JP2016158208A - アンテナ装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナのＱ値の低下を抑制する。
【解決手段】電子機器３０に組み込まれ、外部機器４０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、その開口部１２ｂを介して幅方向に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル１２と、アンテナコイルの外部機器との対向面と反対側に少なくとも該アンテナコイルの一部と重畳するように開口部を貫通して設けられる磁性シート２０と、を備え、アンテナコイルは、その長手方向に開口部を縦断する中心線を介して導線が一方向に周回する一方側部１２ａ１と導線が他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分され、一方側部が対向面と反対側の面で磁性シートと重畳し、他方側部が対向面で磁性シートと重畳し、かつ、他方側部と重畳する磁性シートの端部がアンテナコイルの他方側部の端部よりも開口部側にずれるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器等の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。

携帯電話機等の電子機器において、近距離非接触通信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、このアンテナモジュールは、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モジュールでは、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、電子機器に内蔵するＲＦＩＤアンテナモジュールにおいて、基板等の金属板を利用して通信特性を高める方法や、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（例えば、特許文献１乃至４参照）。

特開２０１０−２４５７７６号公報 特開２０１０−２５２４０２号公報 特開２０１１−２２９１３３号公報 特開２０１２−２１７１３３号公報

しかしながら、ＮＦＣアンテナと金属板が近接した場合、アンテナで発生する磁場によって金属板に誘導される渦電流でアンテナのコイル抵抗が上昇して、アンテナを構成する同調回路が受信する電磁波の周波数における共振のピークの鋭さを示すＱ値（Quality factor）が低下する問題があった。磁界が効率よく引き込まれるアンテナコイルの通信感度に係る特性となるＱ値が下がると、アンテナの通信性能が低下してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アンテナのＱ値の低下を抑制す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、その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、磁性体から形成され、前記アンテナコイルの前記外部機器との対向面と反対側に少なくとも該アンテナコイルの一部と重畳するように前記開口部を貫通して設けられる磁性シートと、を備え、前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部が前記対向面と反対側の面で前記磁性シートと重畳し、前記他方側部が前記対向面で前記磁性シートと重畳し、かつ、前記他方側部と重畳する前記磁性シートの端部が前記アンテナコイルの前記他方側部の端部よりも前記開口部側にずれるように構成される。

本発明の一態様によれば、磁性シートの端部をアンテナコイルの端部からずらすことによって、金属板による磁気シールド効果を利用したアンテナの抵抗を低減させるので、Ｑ値の低減を抑制できる。

このとき、本発明の一態様では、前記アンテナコイルを前記磁性シートより幅方向に大きい構成、又は前記磁性シートを前記アンテナコイルより幅方向に小さい構成にすることによって、前記磁性シートの前記端部を前記アンテナコイルの前記他方側部の前記端部よりも前記開口部側にずらすこととしてもよい。

このようにすれば、磁性シートの端部をアンテナコイルの端部からずらせるので、金属板による磁気シールド効果を利用したアンテナの抵抗を低減させて、Ｑ値の低減を抑制できるようになる。

また、本発明の一態様では、前記磁性シートの前記端部を前記アンテナコイルの前記他方側部の前記端部よりも該他方側部の幅方向の大きさの半分の距離だけ前記開口部側にずらすこととしてもよい。

このようにすれば、特に高いＱ値を確保することができるので、アンテナの通信性能を良好にできる。

また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、前記一方側部に周回する前記導線のピッチが前記他方側部に周回する前記導線のピッチと異なる大きさとなっていることとしてもよい。

このようにすれば、一方側部と他方側部のインダクタンスの大きさに差をつけられるので、アンテナコイルの一方側部と他方側部の誘起電圧が互いに打ち消し合うことによる通信性能の劣化を低減できる。

また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、前記導線を略短冊形状に巻回して設けら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、特に、アンテナコイルを細長く略短冊形状に導線を巻回した構成とした場合でも、金属板による磁気シールド効果を利用して、アンテナコイルの一方側部と他方側部の誘起電圧が互いに打ち消し合うことによる通信性能の劣化を低減して、良好な通信特性が得られる。

