JP2017022475A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトする。【解決手段】アンテナ装置１は、ループ状又はスパイラル状の平面コイルアンテナ１０と、平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられた高周波アンテナ２０と、平面コイルアンテナ１０の他の一部と平面視で重なり、且つ高周波アンテナ２０と平面視で重ならない磁性シート３０とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、ＮＦＣ（Near Field Communication：近距離無線通信）に好適なＨＦ帯の平面コイルアンテナとＵＨＦ帯の高周波アンテナとの組み合わせからなる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無線機器には、電話／データ通信機能をはじめ、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、ＧＰＳ、ＮＦＣなど、さまざまな通信機能が実装されている。

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に記載のアンテナ装置は、ＲＦＩＤシステムに好適なＮＦＣ用アンテナであって、ループ状又はスパイラル状のコイル導体と、導体開口部及びこの導体開口部と連接するスリット部とを有する導体層と、導体層から見てコイル導体よりも遠くに配置された磁性シートを備え、コイル開口部が導体開口部と平面視で重なった構造を有するものである。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金属層に電流が流れ、そして金属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、縁端効果により金属層の周囲にも電流が流れる。これにより、金属層からも磁界が生じ、金属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延ばすことができる。

また、特許文献２に記載のアンテナ装置は、コイル導体と平面導体とで構成され、コイル導体の巻回軸が通る導体開口面が平面導体に対向するように配置されており、かつ、平面導体の外周の外側に配置されており、巻回軸方向からの平面視で、コイル導体の一部と平面導体の外周の縁端部とが少なくとも一部重なっている。そのため、所定の通信距離を確保しつつ、占有エリアの小さなアンテナ装置を実現可能である。

特許第４９４１６００号公報 特許第５２３４２１６号公報

上記のように、携帯電子機器の筐体自体が金属シールドを兼ねる場合には、金属シールドと重ならない位置にアンテナを設ける必要があり、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。特に、ＮＦＣ用の平面コイルアンテナとＵＨＦ帯の無線通信に用いられる高周波アンテナの両方を実装する場合には、それぞれについて所望のアンテナ特性を確保しながら効率よくレイアウトすることが非常に困難である。

したがって、本発明の目的は、平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることが可能なアンテナ装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、平面コイルアンテナと、前記平面コイルアンテナの一部と平面視で重なる高周波アンテナと、前記平面コイルアンテナの他の一部と平面視で重なり、且つ前記高周波アンテナと平面視で重ならない磁性シートとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの所望のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。また、平面コイルアンテナと鎖交する磁束の磁路を確保しつつ、磁性シートが高周波アンテナに与える影響を抑えて高周波アンテナの所望のアンテナ特性を確保することができる。

本発明において、前記高周波アンテナは、前記平面コイルアンテナのコイル軸を覆わないことが好ましい。また、前記高周波アンテナが前記平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積は、前記平面コイルアンテナの内径部の全面積の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることがさらに好ましい。この構成によれば、高周波アンテナの影響による平面コイルアンテナの特性の低下を防止することができる。

本発明において、前記平面コイルアンテナは、ループ状又はスパイラル状のコイルパターンからなり、前記高周波アンテナは、前記コイルパターンの一部と前記コイルパターンに囲まれた内径部の一部を覆っていることが好ましい。この構成によれば、平面コイルアンテナの所望のアンテナ特性を確保しつつ、高周波アンテナに広く覆われた筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることができる。

本発明において、前記平面コイルアンテナは、第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向と平行に設けられており、前記平面導体は、前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の一端部から他端部に向かって延びて前記平面コイルアンテナの前記一端部を覆っており、前記平面導体のエッジは、前記第２の方向に延びて前記コイルパターンを横切っており、前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の前記他端部は、前記平面導体に覆われていないことが好ましい。この構成によれば、良好なアンテナ特性を確保しつつ、平面導体に広く覆われた筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることができる。

