JP6213992B2 - ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。 The present invention relates to an antenna device that is incorporated in an electronic device and communicates with an external device via an electromagnetic field signal, and an electronic device in which the antenna device is incorporated.
従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットPC等の電子機器において、近距離非接触通信(NFC: Near Field Communication )の機能を搭載するため、RFID(Radio Frequency Identification)用のアンテナモジュールが用いられている。このアンテナモジュールは、リーダライタ等の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナ装置は、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するICを駆動させることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an RFID (Radio Frequency Identification) antenna module has been used in an electronic device such as a mobile phone, a smartphone, and a tablet PC in order to mount a near field non-contact communication (NFC) function. This antenna module performs communication using an inductive coupling with an antenna coil mounted on a transmitter such as a reader / writer. That is, in the antenna device, when the antenna coil receives the magnetic field from the reader / writer, the antenna coil can convert the power into electric power and drive the IC functioning as a communication processing unit.
アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナ装置では、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。携帯電話機等の電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパック等の金属がリーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタから来る磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が弱くなる傾向にある。 The antenna module needs to receive a magnetic flux of a certain value or more from the reader / writer by the antenna coil in order to reliably communicate. Therefore, in the antenna device according to the conventional example, a loop coil is provided in the casing of the mobile phone, and the coil receives the magnetic flux from the reader / writer. The antenna module incorporated in an electronic device such as a cellular phone has a magnetic flux from the reader / writer rebounded due to an eddy current generated when a metal such as a substrate or a battery pack inside the device receives a magnetic field from the reader / writer. End up. For example, when considering the surface of a mobile phone case, the magnetic field coming from the reader / writer tends to be strong at the outer peripheral portion of the case surface and weak near the center of the case surface.
通常のループコイルを用いるアンテナの場合では、ループコイルは、その開口部が上述した筐体表面の外周部分を通過する磁界をあまり受けられない携帯電話機の中央部分に位置している。このため、通常のループコイルを用いるアンテナでは、磁界を受ける効率が悪くなっている。そこで、リーダライタからくる磁界が強い筐体表面の外周部分にループアンテナを配置するようにしたアンテナ装置や、磁性シートを用いて磁束を増やして性能を高めるようにしたアンテナ装置が提案されている。これらのアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
In the case of an antenna using a normal loop coil, the loop coil is located in the central portion of the mobile phone where the opening portion cannot receive a magnetic field passing through the outer peripheral portion of the housing surface described above. For this reason, in the antenna using a normal loop coil, the efficiency which receives a magnetic field has deteriorated. Therefore, an antenna device in which a loop antenna is arranged on the outer peripheral portion of the surface of the casing where the magnetic field coming from the reader / writer is strong, and an antenna device in which the magnetic sheet is used to increase the magnetic flux to improve the performance have been proposed. . In these antenna devices, the loop antenna has a rectangular shape and is installed so that its long side is along the outer peripheral edge of the housing surface (see, for example,
前述したように、携帯端末装置に内蔵するRFIDアンテナモジュールにおいて、基板等の金属板による磁界のシールド効果を利用して特性を高める方法が提案されている。本件出願人は、金属による磁界のシールド効果を利用して効率を高めたアンテナ装置として、例えば、特願2013−021616において、電子機器の筐体内部に設けられ、外部機器に対向する第1の金属板と、電子機器の筐体内部に設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、電子機器の筐体内部に設けられ、主要な金属板となる第1の導電体と重畳又は接触すると共に、アンテナコイルの外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第2の導電体とを備えたアンテナ装置を提案している。 As described above, in the RFID antenna module built in the portable terminal device, a method for improving the characteristics by using the magnetic field shielding effect by a metal plate such as a substrate has been proposed. For example, in Japanese Patent Application No. 2013-021616, the applicant of the present invention is a first antenna device that is provided inside a casing of an electronic device and faces an external device. A metal plate, an antenna coil provided in the electronic device casing and inductively coupled to the external device, and a first conductor provided in the electronic device casing and serving as a main metal plate are superimposed or contacted. In addition, an antenna device is proposed that includes a surface of the antenna coil opposite to the surface facing the external device and a sheet-like second conductor at least partially overlapping.
