JP2016167706A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ機能）とモバイル機器とカード・タグ（媒体）間の通信（ＲＷ機能）とを、異なる通信方向において両立することのできるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置は、コイル巻回体を備えている。コイル巻回体は、コイルと平面状の磁性体を備えている。コイルは、磁性体の所定方向を軸として磁性体に対して巻回されている。アンテナ装置は、所定方向と直交する直交方向に位置する第１相手側アンテナ装置と通信可能である。アンテナ装置は、所定方向に位置する第２相手側アンテナ装置と通信可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として、モバイル機器に搭載されるアンテナ装置に関する。

モバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ機能）と、モバイル機器とカード・タグ（媒体）間の通信（ＲＷ機能）との二つの機能を、それぞれ異なる通信方向において、両立させるアンテナ装置を実現したいという要望がある。

携帯電話、スマートフォンなどのモバイル通信機器や、カード・タグには、外部との近距離無線通信のためにＮＦＣアンテナが組み込まれている。このＮＦＣアンテナは、磁性シートにコイルパターンが印刷されたＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などを貼りあわせた平面アンテナが主流となっている。このような平面アンテナを搭載したモバイル通信機器同士で通信を行う場合、受信側のモバイル機器の平面アンテナの開口面に対して送信側のモバイル機器の平面アンテナから発生する磁束が通過するように、受信側のモバイル機器の平面アンテナを向ける必要がある。

このため、平面アンテナを搭載したモバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ機能）や、平面アンテナを搭載したモバイル機器と平面アンテナを搭載したカード・タグ間の通信（ＲＷ機能）においては、モバイル機器の平面アンテナ同士が向き合う１軸方向でしか通信をすることができなかった。

例えば、特許文献１には、相手側平面アンテナに対して０°〜９０°の範囲で傾いていても読み取り可能なアンテナが開示されている。しかし、特許文献１に開示されているアンテナは、幅広い角度で良好な指向性を有するものの、モバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ機能）とモバイル機器とカード・タグ（媒体）間の通信（ＲＷ機能）を異なる通信方向において両立するものではない。

特開２０１２−６０６２６号公報

本発明は、モバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ機能）とモバイル機器とカード・タグ（媒体）間の通信（ＲＷ機能）とを、異なる通信方向において両立することのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１のアンテナ装置として、
コイル巻回体を備えるアンテナ装置であって、
前記コイル巻回体は、磁性体と、コイルとを備えており、
前記コイルは、前記磁性体の所定方向を軸として前記磁性体に対して巻回されており、
前記アンテナ装置は、前記所定方向と直交する直交方向に位置する第１相手側アンテナ装置と通信可能であり、
前記アンテナ装置は、前記所定方向に位置する第２相手側アンテナ装置と通信可能である
アンテナ装置を提供する。

また、本発明は、第２のアンテナ装置として、第１のアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、絶縁体からなる支持部材と、金属板とを更に備えており、
前記支持部材は、前記コイル巻回体を支持しており、
前記支持部材は、前記金属板に固定されており、
前記所定方向と直交する直交方向において、前記支持部材は前記コイル巻回体と前記金属板との間に介在している
アンテナ装置を提供する。

また、本発明は、第３のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置は、複数の前記コイル巻回体を備えており、
前記支持部材は、前記複数の前記コイル巻回体を支持している
アンテナ装置を提供する。

また、本発明は、第１の第１アンテナシステムとして、
第１乃至第３のいずれかのアンテナ装置と、前記第１相手側アンテナ装置とを備えた第１アンテナシステムであって、
前記第１相手側アンテナ装置は、前記アンテナ装置に対して、前記直交方向に位置するよう配置されている
第１アンテナシステムを提供する。

また、本発明は、第１の第２アンテナシステムとして、
第１乃至第３のいずれかのアンテナ装置と、前記第２相手側アンテナ装置とを備えた第２アンテナシステムであって、
前記第２相手側アンテナ装置は、前記アンテナ装置に対して、前記所定方向に位置するよう配置されている
第２アンテナシステムを提供する。

また、本発明は、第２の第１アンテナシステムとして、
第１の第１アンテナシステムであって、
前記第１アンテナシステムは、前記アンテナ装置を２つ備えており、
前記アンテナ装置は、前記直交方向において互いに対向するように配置されており、
前記アンテナ装置のうちの一つは、前記第１相手側アンテナ装置として機能する
第１アンテナシステムを提供する。

