JP4962322B2 - アンテナモジュール、通信装置及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナモジュール、通信装置及び通信システムに関する。

近年、非接触型ＩＣカードやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの非接触通信を行う通信装置が普及している。この通信装置は、例えばアンテナコイルを有し、このアンテナコイルでの交流磁界を利用した磁界結合により非接触通信を行う。このような通信装置による磁界結合は、例えば近接型などの近距離における非接触通信に適している。

また、非接触通信を行うアンテナとしては、上記アンテナコイルなどの磁界結合を利用したものと、下記特許文献１〜３に開示された通信装置が有するような電界結合を利用したものが知られている。

特開２００７−６０３８２号公報 特開２００７−２８００２号公報 特開平３−１７１３８５号公報

一方、近年、より多いデータ量を高速に送受信させることも希求されており、例えば異なるデータを同時に送受信するなど、複数の通信系統（例えば複数の通信ライン、複数の通信システム）により送受信する通信装置（複合無線機）が望まれる場合がある。

そこで、例えば非接触型ＩＣカードなどの通信装置内に複数の通信系統を組み込もうとする場合、複数の通信系統のそれぞれに対するアンテナを１つの通信装置内に配置する必要がある。このように複数のアンテナが組み込まれた通信装置では、その通信装置内の各通信系統のアンテナ同士間の結合（例えばループアンテナなどのアンテナコイルにおける磁界結合）が発生し、この結合による干渉が問題となる。

また、通信装置に配置されるアンテナの１つを磁界結合用アンテナとし、もう１つを電界結合用アンテナとした場合、電界結合用アンテナは板状の電極で構成されるので、磁界結合用アンテナの磁束が、この電極に入り込む。このように磁束が電極に入り込むと、電極では、磁束を取り巻く渦電流が発生する。この渦電流は、磁界を打消す方向に発生するので、磁界結合を乱すこととなる。また、渦電流は、電界結合用アンテナにおける電子の動きを妨げるので、電界結合におけるノイズともなる。さらに、渦電流は、熱損失を発生させる。よって、磁界結合用アンテナと電界結合用アンテナとを近接して配置すると、アンテナの効率が低下してし、通信距離が短くなってしまう。

このアンテナ効率の低下は、１つの通信装置内のアンテナ同士間の距離が短いほど顕著である。よって、干渉による影響を抑えるためにアンテナ同士間の距離を長くすれば、通信装置の小型化を阻害する可能性がある。一方、通信装置本体のデザイン等の制約上、アンテナ同士間の距離を十分に長くすることができない場合も少なくない。

また、各通信系統での使用周波数帯を変更し、かつ、ノイズを除去するためにフィルタを使用することも考えられるが、このような方法によっても、干渉による影響を抑えるには限界がある。

近年の例えばノートパソコンや携帯電話などの携帯型の電子機器には、様々な規格に基づいた複数の無線システムが混載されており、このようなアンテナ同士の結合による干渉は益々問題となっている。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アンテナ効率の低下を抑えつつ、電界結合用アンテナと磁界結合用アンテナとを近接させて実装して、全体の構成を小型化することが可能な、新規かつ改良されたアンテナモジュール、通信装置及び通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、を備え、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、アンテナモジュールが提供される。

かかる構成によれば、２つのソレノイドコイルから発せられる磁界は、コイル軸を含む平面上を通過する。一方、電界結合用電極は、この平面上に配置される。従って、磁界の磁束は、電界結合用電極に平行に入り込む。つまり、磁束は、電界結合用電極と直交する成分が最小限に抑えられる。その結果、磁束を取り巻くように発生する渦電流の発生を抑えることができる。

また、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルの各々から等距離の位置に配置されてもよい。
かかる構成によれば、２つのソレノイドコイルから発生した磁束は、各々から等距離の位置で互いに反発し合うので、各々から等距離の位置の磁束密度は、減少される。よって、この位置に配置された電界結合用電極に入り込む磁束を減少させることができる。

また、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイル間の中心に配置されてもよい。
かかる構成によれば、電界結合用電極の中心と、２つのソレノイドコイル間の中心とが一致する。よって、受信側のアンテナと送信側のアンテナの中心を合わせることが容易になる。

また、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を挟んで対称に２つ配置されてもよい。
かかる構成によれば、２つの電界結合用電極の中心と、２つのソレノイドコイル間の中心とが一致する。よって、受信側のアンテナと送信側のアンテナの中心を合わせることが容易になる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、駆動回路からの駆動信号により、非接触通信を行う通信装置であって、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、を備え、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、通信装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、２つの通信装置の間で非接触通信を行う通信システムであって、２つの通信装置のそれぞれは、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、を備え、各通信装置内で、電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、通信システムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、第１通信部が発生させる磁界中に配置された平板状の電界結合用電極を有し、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、第１通信部及び第２通信部の一側に配置され、第１通信部が発生させる磁界を反射する反射板と、を備え、反射板は、第２通信部の電界結合用電極のグランドとなるように第２通信部に接続されることを特徴とする、アンテナモジュールが提供される。

かかる構成によれば、反射板は、第１通信部が発生させる磁界を反射させることができると同時に、第２通信部の電界結合用電極のグランドとなることができる。よって、反射板は、第１通信部の反射板として機能すると同時に、第２通信部の電界が反射板の裏側に回り込むことも抑えることができ、第２通信部のアンテナ効率も高めることができる。また、第１通信部及び第２通信部を効率的に配置することができる。更に、反射板の裏側に配置された電子部品などからのノイズが第１通信部又は第２通信部に入り込んでアンテナ効率が低下することを、防止できる。

