JP2018201165A - アンテナ装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置の等価インピーダンス値のばらつきを従来技術に比較して軽減できる。【解決手段】アンテナ装置は、磁性体に導線をスパイラル状に巻回して構成したアンテナ本体と、回路基板に設けられた複数個の接続部であって、前記アンテナ本体から引き出した導線の両端にそれぞれ接続された複数個の接続部とを備える。アンテナ装置において、前記磁性体に形成され、前記アンテナ本体の導線の一端、もしくは前記アンテナ本体の導線と前記接続部との間の伝送線路に接続された線路導体を備え、前記線路導体は、前記線路導体のパターン及び長さのうちの少なくとも１つを変化することで前記アンテナ本体の等価インピーダンス値を調整するために提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置とその製造方法に関する。

ＮＦＣ（Near Field Communication）もしくは「おさいふケータイ」等で利用されている近接型磁界結合方式の通信装置が、携帯電話機、スマートフォン、さらにはウェアラブル端末装置に内蔵されることにより普及してきている。各端末装置の高機能化及び小型化に伴い近接型磁界結合方式の通信アンテナの小型化も迫られている。端末装置の小型化を行うにあたり従来から使われているループアンテナでは、周辺の金属影響を受けやすいため通信距離が短くなってしまう。例えば、磁性体にコイルを巻きつけたアンテナ装置では金属の影響を受けにくいため通信距離が伸びることが既に知られている（例えば特許文献１参照）。

しかし、今までの磁性体にコイルを巻きつけたアンテナ装置では、導線を巻回するときのテンション、及び巻き線機の機械誤差による巻き線位置のずれなど量産時に等価インピーダンス値（インダクタンス、キャパシタンス、抵抗の各等価ＬＣＲ値）、及び通信エリアなどのアンテナ特性がばらつく。このばらつきはワイヤーが細く切れやすいため巻き線後に調整することが難しいという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、アンテナ装置の等価インピーダンス値のばらつきを従来技術に比較して軽減することができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明の一形態にかかるアンテナ装置は、
磁性体に導線をスパイラル形状に巻回して構成したアンテナ本体と、
回路基板に設けられた複数個の接続部であって、前記アンテナ本体から引き出した導線の両端にそれぞれ接続された複数個の接続部とを備えたアンテナ装置であって、
前記磁性体に形成され、前記アンテナ本体の導線の一端、もしくは前記アンテナ本体の導線と前記接続部との間の伝送線路に接続された線路導体を備え、
前記線路導体は、前記線路導体のパターン及び長さのうちの少なくとも１つを変化することで前記アンテナ本体の等価インピーダンス値を調整するために提供されることを特徴とする。

従って、本発明によれば、アンテナ装置の等価インピーダンス値のばらつきを従来技術に比較して軽減できる。

（ａ）は実施形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該アンテナ装置の側面図である。 （ａ）は実施形態２にかかるアンテナ装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は当該アンテナ装置の側面図である。 実施形態３Ａにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態３Ｂにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態３Ｃにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態４Ａにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態４Ｂにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態４Ｃにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施形態５にかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図５Ａのアンテナ装置の平面図である。 図５Ａ及び図５Ｂのアンテナ装置において等価インピーダンス値を調整する方法を示す平面図である。 実施形態５の変形例にかかるアンテナ装置において等価インピーダンス値を調整する方法を示す平面図である。

以下、本発明にかかる実施形態を説明する。図面において、同様のものについては同一の符号を付しており、その説明を省略する。

実施形態１．
図１（ａ）は実施形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の右側から見たときの当該アンテナ装置の側面図である。ここで、図１（ａ）及び図１（ｂ）を総称して図１という。

図１において、矩形平板形状を有する磁性体１０において、アンテナ本体の導線１１は、磁性体の１０の短辺方向に実質的に平行となるようにスパイラル形状で巻回される。磁性体１０の近傍に載置されるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）基板２０の例えばおもて面において、
（１）導線１１の一端１１ａに接続されるパッド２１ａと、
（２）導線１１の他端１１ｂに接続されるパッド２１ｂと、
（３）パッド２１ａに接続され、アンテナ装置の等価インピーダンス値を調整するためのストリップ形状の線路導体１２と、
（４）パッド２１ａがストリップ形状の伝送線路導体１３ａを介して接続されるコネクタ２２ａと、
（５）パッド２１ｂがストリップ形状の伝送線路導体１３ｂを介して接続されるコネクタ２２ｂと
が形成される。ここで、コネクタ２２ａ，２２ｂはそれぞれ伝送線路ケーブル３１ａ，３１ｂを介してコネクタ３０に接続される。コネクタ３０はさらに無線送受信回路（図示せず）に接続される。