また、本発明は、第２の第２アンテナシステムとして、
第１の第２アンテナシステムであって、
前記第２相手側アンテナ装置は、平面コイルアンテナであり、
前記第２相手側アンテナ装置は、ＦＰＣを備えており、
前記ＦＰＣには、コイルパターンが形成されている
第２アンテナシステムを提供する。

本発明のアンテナ装置は、磁性体にコイルを巻回したコイル巻回体を備えている。これにより、アンテナ装置を搭載したモバイル機器同士の通信（Ｐ２Ｐ）の場合には、搭載されたアンテナ装置同士を巻回軸と直交する直交方向に対向するように配置することにより、通信が可能となる。また、アンテナ装置を搭載したモバイル機器と相手側アンテナ装置を搭載したカード・タグ間での通信（ＲＷ機能）の場合には、搭載されたアンテナ装置の巻回軸方向にカード・タグの相手側アンテナ装置を配置することにより、通信が可能となる。従って、本発明により、Ｐ２Ｐ機能とＲＷ機能の夫々の機能に応じて異なる通信方向が必要となるアプリケーションに対して有効なアンテナが実現される。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置から発生する磁束を示す正面図である。 図１のアンテナ装置を２つ備える第１アンテナシステムを示す図である。図３（Ａ）は、２つの図１のアンテナ装置の位置関係を示す斜視図である。図３（Ｂ）は、２つの図１のアンテナ装置間での通信状態を示す正面図である。 図１のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置を備える第２アンテナシステムを示す図である。図４（Ａ）は、図１のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置の位置関係を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、図１のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置の間での通信状態を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置を示す斜視図である。 図５のアンテナ装置から発生する磁束を示す正面図である。 図５のアンテナ装置を２つ備える第１アンテナシステムを示す図である。図７（Ａ）は、２つの図５のアンテナ装置の位置関係を示す斜視図である。図７（Ｂ）は、２つの図５のアンテナ装置の間での通信状態を示す正面図である。 図５のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置を備える第２アンテナシステムにおけるアンテナ装置間の通信を示す図である。図８（Ａ）は、図５のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置の位置関係を示す斜視図である。図８（Ｂ）は、図５のアンテナ装置と第２相手側アンテナ装置の間での通信状態を示す正面図である。 図９（Ａ）一般的な平面アンテナを示す斜視図である。図９（Ｂ）は、２つの図９（Ａ）の一般的な平面アンテナをＸ軸方向に配置した状態を示した斜視図である。図９（Ｃ）は、一般的な平面アンテナに対して、第２相手側アンテナ装置をＺ軸方向に配置した状態を示した斜視図である。

（第１の実施の形態）
図１に示されるように、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１００は、コイル巻回体１０１と、絶縁体からなる支持部材１１０と、筐体の表面である金属板１１１を備えている。コイル巻回体１０１は、コイル１０２と平面状の磁性体１０３を備えている。ここで、磁性体１０３はフェライト焼結体であり、比透磁率が１４０相当、寸法はＬａ＝４０ｍｍ、Ｗａ＝１０ｍｍ、Ｔａ＝０．２ｍｍである。コイル１０１は、ＵＥＷ線（φ０．１４ｍｍ）である。磁性体１０３の比透磁率は、好ましくは４０〜１６０である。コイル巻回体１０１は、磁性体１０３の所定方向（Ｚ方向）を軸として、コイル間隔０．５ｍｍで９ターン巻回されている。コイル１０１の巻回方向は、＋Ｚ側から見た場合、反時計回りとなっている。コイル巻回体１０１は、厚さ１ｍｍの絶縁体からなる支持部材１１０に対して平行に張り付けられることにより、支持部材１１０に支持されている。支持部材１１０は、筐体の表面である金属板１１１に張り付けられている。即ち、支持部材１０１は、コイル巻回体１０１と金属板１１１の間に挟まれている。ここで磁性体１０３の軸方向（Ｚ方向）は、金属板１１１と平行となっている。

図２は、図１のアンテナ装置１００から発生する磁束１０４を表した図である。ここで図２には、アンテナ装置１００のうち、支持部材１１０と金属板１１１は省略されており、コイル巻回体１０１のみが記載されている。アンテナ装置１００からは、アンテナ装置１００の開口面１０５から磁束１０４がＺ軸方向に強い指向性を持って発生し、開口面１０６に収束する。

