JP2016129421A - 積層アンテナ、アンテナ装置及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】損失及び浮遊容量を大きくすることなく所望のインダクタンス値を有し、アンテナ特性が良好な積層アンテナ及びアンテナ装置を提供する。
【解決手段】積層アンテナ１は、磁性体層を含む基材層が積層されて構成された積層体１０と、巻回軸をＹ軸として積層体１０に形成されたコイル導体２０を備えている。コイル導体２０は、積層体１０の外周に沿って巻回された外側コイル導体、及び、外側コイル導体と巻回方向が同じで、かつ、外側コイル導体に直列接続され、積層体１０における外側コイル導体の巻回範囲よりも内側に巻回された内側コイル導体を有している。そして、外側コイル導体の少なくとも一部は、積層体１０が有する磁性体層（少なくとも磁性体層１０Ｃ）の最外層に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層体にコイル導体が形成された積層アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置、ならびにそれを用いた電子機器に関する。

近年、携帯電話端末等の通信機器の中にはＮＦＣ（Near FieldCommunication）システムが搭載されているものがある。ＮＦＣシステムでは、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯で使用するコイルアンテナが用いられる。コイルアンテナを小型化する手段の一つとして、コイル巻線を磁性体上に形成する手段が用いられている。例えば、特許文献１には、磁性体に金属線を巻回させて形成されたコイルアンテナが記載されている。これは磁性体の透磁率による波長短縮効果を利用したものであり、少ない巻回数でも大きなインダクタンス値を得ることができ、コイルのＱ値(Quality factor)を高くすることができる。

特許第３９６４４０１号公報

ところで、磁性体の透磁率を変えずにコイルアンテナを更に小型化するためには、コイル巻線の線幅を細くし、又はコイル巻線のピッチを狭くして巻回数を増やす必要がある。しかしながら、コイル巻線の線幅を細くすることにより導体損が大きくなり、また、コイル巻線のピッチを狭くすることにより線間に形成される浮遊容量が大きくなって自己共振周波数が低くなってしまうためアンテナ特性は劣化するといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、損失及び浮遊容量を大きくすることなく所望のインダクタンス値を有し、アンテナ特性が良好な積層アンテナ、アンテナ装置及びそれを用いた電子機器を提供することにある。

本発明に係る積層アンテナは、磁性体層を含む基材層が積層されて構成された積層体と、巻回軸が前記積層体の積層方向に直交する方向となるよう、前記積層体に形成されたコイル導体と、を備え、前記コイル導体は、外側コイル導体、及び、前記外側コイル導体と巻回方向が同じで、かつ、前記外側コイル導体に直列接続され、前記積層体における前記外側コイル導体の巻回範囲よりも内側に巻回された内側コイル導体、を有し、前記磁性体層は、前記外側コイル導体の少なくとも一部は、前記磁性体層の最外層に設けられている、ことを特徴とする。

この構成では、外側コイル導体の外側には磁性体層が存在しないため、外側コイル導体により発生する磁界が磁性体層内に閉じ込められることがなく、外部への磁界を大きく（磁力線のループを大きく）することができる。これにより、積層アンテナの近傍界における電磁界強度、及び遠方界への放射効率を高めることができる。また、内側コイル導体を有することにより、コイル導体の長さを長くすることなく、インダクタンス値を稼ぐことができる。このため、インダクタンス値を稼ぐために、コイル導体の線幅を細くして巻回数を増やす必要がない。すなわち、線幅を小さくすることにより導体損が増えることもなく、また、巻回数を増やすことでピッチ間が狭くなり、巻線間に形成される浮遊容量が大きくなり、コイル導体の自己共振周波数が変化することもない。このように、本発明に係る積層アンテナでは、損失及び浮遊容量を大きくすることなく良好なアンテナ特性を得ることができる。

前記内側コイル導体は、前記基材層の界面に沿って設けられた導体パターン、及び前記内側コイル導体の巻回範囲よりも内側の各前記基材層に設けられたビア導体により形成されている、構成が好ましい。

この構成では、基材層に形成した導体パターン及びビア導体により内側コイル導体を形成することができる。

前記内側コイル導体の巻回範囲よりも内側に位置している前記基材層は全て磁性体層かんらなる構成でもよい。

この構成では、コイル導体の巻回数を増やすことなく、コイル導体のインダクタンス値を大きくできる。

前記外側コイル導体と前記内側コイル導体との間の基材層は非磁性体層である構成でもよい。

この構成では、内側コイル導体からの磁力線が磁性体層により閉じ込められることがないため、内側コイル導体もコイルアンテナとして作用させることができ、積層アンテナの放射効率を改善できる。

本発明によれば、外側コイル導体の外側に磁性体層が存在しないため、コイル導体により発生する磁界が積層体内に閉じ込められることがなく、外部への磁界を大きく（磁力線のループを大きく）することができる。これにより、積層アンテナの近傍界における電磁界強度、及び遠方界への放射効率を高めることができる。また、内側コイル導体により、線幅を細くして導体損が大きくなることなく、かつ、ピッチ間が狭くなり浮遊容量が大きくなることなく、良好なアンテナ特性を有する積層アンテナを実現できる。

