JP6350777B2 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、給電回路に接続される結合導体および導電性部材を有するアンテナ装置およびそれを備える電子機器に関する。

電子機器の金属筐体等の金属部材を放射素子として利用するアンテナ装置は、例えば特許文献１に示されている。このアンテナ装置は、給電回路に接続された第１コイルと、電子機器の金属部材等による導電部材に接続された第２コイルとが磁界結合することにより、上記導電部材を含むループが磁界放射素子として作用する。

図２３は特許文献１に示されるアンテナ装置の等価回路の例である。図２３において、第１コイルＬ２１には給電回路が接続される。第２コイルＬ２２は第１コイルＬ２１と磁界結合する。インダクタＬ０は上記導電部材を含むループに相当するインダクタである。このインダクタＬ０と第２コイルＬ２２とで閉ループが構成される。

国際公開第２０１４／００３１６３号

特許文献１に示されているアンテナ装置において、第２コイルＬ２２は通信相手のコイルアンテナとの結合に直接寄与しない。そのため、この第２コイルＬ２２のインダクタンスが大きい程、アンテナ装置と通信相手のコイルアンテナとの結合係数は小さい。このことは、上記導電部材を含むループに接続された第２コイルＬ２２のインダクタンスが等価的に顕在化してしまう、と表現することもできる。その結果、良好な通信特性が得られない。

アンテナ装置と通信相手のコイルアンテナとの結合係数を高めるためには、第２コイルＬ２２のインダクタンスをより小さくすることが重要であるが、第１コイルＬ２１との結合係数をある程度確保するためには、結果的に第２コイルＬ２２のインダクタンスはあまり小さくできない。

本発明の目的は、通信相手のコイルアンテナとの結合係数を高めて、良好な通信特性を得られるようにしたアンテナ装置およびそれを備える電子機器を提供することにある。

（１）本発明のアンテナ装置は、
給電回路に接続される第１結合導体と、
前記第１結合導体に対して少なくとも磁界結合する第２結合導体と、
前記第２結合導体に直列接続される第１キャパシタと、
前記第２結合導体および前記第１キャパシタを含む直列回路から視て、互いに並列接続される第２キャパシタと、インダクタンス成分を有する導電性部材と、
を備え、
前記第２キャパシタと前記導電性部材とを含む閉ループの一部または全部は磁界放射素子構成し、
前記第１キャパシタのキャパシタンスは、前記第２キャパシタのキャパシタンスよりも小さいことを特徴とする。

上記構成により、第２キャパシタと導電性部材を含む閉ループに流れる電流の電流量を大きくでき、そのことで通信相手のコイルアンテナとの結合係数を高めることができる。

（２）前記第１結合導体は例えばコイル状である。そのことにより、第１結合導体と第２結合導体との磁界結合を高めることができる。

（３）前記第２結合導体は例えばコイル状である。そのことにより、第１結合導体と第２結合導体との磁界結合を高めることができる。

（４）例えば、前記第１結合導体および前記第２結合導体は絶縁性基体に一体化されて、前記絶縁性基体、前記第１結合導体および前記第２結合導体は一つの実装部品を構成する。この構造によれば、回路基板上に上記実装部品を搭載することで、第１結合導体と第２結合導体との結合回路が容易に構成できる。また、実装部品の実装位置のばらつきによる、第１結合導体と第２結合導体との結合係数のばらつきを低減できる。

（５）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、例えば前記第１結合導体は絶縁性基体に一体化されて、前記絶縁性基体および前記第１結合導体は一つの実装部品を構成し、前記第２結合導体は回路基板に形成された導体パターンで構成され、当該導体パターンに近接して前記実装部品が搭載される。この構造によれば、回路基板上に上記実装部品を搭載することで、第１結合導体と第２結合導体との結合回路が容易に構成できる。

（６）前記第１結合導体のインダクタンスは前記第２結合導体のインダクタンスより大きいことが好ましい。このことにより、第１結合導体とそれに接続される給電回路などの回路によって共振回路が構成される場合に、第１結合導体のインダクタンスの精度に対する共振周波数の精度を高めることができる。

（７）前記導電性部材の少なくとも一部は、例えば前記第１結合導体および前記第２結合導体を収納する筐体の導体部である。この構造により、電子機器の筐体の一部をアンテナ装置として兼用されるので、アンテナ装置専用の部材は少なくてすみ、電子機器の小型化、またはアンテナ装置の高利得化が図れる。

（８）前記導電性部材の少なくとも一部は、例えば回路基板に形成されたグランド導体パターンである。これにより、前記導電性部材および前記第２キャパシタの電位が安定化される。また、このことにより、それらがノイズの放射源となることを防止できる。

（９）前記導電性部材は、例えば前記給電回路が給電する信号の周波数帯とは異なる周波数帯の放射体を兼ねる。このことにより、前記導電性部材が少なくとも２つの周波数帯域の放射素子として兼用されるので、アンテナ装置および電子機器の小型化が図れる。