図３は、図１のアンテナ装置を２つ備える第１アンテナシステム２００を示す図である。ここで、アンテナ装置１００のうち、支持部材１１０と金属板１１１は省略されており、コイル巻回体１０１のみが記載されている。図３（Ａ）に示されるように、第１アンテナシステム２００は、第１の実施の形態によるアンテナ装置１００を２つ備えている。２つのアンテナ装置１００は、所定方向（Ｚ方向）と直交する直交方向（Ｘ方向）に互いに位置している。即ち、アンテナ装置１００は、直交方向（Ｘ方向）において互いに対向するように配置されている。図３（Ｂ）示されるように、−Ｘ側に位置するアンテナ装置１００から生じる磁束１０４は、第１相手側アンテナ装置として機能する＋Ｘ側に位置するアンテナ装置１００の開口面１０５，１０６を貫くため、アンテナ装置１００間での通信が可能となる。なお、本実施の形態においては、第１相手側アンテナ装置はアンテナ装置１００であったが、本発明はこれに限定されない。第１相手側アンテナ装置は、コイルにより電磁誘導通信するアンテナ等の一般的なアンテナ装置であっても良い。

図４は、図１のアンテナ装置１００と第２相手側アンテナ装置３００を備える第２アンテナシステム４００を示す図である。ここで、アンテナ装置１００のうち、支持部材１１０と金属板１１１は省略されており、コイル巻回体１０１のみが記載されている。また、第２相手側アンテナ装置３００は、平面コイルアンテナであって、磁気シートとＦＰＣとを備えており、ＦＰＣには、コイルパターン３０１が形成されており、ＦＰＣは、磁気シートに貼り合わせられている。図４（Ａ）に示されるように、第２アンテナシステム４００は、第１の実施の形態によるアンテナ装置１００と第２相手側アンテナ装置３００とを備えている。第２相手側アンテナ装置３００は、アンテナ装置１００に対して、所定方向（Ｚ方向）に位置している。図４（Ｂ）に示されるように、アンテナ装置１００の開口面１０５から生じる磁束１０４は、Ｚ軸方向に強い指向性を持つため、第２相手側アンテナ装置３００の開口面３０２を磁束１０４が貫くことになる。これにより、アンテナ装置１００と第２相手側アンテナ装置３００との通信が可能となる。なお、本発明はこれに限定されない。第２相手側アンテナ装置は、コイルにより電磁誘導通信するアンテナ等の一般的なアンテナ装置であっても良い。

なお、本実施形態において、アンテナ装置１００が信号を送受信する電磁波の周波数は、１３．５６ＭＨｚＨＦ帯である。

（第２の実施の形態）
図５に示されるように、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置８００は、１０個のコイル巻回体８０２と、支持部材８１０と、筐体の表面である金属板８１１とを備えている。また、各コイル巻回体８０２は直列に接続され、１つのコイル巻回集合体８０１を形成している。各コイル巻回体８０２は、コイル８０３と平面状の磁性体８０４とを備えている。各コイル巻回体８０２には、ＵＥＷ線（φ０．１４ｍｍ）のコイル８０３が、磁性体８０４の所定方向（Ｚ方向）を軸として、コイル間隔０．５ｍｍで５ターン巻回されている。コイル８０３の巻回方向は、＋Ｚ側から見た場合、反時計回りとなっている。磁性体８０４はフェライト焼結体であり、比透磁率が１４０相当、寸法はＬｓ＝３ｍｍ、Ｗａ＝１０ｍｍ、Ｔａ＝０．２ｍｍである。磁性体８０４の比透磁率は、好ましくは４０〜１６０である。コイル巻回集合体８０１のサイズは、Ｌａ＝４０ｍｍとなっており、第１の実施の形態のアンテナ装置１００のコイル巻回体１０１と同じサイズである。支持部材８１０は、厚さ１ｍｍの絶縁体からなる。また各コイル巻回体８０２は、磁性体８０４の短辺方向（Ｌｓ方向：Ｙ方向）に１ｍｍ間隔で整列され、支持部材８１０に対して平行に張り付けられることにより、支持部材８１０に支持されている。また、支持部材８１０は、筐体の表面である金属板８１１に張り付けられている。即ち、支持部材８１０は、各コイル巻回体８０２と金属板８１１の間に挟まれている。ここで磁性体８０４の軸方向（Ｚ方向）は、金属板８１１と平行となっている。なお、本実施の形態では、各コイル巻回体８０２は直列に接続されているが、並列に接続されていてもよい。