図１は実施形態１に係る積層アンテナを示す斜視図である。 図２は図１に示す積層アンテナのコイル導体を示すモデル図である。 図３は図１に示す積層アンテナの積み図である。 図４は積層体の各層に形成された導体パターンの接続関係を説明するための図である。 図５はコイル導体に流れる電流の方向を示す図である。 図６は実施形態１に係る積層アンテナの磁力線を示す図である。 図７はコイル導体の全てが磁性体層に内蔵された比較対象としての積層アンテナの磁力線を示す図である。 図８は実施形態２に係る積層アンテナの断面図である。 図９は実施形態３に係る積層アンテナの断面図である。 図１０は実施形態４に係る積層アンテナの断面図である。 図１１は実施形態５に係る積層アンテナのコイル導体を示す図である。 図１２は実施形態５に係る積層アンテナの積み図である。 図１３は積層体の各層に形成された導体パターンの接続関係を説明するための図である。 図１４は実施形態６に係る積層アンテナを示す図である。 図１５は実施形態７に係る積層アンテナを示す図である。 図１６は実施形態８に係るアンテナ装置を示す図である。 図１７は、積層アンテナのコイル導体に流れる電流、平面導体に流れる電流、積層アンテナによる磁界、平面導体による磁界のそれぞれの向きを示す斜視図である。 図１８（Ａ）は、実施形態８に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機の側面断面図、図１８（Ｂ）は携帯電話機の上面透視図である。 図１９（Ａ）は実施形態９に係る携帯電話機の側面断面図、図１９（Ｂ）は携帯電話機の上面透視図である。 図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、ブースターアンテナと積層アンテナとで構成される回路の等価回路図である。

以下に説明する実施形態に係る積層アンテナは、例えば、１３．５６ＭＨｚなどのＨＦ帯の信号で通信するＮＦＣシステムに用いられるアンテナであり、プリント基板に実装される。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る積層アンテナを示す斜視図である。図１ではＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いて説明する。

積層アンテナ１は積層体１０を備えている。積層体１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延びる辺を有する矩形状の磁性体層１０Ｄを最下層として、その上に磁性体層１０Ｃが複数積層され、さらに、磁性体層１０Ｂ，１０Ａが積層されている。図１ではＺ軸方向が積層体１０の積層方向である。磁性体層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄそれぞれは、本発明に係る基材層に相当する。

積層体１０には、Ｙ軸を巻回軸とするコイル導体２０が形成されている。コイル導体２０は、積層体１０に形成された側面ビア導体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ、側面ビア導体２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ、導体パターン２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃ及び不図示の他の導体パターン等により形成されている。

図２は図１に示す積層アンテナのコイル導体を示すモデル図である。コイル導体２０は、巻回軸をＹ軸とした第１二重巻コイル導体２１、第２二重巻コイル導体２２、第３二重巻コイル導体２３及び第４二重巻コイル導体２４が直列に接続され、連続した一つのコイル導体２０となるように構成されている。なお、実際には図２に示すように、第１二重巻コイル導体２１、第２二重巻コイル導体２２、第３二重巻コイル導体２３及び第４二重巻コイル導体２４それぞれは、コイル導体が巻回軸を中心に一周半周巻回された構成である。

第１二重巻コイル導体２１、第２二重巻コイル導体２２、第３二重巻コイル導体２３及び第４二重巻コイル導体２４それぞれの外側となるコイル導体パターン（以下、外側コイル導体という。）は積層体１０の外周面に沿って形成されている。また、第１二重巻コイル導体２１、第２二重巻コイル導体２２、第３二重巻コイル導体２３及び第４二重巻コイル導体２４それぞれの内側となるコイル導体パターン（以下、内側コイル導体という。）は積層体１０の内部に形成されている。

本実施の形態では、コイル導体２０の外側コイル導体の外側には磁性体層が存在しないことから、外側コイル導体から積層体１０の外側に拡がる磁力線は磁性体層に閉じ込められることがない。このため、コイル導体２０の磁力線のループは大きくなり、積層アンテナ１の近傍界における電磁界強度、及び遠方界への放射効率を高めることができる。また、コイル導体２０の内側コイル導体により、コイル導体２０の長さを長くすることでインダクタンス値を稼ぐことができる。このため、インダクタンス値を稼ぐために、コイル導体２０の線幅を細くして巻回数を増やす必要がない。すなわち、線幅を小さくすることにより導体損が増え、また、巻回数を増やすことでピッチ間が狭くなり、巻線間に形成される浮遊容量が大きくなり、コイル導体の自己共振周波数が変化することもない。この結果、積層アンテナ１は良好なアンテナ特性を有する。

なお、積層体１０の磁性体層の積層数は特に限定されず、適宜変更可能である。また、図１に示す積層体１０はＹ軸に長い直方体形状としているが、Ｘ軸に長い形状としてもよい。