図１において、線路導体１２は、導線１１の一端１１ａもしくは伝送線路導体１３ａから枝別れして分岐するようにＦＰＣ基板２０上に形成され、アンテナ装置のための、いわゆるスタブ導体を構成する。

以上の実施形態１にかかるアンテナ装置において、ＦＰＣ基板２０上の形成された線路導体１２を切断等することで、導線１１のアンテナ本体に接続されるインピーダンス値を変化させ、アンテナ装置の等価インピーダンス値を変化させて調整することができる。実施形態１では、例えば線路導体１２の長さを短くすることで、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス値（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を小さくすることができる。

従って、導線１１の巻回方法によるばらつきは等価インピーダンス値のばらつきにつながり、このことがアンテナ装置の共振周波数及びＱ値のばらつきにつながるので、これはまたアンテナ装置に接続された送受信回路の通信特性、給電特性の劣化につながる。上記のようにアンテナ装置の等価インピーダンス値を調整することで、アンテナ装置に接続された送受信回路の通信特性及び給電特性の劣化を防止できる。

実施形態２．
図２（ａ）は実施形態２にかかるアンテナ装置の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の右側から見たときの当該アンテナ装置の側面図である。ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を総称して図２という。

図２において、実施形態２にかかるアンテナ装置は、図１のアンテナ装置に比較して以下の点が異なる。
（１）図１のＦＰＣ基板２０に代えて、磁性体１０と実質的に同一の平面サイズを有する平板形状のＦＰＣ基板２０Ａを用いる。
（２）磁性体１０上にＦＰＣ基板２０Ａを重ね合わせてこれらを一体化し、一体化された磁性体１０及びＦＰＣ基板２０Ａに、アンテナ本体の導線１１が磁性体の１０の短辺方向に実質的に平行となるようにスパイラル形状で巻回される。なお、図２においては、磁性体１０の厚さとＦＰＣ基板２０Ａの厚さを実質的に同一の厚さで形成しているが、装置設計に応じて適宜変更される。
（３）図１のコネクタ２２ａ，２２ｂに代えて、パッド２３ａ，２３ｂを用いた。

図２において、線路導体１２は、導線１１の一端１１ａもしくは伝送線路導体１３ａから枝別れして分岐するようにＦＰＣ基板２０上に形成され、アンテナ装置のための、いわゆるスタブ導体を構成する。

以上の実施形態２にかかるアンテナ装置において、ＦＰＣ基板２０上の形成された線路導体１２を切断等することで、導線１１のアンテナ本体に接続されるインピーダンス値を変化させ、アンテナ装置の等価インピーダンス値を変化させて調整することができる。実施形態２では、例えば線路導体１２の長さを短くすることで、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス値（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を小さくすることができる。また、実施形態２にかかるアンテナ装置は実施形態１にかかるアンテナ装置と同様の作用効果を有する。

実施形態３Ａ及び３Ｂ．
図３Ａは実施形態３Ａにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図３Ｂは実施形態３Ｂにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。実施形態３Ａ及び３Ｂにかかるアンテナ装置の線路導体１２はそれぞれ、図２の実施形態２にかかるアンテナ装置に比較して、１ターン分の長さ、１／２ターン分の長さを有することを特徴としている。

発明者のシミュレーションによれば、等価インピーダンス値は磁性体１０の材料及び導線１１の巻回サイズに依存する。しかし、数ｎＨの等価インダクタンス値の軽減、及び、数Ωの等価抵抗値の軽減を行うことができ、線路導体１２はスタブ導体として従来技術に比較して大きな効果を奏することができる。

実施形態３Ｃ．
図３Ｃは実施形態３Ｃにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図３Ｃにおいて、実施形態３Ｃにかかるアンテナ装置は、図３Ａの実施形態３Ａにかかるアンテナ装置に比較して、以下の点が異なる。
（１）線路導体１２に代えて、線路導体１２の幅よりも広い幅を有するストリップ形状の線路導体１２Ａを備える。
（２）線路導体１２Ａの形成位置の下側であって、ＦＰＣ基板２０Ａと磁性体１０との間に接地導体２５が形成されている。

