JP6387374B2 - 二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを用いたユーザ端末 - Google Patents

二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを用いたユーザ端末 Download PDF

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Description

本発明は，近距離無線通信（ＮＦＣ）と無線電力伝送のための二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを用いたユーザ端末に関する。
最近，エネルギー−ＩＴ融合技術への関心が高まりつつある。エネルギー−ＩＴ融合技術とは，従来のエネルギー技術と急速に発達しているＩＴ技術を融合した技術のことをいい，このようなエネルギー−ＩＴ融合技術の一分野として，無線電力伝送（Wireless Power Transfer；ＷＰＴ）技術がある。無線電力伝送とは，従来の有線電力線の代わりに無線で電気機器に電源を供給する技術のことをいい，従来には，家電機器などを充電するために，電源コンセントから家電機器または充電機器に有線電源ケーブルを接続することを余儀なくされたが，有線電源ケーブルを接続しなくても無線で充電することができるというメリットがあることから，これに関する研究が盛んに行われている。
現在商用化中または研究中の無線電力伝送技術としては，磁気誘導方式及び磁気共鳴方式が挙げられる。磁気誘導方式の無線電力伝送技術は，両コイル間の磁気誘導現象を利用する方式であり，数ミリメートル（mm）から数センチメートル（cm）の距離から数ワット（W）の電力を伝送することができ，現在は，交通カード，無線カミソリ，電動歯磨きなどに適用されている。一方，磁気共鳴方式の無線電力伝送技術は，共振周波数における共振結合（resonant coupling）により電力を伝送する方式であり，数メートル（m）以内の距離から数十ワット（W）の電力を伝送することができ，共振器の線質係数（Ｑ：Quality Factor）値により伝送効率が影響を受ける。
一方，最近上市される相当数のモバイル端末には，近距離無線通信（ＮＦＣ）が行えるように近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールが取り付けられている。近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）は，１３．５６MHz帯域の周波数を用いて約１０cmの距離からデータを送受信する近接場型の無線通信技術である。近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールはモバイル端末に搭載されてユーザ認証，身分証，クレジットカード，モバイルチケット，モバイルクーポンなどの様々な分野において用いられる。
一方，近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うためには近距離無線通信（ＮＦＣ）用アンテナコイルが必要である。近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナは，近距離無線通信（ＮＦＣ）リーダーと近距離無線通信（ＮＦＣ）タグのアンテナがそれぞれ独立的に配設され，実際のモバイル端末上に実現される場合には，一般に，近距離無線通信（ＮＦＣ）リーダーアンテナとタグアンテナを積層構造に集積した統合型二重アンテナ構造が用いられる。
また，無線電力伝送の場合にも，別途の無線電力伝送用アンテナコイルが必要である。このため，モバイル端末上において近距離無線通信（ＮＦＣ）機能と無線電力伝送機能を同時に支援するためには，それぞれの機能のためのアンテナを並設せねばならない。この場合，モバイル端末の大きさによる制限によりアンテナの取付空間が狭く，二種類のアンテナによりモバイル端末の大きさ及び厚さが増大してしまうという問題がある。
この理由から，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ及び無線電力伝送アンテナをモバイル端末に並設しながらも，所要の取付空間を最大限に狭めることのできる技術の導入が求められているのが現状である。
これと関連して，例えば，下記の特許文献１には，「RETROFITTING WIRELESS POWER AND NEAR-FIELD COMMUNICATION IN ELECTRONIC DEVICES」というタイトルの発明が開示されている。下記の特許文献１に記載の発明は，無線電力伝送及び近距離通信のための電力回路に関するものであり，前記電力回路を有する電力デバイスは，無線電力受信アンテナ及び変換回路を有するバックハウジングを備えている。但し，下記の特許文献１には前記無線電力受信アンテナが無線電力供給機能または近距離無線通信（ＮＦＣ）機能のために使用可能であると開示されているが，無線電力供給機能及び近距離無線通信（ＮＦＣ）機能を同時に行うための具体的な構成は開示されていない。
米国特許出願公開第ＵＳ２０１０−０１９４３３４号公報
上述した従来の技術の問題を解消するために，本発明は，近距離無線通信（ＮＦＣ）及び無線電力伝送を同時に支援する二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを搭載したユーザ端末を提供する。
また，本発明は，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナと無線電力伝送アンテナを重なり合わないように配置して相互干渉による通信性能の低下を抑える二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを搭載したユーザ端末を提供する。
本発明の目的は上述した目的に何ら制限されるものではなく，未言及の他の目的は下記の記載から明らかに理解できる筈である。
前記目的を達成するために，本発明による二重モードアンテナ用プリント回路基板は，二重モードアンテナ用プリント回路基板において，絶縁シートの一方の面に形成されるループ状の第１のコイルと，前記第１のコイルのループの内側に形成されるループ状の第２のコイルとを備されることを特徴とする。
本発明において，前記第２のコイルは，前記絶縁シートの両面に積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記第１のコイル及び前記第２のコイルは，それぞれ近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル及び無線電力伝送コイルであることを特徴とする。