また、図１では図示していないが、積層体１０の磁性体層１０Ａには、非磁性体層（例えば誘電体層）がさらに積層され、積層体１０の導体パターン２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃが露出しないようにしてもよい。この場合、コイル導体２０と外部回路との不要な導通を防止できる。

図３は図１に示す積層アンテナの積み図である。図３では５つの磁性体層を示しているが、図３（Ｃ）の磁性体層１０Ｃは単層でなく複数層である。図３の各層は上面図である。また、図３（Ｅ）は、非磁性体層（誘電体層）１１であり、積層体１０の最下層となる磁性体層１０Ｄは、非磁性体層１１に積層される。非磁性体層１１の上面には、コイル導体２０の外側コイル導体の一部となる導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄが形成されている。この非磁性体層１１に磁性体層１０Ｄが積層されることで、コイル導体２０は積層体１０の外周面に沿って形成される構成となる。積層体１０及び非磁性体層１１の側面には、Ｚ軸に沿って（図１参照）、側面ビア導体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ、及び側面ビア導体２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂが形成されている。

最上層の磁性体層１０Ａの上面には、Ｘ軸方向に延びる直線状の導体パターン２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃが形成されている。導体パターン２１Ｃは側面ビア導体２１Ａ，２１Ｂに導通している。導体パターン２２Ｃは側面ビア導体２２Ａ，２２Ｂに導通している。導体パターン２３Ｃは側面ビア導体２３Ａ，２３Ｂに導通している。導体パターン２４Ｃは、一端が側面ビア導体２４Ｂに導通し、他端が下層の磁性体層１０Ｂに形成されたビア導体２３Ｇに導通している。

最上層から二層目の磁性体層１０Ｂの上面には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延びる直線状の導体パターンからなる略Ｌ字形状の導体パターン２１Ｇ，２２Ｇが形成されている。導体パターン２１Ｇは、側面ビア導体２１Ａ近傍からＸ軸に沿って延び、側面ビア導体２１Ｂ近傍で略直角に折れ曲がり、側面ビア導体２２Ｂ近傍までＹ軸に沿って延びている。同様に、導体パターン２２Ｇは、側面ビア導体２３Ａ近傍からＸ軸に沿って延び、側面ビア導体２３Ｂ近傍で略直角に折れ曲がり、側面ビア導体２４Ｂ近傍までＹ軸に沿って延びている。

磁性体層１０Ｃにはビア導体２１Ｆ，２２Ｆ，２３Ｆ，２４Ｆ１，２４Ｆ２が形成されている。最下層の磁性体層１０Ｄの上面には、ビア導体２１Ｅ，２３Ｅ及び導体パターン２２Ｅ，２４Ｅが形成されている。導体パターン２２ＥはＸ軸方向に延びる直線状であって、一端が側面ビア導体２２Ａに導通し、他端が磁性体層１０Ｃのビア導体２２Ｆに導通している。導体パターン２４ＥはＸ軸方向に延びる直線状であって、一端が磁性体層１０Ｃのビア導体２４Ｆ１に導通し、他端がビア導体２４Ｆ２に導通している。

非磁性体層１１の上面には導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄが形成されている。導体パターン２１ＤはＸ軸方向に延びる直線状であって、一端が側面ビア導体２１Ｂに導通し、他端が磁性体層１０Ｄのビア導体２１Ｅに導通している。導体パターン２２Ｄは、側面ビア導体２２ＢからＸ軸に沿って延び、略直角に折れ曲がった後、Ｙ軸に沿って延び、さらに、直角に折れ曲がり、側面ビア導体２３Ａに導通している。導体パターン２３ＤはＸ軸方向に延びる直線状であって、一端が側面ビア導体２３Ｂに導通し、他端が磁性体層１０Ｄのビア導体２３Ｅに導通している。導体パターン２４ＤはＸ軸方向に延びる直線状で、側面ビア導体２４Ａ，２４Ｂに導通している。

非磁性体層１１は、入出力端子となる導体パターン（不図示）が図３（Ｅ）に示す面とは反対側に形成された誘電体層である。非磁性体層１１の側面ビア導体２１Ａ，２４Ａはそれぞれ誘電体層の導体パターンに導通している。誘電体層に形成された入出力端子となる導体パターンは、例えば給電回路等に接続される。本実施形態では、非磁性体層１１の側面ビア導体２１Ａに導通している導体パターンを入力部とし、非磁性体層１１の側面ビア導体２４Ａに導通している導体パターンを出力部とする。なお、入出力端子の導体パターンは、積層体１０及び非磁性体層１１の積層後に、非磁性体層１１の下面に形成されてもよい。また、導体パターンを非磁性体層１１の反対側の面に設けずに、側面ビア導体２１Ａ，２４Ａ自体を入出力端子として用いてもよい。

図４は積層体１０の各層に形成された導体パターンの接続関係を説明するための図である。図４は積層体１０及び非磁性体層１１の分解斜視図である。図４では、側面ビア導体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ及び側面ビア導体２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂによる導通を破線矢印で示し、積層体１０内部のビア導体による導通を実線矢印で示している。