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、アンテナのＱ値の低減を抑制することによって、外部機器に対する電子機器の良好なアンテナ通信特性を確保することができる。

以上説明したように本発明によれば、磁性シートの端部をアンテナコイルの端部からずらすことによって、金属板による磁気シールド効果を利用した小型ＮＦＣアンテナの抵抗を低減させて、Ｑ値の低減を抑制するので、アンテナの良好な通信性能を確保できる。

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配置を説明するための断面図である。 （Ａ）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、（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断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の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、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の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、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の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、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の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、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）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従来のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該比較例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。 （Ａ）は、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り、（Ｂ）は、当該実施例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の実施例の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該他の実施例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。 （Ａ）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試験を説明するための斜視図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価試験を説明するための断面図である。 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試験における評価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配置を説明するための断面図である。

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４０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ４０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４０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４１と、アンテナ４１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４２とを備える。

すなわち、リーダライタ４０は、アンテナ４１と電気的に接続された制御基板４２が配設されている。この制御基板４２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４３が実装されている。この制御回路４３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４３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４１を駆動する。また、制御回路４３は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ４１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４３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、例えば、リーダライタ４０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３２の内部に組み込まれる。本実施形態では、アンテナ装置は、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信可能となるアンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１（図２（Ａ）参照）を有するアンテナモジュール２と、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４０との間で通信を行う通信処理部１３と、金属板３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４０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、アンテナ基板１１と、通信処理部１３と、接続部１４とを備える。

アンテナ基板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１２ａがパターンニング処理などを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。

アンテナコイル１２は、リーダライタ４０から発信される磁界を受けると、リーダライタ４０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に供給する機能を有する。アンテナコイル１２は、図２（Ａ）に示すように略短冊形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２の１本の導線１２ａが周回されており、その中心側が開口部１２ｂとなっている。すなわち、アンテナコイル１２は、その開口部１２ｂを介して幅方向（図２（Ａ）に示すＸ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられる。また、アンテナコイル１２は、導線１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０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。

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４０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４０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４０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４０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４０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。

バッテリパック等の金属板３は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ４０と対向した金属板３の端部３ａの磁界が強いという特性を有する。このため、本実施形態では、アンテナモジュール２のアンテナコイル１２を携帯電話機３０の筐体３２内部に設けられたバッテリパック等の金属板３の外縁側に設けている。このように、アンテナコイル１２を金属板３の外縁側に設けることによって、携帯電話機等の電子機器３０に組み込んだ際に当該電子機器３０の小型化を図りつつ、リーダライタ４０との間で良好な通信特性が実現される。

本実施形態では、アンテナコイル１２は、例えば、図２（Ａ）に示すような三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面上であって、携帯電話機３０の筐体３２内部に設けられたバッテリパック等の金属板３と、筐体３２の内周壁３２ａとの間に配置される。なお、アンテナコイル１２は、上記のように金属板３と筐体３２の内周壁３２ａとの間だけでなく、例えば、集積回路基板などの筐体内部に配置された導電体と筐体の内周壁との隙間に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、アンテナ基板１１上に形成されるアンテナコイル１２の外部機器４０との対向面と反対側の面に、少なくとも当該アンテナコイルの一部と重畳するように、磁性シート２０がアンテナコイル１２の開口部１２ｂを貫通して設けられる。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４０から送られる磁束をアンテナコイル１２の中心側に向けて誘導する機能を有する。

さらに、本実施形態では、アンテナコイル１２は、その長手方向に開口部１２ｂを縦断する中心線Ｌ１を介して導線１２ａが一方向に周回する一方側部１２ａ１と導線１２ａが他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分されている。そして、図２（Ｂ）に示すように、一方側部１２ａ１が外部機器４０との対向面と反対側の面で磁性シート２０と重畳し、他方側部１２ａ２が当該対向面で磁性シート２０と重畳し、かつ、他方側部１２ａ２と重畳する磁性シート２０の端部２０ｃがアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２の端部１２ｃよりも開口部１２ｂ側にずれるように構成されることを特徴とする。なお、アンテナコイル１２の構成の詳細な説明については、後述する。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成について、図面を使用しながら説明する。図３（Ａ）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３（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断面図である。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）では、図２（Ｂ）に示すアンテナ基板１１を省略して図示しているものとする。