しかしながら、アンテナ装置を備える電子機器の主要な金属板となる第1の導電体とアンテナ装置の位置関係は、電子機器の構造によって異なる。それに伴って当該第1の導電体との距離によって、アンテナ装置に貼り付ける第2の導電体の大きさが多種多様となって、第2の導電体を備えるアンテナモジュールの標準化が困難となっていた。また、第1の導電体とアンテナ装置の距離が離れている場合には、アンテナ装置に具備した第2の導電体のサイズが大きくなり、アンテナモジュールを設置する際における電子機器の設計自由度が制約され、その取り扱いが困難となっていた。特許文献1乃至3のアンテナ装置では、基板等の金属板を利用して通信特性を高めているものの、第2の導電体を含めたアンテナモジュールの標準化や設計自由度の課題解決に関しては、言及していない。
However, the positional relationship between the antenna device and the first conductor serving as a main metal plate of the electronic device including the antenna device differs depending on the structure of the electronic device. Accordingly, the size of the second conductor to be attached to the antenna device varies depending on the distance from the first conductor, and it is difficult to standardize the antenna module including the second conductor. It was. In addition, when the distance between the first conductor and the antenna device is large, the size of the second conductor provided in the antenna device increases, and the degree of freedom in designing the electronic device when installing the antenna module is increased. It was constrained and difficult to handle. In the antenna devices of
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電子機器の内部構造によらず、第2の導電体を含むアンテナ装置の安定した通信機能の向上と、当該第2の導電体を含めたアンテナモジュールの標準化の実現と設計自由度の確保の可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes an improvement in the stable communication function of an antenna device including a second conductor and the second conductor, regardless of the internal structure of the electronic device. It is an object of the present invention to provide a new and improved antenna device and electronic apparatus capable of realizing standardization of an antenna module and ensuring design flexibility.
本発明の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する第1の導電体と、前記電子機器の筐体内部に設けられ、前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ループアンテナと、前記第1の導電体と所定の間隔を隔てて設けられ、前記ループアンテナの前記外部機器と対向する面と反対側の面と一部が重畳又は接触するシート状の第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体との間に設けられ、一方の端部が前記第1の導電体と重畳又は接触すると共に、他方の端部の一部が前記第2の導電体と重畳又は接触するシート状の第3の導電体と、を備える。 One embodiment of the present invention is an antenna device that is incorporated in an electronic device and communicates with the external device via an electromagnetic field signal, and is provided inside the housing of the electronic device and faces the external device. A conductor, a loop antenna provided around an antenna coil that is inductively coupled to the external device, and a loop antenna provided around the first conductor, the loop being provided at a predetermined interval; Provided between the first conductor and the second conductor, a sheet-like second conductor partially overlapping or contacting the surface opposite to the surface facing the external device of the antenna A sheet-like third conductor in which one end overlaps or contacts the first conductor and a part of the other end overlaps or contacts the second conductor; Prepare.
本発明の一態様によれば、アンテナ装置の安定した通信機能を向上させながら、第2の導電体を備えるアンテナモジュールの標準化を容易にして、かつ、当該アンテナモジュールの設計自由度を確保できる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to facilitate standardization of an antenna module including the second conductor and to ensure design flexibility of the antenna module while improving a stable communication function of the antenna device.
このとき、本発明の一態様では、前記ループアンテナは、その長手方向の中心線を介して一方側部と他方側部に二分され、前記第2の導電体は、前記ループアンテナの前記アンテナコイルの導線が一方向に周回する一方側部と重畳し、前記アンテナコイルの前記導線が他方向に周回する他方側部と重畳しないこととしてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, the loop antenna is divided into one side and the other side via a longitudinal center line, and the second conductor is the antenna coil of the loop antenna. The conductive wire of the antenna coil may overlap with one side portion that circulates in one direction, and the conductive wire of the antenna coil may not overlap with the other side portion that circulates in the other direction.
このように、第2の導電体をループアンテナと一部重畳させることで、重畳していない領域に磁束を集中させ、当該領域における効率のよい発電を促すことができる。 In this way, by partially overlapping the second conductor with the loop antenna, the magnetic flux can be concentrated in the non-superimposed region, and efficient power generation in the region can be promoted.
また、本発明の一態様では、前記第2の導電体は、前記ループアンテナの前記一方側部の全長に亘って重畳することとしてもよい。 In the aspect of the invention, the second conductor may be overlapped over the entire length of the one side portion of the loop antenna.
