JP6376317B1 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置（３０１）は、第１面状導体（１１１）と、第１面状導体（１１１）に平行に対向する第２面状導体（２１０）と、第１面状導体（１１１）および第２面状導体（２１０）の平行方向を巻回軸とし、第１コイル開口端（Ｅ１）と第１コイル開口端（Ｅ１）に対向する第２コイル開口端（Ｅ２）とを有するコイル素子（２０）と、を備える。第１面状導体（１１１）は、導体外縁（１１１ｅｓ）と、導体外縁（１１１ｅｓ）に連接する部分を有する導体開口（ＯＰ）と、を有し、導体開口（ＯＰ）の少なくとも一部は、第１面状導体（１１１）の平面視で、第１面状導体（１１１）と第２面状導体（２１０）とが重なる導体重なり領域（ＯＡ）内に位置し、コイル素子（２０）の第１コイル開口端（Ｅ１）は、第１面状導体（１１１）の平面視で、第２面状導体（２１０）と重ならず、コイル素子（２０）の第２コイル開口端（Ｅ２）は、第１面状導体（１１１）の平面視で、導体開口（ＯＰ）および第２面状導体（２１０）と重なる。

Description

本発明は、コイル素子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。

電子機器が備える面状導体を放射素子の一部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コイルアンテナが、面状導体によるループに結合するように構成され、面状導体がアンテナの放射体として作用する。

特開２０１４−７５７７５号公報

例えば携帯端末装置や情報処理装置等の電子機器において、筐体の機械的強度を高めるためや、デザインの自由度向上のために、筐体の大部分が金属部材で構成されることが多くなっている。そのため、回路基板に実装されたコイルアンテナが筐体の金属部で覆われる場合が多い。

電子機器の回路基板に形成されたグランド導体パターン等の面状導体を放射体として利用するアンテナ装置において、回路基板に実装されたコイルアンテナが筐体の金属部で覆われると、コイルアンテナを通る磁束が筐体の外部まで大きく周回せず、通信特性が極端に低下する。このことを発明者は見出した。

本発明の目的は、コイルアンテナが、放射体の一部として利用する面状導体や他の面状導体で覆われる構造であっても、アンテナ特性の低下を抑え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、
第１面状導体と、
前記第１面状導体に平行に対向する第２面状導体と、
前記第１面状導体および前記第２面状導体の平行方向を巻回軸とし、第１コイル開口端と当該第１コイル開口端に対向する第２コイル開口端とを有するコイルアンテナと、
を備え、
前記第１面状導体は、導体外縁と、当該導体外縁に連接する部分を有する導体開口と、を有し、
前記導体開口の少なくとも一部は、前記第１面状導体の平面視で、前記第１面状導体と前記第２面状導体とが重なる導体重なり領域内に位置し、
前記コイルアンテナの前記第１コイル開口端は、前記第１面状導体の平面視で、前記第２面状導体と重ならず、
前記コイルアンテナの前記第２コイル開口端は、前記第１面状導体の平面視で、前記導体開口および前記第２面状導体と重なる、
ことを特徴とする。

上記構成により、コイルアンテナを通る磁束が第２面状導体に妨げられることなく大きく周回して通信相手アンテナと結合する。（第２面状導体が筐体の導電部である場合には、コイルアンテナを通る磁束が筐体の外部まで大きく周回し、通信相手アンテナと結合する。）この結果、通信相手アンテナとの結合度が高まり、高い通信特性が得られる。

（２）本発明のアンテナ装置は、前記導体開口の内縁の２点に接続される線状導体部と、前記第１面状導体および前記線状導体部と共にループ状の電流経路を形成するキャパシタと、を更に有し、前記コイルアンテナは前記ループ状の電流経路に磁界結合する、構造であることが好ましい。

上記構造により、ループ状の電流経路のインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスとで共振回路が構成され、通信信号の周波数で共振回路が共振することにより、コイルアンテナと共振回路との結合係数が高まる。また、その共振電流が流れる経路が放射素子として作用し、アンテナ特性が向上する。

（３）本発明の電子機器は、
上記構成のアンテナ装置を、グランド導体パターンを有する回路基板と共に備え、前記第１面状導体が前記グランド導体パターンであることを特徴とする。

上記構成により、電子機器がもとより備えるグランド導体パターンをアンテナ装置の第１面状導体として兼用するので、第１面状導体を別途設ける必要がなく、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。

（４）本発明の電子機器は、
上記構成のアンテナ装置を、導電部を有する筐体と共に備え、前記第２面状導体が前記筐体の前記導電部であることを特徴とする。

上記構成により、電子機器がもとより備える筐体の導電部をアンテナ装置の第２面状導体として兼用するので、第２面状導体を別途設ける必要がなく、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。