（１０）本発明の電子機器は、
アンテナ装置を備える電子機器において、
前記アンテナ装置は
給電回路に接続される第１結合導体と、
前記第１結合導体に対して少なくとも磁界結合する第２結合導体と、
前記第２結合導体に直列接続される第１キャパシタと、
前記第２結合導体および前記第１キャパシタを含む直列回路から視て、互いに並列接続される第２キャパシタと、インダクタンス成分を有する導電性部材と、
を備え、
前記第２キャパシタと前記導電性部材とを含む閉ループの一部または全部は磁界放射素子構成し、
前記第１キャパシタのキャパシタンスは、前記第２キャパシタのキャパシタンスよりも小さい、ことを特徴とする。

上記構成により、通信相手アンテナと高い結合度で結合するアンテナ装置を備える電子機器が得られる。

本発明によれば、通信相手のコイルアンテナとの結合係数を高めたアンテナ装置およびそれを備える電子機器が得られる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係る電子機器４０１の主要部の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ部分の断面図である。 図２は、結合素子２０の斜視図である。 図３は、結合素子２０における多層基板７０の各基材層の電極パターン等を示す分解平面図である。 図４は、結合素子２０内に構成される第２結合導体に流れる電流の経路を示す断面図である。 図５はアンテナ装置３０１の等価回路図である。 図６は、給電回路が接続された状態でのアンテナ装置３０１の等価回路図である。 図７は給電回路の構成も含めて表した回路図である。 図８は、第２の実施形態に係るアンテナ装置３０２Ａの、集中定数素子による等価回路図である。 図９は、第２の実施形態に係るアンテナ装置３０２Ｂの、集中定数素子による等価回路図である。 図１０は、第２の実施形態に係るアンテナ装置３０２Ｃの、集中定数素子による等価回路図である。 図１１は、第２の実施形態に係るアンテナ装置３０２Ｄの、集中定数素子による等価回路図である。 図１２（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置３０３の平面図であり、図１２（Ｂ）はその結合コイル配置部ＡＣの平面図である。 図１３は結合素子２０の実装前の結合コイル配置部の平面図である。 図１４は、第４の実施形態に係るアンテナ装置が備える結合素子２１の構成を示す図である。 図１５は結合素子２１の実装前の結合コイル配置部の平面図である。 図１６は第５の実施形態に係る電子機器３０５の主要部の平面図である。 図１７は第６の実施形態に係る電子機器３０６の主要部の平面図である。 図１８は第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ａの等価回路図である。 図１９は第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ｂの等価回路図である。 図２０は第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ｃの等価回路図である。 図２１は第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ｄの等価回路図である。 図２２は第８の実施形態に係る、給電回路を含めて表した、アンテナ装置３０８の等価回路図である。 図２３は特許文献１に示されるアンテナ装置の等価回路の例である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

各実施形態に示す「アンテナ装置」は、信号（または電力）の送信（送電）側、受信（受電）側のいずれにも適用できる。この「アンテナ装置」を、磁束を放射するアンテナとして説明する場合でも、そのアンテナ装置が磁束の発生源であることに限るものではない。伝送相手側アンテナ装置が発生した磁束を受ける（鎖交する）場合にも、すなわち送受の関係が逆であっても、同様の作用効果を奏する。

各実施形態に示す「アンテナ装置」は、通信相手側アンテナ装置と磁界結合を用いた近傍界通信のために用いられるアンテナ装置、または電力伝送相手側アンテナ装置と磁界結合を用いた近傍界での電力伝送のために用いられるアンテナ装置である。通信の場合には、例えばＮＦＣ（Near field communication）等の通信システムに適用される。電力伝送の場合には、例えば電磁誘導方式や磁界共鳴方式等の磁界結合を利用した電力伝送システムに適用される。つまり、各実施形態に示す「アンテナ装置」は、少なくとも磁界結合を利用した通信や電力伝送等の無線伝送システムで用いられる。なお、各実施形態に示す「アンテナ装置」は、実質的に伝送相手側アンテナ装置と電磁界結合（磁界結合および電界結合）により無線伝送しているものも含む。

各実施形態に示す「アンテナ装置」は、例えばＨＦ帯、特に13.56MHz、6.78MHzまたはそれらの近傍の周波数帯が利用される。アンテナ装置の大きさは使用する周波数における波長λに比べて十分に小さく、使用周波数帯においては電磁波の放射効率は低い。アンテナ装置の大きさはλ／10以下である。より具体的には、アンテナ装置の電流経路の長さがλ／10以下である。なお、ここでいう波長とは、導体が形成される基材の誘電性や透磁性による波長短縮効果を考慮した実効的な波長である。

各実施形態において、「電子機器」とは、スマートフォンやフィーチャーフォン等の携帯電話端末、スマートウォッチやスマートグラス等のウェアラブル端末、ノートＰＣやタブレットＰＣ等の携帯ＰＣ、カメラ、ゲーム機、玩具等の情報機器、ＩＣタグ、ＳＤカード、ＳＩＭカード、ＩＣカード等の情報媒体等、様々な電子機器を指す。

《第１の実施形態》
第１の実施形態では、電子機器の筐体の導体部を面状導体として利用したアンテナ装置およびそれを備える電子機器の例を示す。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係る電子機器４０１の主要部の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ部分の断面図である。但し、図１（Ａ）においては後述の筐体樹脂部２４０が無い状態で表している。