このようにすれば、第2の導電体は、第3の導電体を介してループアンテナの一方側部における誘導結合を抑制し、他方側部において発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くすると共に、ループアンテナの一方側部から他方側部へ磁束を誘導させ、他方側部における結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。 In this way, the second conductor suppresses inductive coupling on one side of the loop antenna via the third conductor, and the current amount in the opposite direction to the current generated on the other side is relative. In addition, the magnetic flux can be induced from one side of the loop antenna to the other side of the loop antenna, the coupling at the other side can be promoted, and communication characteristics can be improved.
また、本発明の一態様では、前記第2の導電体は、前記長手方向の大きさが前記ループアンテナの前記長手方向の大きさと略同一であることとしてもよい。 In the aspect of the invention, the second conductor may have a size in the longitudinal direction that is substantially the same as a size in the longitudinal direction of the loop antenna.
このようにすれば、第2の導電体をアンテナ装置の通信特性を向上させるために必要な最小限の大きさとすることができるので、第2の導電体を含めたアンテナモジュールの標準化の実現と設計自由度の向上が図れるようになる。 In this way, since the second conductor can be made the minimum size necessary for improving the communication characteristics of the antenna device, the standardization of the antenna module including the second conductor can be realized. The design flexibility can be improved.
また、本発明の一態様では、前記ループアンテナの前記他方側部は、前記第2の導電体を介して、前記第3の導電体と対向する位置に配置されることとしてもよい。 In the aspect of the invention, the other side portion of the loop antenna may be disposed at a position facing the third conductor via the second conductor.
このようにすれば、第2の導電体をループアンテナと一部重畳させることで、第3の導電体を介して、重畳領域における磁界を跳ね返して重畳領域における誘導結合を抑制し、重畳していない領域において発生した電流を効率よく送電することができる。 In this way, the second conductor is partially overlapped with the loop antenna, so that the magnetic field in the overlap region is bounced back via the third conductor to suppress the inductive coupling in the overlap region. It is possible to efficiently transmit a current generated in a non-existing region.
また、本発明の一態様では、前記第3の導電体には、孔部が形成されていることとしてもよく、前記第3の導電体は、複数に分割されていることとしても、前記第1の導電体の側面部に重畳又は接触するように構成されていることとしてもよい。さらに、前記第3の導電体は、前記第1の導電体の前記外部機器と対向する一面、又は該一面と反対側の面の一部に重畳又は接触するように構成されていることとしてもよい。 In one embodiment of the present invention, the third conductor may be provided with a hole, and the third conductor may be divided into a plurality of parts. It is good also as being comprised so that it may overlap with or contact the side part of one conductor. Further, the third conductor may be configured to overlap or contact one surface of the first conductor facing the external device or a part of the surface opposite to the one surface. Good.
このように、第3の導電体を設けることによって、第2の導電体を含めたアンテナモジュールの設計自由度が向上する。 Thus, by providing the third conductor, the degree of freedom in designing the antenna module including the second conductor is improved.
また、本発明の他の態様は、前述した何れかのアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器である。 Another aspect of the present invention is an electronic device in which any of the antenna devices described above is incorporated and can communicate with an external device via an electromagnetic field signal.
本発明の他の態様によれば、第2の導電体を含めたアンテナモジュールの標準化の実現と設計自由度の向上を図りつつ、外部機器に対する電子機器の通信特性を高めることができる。 According to another aspect of the present invention, it is possible to improve the communication characteristics of an electronic device with respect to an external device while realizing standardization of an antenna module including the second conductor and improving design flexibility.
以上説明したように本発明によれば、電子機器の内部構造によらず、第2の導電体を備えるアンテナ装置の安定した通信機能の向上と、当該第2の導電体を含めたアンテナモジュールの標準化と設計自由度の確保が可能となる。 As described above, according to the present invention, regardless of the internal structure of the electronic device, the stable communication function of the antenna device including the second conductor is improved, and the antenna module including the second conductor is improved. Standardization and design freedom can be secured.
以下、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、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図であり、図2は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 First, a configuration of an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of the antenna device according to an embodiment of the present invention. FIG.
