JP2016067006A - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＲＦＩＤシステム等の通信システムに用いられるアンテナ装置において、小型でありながら、または小型化した割には広帯域な特性を提供する。【解決手段】第１コイルＬ１および第２コイルＬ２は、巻回軸がほぼ平行で、互いに絶縁状態に配置され、互いに磁界結合する。第１コイルＬ１および第２コイルＬ２を二重の螺旋状に巻回にする。コイルアンテナ１を積層体１０内で大きく形成することができ、且つ、磁性体のみの閉磁路が生じ難い。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置およびそれを備える無線通信装置に関し、特にＨＦ帯の通信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。
リーダ・ライタとＲＦＩＤタグとを非接触方式で通信させ、リーダ・ライタとＲＦＩＤタグとの間で情報を伝達するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。リーダ・ライタおよびＲＦＩＤタグは、無線信号を送受するためのアンテナ装置をそれぞれ備えている。例えば１３．５６ＭＨｚ帯を利用したＨＦ帯ＲＦＩＤシステムであれば、ＲＦＩＤタグのアンテナ装置とリーダ・ライタのアンテナ装置とは、主に誘導磁界を介して結合し、所定の情報が送受される。
近年、携帯電話等の通信端末装置にＲＦＩＤシステムを導入し、この通信端末装置をリーダ・ライタやＲＦＩＤタグとして利用されることがある。このようなＲＦＩＤシステムに利用可能なフェライトチップアンテナが特許文献１に開示されている。
特開２００２−６３５５７号公報
上述のＲＦＩＤシステム等の通信システムに用いられる通信端末装置や小型電子機器等において、装置の小型化、高集積化などに伴って、アンテナ装置の小型化が要請される。しかし、アンテナ装置は、その小型化に伴い、一般に放射性能が低下して、必要な通信帯域幅が狭まる傾向にある。そのため、アンテナ装置自体の特性としては、小型でありながら、または小型化した割には広帯域な特性が望まれる。
また、限られた空間に回路基板や構造材とともにアンテナ装置が組み込まれると、アンテナ装置にグランド電極や金属材が近接する場合が多いが、このような導電体の近接により、アンテナのインダクタンスが変化し、それに伴い共振周波数が期待した値（所期の値）からずれる。そのため、アンテナ装置の共振周波数が変化しても所定の利得が得られるように、アンテナ装置の共振特性は広帯域であることが望まれる。
また、アンテナ装置の周囲環境が一定であっても、リーダ・ライタモードとカードエミュレーションモードの両方に用いるアンテナ装置においては、そのアンテナ装置に接続されるＲＦＩＣの給電回路のインピーダンスは上記モードに応じて異なる。そのため、給電回路のインピーダンスが変化しても所定の通信性能が得られるように、アンテナ装置の共振特性は広帯域であることが望まれる。
特に、NFC（Near Field Communication）システム等、比帯域幅が数％という狭帯域の通信システムでは、上述の各種必要性に基づく広帯域化はより重要である。
そこで、本発明の目的は、小型でありながら広い帯域幅を得ることができるアンテナ装置およびそれを備える無線通信装置を提供することにある。
本発明のアンテナ装置は、絶縁体基材にそれぞれ形成され、巻回軸がほぼ平行で、互いに磁界結合し、それぞれコイルアンテナとして作用し、少なくとも一方は螺旋状である第１コイルおよび第２コイルと、第１コイルに接続されて、前記第１コイルと共に第１共振回路を構成する第１容量と、第２コイルに接続されて、前記第２コイルと共に第２共振回路を構成する第２容量と、前記第１コイルに接続された第１給電端子と、を備えたことを特徴としている。
上記構成により、第１コイルおよび第１容量による第１共振回路と、第２コイルおよび第２容量による第２共振回路と、が結合する結合共振系となって、大型化することなく、２つの周波数で、または２つの周波数に亘る周波数帯で整合するアンテナ装置として用いることができる。
前記第１コイルおよび前記第２コイルは少なくとも一部で二重の螺旋状に巻回されていることが好ましい。
前記絶縁体基材は複数の基材層が積層されて構成された積層体であり、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部は、同一の前記基材層の表面に形成されていることが好ましい。