本発明において，前記第１のコイルの両端にそれぞれ接続され，一対の第１の外部回路端子に接触して電気的に接続される一対の第１の接続端子と，前記第２のコイルの両端にそれぞれ接続され，一対の第２の外部回路端子に接触して電気的に接続される一対の第２の接続端子と，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記第１の外部回路端子及び前記第２の外部回路端子は，それぞれ外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール及び無線電力伝送モジュールに接続されることを特徴とする。
本発明において，前記一対の第１の接続端子のうちのいずれか一方がスティッチングビアを介して前記第１のコイルの一方の端に接続され，前記スティッチングビアは，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記一対の第１の接続端子のうちのいずれか一方に接続される第１のビアと，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記第１のコイルの一方の端に接続される第２のビアと，前記絶縁シートの他方の面に形成され，一方の端が前記第１のビアの他方の端と接続され，他方の端が前記第２のビアの他方の端と接続される接続パターンと，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記一対の第１の接続端子のうちのいずれか一方がジャンパ線を介して前記第１のコイルの一方の端と接続されることを特徴とする。
本発明において，前記ジャンパ線は，前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートと前記第１のコイルとの間に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートをさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記フェライトシートは，前記絶縁シートの前記第１のコイルに対向する個所に接するように形成される第１のフェライトシートと，前記絶縁シートの前記第２のコイルに対向する個所に接するように形成される第２のフェライトシートと，をさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に，前記第１のフェライトシート及び前記第２のフェライトシートの段差調節用スリットが形成されることを特徴とする。
本発明において，一方の端が前記一対の第２の接続端子に接続され，他方の端が前記第２のコイルに接続される一対の延長パターンを備えることを特徴とする。
本発明において，前記第２のコイルは，一方の端が前記一対の延長パターンのうちのいずれか一方に接続され，前記絶縁シートの他方の面に第１の方向に複数回巻かれるように形成される第１のループと，一方の端が前記一対の延長パターンのうちの他方に接続され，前記絶縁シートの一方の面に前記第１のループを流れる電流が補強される方向に複数回巻かれるように形成される第２のループとの積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記第２のコイルは，前記絶縁シートを貫通し，前記第１のループの他方の端と前記第２のループの他方の端を接続させる第３のビアをさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記第２のコイルは，前記絶縁シートを貫通し，前記第２のループの一方の端と前記一対の延長パターンのうちの他方を接続させる第４のビアをさらに備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために，二重モードアンテナにおいて，プリント回路基板の一方の面に形成されるループ状の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルと，前記プリント回路基板の上に形成されるループ状の無線電力伝送コイルと，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの両端にそれぞれ接続され，近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと電気的に接続される一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子と，前記無線電力伝送コイルの両端にそれぞれ接続され，無線電力伝送モジュールと電気的に接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子と，を備え，前記無線電力伝送コイルは，前記プリント回路基板の両面に積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルのループの内側に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記プリント回路基板は，フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）であることを特徴とする。
本発明において，前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一つがスティッチングビアを介して前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続され，前記スティッチングビアは，前記プリント回路基板を貫通し，一方の端が前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方に接続される第１のビアと，前記プリント回路基板を貫通し，一方の端が前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続される第２のビアと，前記プリント回路基板の他方の面に形成され，一方の端が前記第１のビアの他方の端と接続され，他方の端が前記第２のビアの他方の端と接続される接続パターンと，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方がジャンパ線を介して前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端と接続されることを特徴とする。
本発明において，前記ジャンパ線は，前記プリント回路基板の一方の面に接するように形成されるフェライトシートと前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルとの間に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートをさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記フェライトシートは，前記プリント回路基板の前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルに対向する個所に接するように形成される近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシートと，前記プリント回路基板の前記無線電力伝送コイルに対向する個所に接するように形成される無線電力伝送コイル用フェライトシートと，をさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルと前記無線電力伝送コイルとの間に，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシート及び前記無線電力伝送コイル用フェライトシートの段差調節用スリットが形成されることを特徴とする。