（５）本発明の電子機器は、
上記構成のアンテナ装置を、シールド層を有する表示パネルと共に備え、前記第２面状導体が前記シールド層であることを特徴とする。

上記構成により、電子機器がもとより備える表示パネルのシールド層をアンテナ装置の第２面状導体として兼用するので、第２面状導体を別途設ける必要がなく、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。

本発明によれば、コイルアンテナが、放射体の一部として利用する面状導体や他の面状導体で覆われる構造であっても、アンテナ特性の低下を抑え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の実施形態に係るアンテナ装置３０１の平面図であり、図１（Ｂ）はそのコイル素子配置部ＡＣの平面図である。 図２はコイル素子２０の実装前のコイル素子配置部の平面図である。 図３はコイル素子２０の斜視図である。 図４は、コイル素子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５は、コイル素子２０内に構成される補助導体に流れる電流の経路を示す断面図である。 図６は、第１面状導体１１１に流れる電流の経路を示す図である。 図７はアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との位置関係を示す斜視図である。 図８はアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との結合の仕方について示す図である。 図９はアンテナ装置３０１およびそれに接続される回路の回路図である。 図１０は、アンテナ装置３０１と比較例のアンテナ装置３０１Ｘ，３０１Ｙについて、それぞれの結合係数を示すシミュレーション結果の図である。 図１１（Ａ）は、アンテナ装置３０１のコイル素子２０および通信相手アンテナ５００を透過する磁束を概略的に示す断面図である。図１１（Ｂ）は、比較例のアンテナ装置３０１Ｙのコイル素子２０および通信相手アンテナ５００を透過する磁束を概略的に示す断面図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、第２面状導体２１０による磁界強度の増大効果を示す図である。 図１３は、アンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との磁界結合の様子を示すシミュレーション結果の図である。 図１４（Ａ）は、アンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との磁界結合の様子を示すシミュレーション結果の図である。図１４（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙと通信相手アンテナ５００との磁界結合の様子を示すシミュレーション結果の図である。 図１５（Ａ）はアンテナ装置３０１におけるコイル素子２０および第２面状導体２１０近傍の磁界を示すシミュレーション結果の図であり、図１５（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙにおけるコイル素子２０および第２面状導体２１０近傍の磁界を示すシミュレーション結果の図である。 図１６は第２の実施形態に係るアンテナ装置のコイル素子実装部の平面図である。 図１７（Ａ）は第３の実施形態のアンテナ装置３０３の平面図であり、図１７（Ｂ）はコイル素子の実装前のコイル素子配置部の平面図である。 図１８（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置３０４の平面図であり、図１８（Ｂ）はコイル素子２０およびキャパシタ３の実装前のコイル素子配置部の平面図である。 図１９は第５の実施形態に係る電子機器４０５Ａの主要部の断面図である。 図２０は第５の実施形態に係る別の電子機器４０５Ｂの主要部の断面図である。 図２１（Ａ）は、第６の実施形態に係るアンテナ装置の平面図であり、図２１（Ｂ）はコイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。 図２２（Ａ）は、第７の実施形態に係るアンテナ装置の平面図であり、図２２（Ｂ）は、このアンテナ装置の、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。 図２３（Ａ）は、第７の実施形態に係る別のアンテナ装置の平面図であり、図２３（Ｂ）は、このアンテナ装置の、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。 図２４（Ａ）は第８の実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。図２４（Ｂ）は、このアンテナ装置の、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。 図２５（Ａ）は、比較例のアンテナ装置３０１Ｘの部分平面図であり、図２５（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙの平面図であり、図２５（Ｃ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｚの平面図である。 図２６は、（ｚ，０，０）（ｚ，５，１）（ｚ，５，２）（ｚ，５，３）（ｚ，５，４）について、それらの位置関係を示す図である。

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。

《第１の実施形態》
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置３０１の平面図であり、図１（Ｂ）はそのコイル素子配置部ＡＣの平面図である。図２はコイル素子２０およびキャパシタ３の実装前のコイル素子配置部の平面図である。

アンテナ装置３０１は、第１面状導体１１１と、この第１面状導体１１１に平行に対向する第２面状導体２１０と、コイル素子２０と、を備える。

図２に表れているように、第１面状導体１１１は、第１導体開口ＯＰ１、第２導体開口ＯＰ２、導体外縁１１１ｅｓ、および導体開口ＯＰと導体外縁１１１ｅｓとを連接するスリットＳＬを有する。

本実施形態においては、第１面状導体１１１は回路基板１１０に形成されたグランド導体パターンである。第２面状導体２１０は例えば筐体の金属部である。

回路基板１１０には、導体開口ＯＰの内縁の２点に接続される線状導体部２１Ａ，２１Ｂが形成されている。この線状導体部２１Ａ，２１Ｂは、第１導体開口ＯＰ１と第２導体開口ＯＰ２との境界に沿った線状の導体パターンである。すなわち、線状導体部２１Ａ，２１Ｂは、導体開口ＯＰを第１導体開口ＯＰ１と第２導体開口ＯＰ２とに区分する線状の導体パターンである、と言うこともできる。