本発明において、前記平面コイルアンテナ、前記高周波アンテナ及び前記磁性シートは携帯無線機器の筐体に収容されており、前記筐体の少なくとも前記平面コイルアンテナ及び前記高周波アンテナを覆う部分は樹脂からなることが好ましい。この構成によれば、この構成によれば、筐体が平面コイルアンテナや高周波アンテナの特性に影響を及ぼすことがない。したがって、平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの所望のアンテナ特性を確保しつつ、筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。

本発明において、前記平面コイルアンテナ及び前記磁性シートは携帯無線機器の筐体に収容されており、前記高周波アンテナは前記筐体の一部であることが好ましい。この構成によれば、筐体内に高周波アンテナの実装スペースを確保する必要がないので、平面コイルアンテナのレイアウトの自由度を高めることができる。また、高周波アンテナの外側には高周波アンテナから輻射される電磁波に影響を及ぼす部材が何ら存在しないので、高周波アンテナの放射特性を高めることができる。

本発明によれば、平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を含む携帯無線機器の構成を示す略斜視図である。 図２は、図１に示したアンテナ装置１の構成を透過的に示す平面図であって、（ａ）は筐体５０（特に金属カバー層５１Ｂ）がある状態、（ｂ）は筐体５０を省略した状態をそれぞれ示している。 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置の断面図である。 図４は、平面コイルアンテナと金属カバー層の被覆面積との関係を示すグラフである。 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透過的に示す平面図であって、（ａ）は筐体５０（特に金属カバー層５１Ｂ）がある場合、（ｂ）は筐体５０を省略した状態をそれぞれ示している。 図６は、図５のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置の断面図である。 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略断面図である。 図８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略断面図である。 図９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略断面図である。 図１０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略断面図である。 図１１は、本発明の第７の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略断面図である。 図１２は、本発明の第８の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略平面図である。

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を含む携帯無線機器の構成を示す略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態による携帯無線機器１００は例えばスマートフォンであり、非常に薄型な筐体５０を有している。図示の携帯無線機器１００は筐体５０の背面５０ｂが上向きの状態であり、主にディスプレイが設けられている筐体５０の前面５０ａは下方を向いている。筐体５０は樹脂と金属との組み合わせからなり、筐体５０の背面５０ｂの中央部を含む広い範囲には金属カバー層５１Ｂが設けられている。また筐体５０の背面５０ｂの長手方向（Ｙ方向）の一方の端部（上端部５０ｃ）及び他方の端部（下端部５０ｄ）には樹脂カバー層５１Ａが設けられており、金属カバー層５１Ｂが設けられていない非シールド領域となっている。金属カバー層５１Ｂは、筐体の機械的強度、磁気シールド特性、デザイン性等の向上のために設けられるものである。

携帯無線機器１００はアンテナ装置１を内蔵しており、アンテナ装置１は筐体５０の上端部５０ｃに配置されている。アンテナ装置１は、ＨＦ帯の無線通信に用いられる平面コイルアンテナ１０と、ＵＨＦ帯の無線通信に用いられる高周波アンテナ２０とを有している。平面コイルアンテナ１０は例えばＮＦＣアンテナであり、その共振周波数は１３．５６ＭＨｚである。これらのアンテナ素子は金属カバー層５１Ｂに覆われていない筐体５０の上端部５０ｃに設けられているので、無線通信が可能である。

図２は、図１に示したアンテナ装置１の構成を透過的に示す平面図であって、（ａ）は筐体５０（特に金属カバー層５１Ｂ）がある状態、（ｂ）は筐体５０を省略した状態をそれぞれ示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置１の断面図である。