前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が表面に形成されている同一の前記基材層は磁性体層でもよい。
前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が表面に形成されている同一の前記基材層は磁性体層であり、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が前記磁性体層と非磁性体層に挟まれてもよい。
前記磁性体層を含む複数の基材層が積層されて構成された積層体を備え、第１コイルおよび第２コイルは積層体に設けられ、磁性体層が内部に位置するように巻回されていることが好ましい。この構成により、小さな空間に所定インダクタンスのコイルを設けることができ、小型化が図れる。
前記第１コイルおよび第２コイルは、積層体の積層方向に直交する面に沿った導体パターンを備え、巻回軸が前記積層体の積層方向に直交する方向を向き、磁性体層が内部に位置するように径が等しい二重の螺旋状に巻回された形状を有することが好ましい。この構成により、小さな空間に２つのコイルを設けることができ、また、導体パターンを２層に形成するだけで済むので、小型化、低コスト化が図れる。
前記積層体の上面には、第１容量、第２容量の少なくともいずれか１つを含むチップ部品が実装されていることが好ましい。この構成により、無線通信装置の基板等への実装占有面積を縮小化できる。
前記第１コイルの一方端および前記第２コイルの一方端の間に接続された第３容量を備え、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記第１コイルに前記一方端から電流が流入したとき、前記第２コイルの前記一方端が前記第２コイルの他方端より高電位となるように接続されてもよい。
２つの給電回路に対して選択的に接続するためには、前記第２コイルに接続された第２給電端子を備え、第１給電端子から見たリターンロス特性と、第２給電端子から見たリターンロス特性とは異なることが好ましい。この構成により、給電回路のインピーダンスが異なる場合に対応できる。
前記第１コイルおよび第２コイルに近接配置され、第１コイルおよび第２コイルと電磁界結合して電磁界を発生する平面導体を備えてもよい。その構成により、平面導体を放射素子として利用できるので、アンテナ装置が小型であっても、必要な放射効率が確保できる。
前記第１コイルおよび第２コイルに近接配置され、第１コイルおよび第２コイルと電磁界結合して電磁界を発生する、第１コイルおよび第２コイルよりコイル開口の大きなコイル導体を備えてもよい。その構成により、コイル導体を放射素子として利用できるので、放射効率を高めることができる。
本発明の無線通信装置は、上記したいずれかの構成のアンテナ装置と、このアンテナ装置を内部に備えた筐体と、を備えたことを特徴としている。この構成により、小型のアンテナ装置を内蔵した小型の無線通信装置が構成できる。
本発明によれば、第１コイルおよび第１容量による第１共振回路と、第２コイルおよび第２容量による第２共振回路と、が結合する結合共振系となって、大型化することなく、２つの周波数で、または２つの周波数に亘る周波数帯で整合するアンテナ装置として用いることができる。
図１（Ａ）は第１実施形態に係るアンテナ装置の構成要素の１つであるコイルアンテナ１の斜視図である。図１（Ｂ）はコイルアンテナ１の上部に複数のチップ部品を実装して構成されたアンテナ装置１０１の斜視図である。 図２は第１コイルおよび第２コイルの概略形状を示す分解斜視図である。 図３はコイルアンテナ１の各基材層の平面図である。 図４はコイルアンテナ１のチップ部品実装面側の平面図である。 図５（Ａ）は、アンテナ装置１０１の正面図である。図５（Ｂ）は、アンテナ装置１０１とは一部の構成が異なるアンテナ装置の断面図である。 図６（Ａ）はコイルアンテナ１の等価回路図、図６（Ｂ）はアンテナ装置１０１の等価回路図である。 図７（Ａ）は、図６（Ｂ）に示した入出力ポートI/O1，I/O2から見た反射係数について、周波数スイープしたときの軌跡をスミスチャート上に表した図である。図７（Ｂ）は入出力ポートI/O1，I/O2から見たリターンロスの周波数特性を示す図である。 図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の等価回路図である。 図９（Ａ）は、図８に示した第１の給電端子Output1，Output2から見た反射係数および第２の給電端子Input1，Input2から見た反射係数について、周波数スイープしたときの軌跡をスミスチャート上に表した図である。