また、反射板は、プリント基板として形成され、第１通信部及び第２通信部の少なくとも１つを駆動する駆動回路が、反射板を挟んで第１通信部及び第２通信部とは反対の方向に配置されてもよい。
かかる構成によれば、駆動回路のノイズが第１通信部及び第２通信部のアンテナ効率を低下させることや、第１通信部又は第２通信部の電磁波が駆動回路に与える影響を抑えることができるとともに、アンテナモジュールを含むシステムを小型化が可能となる。

また、第１通信部は、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置された２つのソレノイドコイルを有し、第２通信部の電界結合用電極は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を含む平面上に配置され、反射板は、２つのソレノイドコイルのコイル軸を含む平面に略平行に、２つのソレノイドコイル及び電界結合用電極を覆うように配置されてもよい。

また、第１通信部は、磁界結合を行うためのアンテナコイルを有し、第２通信部の電界結合用電極は、アンテナコイルのコイル形成面上に配置され、反射板は、アンテナコイルのコイル形成面に略平行に、アンテナコイル及び電界結合用電極を覆うように配置されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、駆動回路からの駆動信号により、非接触通信を行う通信装置であって、磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、第１通信部が発生させる磁界中に配置された平板状の電界結合用電極を有し、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、第１通信部及び第２通信部の一側に配置され、第１通信部が発生させる磁界を反射する反射板と、を備え、反射板は、第２通信部の電界結合用電極のグランドとなるように第２通信部に接続されることを特徴とする、通信装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、アンテナ効率の低下を抑えつつ、電界結合用アンテナと磁界結合用アンテナとを近接させて実装して、全体の構成を小型化することができる。

以下に添付図面を参照しながら、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、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．アンテナについて＞
本発明の各実施形態に係る通信装置について説明する前に、まず、図１〜図３を参照しつつ、各実施形態に係る通信装置が有するアンテナについて説明する。各実施形態に係る通信装置は、磁界結合用アンテナと電界結合用アンテナの両方を有する。なお、ここでは、図１及び図２を参照しつつ、２種類の磁界結合用アンテナについて説明し、図３を参照しつつ、１種類の電界結合用アンテナについて説明する。

（１−１．ソレノイドアンテナ）
図１を参照しつつ、磁界結合用アンテナの一例であるソレノイドアンテナについて説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。

ソレノイドアンテナ１０は、磁界結合用アンテナ及び第１通信部の一例であって、磁界により非接触通信を行う。図１に示すように、ソレノイドアンテナ１０は、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒを有する。それぞれのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒは、同様に構成される。そこで、ソレノイドコイル１０Ｌの構成を例に説明する。

ソレノイドコイル１０Ｌは、巻線１１Ｌと、コア１２Ｌと、を有する。
巻線１１Ｌは、ソレノイドコイル１０Ｌのコイル巻線であり、コア１２Ｌに巻き付けられて形成される。一方、コア１２Ｌは、例えば、フェライトなどにより形成される。なお、図１では、コア１２Ｌは、略円筒形状を有するとしているが、例えば、四角柱形状・三角柱形状・多角形柱形状・楕円柱形状など様々な形状に形成されてもよい。更に、このコア１２Ｌは、例えば、対をなすコア１２Ｒとは反対側の端部が、通信方向（図１のｚ軸方向）に屈折した形状で形成されてもよい。このソレノイドコイル１０Ｌは、入出力端子を介して駆動回路（図示せず）に接続され、駆動回路から駆動信号により、磁界Ｈ１を発生させる。また、ソレノイドコイル１０Ｌをコイル軸方向の磁束が貫くと、誘導機電力が発生し、その起電力が受信信号として駆動回路に出力される。

このようなソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒは、コイル軸Ａが同一直線上となるように配置される。ここでは、互いに対向したコイル端部を「対向端」ともいう。

また、ソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒは、図１に示すように、それぞれが発生させる磁界が互いに反発するように駆動される。つまり、ソレノイドコイル１０Ｌが発生させる磁界Ｈ１と、ソレノイドコイル１０Ｒが発生させる磁界Ｈ２とは、相互に反発しあい、通信方向（ｚ軸方向）に向かう磁界Ｈとして合成される。よって、このソレノイドアンテナ１０は、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの結合磁界Ｈによる結合を利用して非接触通信を行う。なお、反発しあう磁界Ｈ１、Ｈ２を発生させるために、ソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの巻線１１Ｌ、１１Ｒは、逆向きに巻かれてもよいし、駆動回路の信号が逆方向に入力してもよい。

（１−３．ループアンテナ）
図２を参照しつつ、磁界結合用アンテナの一例であるループアンテナについて説明する。図２は、本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。

ループアンテナ２０は、磁界結合用アンテナ及び第１通信部の一例であって、磁界により非接触通信を行う。図２に示すように、ループアンテナ２０は、コイルアンテナの一例であって、図２に示すように、ｘｙ平面内においてコイル状に形成される。