本発明において，一方の端が前記一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子に接続され，他方の端が前記無線電力伝送コイルに接続される一対の延長パターンを備えることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，一方の端が前記一対の延長パターンのうちのいずれか一方に接続され，前記プリント回路基板の他方の面に第１の方向に複数回巻かれるように形成される上部ループと，一方の端が前記一対の延長パターンの他方に接続され，前記プリント回路基板の一方の面に前記上部ループを流れる電流が補強される方向に複数回巻かれるように形成される下部ループとの積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記プリント回路基板を貫通し，前記上部ループの他方の端と前記下部ループの他方の端を接続させる第３のビアをさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記プリント回路基板を貫通し，前記下部ループの一方の端と前記一対の延長パターンの他方を接続させる第４のビアをさらに備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために，近距離無線通信（ＮＦＣ）機能及び無線電力機能を有するユーザ端末において，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル及び無線電力伝送コイルを有する二重モードアンテナと，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルを用いて近距離無線通信（ＮＦＣ）を行う近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと，前記無線電力伝送コイルを用いて無線で電力を伝送する無線電力伝送モジュールと，を備え，前記二重モードアンテナにおいて，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルは絶縁シートの一方の面に形成され，前記無線電力伝送コイルは前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの内側に形成され，前記無線電力伝送コイルは前記絶縁シートの両面に積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記二重モードアンテナは，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの両端にそれぞれ接続され，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと電気的に接続される一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子と，前記無線電力伝送コイルの両端にそれぞれ接続され，前記無線電力伝送モジュールと電気的に接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子と，をさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方がスティッチングビアを介して前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続され，前記スティッチングビアは，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方に接続される第１のビアと，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続される第２のビアと，前記絶縁シートの他方の面に形成され，一方の端が前記第１のビアの他方の端と接続され，他方の端が前記第２のビアの他方の端と接続される接続パターンと，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方がジャンパ線を介して前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端と接続されることを特徴とする。
本発明において，前記ジャンパ線は，前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートと前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルとの間に形成されることを特徴とする。
本発明において，一方の端が前記一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子に接続され，他方の端が前記無線電力伝送コイルに接続される一対の延長パターンを備えることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，一方の端が前記一対の延長パターンのうちのいずれか一方に接続され，前記絶縁シートの他方の面に第１の方向に複数回巻かれるように形成される上部ループと，一方の端が前記一対の延長パターンの他方に接続され，前記絶縁シートの一方の面に前記上部ループを流れる電流が補強される方向に複数回巻かれるように形成される下部ループとの積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記絶縁シートを貫通し，前記上部ループの他方の端と前記下部ループの他方の端を接続させる第３のビアをさらに備えることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記絶縁シートを貫通し，前記下部ループの一方の端と前記一対の延長パターンの他方を接続させる第４のビアをさらに備えることを特徴とする。