図２（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、アンテナ装置１は、平面コイルアンテナ１０と、平面コイルアンテナ１０の図中左側の一部と平面視で重なるように配置された高周波アンテナ２０と、平面コイルアンテナ１０の図中右側の一部と平面視で重なり、且つ高周波アンテナ２０と平面視で重ならないように配置された磁性シート３０とを備えている。高周波アンテナ２０と重なる平面コイルアンテナ１０の一部は磁性シート３０と重なっておらず、磁性シート３０と重なる平面コイルアンテナ１０の一部は高周波アンテナ２０と重なっていない。

図３に示すように、平面コイルアンテナ１０、高周波アンテナ２０及び磁性シート３０は筐体５０内に収容されており、筐体５０を構成する樹脂カバー層５１Ａ及び金属カバー層５１Ｂは、平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａ側に配置されている。一方、高周波アンテナ２０及び磁性シート３０は、平面コイルアンテナ１０の他方の主面１０ｂ側に配置されている。金属カバー層５１Ｂは、磁性シート３０と同様、平面コイルアンテナ１０の図中右側の一部と平面視で重なり、且つ高周波アンテナ２０と平面視で重ならないように配置されている。

平面コイルアンテナ１０は、フレキシブル基板１１の一方の主面１１ａに形成されたスパイラルパターン１０ｃからなり、本実施形態ではＸＹ平面と平行に設けられている。アンテナ設計を容易にすると共にスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの面積をできるだけ大きくするため、スパイラルパターン１０ｃは矩形スパイラルであり、Ｘ方向に延びる直線パターン成分と、Ｙ方向に延びる直線パターン成分とを含むことが好ましい。平面コイルアンテナ１０の外形サイズは例えば３０×４０（ｍｍ）である。

本実施形態において、スパイラルパターン１０ｃの両端はフレキシブル基板１１のエッジ近くまで引き出されており、特にスパイラルパターン１０ｃの内周端はスパイラルパターン１０ｃを横切って外側に引き出されている。スパイラルパターン１０ｃの両端は、例えばフレキシブル基板１１上に実装されたＮＦＣチップや携帯無線機器のメイン回路基板に接続される。

フレキシブル基板１１は例えばＰＥＴ樹脂からなり、その平面サイズはスパイラルパターン１０ｃの大きさに合わせて適宜設定される。フレキシブル基板１１の厚さは例えば３０μｍである。フレキシブル基板１１は、スパイラルパターン１０ｃの形成面である一方の主面１１ａが筐体５０の外側を向くように筐体５０内に設けられる。

高周波アンテナ２０は矩形の平面導体（ベタパターン）からなり、その裏面には給電ライン２１が接続されている。高周波アンテナ２０は、平面コイルアンテナ１０の一部と重なるように設けられており、平面コイルアンテナ１０のスパイラルパターン１０ｃの一部とスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの一部を覆っている。高周波アンテナ２０は金属平板や金属シートであってもよく、支持基板の表面に形成された金属箔であってもよい。

本実施形態において、金属カバー層５１Ｂは筐体５０の一部であり、筐体５０内に収容されている平面コイルアンテナ１０を覆っているが、高周波アンテナ２０を覆ってはいない。高周波アンテナ２０は、筐体５０の樹脂カバー層５１Ａと平面視で重なっている。

本実施形態において、磁性シート３０は平面コイルアンテナ１０よりも筐体５０の内側に配置されており、特にフレキシブル基板１１の他方の主面１１ｂに貼り付けられている。磁性シート３０の厚さはその役割を果たすことができる限りにおいて特に限定されない。平面コイルアンテナ１０は図示のように携帯無線機器のバッテリーパック４０に近接して実装されることが多いが、磁性シート３０がバッテリーパック４０と平面コイルアンテナ１０との間に介在している場合には、平面コイルアンテナ１０を流れる電流によって発生する磁束の磁路を確保することができる。したがって、バッテリーパック４０を構成する金属体が平面コイルアンテナ１０に与える影響を抑えることができ、所望のアンテナ特性を得ることができる。