本実施形態に係るアンテナ装置1は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図1に示すようなRFID用の無線通信システム100に組み込まれて使用される。
The
無線通信システム100は、電子機器に備わるアンテナ装置1と、アンテナ装置1に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ120とを含む。ここで、アンテナ装置1とリーダライタ120とは、三次元直交座標系xyzのxy平面において互いに対向するように配置されているものとする。
The
リーダライタ120は、xy平面において互いに対向するアンテナ装置1に対して、z軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置1に向けて磁界を発信するアンテナ121と、アンテナ121を介して誘導結合されたアンテナ装置1と通信を行う制御基板122とを備える。
The reader /
すなわち、リーダライタ120は、アンテナ121と電気的に接続された制御基板122が配設されている。この制御基板122には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置1から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。
That is, the reader /
例えば、制御回路は、アンテナ装置1に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数(例えば、13.56MHz)の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ121を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置1からデータを読み出す場合、アンテナ121で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。
For example, when transmitting data to the
なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Qi(チー)等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。 In the control circuit, a coding method and a modulation method used in a general reader / writer are used. For example, a Manchester coding method or an ASK (Amplitude Shift Keying) modulation method is used. In the following description, the antenna device and the like in the non-contact communication system will be described, but the same can be applied to a non-contact charging system such as Qi (Chi).
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、外部機器と電磁界信号を介して通信する。本実施形態のアンテナ装置1は、図1に示すように、アンテナモジュール2と、金属板3と、アンテナ用金属箔4と、接続用金属箔5とを備える。本実施形態では、アンテナ装置1は、アンテナモジュール2の一部がアンテナ用金属箔4と重畳し、アンテナ用金属箔4を含むアンテナモジュール2が金属板3と所定の間隔を隔てて設けられ、当該金属板3とアンテナ用金属箔4を接続用金属箔5で連結していることを特徴とする。
The
アンテナモジュール2は、電子機器の筐体内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ120との間で通信を行う。本実施形態では、図1に示すように、アンテナモジュール2は、ループアンテナ11と、通信処理部13と、接続部14とを備え、当該ループアンテナ11の一部がアンテナ用金属箔4に重畳している。
The
ループアンテナ11は、電子機器の筐体内部に設けられ、外部機器となるリーダライタ120と誘導結合されることにより当該リーダライタ120と通信可能となるアンテナコイル12が周回する。ループアンテナ11には、例えばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理等することによって形成されるアンテナコイル12と、アンテナコイル12と通信処理部13とを電気的に接続する端子部14とが実装されている。
The
ループアンテナ11は、図2に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル12の1本の導線が周回されている。なお、本実施形態では、ループアンテナ11は、略矩形状をなしているが、その形状は、楕円等の他の形状としてもよい。また、本明細書中でループアンテナ11の「長手方向」とは、その長さや外径が最大値を示す方向を示し、略矩形状の場合では長辺方向、略楕円形の場合では長軸方向を示すものとする。
The