前記目的を達成するために，二重モードアンテナ用プリント回路基板において，絶縁シートの一方の面に形成されるループ状の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルと，前記絶縁シートの上に形成されるループ状の無線電力伝送コイルと，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの両端にそれぞれ接続され，外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと電気的に接続される一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子と，前記無線電力伝送コイルの両端にそれぞれ接続され，外部の無線電力伝送モジュールと電気的に接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子と，一方の端が前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続され，他方の端が前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方に接続される近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子接続ラインと，一方の端が前記一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子に接続され，他方の端が前記無線電力伝送コイルに接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子接続ラインと，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子接続ラインは，ジャンパ線またはスティッチングビアにより形成されることを特徴とする。
本発明において，前記スティッチングビアは，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方に接続される第１のビアと，前記絶縁シートを貫通し，一方の端が前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの一方の端に接続される第２のビアと，前記絶縁シートの他方の面に形成され，一方の端が前記第１のビアの他方の端に接続され，他方の端が前記第２のビアの他方の端に接続される接続パターンと，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記ジャンパ線は，前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートと前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルとの間に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルのループの内側に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，前記絶縁シートの両面に積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，一方の端が前記一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子接続ラインのいずれか一方に接続され，前記絶縁シートの一方の面に第１の方向に複数回巻かれるように形成される第１のループと，一方の端が前記一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子接続ラインの他方に接続され，前記絶縁シートの他方の面に前記第１のループを流れる電流が補強される方向に複数回巻かれるように形成される第２のループとの積層構造に形成されることを特徴とする。
前記目的を達成するために，二重モードアンテナにおいて，第１の絶縁シートの上に形成されるループ状の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルと，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルのループの内側に形成される無線電力伝送コイルと，前記無線電力伝送コイルを外部の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）モジュールに接続する延長ラインと，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルの両端にそれぞれ接続され，外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと電気的に接続される一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子と，前記無線電力伝送コイルの両端にそれぞれ接続され，外部の無線電力伝送モジュールと電気的に接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子と，を備えることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，巻線コイルにより形成されることを特徴とする。
本発明において，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルのループの内側に前記第１の絶縁シートを貫通して形成される延長ライン用スロットをさらに備え，
前記延長ラインは前記延長ライン用スロットに差し込まれて前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルのループの内側において前記無線電力伝送コイルと結合されることを特徴とする。
本発明において，前記延長ライン及び前記無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子は，第２の絶縁シートの上に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記無線電力伝送コイルは，第３の絶縁シートの両面に積層構造に形成されることを特徴とする。
本発明において，前記一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子のうちのいずれか一方を前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルに接続するジャンパ線またはスティッチングビアをさらに備えることを特徴とする。
上述した本発明の課題解決手段のうちの一つによれば，ユーザ端末においてアンテナの搭載空間を効率よく配置して近距離無線通信（ＮＦＣ）及び無線電力伝送を同時に支援することができる。
また，ユーザ端末において近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナと無線電力伝送アンテナを重なり合わないように配置して相互干渉による通信性能の低下を抑えることができる。