磁性シート３０は、アスペクト比の大きな扁平形状の磁性金属粉をポリマーと結合させた複合磁性シートであることが好ましい。扁平金属粉は複合磁性シートの厚み方向に重なり、その面方向は複合磁性シートの面方向と平行となるように配向されているので、複合磁性シートの面方向の実効的な透磁率を高めることができる。これによれば、平面コイルアンテナ１０が発生させる磁場を外部から磁性シート３０内に引き込み、コイル軸と直交する水平方向に導くことができる。また扁平磁性粉はポリマー中に密に配列されているが、扁平磁性粉間はポリマーによって絶縁されているので渦電流の発生を防止することができる。したがって、平面コイルアンテナ１０の使用周波数帯（例えば１３．５６ＭＨｚ）において高透磁率と低磁気損失の両方を実現することができる。

高周波アンテナ２０は、平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部（図中左側端部）から他端部（図中右側端部）に向かって平面コイルアンテナ１０と略平行に延びており、高周波アンテナ２０の一部は平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部を覆っている。詳細には、高周波アンテナ２０は、スパイラルパターン１０ｃのＹ方向の一端部とスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの一部を覆っている。高周波アンテナ２０のＹ方向の一端部は、平面コイルアンテナ１０と重なっておらず、高周波アンテナ２０のＹ方向の他端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ_０よりもＹ方向の一端側に位置している。図２に示すように、高周波アンテナ２０のＸ方向の幅Ｗ_２は平面コイルアンテナ１０のＸ方向の幅Ｗ_１よりも広く、これにより高周波アンテナ２０は平面コイルアンテナ１０のＸ方向の全体を覆っているが、図１２に示すようにＸ方向の一部を覆っていてもよい。高周波アンテナ２０の大きさはその共振周波数に応じて適宜設定することができる。

高周波アンテナ２０は平面コイルアンテナ１０の他方の主面１０ｂ側に配置されているので、高周波アンテナ２０の影響によって平面コイルアンテナ１０の特性が大きく低下することはない。また平面コイルアンテナ１０はスパイラルパターンからなり、高周波アンテナ２０を広範囲に覆うものではないので、平面コイルアンテナ１０が高周波アンテナ２０に与える影響は小さく、よって高周波アンテナ２０は平面コイルアンテナ１０と重なっていたとしても問題なく動作する。

金属カバー層５１Ｂは、平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部（図中右側端部）から一端部（図中左側端部）に向かって延びており、金属カバー層５１Ｂの一部は平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部を覆っている。詳細には、金属カバー層５１Ｂは、平面コイルアンテナ１０のスパイラルパターン１０ｃのＹ方向の他端部とスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの一部を覆っている。

平面コイルアンテナ１０と重なる金属カバー層５１ＢのＹ方向の一端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ_０を覆うことなく当該コイル軸Ｚ_０よりもＹ方向の他端側に位置することが好ましい。また図２に示すように、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域は矩形領域であり、その面積Ｓ_１は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ_０の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。換言すると、金属カバー層５１Ｂに覆われていない平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの露出面積は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積の３７．５％以上であることが好ましく、５０％超であることがより好ましく、５０％超８７．５％未満であることが特に好ましい。ここで、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄとは、スパイラルパターン１０ｃの最内周よりも内側の領域を指す。また平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域において金属カバー層５１Ｂはその全面が金属からなり、開口、スリット等の金属が排除された部分は存在しない。