図９（Ｂ）は第１の給電端子Output1，Output2から見たリターンロスの周波数特性および第２の給電端子Input1，Input2から見たリターンロスの周波数特性を示す図である。 図１０は、第３の実施形態に係るアンテナ装置が備えるコイルアンテナの構成を示す斜視図である。 図１１は第４の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図１２は、コイルアンテナ１の第１のコイルおよび第２のコイルに流れる電流、平面導体１１２に流れる電流、コイルアンテナ１による磁界、平面導体１１２による磁界のそれぞれの向きを示す斜視図である。 図１３（Ａ）は第５の実施形態に係る無線通信装置２０１の概略断面図、図１３（Ｂ）は無線通信装置２０１の透視平面図である。 図１４（Ａ）は第６の実施形態に係る無線通信装置２０２の断面図、図１４（Ｂ）は無線通信装置２０２の透視平面図である。 図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は、ブースターアンテナ１３０とコイルアンテナ１とで構成される回路の等価回路図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は第１実施形態に係るアンテナ装置の構成要素の１つであるコイルアンテナ１の斜視図である。図１（Ｂ）はコイルアンテナ１の上部に複数のチップ部品を実装して構成されたアンテナ装置１０１の斜視図である。
図１（Ａ）に示すコイルアンテナ１は、導体パターンが形成された複数の絶縁体が積層された積層体１０に構成されている。図１では積層体の内部を透視して描いている。
積層体１０には、上部導体パターン１１、下部導体パターン１２および上部導体パターン１１と下部導体パターン１２とを層間接続する層間接続導体が形成されていて、これらにより複数ターンの第１コイルＬ１および第２コイルＬ２が構成されている。
第１コイルおよび第２コイルは、巻回軸が積層体の積層方向に直交する方向を向き、扁平な、径が等しい二重の螺旋状に巻回された形状である。この構造により、第１コイルおよび第２コイルは、巻回軸がほぼ平行で、互いに絶縁状態に配置され、互いに磁界結合する。第１コイルおよび第２コイルを二重の螺旋状に巻回にすることにより、コイルアンテナを積層体内で大きく形成することができ、且つ、磁性体のみの閉磁路が生じ難いため、アンテナ特性が良くなる。
後に示すように、上部導体パターン１１が形成された基材層の上面には、更に絶縁性の基材層が積層されている。この絶縁性基材層の表面には、図１（Ｂ）に示すように複数のチップ部品が実装されている。
図２は上記第１コイルおよび第２コイルの概略形状を示す分解斜視図である。図１に示した積層体１０は複数の基材層を備えていて、上方の所定の基材層に上部導体パターン１１Ａ，１１Ｂが形成されていて、下方の所定の基材層に下部導体パターン１２Ａ，１２Ｂが形成されている。また、上部導体パターン１１Ａと下部導体パターン１２Ａとを接続する層間接続導体が形成されていて、この層間接続導体、上部導体パターン１１Ａおよび下部導体パターン１２Ａによって第１コイルが構成されている。同様に、上部導体パターン１１Ｂと下部導体パターン１２Ｂとを接続する層間接続導体が形成されていて、この層間接続導体、上部導体パターン１１Ｂおよび下部導体パターン１２Ｂによって第２コイルが構成されている。第１コイルの第１端はポートＰ１であり、第２端はポートＰ３である。第２コイルの第１端はポートＰ２であり、第２端はポートＰ４である。
図３はコイルアンテナ１の各基材層の平面図である。図４はコイルアンテナ１のチップ部品実装面側の平面図である。
図３において（Ａ）〜（Ｉ１）はコイルアンテナ１が構成される積層体１０の各基材層の平面図であり、いずれもBottom View（底面図）である。図３において（Ｉ２）は最上層１０ＵのTop View（天面図）である。積層体１０は基材層１０Ｌ，１０ａ〜１０ｇ，１０Ｕで構成されている。最下層１０Ｌにはグランド端子GND、電源端子VDDを含む複数の端子が形成されている。これらの端子は回路基板への実装用端子である。基材層１０ｂ〜１０ｆは磁性体フェライトシートによるもの、その他の基材層１０Ｌ，１０ａ，１０ｇ，１０Ｕは非磁性体フェライトシートによるものである。
基材層１０ｂには下部導体パターン１２が形成されていて、基材層１０ｇには上部導体パターン１１が形成されている。最上層１０Ｕの上面には複数のチップ部品を搭載する端子が形成されている。