ループアンテナ11は、図2に示すように、アンテナコイル12が周回する主面が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。また、ループアンテナ11は、その長手方向の中心線12aを境に、一方側部11aと他方側部11bとを有する。一方側部11aは、アンテナコイル12の導線を長手方向に沿う電流の向きが同一方向に流れる方向を周回の方向とする。他方側部11bは、アンテナコイル12の導線を長手方向に沿う電流の向きが逆方向に流れる周回の方向とする。そして、ループアンテナ11は、長手方向に沿う一側縁を金属板3側に向けて、すなわち、一方側部11a又は他方側部11bの何れか一方を金属板3側に向けて配置される。
As shown in FIG. 2, the
アンテナコイル12は、リーダライタ120から発信される磁界を受けると、リーダライタ120と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部14を介して受信信号を通信処理部13に供給する。
When the
通信処理部13は、アンテナコイル12に流れる電流により駆動し、リーダライタ120との間で通信を行う。具体的に、通信処理部13は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部13が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部13は、リーダライタ120に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル12を介して変調された電波をリーダライタ120に送信する。なお、通信処理部13は、アンテナコイル12に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。
The
金属板3は、電子機器の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ120に対向する第1の導電体となる。金属板3は、例えば、携帯電話やスマートフォン、あるいはタブレットPC等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール2の通信時にリーダライタ120に対向する第1の導電体を構成するものである。この第1の導電体は、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットPCの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。
The
アンテナ用金属箔4は、第1の導電体となる金属板3と所定の間隔を隔てて設けられ、ループアンテナ11のリーダライタ120と対向する面と反対側の面と一部が重畳又は接触するシート状の第2の導電体である。本実施形態では、アンテナ用金属箔4は、図2に示すように、ループアンテナ11の一方側部11aの全長に亘って重畳し、好ましくは、その長手方向の大きさがループアンテナ11の長手方向の大きさより僅かに大きい略同一となるように形成されている。すなわち、アンテナ用金属箔4がアンテナ装置1の通信特性を向上させるために必要な最小限の大きさとなっているので、アンテナ用金属箔4を含めたアンテナモジュール2の標準化の実現と設計自由度の向上が図れる。
The metal foil for
なお、本実施形態では、アンテナ用金属箔4は、略矩形状をなしているが、その形状は、楕円等の他の形状としてもよい。また、本明細書中でアンテナ用金属箔4の「長手方向」とは、その長さや外径が最大値を示す方向を示し、略矩形状の場合では長辺方向、略楕円形の場合では長軸方向を示すものとする。
In addition, in this embodiment, although the
接続用金属箔5は、第1の導電体となる金属板3と第2の導電体となるアンテナ用金属箔4との間に設けられるシート状の第3の導電体である。本実施形態では、接続用金属箔5は、一方の端部5aが金属板3と重畳又は接触すると共に、他方の端部5bの一部がアンテナ用金属箔4と重畳又は接触する。
The connecting
このように、接続用金属箔5を金属板3とアンテナ用金属箔4との間に設けることによって、アンテナ用金属箔4が電子機器の金属板3と離隔する構成となっても、アンテナ用金属箔4と重畳したアンテナモジュール2は、接続用金属箔5を介して金属板3による磁気シールド効果を利用できるようになる。すなわち、接続用金属箔5が金属板3とアンテナ用金属箔4を連結することによって、電子機器の内部構造によらず、金属板3による磁気シールド効果を利用した小型NFCアンテナ等のアンテナ装置1の性能を最大限に高められる。また、接続用金属箔5が金属板3とアンテナ用金属箔4を連結することによって、アンテナモジュール2を備える電子機器の設計自由度を向上させる。
Thus, by providing the
前述したように、本実施形態では、ループアンテナ11と金属板3との間には、金属板3と重畳又は接触する接続用金属箔5を介して、シート状の第2の導電体となるアンテナ用金属箔4が設けられている。アンテナ用金属箔4は、ループアンテナ11のリーダライタ120と対向する面と反対側の面と、一部が重畳する。アンテナ用金属箔4は、ループアンテナ11の一部に重畳することにより、重畳するループアンテナ11の一部において磁界を跳ね返すことにより重畳する領域における誘導結合を抑制し、また、重畳していない領域への磁束の集中を促し、通信性能の向上を図る。
As described above, in the present embodiment, a sheet-like second conductor is formed between the