電子機器４０１は例えばスマートフォンなどの携帯電子機器であり、アンテナ装置３０１を備える。電子機器４０１は、表示・操作パネル６０の形成面とは反対側に筐体の第１導体部２１０、第２導体部２２０を備える。第１導体部２１０と第２導体部２２０とは導体部２３０で接続されている。第１導体部２１０と第２導体部２２０との間隙ＳＬには筐体樹脂部２４０が設けられている（塞がれている）。

第１導体部２１０、第２導体部２２０の内方には回路基板１２０が設けられている。回路基板１２０には、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃおよび第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂが形成されている。第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂは第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、第１節点Ｎ１および第２節点Ｎ２で並列接続されている。また、回路基板１２０には、チップ状の実装部品である結合素子２０、チップキャパシタによる第１キャパシタＣ１、およびチップキャパシタによる第２キャパシタＣ２が実装されている。さらに、回路基板１２０には、後に示す整合回路やＲＦＩＣ等による給電回路が構成されている。

上記結合素子２０は、後に示すように、巻回軸まわりにヘリカル状に巻回された結合コイルのコイル導体と、このコイル導体を挟んで対向する第１コイル開口端Ｅ１および第２コイル開口端Ｅ２を有する。結合素子２０は、絶縁性基体に一体化された第１結合導体および第２結合導体を備える。この第１結合導体に給電回路が接続される。第２結合導体は第１結合導体と少なくとも磁界結合する。

結合素子２０の第２結合導体は第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに直列接続されている。また、第１キャパシタＣ１も第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに直列接続されている。したがって、第１キャパシタＣ１は第２結合導体に直列接続されている。

第２キャパシタＣ２は、第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂに直列接続されている。したがって、第２キャパシタＣ２は、第２結合導体および第１キャパシタＣ１を含む直列回路に対して並列接続されている。

第１節点Ｎ１からは接続部ＣＰ１が引き出されていて、第２節点Ｎ２からは接続部ＣＰ２が引き出されている。接続部ＣＰ１，ＣＰ２にはそれぞれ可動プローブピンが設けられている。これら可動プローブピンは筐体の第１導体部２１０、第２導体部２２０にそれぞれ当接して電気的に接続される。したがって、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを含む第１電流経路が形成されていて、第１導体部２１０、第２導体部２２０、導体部２３０、および第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂによって閉ループ状の第２電流経路が形成されている。図１（Ａ）における電流ｉ１は第１電流経路に流れる電流、電流ｉ２は第２電流経路に流れる電流をそれぞれ概念的に示している。

筐体の第１導体部２１０および第２導体部２２０は、第２キャパシタとともに閉ループを形成する導電性部材であり、この導電性部材は放射素子の一つとして利用される（兼ねる）。

次に、結合素子の詳細な構造について示す。図２は、結合素子２０の斜視図である。図３は、結合素子２０における多層基板７０の各基材層の電極パターン等を示す分解平面図である。図４は、結合素子２０内に構成される第２結合導体に流れる電流の経路を示す断面図である。

結合素子２０の底面（実装面）には、ＲＦＩＣ等の給電回路に接続するための２つの端子９２Ａ，９３Ａと、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂの一部である接続パッド１３Ａ，１３Ｂに接続するための２つの端子９４，９５と、が形成されている。

多層基板７０は、図３における（１）〜（１７）で示す複数の基材層７ａ〜７ｑの順に積層される。図３において、（１）は最下層であり、（１７）は最上層である。図３において、（１）〜（１７）は基材層７ａ〜７ｑの底面であり、基材層７ａの底面が多層基板７０の実装面である。

基材層７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｐ，７ｑは直方体形状の非磁性体層であり、例えば非磁性体フェライトである。基材層７ｄ〜７ｏは直方体状の磁性体層であり、例えば磁性体フェライトである。つまり、多層基板７０は、磁性体層である基材層７ｄ〜７ｏを、非磁性体層である基材層７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｐ，７ｑで挟んだ構成である。なお、基材層７ａ〜７ｑは必ずしも磁性体層または非磁性体層でなくてもよく、絶縁体であればよい。また、ここでいう非磁性体層とは磁性体層よりも透磁率が低いものをさし、必ずしも非磁性体でなくてもよく、非磁性体層は比透磁率が1以上で磁性体層の比透磁率よりも低い磁性体でもよい。

図３中の（１）に示す基材層７ａの底面には、端子９２Ａ，９３Ａおよび端子９４，９５が形成されている。

図３中の（２）に示す基材層７ｂの底面には、外部接続導体９２Ｂ，９３Ｂおよび線状導体７２Ｇ，７２Ｈが形成されている。外部接続導体９２Ｂ，９３Ｂと端子９２Ａ，９３Ａとは、それぞれ層間接続導体を介して接続される。線状導体７２Ｇ，７２Ｈは端子９４，９５に層間接続導体を介してそれぞれ接続される。

図３中の（３）に示す基材層７ｃの底面には、複数の線状導体７３Ａが形成されている。図３中の（４）に示す基材層７ｄの底面には、複数の線状導体７３Ｂおよび線状導体７２Ｅ，７２Ｆが形成されている。複数の線状導体７３Ａと線状導体７３Ｂとは層間接続導体を介してそれぞれ並列接続される。

