JP6122321B2 - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明が適用されたアンテナ装置1は、電子機器50に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、たとえば図1に示すようなRFID(Radio Frequency IDentification)用の非接触通信システム100に組み込まれて使用される。ここで、電子機器50は、たとえば携帯電話、スマートフォン、ノートブックパソコン、タブレットパソコン等の携帯端末機器を含む。
アンテナ装置1は、通信時にリーダライタ120とxy平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器の筐体の内部に組み込まれる。図1に示すように、アンテナ装置1は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ120との間で通信を行うアンテナコイル12と、アンテナコイル12が実装されたアンテナ基板11とを備える。アンテナ装置1には、アンテナコイル12により生成される電力により駆動される通信処理部13を備えるようにしてもよい。アンテナ基板11のリーダライタ120と対向する面とは反対側の面に、金属箔3がアンテナコイル12の一部に重畳するように配置される。ここで、携帯電話等の電子機器の筐体内部には、電子機器の動作制御のための制御回路が搭載された制御基板や、電子機器の駆動のためのバッテリ等が搭載されている。これらは、少なくとも一部が金属材料によって構成される電子機器の内部構造物であり、アンテナ装置1に近接し、あるいは重畳して、リーダライタ120に対向するように配置され、これを金属板4として表わすことができる。
アンテナ装置1は、リーダライタ120に対向する面(xy平面)を通過する磁束の変化にしたがって、誘導電流を発生する。通過する磁束本数が多く、磁界の強度が強ければ、誘導される誘導電流も大きく、通信特性が安定する。磁束は、金属に対しては、渦電流を生じさせるので、金属内部に入り込むことができないため、金属に沿って流れることになる。
アンテナ装置1を構成する磁性シート20は、アンテナコイル12の全面すべてを覆うようにする必要は必ずしもなく、アンテナコイル12の一部に重畳させるようにして、金属箔3の端部3aに集められた磁束を導入して、アンテナコイルに電流を誘導することができればよい。磁性シート20を削減することによって、軽量化、薄型化を向上させることが可能になる。
アンテナ装置1では、金属箔3が、アンテナ基板11の他方側11bのアンテナコイル12のみを覆うように形成されている。一般的に、電子機器50の筐体内部には、磁束をシールドする金属製の内部構造物が多数存在するので、これらと金属箔3とを近接させ、あるいは重畳させることによって磁束のシールド経路として利用して、金属箔3の端部3aに集められた磁束を磁性シート20に導入することができればよい。このことは、あくまでも磁束を導くための経路として筐体内部の金属製の内部構造物を利用することに過ぎず、より効率よく経路が構成できるように内部構造物が配置されているとは限らない。そこで、アンテナ装置1を構成する金属箔3を積極的に磁束のシールド経路を形成するように、より広い面積をもたせるようにする。
金属箔3は、アンテナコイル12の他方側11bに重畳していれば、アンテナ基板11のいずれの面に形成されてもよい。
本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置1では、携帯電話やスマートフォン等の電子機器の筐体内に存在する金属を含む内部構造物と協働して、リーダライタ等が発信する磁束(磁界)をアンテナ装置1を構成する金属箔3の端部3aに誘導し、集め、強化された磁界をアンテナ装置1の磁性シート20に導入する。これによって、より強い磁界がアンテナ装置1に導入され、安定した通信特性を実現する。
上述の具体例1の追加的な金属箔40dを用いるのに代えて、本発明の一実施の形態の変形例に係るアンテナ装置1aを用いてもよい。
スマートフォン130の筐体部材131aは、電子機器自体で美観を呈するようなデザイン上の目的や筐体の薄型化による強度不足を補うために、マグネシウム合金等の金属材料と樹脂材料とを複合的に組み合わせた複合材料によって形成される場合が増えている。すなわち、筐体部材131aは、金属材料からなるメタルカバー132a、樹脂材料からなる樹脂部分132bとを含んでいる。図13(A)及び図13(B)に示すように、アンテナ装置1は、筐体部材131aのメタルカバー132aの部分に配置される。アンテナ装置1の金属箔3は、基板40b、RFモジュール40c、基板40a及びメタルカバー132aによって金属製の磁束のシールドを形成する。リーダライタ120から発信された磁束は、これらの金属を避けるようにして流れるので、アンテナ装置1の金属箔3の端部3aの付近には磁束が集まり磁界が強まる。さらに、磁束のシールド効果を有効なものとするために、さらなる金属箔40dを追加してもよい。追加的な金属箔40dに代えて、上述変形例2のアンテナ装置1aを用いるようにしてもよい。
電子機器としてのタブレットパソコン135では、筐体136の前面に液晶パネル138が搭載される。そして、アンテナ装置1a(変形例2)は、液晶パネル138の周縁部に配置される。リーダライタ120は、液晶パネル138に対向する面から磁界を発信する。
タブレットパソコン135の筐体136にも、金属材料からなるメタルカバー136aと樹脂材料からなる樹脂部分136bとから構成される場合がある。このような場合には、メタルカバー136aも磁束のシールド経路に用いることができ、アンテナ装置1aの金属箔3をメタルカバー136aの内面に重畳させるように配置する。
比較例に係るアンテナ装置では、図16に示すように、金属板4とリーダライタ120とを対向させて、金属板4とアンテナ基板11との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