すなわち、ループアンテナ11は、基板の主面を周回するアンテナコイル12を通過するリーダライタ120からの磁束が当該アンテナコイル12の導線が一方向に周回する一方側部11aとアンテナコイル12の導線が他方向に周回する他方側部11bとで、反対方向の電流を生じさせ、その結果、効率よく結合させることができない。
That is, in the
そこで、本実施形態のアンテナ装置1では、アンテナ用金属箔4をループアンテナ11のリーダライタ120と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳領域における磁界を跳ね返して重畳領域における誘導結合を抑制し、重畳していない領域において発生した電流を効率よく送電することができる。また、アンテナ装置1は、アンテナ用金属箔4をループアンテナ11のリーダライタ120と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳していない領域に磁束を集中させ、当該領域における効率のよい発電を促すことができる。
Therefore, in the
また、アンテナ装置1は、アンテナ用金属箔4が接続用金属箔5にも重畳又は接触することにより、接続用金属箔5を介して金属板3からの磁束を漏らさずに、アンテナ用金属箔4が重畳していないループアンテナ11の領域へ誘導することができ、効率のよい誘導結合を行うことができる。すなわち、等価的に金属板3の端部3aがループアンテナ11のアンテナコイル12の中心線12aに配置される構造が実現されるようになる。さらに、アンテナ装置1は、アンテナ用金属箔4が接続用金属箔5とも重畳することにより、接続用金属箔5を介して金属板3からの漏れ磁束によって、アンテナ用金属箔4が重畳する一部において誘導結合による電流の発生を防止することができる。
Further, the
アンテナ用金属箔4及び接続用金属箔5は、例えば銅箔等の良導体が好ましく用いられるが、必ずしも良導体でなくともよい。すなわち、アンテナ用金属箔4と接続用金属箔5は、少なくとも導電性を有する金属等の材質で形成されていればよい。また、アンテナ用金属箔4と接続用金属箔5は、アンテナ装置1とリーダライタ120との通信周波数に応じて適宜厚さが決められ、例えば通信周波数13.56MHzにおいては、20μm〜30μm厚の金属箔を用いることができる。
The metal foil for
なお、アンテナ用金属箔4は、接続用金属箔5やループアンテナ11と重畳していれば必ずしも接している必要はない。ただし、アンテナ用金属箔4は、接続用金属箔5やループアンテナ11に近接するほど結合係数にとって有利となるため、近接あるいは接触していることが好ましい。
Note that the
また、アンテナ用金属箔4は、図2に示すように、ループアンテナ11の一方側部11aの端部からアンテナコイル12の中心線12aまで重畳することが好ましい。これにより、アンテナ用金属箔4は、ループアンテナ11の一方側部11aにおける結合を抑制して、他方側部11bにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くする。そして、それと共に、ループアンテナ11の一方側部11aから他方側部11bへ磁束を誘導させ、他方側部11bにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
さらに、アンテナ用金属箔4は、図2に示すように、ループアンテナ11の一方側部11aの長手方向以上の幅を有し、ループアンテナ11の一方側部11aを長手方向に亘って全て重畳することが好ましい。これによっても、アンテナ用金属箔4は、第3の導電体5を介して、ループアンテナ11の一方側部11aにおける誘導結合を抑制し、他方側部11bにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くする。また、それと同時に、ループアンテナ11の一方側部11aから他方側部11bへ磁束を誘導させ、他方側部11bにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
なお、ループアンテナ11は、アンテナ用金属箔4が重畳する一方側部11aにおけるアンテナコイル12の本数(例えば3本)よりも、アンテナ用金属箔4が重畳しない他方側部11bにおけるアンテナコイル12の本数(例えば4本)が多くなるように周回させるようにしてもよい。すなわち、1本のアンテナコイルの導線の始端と終端を他方側部11bにすることにより、アンテナコイル12の中心線12aを挟んで、ループアンテナ11の一方側部11aよりも他方側部11bの方に多くのコイル導線が周回するように形成することができる。これにより、リーダライタ120からの磁束と誘導結合するコイルの本数を増やし、良好な通信特性を実現することができる。
In addition, the
また、アンテナ装置1は、接続用金属箔5とループアンテナ11との間に、2枚以上に分割された複数のアンテナ用金属箔4を重畳させてもよい。これにより、例えば接続用金属箔5とループアンテナ11との間に、カメラモジュールのレンズ鏡筒が配置されるなど、アンテナ用金属箔4を設けることができない場合にも、レンズ鏡筒等の他の部材を回避した位置にアンテナ用金属箔4を設けることで、通信特性の向上を図ることができる。また、アンテナ装置1は、レンズ鏡筒等の他の部材に対応した開口部(図示せず)や切り欠き部(図示せず)が形成されたアンテナ用金属箔4を用いてもよい。
In the