無線電力伝送システムの全体概要図である。 本発明の一実施形態に係るユーザ端末の細部構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナがユーザ端末の背面カバーに取り付けられる場合を説明するためのユーザ端末本体の背面図及び背面カバーの分解図である。 本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナの正面図及び背面図である。 本発明の他の実施形態に係る二重モードアンテナの正面図及び背面図である。 本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナの構造を説明するための側面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二重モードアンテナの正面図及び背面図である。 図７の二重モードアンテナの構成要素である近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部の細部構成を示す正面図及び背面図である。 図７の二重モードアンテナの構成要素である延長ライン部の細部構成を示す正面図及び背面図である。 図７の二重モードアンテナの構成要素である無線電力伝送コイルの細部構成を示す正面図及び背面図である。
本発明は様々な変更を加えることができ，種々の実施形態を有することができるが，特定の実施形態を図面に例示し，これを詳細な説明の欄において詳細に説明する。しかしながら，これは本発明を特定の実施形態に限定するためのものではなく，本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更，均等物若しくは代替物を含むものと理解されるべきである。
本発明について説明するに当たって，関連する公知の技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする虞があると認められる場合にはその詳細な説明を省略する。なお，本明細書の説明過程で用いられる数字（例えば，第１，第２など）は，ある構成要素を他の構成要素と区別するための識別記号に過ぎない。
また，本明細書において，ある構成要素が他の構成要素と「接続される」などと言及されたときには，前記ある構成要素が前記他の構成要素と直接的に接続される場合もあるが，特に断りのない限り，他の構成要素を介して接続される場合もあると理解されるべきである。
本明細書において，ユーザ端末は，外部から電力が供給される電子機器であり，他のユーザ端末との通信のための手段の一つとして近距離無線通信（ＮＦＣ）を支援し，例えば，携帯電話，スマートフォン，ノート型パソコン（laptop computer），デジタル放送用端末，個人情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants），携帯型マルチメディアプレーヤ（ＰＭＰ：Portable Multimedia Player），ナビゲーションなどのように移動可能なモバイル端末であってもよく，テレビ（ＴＶ），電子額縁，冷蔵庫など外部装置との通信を行ういかなる電子機器であってもよい。
以下，添付図面に基づき，本発明の実施のための具体的な内容について説明する。
図１は，無線電力伝送システムの概念及び動作を説明するための全体概要図である。
図１に示すように，無線電力伝送システムは，無線で電力を送信する無線電力送信装置１０（または，送電器）と，電力を無線で受信する無線電力受信装置２０（または，受電器）と，を備える。
無線電力送信装置１０及び無線電力受信装置２０は磁気誘導方式により無線で電力を伝送する。
無線電力送信装置１０は，電力伝送のために，送電アンテナ１１を用いて外部に電磁気場を放射する。このために，無線電力送信装置１０には，外部からＡＣ電源が供給される。
無線電力送信装置１０は，外部の入力電源から供給されたＡＣ電源をＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を用いてＤＣ電源に整流し，次いで，無線電力伝送のためにＤＣ／ＡＣ変換回路（図示せず）を介して高周波ＡＣ電源に再変換して，送電アンテナ１１を介して無線電力受信装置２０に伝送する。
無線電力受信装置２０は，無線電力送信装置１０から伝送された電力信号を受電アンテナ２１を用いて受信する。具体的に，無線電力送信装置１０の送電アンテナ１１を流れる電流により送電アンテナ１１の周りに磁場が生成され，電磁気の誘導により前記磁気場に隣り合うように配置された無線電力受信装置２０の受電アンテナ２１には電圧が誘導されて電力が伝送される。
無線電力受信装置２０は，伝送された電力を用いて負荷機器３０を充電するか，あるいは，無線電力受信装置２０の駆動に必要な駆動電力を供給する。
以下，本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナを備えるユーザ端末の細部構成について説明する。
図２は，本発明の一実施形態に係るユーザ端末の細部構成を説明するためのブロック図である。
図２に示すように，ユーザ端末は，近距離無線通信（ＮＦＣ）を行う近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール２００及び無線電力伝送機能を行う無線電力伝送モジュール３００を備える。また，ユーザ端末は，近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール２００と電気的に接続される近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０及び無線電力伝送モジュール３００と電気的に接続される無線電力伝送コイル１２０を有する二重モードアンテナ１００をさらに備える。
二重モードアンテナ１００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と無線電力伝送コイル１２０が所定の間隔を隔てた二重ループ状に実現される。二重モードアンテナ１００は，絶縁シートの上に近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０及び無線電力伝送コイル１２０のパターンが形成された構造であってもよく，例えば，フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）を用いて形成する。
このとき，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０及び無線電力伝送コイル１２０は電気的に分離され，且つ，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０及び無線電力伝送コイル１２０により形成される二重ループ状において近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と無線電力伝送コイル１２０との間の間隔を調節してコイルのインピーダンス整合を調節する。
近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール２００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０を制御してユーザ端末上において近距離無線通信（ＮＦＣ）を行う。具体的に，近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール２００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）インピーダンス整合部２１０と，近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０及び近距離無線通信（ＮＦＣ）制御部２３０を備える。