また、回路基板１１０にはコイル素子２０が接続されるコイル素子接続パッド１４，１５および補助コイル接続パッド２２Ａ，２２Ｂが形成されている。回路基板１１０には、コイル素子接続パッド１４，１５に接続された給電回路が設けられている。

コイル素子２０は、第１面状導体１１１および第２面状導体２１０の平行方向を巻回軸とし、第１コイル開口端Ｅ１と第１コイル開口端Ｅ１に対向する第２コイル開口端Ｅ２とを有する。このコイル素子２０は、巻回軸まわりにヘリカル状に巻回されたコイルアンテナのコイル導体を有し、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１およびコイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は、このコイル導体を挟んで互いに対向する。この例では、コイル素子２０のコイルアンテナの巻回軸は第１面状導体１１１および第２面状導体２１０に平行であるが、この「平行」とは、完全に平行であることのみを意味するのではない。実質的に平行であるか、平行方向成分を有していればよい。「実質的に平行である」とは、コイル素子２０のコイルアンテナの巻回軸が、第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが０°以上４５°以下の角度範囲内の角度をなすことを意味する。

導体開口ＯＰの一部は、第１面状導体１１１の平面視で、第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域ＯＡ内に位置する。また、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は、第１面状導体１１１の平面視で、第２面状導体２１０と重ならず、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は、第１面状導体１１１の平面視で、導体開口ＯＰおよび第２面状導体２１０と重なる。また、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は、導体重なり領域ＯＡ外に位置し、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は、導体重なり領域ＯＡ内に位置する。

コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は、導体重なり領域ＯＡ以外の領域で導体外縁１１１ｅｓに近接する。このことは、第１コイル開口端Ｅ１が、第２コイル開口端Ｅ２に比べて、導体重なり領域ＯＡ以外の導体外縁１１１ｅｓに近接する、ということもできる。

導体開口ＯＰに繋がるスリットＳＬの一端は導体重なり領域ＯＡ内にある。本実施形態では、スリットＳＬの他端が、導体重なり領域ＯＡ以外の導体外縁１１１ｅｓに繋がる。そのため、スリットＳＬは途中で屈折している。

図１（Ｂ）に表れているように、スリットＳＬを跨ぐように（繋ぐように）キャパシタ３が接続される。この例では、スリットＳＬが導体外縁１１１ｅｓに開放される位置に二つのキャパシタ３が実装されている。キャパシタ３は、この位置に限らず、スリットの途中に接続されてもよい。

次に、コイル素子２０の詳細な構造について説明する。図３はコイル素子２０の斜視図である。図４は、コイル素子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５は、コイル素子２０内に構成される補助導体に流れる電流の経路を示す断面図である。

コイル素子２０は、線状導体部２１Ａ，２１Ｂに直列接続される補助導体と、四角筒に沿ったヘリカル状のコイルアンテナとが、直方体状の多層基板７０に形成された素子である。

コイル素子２０の底面（実装面）には、図２に示したコイル素子接続パッド１４，１５に接続するための２つの端子９２Ａ，９３Ａと、補助コイル接続パッド２２Ａ，２２Ｂ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４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４において、（１）は最下層であり、（１７）は最上層である。図４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、必ずしも非磁性体材料で形成されていなくてもよく、非磁性体層は、比透磁率が１以上且つ磁性体層の比透磁率よりも低い磁性体であってもよい。

図４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４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７１Ｇ，７１Ｈ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７１Ｇは層間接続導体を介して端子９５に接続され、線状導体７１Ｈは層間接続導体を介して端子９４に接続される。

図４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４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７１Ｅ，７１Ｆ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４中の（５）〜（１５）に示す基材層７ｅ〜７ｏには、複数の端面導体８１および複数の端面導体８２が形成されている。

図４中の（１６）に示す基材層７ｐの底面には、複数の線状導体７２Ｂおよび１つの線状導体７１Ｂが形成されている。図４中の（１７）に示す基材層７ｑの底面には、複数の線状導体７２Ａおよび１つの線状導体７１Ａが形成されている。複数の線状導体７２Ａと線状導体７２Ｂ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７１Ａと線状導体７１Ｂ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７２Ｂに順次直列に接続される。また、線状導体７１Ｅ，７１Ｆは端面導体７１Ｃ，７１Ｄを介して線状導体７１Ｂに接続される。

上記線状導体７２Ａ，７２Ｂ，７３Ａ，７３Ｂおよび端面導体８１，８２によって約１２ターンの矩形ヘリカル状のコイルアンテナが形成される。

また、線状導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｅ，７１Ｆ，７１Ｇ，７１Ｈおよび端面導体７１Ｃ，７１Ｄ等によって、約１ターンの矩形ループ状の補助導体が形成される。