入出力端子の導体パターンに導通している非磁性体層１１の側面ビア導体２１Ａは、磁性体層１０Ａの導体パターン２１Ｃに導通している。導体パターン２１Ｃは側面ビア導体２１Ｂを介して、導体パターン２１Ｄに導通し、さらに、ビア導体２１Ｅ，２１Ｆを介して導体パターン２１Ｇに導通している。導体パターン２１Ｇが、ビア導体２２Ｆを介して導体パターン２２Ｅに導通し、側面ビア導体２２Ａを介して導体パターン２２Ｃに導通している。

導体パターン２２Ｃは、側面ビア導体２２Ｂを介して導体パターン２２Ｄに導通し、さらに、側面ビア導体２３Ａを介して導体パターン２３Ｃに導通している。導体パターン２３Ｃは、側面ビア導体２３Ｂを介して、導体パターン２３Ｄに導通し、ビア導体２３Ｅ，２３Ｆを介して導体パターン２２Ｇに導通している。導体パターン２２Ｇは、ビア導体２４Ｆ１を介して導体パターン２４Ｅに導通している。導体パターン２４Ｅは、ビア導体２４Ｆ２，２３Ｇを介して、導体パターン２４Ｃに導通し、側面ビア導体２４Ｂを介して、導体パターン２４Ｄに導通している。そして、導体パターン２４Ｄが導通している側面ビア導体２４Ａは入出力端子の導体パターンに導通している。このように、コイル導体２０は形成されている。

図５はコイル導体２０に流れる電流の方向を示す図である。入力部には、図示しないＨＦ帯の信号を給電する給電回路が接続されている。入力部から電流が入力されると、図５に示すように、第１二重巻コイル導体２１、第２二重巻コイル導体２２、第３二重巻コイル導体２３及び第４二重巻コイル導体２４の外側コイル導体及び内側コイル導体には同方向へ電流が流れる。このため、外側コイル導体及び内側コイル導体それぞれにより生じる磁束は同方向となるため、互いの磁束が打ち消し合うことはない。

図６は本実施形態に係る積層アンテナ１の磁力線を示す図である。図６は図１のVI−VI線における断面図である。図７はコイル導体の全てが磁性体層に内蔵された比較対象としての積層アンテナの磁力線を示す図である。なお、図６では、非磁性体層１１は省略している。

積層アンテナ１は、コイル導体２０の外側コイル導体２０Ａが積層体１０から露出しているか、又は磁性体層で覆われていない。このため、コイル導体２０による磁界が磁性体層に閉じ込められることがない。また、積層体１０の内部にコイル導体２０の内側コイル導体２０Ｂを形成することで、コイル導体２０のインダクタンスを稼ぐことができ、コイル導体２０のインダクタンス値を高くすることができる。これに対し、外側コイル導体２０Ａが磁性体層の内部に形成されている場合、コイル導体２０からの磁力線が磁性体層に閉じ込められる。このため、図５及び図６に示すように、磁力線ループは、コイル導体２０の外側コイル導体２０Ａが積層体１０から露出しているか磁性体層で覆われていない場合の方が、外側コイル導体２０Ａが積層体１０の内部に形成された場合と比べて、磁力線ループが大きくなる。これにより、積層アンテナ１の放射効率を高めることができ、良好なアンテナ特性を得ることができる。

このように、二重巻のコイル導体２０の外側コイル導体２０Ａを積層体１０から露出させて、積層アンテナ１の放射効率を向上させることができるため、インダクタンス値を高くするためにコイル導体２０の導体パターン幅を細くして巻回数を増やし、又は、コイル開口の径を大きくする必要がない。

なお、本実施形態では、コイル導体２０の外側コイル導体の一部を形成する導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄは非磁性体層１１の上面に形成されているが、積層体１０の最下層の磁性体層に形成されていてもよい。具体的には、積層体１０の最下層となる磁性体層の一方の面に導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄを形成し、製造過程の積層時に、その磁性体層の導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄの面が下面となるように積層する。この場合、導体パターン２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄが露出して、ショートしないよう、最下層の磁性体層には非磁性体層（誘電体層）が積層されていてもよい。

（実施形態２）
図８は実施形態２に係る積層アンテナの断面図である。図８は実施形態１で説明した図６に相当する図である。本実施形態に係る積層アンテナ１Ａは積層体１０及び積層体１０に巻回されたコイル導体２５を備えている。積層体１０は実施形態１と同様である。コイル導体２５は、実施形態１に係るコイル導体２０と同様に、外側コイル導体２５Ａ及び内側コイル導体２５Ｂを有している。また、外側コイル導体２５Ａ及び内側コイル導体２５Ｂは導体パターンが一部重ならないよう形成されている。外側コイル導体２５Ａ及び内側コイル導体２５Ｂが一部重ならないようにすることで、導体パターン間に形成される浮遊容量が小さくなる。形成される浮遊容量が小さくなることで、コイル導体２５の自己共振周波数をより高い周波数へ移動（シフト）させることができる。なお、外側コイル導体２５Ａ及び内側コイル導体２５Ｂの引き回し部分を除く実質的全てが重ならないようにされていてもよい。

