている。第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは基板１０上に形成されないことから、基板１０のサイズの制約を受けない。そのため、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは基板１０よりも外側にはみ出して大きなループを描いている。これによれば、第１の実施の形態によるアンテナ装置１よりも大きなループ磁界を生じさせることができ、通信距離をさらに延ばすことが可能である。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、アンテナ装置６における第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂの配置の具体的なバリエーションを示す断面図である。

図１４（ａ）に示すアンテナ装置６は、アンテナコイル１１が形成された基板１０上に貼り付けられた基板１７を有し、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは基板１７上に形成されている。また図１４（ｂ）に示すアンテナ装置６において、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは、アンテナ装置が内蔵されるスマートフォン等の携帯電子機器の筐体１８の裏面に形成されている。また図１４（ｃ）に示すアンテナ装置６において、第１の金属層１２Ａは基板１７上に形成されており、第２の金属層１２Ｂは筐体１８の裏面に形成されている。このように、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂは、同一平面に形成されてもよく、異なる平面に形成されてもよい。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置６は、第１の金属層１２Ａと第２の金属層１２Ｂとがアンテナコイル１１の磁束φのループを大きく周回させるので、アンテナ装置６から通信相手側アンテナまでの通信距離を延ばすことができる。また、第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂはループパターンを構成しているので、アンテナコイル１１との間に発生する浮遊容量を小さくすることができ、これによりアンテナの周波数マッチングを取りやすくすることができる。

第６の実施の形態は第１の実施の形態の変形例であるが、第２〜第５の実施の形態の変形例についても同様に考えることができる。すなわち、第２及び第３の実施の形態において第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂが基板１０から離れて設けられていてもよく、第４の実施の形態に行おいて第１及び第２の金属層１２Ａ，１２Ｂ及び中心金属層１２Ｃが基板１０から離れて設けられていてもよく、第５の実施の形態において第１〜第４の金属層１２Ａ_１、１２Ａ_２、１２Ｂ_１、１２Ｂ_２が基板１０から離れて設けられていてもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、アンテナコイル１１のブリッジ部１１ｅを基板１０の他方の主面１０ｂに形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、例えば基板１０の一方の主面１０ａに形成されたスパイラルパターン１１ａ上にＰＥＴ等の絶縁膜を介してブリッジ部１１ｅを重ねて形成してもよい。この場合、基板１０の一方の主面１０ａ側には２層の金属層が部分的に形成されることになるが、本発明におけるアンテナコイル１１はこのような構成であってもよい。

また、上記実施形態においては、アンテナコイル１１が数ターンのスパイラルパターンで構成されているが、１ターン未満のループパターンであってもよい。すなわち、アンテナコイル１１は、ループ状又はスパイラル状の平面コイルパターンであればよい。

１〜４ アンテナ装置
１０ 基板
１０ａ 基板の一方の主面
１０ｂ 基板の他方の主面
１１ アンテナコイル
１１ａ スパイラルパターン
１１ｂ 内径部
１１ｃ，１１ｄ リード部
１１ｅ ブリッジ部
１１ｆ スルーホール導体
１２Ａ 第１の金属層
１２Ｂ 第２の金属層
１２Ａ_１ 第１の金属層
１２Ａ_２ 第２の金属層
１２Ｂ_１ 第３の金属層
１２Ｂ_２ 第４の金属層
１２Ｃ 中心金属層
１２ｘ ループパターンの一部
１４ 磁性シート
１５ 金属体
１６ 筐体
１７ 基板
１８ 筐体
ＳＬ，ＳＬ１，ＳＬ２ スリット

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成されたループ状又はスパイラル状のアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた第１及び第２の金属層とを備え、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に挟まれた領域からなるスリットは前記アンテナコイルの内径部と重なっており、
   前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、
   前記アンテナコイルは前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の前記開口部と平面視にて重なっていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１及び第２の金属層の両方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、
   前記アンテナコイルは前記第１の金属層の前記開口部及び第２の金属層の前記開口部の両方と平面視にて重なっている、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナコイルは前記基板の一方の主面に形成されており、
   前記第１及び第２の金属層は、前記基板の他方の主面に形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた第３及び第４の金属層をさらに備え、
   前記第３及び第４の金属層の両方の平面形状は開口部を有するループ形状であり、
   前記アンテナコイルは、前記第１乃至第４の金属層の各開口部と平面視にて重なっている、請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の金属層は全面がベタの金属面を有しており、
   前記第２の金属層の平面形状は開口部を有するループ形状である、請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナコイルは前記基板の一方の主面に形成されており、
   前記第１及び第２の金属層は前記基板の他方の主面に形成されている、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記アンテナコイルは前記基板の一方の主面に形成されており、
   前記第１の金属層は、前記基板から離れて設けられており、
   前記第２の金属層は、前記基板の他方の主面に形成されている、請求項５に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１及び第２の金属層の少なくとも一方の前記ループ形状は全周に亘って一定の線幅を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
9. 前記アンテナコイルと平面視にて重なる位置に設けられた金属体と、
   前記アンテナコイルと前記金属体との間に設けられた磁性シートとをさらに備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
10. 少なくとも前記アンテナコイルの前記内径部の中央部と平面視にて重なる位置に設けられた中心金属層をさらに備え、前記第１及び第２の金属層は、平面視にて前記中心金属層を挟んで両側にそれぞれ配置されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。