図４は、平面コイルアンテナ１０を覆う平面導体（金属カバー層５１Ｂに相当）の被覆面積と平面コイルアンテナ１０の通信距離との関係を示すグラフであり、下側の横軸は平面コイルアンテナの内径部の全面積に対する平面導体の被覆面積の割合（被覆率）（％）、上側の横軸は平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積に対する平面導体の被覆面積の割合（被覆率）（％）、縦軸は平面コイルアンテナのいわゆるカードモードにおける最大通信距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。平面コイルアンテナ１０の形成領域とは、スパイラルパターン１０ｃの最外周よりも内側の領域を指し、実際にスパイラルパターン１０ｃが形成されている領域のみならず、隣接するスパイラルパターン１０ｃ間のスペースや内径部１０ｄを含む。また、平面コイルアンテナのカードモードにおける最大通信距離とは、テスト用リーダライタからテスト信号を送信し、平面コイルアンテナ１０がテスト信号を受信してその変調信号を送信し、この変調信号をサーチコイルで受信したときの受信信号の電圧レベルが閾値レベルを満たすときの平面コイルアンテナ１０からリーダライタまでの距離の最大値のことをいう。平面コイルアンテナ１０の外形サイズは４０ｍｍ×５０ｍｍ、ターン数は３ターンである。

図４に示すように、平面コイルアンテナ１０の通信距離は平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が０％のときに約４０ｍｍであり、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が１０％のときに最大の約４８ｍｍである。その後、被覆率が５０％に達するまで平面コイルアンテナ１０の通信距離の低下は緩やかであり、被覆率が５０％のときの通信距離は約４４ｍｍとなる。しかし、被覆率が５０％を超えたところから通信距離の低下率は大きくなり、被覆率が６０％のときの通信距離は４０ｍｍとなり、被覆率が０％のときと同じレベルまで低下する。さらに、被覆率が８０％のときの通信距離は約２８ｍｍとなる。

ここで、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率と平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率との関係は次のようになっている。まず平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が１０％未満であるとき、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率は０％である。その後、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率の増加に合わせて平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率も増加し、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が４０％、５０％、及び６０％であるときの平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率はそれぞれ３７．５％、５０％、及び６２．５％となる。さらに平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が９０％であるときの平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率は１００％となる。

以上の結果から、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ_１は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ_０の６２．５％未満であることが好ましく、マージンを考慮すれば５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましいことが分かる。この構成によれば、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０に与える影響を抑えて平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることができる。

磁性シート３０は、金属カバー層５１Ｂと同様、平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部（図中右側端部）から一端部（図中左側端部）に向かって延びており、磁性シート３０の一部は平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部と重なっている。平面コイルアンテナ１０と鎖交する磁束の磁路を十分に確保するためには、平面コイルアンテナ１０の全部と重なるように磁性シート３０を設けることが好ましいが、高周波アンテナ２０が磁性シート３０に近接すると高周波アンテナ２０の特性が悪化してしまう。そのため、磁性シート３０は高周波アンテナ２０と重ならない領域に設けられている。

平面コイルアンテナ１０と重なる磁性シート３０のＹ方向の一端部は、図示のように金属カバー層５１Ｂの外側にはみ出さないように設けられることが好ましい。すなわち、磁性シート３０のＹ方向の一端部の位置は、金属カバー層５１Ｂの一端部の位置よりもＹ方向の他端側に位置することが好ましい。このように、高周波アンテナ２０から見て金属カバー層５１Ｂよりも遠方に磁性シート３０を配置することにより、磁性シート３０が高周波アンテナ２０に与える影響を最小限に抑えることができ、高周波アンテナ２０の所望のアンテナ特性を確保することができる。

なお、磁性シート３０のＹ方向の他端部やＸ方向の両端部は、図示のようにフレキシブル基板１１の外側にはみ出していてもよく、フレキシブル基板１１の外側にはみ出すことなく内側に収まっていてもよい。また、磁性シート３０は図示のようにフレキシブル基板１１の裏面に貼り付けられていてもよく、フレキシブル基板１１から離れて設けられていてもよい。

図１に示したように、筐体５０の背面５０ｂのうち金属カバー層５１Ｂが設けられていない領域、つまり筐体５０内のアンテナを実装可能なスペースは非常に限られているため、そのような限られたスペースに平面コイルアンテナ１０及び高周波アンテナ２０を実装し、それらが相互に重なり合わず、しかも金属カバー層５１Ｂとまったく重ならないようにすることは困難である。一方、平面コイルアンテナ１０及び高周波アンテナ２０は相互に重なり合わないように配置しなければならないとこれまで考えられてきた。しかし、平面コイルアンテナ１０の一部を金属カバー層５１Ｂと重ねて設け、さらに高周波アンテナ２０を平面コイルアンテナ１０の一部と重ねて設けることにより、金属カバー層５１Ｂに覆われていないスペースに両方のアンテナを効率よくレイアウトすることが可能である。