このループアンテナ２０は、入出力端子を介して駆動回路（図示せず）に接続され、この駆動回路からの駆動信号により、磁界Ｈを発生させる。また、ループアンテナ２０のコイル形成面（ｘｙ平面のループアンテナ内部）を磁束が貫くと、誘導機電力が発生し、その起電力が受信信号として駆動回路に出力される。なお、図１には、ループアンテナ２０が１回巻きのコイルである場合を示しているが、ループアンテナ２０の巻数は、これに限定されるものではない。

なお、上記ソレノイドアンテナ１０及びループアンテナ２０が発生させる磁界Ｈは、図１及び図２では通信方向（ｚ軸正の方向）に向かい磁界として表した。しかし、駆動回路から供給される駆動信号（電圧又は電流）は、交流であり、磁界Ｈも交流となる。つまり、磁界Ｈは、主にｚ軸方向の上下に振動する。

（１−４．電界カプラ）
図３を参照しつつ、電界結合用アンテナの一例である電界カプラについて説明する。図３は、本発明の各実施形態に係る通信装置が有する電界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。

電界カプラ３０は、電界結合用アンテナ及び第２通信部の一例であって、電界により非接触通信を行う。電界カプラ３０は、図３に示すように、電界結合用電極（以下単に「電極」ともいう。）３１と、接続信号線３２と、スタブ（Ｓｔｕｂ）３３と、入出力信号線３４と、基板３５と、グランド３６を有する。

まず、各構成の接続関係等について説明する。
電極３１は、平板状に形成され、その平板の中心下方に接続信号線３２が接続される。接続信号線３２は、電極３１とスタブ３３とを電気的に接続する。スタブ３３は、入出力信号線３４と接続信号線３２との間に配置される。そして、入出力信号線３４は、入出力端子を介して駆動回路（図示せず）に接続され、この駆動回路から出力される駆動信号（電圧又は電流）が印加される。つまり、駆動回路から出力された駆動信号は、入出力端子を介して入出力信号線３４に入力し、入出力信号線３４により伝達されてスタブ３３に入力する。そして、スタブ３３に入力した送信信号は、接続信号線３２を介して電極３１に伝達され、この電極３１において電界Ｅを発生させる。なお、受信側の通信装置の場合、受信信号は、これと逆の経路をたどって駆動回路に伝達される。一方、基板３５は、絶縁体などにより形成され、その表面にスタブ３３が形成され、かつ、電界カプラ３０における各構成を支持する。電界カプラ３０は、電極３１等を支持するために別途の支持部材（図示せず）を備えてもよいが、この支持部材は、例えば絶縁体で形成されることが好ましい。

なお、接続信号線３２が電極３１のほぼ中心位置Ｏから所定距離オフセットした位置に配置された場合、電極３１の面内方向に不均等な電流が流れてマイクロストリップ・アンテナのように動作する。つまり、電極３１は、不要な電波、例えば、通信方向（ｚ軸方向）に進行する横波の電波を放出してしまう。一方、本実施形態に係る電界カプラ３０では、接続信号線３２は電極３１のほぼ中心位置Ｏに配置され、電極３１の面内方向に均等な電流が流れるので、横波の電波は打消し合う。つまり、電界カプラ３０は、通信方向に振動しつつ進行する縦波の電界Ｅを利用して、非接触通信を行うことができる。

スタブ３３は、基板３５上に例えば導体パターンとして形成され、他端がグランド接続している。より具体的には、基板３５におけるスタブ３３の形成面と反対の面には、導電性のグランド３６が形成される。そして、スタブ３３は、例えば入出力信号線３４が接続された端部（図３のｘ軸正方向の端部）とは反対の端部Ｇ（図１のｘ軸負方向の端部）において、基板３５に形成されたスルーホール（図示せず）を介してグランド３６に接続されてショートされる。

このスタブ３３の信号伝達方向における長さＬ１は、送受信信号の周波数帯における波長の３分の１程度であることが好ましい。この場合、スタブ３３のｘ軸負方向の端部はショートしているので、スタブ３３には送受信信号による定在波が発生しうる。つまり、スタブ３３において図３のｘ軸正負方向の端部（先端）の電圧は略０Ｖ（節）となり、中心の電圧は極大値（腹）となる。また、上記の接続信号線３２は、このスタブ３３の中心の位置（先端から波長の４分の１程度の位置）に接続される。よって、接続信号線３２は、振幅が極大値となりうる送信信号を電極３１に伝達することができ、電極３１は、伝搬効率の高い電界結合を行うことができる。

なお、ここではインピーダンス整合等を行う構成として分布定数回路を使用する場合をしめしているが、集中定数回路を使用することもできる。

ここで、電界カプラ３０が発生させる電界Ｅについて説明する。
一般にアンテナから放出される電界としては、例えばアンテナからの距離に反比例して減衰する「放射電界」と、アンテナからの距離の２乗に反比例して減衰する「誘導電界」と、アンテナからの距離の３乗に反比例して減衰する「準静電界」とがある。一方、任意の電流分布は、微小ダイポールを流れる電流分布の集まりと考えられ、それによって誘導される電界も同様の性質がある（例えば、虫明康人著「アンテナ・電波伝搬」（コロナ社、１６頁〜１８頁）を参照。）。そこで、電界カプラ３０を、通信を行いたい方向、つまりｚ軸方向（接続信号線３２の形成方向）に延長形成された微小ダイポールとして近似する。すると、微小ダイポールから放出される電界Ｅは、以下の（数式１）及び（数式３）により表される。