（実施形態３）
図９は実施形態３に係る積層アンテナの断面図である。本実施形態に示す積層アンテナ１Ｂは、積層体１０及び積層体１０に巻回されたコイル導体２６を備えている。積層体１０は実施形態１と同様である。コイル導体２６は、実施形態１に係るコイル導体２０と同様であるが、外側コイル導体２６Ａが内側コイル導体２６Ｂよりもパターン幅が広い導体パターンで形成されている。この場合、積層体１０の各層の積みズレにより、外側コイル導体２６Ａ及び内側コイル導体２６Ｂの間に形成される浮遊容量が変化することを抑制できる。

例えば、外側コイル導体２６Ａ及び内側コイル導体２６Ｂのパターン幅が同じである場合、積みズレが生じると、外側コイル導体２６Ａ及び内側コイル導体２６Ｂの対向面積が小さくなる。これに対し、本実施形態では、外側コイル導体２６Ａを内側コイル導体２６Ｂよりも幅を広くすることで、多少の積みズレが生じても外側コイル導体２６Ａ及び内側コイル導体２６Ｂの対向面積は同じであり、浮遊容量は変化しない。これにより、対向面積が異なることでコイル導体２６の自己共振周波数が異なり、積層アンテナ１Ｂが設計とは異なる特性となることを防止できる。なお、図９とは反対に、内側コイル導体２６Ｂが外側コイル導体２６Ａよりもパターン幅を広くしてもよい。

（実施形態４）
図１０は実施形態４に係る積層アンテナの断面図である。実施形態４に係る積層アンテナ１Ｄは積層体３０及び積層体３０に巻回されたコイル導体２０を備えている。コイル導体２０は実施形態１と同様である。積層体３０は、最外層が非磁性体層３０Ａ，３０Ｂとされ、その間の層が磁性体層３０Ｃとされている。この構成の場合、コイル導体２０の外側コイル導体２０Ａだけでなく内側コイル導体２０Ｂも磁性体層１０Ｃから露出している。実施形態１で説明した図５の場合、内側コイル導体２０Ｂからの磁力線は外側コイル導体２０Ａ及び内側コイル導体２０Ｂの間を通るのに対し、本実施形態の場合、内側コイル導体２０Ｂの磁力線は、図５に示す外側コイル導体２０Ａの磁力線と同様に、積層体１０の外側を通るループとなる。このため、内側コイル導体２０Ｂもアンテナコイルとして作用し、積層アンテナ１Ｄの近傍界における電磁界強度、及び遠方界への放射効率をさらに高めることができる。

なお、図１０では、積層体３０の最外層を非磁性体層３０Ａ，３０Ｂとしているが、最外層から二層目又は三層目なども非磁性体層としてもよい。ただし、内側コイル導体２０Ｂよりも内側の層においては全て磁性体層とすることが好ましい。これにより、インダクタンスを稼ぐことができ、コイル導体２０のインダクタンス値を高くすることができる。

（実施形態５）
図１１は実施形態５に係る積層アンテナのコイル導体を示す図である。本実施形態に係る積層アンテナは実施形態１と同様の積層体を備えている。なお、積層体は各層が磁性体層であってもよいし、実施形態４で説明したように、最外層、又は最外層及びその近傍層が非磁性体層であってもよい。

本実施形態に係るコイル導体５０は、巻回軸をＹ軸とした第１コイル導体５１、第２コイル導体５２、第３コイル導体５３及び第４コイル導体５４が直列に接続され、連続した一つのコイル導体５０となるように構成されている。第１コイル導体５１、第２コイル導体５２、第３コイル導体５３及び第４コイル導体５４それぞれは、外側及び内側に３／４周巻（第１コイル導体５１の内側は１／２周巻）のコイル導体を有している。実施形態１に係るコイル導体２０は、外側コイル導体及び内側コイル導体が交互に接続された構成であるが、本実施形態に係るコイル導体５０は、第１コイル導体５１、第２コイル導体５２、第３コイル導体５３及び第４コイル導体５４それぞれの外側コイル導体が直列接続された後、第１コイル導体５１、第２コイル導体５２、第３コイル導体５３及び第４コイル導体５４それぞれの内側コイル導体が直列接続されている。

図１２は実施形態５に係る積層アンテナの積み図である。図１２は上面図である。また、図１２（Ｃ）の磁性体層４０Ｃは単層でなく複数層である。さらに、実施形態１と同様に、図１２（Ｅ）は非磁性体層４１であり、磁性体層４０Ｄは、非磁性体層４１に積層される。非磁性体層４１の上面には、コイル導体５０の外側コイル導体の一部となる外側下導体パターン５１Ｄ，５２Ｄ，５３Ｄ，５４Ｄが形成されている。図１３は積層体の各層に形成された導体パターンの接続関係を説明するための図である。以下、図１２及び図１３を参照して説明する。