一方、平面コイルアンテナ１０を安定的に動作させるためには平面コイルアンテナ１０の他方の主面１０ｂ側に磁性シート３０を設ける必要があり、これが高周波アンテナ２０と重なる場合には高周波アンテナ２０の放射特性が悪化する。しかし、本実施形態では平面コイルアンテナ１０と平面視で重なり且つ高周波アンテナ２０と重ならないように磁性シート３０を設けているので、平面コイルアンテナ１０と高周波アンテナ２０の両方を安定的に動作させることができる。

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、近距離無線通信用の平面コイルアンテナ１０と高周波アンテナ２０とを備え、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナの一部と平面視で重なるように設けられているので、平面コイルアンテナ１０及び高周波アンテナ２０の所望のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器１００の筐体５０内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。また、磁性シート３０が平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられているので、バッテリーパック等の金属体の影響を受けることなく平面コイルアンテナ１０の所望のアンテナ特性を確保することができる。さらに、磁性シート３０が高周波アンテナ２０と平面視で重ならないように設けられているので、高周波アンテナ２０の特性の低下を防止することができ、高周波アンテナ２０の良好な通信を確保することができる。

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透過的に示す平面図であって、（ａ）は筐体５０（特に金属カバー層５１Ｂ）がある場合、（ｂ）は筐体５０を省略した状態をそれぞれ示している。また、図６は、図５のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置の断面図である。

図５（ａ）、（ｂ）及び図６に示すように、このアンテナ装置２の特徴は、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａ側に配置されている点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａ側に設けられている場合、平面コイルアンテナ１０の外側が高周波アンテナ２０に覆われることになるので、高周波アンテナ２０によるシールド効果が問題となる。すなわち、高周波アンテナ２０を構成する平面導体が平面コイルアンテナ１０から輻射される電波を遮蔽するので、場合によっては、平面コイルアンテナ１０を正しく動作させることができない。高周波アンテナ２０の単体が平面コイルアンテナ１０を広く覆う場合に限らず、高周波アンテナ２０と金属カバー層５１Ｂとの組み合わせが平面コイルアンテナ１０を広く覆う場合も同様であり、平面コイルアンテナ１０の電波を筐体５０の外側に十分に放射させることができず、その結果、平面コイルアンテナ１０の放射効率が大幅に低下することが考えられる。

このような問題を解決するため、ＸＹ平面と直交するＺ軸方向から見たとき、高周波アンテナ２０と金属カバー層５１Ｂとの間に一定幅のスリット領域ＳＬを形成する。スリット領域ＳＬはＸ方向に延びる直線状の非シールド領域であり、その幅Ｗ_３は、同一方向における平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの幅Ｗ_４の１／１０以上であることが好ましく、１／５以上であることがより好ましい。このスリット領域ＳＬは、平面コイルアンテナ１０と鎖交する磁束の磁路となるので、平面コイルアンテナ１０を正しく動作させることが可能である。

