JP2017208790A - アンテナ装置及びこれを備える携帯無線機器 - Google Patents

Abstract

【課題】平面コイルパターンと貫通孔との間に平面的な位置ずれが生じた場合であっても、アンテナ特性の変化を抑制する。【解決手段】第１〜第４の部分４１〜４４を含む平面コイルパターン２０と、貫通孔３１を有する金属層１０１とを備える。平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２は、いずれも、一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分が貫通孔３１と重なる。平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、いずれも、一部又は全部が金属層１０１又は貫通孔３１と重なる。本発明によれば、平面コイルパターン２０と貫通孔３１との間に平面的な位置ずれが生じた場合であっても、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３１の重なり量がほとんど変動しないことから、アンテナ特性の変化を抑制することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明はアンテナ装置及びこれを備える携帯無線機器に関し、特に、近距離無線通信（Near Field Communication）用として好適なアンテナ装置及びこれを備える携帯無線機器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ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個体識別）システムが搭載されており、そのための通信手段としてリーダ・ライタ等と近距離無線通信を行うためのアンテナ装置が搭載されている。この種のアンテナ装置としては、例えば特許文献１に記載されたアンテナ装置が知られている。

特許文献１に記載されたアンテナ装置は、平面コイルパターン及びこれを覆う金属層を備え、平面コイルパターンの一部が金属層の開口部（貫通孔）と重なっている。

特許第５６７３８５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置においては、平面コイルパターンが貫通孔に対してオフセットして配置されていることから、製造時にておいて平面コイルパターンと貫通孔との間に平面的な位置ずれが生じると、平面コイルパターンの内径領域と貫通孔が重なる面積が変化し、これによりアンテナ特性が大きく変化するという問題があった。

したがって、本発明の目的は、平面コイルパターンと貫通孔との間に平面的な位置ずれが生じた場合であっても、アンテナ特性の変化を抑制することが可能なアンテナ装置及びこれを備える携帯無線機器を提供することである。

本発明によるアンテナ装置は、対向する第１及び第２の部分と、対向する第３及び第４の部分とを含む平面コイルパターンと、少なくとも一つの貫通孔を有する金属層と、を備え、前記平面コイルパターンの前記第１及び第２の部分は、いずれも、一部が前記金属層と重なり、且つ、残りの部分が前記貫通孔と重なり、前記平面コイルパターンの前記第３及び第４の部分は、いずれも、一部又は全部が前記金属層又は前記貫通孔と重なることを特徴とする。

また、本発明による携帯無線機器は、上記のアンテナ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、平面コイルパターンと貫通孔との間に平面的な位置ずれが生じた場合であっても、平面コイルパターンの内径領域と貫通孔の重なり量がほとんど変動しないことから、アンテナ特性の変化を抑制することが可能となる。

本発明において、前記貫通孔は、前記第１及び第２の部分の前記一部と重なる第１の貫通孔を含んでいても構わない。この場合、前記第３及び第４の部分の全体が前記金属層と重なっていても構わない。かかる構成は、金属層に設けられた貫通孔が１つである場合に好適である。

本発明において、前記貫通孔は、少なくとも前記第１及び第３の部分と重なる第２の貫通孔と、少なくとも前記第２及び第４の部分と重なる第３の貫通孔とを含んでいても構わない。この場合、前記第３の部分の全体が前記第２の貫通孔と重なり、前記第４の部分の全体が前記第３の貫通孔と重なっていても構わない。かかる構成は、金属層が２以上の貫通孔を有している場合に好適である。

このように、本発明によれば、平面コイルパターンと貫通孔との間に平面的な位置ずれが生じた場合であっても、アンテナ特性の変化を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａを備える携帯無線機器１００の構成を示す略斜視図である。 図２は、アンテナ装置１０Ａの構成を透過的に示す平面図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４は、アンテナ装置１０Ａの部分拡大図であり、平面コイルパターン２０に電流を流した場合の機能を説明するための図である。 図５は、第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を透過的に示す平面図である。 図６は、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を透過的に示す平面図である。 図７は、第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を透過的に示す平面図である。 図８は、第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を透過的に示す平面図である。 図９は、第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を透過的に示す平面図である。 図１０は、第７の実施形態によるアンテナ装置１０Ｇの構成を透過的に示す平面図である。 図１１は、第８の実施形態によるアンテナ装置１０Ｈの構成を透過的に示す平面図である。 図１２は、第９の実施形態によるアンテナ装置１０Ｉの構成を透過的に示す平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａを備える携帯無線機器１００の構成を示す略斜視図である。