積層アンテナ１Ｄの積層体４０及び非磁性体層４１の側面には、側面ビア導体５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ、及び側面ビア導体５１Ｂ，５２Ｂ，５３Ｂ，５４Ｂが形成されている。最上層の磁性体層４０Ａの上面には、Ｘ軸方向に延びる直線状の外側上導体パターン５１Ｃ，５２Ｃ，５３Ｃ，５４Ｃが形成されている。

外側上導体パターン５１Ｃは側面ビア導体５１Ａ，５１Ｂに導通している。外側上導体パターン５１Ｃは側面ビア導体５１Ｂを介して外側下導体パターン５１Ｄに導通している。外側下導体パターン５１Ｄは側面ビア導体５２Ａを介して外側上導体パターン５２Ｃに導通している。外側上導体パターン５２Ｃは側面ビア導体５２Ｂを介して外側下導体パターン５２Ｄに導通している。外側下導体パターン５２Ｄは側面ビア導体５３Ａを介して外側上導体パターン５３Ｃに導通している。外側上導体パターン５３Ｃは側面ビア導体５３Ｂを介して外側下導体パターン５３Ｄに導通している。外側下導体パターン５３Ｄは側面ビア導体５４Ａを介して外側上導体パターン５４Ｃに導通している。外側上導体パターン５４Ｃは側面ビア導体５４Ｂを介して外側下導体パターン５４Ｄに導通している。これにより、コイル導体５０の外側コイル導体が形成されている。

最上層から二層目の磁性体層４０Ｂの上面には、Ｘ軸及びＹ軸に対し傾斜した直線状の内側上導体パターン５１Ｆ，５２Ｆ，５３Ｆ，５４Ｆが形成されている。最下層から二層目の磁性体層４０Ｄの下面にはＸ軸方向に延びる直線状の内側下導体パターン５１Ｅ，５２Ｅ，５３Ｅ，５４Ｅが形成されている。

コイル導体５０の外側コイル導体の終端となる外側下導体パターン５４Ｄは、磁性体層４０Ｄに形成されたビア導体５４Ｇ及び磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５４Ｊを介して、内側上導体パターン５４Ｆに導通している。内側上導体パターン５４Ｆは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５４Ｈを介して、内側下導体パターン５４Ｅに導通されている。内側下導体パターン５４Ｅは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５３Ｊを介して、内側上導体パターン５３Ｆに導通している。内側上導体パターン５３Ｆは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５３Ｈを介して、内側下導体パターン５３Ｅに導通している。

内側下導体パターン５３Ｅは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５２Ｊを介して、内側上導体パターン５２Ｆに導通している。内側上導体パターン５２Ｆは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５２Ｈを介して、内側下導体パターン５２Ｅに導通している。内側下導体パターン５２Ｅは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５１Ｊを介して、内側上導体パターン５１Ｆに導通している。内側上導体パターン５１Ｆは、磁性体層４０Ｃに形成されたビア導体５１Ｈを介して、内側下導体パターン５１Ｅに導通している。内側下導体パターン５１Ｅは、非磁性体層４１に形成されたビア導体５１Ｇに導通している。これにより、コイル導体５０の内側コイル導体が形成されている。

このように形成されたコイル導体５０は、非磁性体層４１の側面ビア導体５１Ａ及びビア導体５１Ｇに接続された入力端子を介して、不図示の給電回路より電流が入力される。本実施形態の構成であっても、コイル導体５０に電流が給電された場合、内側コイル導体及び外側コイル導体に流れる電流は同方向となるため、互いの磁束が打ち消し合うことはない。

本実施形態に係る積層アンテナは、外側コイル導体及び内側コイル導体全てが互いに平行に形成されていない。例えば、磁性体層４０Ａに形成された導体パターン５１Ｃ，５２Ｃ，５３Ｃ，５４ＣはＸ軸に沿っているのに対し、磁性体層４０Ｂに形成された導体パターン５１Ｅ，５２Ｆ，５３Ｆ，５４ＦはＸ軸に対し傾斜している。このため、二つの導体パターン間に形成される浮遊容量は、平行に対向している場合と比べて小さくなり、コイル導体５０の自己共振周波数をより高い周波数へ移動（シフト）させることができる。

（実施形態６）
図１４は実施形態６に係る積層アンテナを示す図である。図１４ではコイル導体２０を簡略して図示している。実施形態６に係る積層アンテナ１Ｅは、実施形態１に係る積層アンテナ１にチップ実装層１００が積層されている。チップ実装層１００は非磁性層１００Ａに複数のＩＣ１０１が実装されている。ＩＣ１０１は、例えば積層アンテナ１へＨＦ帯の信号を給電する給電回路等である。積層アンテナ１及びチップ実装層１００は電気的に接続されている。例えば、非磁性層１００Ａに形成された導体パターン１０２，１０３等により、ＩＣ１０１とコイル導体２０とが電気的に接続されている。このように、コイルアンテナ及びＩＣを一体化した積層アンテナ１Ｅとしてもよい。