図５において電流ｉ２は、上記補助導体に流れる電流の経路を示している。例えば、補助コイル接続パッド２２Ａから補助コイル接続パッド２２Ｂ方向へ電流が流れる場合、補助コイル接続パッド２２Ａ→端子９４→線状導体７１Ｈ→線状導体７１Ｆ→端面導体７１Ｄ→線状導体（７１Ｂ，７１Ａ）→端面導体７１Ｃ→線状導体７１Ｅ→線状導体７１Ｇ→端子９５→補助コイル接続パッド２２Ｂの経路で電流が流れる。このように、コイル素子２０は、コイルアンテナと共に、このコイルアンテナの巻回軸方向における中央に補助導体を備える。

図６は、第１面状導体１１１に流れる電流の経路を示す図である。この図に表れているように、コイル素子２０の上記補助導体と、第１面状導体１１１と線状導体部２１Ａ，２１Ｂとキャパシタ３とによってループ状の電流経路が形成される。

本実施形態においては、コイル素子２０内の補助導体はループ状の電流経路の一部でもあるので、補助導体がコイル素子２０に形成されていない場合に比べ、ループ状の電流経路とコイル素子２０のコイル導体とがより近接する。したがって、ループ状の電流経路とコイルアンテナとの結合を強くできる。また、コイル素子２０の実装位置のばらつきによる、コイルアンテナとループ状導体との結合度のばらつきを低減できる。

図７は、本実施形態のアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との位置関係を示す斜視図である。また、図８はアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との結合の仕方について示す図である。図８において、コイル素子２０のコイルアンテナとループ状の電流経路とは結合係数ｋ１２で結合し、ループ状の電流経路と通信相手アンテナ５００とは結合係数ｋ２３で結合する。さらに、コイル素子２０のコイルアンテナと通信相手アンテナ５００とは結合係数ｋ１３で結合する。したがって、回路基板の第１面状導体１１１のエッジ部にコイルアンテナが単に配置されただけのアンテナ装置に比べて、上記結合係数ｋ２３の効果も加わり、通信相手アンテナ５００との結合が高まる。

図９は本実施形態のアンテナ装置３０１およびそれに接続される回路の回路図である。ここでは、アンテナ装置３０１のコイル素子２０内のコイルアンテナをインダクタＬ１で表している。また、コイル素子２０内の補助導体のインダクタをＬ２１、ループ状の電流経路のインダクタＬ２２でそれぞれ表している。キャパシタＣ３はループ状の電流経路に含まれるキャパシタ３に相当する。また、通信相手アンテナ５００をインダクタＬ３で表している。

図９に示す例では、インダクタＬ１１，Ｌ１２およびキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２によって整合回路ＭＣが構成されている。

インダクタＬ２１，Ｌ２２とキャパシタＣ３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。

インダクタＬ１は１次アンテナということができ、インダクタＬ２１，Ｌ２２およびキャパシタＣ３による共振回路は２次アンテナということができる。但し、特にインダクタＬ２２が通信相手アンテナ５００との結合に寄与する。

ここで、比較例としての複数のアンテナ装置と、それらの特性比較の結果を示す。

図２５（Ａ）は、比較例のアンテナ装置３０１Ｘの部分平面図であり、図２５（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙの平面図であり、図２５（Ｃ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｚの平面図である。

アンテナ装置３０１Ｘは、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は第１面状導体１１１と重なり、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は導体開口ＯＰと重なる。

アンテナ装置３０１Ｙは、アンテナ装置３０１Ｘに対して第２面状導体２１０を更に備え、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域内に位置する。

アンテナ装置３０１Ｚは、第１の実施形態のアンテナ装置３０１から第２面状導体２１０を除いたものである。

図１０は、本実施形態のアンテナ装置３０１と比較例のアンテナ装置３０１Ｘ，３０１Ｙについて、それぞれの結合係数を示すシミュレーション結果の図である。アンテナ装置３０１，３０１Ｘ，３０１Ｙの各部の寸法は次のとおりである。

［第１面状導体１１１］
20mm×20mm
［第２面状導体２１０］
60mm×60mm
［導体開口ＯＰ］
4mm×4mm
［通信相手アンテナのコイル径］
70mm
［コイル素子２０と通信相手アンテナとの間隔］
25mm
ループ状の電流経路と通信相手アンテナ５００との結合係数ｋ２３、コイル素子２０のコイルアンテナと通信相手アンテナ５００との結合係数ｋ１３は、いずれも本実施形態のアンテナ装置３０１が最も高く、比較例のアンテナ装置３０１Ｙが最も低い。

次に、本実施形態のアンテナ装置３０１と比較例のアンテナ装置との特性の違いについて具体例を示す。

表１は、本実施形態のアンテナ装置３０１のNFCによる特性を表す。表１において、括弧内の３つのパラメータは、被測定対象のアンテナ装置（本実施形態のアンテナ装置）と通信相手のアンテナ装置との各位置関係を示す。また、表１内の各数値の単位は［ｍＶ］である。