ここで、Ｒは、微小ダイポールからの距離、θは、微小ダイポールの軸方向からの角度、φは、微小ダイポールの軸を中心とした回転角、ｊは、微小ダイポールを流れる電流密度、εは、誘電率、ｐ及びｋは、定数をそれぞれ表す。

上記（数式１）及び（数式３）に示すように、微小ダイポールからは大きく分けて２種類の電界Ｅ_θ，Ｅ_Ｒが放出される。この電界Ｅ_θは、伝搬方向と垂直な方向に振動する電界成分（横波成分）であり、電界Ｅ_Ｒは、伝搬方向と平行な方向に振動する電界成分（縦波成分）である。そして、電界Ｅ_θは、上記の放射電界・誘導電界・静電界を含み、電界Ｅ_Ｒは、放射電界を含まず誘導電界・静電界を含む。

一方、電界カプラ３０では、ｚ軸方向を情報の伝搬方向とするためθ＝０°となる電界を主に使用する。この場合、上記（数式１）からはＥ_θ＝０となる一方、上記（数式３）からはＥ_Ｒが極大値となることが判る。

従って、電界カプラ３０は、比較的遠くまで伝搬する放射電界を使用することなく非接触通信を行うので、特に近接型の非接触通信に適している。

（１−５．アンテナの配置位置による問題）
磁界結合を行う上記ソレノイドアンテナ１０やループアンテナ２０が発生させる交流磁界中に、電界結合を行う上記電界カプラ３０の電極３１が配置される場合、金属で形成された板状の電極３１中には、渦電流が発生してしまう。この渦電流は、磁界結合用アンテナの磁界を打消すと共に、損失を発生させてしまう。その結果、磁界結合用アンテナのアンテナ効率は低下する。また、渦電流は、電界カプラ３０の電極３１中の電子の動きを妨げるため、電界のノイズとなる。よって、アンテナ効率は低下し、通信距離が短くなってしまう。

渦電流は、一般的に磁束を回転軸とする円上に発生する。つまり、電極３１に渦電流が発生するのは、電極３１を垂直に交差する磁束が存在することに起因する。よって、この電極３１を交差する磁束の、電極３１に直交する方向（図３のｚ方向）の成分を減少させることにより、渦電流の発生を抑制することができる。

本発明者らは、非接触通信アンテナ等について鋭意研究を行った結果、上記のように、アンテナの配置位置による問題等を解明し、更に、かかる問題の原因及び解決方法を突き止めて、下記で説明する本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る通信装置に想到した。以下、この通信装置について説明する。

＜２．第１実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。
図４に示すように、本実施形態に係る通信装置１００は、磁界結合用アンテナ及び電界結合用アンテナの２つのアンテナを有する。つまり、通信装置１００は、磁界結合用アンテナとしてソレノイドアンテナ１０を有し、電界結合用アンテナとして電界カプラ３０を有する。このソレノイドアンテナ１０と電界カプラ３０との位置関係を説明する。

（条件１）
上述の通り、渦電流の発生を抑制するには、電極３１を交差する磁束の、電極３１に直交する方向（図３のｚ方向）の成分（以下「直交成分」ともいう。）を減少させればよい。一方、本実施形態に係る通信装置１００が有するソレノイドアンテナ１０が発生する磁界Ｈを見ると、磁界Ｈは、コイル軸Ａを含む平面上を伝搬する。
従って、電極３１をコイル軸Ａを含む平面上に配置すれば、磁界の直交成分が減少する（条件１）。

（条件２）
更に、ソレノイドアンテナ１０が発生させる磁界は、図１に示したように反発しあう２つの磁界Ｈ１、Ｈ２の合成磁界Ｈである。また、磁界Ｈ１、Ｈ２は、ソレノイドコイル１０Ｌとソレノイドコイル１０Ｒとの中間を通りコイル軸Ａと垂直な平面（ｙｚ平面）上で相互に反発し合う。つまり、磁界Ｈ１、Ｈ２は、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの各々から等距離の位置上で相互に反発し合う。よって、この等距離の位置では、磁界Ｈ１、Ｈ２は、どちらも反発しあって弱くなる。
従って、電極３１を２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの各々から等距離の位置に配置すれば、電極３１に入り込む磁界を減少させることができる（条件２）。

そこで、本実施形態に係る通信装置１００では、上記条件１及び条件２を両方とも満たすように電極３１が配置される。つまり、図４に示すように、電界カプラ３０の電極３１は、ソレノイドアンテナ１０の２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間の中心に配置される。つまり、電極３１は、コイル軸Ａを含む平面上であり、かつ、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの各々から等距離の位置に配置される。

従って、本実施形態に係る通信装置１００は、電極３１に入り込む磁界（磁束）Ｈの直交成分を減少させ、かつ、電極３１に入り込む磁界Ｈ自体を減少させることができる。よって、電極３１に渦電流が発生することを防ぐことができる。

（条件３）
なお、上述の条件２に示したように、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの各々から等距離の位置では、磁界Ｈ１、Ｈ２は、どちらも反発しあって弱くなるが、更に、この２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間の中心の位置、つまり、「等距離であり、かつ、コイル軸Ａ上の位置」では、磁界Ｈ１、Ｈ２は、更に弱くなる。
従って、電極３１を２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間の中心の位置に配置すれば、電極３１に入り込む磁界を更に減少させることができる（条件３）。