図４において、位置P(IC)はＲＦＩＣの搭載位置、位置P(R)はチップ抵抗の搭載位置である。位置P(C1)は容量Ｃ１用のチップコンデンサの搭載位置、位置P(C2)は容量Ｃ２用のチップコンデンサの搭載位置、位置P(C3)は容量Ｃ３用のチップコンデンサの搭載位置、位置P(C4)は容量Ｃ４用のチップコンデンサの搭載位置である。これらのチップコンデンサの搭載位置は、それぞれ最大３つまでチップコンデンサを搭載することで、それらチップコンデンサを並列接続することができる。このように複数のチップコンデンサを並列接続可能としたことにより、後述の第１共振回路および第２共振回路の共振周波数、容量結合の結合度を、ＲＦＩＣの特性やアプリケーションに応じて適宜定めることができる。
図５（Ａ）は、アンテナ装置１０１の正面図である。図５（Ｂ）は、アンテナ装置１０１とは一部の構成が異なるアンテナ装置の断面図である。アンテナ装置１０１は、コイルアンテナ１の表面にＲＦＩＣチップ２１およびチップコンデンサ２２が搭載されている。
図５（Ｂ）は、コイルアンテナ１の表面に複数のチップ部品を搭載した後、コイルアンテナ１の上部を封止樹脂３０で封止した例である。この構造によれば、衝撃や外力に対する耐性が向上し、水分等の侵入が抑制されて耐環境性が向上する。
図６（Ａ）はコイルアンテナ１の等価回路図、図６（Ｂ）はアンテナ装置１０１の等価回路図である。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２は、二重螺旋状に巻回された形状であるので、互いに磁界結合（Ｍ結合）する。
図６（Ｂ）に表れているように、コイルアンテナ１の第１コイルＬ１に第１容量Ｃ１が並列接続されていて、コイルアンテナ１の第２コイルＬ２に第２容量Ｃ２が並列接続されている。また、第１コイルＬ１の第１端であるポートＰ１と、第２コイルＬ２の第１端であるポートＰ２との間に第３容量Ｃ３が接続されている。同様に、第１コイルＬ１の第２端であるポートＰ３と、第２コイルＬ２の第２端であるポートＰ４との間に第４容量Ｃ４が接続されている。
上記第１コイルＬ１と第１容量Ｃ１の並列回路によって第１共振回路が構成されていて、第２コイルＬ２と第２容量Ｃ２の並列回路によって第２共振回路が構成されている。そして、第１共振回路と第２共振回路とは、第３容量Ｃ３および第４容量Ｃ４を介して容量結合（Ｃ結合）する。このようにして、２つのＬＣ共振回路が結合した結合共振系が構成されている。
給電端子である入出力ポートI/O1，I/O2にはＲＦＩＣの給電回路が接続される。なお、入出力ポートI/O1，I/O2と第１の共振回路との間に、インピーダンス整合回路が設けられていてもよい。例えば、入出力ポートI/O1，I/O2と第１の共振回路との間に容量が直列接続されていてもよい。
図７（Ａ）は、図６（Ｂ）に示した入出力ポートI/O1，I/O2から見た反射係数について、周波数スイープしたときの軌跡をスミスチャート上に表した図である。図７（Ｂ）は入出力ポートI/O1，I/O2から見たリターンロスの周波数特性を示す図である。
第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とのＭ結合および容量Ｃ３，Ｃ４によるＣ結合で第１共振回路と第２共振回路とが結合する。そして、２つの共振回路の結合により、２つの共振回路が逆相で共振するｏｄｄモードと、同相で共振するｅｖｅｎモードが発生する。図７（Ｂ）に表れている２つの極は上記ｏｄｄモードの周波数とｅｖｅｎモードの周波数に対応する。この２つの周波数の高低関係および周波数間隔は、Ｍ結合の強さとＣ結合の強さ、およびその大小関係で定まる。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とのＭ結合はコイルアンテナ１の構造によって固定されるが、容量Ｃ３，Ｃ４のキャパシタンスによって上記２つの極の位置を設計することができる。
図６に示した各素子の値は次のとおりである。
C1=520pF
C2=670pF
C3=C4=500pF
L1=L2=0.2μH
M=0.43
図７（Ｂ）に示した例で、12.7MHz〜15.5MHzの広帯域に亘って、リターンロスは-9dB以下となる。このようにして広帯域特性が得られる。
図１（Ｂ）、図５（Ａ）に表れているように、コイルアンテナ１の上面に搭載される複数のチップ部品のうち、最も大きいチップ部品（ＲＦＩＣチップ）２１はコイルアンテナ１の中央に配置されている。チップ部品２１の搭載位置はアンテナ装置１０１の重心位置またはその近傍である。アンテナ装置１０１を無線通信装置の回路基板に実装する際、実装機の吸着ノズルは、面積が広く且つ重心位置であるチップ部品２１の上面を吸着する。これにより、アンテナ装置のハンドリングが容易となる。