上記括弧内の３つのパラメータを（ｚ，ｒ，θ）で表すと、これらパラメータの意味は次のとおりである。

z：垂直方向の間隔
r：水平方向の間隔
θ：rの方位
ｚ＝０ 0mm
ｚ＝５ 5mm
ｒ＝０ 0mm
ｒ＝５ 5mm
ｒ＝１０ 10mm
θ＝１ ３時方向
θ＝２ ０時方向
θ＝３ ９時方向
θ＝４ ６時方向
図２６は、（ｚ，０，０）（ｚ，５，１）（ｚ，５，２）（ｚ，５，３）（ｚ，５，４）について、それらの位置関係を示す図である。

表１の（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置３０１の特性と比較例のアンテナ装置３０１Ｚの特性とを対比したものである。アンテナ装置３０１とアンテナ装置３０１Ｚとは、第２面状導体２１０の有無のみが異なる。表１の（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｘの特性と比較例のアンテナ装置３０１Ｙの特性とを対比したものである。アンテナ装置３０１Ｘとアンテナ装置３０１Ｙとは、第２面状導体２１０の有無のみが異なる。

表１において、測定値が3.9未満の条件には網掛け表示している。本実施形態のアンテナ装置３０１と比較例のアンテナ装置３０１Ｚとを対比すると明らかなように、第２面状導体２１０の有無による特性劣化は少なく、寧ろ向上する条件もある。一方、比較例のアンテナ装置３０１Ｘと３０１Ｙとを対比すると明らかなように、導体開口に重なるコイル開口端（第２コイル開口端Ｅ２）とは反対側のコイル開口端（第１コイル開口端Ｅ１）が第２面状導体２１０で覆われる構造であると、この第２面状導体２１０の存在によって、特性は極端に劣化する。

なお、本実施形態のアンテナ装置３０１より、比較例のアンテナ装置３０１Ｘの特性が良好であるのは、コイル素子載置部付近のグランド導体パターンの違いに起因するものである。

以降、本実施形態のアンテナ装置の結合係数ｋ２３，ｋ１３が高い理由について幾つかの図を参照して説明する。

図１１（Ａ）は、本実施形態のアンテナ装置３０１のコイル素子２０および通信相手アンテナ５００を透過する磁束を概略的に示す断面図である。図１１（Ｂ）は、比較例のアンテナ装置３０１Ｙのコイル素子２０および通信相手アンテナ５００を透過する磁束を概略的に示す断面図である。

比較例のアンテナ装置３０１Ｙでは、図１１（Ｂ）に表れているように、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２を出る磁束は、小さな磁束ループを描いて、コイル素子２０の途中に戻る。そのため、コイル素子２０と通信相手アンテナ５００との磁界結合は非常に弱い。

これに対し、本実施形態のアンテナ装置３０１によれば、図１１（Ａ）に表れているように、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２を出る磁束φ１は、導体開口ＯＰを通り抜けて、第１面状導体１１１の外方を回り込んで、通信相手アンテナ５００のコイル開口を透過し、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１に戻る。これにより、コイル素子２０と通信相手アンテナ５００とが磁界結合する。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、第２面状導体２１０による磁界強度の増大効果を示す図である。図１２（Ａ）は、コイル素子２０と結合して第２面状導体２１０に流れる渦電流を概略的に示す図である。図１２（Ｂ）はコイル素子２０と第２面状導体２１０との結合関係を示す断面図である。

コイル素子２０から出る磁束のうち第２面状導体２１０に向かう磁束によって、第２面状導体２１０に渦電流が誘導され、この渦電流により、コイル素子２０の磁界を強める方向に、第２面状導体２１０から磁束φ２が発生される。この磁束φ２は、コイル素子２０から導体開口ＯＰ方向へ出る磁束φ１を強める方向であるので、第２面状導体２１０による磁界強度の増大効果が得られる。

図１３、図１４（Ａ）は、本実施形態のアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との磁界結合の様子を示すシミュレーション結果の図である。図１４（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙと通信相手アンテナ５００との磁界結合の様子を示すシミュレーション結果の図である。図１５（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置３０１におけるコイル素子２０および第２面状導体２１０近傍の磁界を示すシミュレーション結果の図であり、図１５（Ｂ）は比較例のアンテナ装置３０１Ｙにおけるコイル素子２０および第２面状導体２１０近傍の磁界を示すシミュレーション結果の図である。いずれも、多数の微小な矢印は磁束の向きを表している。

図１５（Ｂ）に表れているように、比較例のアンテナ装置３０１Ｙでは、コイル素子２０の第２コイル開口端（図の向きで右端）を出る磁束は、第２面状導体２１０を透過できずに、小さな磁束ループを描いて、コイル素子２０の途中に戻る。また、図１４（Ｂ）に表れているように、磁束は通信相手アンテナ５００の中心方向へ拡がり、通信相手アンテナ５００と鎖交し難い。そのため、通信相手アンテナ５００との磁界結合は非常に弱い。