本実施例では、図18に示すように、金属板4とリーダライタ120とを対向させて、金属板4とアンテナ基板11のリーダライタ120と反対側において、金属箔3を金属板4とアンテナ基板11に重畳させた。アンテナ基板11は、金属板4の端部4aに隣接させた。この状態で、金属箔3とアンテナ基板11との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
Claims (15)
- 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記アンテナコイルの導線が、上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向で上記アンテナコイルの中心部から端部にわたって設けられ、上記導電体における上記一方向での端部が上記アンテナコイルの中心部に位置することを特徴とするアンテナ装置。 - 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
電子機器の筐体の一部を構成する筐体部材と、
上記筐体部材の内面に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記アンテナコイルの導線が、上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向で上記アンテナコイルの中心部から端部にわたって設けられ、上記導電体における上記一方向での端部が上記アンテナコイルの中心部に位置することを特徴とするアンテナ装置。 - 上記導電体の全幅であって、上記アンテナコイルの上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向に沿う導電体全幅は、当該一方向に沿う上記アンテナコイルの全幅よりも広く、該導電体の面積は、該アンテナコイルに重畳する面積よりも大きいことを特徴とする請求項1または2記載のアンテナ装置。
- 上記導電体の上記アンテナ基板と重畳しない部分の少なくとも1箇所に孔部が形成されていることを特徴とする請求項3記載のアンテナ装置。
- 上記孔部は、切欠状に形成されていることを特徴とする請求項4記載のアンテナ装置。
- 上記アンテナコイルの他方側は、上記導電体よりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載のアンテナ装置。
- 上記導電体は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載のアンテナ装置。
- 上記アンテナコイル及び上記導電体は、上記アンテナ基板上に形成された導電層であることを特徴とする請求項1から7のうちいずれか1項記載のアンテナ装置。
- 上記筐体部材は、その一部を構成する金属部を含み、
上記導電体は、上記金属部の一部に重畳していることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。 - 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器において、
上記アンテナ装置は、
上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記アンテナコイルの導線が、上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向で上記アンテナコイルの中心部から端部にわたって設けられ、上記導電体における上記一方向での端部が上記アンテナコイルの中心部に位置することを特徴とする電子機器。 - 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器において、
上記アンテナ装置は、
上記電子機器の筐体の一部を構成する筐体部材と、
上記筐体部材の内面に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記アンテナコイルの導線が、上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向で上記アンテナコイルの中心部から端部にわたって設けられ、上記導電体における上記一方向での端部が上記アンテナコイルの中心部に位置することを特徴とする電子機器。 - 上記筐体部材は、その一部を構成する金属部を含み、
上記導電体は、上記金属部の一部に重畳していることを特徴とする請求項11記載の電子機器。 - 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記導電体の全幅であって、上記アンテナコイルの上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向に沿う導電体全幅は、当該一方向に沿う上記アンテナコイルの全幅よりも広く、該導電体の面積は、該アンテナコイルに重畳する面積よりも大きく構成され、
上記導電体の上記アンテナ基板と重畳しない部分の少なくとも1箇所に孔部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
電子機器の筐体の一部を構成する筐体部材と、
上記筐体部材の内面に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあること、及び、上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあることのうち、少なくとも一方の条件を満たし、
上記導電体は、上記他方側とのみ重畳し、
上記導電体の全幅であって、上記アンテナコイルの上記一方側と上記他方側とが並ぶ一方向に沿う導電体全幅は、当該一方向に沿う上記アンテナコイルの全幅よりも広く、該導電体の面積は、該アンテナコイルに重畳する面積よりも大きく構成され、
上記導電体の上記アンテナ基板と重畳しない部分の少なくとも1箇所に孔部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 上記孔部は、切欠状に形成されていることを特徴とする請求項13または14記載のアンテナ装置。
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