本実施形態に係るアンテナ装置１は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アンテナコイル１２が導線１２ａを略短冊形状に巻回して設けられる構成となっている。すなわち、アンテナコイル１２は、その開口部１２ｂを介して幅方向（図３（Ａ）に示すＸ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられ、長手方向（図３（Ａ）に示すＹ方向）に展開するように長尺化した形状となっている。また、アンテナコイル１２は、その長手方向に開口部１２ｂを縦断する直線である中心線Ｌ１を介して導線１２ａが一方向（図３（Ａ）、（Ｂ）に示すＹ軸正方向）に周回する一方側部１２ａ１と、導線１２が他方向（図３（Ａ）、（Ｂ）に示すＹ軸負方向）に周回する他方側部１２ａ２に二分される。

アンテナコイル１２のリーダライタ４０（図１参照）との対向面と反対側には、少なくともフェライト等の磁性体からなる磁性シート２０がアンテナコイル１２の一部と重畳するように、アンテナコイル１２の開口部１２ｂを貫通して設けられる。本実施形態では、アンテナコイル１２を細長く略短冊形状に導線１２ａを巻回した構成とした場合でも、金属板３による磁気シールド効果を利用して、アンテナコイル１２の一方側部１２ａ１と他方側部１２ａ２の誘起電圧が互いに打ち消し合うことによる通信性能の劣化を低減させるために、磁性シート２０をアンテナコイル１２の開口部１２ｂを貫通して設けることによって、良好なアンテナの通信特性を確保している。

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、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の端部１２ｃからずらすことによって、金属板３による磁気シールド効果を利用したアンテナの抵抗を低減させるので、Ｑ値の低減を抑制できることを見出した。なお、Ｑ値は、アンテナコイル１２を流れる電流の角周波数をω（ω＝２πｆ：ｆ＝アンテナコイルを流れる電流の周波数）、アンテナコイルのインダクタンスをＬ、アンテナコイル１２の損失を含む抵抗をＲとすると、ωＬ／Ｒで表される。

本実施形態では、アンテナ装置１は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、アンテナコイル１２の一方側部１２ａ１がリーダライタ４０との対向面と反対側の面で磁性シート２０と重畳し、他方側部１２ａ２が当該対向面で磁性シート２０と重畳した構成となっている。そして、本実施形態のアンテナ装置１は、他方側部１２ａ２と重畳する磁性シート２０の端部２０ｃがアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２の端部１２ｃよりも開口部１２ｂ側にずれるように構成されていることを特徴とする。

具体的には、アンテナコイル１２を磁性シート２０より幅方向に大きい構成、又は磁性シート２０をアンテナコイル１２より幅方向に小さい構成にすることによって、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２の端部１２ｃよりも開口部１２ｂ側にずらした構成となっている。なお、ここで言及する「幅方向」とは、アンテナコイル１２の長手方向（図３（Ａ）におけるＹ軸方向）に対する幅方向（図３（Ａ）におけるＸ軸方向）を示す。

このように、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の端部１２ｃからずらすことによって、金属板３による磁気シールド効果を利用したアンテナの抵抗を低減させられるので、アンテナのＱ値の低減を抑制できる。このため、良好なアンテナの通信性能を維持することができる。

特に、本実施形態のアンテナ装置１は、金属板３の端部３ａに長手方向に細長いアンテナコイル１２を置くことによって、アンテナの通信性能を良好にする磁気シールド効果を利用している。このように、アンテナコイル１２を金属板３の近くに置くと、アンテナのＱ値が低下する問題があったが、本実施形態では、アンテナのＱ値の低減を抑制するために、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の端部１２ｃの内側にずらす構成としている。