これに対し、図１５（Ａ）、図１４（Ａ）、および図１３に表れているように、コイル素子２０の第２コイル開口端（図１５（Ａ）の向きで左端）を出る磁束は、大きく周回して、通信相手アンテナ５００のコイル開口を透過し、コイル素子２０の第１コイル開口端（右端）に戻る。これにより、コイル素子２０と通信相手アンテナ５００とが磁界結合する。

本実施形態によれば、導体開口ＯＰの一部は、第１面状導体１１１の平面視で、第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域ＯＡ内に位置し、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は、第１面状導体１１１の平面視で、第２面状導体２１０と重ならず、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は、第１面状導体１１１の平面視で、導体開口ＯＰおよび第２面状導体２１０と重なるので、コイル素子を透過する磁束が外部で大きく周回して、通信相手アンテナと強く結合する。

本実施形態では、第１面状導体１１１および線状導体部２１Ａ，２１Ｂは、回路基板１１０の同一面に形成された導体パターンである例を示したが、第１面状導体１１１と線状導体部２１Ａ，２１Ｂは異なる面や異なる層に形成されていてもよい。また、これらの一方または両方が回路基板とは異なる面に形成されていてもよい。

また、本実施形態では、第２面状導体２１０が、導体開口ＯＰの一部を覆う例を示したが、第２面状導体２１０は導体開口ＯＰの全体を覆っていてもよい。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、補助導体の無いコイル素子を備えるアンテナ装置について示す。

図１６は第２の実施形態に係るアンテナ装置の、コイル素子実装部の平面図である。コイル素子２０は二点鎖線で表している。

図１６に表れているように、第１面状導体１１１は、第１導体開口ＯＰ１、第２導体開口ＯＰ２、導体外縁１１１ｅｓ、および導体開口ＯＰと導体外縁１１１ｅｓとを連接するスリットＳＬを有する。

本実施形態では、コイル素子２０内には、図４に示した線状導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｅ，７１Ｆ，７１Ｇ，７１Ｈおよび端面導体７１Ｃ，７１Ｄ等による約１ターンの矩形ループ状の補助導体は無い。導体開口ＯＰ内の線状導体部２１はコイル素子２０内のコイル導体と磁界結合する。

本実施形態のように、回路基板上の線状導体部とコイル素子のコイル導体とが近接することで、磁界結合する構成であってもよい。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、導体開口内に線状導体部が無いアンテナ装置について示す。

図１７（Ａ）は第３の実施形態のアンテナ装置３０３の平面図であり、図１７（Ｂ）はコイル素子の実装前のコイル素子配置部の平面図である。このアンテナ装置３０３においては、第１面状導体１１１は、導体開口ＯＰ、導体外縁１１１ｅｓ、および導体開口ＯＰと導体外縁１１１ｅｓとを連接するスリットＳＬを有する。

導体開口ＯＰの一部は、第１面状導体１１１の平面視で、第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域内に位置する。また、コイル素子２０の第１コイル開口端Ｅ１は、導体重なり領域以外の領域で導体外縁１１１ｅｓに近接する。そして、第１面状導体１１１の平面視で、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２は導体重なり領域内で導体開口ＯＰと重なる。

本実施形態のアンテナ装置３０３においては、コイル素子２０の第２コイル開口端Ｅ２が、平面視で導体開口ＯＰ内に位置するので、コイル素子２０と第１面状導体１１１とが磁界結合し、第１面状導体１１１には、図１７（Ｂ）中に矢印で示すような電流が流れる。その他の構成は、第２の実施形態で示したアンテナ装置と同じである。

本実施形態のように、導体開口ＯＰの内縁の２点に接続される線状導体部（図２中の線状導体部２１Ａ，２１Ｂ）が無い場合にも、また、第１面状導体１１１および線状導体部と共にループ状の電流経路を形成するキャパシタが無い構造のアンテナ装置にも、本発明は適用できる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、第１面状導体１１１のスリットＳＬの開放端の位置が、これまでに示した実施形態とは異なる例を示す。

図１８（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置３０４の平面図であり、図１８（Ｂ）はコイル素子２０およびキャパシタ３の実装前のコイル素子配置部の平面図である。このアンテナ装置３０４においては、第１面状導体１１１は、導体開口ＯＰ、導体外縁１１１ｉｓ、および導体開口ＯＰと導体外縁１１１ｉｓとを連接するスリットＳＬを有する。

導体開口ＯＰから延びるスリットＳＬが開放される導体外縁１１１ｉｓは、平面視で、第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域内に位置する。その他の構成は、第１の実施形態で示したアンテナ装置と同じである。

本実施形態のように、スリットＳＬの開放端が第１面状導体１１１と第２面状導体２１０とが重なる導体重なり領域内に位置する場合にも、本発明は適用でき、同様の効果を奏する。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、電子機器およびその電子機器に設けられるアンテナ装置の構成について示す。