なお、本実施形態では、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をチップ部品としているが、積層体１０に導体パターンによってこれらの容量を形成してもよい。但し、本実施形態のように、チップ部品とすることによって、比較的大きい容量を設けることができ、また、共振回路の共振周波数を容易に変更することができる。
また、本実施形態では、図３および図６に示すように、コイルアンテナ１の第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の極性方向が加極性となるように接続されている、つまり、図６において第１コイルＬ１にポートＰ１から電流が流入したとき、第２コイルＬ２のポートＰ２がポートＰ４より高電位となるように接続されているが、これは減極性であってもよい。但し、本実施形態のように、アンテナ装置に用いる場合には、加極性であることが好ましい。良好なアンテナ特性（磁束の放射、集磁）を形成するために、コイルアンテナ１の第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の形状を大きくすると、積層体１０の内部において第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の重なる領域が大きくなることで結合が強くなり、２つの共振周波数が離れすぎて周波数帯域内に阻止域が現れる場合がある。本実施形態のように加極性とすれば、減極性とする場合に比べて、２つの共振周波数が離れすぎず、広帯域且つ安定した周波数帯域を形成することができる。
なお、本実施形態では、第１共振回路の共振周波数および第２共振回路の共振周波数は異なるが、これは同じであってもよい。同じ共振周波数であっても、ｏｄｄモードとｅｖｅｎモードに分かれることにより、共振周波数が２つ現れるため、広帯域の周波数帯域を形成することができる。
《第２の実施形態》
図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の等価回路図である。コイルアンテナ１、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の構成は第１の実施形態で図６（Ｂ）に示したものと同じである。本実施形態では、第１コイルＬ１と第１容量Ｃ１の並列回路による第１共振回路に第１の給電端子Output1，Output2が接続されている。また、第２コイルＬ２と第２容量Ｃ２の並列回路による第２共振回路に第２の給電端子Input1，Input2が接続されている。
図８において、第１の給電端子Output1，Output2から見たアンテナ装置のインピーダンスの周波数特性と、第２の給電端子Input1，Input2から見たアンテナ装置のインピーダンスの周波数特性とは異なる。第１の給電端子Output1，Output2にはＲＦＩＣの例えばリーダ・ライタモードで動作する通信回路部が接続され、第２の給電端子Input1，Input2にはＲＦＩＣの例えばカードエミュレーションモードで動作する通信回路部が接続される。
図９（Ａ）は、図８に示した第１の給電端子Output1，Output2から見た反射係数および第２の給電端子Input1，Input2から見た反射係数について、周波数スイープしたときの軌跡をスミスチャート上に表した図である。図９（Ｂ）は第１の給電端子Output1，Output2から見たリターンロスの周波数特性および第２の給電端子Input1，Input2から見たリターンロスの周波数特性を示す図である。
図８に示した第１コイルＬ１と第１容量Ｃ１による第１共振回路と、第２コイルＬ２と第２容量Ｃ２による第２共振回路とは、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とのＭ結合および容量Ｃ３，Ｃ４によるＣ結合で結合する。
図８に示した各素子の値は次のとおりである。
C1=530pF
C2=430pF
C3=C4=510pF
L1=L2=0.2μH
M=0.43
第１共振回路の共振周波数と第２共振回路の共振周波数とは異なるので、第１の給電端子Output1，Output2から見た反射係数の周波数特性と、第２の給電端子Input1，Input2から見た反射係数の周波数特性は異なる。