さらに、アンテナ装置1は、図3に示すように、ループアンテナ11に重畳されたアンテナ用金属箔4と金属板3との間に、2枚以上に分割された複数の接続用金属箔5を重畳させてもよい。このように接続用金属箔5を複数に分割された構成とすることにより、ループアンテナ11に重畳されたアンテナ用金属箔4と金属板3との間に、例えば、カメラモジュールのレンズ鏡筒6が配置されるなど、接続用金属箔5をそのまま設けることができない場合にも、当該レンズ鏡筒6を迂回するように、ループアンテナ11が重畳されたアンテナ用金属箔4と金属板3とを接続できる。すなわち、複数に分割した接続用金属箔5をレンズ鏡筒6等の他の部材を回避した位置に設けることによって、当該部材の機能を確保しながら、通信特性の向上を図ることができる。なお、図3では、接続用金属箔5が2つに分割されている場合について示されているが、レンズ鏡筒6等の他の部材の設置数や設置箇所に応じて、3つ以上に分割された構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、アンテナ装置1は、図4に示すように、レンズ鏡筒6等の他の部材に対応した開口部5cや切り欠き部(図示せず)が形成された接続用金属箔5を用いてもよい。さらに、接続用金属箔5は、図5に示すように、第1の導電体となる金属板3の側面部3bに重畳又は接触するように構成されていることとしてもよい。このとき、接続用金属箔5は、略L字型に折り曲げられて構成され、ループアンテナ11は、アンテナコイル12の中心線12aに長手方向に亘って開口部が形成され、この開口部に磁性シート20が差し込まれる構成としてもよい。また、接続用金属箔5は、図6(A)に示すように、金属板3の外部機器120と対向する一面3cの一部に重畳又は接触するように構成されていることとしてもよい。さらに、接続用金属箔5は、図6(B)に示すように、金属板3の外部機器120と対向する一面3cと反対側の面3dの一部に重畳又は接触するように構成されていることとしてもよい。このように、アンテナ用金属箔4と金属板3との間に接続用金属箔5を設けることによって、アンテナ用金属箔4を含めたアンテナモジュール2(図1参照)の設計自由度が向上する。
Further, as shown in FIG. 4, the
本実施形態では、金属板3と、アンテナモジュール2に重畳させたアンテナ用金属箔4との間に接続用金属箔5を設けることによって、アンテナ用金属箔4が電子機器の金属板3と離隔する構成となっても、アンテナ用金属箔4と重畳したアンテナモジュール2の金属板3による磁気シールド効果を利用できるようになる。すなわち、電子機器の内部構造によらず、金属板3による磁気シールド効果を利用したアンテナ装置1の性能を最大限に高めて、アンテナモジュール2を備える電子機器の設計自由度を向上させる。
In the present embodiment, by providing the connecting
また、本実施形態では、金属板3と、アンテナモジュール2と重畳させたアンテナ用金属箔4との間に接続用金属箔5を設けるので、アンテナ用金属箔4の大きさに関わらず、確実に金属板3とアンテナ用金属箔4に重畳されたアンテナモジュール2を接続できる。すなわち、アンテナモジュール2と重畳されたアンテナ用金属箔4を所定の大きさに統一しても、電子機器の内部構造によらず確実に金属板3とアンテナモジュール2を接続できる。このため、アンテナ用金属箔4を含めてアンテナモジュール2の標準化が容易にすることができる。
Further, in the present embodiment, the connecting
さらに、本実施形態では、携帯端末等の電子機器の内部構造や金属部品によらずに、金属板3による磁気シールド効果を利用したアンテナ装置1の性能を最大化されるので、電子機器にカバー及びアンテナを装着する前後におけるインダクタンス等の電気特性の変化を少なくすることが可能となる。このため、NFCアンテナ等のアンテナ装置1の共振周波数調整の簡易化にも大きく寄与できる。
Further, in the present embodiment, the performance of the
次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される電子機器の一例について、図面を使用しながら説明する。図7は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、図8は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される電子機器の内部の一例を示す部分側面図である。 Next, an example of an electronic apparatus to which the antenna device according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the inside of an electronic apparatus to which the antenna device according to one embodiment of the present invention is applied, and FIG. 8 is an electronic diagram to which the antenna device according to one embodiment of the present invention is applied. It is a partial side view which shows an example of the inside of an apparatus.