（実施形態７）
図１５は実施形態７に係る積層アンテナを示す図である。上述の各実施形態では、コイル導体は一続きの構成としているが、実施形態７に係る積層アンテナ１Ｆは、積層体に巻回されたコイル導体が分断された構成である。積層アンテナ１Ｆは、Ｙ軸を巻回軸としたコイル導体６０が積層体１０に巻回されている。コイル導体６０は、第１コイル導体６１と第２コイル導体６２と分断されている。第１コイル導体６１と第２コイル導体６２とはそれぞれ、実施形態１に係るコイル導体２０と同様の構成である。第１コイル導体６１と第２コイル導体６２とには、例えばチップコンデンサ等のチップ素子１０５が接続されている。このような積層アンテナは、例えば図３、図４に示した積層アンテナ１の外側コイル導体のいずれかにチップ素子１０５を接続することで得ることができる。このように、コイル導体６０を途中で分断して、回路を適宜接続することで、アンテナの設計自由度が向上する。

（実施形態８）
以下に、本発明に係るアンテナ装置の実施形態について説明する。図１６は実施形態８に係るアンテナ装置を示す図である。実施形態８に係るアンテナ装置１１０は積層アンテナ１を備えている。積層アンテナ１は積層体１０にコイル導体２０が巻回されている。積層体１０の下方には非磁性体層１１が積層されている。アンテナ装置１１０は、積層アンテナ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って、可撓性樹脂にて構成されている。平面導体１１２は、銅、銀、アルミニウム等の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。

積層アンテナ１及び平面導体１１２は、積層アンテナ１のコイル導体２０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、積層アンテナ１は、平面導体１１２の法線方向から見て、コイル導体２０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１７は、積層アンテナ１のコイル導体２０に流れる電流、平面導体１１２に流れる電流、積層アンテナ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。積層アンテナ１に不図示の給電回路から電流が供給されてコイル導体に電流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、積層アンテナ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、積層アンテナ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、積層アンテナ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。

以下、実施形態８に係るアンテナ装置１１０を備える電子機器の具体例に説明する。本実施形態では、電子機器を携帯電話機とする。図１８（Ａ）は、実施形態８に係るアンテナ装置１１０を備えた携帯電話機の側面断面図、図１８（Ｂ）は携帯電話機の上面透視図である。

携帯電話機１２０は、上述の積層アンテナ１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、ＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５及びＵＨＦ帯の通信アンテナ１２７がさらに実装されている。積層アンテナ１はＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５に接続され、ＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５のアンテナとして機能する。さらに、携帯電話機１２０の他の構成部品となる複数の電子部品１２４が基材１２１の両実装面に実装されている。電子部品１２４は例えばチップコンデンサ、チップコイル、抵抗器又はＩＣチップ等である。また、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１７等で説明した平面導体１１２として機能する。具体的には、積層アンテナ１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１８（Ｂ）に示す矢印方向に電流が誘起される。その結果、積層アンテナ１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１８（Ａ）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ＲＦＩＤタグ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１７に示す平面導体１１２を別途設ける必要がない。また、ＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５から出力される高調波が積層アンテナ１によって除去されるため、通信アンテナ１２７又は他の周辺機器への影響を防止できる。

（実施形態９）
実施形態９では、実施形態８で説明した携帯電話機の変形例であって、携帯電話機がコイル状のブースターアンテナを備え、アンテナ装置がブースターアンテナを利用する構成である。図１９（Ａ）は実施形態９に係る携帯電話機の側面断面図、図１９（Ｂ）は携帯電話機の上面透視図である。

携帯電話機１２０Ａは基材１２８及びバッテリー１２６を備えている。基材１２８には、積層アンテナ１の他に、ＵＨＦ帯の通信アンテナ１２７及びＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５が実装されている。

また、携帯電話機１２０Ａは樹脂製の薄板状基材（板状基材）を素体とする筐体１２０Ｂを備え、その筐体１２０Ｂ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。

積層アンテナ１は、ブースターアンテナ１３０に対して磁界結合する。つまり、積層アンテナ１からブースターアンテナ１３０（またはブースターアンテナ１３０から積層アンテナ１）には、磁界結合を介し、非接触で高周波信号が伝達される。ブースターアンテナ１３０は積層アンテナ１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。積層アンテナ１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１２０Ｂ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２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、ブースターアンテナ１３０と積層アンテナ１とで構成される回路の等価回路図である。図２０（Ａ）において、インダクタＬａ，Ｌｂは図１９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Ｃ１，Ｃ２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Ｃ１，Ｃ２とでＬＣ共振回路が構成される。積層アンテナ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２０（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。