ユーザまたはユーザ端末上のアプリケーションの動作により近距離無線通信（ＮＦＣ）機能が要請されれば，ユーザ端末の制御部４００は近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール２００を動作させて近距離無線通信（ＮＦＣ）機能を活性化させる。
近距離無線通信（ＮＦＣ）インピーダンス整合部２１０は近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０との間に設けられて，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０との間のインピーダンスを整合させる。
近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０は，ベースバンド処理部と，通信規約処理回路と，レジスタファイルと，ＵＡＲＴ直列インタフェースなどを備える。上記の近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０の各構成要素は公知の技術であるため，本明細書においてはこれらについての説明を省略する。
近距離無線通信（ＮＦＣ）制御部２３０は近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０と接続されて近距離無線通信（ＮＦＣ）トランシーバ２２０の全体的な動作を制御する。なお，近距離無線通信（ＮＦＣ）制御部２３０は別途の通信インタフェースを介して外部のホストと通信を行う。
無線電力伝送モジュール３００は，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）インピーダンス整合部３１０と，整流部３２０及び充電部３３０を備える。
無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）インピーダンス整合部３１０は無線電力伝送コイル１２０と整流部３２０との間に配置されて，無線電力伝送コイル１２０と整流部３２０との間のインピーダンスを整合させる。
整流部３２０は，無線電力伝送コイル１２０を介して入力される電力信号を半波整流状に整流してＤＣ電力に整流する。整流部３２０により整流されたＤＣ信号は未図示のフィルタリング部により高周波ノイズ成分が除去され，次いで，充電部３３０または装置駆動のために必要な電圧に変換される。
充電部３３０は，必要な電圧に変換された電力を用いて外部の負荷機器または内部のバッテリを充電する。
次いで，本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナ１００の細部構成について詳細に説明する。
図３は，本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナがユーザ端末の背面カバーに取り付けられる場合を説明するためのユーザ端末本体の背面図及び背面カバーの分解図である。
図３に示すように，二重モードアンテナ１００は，ユーザ端末のバッテリカバー７００に取り付けられる。二重モードアンテナ１００は，ユーザ端末の本体６００と対向するバッテリカバー７００の内側面に取り付けられるか，あるいは，バッテリカバー７００の内部に一体に組み込まれる。このとき，バッテリカバー７００の内部に一体に組み込まれる場合には，二重モードアンテナ１００の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０及び無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０がバッテリカバー７００の内側面を介して外部に露出されるように当該個所に開口部が形成される。このとき，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０は二つの端子が一対をなすように構成され，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０の場合も同様に，二つの端子が一対をなすように構成される。
ユーザ端末の本体背面には，二重モードアンテナ１００の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０及び無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子１４０に対向する個所に近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール接続端子６２０及びＷ／Ｃモジュール接続端子６１０がそれぞれ形成される。このため，バッテリカバー７００をユーザ端末本体６００に取り付けると，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０及び無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０はそれぞれ近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール接続端子６２０及び無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）モジュール接続端子６１０に接触して電気的に接続される。このとき，近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール接続端子６２０または無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）モジュール接続端子６１０はＣ−クリップ状に形成されて弾性により近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０または無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０との接続状態を維持する。
以下，本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナ１００の実現形状について詳細に説明する。
図４は，本発明の一実施形態に係る二重モードアンテナ１００の正面図及び背面図である。
図４を参照すると，二重モードアンテナ１００は，フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）などの絶縁シート１０５に近距離無線通信（ＮＦＣ）パターンを形成して生成し，絶縁シート１０５の前面には一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０及び一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０が形成される。