上述のように、本実施形態に係る電極３１は、更にコイル軸Ａ上に配置される。
従って、通信装置１００は、この条件３をも満たし、電極３１に入り込む磁界Ｈ自体を更に減少させることができる。また、電極３１が２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間の中心に配置されることにより、電界カプラ３０の中心（電極３１の中心）と、ソレノイドアンテナ１０の中心とを一致させることができる。よって、本実施形態に係る通信装置１００は、通信相手の通信装置に対する中心あわせが容易である。

なお、非接触通信では、通信距離が短く指向性が高いため、中心が揃っていないと、アンテナ効率が悪いばかりか、通信が行えないこともある。よって、通信を行うアンテナ同士の中心を揃えて通信を行うことが重要である。１つの通信装置が２つのアンテナを有する場合、２つのアンテナの中心を同時に合わせることは難しい。しかしながら、本実施形態に係る通信装置１００は、ソレノイドアンテナ１０と電界カプラ３０との中心位置が一致している。よって、両者の中心を同時に合わせることが容易となる。よって、通信装置１００によれば、特性の向上及び通信の安定化を実現できる。

また、この通信装置１００によれば、ソレノイドアンテナ１０の内部（２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間）に電界カプラ３０を配置することができるので、アンテナの占めるスペースを低減でき、通信装置１００を小型化することができる。

（２−１．通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて）
次に、図５を参照して、通信が行われている際の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明する。
図５は、本実施形態に係る通信装置の通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明するための説明図である。なお、図５では、ソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒ及び電極３１の大きさや配置位置と磁界Ｈ及び電界Ｅを、理解しやすいように模式的に誇張して記載している。

図５に示すように、２つの通信装置１００が互いの中心位置が一致するように、近接させると、一の通信装置１００のソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒからは磁界Ｈが発せられ、電極３１からは電界Ｅが発せられる。この磁界Ｈは、他の通信装置１００のソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒをコイル軸Ａ方向に貫通し、このソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒでは誘導起電力が発生する。よって、磁界結合による非接触通信が行われる。また、上記電界Ｅも、他の通信装置１００の電極３１の電子を振動させる。よって、電界結合による非接触通信が行われる。

一方、図５に示すように、本実施形態に係る通信装置１００では、電極３１に対する磁界Ｈの直交成分は少ないばかりか、電極３１に入り込む磁界Ｈすら少ない。よって、この電極３１では、渦電流は発生し難い。よって、本実施形態に係る通信装置１００は、アンテナ効率が低下することを防ぎつつ、電界結合用アンテナと磁界結合用アンテナとを近接して配置することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る通信装置１００はアンテナ効率の低下を防止することができる。しかしながら、通信装置の設計や形状などによる制約上、電極３１をソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの中心に配置できない場合がある。その場合には、上記条件１及び条件２を満たしつつ、ソレノイドアンテナ１０と電界カプラ３０とを配置することにより、上記第１実施形態に係る通信装置１００と同様の効果を得ることができる。この場合の例として、以下で説明する第２実施形態に係る通信装置が挙げられる。

＜３．第２実施形態＞
図６及び図７を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る通信装置について説明する。
図６及び図７は、本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。

図６に示すように、本実施形態に係る通信装置２００は、１つの磁界結合用アンテナ及び２つの電界結合用アンテナを有する。より具体的には、通信装置２００は、磁界結合用アンテナとして第１実施形態に係る通信装置１００と同様のソレノイドアンテナ１０を有し、電界結合用アンテナとして電界カプラ３０を２つ有する。ここでは、２つの電界カプラ３０のそれぞれを、電界カプラ３０Ａ、３０Ｂとして区別する。このソレノイドアンテナ１０と電界カプラ３０Ａ、３０Ｂとの位置関係を説明する。

本実施形態に係る通信装置２００でも、上記条件１及び条件２を両方とも満たすように電界カプラ３０Ａの電極３１Ａ及び電界カプラ３０Ｂの電極３１Ｂが配置される。つまり、図６に示すように、電極３１Ａ及び電極３１Ｂは、コイル軸Ａを含む平面Ｓ上であり、かつ、２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの各々から等距離の位置に配置される。

従って、本実施形態に係る通信装置２００も、電極３１に入り込む磁界Ｈの直交成分を減少させ、かつ、電極３１に入り込む磁界Ｈ自体を減少させることができる。よって、電極３１に渦電流が発生することを防ぐことができる。

（条件４）
また、図７に示すように、電極３１Ａ、３１Ｂは、コイル軸Ａを挟んで対称な位置に配置される（条件４）。このように、２つの電極３１Ａ、３１Ｂを対称に配置することにより、２つの電極３１Ａ、３１Ｂの間の中心と、ソレノイドアンテナ１０の２つのソレノイドコイル１０Ｌ、１０Ｒの間の中心とを、一致させることができる。よって、本実施形態に係る通信装置２００も、通信相手の通信装置に対する中心あわせが容易である。

このような構成を有することにより、本実施形態に係る通信装置２００は、上記第１実施形態に係る通信装置１００と同様に、電極３１Ａ、３１Ｂに対する磁界Ｈの直交成分を減少させることができるので、アンテナ効率が低下することを防ぎつつ、電界結合用アンテナと磁界結合用アンテナとを近接して配置することができる。