図１９は第５の実施形態に係る電子機器４０５Ａの主要部の断面図である。電子機器４０５Ａは例えばスマートフォンなどの携帯電子機器であり、筐体金属部２２０、筐体樹脂部２４０、表示・操作パネル６０を備える。筐体金属部２２０は表示・操作パネル６０の形成面とは反対側にある。筐体の内部には回路基板１１０やバッテリー５０が収容されている。回路基板１１０には第１面状導体１１１としてのグランド導体パターンが形成されている。また、回路基板１１０にはコイル素子２０、電子部品３１，３２等が実装されている。上記筐体樹脂部２４０はコイル素子２０の一部および第１面状導体１１１の一部を導体で覆わないように設けられている。

電子機器４０５Ａにおいて、筐体金属部２２０は本発明における「第２面状導体」に相当する。第２面状導体としての筐体金属部２２０、第１面状導体１１１、導体開口ＯＰの位置関係は第１〜第４の実施形態で示したアンテナ装置と同じである。

図２０は第５の実施形態に係る別の電子機器４０５Ｂの主要部の断面図である。電子機器４０５Ｂも例えばスマートフォンなどの携帯電子機器であり、筐体樹脂部２４０、表示・操作パネル６０を備える。表示・操作パネル６０は、シールド層用および補強用のバックメタルプレート６１を備える。筐体の内部には回路基板１１０やバッテリー５０が収容されている。回路基板１１０には第１面状導体１１１としてのグランド導体パターンが形成されている。また、回路基板１１０にはコイル素子２０、電子部品３１，３２等が実装されている。

電子機器４０５Ｂにおいて、バックメタルプレート６１は本発明における「第２面状導体」に相当する。第２面状導体としてのバックメタルプレート６１、第１面状導体１１１、導体開口ＯＰの位置関係は第１〜第４の実施形態で示したアンテナ装置と同じである。

なお、筐体金属部や表示装置のバックメタルプレート以外に、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２面状導体として用いてもよい。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、第１面状導体と第２面状導体との大きさの関係が、これまでに示した例とは異なるアンテナ装置の構成について示す。

図２１（Ａ）は、第６の実施形態に係るアンテナ装置３０６の平面図であり、図２１（Ｂ）はコイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示した例とは異なり、第２面状導体２１０の面積は第１面状導体１１１より小さい。その他は図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示したアンテナ装置と同じである。

本実施形態においては、第２面状導体２１０を回り込むように、磁束が大きく周回するので、通信相手アンテナ５００と強く結合する。

本実施形態においても、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示したアンテナ装置と同様に、コイル素子２０から出る磁束のうち第２面状導体２１０に向かう磁束によって、第２面状導体２１０に渦電流が誘導され、この渦電流により、コイル素子２０の磁界を強める方向に、第２面状導体２１０から磁束φ２が発生される。この磁束φ２は、コイル素子２０から導体開口ＯＰ方向へ出る磁束φ１を強める方向であるので、第２面状導体２１０による磁界強度の増大効果が得られる。

また、本実施形態においては、第２面状導体２１０の周囲を磁束が大きく周回するので、通信相手アンテナ５００と強く結合する。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、第２面状導体に並んで別の面状導体が存在するアンテナ装置の構成について示す。

図２２（Ａ）は、第７の実施形態に係るアンテナ装置３０７Ａの平面図であり、図２２（Ｂ）は、このアンテナ装置３０７Ａの、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。また、図２３（Ａ）は、第７の実施形態に係る別のアンテナ装置３０７Ｂの平面図であり、図２３（Ｂ）は、このアンテナ装置３０７Ｂの、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示した例とは異なり、本実施形態のアンテナ装置は筐体金属部２３０を更に備える。なお、本実施形態において、第２面状導体２１０も筐体金属部の一部である。

本実施形態のように、平面視で第１コイル開口端Ｅ１と重ならない導体（筐体金属部２３０）が存在していてもよい。本実施形態においても、コイル素子２０から出る磁束のうち第２面状導体２１０に向かう磁束によって、第２面状導体２１０に渦電流が誘導され、この渦電流により、コイル素子２０の磁界を強める方向に、第２面状導体２１０から磁束φ２が発生される。この磁束φ２は、コイル素子２０から導体開口ＯＰ方向へ出る磁束φ１を強める方向であるので、第２面状導体２１０による磁界強度の増大効果が得られる。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では、第２面状導体の構成が、これまでに示した例とは異なるアンテナ装置の構成について示す。

図２４（Ａ）は第８の実施形態に係るアンテナ装置３０８の平面図である。図２４（Ｂ）は、このアンテナ装置３０８の、コイル素子２０のコイル巻回軸を通る面での縦断面図である。このアンテナ装置３０８は第２面状導体２１０Ｌを備えている。図１（Ｂ）に示したアンテナ装置とは、第２面状導体の構成が異なる。本実施形態のアンテナ装置３０８においては、閉ループ状の導体パターンによる第２面状導体２１０Ｌを備えている。第２面状導体２１０Ｌは回路基板１２０に形成された導体パターンである。