図１に示す携帯無線機器１００は例えばスマートフォンであり、薄型の箱状筐体によって構成されている。図１は、携帯無線機器１００を背面側から見た図であり、ディスプレイなどが設けられている前面は下方を向いている。携帯無線機器１００の筐体は樹脂と金属との組み合わせからなり、背面の大部分を構成する領域は金属層１０２によって構成されている。また、金属層１０２から見て長手方向（ｙ方向）の一端側には、金属層１０１が設けられている。

金属層１０１，１０２は互いに同一のｘｙ平面を構成し、スリットＳＬを介して対向する。スリットＳＬは、筐体の背面においてｘ方向に延在し、筐体の側面においてｚ方向に延在する。このように、筐体の背面の広い範囲が金属層１０１，１０２によって構成されているのは、主に、筐体の機械的強度、電磁気シールド特性、デザイン性等の向上のためである。

金属層１０１には、外周が四角形である貫通孔３１が設けられている。貫通孔３１は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などが配置される部分であり、金属層１０１をくり抜いて設けられている。貫通孔３１の外周は閉じており、したがって貫通孔３１の外周と金属層１０１の外周はつながっていない。本実施形態においては、貫通孔３１の外周がｘ方向及びｙ方向に延在する四角形である。

携帯無線機器１００は、スパイラル状の平面コイルパターン２０を内蔵している。平面コイルパターン２０は、一部が貫通孔３１と重なるよう、金属層１０１に覆われている。尚、貫通孔３１にカメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などが配置される場合、平面コイルパターン２０は、これらカメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに覆われて配置されるため、実際には外部から平面コイルパターン２０を視認することはできない。

そして、平面コイルパターン２０及びこれを覆う金属層１０１は、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａを構成する。平面コイルパターン２０は、携帯無線機器１００に内蔵された図示しないＲＦ回路に接続される。これにより、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａは、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で送受信を行う近距離無線通信に用いることができる。

図２は、アンテナ装置１０Ａの構成を透過的に示す平面図である。また、図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

本実施形態においては、平面コイルパターン２０の平面形状がｘ方向を長手方向とする矩形であり、そのターン数は例えば４ターンである。したがって、平面コイルパターン２０を構成する導体パターンは、ｘ方向に延在する第１及び第２の部分４１，４２とｙ方向に延在する第３及び第４の部分４３，４４を有し、ｘ方向に延在する第１及び第２の部分４１，４２の方がｙ方向に延在する第３及び第４の部分４３，４４よりも長い。図２に示す端子２１，２２は、図示しないＲＦ回路に接続される端子である。このうち、端子２１は平面コイルパターン２０の外周端に接続され、端子２２は導体パターンを横切る横断部２０ａを介して平面コイルパターン２０の内周端に接続される。図３に示すように、平面コイルパターン２０はＰＥＴ樹脂などからなる単一の基板５０上に形成されており、導体パターンを横切る横断部２０ａは例えば基板５０の裏面に形成される。

図２に示すように、金属層１０１に設けられた貫通孔３１は、ｘ方向における幅が平面コイルパターン２０のｘ方向における長さよりも短く、且つ、ｙ方向における幅が平面コイルパターン２０のｙ方向における長さよりも長い形状を有している。そして、貫通孔３１は、平面コイルパターン２０の第１の部分４１の略中央部及び第２の部分４２の略中央部と重なる位置に設けられている。これにより、平面コイルパターン２０の内径領域の一部は、金属層１０１に覆われることなく、貫通孔３１に露出している。また、平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２は、いずれも一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分が貫通孔３１と重なる。さらに、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、いずれも全部が金属層１０１と重なっている。

図４は、アンテナ装置１０Ａの部分拡大図であり、平面コイルパターン２０に電流を流した場合の機能を説明するための図である。

図４に示すように、平面コイルパターン２０に反時計回り（左回り）の電流Ｉ１を流した場合、これによって生じる磁束φ１（図３参照）は、平面コイルパターン２０の内径領域のうち金属層１０１で覆われていない部分、つまり、貫通孔３１と重なる部分から外部に放出され、金属層１０１を大きく迂回しながら周回する。これにより、金属層１０１に遮蔽されることなく磁束φ１が外部に放出されるとともに、迂回により磁束φ１の届く範囲が広がる。その結果、通信距離を拡大することができるとともに、指向性を広げることができる。