本実施形態におけるアンテナ装置８００は、第１の実施の形態のアンテナ装置１００と比較して、コイル８０３を巻回している磁性体８０４の短手方向（Ｌｓ方向：Ｙ方向）の距離が短いため、磁性体８０４の内部の反磁界が小さくなる。その結果、コイル巻回体８０２を直列に１０個接続したコイル巻回集合体８０１は、第１の実施の形態のアンテナ装置１００と比較して、同サイズでありながら、発生磁界はより大きくなる。

図６は、第２の実施の形態のアンテナ装置８００から発生する磁束８０７を表した図である。ここで、アンテナ装置８００のうち、支持部材８１０と金属板８１１は省略されており、コイル巻回集合体８０１のみが記載されている。アンテナ装置８００からは、コイル巻回集合体８０１の開口面８０５から磁束８０７がＺ軸方向に強い指向性を持って発生し、開口面８０６に収束する。

図７は、図６のアンテナ装置８００を２つ備える第１アンテナシステム９００を示す図である。ここで、アンテナ装置９００のうち、支持部材８１０と金属板８１１は省略されており、コイル巻回集合体８０１のみが記載されている。図７（Ａ）に示されるように第１アンテナシステム９００は、第２の実施の形態によるアンテナ装置８００を２つ備えている。２つのアンテナ装置８００は、所定方向（Ｚ方向）と直交する直交方向（Ｘ方向）に互いに位置している。即ち、アンテナ装置８００は、直交方向（Ｘ方向）において互いに対向するように配置されている。図７（Ｂ）に示されるように、−Ｘ側に位置するアンテナ装置８００から生じる磁束８０７は、第１相手側アンテナ装置として機能する＋Ｘ側に位置するアンテナ装置８００の開口面８０５，８０６を貫くため、アンテナ装置間での通信が可能となる。なお、本実施の形態においては、第１相手側アンテナ装置はアンテナ装置８００であったが、本発明はこれに限定されない。第１相手側アンテナ装置は、コイルにより電磁誘導通信するアンテナ等の一般的なアンテナ装置であっても良い。

図８は、図５のアンテナ装置８００と第２相手側アンテナ装置３００を備える第２アンテナシステム１０００を示す図である。ここで、アンテナ装置８００のうち、支持部材８１０と金属板８１１は省略されており、コイル巻回集合体８０１のみが記載されている。また、第２相手側アンテナ装置３００は、第１の実施の形態における第２アンテナシステム４００に含まれる相手側コイル装置３００と同じものである。図８（Ａ）に示されるように、第２相手側アンテナ装置３００は、アンテナ装置８００に対して、所定方向（Ｚ方向）に位置している。図８（Ｂ）に示されるように、アンテナ装置８００の開口面８０５から生じる磁束８０７は、Ｚ軸方向に強い指向性を持つため、第２相手側アンテナ装置３００の開口面３０２を磁束８０７が貫くことになる。これにより、アンテナ装置８００と第２相手側アンテナ装置３００との通信が可能となる。なお、本発明はこれに限定されない。第２相手側アンテナ装置は、コイルにより電磁誘導通信するアンテナ等の一般的なアンテナ装置であっても良い。

なお、本実施形態において、アンテナ装置８００が信号を送受信する電磁波の周波数は、第１の実施の形態と同じく、１３．５６ＭＨｚＨＦ帯である。

（通信距離の測定方法）
本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置１００及び第２の実施の形態のアンテナ装置８００における通信方向及び通信距離を確認するため、アンテナ装置１００，８００を用いた第１アンテナシステム２００，９００及び第２アンテナシステム４００，１０００における、各アンテナ装置１００，８００間、又はアンテナ装置１００，８００と第２相手側アンテナ装置３００との間での通信距離の測定を行った。また比較例１及び比較例２として、アンテナ装置１００，９００の代わりに、一般的な平面アンテナ２０００（図９（Ａ）参照）を用いて通信距離の測定を行った。図９（Ａ）に示すように、一般的な平面アンテナ２０００は、コイル２００１と磁性体２００２を備えている。コイル２００１は、磁性体２００２のＹＺ平面上に平面コイルとして形成されている。また、磁性体２００２は、アンテナ装置１００，８００で用いた磁性体１０３，８０４と同じ材質のものである。この平面アンテナ２０００のサイズ（Ｌａ×Ｗａ×Ｔａ）は、第１の実施の形態のアンテナ装置１００のコイル巻回体１０１及び第２の実施の形態のアンテナ装置８００コイル巻回集合体８０１のサイズと同じである。比較例１及び比較例２の具体的な内容としては、第１アンテナシステム２００，９００のように、２つの一般的な平面アンテナ２０００をＸ軸方向においてコイル２００１が対向するように配置し、通信距離の測定を行った（図９（Ｂ）参照）。また、比較例２の具体的な内容としては、第２アンテナシステム４００，１０００のように、一般的な平面アンテナ２０００と第２相手側アンテナ装置３００を用い、第２相手側アンテナ装置３００を、一般的な平面アンテナ２０００に対してＺ軸方向に配置し、通信距離の測定を行った（図９（Ｃ）参照）。通信距離の測定結果を表１に示す。