図３Ｃにおいて、線路導体１２Ａと接地導体２５との間において、公知の通り等価キャパシタンス値を有するキャパシタンスを形成する。

以上の実施形態３Ｃにかかるアンテナ装置において、ＦＰＣ基板２０上の形成された線路導体１２Ａを切断等することで、導線１１のアンテナ本体に接続されるインピーダンス値を変化させ、アンテナ装置の等価インピーダンス値を変化させて調整することができる。実施形態３Ｃでは、例えば線路導体１２Ａの長さを短くすることで、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価キャパシタンス値（Ｃ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を小さくすることができる。また、実施形態３Ｃにかかるアンテナ装置は実施形態１にかかるアンテナ装置と同様の作用効果を有する。

実施形態４Ａ．
図４Ａは実施形態４Ａにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４Ａにおいて、実施形態４Ａにかかるアンテナ装置は、図３Ａの実施形態３Ａにかかるアンテナ装置に比較して、線路導体１２に代えて、ミアンダ形状でかつ、ＦＰＣ基板２０Ａの短辺方向で延在するように形成された線路導体１２ａを備えたことを特徴とする。これにより、実施形態３Ａに比較して、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を大きくすることができる。

実施形態４Ｂ．
図４Ｂは実施形態４Ｂにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４Ｂにおいて、実施形態４Ｂにかかるアンテナ装置は、図３Ａの実施形態３Ａにかかるアンテナ装置に比較して、線路導体１２に代えて、ミアンダ形状でかつＦＰＣ基板２０Ａの長辺方向（長手方向）で延在して形成された線路導体１２ｂを備えたことを特徴とする。これにより、実施形態３Ａに比較して、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を大きくすることができる。

実施形態４Ｃ．
図４Ｃは実施形態４Ｃにかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４Ｃにおいて、実施形態４Ｃにかかるアンテナ装置は、図３Ａの実施形態３Ａにかかるアンテナ装置に比較して、線路導体１２に代えて、渦巻き形状（スパイラル形状）で形成された線路導体１２ｃを備えたことを特徴とする。これにより、実施形態３Ａに比較して、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を大きくすることができる。

実施形態５．
図５Ａは実施形態５にかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図５Ｂは図５Ａのアンテナ装置の平面図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、実施形態５にかかるアンテナ装置は、図３Ａのアンテナ装置に比較して、線路導体１２に代えて、線路導体１２ｄを備えたことを特徴とする。ここで、線路導体１２ｄは、３本の直線形状の線路導体１２ｄ１，１２ｄ２，１２ｄ３が並列に接続されてＦＰＣ基板２０Ａ上に２つの矩形形状で形成される。これにより、実施形態３Ａに比較して、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）を小さくして、等価抵抗値（Ｒ値）を大きくすることができる。

図５Ｃは図５Ａ及び図５Ｂのアンテナ装置において等価インピーダンス値を調整する方法を示す平面図である。図５Ｃに示すように、例えば線路導体１２ｄ１の一部を切断することで切断部１２ｄ１ｐを形成する。これにより、図５Ａ及び図５Ｂに比較して、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）を大きくして、等価抵抗値（Ｒ値）を小さくすることができる。ここで、３本の線路導体１２ｄ１，１２ｄ２，１２ｄ３のうちの切断する本数を変化させることで、等価インピーダンス値を細かく変化させて微調整できる。

実施形態５の変形例．
図５Ｄは実施形態５の変形例にかかるアンテナ装置において等価インピーダンス値を調整する方法を示す平面図である。図５Ｄにおいて、実施形態５の変形例にかかるアンテナ装置は、図３Ａの実施形態３Ａにかかるアンテナ装置に比較して、線路導体１２に代えて、線路導体１２ｅを備えたことを特徴とする。ここで、線路導体１２ｅは、３本の直線形状の線路導体１２ｅ１，１２ｅ２，１２ｅ３が並列に接続されてＦＰＣ基板２０Ａ上に２つの矩形形状で形成される。ここで、線路導体１２ｅ１をミアンダ形状で形成される。これにより、実施形態５の変形例は、実施形態５の線路導体１２ｄ１と比較して、線路導体１２ｅ１のアンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）及び等価抵抗値（Ｒ値）を大きくすることができる。