以上のように、本発明の積層アンテナを用いて、例えば１３．５６ＭＨｚの通信周波数を有するＨＦ帯ＲＦＩＤシステムで利用されるリーダライタを備えた携帯電話機１２０Ａを実現できる。また、ＲＦＩＤ用ＩＣチップ１２５から出力される高調波が積層アンテナ１によって除去されるため、通信アンテナ１２７又は他の周辺機器への影響を防止できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…積層アンテナ
１０…積層体
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…磁性体層
１１…非磁性体層
２０…コイル導体
２０Ａ…外側コイル導体
２０Ｂ…内側コイル導体
２１…第１二重巻コイル導体
２２…第２二重巻コイル導体
２３…第３二重巻コイル導体
２４…第４二重巻コイル導体
２１Ａ…側面ビア導体
２１Ｂ…側面ビア導体
２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｇ…導体パターン
２１Ｅ，２１Ｆ…ビア導体
２２Ａ…側面ビア導体
２２Ｂ…側面ビア導体
２３Ｃ，２３Ｄ…導体パターン
２３Ｅ，２３Ｆ，２３Ｇ…ビア導体
２４Ａ…側面ビア導体
２４Ｂ…側面ビア導体
２４Ｃ，２４Ｄ…導体パターン
２４Ｅ…導体パターン
２４Ｆ１，２４Ｆ２…ビア導体
２５…コイル導体
２５Ａ…外側コイル導体
２５Ｂ…内側コイル導体
２６…コイル導体
２６Ａ…外側コイル導体
２６Ｂ…内側コイル導体
３０…積層体
３０Ａ，３０Ｂ…非磁性体層
３０Ｃ…磁性体層
４０…積層体
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…磁性体層
４１…非磁性体層
５０…コイル導体
５１…第１コイル導体
５１Ａ，５１Ｂ…側面ビア導体
５１Ｃ…外側上導体パターン
５１Ｄ…外側下導体パターン
５１Ｅ…内側下導体パターン
５１Ｆ…内側上導体パターン
５１Ｇ，５１Ｈ，５１Ｊ…ビア導体
５２…第２コイル導体
５２Ａ，５２Ｂ…側面ビア導体
５２Ｃ…外側上導体パターン
５２Ｄ…外側下導体パターン
５２Ｅ…内側下導体パターン
５２Ｆ…内側上導体パターン
５２Ｈ，５２Ｊ…ビア導体
５３…第３コイル導体
５３Ａ，５３Ｂ…側面ビア導体
５３Ｃ…外側上導体パターン
５３Ｄ…外側下導体パターン
５３Ｅ…内側下導体パターン
５３Ｆ…内側上導体パターン
５３Ｈ，５３Ｊ…ビア導体
５４…第４コイル導体
５４Ａ，５４Ｂ…側面ビア導体
５４Ｃ…外側上導体パターン
５４Ｄ…外側下導体パターン
５４Ｅ…内側下導体パターン
５４Ｆ…内側上導体パターン
５４Ｇ，５４Ｈ，５４Ｊ…ビア導体
６０…コイル導体
６１…第１コイル導体
６２…第２コイル導体
１００…チップ実装層
１００Ａ…非磁性層
１０１…ＩＣ
１０２，１０３…導体パターン
１０５…チップ素子
１１０…アンテナ装置
１１１…基材
１１２…平面導体
１２０…携帯電話機
１２０Ａ…携帯電話機
１２０Ｂ…筐体
１２１…基材
１２２…グランド導体パターン
１２４…電子部品
１２５…チップ
１２６…バッテリー
１２７…通信アンテナ
１２８…基材
１３０…ブースターアンテナ
１３１…薄板状基材
１３１Ａ，１３１Ｂ…コイル導体
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｌａ，Ｌｂ…インダクタ

Claims (8)

1. 磁性体層を含む基材層が積層されて構成された積層体と、
   巻回軸が前記積層体の積層方向に直交する方向となるよう、前記積層体に形成されたコイル導体と、
   を備え、
   前記コイル導体は、
   外側コイル導体、及び、前記外側コイル導体と巻回方向が同じで、かつ、前記外側コイル導体に直列接続され、前記積層体における前記外側コイル導体の巻回範囲よりも内側に巻回された内側コイル導体、
   を有し、
   前記外側コイル導体の少なくとも一部は、前記磁性体層の最外層に設けられている、
   積層アンテナ。
2. 前記内側コイル導体は、前記基材層の界面に沿って設けられた導体パターン、及び前記内側コイル導体の巻回範囲よりも内側の各前記基材層に設けられたビア導体により形成されている、
   請求項１に記載の積層アンテナ。
3. 前記内側コイル導体の巻回範囲よりも内側に位置している前記基材層は全て磁性体層からなる、請求項１又は２に記載の積層アンテナ。
4. 前記外側コイル導体と前記内側コイル導体との間の基材層は非磁性体層である、請求項１又は２に記載の積層アンテナ。
5. 請求項１から４の何れかに記載の積層アンテナと、
   前記積層アンテナに近接配置され、前記積層アンテナと電磁界結合して電磁界を発生するブースターアンテナとして機能する平面導体と、
   を備えたアンテナ装置。
6. 請求項１から４の何れかに記載の積層アンテナと、
   前記積層アンテナに近接配置され、前記積層アンテナと電磁界結合して電磁界を発生するブースターアンテナとして機能するコイル導体と、
   を備えたアンテナ装置。
7. 請求項１から４の何れかに記載の積層アンテナと、
   前記積層アンテナを内部に備えた筐体と、
   を備えた電子機器。
8. 請求項５または６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、
   を備えた電子機器。

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