図３中の（５）〜（１５）に示す基材層７ｅ〜７ｏには、端面導体８１，８２，７２Ｃ，７２Ｄが形成されている。

図３中の（１６）に示す基材層７ｐの底面には、複数の線状導体７４Ｂおよび１つの線状導体７２Ｂが形成されている。図３中の（１７）に示す基材層７ｑの底面には、複数の線状導体７４Ａおよび１つの線状導体７２Ａが形成されている。複数の線状導体７４Ａと線状導体７４Ｂとは層間接続導体を介してそれぞれ並列接続される。また、線状導体７２Ａと線状導体７２Ｂとは層間接続導体を介して並列接続される。

複数の線状導体７３Ｂは端面導体８１，８２を介して複数の線状導体７４Ｂに順次直列に接続される。また、線状導体７２Ｅ，７２Ｆは端面導体７２Ｃ，７２Ｄを介して線状導体７２Ｂに接続される。

上記線状導体７４Ａ，７４Ｂ，７３Ａ，７３Ｂおよび端面導体８１，８２は約１２ターンの矩形ヘリカル状の第１結合導体を構成する。

また、線状導体７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｅ，７２Ｆ，７２Ｇ，７２Ｈおよび端面導体７２Ｃ，７２Ｄ等は、約１ターンの矩形ループ状の第２結合導体を構成する。

図４において電流ｉ１は、上記第２結合導体に流れる電流の経路を示している。このように、結合素子２０は、結合コイルと共に、この結合コイルの巻回軸方向における中央に第２結合導体を備える。

本実施形態においては、結合素子２０内の第２結合導体と第１結合導体とは同一コイル軸関係で近接するので、第１結合導体と第２結合導体とは強く結合する。また、結合コイルの実装位置のばらつきによる、第１結合導体と第２結合導体との結合度のばらつきは低い。

図５はアンテナ装置３０１の等価回路図である。図６は、給電回路が接続された状態でのアンテナ装置３０１の等価回路図である。また、図７は給電回路の構成も含めて表した回路図である。いずれも集中定数素子による等価回路図である。

図５、図６、図７において、インダクタＬ１は第１結合導体、インダクタＬ２は第２結合導体に相当する。インダクタＬ０は、第１導体部２１０、第２導体部２２０、導体部２３０、および第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂによって形成される閉ループ状の第２電流経路（本発明に係る「導電性部材」）に相当する。

図６に示すように、第１結合導体Ｌ１に給電回路９が接続される。図５、図６に表れているように、第２結合導体Ｌ２および第１キャパシタＣ１を含む直列回路である第１電流経路に電流ｉ１が流れ、上記第２電流経路に相当するインダクタＬ０と第２キャパシタＣ２とによる電流経路に電流ｉ２が流れる。ここで、第１キャパシタＣ１のキャパシタンスをＣ１、第２キャパシタＣ２のキャパシタンスをＣ２でそれぞれ表すと、Ｃ１＜Ｃ２の関係にある。したがって、第１電流経路に流れる電流ｉ１より第２電流経路に流れる電流ｉ２が大きい。電流ｉ２が流れるインダクタＬ０は通信相手のコイルアンテナとの結合に寄与するインダクタであるので、従来例として示した図２３のアンテナ装置に比べて、通信相手のコイルアンテナと強く結合することになる。

図７において、導電性部材に相当するインダクタＬ０とキャパシタＣ２とはＬＣ共振回路を構成している。このＬＣ共振回路の共振周波数は、通信で用いる周波数帯である。具体的には、通信で用いる周波数の１／２倍から２倍の範囲内である。

第１結合導体に相当するインダクタＬ１には、整合回路ＭＣを介してＲＦＩＣ３１０が接続されている。ＲＦＩＣ３１０は、例えば13.56MHz帯を利用するＮＦＣ（Near Field Communication）用の無線通信回路を備える集積回路である。整合回路ＭＣはシリーズ接続のキャパシタＣ１１，Ｃ１２とグランドに対するシャント接続のキャパシタＣ２１，Ｃ２２とで構成されている。

第１結合導体であるインダクタＬ１のインダクタンスは第２結合導体であるインダクタのインダクタンスより大きい。このことにより、第１結合導体Ｌ１とそれに接続される整合回路ＭＣなどの回路によって共振回路が構成される場合に、第１結合導体Ｌ１のインダクタンスの精度に対する共振周波数の精度を高めることができる。すなわち、第１結合導体Ｌ１のインダクタンスのばらつきを小さくできるので、上記共振周波数のばらつきも抑えられる。

上記第１結合導体に相当するインダクタＬ１に対しては平衡回路で給電されるが、これを不平衡回路で構成してもよい。また、インダクタＬ０はグランド導体に接続されていてもよい。第１結合導体と第２結合導体は磁界結合により電気的に接続されるので、第１結合導体および第２結合導体は、それぞれが平衡または不平衡であっても電気的に接続可能である。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第２結合導体が接続される回路部分の構成が第１の実施形態で示したものとは異なる、幾つかのアンテナ装置について示す。