アンテナ装置１０２に接続されるＲＦＩＣは、第１の給電端子Output1，Output2を利用する状態では、第２の給電端子Input1，Input2を整合終端させ、第２の給電端子Input1，Input2を利用する状態では、第１の給電端子Output1，Output2を整合終端させる。なお、必ずしも各利用状態において、第１の給電端子Output1，Output2、および、第２の給電端子を整合して終端しなくてもよい。
《第３の実施形態》
図１０は、第３の実施形態に係るアンテナ装置が備えるコイルアンテナの構成を示す斜視図である。ここでは、特に第１コイルおよび第２コイルの概略形状を示している。上方の所定の基材層に上部導体パターン１１Ａ，１１Ｂが形成されていて、下方の所定の基材層に下部導体パターン１２Ａ，１２Ｂが形成されている。また、上部導体パターン１１Ａと下部導体パターン１２Ａとを接続する層間接続導体が形成されていて、この層間接続導体、上部導体パターン１１Ａおよび下部導体パターン１２Ａによって第１コイルが構成されている。同様に、上部導体パターン１１Ｂと下部導体パターン１２Ｂとを接続する層間接続導体が形成されていて、この層間接続導体、上部導体パターン１１Ｂおよび下部導体パターン１２Ｂによって第２コイルが構成されている。第１コイルの第１端はポートＰ１であり、第２端はポートＰ３である。第２コイルの第１端はポートＰ２であり、第２端はポートＰ４である。
図１０に示す例では第１コイルと第２コイルの形成範囲の全体ではなく、平面視において一部で第１コイルと第２コイルとが重なっている。すなわち、第１コイルおよび第２コイルは、巻回軸が延びる方向において互いの形成範囲が若干ずれている。このように、第１コイルと第２コイルとの重なる範囲を調整することで、相互インダクタンスＭを定めてもよい。
《第４の実施形態》
図１１は第４の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置１０４は、上記実施形態で示したコイルアンテナ１を備えている。コイルアンテナ１の構成は第１の実施形態で示したものと同じであるが、ここでは簡略化して図示している。コイルアンテナ１に接続されるＲＦＩＣやチップコンデンサはこの図１１には表れていない。アンテナ装置１０４は、コイルアンテナ１を実装する基材１１１と、基材１１１に形成された平面導体１１２とを備えている。基材１１１はプリント配線基板である。平面導体１１２は金属膜あるいは金属箔によって構成されている。平面導体１１２は、プリント配線基板のグランド導体パターンであってもよい。また、平面導体１１２は、基材１１１の表面に形成されていてもよいし、内部（内層）に設けられるものであってもよい。
コイルアンテナ１および平面導体１１２は、コイルアンテナ１の第１のコイルおよび第２のコイルのコイル開口部が平面導体１１２の縁端部に隣接（近接）する位置関係となるよう配置されている。また、コイルアンテナ１は、平面導体１１２の法線方向から見て、第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一部と平面導体１１２の端部とが重なるように配置されている。
図１２は、コイルアンテナ１の第１のコイルおよび第２のコイルに流れる電流、平面導体１１２に流れる電流、コイルアンテナ１による磁界、平面導体１１２による磁界のそれぞれの向きを示す斜視図である。コイルアンテナ１に不図示の給電回路から電流が供給されてコイルに電流ａが流れると、この電流ａによって生じた電磁界により、平面導体１１２には電流ｂが誘起される。その結果、コイルアンテナ１に矢印Ａ方向の磁界が生じ、平面導体１１２に矢印Ｂ方向の磁界が生じる。通信相手側から磁束が入る場合は、この逆の現象が生じる。このように、平面導体１１２はブースターアンテナとして機能し、コイルアンテナ１単体で生じる磁界よりも大きな磁界を発生させることができる。なお、コイルアンテナ１は必ずしも平面導体１１２と重なる部分がなくてもよく、平面導体に電流が誘起されるように近接配置されていればよい。
《第５の実施形態》
図１３（Ａ）は第５の実施形態に係る無線通信装置２０１の概略断面図、図１３（Ｂ）は無線通信装置２０１の透視平面図である。
無線通信装置２０１は例えば携帯電話端末であり、アンテナ装置１０１を実装する基材１２１及びバッテリー１２６を備えている。基材１２１はプリント配線基板であって、基材１２１の実装面には、各種チップ部品１２４，１２５及びＵＨＦ帯の通信アンテナ１２７がさらに実装されている。アンテナ装置１０１の構成は第１の実施形態等で示したものと同じである。