なお、図７に示すように、本実施形態に係る通信装置２００は、上記条件３を満たしていないため、多少磁界Ｈが入り込むが、この磁界Ｈは、電極３１と平行であり、渦電流を発生させ難い。よって、本実施形態に係る通信装置２００も、上記第１実施形態に係る通信装置と同様な効果を奏することができる。

＜４．第３実施形態＞
次に、図８を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る通信装置３００について説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。

本実施形態では、上記第１実施形態及び第２実施形態とは異なり、磁界結合用アンテナとして、ループアンテナ２０を使用した場合について説明する。つまり、本実施形態に係る通信装置３００は、電界結合用アンテナとして第１実施形態などと同様に電界カプラ３０を有する一方、磁界結合用アンテナとしてはループアンテナ２０を有する。このループアンテナ２０と電界カプラ３０との位置関係を説明する。

（条件５）
ループアンテナ２０は、上記ソレノイドアンテナ１０とは異なる構造を有し、両アンテナ共に平面上に形成される。よって、単純に上記条件１及び条件２を満たす位置に、電界カプラ３０を配置することは難しい。一方、全体の構成を小型化して効率よく配置するには両アンテナを略同一の平面上に配置することが考えられる。そこで、全体の構成を小型化しつつ、電極３１に対する磁界Ｈの直交成分を減少させて渦電流の発生を抑制するために、電極３１に入り込む磁界Ｈを減少させることが考えれる。一方、ループアンテナ２０が発生させる磁界Ｈは、ループアンテナ２０から離れるほど、磁界Ｈが弱くなる。しかし、ループアンテナ２０と電界カプラ３０との間の距離を長くして両者を配置することも考えられるが、この場合、同一平面上であっても、アンテナを小型化することは難しい。また、ループアンテナ２０が発生させる磁界Ｈは、ループアンテナ２０の巻線から離れるほど弱くなる。よって、ループアンテナ２０の中心位置では、磁界Ｈは弱くなる。
従って、ループアンテナ２０の中心位置に電極３１を配置すれば、電極３１に入り込む磁界Ｈを減少させることができ、その結果、電極３１に対する磁界Ｈの直交成分を減少させることができる（条件５）。

そこで、本実施形態に係る通信装置３００では、上記条件５を満たすように電極３１が配置される。つまり、図８に示すように、電界カプラ３０の電極３１は、ループアンテナ２０の形成面上であり、かつ、ループアンテナ２０の中心の位置に配置される。従って、本実施形態に係る通信装置３００は、電極３１に入り込む磁界Ｈ自体を減少させることにより、電極３１に入り込む磁界Ｈの直交成分を減少させることができる。よって、電極３１に渦電流が発生することを防ぐことができる。

また、電極３１は、ループアンテナ２０の中心に配置されるので、電極３１の中心と、ループアンテナ２０の中心とを一致させることができる。よって、本実施形態に係る通信装置３００は、通信相手の通信装置に対する中心あわせが容易である。

また、この通信装置３００によれば、ループアンテナ２０の内部に電界カプラ３０を配置することができるので、アンテナの占めるスペースを低減でき、通信装置３００を小型化することができる。

（４−１．通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて）
次に、図９を参照して、通信が行われている際の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明する。
図９は、本実施形態に係る通信装置の通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明するための説明図である。なお、図９では、ループアンテナ２０及び電極３１の大きさや配置位置と磁界Ｈ及び電界Ｅを、理解しやすいように模式的に誇張して記載している。

図５に示すように、２つの通信装置３００が互いの中心位置が一致するように、近接させると、一の通信装置３００のループアンテナ２０からは磁界Ｈが発せられ、電極３１からは電界Ｅが発せられる。この磁界Ｈは、他の通信装置３００のループアンテナ２０の内部を貫通し、このループアンテナ２０では誘導起電力が発生する。よって、磁界結合による非接触通信が行われる。また、上記電界Ｅも、他の通信装置３００の電極３１の電子を振動させる。よって、電界結合による非接触通信が行われる。

一方、図５に示すように、本実施形態に係る通信装置３００では、ループアンテナ２０が発生させる磁界Ｈは、ループアンテナ２０の中心Ｏに向かうほど小さくなる。よって、電極３１に入り込む磁界Ｈを減少させることができ、その結果、電極３１に対する磁界Ｈの直交成分を減少させることができる。

なお、電極３１の端部における磁界Ｈは、電極３１の中心における磁界Ｈよりも大きいが、電極３１の端部では、磁界Ｈを中心軸とする円状の渦電流は、電極３１の端部により切断され流れにくい。一方、電極３１が発生させる電界Ｅは、中心Ｏに向かうほど大きくなる。よって、上記条件５を満たした配置によっても残存している磁界Ｈの直交成分がアンテナ効率に与える影響は、少ない。

＜５．磁界結合用アンテナについて＞
以上、磁界結合用アンテナとして、ソレノイドアンテナ１０とループアンテナ２０とを例に挙げて、本発明の各実施形態に係る通信装置１００〜３００について説明した。