図８〜図１１は、第２の実施形態に係るアンテナ装置３０２Ａ〜３０２Ｄの、集中定数素子による等価回路図である。図８に示すアンテナ装置３０２Ａにおいては、第１キャパシタＣ１は第２結合導体Ｌ２の非グランド側に接続されている。図９に示すアンテナ装置３０２Ｂにおいては、第２結合導体Ｌ２のグランド側と非グランド側に第１キャパシタＣ１Ａ，Ｃ１Ｂがそれぞれ接続されている。いずれの構造でも第１の実施形態で示したアンテナ装置３０１と同様の作用効果を奏する。

図１０に示すアンテナ装置３０２Ｃおよび図１１に示すアンテナ装置３０２Ｄにおいては、導電性部材に相当するインダクタＬ０は回路のグランドに接続されない。このように、導電性部材に相当するインダクタＬ０と第２キャパシタＣ２を含む閉ループは回路のグランドに接続されていなくても、第１の実施形態で示したアンテナ装置３０１と同様の作用効果を奏する。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第２キャパシタとともに閉ループを構成する導電性部材の全部が回路基板に形成された例を示す。

図１２（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置３０３の平面図であり、図１２（Ｂ）はその結合コイル配置部ＡＣの平面図である。図１３は結合素子２０の実装前の結合コイル配置部の平面図である。

アンテナ装置３０３は、回路基板１１０、結合素子２０、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２を備える。結合素子２０の構造は第１の実施形態で示したものと同じである。

回路基板１１０には、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃおよび第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂが形成されている。第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂは第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して、第１節点Ｎ１および第２節点Ｎ２で並列接続されている。また、回路基板１１０には、チップ部品である結合素子２０、チップキャパシタによる第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が実装されている。さらに、回路基板１２０には、整合回路やＲＦＩＣによる給電回路が構成されている。

第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃおよび第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂは、節点Ｎ１，Ｎ２で面状導体１１１に接続されていて、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは面状導体１１１の外縁ＥＥに沿って近接配置されている。

面状導体１１１の平面視で、第１コイル開口端Ｅ１は、第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃおよび第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂによって形成されるループの内部よりも面状導体１１１に近接し、第２コイル開口端Ｅ２は面状導体１１１よりもループの内部に近接する。

結合素子２０の第２結合導体は第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに直列接続されている。また、第１キャパシタＣ１も第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに直列接続されている。したがって、第１キャパシタＣ１は第２結合導体に直列接続されている。

第２キャパシタＣ２は、第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂに直列接続されている。したがって、第２キャパシタＣ２は、第２結合導体および第１キャパシタＣ１を含む直列回路に対して並列接続されている。

図１３に表れているように、第１導体パターン１１Ｂと第１導体パターン１１Ｃとの間に導体パターンのギャップＧ１が形成されていて、このギャップＧ１を繋ぐように第１キャパシタＣ１が接続される。また、第２導体パターン１２Ａと第２導体パターン１２Ｂとの間に導体パターンのギャップＧ２が形成されていて、このギャップＧ２を繋ぐように第２キャパシタＣ２が接続される。

この例では、第２導体パターン１２Ａと第２導体パターン１２Ｂの線長は略等しいが、第１節点Ｎ１または第２節点Ｎ２付近にギャップＧ２が形成されていて、そのギャップＧ２に第２キャパシタＣ２が接続されてもよい。また、この例では、第１導体パターン１１Ｂと第１導体パターン１１Ｃとの間にギャップＧ１が形成されているが、第１導体パターン１１Ａの途中にギャップＧ１が形成されて、そのギャップＧ１に第１キャパシタＣ１が接続されてもよい。また、ギャップＧ１は第２節点Ｎ２付近または第１節点Ｎ１付近に形成されていて、そのギャップＧ１に第１キャパシタＣ１が接続されてもよい。

第１導体パターン１１Ａ，１１Ｃのそれぞれの端部には第２結合導体接続パッド１３Ａ，１３Ｂが形成されている。また、回路基板１１０には第１結合導体接続パッド１４，１５が形成されている。結合素子２０は第１結合導体接続パッド１４，１５および第２結合導体接続パッド１３Ａ，１３Ｂに接続される。回路基板１１０には、第１結合導体接続パッド１４，１５に接続された給電回路が設けられている。

本実施形態のアンテナ装置３０３は、上記第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを含む第１電流経路を備える。また、第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂと面状導体１１１とによって形成される閉ループ状の第２電流経路を備える。

本実施形態のように、回路基板に形成された導体だけによって、第２キャパシタＣ２とともに閉ループを形成する導電性部材を構成してもよい。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、結合素子および第２結合導体の構成がこれまでに示したものとは異なるアンテナ装置の例を示す。

図１４は、第４の実施形態に係るアンテナ装置が備える結合素子２１の構成を示す図である。図１４は、図３に示した例と同様に、多層基板の各基材層の電極パターン等を示す分解平面図である。

図３に示した結合素子２０とは異なり、第２結合導体に関する導体パターンは無い。基材層７ｃに形成された線状導体７３Ａ、基材層７ｄに形成された線状導体７３Ｂ、基材層７ｐに形成された線状導体７４Ｂ、基材層７ｑに形成された線状導体７４Ａおよび端面導体８１，８２によって約１３ターンの矩形ヘリカル状の第１結合導体が形成されている。その他の構成は図３に示したものと同じである。