基材１２１の内層にはグランド導体パターン１２２が形成されている。グランド導体パターン１２２は、図１１、図１２等で説明した平面導体１１２と同様に作用する。具体的には、アンテナ装置１０１のコイルアンテナに電流が流れると、この電流によって生じた電磁界により、グランド導体パターン１２２には、図１３（Ｂ）に示す矢印方向に電流が誘起される。その結果、コイルアンテナに矢印Ａ方向の磁界が生じ、グランド導体パターン１２２に垂直方向（図１３（Ｂ）において紙面上面方向）の磁界が生じる。通信相手側であるリーダ・ライタから磁束が入る場合は、この逆の現象が生じる。
このように、グランド導体パターン１２２を利用することで、図１１に示した平面導体１１２を別途設ける必要がない。
なお、ＲＦＩＣやチップコンデンサとコイルアンテナとが分離されている場合には、基材１２１にコイルアンテナ、ＲＦＩＣおよびチップコンデンサを実装してもよい。
《第６の実施形態》
第６の実施形態は第５の実施形態の変形例であって、コイル状のブースターアンテナを備え、アンテナ装置がコイル状のブースターアンテナを利用する構成である。図１４（Ａ）は第６の実施形態に係る無線通信装置２０２の断面図、図１４（Ｂ）は無線通信装置２０２の透視平面図である。
無線通信装置２０２は、図１３に示した各種部品と同様の部品を備えている。また、無線通信装置２０２は樹脂製の筐体１２０を備え、その筐体１２０の内側に沿ってブースターアンテナ１３０が設けられている。ブースターアンテナ１３０は、例えば接着剤等により筐体内側に取り付けられる。ブースターアンテナ１３０は、薄板状基材１３１の主面の法線方向（主面と垂直な方向）を巻回軸とするコイル導体を有している。ブースターアンテナ１３０は、薄板状基材１３１の上下面にコイル導体１３１Ａ，１３１Ｂが互いに対向して形成されている。コイル導体１３１Ａ，１３１Ｂはいずれも矩形の渦巻き状であり、上面のコイル導体１３１Ａの外周から内周への巻回方向と、下面のコイル導体１３１Ｂの内周から外周への巻回方向とは同じである。
アンテナ装置１０１はブースターアンテナ１３０と磁界結合する。ブースターアンテナ１３０はアンテナ装置１０１のコイルアンテナに比べて十分に大きく、通信相手側アンテナとの通信が行いやすい。従って、通信相手側アンテナとの通信は、主にブースターアンテナ１３０が担う。アンテナ装置１０１は、そのコイル導体の巻回軸がブースターアンテナ１３０のコイル導体の巻回軸とほぼ直交する状態でブースターアンテナ１３０のコイル導体に近接配置されている。なお、ブースターアンテナ１３０は筐体１２０の樹脂部にコイル導体を埋設することにより形成してもよい。
図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は、ブースターアンテナ１３０とコイルアンテナ１とで構成される回路の等価回路図である。実際にはコイルアンテナ１は第１コイルと第２コイルとで構成されているが、ここでは、説明の簡略化のために単一のコイルで表している。図１５（Ａ）において、インダクタＬａ，Ｌｂは図１４に示したコイル導体１３１Ａ，１３１Ｂによるインダクタンスを記号で表したもの、キャパシタＣａ，Ｃｂはコイル導体１３１Ａ，１３１Ｂの両端間に生じる容量（容量素子を用いて形成されるものであってもよいし、コイル導体１３１Ａ，１３１Ｂの対向部分に生じる浮遊容量であってもよい）である。このインダクタＬａ，ＬｂとキャパシタＣａ，ＣｂとでＬＣ共振回路が構成される。コイルアンテナ１のインダクタＬとインダクタＬａ，Ｌｂとの結合を記号Ｍで表している。なお、図１５（Ｂ）に示すように、コイル導体１３１Ａ，１３１Ｂの一端をビア導体等で直接接続する構成であってもよい。
なお、以上に示した各実施形態のうち、図６、図８に示した例では、第１共振回路と第２共振回路とを容量結合させるために、容量Ｃ３，Ｃ４を設けて、平衡回路を構成したが、一方の容量Ｃ３のみを設けて、不平衡型で２つの共振回路を結合させてもよい。このとき、容量Ｃ４が設けられていた箇所は、開放であっても短絡であってもよい。
Ｃ１…第１容量
Ｃ２…第２容量
Ｃ３…第３容量
Ｃ４…第４容量
Output1，Output2…第１の給電端子
Input1，Input2…第２の給電端子
Ｌ１…第１コイル
Ｌ２…第２コイル
Ｐ１〜Ｐ４…ポート
GND…グランド端子
VDD…電源端子
１…コイルアンテナ
１０…積層体
１０ａ〜１０ｇ…基材層
１０Ｌ…基材層の最下層
１０Ｕ…基材層の最上層
１１，１１Ａ，１１Ｂ…上部導体パターン
１２，１２Ａ，１２Ｂ…下部導体パターン
２１…ＲＦＩＣチップ
２２…チップコンデンサ
３０…封止樹脂
１０１，１０２，１０４…アンテナ装置
１１１…基材
１１２…平面導体
１２０…筐体
１２１…基材
１２２…グランド導体パターン