一方、金属層１０１には、磁束φ１を打ち消す方向に電流が流れる。具体的には、平面コイルパターン２０に囲まれた内径領域においては、図４に示す電流Ｉ２が流れ、平面コイルパターン２０の外側の領域においては、図４に示す電流Ｉ３が流れる。このうち、電流Ｉ２は、貫通孔３１を通過する磁束φ１と同じ方向の磁束φ２（図３参照）を発生させるためアクセラレータとして機能し、通信距離をより拡大することができる。

そして、本実施形態においては、平面コイルパターン２０のｘ方向における略中央部をｙ方向に横断する位置に貫通孔３１が設けられている。このため、平面コイルパターン２０と貫通孔３１との間に平面的な（ｘｙ方向における）位置ずれが生じた場合であっても、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３１の重なり量がほとんど変動しないことから、アンテナ特性の変化を抑制することが可能となる。したがって、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａを近距離無線通信用のアンテナとして用いれば、製造ばらつきによる通信距離のばらつきを低減することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を透過的に示す平面図である。

第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂは、貫通孔３１の平面形状が円形である点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違している。その他の構成については基本的に第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。貫通孔３１の外周が円形である場合、平面コイルパターン２０と貫通孔３１との間にｙ方向の位置ずれが生じると、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３１の重なり量が若干変化するものの、その変化は僅かであることから、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａとほぼ同様の効果を得ることが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を透過的に示す平面図である。

第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃは、２つの貫通孔３２，３３が設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違している。その他の構成については基本的に第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

貫通孔３２，３３は、いずれもｘ方向における幅が平面コイルパターン２０のｘ方向における長さよりも短く、且つ、ｙ方向における幅が平面コイルパターン２０のｙ方向における長さよりも長い形状を有している。そして、貫通孔３２，３３は、平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２のそれぞれ中央部左側および中央部右側と重なる位置に設けられている。これにより、平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２は、いずれも一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分が貫通孔３２，３３と重なることになる。また、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、いずれも全部が金属層１０１と重なっている。

このような構成であっても、平面的な位置ずれによる平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２，３３の重なり量の変動がほとんど生じないことから、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が２つ存在し、且つ、そのｘ方向に距離が近い場合に好適である。

＜第４の実施形態＞
図７は、第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を透過的に示す平面図である。

第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄは、貫通孔３２，３３の位置が相違している他は、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃと同一である。したがって、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、貫通孔３２が平面コイルパターン２０の第３の部分４３と重なる位置に設けられ、貫通孔３３が平面コイルパターン２０の第４の部分４４と重なる位置に設けられている。これにより、平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２は、いずれも一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分が貫通孔３２，３３と重なることになる。また、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、全部がそれぞれ貫通孔３２，３３と重なっている。

このような構成の場合、ｘ方向における位置ずれが生じると、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２，３３の重なり量に変動が生じるものの、その変動は相補的となる。つまり、ｘ方向における位置ずれによって平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２の重なり量が減少すると、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３３の重なり量が増加する。その逆もまた然りである。したがって、平面的な位置ずれによる平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２，３３の全体的な重なり量の変動がほとんど生じないことから、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が２つ存在し、且つ、そのｘ方向に距離が離れている場合に好適である。

＜第５の実施形態＞
図８は、第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を透過的に示す平面図である。

第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅは、貫通孔３２，３３のサイズが互いに相違している他は、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃと同一である。したがって、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このように、貫通孔３２，３３のサイズが互いに相違している場合であっても、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が２つ存在し、且つ、そのサイズが互いに相違している場合に好適である。

＜第６の実施形態＞
図９は、第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を透過的に示す平面図である。

第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆは、貫通孔３２，３３の形状が互いに相違している他は、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃと同一である。したがって、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本例では、貫通孔３２の平面形状が四角形であり、貫通孔３３の平面形状が円形である。このように、貫通孔３２，３３の平面形状が互いに相違している場合であっても、第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃとほぼ同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が２つ存在し、且つ、その平面形状が互いに相違している場合に好適である。

＜第７の実施形態＞
図１０は、第７の実施形態によるアンテナ装置１０Ｇの構成を透過的に示す平面図である。

第７の実施形態によるアンテナ装置１０Ｇは、貫通孔３２，３３の位置が相違している他は、第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄと同一である。したがって、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、貫通孔３２が平面コイルパターン２０の第１及び第３の部分４１，４３と重なる角部に設けられ、貫通孔３３が平面コイルパターン２０の第２及び第４の部分４１，４３と重なる角部に設けられている。これにより、平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２は、いずれも一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分が貫通孔３２，３３と重なることになる。また、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、いずれも一部が金属層１０１と重なり、且つ、残りの部分がそれぞれ貫通孔３２，３３と重なることになる。