図１５は結合素子２１の実装前の結合コイル配置部の平面図である。図１３に示した結合コイル配置部とは異なり、第２結合導体接続パッド１３Ａ，１３Ｂは無く、結合素子２１は第１導体パターン１１Ａの上部に載置される。この結合素子２１が載置される第１導体パターン１１Ａの部分が第２結合導体である。その他の構成は図１３に示したものと同じである。

なお、結合素子２１は、必ずしも第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂに重ならなくてもよく、結合素子２１に形成されている結合コイルが第１導体パターン１１Ａ，１１Ｂと磁界結合する位置であればよい。

本実施形態によれば、通信相手のコイルアンテナとの結合に直接寄与しない第２結合導体のインダクタンスを小さくでき、そのことで、信相手のコイルアンテナとの結合係数を高めることができる。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、電子機器の筐体の導体部の一部を面状導体として利用したアンテナ装置およびそれを備える電子機器の例を示す。

図１６は第５の実施形態に係る電子機器４０５の主要部の平面図である。但し、図１６においては筐体樹脂部が無い状態で表している。

第１の実施形態の電子機器４０１と異なり、第１節点Ｎ１は回路基板１２０に形成されているグランド導体パターン１２１に接続されている。また、グランド導体パターン１２１から導体パターン１２２が延出していて、その先端に接続部ＣＰ３が形成されている。この接続部ＣＰ３にはそれぞれ可動プローブピンが設けられていて、この可動プローブピンは筐体の第２導体部２２０に当接して電気的に接続される。したがって、本実施形態では、グランド導体パターン１２１、導体パターン１２２、第２導体部２２０、および第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂによる電流経路が、本発明に係る「導電性部材」である。この導電性部材と第２キャパシタＣ２とで閉ループが形成される。

その他の構成は第１の実施形態で示した電子機器４０１と同じである。

なお、導電性部材の少なくとも一部は、回路基板に形成されたグランド導体パターンであるので、導電性部材および第２キャパシタＣ２の電位が安定化される。また、このことにより、それらがノイズの放射源となることを防止できる。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、電子機器の筐体の導体部を面状導体として利用したアンテナ装置およびそれを備える電子機器の例を示す。

図１７は第６の実施形態に係る電子機器４０６の主要部の平面図である。但し、図１７においては筐体樹脂部が無い状態で表している。

第１の実施形態の電子機器４０１と異なり、筐体の第１導体部２１０と第２導体部２２０は、回路基板１２０に形成された導体パターン１２２を介して接続されている。すなわち、導体パターン１２２の両端に接続部ＣＰ３，ＣＰ４が形成されていて、この接続部ＣＰ３にはそれぞれ可動プローブピンが設けられていて、この可動プローブピンは筐体の第１導体部２１０および第２導体部２２０にそれぞれ当接して電気的に接続される。したがって、本実施形態では、第１導体部２１０、導体パターン１２２、第２導体部２２０、および第２導体パターン１２Ａ，１２Ｂによる電流経路が形成されている。

その他の構成は第１の実施形態で示した電子機器４０１と同じである。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、少なくとも２つの周波数帯域の放射素子を兼用する導電性部材を備えるアンテナ装置について示す。本実施形態において、第１周波数帯は例えばＨＦ帯、第２周波数帯はＵＨＦ帯またはＳＨＦ帯である。

ここで、各周波数帯の数値範囲は例えば次のように表すことができる。

・ＨＦ帯：３ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下
・ＵＨＦ帯：３００ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下
・ＳＨＦ帯：３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ以下
図１８〜図２１は第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ａ〜３０７Ｄの等価回路図である。ここでは、導電性部材によるインダクタＬ０を線状に表している。また、第１周波数帯用の給電回路および第２周波数帯用の給電回路を含めて図示している。

図１８に示すアンテナ装置３０７Ａの例では、図５に示したアンテナ装置と異なり、第２結合導体Ｌ２と第２キャパシタＣ２との接続点とインダクタＬ０との間にチョークコイルＬｃが挿入されている。また、インダクタＬ０の所定位置に第２周波数帯用の給電回路９０が、キャパシタＣ３を介して接続されている。チョークコイルＬｃは第２周波数帯で実質的に開放端と見なせるだけの高インピーダンスとなり、キャパシタＣ３は第２周波数帯で低インピーダンスとなる。そのため、導電性部材（インダクタＬ０）は、第２周波数帯において逆Ｆ型アンテナの放射素子として作用する。

給電回路９は第１周波数帯の給電回路である。キャパシタＣ３は第１周波数帯で実質的に開放と見なせるだけの高インピーダンスとなり、チョークコイルＬｃは第１周波数帯で低インピーダンスとなる。そのため、インダクタＬ０、チョークコイルＬｃ、第２キャパシタＣ２によるループは第１周波数帯において、ループ状の放射素子として作用する。

図１９に示すアンテナ装置３０７Ｂの例では、インダクタＬ０と第２キャパシタＣ２との間に移相器としての伝送線路Ｌｓが挿入されている。この伝送線路ＬｓとインダクタＬ０との接続点またはその付近と回路グランドとの間に、キャパシタＣ４を介して第２周波数帯用の給電回路９０が接続されている。

第２周波数帯では、伝送線路Ｌｓの移相作用により、第２キャパシタＣ２は等価的に開放となる。そのため、導電性部材（インダクタＬ０）は、第２周波数帯において放射素子として作用する。