第２面状導体２１０Ｌは、これまでに示した実施形態の第２面状導体２１０とは異なり、連続して面状に拡がる導体ではなく、面に沿って閉ループを形成する導体である。このような第２面状導体２１０Ｌでも、この閉ループを鎖交しようとする磁束を遮るので、これまでに示した第２面状導体２１０と同様に作用する。

閉ループを形成する第２面状導体は、導体パターンによるものに限らず、例えば何らかの金属フレーム等の構造体であってもよい。

本発明において「第２面状導体」とは、全面について面状に連続的に拡がる導体に限らず、『磁束の透過を遮るように、面状に（すなわち面を成すように）空間を占める導体』の意味である。図２４（Ａ）に示したように、一つの面に沿って閉ループを形成する導体パターンも「第２面状導体」に含まれる。

各実施形態では、回路基板等に実装される部品がチップキャパシタ等のチップ部品である例を示したが、本発明は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。

各実施形態では、スリットＳＬの幅が導体開口ＯＰの幅よりも小さい構造の図を例示したが、本発明はこれに限定されない。スリットＳＬの幅は、例えば導体開口ＯＰの幅と同等以上に太くてもよく、また、導体開口ＯＰの幅がスリットＳＬの幅と同等以下に細くてもよい。また、導体開口ＯＰとスリットＳＬとで、例えばコの字型等の一体的な切り欠き形状部を形成してもよい。

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…コイル素子配置部
Ｅ１…第１コイル開口端
Ｅ２…第２コイル開口端
ＭＣ…整合回路
ＯＡ…導体重なり領域
ＯＰ…導体開口
ＯＰ１…第１導体開口
ＯＰ２…第２導体開口
ＳＬ…スリット
３…キャパシタ
７ａ〜７ｑ…基材層
１４，１５…コイル素子接続パッド
２０…コイル素子（コイルアンテナ）
２１，２１Ａ，２１Ｂ…線状導体部
２２Ａ，２２Ｂ…補助コイル接続パッド
３１，３２…電子部品
５０…バッテリー
６０…表示・操作パネル
６１…バックメタルプレート
７０…多層基板
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｅ，７１Ｆ，７１Ｇ，７１Ｈ…線状導体
７１Ｃ，７１Ｄ…端面導体
７２Ａ，７２Ｂ，７３Ａ，７３Ｂ…線状導体
８１，８２…端面導体
９２Ａ，９３Ａ…端子
９２Ｂ，９３Ｂ…外部接続導体
９４，９５…端子
１１０，１２０…回路基板
１１１…第１面状導体
１１１ｅｓ，１１１ｉｓ…導体外縁
２１０，２１０Ｌ…第２面状導体
２２０，２３０…筐体金属部
２４０…筐体樹脂部
３０１，３０１Ｘ，３０１Ｙ，３０１Ｚ…アンテナ装置
３０３，３０４，３０６，３０７Ａ，３０７Ｂ，３０８…アンテナ装置
４０５Ａ，４０５Ｂ…電子機器
５００…通信相手アンテナ

Claims (5)

1. 第１面状導体と、
   前記第１面状導体に平行に対向する第２面状導体と、
   前記第１面状導体および前記第２面状導体の平行方向を巻回軸とし、第１コイル開口端と当該第１コイル開口端に対向する第２コイル開口端とを有するコイルアンテナと、
   を備え、
   前記第１面状導体は、導体外縁と、当該導体外縁に連接する部分を有する導体開口と、を有し、
   前記導体開口の少なくとも一部は、前記第１面状導体の平面視で、前記第１面状導体と前記第２面状導体とが重なる導体重なり領域内に位置し、
   前記コイルアンテナの前記第１コイル開口端は、前記第１面状導体の平面視で、前記第２面状導体と重ならず、
   前記コイルアンテナの前記第２コイル開口端は、前記第１面状導体の平面視で、前記導体開口および前記第２面状導体と重なる、
   ことを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記導体開口の内縁の２点に接続される線状導体部と、
   前記第１面状導体および前記線状導体部と共にループ状の電流経路を形成するキャパシタと、
   を更に有し、
   前記コイルアンテナは前記ループ状の電流経路に磁界結合する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 請求項１または２に記載のアンテナ装置を、グランド導体パターンを有する回路基板と共に備える電子機器であって、
   前記第１面状導体は前記グランド導体パターンである、電子機器。
4. 請求項１または２に記載のアンテナ装置を、導電部を有する筐体と共に備える電子機器であって、
   前記第２面状導体は前記筐体の導電部である、電子機器。
5. 請求項１または２に記載のアンテナ装置を、シールド層を有する表示パネルと共に備える電子機器であって、
   前記第２面状導体は前記シールド層である、電子機器。