すなわち、電子機器３０に内蔵し、基板等の金属板３の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して特性を上げるアンテナモジュール２において、金属板３と対向する面への磁束の広がりを低減させるために、金属板３と対向する部分の磁性シート２０の面積をアンテナコイル１２の面積より小さくしている。特に、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２の端部１２ｃよりも当該他方側部１２ａ２の幅方向の大きさの半分の距離だけ開口部１２ｂ側にずらすことによって、高いＱ値を確保することができるので、アンテナの通信性能が良好になる。ここで言及する「他方側部１２ａ２の幅方向の大きさの半分の距離」とは、他方側部１２ａ２の幅方向（図３（Ｂ）に示すＸ軸方向）の大きさの５０％前後から６０％程度の略半分の大きさの距離を含むものとする。

なお、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナコイル１２の導線１２ａのピッチが一方側部１２ａ１と他方側部１２ａ２でそれぞれ等間隔であるため、一方側部１２ａ１と他方側部１２ａ２の面積が略同一の大きさとなっている。しなしながら、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１は、磁性シート２０の端部２０ｃをアンテナコイル１２の端部１２ｃの内側にずらす構成となっていれば、かかる場合に限定されない。

例えば、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開口部１１２ｂに磁性シート１２０を貫通させたアンテナコイル１１２の導線１１２ａのピッチが一方側部１１２ａ１より他方側部１１２ａ２の方を小さくして、かつ磁性シート１２０の他方側部１１２ａ２と重畳する部分の面積も小さくしてもよい。このように、一方側部１１２ａ１と他方側部１１２ａ２の導線１１２ａのピッチ間隔を変えて、他方側部１１２ａ２の方が一方側部１１２ａ１よりも面積を小さくした場合でも、磁性シート１２０の端部１２０ｃをアンテナコイル１１２の端部１１２ｃの内側にずらす構成となっていれば、アンテナのＱ値の低減を抑制できる。

また、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開口部２１２ｂに磁性シート２２０を貫通させたアンテナコイル２１２の導線２１２ａのピッチが一方側部２１２ａ１より他方側部２１２ａ２の方が大きくしてもよい。このように、一方側部２１２ａ１と他方側部２１２ａ２の導線２１２ａのピッチ間隔を変えて、他方側部２１２ａ２の方が一方側部２１２ａ１よりも面積を大きくした場合でも、磁性シート２２０の端部２２０ｃをアンテナコイル２１２の端部２１２ｃの内側にずらす構成となっていれば、アンテナのＱ値の低減を抑制できる。

さらに、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開口部３１２ｂに磁性シート３２０を貫通させたアンテナコイル３１２の導線３１２ａのピッチが一方側部３１２ａ１より他方側部３１２ａ２の方が大きくして、かつ磁性シート３２０の一方側部３１２ａ１と他方側部３１２ａ２と重畳する部分の面積をそれぞれ同じにしてもよい。このように、一方側部３１２ａ１と他方側部３１２ａ２の導線３１２ａのピッチ間隔を変えて、他方側部３１２ａ２の方を一方側部３１２ａ１よりも面積を大きくした場合でも、磁性シート３２０の端部３２０ｃをアンテナコイル３１２の端部３１２ｃの内側にずらす構成となっていれば、アンテナのＱ値の低減を抑制できる。

また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開口部４１２ｂに磁性シート４２０を貫通させたアンテナコイル４１２の導線４１２ａのピッチが一方側部４１２ａ１より他方側部４１２ａ２の方が大きくして、かつ磁性シート４２０と重畳する部分の面積を一方側部４１２ａ１よりも他方側部４１２ａ２の方を大きくしてもよい。このように、一方側部４１２ａ１と他方側部４１２ａ２の導線４１２ａのピッチ間隔を変えて、他方側部４１２ａ２の方を一方側部４１２ａ１よりも面積を大きくして、かつ、磁性シート４２０と重畳する部分の面積を一方側部４１２ａ１よりも他方側部４１２ａ２の方を大きくした場合でも、磁性シート４２０の端部４２０ｃをアンテナコイル４１２の端部４１２ｃの内側にずらす構成となっていれば、アンテナのＱ値の低減を抑制できる。