上述のように通信装置１００〜３００では、磁界結合用アンテナと電界結合用アンテナとを近接して配置することにより、通信装置の構成自体を小型化することができる。更に通信装置を小型に配置するには、各アンテナの駆動回路をも、近接して配置する必要がある。しかしながら、駆動回路は、電子回路で構成されており、電界Ｅや磁界Ｈによる影響を受けやすい。よって、駆動回路を各アンテナに近接して配置すると、各アンテナが発生させた電界Ｅや磁界Ｈが、駆動回路の動作を妨げてしまう場合がある。これとは逆に、駆動回路では、様々な個所で電流が流れたり電圧が印可されているので、駆動回路からは磁界や電界が発生し、その電界や磁界が、各アンテナのノイズとなったり、アンテナの動作を妨げて、アンテナ効率を低下させる場合がある。また、例えば、通信装置が携帯電話に配置する場合には、携帯電話の駆動回路や金属部分も、アンテナコイルの特性に影響を及ぼす場合がある。なお、電界Ｅは、指向性が強いが、磁界Ｈは、コイルを取り巻いて発生する。よって、上記のようなアンテナ効率の低下を防止するには、特に磁界Ｈが遮蔽された位置に駆動回路を配置する必要があり、遮蔽構造が別途必要になる。

よって、この遮蔽構造が、通信装置の小型化を阻害している。

一方、ソレノイドアンテナ１０やループアンテナ２０は、図１及び図２に示すように、通信方向（ｚ軸正の方向）だけでなく、それとは反対の方向（ｚ軸負の方向）にも磁界Ｈを発生させる。このため、反対の方向に配置される物質によりアンテナとしての特性が変化してしまう。よって、ソレノイドアンテナ１０又はループアンテナ２０の一側に、反射板４０を配置して、磁界結合用アンテナが発生させた磁界Ｈを反射することにより、アンテナの特性の変化を抑制する。図１１、１２に具体例を示す。

しかし、この反射板４０も、通信装置の小型化を阻害している。

そこで、以下では、遮蔽構造及び反射板４０をも含めた通信装置の小型化を可能にした本発明の第４実施形態〜第６実施形態について説明する。

＜６．第４実施形態＞
図１２は、本発明の第４実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。
なお、図１２には、図４に示した第１実施形態に係る通信装置１００に駆動回路などを実装してコイル軸Ａで切断した場合のｙ軸方向から見た断面を示している。

図１２に示すように、本実施形態に係る通信装置４００は、ソレノイドアンテナ１０と、電界カプラ３０と、反射板４０と、駆動回路５０と、スルーホール１３、３７、３８とを有し、導電体層６０上又は内部に形成される。

反射板４０は、ソレノイドアンテナ１０及び電界カプラ３０を覆う板状にプリント基板により形成される。そして、反射板４０は、ソレノイドアンテナ１０及び電界カプラ３０の一側（ｚ軸負の方向）に沿ってそれらを覆うように配置される。また、反射板４０は、電解カプラ３０の電極３１が配置された電解ソレノイドアンテナ１０のコイル軸Ａを含む平面Ｓに平行又は略平行に配置されることが望ましい。この反射板４０には孔が形成されている。ソレノイドアンテナ１０と駆動回路５０とは、この孔を介して形成されたスルーホール１３により接続される。電界カプラ３０と駆動回路５０とも、この孔を介して形成されたスルーホール３７により接続される。つまり、スルーホール３７が入出力信号線３４の役割を担う。

駆動回路５０は、反射板４０を挟んでソレノイドアンテナ１０及び電界カプラ３０とは反対側に配置される。従って、反射板４０は、駆動回路５０の遮蔽構造としても機能することができる。

一方、電界カプラ３０は、上述のようにグランド３６を有する。このグランド３６は、一般的には電極３１と同等以上の大きさが必要である。一方、本実施形態に係る通信装置４００は、グランド３６を有する代わりに、反射板４０を有する。スルーホール３８は、スタブ３３の端部Ｇと反射板４０とを接続する。このような構成によれば、反射板４０は、グランド３６の代わりに、電界カプラ３０のグランドとしても機能することができる。

つまり、本実施形態に係る通信装置４００は、ソレノイドアンテナ１０の磁界Ｈの反射板、駆動回路５０の遮蔽構造、及び電界カプラ３０のグランドの３つの構成を、１つの反射板４０に統合することができる。よって、通信装置４００は、更に装置の小型化をすることができる。また、反射板４０が電界カプラ３０のグランドをも兼ねることにより、電界カプラのグランドを大きくとることが可能となり、電界カプラ３０の特性を向上させることが可能である。

＜７．第５実施形態＞
図１３は、本発明の第５実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。
なお、図１３には、図８に示した第３実施形態に係る通信装置３００に駆動回路などを実装してコイル軸Ａで切断した場合のｙ軸方向から見た断面を示している。

図１３に示すように、本実施形態に係る通信装置５００は、ループアンテナ２０と、電界カプラ３０と、反射板４０と、駆動回路５０と、スルーホール１３、３７、３８とを有し、２つの導電体層６０上又は内部に形成される。

反射板４０は、ループアンテナ２０及び電界カプラ３０を覆う板状にプリント基板により形成される。そして、反射板４０は、ループアンテナ２０及び電界カプラ３０の一側（ｚ軸負の方向）に沿ってそれらを覆うように配置される。また、反射板４０は、ループアンテナ２０のコイル形成面に平行又は略平行に配置されることが望ましい。反射板４０には孔が形成されている。ループアンテナ２０と駆動回路５０とは、この孔を介して形成されたスルーホール１３により接続される。電界カプラ３０と駆動回路５０とも、この孔を介して形成されたスルーホール３７により接続される。つまり、スルーホール３７が入出力信号線３４の役割を担う。