キャパシタＣ４のキャパシタンスは第２キャパシタＣ２のキャパシタンスより小さい。そのため、第１周波数帯の電流は、インダクタＬ０、チョークコイルＬｃ、第２キャパシタＣ２による主ループに流れ、この主ループが第１周波数帯における放射素子として作用する。

図２０に示すアンテナ装置３０７Ｃの例では、導電性部材（インダクタＬ０）の所定位置を、キャパシタＣ５を介して回路グランドに接続している。このことによって、第２周波数帯における導電性部材（インダクタＬ０）の電気的な線長が定められる。その他の構成はアンテナ装置３０７Ｂと同じである。

図２１に示すアンテナ装置３０７Ｄの例では、インダクタＬ０の所定の２箇所にチョークコイルＬｃが挿入されている。また、２つのチョークコイルＬｃで挟まれる範囲内の所定位置に、キャパシタＣ３を介して第２周波数帯用給電回路９０が接続されている。そのため、導電性部材（インダクタＬ０）は、第２周波数帯において放射素子として作用する。第１周波数帯では、インダクタＬ０、２つのチョークコイルＬｃ、第２キャパシタＣ２によるループは第１周波数帯においてループ状の放射素子として作用する。

本実施形態によれば、導電性部材が少なくとも２つの周波数帯域の放射素子として兼用されるので、アンテナ装置および電子機器の小型化が図れる。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では、第１結合導体に接続される給電回路の別の例を示す。

図２２は第８の実施形態に係る、給電回路を含めて表した、アンテナ装置３０８の等価回路図である。図２２において、このアンテナ装置３０８は、インダクタＬ３，Ｌ４によるバランを備える。インダクタＬ３とインダクタＬ４とは実効透磁率の高い絶縁体を介して磁界結合する。インダクタＬ４は第１結合導体Ｌ１に、キャパシタＣ４を介して接続されている。インダクタＬ３にはＲＦＩＣ等の給電回路１９が接続されている。アンテナ装置部分の構成は図１８に示したアンテナ装置３０７Ａと同じである。

第１結合導体Ｌ１、インダクタＬ４およびキャパシタＣ４によってＬＣ共振回路が構成されている。給電回路１９はインダクタＬ３に平衡給電する。

本実施形態においては、インダクタＬ３，Ｌ４のいずれにも、第２周波数帯用給電回路９０からの信号電流は流れないので、インダクタＬ３，Ｌ４のいずれも実効透磁率の高い絶縁体に形成される。従って、本実施形態によれば、インダクタＬ３とインダクタＬ４とは実効透磁率の高い絶縁体を介して磁界結合するので、インダクタＬ３，Ｌ４間の結合係数が高まり、インダクタＬ３，Ｌ４間の伝送効率が高まる。

本実施形態においては、インダクタＬ３とインダクタＬ４とが磁界結合しているが、互いに絶縁されることにより、インダクタＬ３とインダクタＬ４とはバランとして機能する。しかし、インダクタＬ３とインダクタＬ４とを直流的に接続または積極的に電界結合させて、インダクタＬ３とインダクタＬ４とがバランとしての機能を有しなくてもよい。その場合、第１結合導体Ｌ１と第２結合導体Ｌ２とを絶縁させることにより、第１結合導体Ｌ１と第２結合導体Ｌ２とをバランとして機能させてもよい。ここで、第１周波数帯用のＲＦＩＣを含む回路は、インダクタＬ０を含む回路に、インダクタＬ３とインダクタＬ４との相互誘導回路と、第１結合導体Ｌ１と第２結合導体Ｌ２との相互誘導回路との縦続接続回路を介して接続されることになる。よって、第１周波数帯用のＲＦＩＣを含む回路とインダクタＬ０を含む回路の一方が平衡回路であり、他方が不平衡回路である場合、インダクタＬ３とインダクタＬ４との相互誘導回路と、第１結合導体Ｌ１と第２結合導体Ｌ２との相互誘導回路の少なくとも一方がバランとしての機能を有すればよい。また、インダクタＬ３とインダクタＬ４との相互誘導回路や、第１結合導体Ｌ１と第２結合導体Ｌ２との相互誘導回路のトランス比を１：１以外にすることにより、インピーダンス変換を行う整合回路として用いてもよい。

なお、第１、第５、第６の実施形態では、電子機器の筐体の導体部をインダクタＬ０に相当する第１導体部および第２導体部として用いたが、電子機器の内部のシャーシやバッテリー等の金属部を第１導体部および第２導体部として用いてもよい。また、インダクタＬ０は、例えば、回路基板やフレキシブル基板に形成され、１ターン以上巻回されたコイルパターン等、少なくともインダクタンス成分を有するように構成された導電性部材であってもよい。

各実施形態では、回路基板等に実装されるキャパシタやインダクタ等の部品がチップキャパシタやチップインダクタ等のチップ部品である例を示したが、これに限定されない。例えば、リード端子タイプの部品やフレキシブル基材に形成された素子等であってもよい。