１２４，１２５…各種チップ部品
１２６…バッテリー
１２７…通信アンテナ
１３０…ブースターアンテナ
１３１…薄板状基材
１３１Ａ，１３１Ｂ…コイル導体
２０１，２０２…無線通信装置

Claims (13)

  1. 絶縁体基材にそれぞれ形成され、巻回軸がほぼ平行で、互いに磁界結合し、それぞれコイルアンテナとして作用し、少なくとも一方は螺旋状である第１コイルおよび第２コイルと、
    第１コイルに接続されて、前記第１コイルと共に第１共振回路を構成する第１容量と、
    第２コイルに接続されて、前記第２コイルと共に第２共振回路を構成する第２容量と、
    前記第１コイルに接続された第１給電端子と、
    を備えたアンテナ装置。
  2. 前記第１コイルおよび前記第２コイルは少なくとも一部で二重の螺旋状に巻回されている請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記絶縁体基材は複数の基材層が積層されて構成された積層体であり、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部は、同一の前記基材層の表面に形成されている請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が表面に形成されている同一の前記基材層は磁性体層である請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が表面に形成されている同一の前記基材層は磁性体層であり、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一部が前記磁性体層と非磁性体層に挟まれている請求項３に記載のアンテナ装置。
  6. 磁性体層を含む複数の基材層が積層されて構成された積層体を備え、
    前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記積層体に設けられ、前記磁性体層が内部に位置するように巻回されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記積層体の積層方向に直交する面に沿った導体パターンを備え、巻回軸が前記積層体の積層方向に直交する方向を向き、前記磁性体層が内部に位置するように径が等しい二重の螺旋状に巻回された形状を有する、請求項４〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8. 前記積層体の上面に、前記第１容量、前記第２容量の少なくともいずれか１つを含むチップ部品が実装されている、請求項３〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 前記第１コイルの一方端および前記第２コイルの一方端の間に接続された第３容量を備え、
    前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記第１コイルに前記一方端から電流が流入したとき、前記第２コイルの前記一方端が前記第２コイルの他方端より高電位となるように接続されている、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10. 前記第２コイルに接続された第２給電端子を備え、前記第１給電端子から見たリターンロス特性と、前記第２給電端子から見たリターンロス特性とは異なる、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
  11. 前記第１コイルおよび前記第２コイルに近接配置され、前記第１コイルおよび前記第２コイルと電磁界結合して電磁界を発生する平面導体を備えた、請求項１〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
  12. 前記第１コイルおよび前記第２コイルに近接配置され、前記第１コイルおよび前記第２コイルと電磁界結合して電磁界を発生する、前記第１コイルおよび前記第２コイルよりコイル開口の大きなコイル導体を備えた、請求項１〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
  13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置を内部に備えた筐体と、
    を備えた無線通信装置。
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