平面コイルアンテナ１０と重なる高周波アンテナ２０のＹ方向の他端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ_０と平面視で重なることなく当該コイル軸Ｚ_０よりもＹ方向の一端側に位置することが好ましい。また図５に示すように、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ_２と金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ_１との合計は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ_０の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。この構成によれば、平面コイルアンテナ１０に対する高周波アンテナ２０及び金属カバー層５１Ｂの悪影響を抑えて平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、平面コイルアンテナ１０の内径部と平面視で重なるスリット領域ＳＬが設けられるので、平面コイルアンテナ１０の所望の放射特性を確保することができる。平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄを通過し、さらにスリット領域ＳＬを通過した磁束の一部は高周波アンテナ２０の外側及び金属カバー層５１Ｂの外側を大きく周回して平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄに戻るので、平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができる。したがって、小型な平面コイルアンテナを用いた場合でも近距離無線通信に必要な所望のアンテナ特性を確保することができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置２は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、高周波アンテナ２０の外側には高周波アンテナ２０から輻射される電磁波に影響を及ぼす部材が何ら存在しないので、高周波アンテナ２０の放射特性を高めることができる。

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略断面図である。

図７に示すように、このアンテナ装置３の特徴は、高周波アンテナ２０が携帯無線機器の筐体５０の一部を構成している点にある。すなわち、本実施形態は、筐体５０を構成する金属カバー層５１Ｂの一部を高周波アンテナ２０として利用するものである。その他の構成は第２の実施形態と同様である。本実施形態によれば、第２の実施の形態による発明の効果に加えて、筐体５０内に高周波アンテナ２０の実装スペースを確保する必要がなく、平面コイルアンテナ１０のレイアウトの自由度を高めることができる。また、高周波アンテナ２０の外側には高周波アンテナ２０から輻射される電磁波に影響を及ぼす部材が何ら存在しないので、高周波アンテナ２０の放射特性を高めることができる。

次に、図８〜図１０を参照しながら、金属カバー層５１Ｂがない筐体５０を用いたアンテナ装置の実施形態について詳細に説明する。

図８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略断面図である。

図８に示すように、このアンテナ装置４の特徴は、上述した第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成において、筐体５０に金属カバー層５１Ｂが設けられておらず、樹脂カバー層５１Ａのみで構成されている点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

本実施形態によるアンテナ装置４は、近距離無線通信用の平面コイルアンテナ１０と高周波アンテナ２０とを備え、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられているので、平面コイルアンテナ１０及び高周波アンテナ２０の所望のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器１００の筐体５０内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。また、磁性シート３０が平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられているので、バッテリーパック等の金属体の影響を受けることなく平面コイルアンテナ１０の所望のアンテナ特性を確保することができる。さらに、磁性シート３０が高周波アンテナ２０と平面視で重ならないように設けられているので、高周波アンテナ２０の特性の低下を防止することができ、高周波アンテナ２０の良好な通信を確保することができる。

図９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略断面図である。

図９に示すように、このアンテナ装置５の特徴は、上述した第２の実施の形態によるアンテナ装置２の構成において、筐体５０に金属カバー層５１Ｂが設けられておらず、樹脂カバー層５１Ａのみで構成されている点にある。その他の構成は第２の実施の形態と同様である。

平面コイルアンテナ１０と重なる高周波アンテナ２０のＹ方向の他端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ_０を覆うことなく当該コイル軸Ｚ_０よりもＹ方向の一端側に位置することが好ましい。また、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ_２（図５参照）は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ_０の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。この構成によれば、平面コイルアンテナ１０に対する高周波アンテナ２０の悪影響を抑えて平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置５は、第４の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、高周波アンテナ２０の外側には高周波アンテナ２０から輻射される電波に影響を及ぼす部材が何ら存在しないので、高周波アンテナ２０の放射特性を高めることができる。

図１０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略断面図である。

図１０に示すように、このアンテナ装置６の特徴は、上述した第３の実施の形態によるアンテナ装置３の構成において、筐体５０に金属カバー層５１Ｂが設けられておらず、樹脂カバー層５１Ａのみで構成されている点にある。その他の構成は第３の実施の形態と同様である。このような構成を有するアンテナ装置６は、第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、高周波アンテナ２０の外側には高周波アンテナ２０から輻射される電磁波に影響を及ぼす部材が何ら存在しないので、高周波アンテナ２０の放射特性を高めることができる。