（通信距離の測定結果）
表１には、アンテナ装置１００，８００を用いた第１アンテナシステム２００，４００の測定結果をＸ軸方向の通信距離として、またアンテナ装置１００，８００を用いた第２アンテナシステム９００，１０００での測定結果をＺ軸方向の通信距離として、夫々表示している。これにより、一般的な平面アンテナ２０００においては、Ｘ軸方向において通信可能となっているものの、Ｚ軸方向においては第２相手側アンテナ装置３００と通信できないことが分かる。一方、第１の実施の形態のアンテナ装置１００及び第２の実施の形態によるアンテナ装置８００については、Ｘ軸方向でのアンテナ装置１００，８００間での通信が確保されており、また、Ｚ軸方向に配置された第２相手側アンテナ装置３００との通信も可能となっていることが分かる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、部材や構成の変更があっても本発明に含まれる。例えば、アンテナ装置の構成は図１及び図５に示したものに限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれるものである。

本発明のアンテナ装置は、例えば、ＮＦＣ（Near field communication）等のＨＦ帯ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムで利用される。

１００ アンテナ装置
１０１ コイル巻回体
１０２ コイル
１０３ 磁性体
１０４ 磁束
１０５ 開口面
１０６ 開口面
１１０ 支持部材
１１１ 金属板
２００ 第１アンテナシステム
３００ 第２相手側アンテナ装置
３０１ コイルパターン
３０２ 開口面
４００ 第２アンテナシステム
８００ アンテナ装置
８０１ コイル巻回集合体
８０２ コイル巻回体
８０３ コイル
８０４ 磁性体
８０５ 開口面
８０６ 開口面
８０７ 磁束
８１０ 支持部材
８１１ 金属板
９００ 第１アンテナシステム
１０００ 第２アンテナシステム
２０００ 平面アンテナ
２００１ コイル
２００２ 磁性体

Claims (7)

1. コイル巻回体を備えるアンテナ装置であって、
   前記コイル巻回体は、磁性体と、コイルとを備えており、
   前記コイルは、前記磁性体の所定方向を軸として前記磁性体に対して巻回されており、
   前記アンテナ装置は、前記所定方向と直交する直交方向に位置する第１相手側アンテナ装置と通信可能であり、
   前記アンテナ装置は、前記所定方向に位置する第２相手側アンテナ装置と通信可能である
   アンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、絶縁体からなる支持部材と、金属板とを更に備えており、
   前記支持部材は、前記コイル巻回体を支持しており、
   前記支持部材は、前記金属板に固定されており、
   前記所定方向と直交する直交方向において、前記支持部材は前記コイル巻回体と前記金属板との間に介在している
   アンテナ装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、複数の前記コイル巻回体を備えており、
   前記支持部材は、前記複数の前記コイル巻回体を支持している
   アンテナ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記第１相手側アンテナ装置とを備えた第１アンテナシステムであって、
   前記第１相手側アンテナ装置は、前記アンテナ装置に対して、前記直交方向に位置するよう配置されている
   第１アンテナシステム。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記第２相手側アンテナ装置とを備えた第２アンテナシステムであって、
   前記第２相手側アンテナ装置は、前記アンテナ装置に対して、前記所定方向に位置するよう配置されている
   第２アンテナシステム。
6. 請求項４記載の第１アンテナシステムであって、
   前記第１アンテナシステムは、前記アンテナ装置を２つ備えており、
   前記アンテナ装置は、前記直交方向において互いに対向するように配置されており、
   前記アンテナ装置のうちの一つは、前記第１相手側アンテナ装置として機能する
   第１アンテナシステム。
7. 請求項５記載の第２アンテナシステムであって、
   前記第２相手側アンテナ装置は、平面コイルアンテナであり、
   前記第２相手側アンテナ装置は、ＦＰＣを備えており、
   前記ＦＰＣには、コイルパターンが形成されている
   第２アンテナシステム。
   

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