さらに、以上に示した各実施形態では、主にＮＦＣ等の磁界結合を利用した通信システムにおけるアンテナ装置および電子機器を説明したが、各実施形態におけるアンテナ装置および電子機器は、磁界結合を利用した非接触電力伝送システム（電磁誘導方式、磁界共鳴方式等）でも同様に用いることができる。例えば、上述の実施形態におけるアンテナ装置は、ＨＦ帯、特に6.78MHzまたは6.78MHz近傍の周波数で使用される磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムの受電装置に受電アンテナ装置として適用できる。この場合でも、アンテナ装置は受電アンテナ装置として機能する。非接触電力伝送システムにおいては、上述の実施形態で示した「給電回路」は受電回路または送電回路に相当する。受電回路である場合は、受電アンテナ装置に接続され、負荷（例えば、二次電池）に電力を給電する。また、送電回路である場合は、送電アンテナ装置に接続され、送電アンテナ装置に電力を給電する。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

ＡＣ…結合コイル配置部
Ｃ１，Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ…第１キャパシタ
Ｃ２…第２キャパシタ
ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４…接続部
Ｅ１…第１コイル開口端
Ｅ２…第２コイル開口端
ＥＥ…外縁
Ｇ１，Ｇ２…ギャップ
Ｌ０…インダクタ
Ｌ１…第１結合導体
Ｌ２…第２結合導体
Ｌ２１…第１コイル
Ｌ２２…第２コイル
Ｌｃ…チョークコイル
Ｌｓ…伝送線路
ＭＣ…整合回路
Ｎ１…第１節点
Ｎ２…第２節点
ＳＬ…間隙
７ａ〜７ｑ…基材層
９…給電回路
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…第１導体パターン
１２Ａ，１２Ｂ…第２導体パターン
１３Ａ，１３Ｂ…第２結合導体接続パッド
１４，１５…第１結合導体接続パッド
１９…給電回路
２０，２１…結合素子
６０…操作パネル
７０…多層基板（絶縁性基材）
７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｅ，７２Ｆ，７２Ｇ，７２Ｈ…線状導体
７２Ｃ，７２Ｄ…端面導体
７３Ａ，７３Ｂ…線状導体
７４Ａ，７４Ｂ…線状導体
（７３Ａ，７３Ｂ，７４Ａ，７４Ｂ，８１，８２）…第１結合導体
（７２Ａ〜７２Ｈ）…第２結合導体
８１，８２…端面導体
９０…第２周波数帯用給電回路
９２Ａ，９３Ａ…端子
９２Ｂ，９３Ｂ…外部接続導体
９４，９５…端子
１１０，１２０…回路基板
１１１…面状導体
１２１…グランド導体パターン
１２２…導体パターン
２１０…筐体の第１導体部
２２０…筐体の第２導体部
２３０…導体部
２４０…筐体樹脂部
３０１，３０２…アンテナ装置
３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃ，３０２Ｄ…アンテナ装置
３０３…アンテナ装置
３０７Ａ，３０７Ｂ，３０７Ｃ，３０７Ｄ…アンテナ装置
３０８…アンテナ装置
３１０…ＲＦＩＣ
４０１，４０５，４０６…電子機器

Claims (10)

1. 給電回路に接続される第１結合導体と、
   前記第１結合導体に対して少なくとも磁界結合する第２結合導体と、
   前記第２結合導体に直列接続される第１キャパシタと、
   前記第２結合導体および前記第１キャパシタを含む直列回路から視て、互いに並列接続される第２キャパシタと、インダクタンス成分を有する導電性部材と、
   を備え、
   前記第２キャパシタと前記導電性部材とを含む閉ループの一部または全部は磁界放射素子構成し、
   前記第１キャパシタのキャパシタンスは、前記第２キャパシタのキャパシタンスよりも小さい、アンテナ装置。
2. 前記第１結合導体はコイル状である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２結合導体はコイル状である、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１結合導体および前記第２結合導体は、絶縁性基体に一体化されて、前記絶縁性基体、前記第１結合導体および前記第２結合導体は一つの実装部品を構成する、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第１結合導体は絶縁性基体に一体化されて、前記絶縁性基体および前記第１結合導体は一つの実装部品を構成し、
   前記第２結合導体は回路基板に形成された導体パターンで構成され、当該導体パターンに近接して前記実装部品が搭載されている、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記第１結合導体のインダクタンスは前記第２結合導体のインダクタンスより大きい、請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記導電性部材の少なくとも一部は前記第１結合導体および前記第２結合導体を収納する筐体の導体部である、請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記導電性部材の少なくとも一部は回路基板に形成されたグランド導体パターンである、請求項１から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記導電性部材は前記給電回路が給電する信号の周波数帯よりも高い周波数帯の放射体を兼ねる、請求項１から８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. アンテナ装置を備える電子機器において、
    前記アンテナ装置は
    給電回路に接続される第１結合導体と、
    前記第１結合導体に対して少なくとも磁界結合する第２結合導体と、
    前記第２結合導体に直列接続される第１キャパシタと、
    前記第２結合導体および前記第１キャパシタを含む直列回路から視て、互いに並列接続される第２キャパシタと、インダクタンス成分を有する導電性部材と、
    を備え、
    前記第２キャパシタと前記導電性部材とを含む閉ループの一部または全部は磁界放射素子構成し、
    前記第１キャパシタのキャパシタンスは、前記第２キャパシタのキャパシタンスよりも小さい、ことを特徴とする電子機器。

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