以下では、主に電子機器としてスマートフォン133を例に、このスマートフォン133に収納されたバッテリパック134の金属筐体135において、通信時にリーダライタ120に対向される主面を第1の導電体を構成する金属板3として説明する。
In the following description, a
アンテナモジュール2のループアンテナ11は、スマートフォン133に組み込んだ際に、当該スマートフォン133の小型化を図りつつ、リーダライタ120との間で良好な通信特性を実現する観点から、図7に示すような三次元直交座標系xyzのxy平面上であって、例えばスマートフォン133の外筐体141内部に設けられたバッテリパック134と外筐体141の内周壁141aとの空間142に配置される。具体的に、ループアンテナ11は、図8に示すようなバッテリパック134の金属筐体135のリーダライタ120に対向した金属板3の端部3aと、外筐体141の内周壁141aとの間に配置されている。
When the
ここで、図8で示すように、スマートフォン133に配置されたバッテリパック134の金属筐体を構成する金属板3は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ120と対向したバッテリパック134の金属板3の端部3aの磁界が強いという特性を有する。
Here, as shown in FIG. 8, the
このようなスマートフォン130の筐体131内部の磁界強度の特性を利用して良好な通信特性を実現するために、アンテナモジュール2のループアンテナ11は、例えば、図2に示すように、z軸と平行なアンテナコイル12の中心12aが、金属板3の端部3aと外筐体141の内周壁141aとの空間142を通過し、長手方向の一側縁を金属板3の端部3a側に向けて、すなわち、一方側部11aを金属板3の端部3a側に向けて配置される。
In order to realize good communication characteristics using the magnetic field strength characteristics inside the housing 131 of the smartphone 130, the
本実施形態では、ループアンテナ11は、金属板3の端部3aと接することなく、離間した位置に設けられている。このように、アンテナ装置1は、電子機器の筐体内のレイアウト上の制約から金属板3とループアンテナ11とを離間して配置した場合にも、金属板3とループアンテナ11とに亘って、重畳させたアンテナ用金属箔4と接続用金属箔5で連結させることで良好な通信特性を得ることができる。すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置1をスマートフォン130等の電子機器に組み込むことによって、基板等の金属板3の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して、リーダライタ120等の外部機器に対する通信特性を高められる。
In the present embodiment, the
なお、上記のように本発明の一実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although one embodiment and each example of the present invention have been described in detail as described above, it will be understood by those skilled in the art that many modifications that do not substantially depart from the novel matters and effects of the present invention are possible. It will be easy to understand. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置、及び電子機器の構成、動作も本発明の一実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. In addition, the configurations and operations of the antenna device and the electronic device are not limited to those described in the embodiment and examples of the present invention, and various modifications can be made.
1 アンテナ装置、2 アンテナモジュール、3 金属板(第1の導電体)、3a 端部、3b 側面部、3c 一面、3d 反対側の面、4 アンテナ用金属箔(第2の導電体)、5 接続用金属箔(第3の導電体)、5a 一方の端部、5b 他方の端部、5c 孔部、11 ループアンテナ、11a 一方側部、11b 他方側部、12 アンテナコイル、12a 中心線、13 通信処理部、14 端子部、120 リーダライタ(外部機器)、121 アンテナ、122 制御基板、133 スマートフォン(電子機器)、134 バッテリパック、135 金属筐体(第1の導電体)、141 外筐体(筐体)、141a 内周壁、142 空間
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する第1の導電体と、
前記電子機器の筐体内部に設けられ、前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ループアンテナと、
前記第1の導電体と所定の間隔を隔てて設けられ、前記ループアンテナの前記外部機器と対向する面と反対側の面と一部が重畳又は接触するシート状の第2の導電体と、
前記第1の導電体と前記第2の導電体との間に設けられ、一方の端部が前記第1の導電体と重畳又は接触すると共に、他方の端部の一部が前記第2の導電体と重畳又は接触するシート状の第3の導電体と、を備えるアンテナ装置。 An antenna device incorporated in an electronic device and communicating with an external device via an electromagnetic field signal,
A first conductor provided inside the casing of the electronic device and facing the external device;
A loop antenna provided inside the casing of the electronic device and around which an antenna coil that is inductively coupled with the external device;
A sheet-like second conductor that is provided at a predetermined interval from the first conductor, and a part of the loop antenna that overlaps or contacts a surface opposite to the surface facing the external device;
Provided between the first conductor and the second conductor, one end of which overlaps or contacts the first conductor, and a part of the other end is the second conductor An antenna device comprising: a sheet-like third conductor that overlaps or contacts the conductor.
前記第2の導電体は、前記ループアンテナの前記アンテナコイルの導線が一方向に周回する一方側部と重畳し、前記アンテナコイルの前記導線が他方向に周回する他方側部と重畳しない請求項1に記載のアンテナ装置。 The loop antenna is divided into one side and the other side via a longitudinal center line,
The said 2nd conductor is superimposed on the one side part which the conducting wire of the said antenna coil of the said loop antenna circulates in one direction, and does not overlap the other side part which the said conducting wire of the said antenna coil circulates in another direction. The antenna device according to 1.
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