この構成を有する本実施形態に係る通信装置５００によれば、ソレノイドアンテナ１０の代わりにループアンテナ２０を備えつつ、上記第４実施形態に係る通信装置４００が奏する効果と同様の効果を奏することができる。

本実施形態に係る通信装置５００では、２つの導電体層のそれぞれに各構成を形成しているが、この場合には、両者を接続するケーブルが必要になる。このようなケーブルは、製造コストを上昇させるだけでなく、ケーブルで発生する損失等によりアンテナ特性が劣化してします。そこで、以下の第６実施形態のように通信装置を形成することも可能である。

＜８．第６実施形態＞
図１４は、本発明の第６実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。
なお、図１４にも、図８に示した第３実施形態に係る通信装置３００に駆動回路などを実装してコイル軸Ａで切断した場合のｙ軸方向から見た断面を示している。

なお、本実施形態に係る通信装置６００は、上記第５実施形態に係る通信装置５００と基本的には同様に形成される。しかしながら、通信装置６００は、１つの導電体層６０上又は内部に各構成が形成される点が、上記第５実施形態に係る通信装置５００とは異なる。

この構成を有する本実施形態に係る通信装置６００によれば、上記第５実施形態に係る通信装置５００が奏する効果と同様の効果を奏することができるだけでなく、安価に製造することができ、かつ、特性を更に安定させることができる。なお、ソレノイドアンテナ１０を有するものではあるが上記第４実施形態に係る通信装置４００も、本実施形態に係る通信装置６００と同様に、安価に製造することができ、かつ、特性を更に安定させることができることは言うまでもない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、磁界結合用アンテナの一例として、ソレノイドアンテナ１０及びループアンテナ２０を挙げたが、磁界結合用アンテナは、これらの例に限定されるものではなく、磁界結合により近接型の非接触通信を行うことが可能な如何なる形態のアンテナであってもよい。

また、上記実施形態では、通信装置単体について説明した。しかしながら、例えば、第１実施形態の図５に示した２つの通信装置１００のように、送信側の通信装置と受信側の通信装置とが１つのシステムを構成することももちろん可能である。

本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。 本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。 本発明の各実施形態に係る通信装置が有する電界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。 同実施形態に係る通信装置の通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係る通信装置の構成を説明するための説明図である。 同実施形態に係る通信装置の通信時の電界Ｅ及び磁界Ｈについて説明するための説明図である。 本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。 本発明の各実施形態に係る通信装置が有する磁界結合用アンテナの一例について説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の第５実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の第６実施形態に係る通信装置の構成を説明するための断面図である。

符号の説明

１０ ソレノイドアンテナ
１０Ｌ、１０Ｒ ソレノイドコイル
１１Ｌ、１１Ｒ 巻線
１２Ｌ、１２Ｒ コア
１３、３７、３８ スルーホール
２０ ループアンテナ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 電界カプラ
３１、３１Ａ、３１Ｂ 電極
３２ 接続信号線
３３ スタブ
３４ 入出力信号線
３５ 基板
３６ グランド
４０ 反射板
５０ 駆動回路
６０ 導電体層
１００、２００、３００ 通信装置
４００、５００、６００ 通信装置
Ａ コイル軸
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 磁界
Ｅ 電界
Ｓ 平面

Claims (8)

1. 各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、
   前記２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、
   を備え、
   前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、アンテナモジュール。
2. 前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの各々から等距離の位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイル間の中心に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を挟んで対称に２つ配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナモジュール。
5. 駆動回路からの駆動信号により、非接触通信を行う通信装置であって、
   各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、
   前記２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、
   を備え、
   前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、通信装置。
6. ２つの通信装置の間で非接触通信を行う通信システムであって、
   前記２つの通信装置のそれぞれは、
   各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置され、磁界結合により非接触通信を行う２つのソレノイドコイルと、
   前記２つのソレノイドコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う平板状の電界結合用電極と、
   を備え、
   前記各通信装置内で、前記電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む平面上に配置されることを特徴とする、通信システム。
7. 磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
   前記第１通信部が発生させる磁界中に配置された平板状の電界結合用電極を有し、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
   前記第１通信部及び前記第２通信部の一側に配置され、前記第１通信部が発生させる磁界を反射する反射板と、
   を備え、
   前記反射板は、前記第２通信部の電界結合用電極のグランドとなるように前記第２通信部に接続され、
   前記第１通信部は、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置された２つのソレノイドコイルを有し、
   前記第２通信部の電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む平面上に配置され、
   前記反射板は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む前記平面に略平行に、前記２つのソレノイドコイル及び前記電界結合用電極を覆うように配置される、
   アンテナモジュール。
8. 駆動回路からの駆動信号により、非接触通信を行う通信装置であって、
   磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
   前記第１通信部が発生させる磁界中に配置された平板状の電界結合用電極を有し、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
   前記第１通信部及び前記第２通信部の一側に配置され、前記第１通信部が発生させる磁界を反射する反射板と、
   を備え、
   前記反射板は、前記第２通信部の電界結合用電極のグランドとなるように前記第２通信部に接続され、
   前記第１通信部は、各コイル軸が略同一直線上に位置するように配置された２つのソレノイドコイルを有し、
   前記第２通信部の電界結合用電極は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む平面上に配置され、
   前記反射板は、前記２つのソレノイドコイルの前記コイル軸を含む前記平面に略平行に、前記２つのソレノイドコイル及び前記電界結合用電極を覆うように配置される、
   通信装置。
   

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