これらの本発明の他の実施形態のように、アンテナコイルの一方側部と他方側部の導線のピッチを異なる大きさとして、一方側部と他方側部のインダクタンスの大きさに差をつけられるようにすることによって、アンテナコイルの一方側部と他方側部の誘起電圧が互いに打ち消し合うことによる通信性能の劣化を低減できる。また、その際に、磁性シートの端部をアンテナコイルの端部からずらすことによって、金属板による磁気シールド効果を利用したアンテナの抵抗を低減させるので、Ｑ値の低減を抑制できる。

すなわち、アンテナコイルの中央側の開口部に磁性シートを挿入するＮＦＣアンテナにおいて、アンテナコイルの面積に対して磁性シートの面積を狭めることによって、金属板と対向する面への磁束の広がりを低減させられる。このため、金属板による磁気シールド効果を利用した小型ＮＦＣアンテナの抵抗を低減させることによって、Ｑ値の低減を抑制できるので、良好なアンテナの通信性能を確保できる。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の検討評価の実施例について、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。

まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の磁性シートの大きさの変化に基づく、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８（Ａ）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従来のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は、当該比較例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。また、図９（Ａ）は、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り、図９（Ｂ）は、当該実施例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。さらに、図１０（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の実施例の概略構成を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）は、当該他の実施例におけるアンテナ装置の磁界強度を示す断面図である。

本実施例及び比較例では、ＮＦＣアンテナとして、４０ｍｍ×１２ｍｍで導線５１２ａが４ターンのアンテナコイル５１２の開口部５１２ｂに磁性シート５２０を挿入して、磁性シート５２０（５２１、５２２）の端部５２０ｃをアンテナコイル５１２の端部５１２ｃからずらすことによって、磁性シート５２０の幅（図８に示すＸ軸方向）を変えた場合の磁界強度分布を観察した。具体的には、アンテナコイル５１２と磁性シート５２０の幅がほぼ同等の場合、磁性シートの幅が少し狭い場合（コイル幅１２ｍｍ、磁性シート幅１０ｍｍ）、及び磁性シートの幅をさらに狭めた場合（コイル幅１２ｍｍ、磁性シート幅８ｍｍ）におけるＮＦＣアンテナ（４０ｍｍ×１２ｍｍ、４ターン）の端子に０．０５Ｗの電力を給電した場合における磁界強度の分布を観察した。

アンテナコイル５１２と磁性シート５２０の幅がほぼ同等の場合では、図８（Ｂ）に示すように、アンテナ上面と下面にほぼ同等の磁界の広がりが見える。このため、磁界が拡がったものの下に金属板を持ってきた場合には、その金属板を磁気シールドする効果が金属板に働くので、流れた電流がジュール熱を発して、その分、損失してしまい、アンテナコイルの抵抗が高まる。

これに対して、磁性シート５２１の端部５２１ｃをアンテナコイル５１２の端部５１２ｃからずらして磁性シート５２１の幅を少し狭めた場合では、図９（Ｂ）に示すように、アンテナ下面の磁界の広がりが減少して、アンテナコイル５１２の上側に磁界が集中するようになる。さらに、磁性シート５２２の端部５２２ｃをアンテナコイル５１２の端部５１２ｃからずらして磁性シート５２２の幅を更に狭めた場合では、図１０（Ｂ）に示すように、アンテナ下面の磁界の広がりが更に減少して、よりアンテナコイル５１２の上側に磁界が集中するようになる。

かかる検討結果から、アンテナコイル５１２の端部５１２ｃと磁性シート５２０（５２１、５２２）の端部５２０ｃ（５２１ｃ、５２２ｃ）で磁界の広がりが強まることが分かる。このため、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１では、その磁界の広がりを分散させるために、アンテナコイル１２（図２（Ｂ）参照）の端部１２ｃと磁性シート２０の端部２０ｃの部分をずらすようにしている。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価試験について、図面を使用しながら説明する。図１１（Ａ）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試験を説明するための斜視図であり、図１１（Ｂ）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試験を説明するための断面図である。また、図１２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試験における評価結果を示すグラフである。