図５Ｄに示すように、例えば線路導体１２ｅ１の一部を切断することで切断部１２ｅ１ｐを形成する。これにより、アンテナ装置の等価インピーダンス値のうちの等価インダクタンス（Ｌ値）を大きくして、等価抵抗値（Ｒ値）を小さくすることができる。ここで、３本の線路導体１２ｅ１，１２ｅ２，１２ｅ３のうちの切断する本数を変化させることで、等価インピーダンス値を細かく変化させて微調整できる。

本実施形態と特許文献２との相違点．
特許文献２には、アンテナ装置のＬＣＲ値を調整する目的で、端末装置用アンテナモジュール及びその製造方法が開示されている。しかし、本発明とは確かに余分なパターンをあらかじめ作製しておき検査工程でカットしアンテナ装置のＬＣＲを調整する点では似ている点がある。しかし、特許文献２はループアンテナでの製造方法であり、スパイラル型アンテナのワイヤーが切れやすく調整が困難という問題は解消できていない。

一般には、スパイラル型巻線アンテナ装置は巻線のエリアのばらつきが等価ＬＣＲ値のばらつきに直結する。そして、等価ＬＣＲ値のばらつきは、アンテナ装置の共振周波数及びＱ値のばらつきになるので、通信特性及び給電特性の劣化につながる。

これに対して、本実施形態では、ＰＣＢ基板上にスタブ導体である線路導体を形成することで、アンテナ装置の導線及び銅箔パターンのインピーダンスを変化させ等価ＬＣＲ値を調整することができる。これにより、ワイヤーが切れやすく調整が困難という問題を解決できる。

変形例．
以上の各実施形態では、ＦＰＣ基板を用いているが、本発明はこれに限らず、誘電体基板、半導体基板などの回路基板を用いてもよい。

以上の各実施形態では、ＦＰＣ基板２０上にパッド２１ａ，２１ｂ、コネクタ２２ａ，２２ｂ、パッド２３ａ，２３ｂを形成しているが、本発明はこれに限らず、端子などの接続部であればよい。

１０…磁性体、
１１…導線、
１１ａ…導線の一端
１１ｂ…導線の他端、
１２，１２Ａ，１２ａ〜１２ｅ…線路導体、
１２ｄ１〜１２ｄ３，１２ｅ１〜１２ｅ３…線路導体、
１２ｄ１ｐ，１２ｅ１ｐ…線路導体の切断部、
１３ａ，１３ｂ…伝送線路導体、
２０，２０Ａ…ＦＰＣ基板、
２１ａ，２１ｂ…パッド、
２２ａ，２２ｂ…コネクタ、
２３ａ，２３ｂ…パッド、
２５…接地導体、
３０…コネクタ、
３１ａ，３１ｂ…伝送線路ケーブル。

特開２０１４−１７９８５０号公報 特開２０１５−０４２００７号公報

Claims (10)

1. 磁性体に導線をスパイラル形状に巻回して構成したアンテナ本体と、
   回路基板に設けられた複数個の接続部であって、前記アンテナ本体から引き出した導線の両端にそれぞれ接続された複数個の接続部とを備えたアンテナ装置であって、
   前記磁性体に形成され、前記アンテナ本体の導線の一端、もしくは前記アンテナ本体の導線と前記接続部との間の伝送線路に接続された線路導体を備え、
   前記線路導体は、前記線路導体のパターン及び長さのうちの少なくとも１つを変化することで前記アンテナ本体の等価インピーダンス値を調整するために提供されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記磁性体と前記回路基板は互いに重ね合わせられて一体化され、
   前記一体化された磁性体及び回路基板に前記導線が巻回されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記線路導体をミアンダ形状で形成した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。
4. 前記線路導体を渦巻き形状で形成した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. 前記線路導体を矩形形状で形成した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。
6. 前記線路導体は、接地導体との間にキャパシタを形成したことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
7. 前記回路基板は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）基板であることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
8. 前記複数の接続部は、複数のパッド、複数の端子、もしくは複数のコネクタであることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
9. 請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置の製造方法であって、
   前記線路導体を前記回路基板上に形成する工程と、
   前記形成された線路導体のパターン及び長さのうちの少なくとも１つを変化することで等価インピーダンス値を調整する工程とを含むことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
10. 前記等価インピーダンス値を調整する工程は、前記形成された線路導体の一部を切断することを含むことを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置の製造方法。

Images