このような構成の場合、平面的な位置ずれが生じると、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２，３３の重なり量に変動が生じるものの、その変動は相補的となる。つまり、ｘ方向又はｙ方向における位置ずれによって平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２の重なり量が減少すると、平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３３の重なり量が増加する。その逆もまた然りである。したがって、平面的な位置ずれによる平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３２，３３の全体的な重なり量の変動がほとんど生じないことから、第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が２つ存在し、且つ、そのｙ方向における位置が異なっている場合に好適である。

＜第８の実施形態＞
図１１は、第８の実施形態によるアンテナ装置１０Ｈの構成を透過的に示す平面図である。

第８の実施形態によるアンテナ装置１０Ｈは、３つの貫通孔３１〜３３が設けられている点において、第１及び第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｃと相違している。その他の構成については基本的に第１及び第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、貫通孔３１〜３３がいずれも平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２と重なる位置に設けられており、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４は、全て金属層１０１で覆われている。

このような構成であっても、平面的な位置ずれによる平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３１〜３３の重なり量の変動がほとんど生じないことから、第１及び第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｃと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が３つ存在し、且つ、そのｘ方向に距離が近い場合に好適である。

＜第９の実施形態＞
図１２は、第９の実施形態によるアンテナ装置１０Ｉの構成を透過的に示す平面図である。

第９の実施形態によるアンテナ装置１０Ｉは、３つの貫通孔３１〜３３が設けられている点において、第１及び第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｄと相違している。その他の構成については基本的に第１及び第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｄと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、貫通孔３１〜３３がいずれも平面コイルパターン２０の第１及び第２の部分４１，４２と重なる位置に設けられており、平面コイルパターン２０の第３及び第４の部分４３，４４の全体がそれぞれ貫通孔３２，３３と重なっている。

このような構成であっても、平面的な位置ずれによる平面コイルパターン２０の内径領域と貫通孔３１〜３３の重なり量の変動がほとんど生じないことから、第１及び第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ａ，１０Ｄと同様の効果を得ることが可能となる。本実施形態は、カメラのレンズ、フラッシュ、指紋認証装置などに必要となる貫通孔が３つ存在し、且つ、そのｘ方向に距離がやや離れている場合に好適である。

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、平面コイルパターン２０の形状については、上述した各実施形態に示す形状に限定されるものではなく、六角形、八角形などの多角形形状であっても構わないし、楕円形であっても構わない。また、平面コイルパターン２０を構成する導体パターンのターン数についても特に限定されるものではない。

１０Ａ〜１０Ｉ アンテナ装置
２０ 平面コイルパターン
２０ａ 横断部
２１，２２ 端子
３１〜３３ 貫通孔
４１ 第１の部分
４２ 第２の部分
４３ 第３の部分
４４ 第４の部分
５０ 基板
１００ 携帯無線機器
１０１，１０２ 金属層
Ｉ１〜Ｉ３ 電流
ＳＬ スリット
φ１，φ２ 磁束

Claims (7)

1. 対向する第１及び第２の部分と、対向する第３及び第４の部分とを含む平面コイルパターンと、
   少なくとも一つの貫通孔を有する金属層と、を備え、
   前記平面コイルパターンの前記第１及び第２の部分は、いずれも、一部が前記金属層と重なり、且つ、残りの部分が前記貫通孔と重なり、
   前記平面コイルパターンの前記第３及び第４の部分は、いずれも、一部又は全部が前記金属層又は前記貫通孔と重なることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記貫通孔は、前記第１及び第２の部分の前記一部と重なる第１の貫通孔を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第３及び第４の部分の全体が前記金属層と重なることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記貫通孔は、少なくとも前記第１及び第３の部分と重なる第２の貫通孔と、少なくとも前記第２及び第４の部分と重なる第３の貫通孔とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
5. 前記第３の部分の全体が前記第２の貫通孔と重なり、前記第４の部分の全体が前記第３の貫通孔と重なることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を備える携帯無線機器。
7. 前記金属層が筐体の一部を構成することを特徴とする請求項６に記載の携帯無線機器。

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