この評価試験では、磁性シート６２０によるアンテナＱ値の改善について検討した。具体的には、金属板６０３の外縁側に重畳されたアンテナコイル６１２の開口部６１２ｂに貫通させた磁性シート６２０を端部６２０ｃからカットして、Ｑ値の改善効果を評価した。具体的には、アンテナコイル６１２の大きさを４０ｍｍ×１２ｍｍ、第１の金属板となるアルミ板６０３の大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．３ｍｍとした場合に、図１１（Ｂ）に示すように、磁性シート６２０を端部６２０ｃからカットして、アンテナコイル６２０の端部６２０ｃまでの距離を変更した場合におけるアンテナのＱ値の変化を確認した。

前述した評価試験における評価結果を図１２に示す。図１２に示すように、磁性シート６２０をカットしない場合、すなわち、アンテナコイル６１２と磁性シート６２０の幅がほぼ同等の場合と比べると、磁性シート６２０を端部６２０ｃからカットすると、アンテナのＱ値が上昇することが分かる。しかしながら、磁性シート６２０の端部６２０ｃからのカット幅が３ｍｍより大きくなると、Ｑ値が低下し始めることが分かる。このことから、磁性シート６２０の端部６２０ｃをアンテナコイル６１２の他方側部の端部６１２ｃよりも当該他方側部の幅方向の大きさの半分の距離だけ開口部６１２ｂ側にずらした場合に、最も高いＱ値を確保することができるので、アンテナの通信特性を良好に出来ることが分かる。

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、アンテナ装置及び電子機器の構成、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）端部、１１ アンテナ基板、１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ アンテナコイル、１２ａ、１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ、４１２ａ、５１２ａ、６１２ａ 導線、１２ａ１、１１２ａ１、２１２ａ１、３１２ａ１、４１２ａ１、５１２ａ１、６１２ａ１ 一方側部、１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２、３１２ａ２、４１２ａ２、５１２ａ２、６１２ａ２ 他方側部、１２ｂ、１１２ｂ、２１２ｂ、３１２ｂ、４１２ｂ、５１２ｂ、６１２ｂ 開口部、１２ｃ、１１２ｃ、２１２ｃ、３１２ｃ、４１２ｃ、５１２ｃ、６１２ｃ （アンテナコイルの）端部、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、５２１、５２２、６２０ 磁性シート、２０ｃ、１２０ｃ、２２０ｃ、３２０ｃ、４２０ｃ、５２０ｃ、５２１ｃ、５２２ｃ、６２０ｃ （磁性シートの）端部、３０ 電子機器、３２ 筐体、３２ａ （筐体の）側壁部、４０ リーダライタ（外部機器）、４１ アンテナ、４２ 制御基板、４３ 制御回路、Ｌ１ 中心線

Claims (6)

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、
   その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
   磁性体から形成され、前記アンテナコイルの前記外部機器との対向面と反対側に少なくとも該アンテナコイルの一部と重畳するように前記開口部を貫通して設けられる磁性シートと、を備え、
   前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部が前記対向面と反対側の面で前記磁性シートと重畳し、前記他方側部が前記対向面で前記磁性シートと重畳し、かつ、前記他方側部と重畳する前記磁性シートの端部が前記アンテナコイルの前記他方側部の端部よりも前記開口部側にずれるように構成されるアンテナ装置。
2. 前記アンテナコイルを前記磁性シートより幅方向に大きい構成、又は前記磁性シートを前記アンテナコイルより幅方向に小さい構成にすることによって、前記磁性シートの前記端部を前記アンテナコイルの前記他方側部の前記端部よりも前記開口部側にずらす請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記磁性シートの前記端部を前記アンテナコイルの前記他方側部の前記端部よりも該他方側部の幅方向の大きさの半分の距離だけ前記開口部側にずらす請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナコイルは、前記一方側部に周回する前記導線のピッチが前記他方側部に周回する前記導線のピッチと異なる大きさとなっている請求項１乃至３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナコイルは、前記導線を略短冊形状に巻回して設けられる構成となっている請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５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。