図１１は、本発明の第７の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略断面図である。

図１１に示すように、このアンテナ装置７の特徴は、上述した第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成において、筐体５０が樹脂カバー層５１Ａのみで構成されており、樹脂カバー層５１Ａの内側表面に金属膜５３が形成されている点にある。このような構成を有するアンテナ装置７は、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

図１２は、本発明の第８の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略平面図であって、特に高周波アンテナ２０のレイアウトの変形例を示す図である。

図１２に示すように、このアンテナ装置８の特徴は、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０に対してＸ方向にオフセットされている点にある。そのため、高周波アンテナ２０は、平面コイルアンテナ１０のＸ方向の全体ではなく一部と重なっている。このように、高周波アンテナ２０のＸ方向の中心の位置は必ずしも平面コイルアンテナ１０と揃っていなくてもよい。本実施形態によるアンテナ装置８も第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態においては、平面コイルアンテナ１０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、平面コイルアンテナ１０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。なお１ターン未満のループパターンの場合、そのターン数は３／４ターン以上であることが好ましく、ループの直径によって定義される円内を平面コイルアンテナ１０の内径部とすることができる。

また、上記実施形態においては、アンテナ装置１が内蔵される携帯無線機器としてスマートフォンを挙げたが、携帯無線機器の種類は特に限定されず、タブレット端末、ノートＰＣ、腕時計型ウエアラブル端末等であってもよい。

１〜８ アンテナ装置
１０ 平面コイルアンテナ
１０ａ 平面コイルアンテナの一方の主面（上面）
１０ｂ 平面コイルアンテナの他方の主面（裏面）
１０ｃ スパイラルパターン
１０ｄ 内径部
１１ フレキシブル基板
１１ａ フレキシブル基板の一方の主面（上面）
１１ｂ フレキシブル基板の他方の主面（裏面）
２０ 高周波アンテナ
２１ 給電ライン
３０ 磁性シート
４０ バッテリーパック
５０ 筐体
５０ａ 筐体の前面
５０ｂ 筐体の背面
５０ｃ 筐体の長手方向の一端部（上端部）
５０ｄ 筐体の長手方向の他端部（下端部）
５１Ａ 樹脂カバー層
５１Ｂ 金属カバー層
５３ 金属膜
１００ 携帯無線機器
Ｓ_０ 平面コイルアンテナの内径部の全面積
Ｓ_１ 金属カバー層が平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積
Ｓ_２ 高周波アンテナが平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積
ＳＬ スリット領域
Ｗ_１ 平面コイルアンテナのＸ方向の幅
Ｗ_２ 高周波アンテナのＸ方向の幅
Ｗ_３ スリット領域の幅
Ｗ_４ アンテナコイルの内径部の幅
Ｚ_０ コイル軸

Claims (7)

1. 平面コイルアンテナと、
   前記平面コイルアンテナの一部と平面視で重なる高周波アンテナと、
   前記平面コイルアンテナの他の一部と平面視で重なり、且つ前記高周波アンテナと平面視で重ならない磁性シートとを備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記高周波アンテナは、前記平面コイルアンテナのコイル軸を覆わない、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記高周波アンテナが前記平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積は、前記内径部の全面積の６２．５％未満である、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記高周波アンテナが前記平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積は、前記内径部の全面積の１２．５％以上５０％以下である、請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記平面コイルアンテナは、ループ状又はスパイラル状のコイルパターンからなり、
   前記高周波アンテナは、前記コイルパターンの一部と前記コイルパターンに囲まれた内径部の一部を覆っている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記平面コイルアンテナ、前記高周波アンテナ及び前記磁性シートは携帯無線機器の筐体に収容されており、
   前記筐体の少なくとも前記平面コイルアンテナ及び前記高周波アンテナを覆う部分は樹脂からなる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記平面コイルアンテナ及び前記磁性シートは携帯無線機器の筐体に収容されており、
   前記高周波アンテナは前記筐体の一部である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。