近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０は近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０に接続されて，近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール接続端子６２０を介して入力された信号を外部に伝送するか，あるいは，外部から受信された近距離無線通信（ＮＦＣ）信号を近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール３００に受け渡す。
近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０は絶縁シート１０５の前面に形成され，ループの直径を最大化させ，ループをなす巻線の回数及び巻線間キャパシタンスを低減するために絶縁シート１０５の外側に沿ってできる限り広く形成される。
近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０の一方の端は近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子のうちのいずれか一つ１３２に接続され，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０はパターンが内部に回転しながらループを形成し，ループの内部において近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０の一方の端はスティッチングビア１５０を介してループ外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子のうちのいずれか一つ１３４に接続される。
スティッチングビア１５０は，絶縁シートを貫通する二つのビア１５２，１５４と，前記二つのビア１５２，１５４の間に形成されて信号の接続経路を形成する接続パターン１５６と，を備える。このとき，接続パターン１５６は絶縁シート１０５の背面に形成される。
無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０は無線電力伝送コイル１２０に接続されて，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）モジュール接続端子６１０を介して入力された電力信号を送受信する。
無線電力伝送コイル１２０は，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０が形成するループの内側に形成される。この場合，無線電力伝送コイル１２０の直径は近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０に比べて相対的に小さく，このため，必要な巻線数を確保するために，無線電力伝送コイル１２０は絶縁シート１０５の前面及び背面に積層構造に形成される。
このとき，絶縁シート１０５の前面に形成された無線電力伝送コイル１２２は内部に収束するループ状を有し，ループの内部においてビアホール１６２を介して絶縁シートを貫通して背面の無線電力伝送コイル１２４に接続される。
このとき，絶縁シート１０５の前面に形成された無線電力伝送コイル１２２及び背面に形成された無線電力伝送コイル１２４は，前面からみたときに同じ方向に回転しながらループを形成して無線電力伝送コイル１２０を流れる電流が相互に補強される。
無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子の両端１４２，１４４及び無線電力伝送コイル１２０の両端は，一対の延長パターン１７０により接続される。延長パターン１７０は，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０の配置位置に応じて可変的な形状を有し，ユーザ端末１００の内部回路設計時の柔軟性を保証する。
また，延長パターン１７０は絶縁シート１０５の背面に形成され，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４２，１４４は一対のビアホール１４３，１４５を介して絶縁シートを貫通して背面に形成された延長パターン１７０の一方の側に接続される。
延長パターン１７０の他方の側は無線電力伝送コイル１２０に接続される。一対の延長パターン１７０のうちのいずれか一方の延長パターンはビアホール１６２を介して絶縁シート１０５の前面に形成された無線電力伝送コイル１２２の一方の端に接続され，他方の延長パターンは絶縁シートの背面に形成された無線電力伝送コイル１２４の他方の端に接続される。
上述したように，無線電力伝送コイル１２０は，ビアホール１６２，１６４，１４３，１４５及び絶縁シート１０５の背面に形成された延長パターン１７０により無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル接続端子１４０と接続されるので，無線電力伝送コイル１２０と近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０との間の重なり合い領域がないため相互干渉による性能低下を防ぐ。
一方，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と無線電力伝送コイル１２０との間には段差調節用スリットが形成される。図６を参照すると，絶縁シート１０５の前面には無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル用フェライトシート１９４及び近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシート１９２がこの順に取り付けられる。参考までに，フェライトシートは，渦電流による磁束の遮蔽を防ぐ。
この場合，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシート１９２に比べて内側の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル用フェライトシート１９４が相対的に小さく，このため，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）コイル用フェライトシート１９４が重なった部分の厚さは，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシート１９２のみ取り付けられた部分のそれに比べて相対的に大きい。
このため，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０と無線電力伝送コイル１２０との間に上述したフェライトシートの厚さによる段差を調節するための段差調節用スリット１９８を形成して，厚さ差による無線電力伝送コイル１２０または延長パターン１７０の損傷を防ぐ。
図５は，本発明の他の実施形態に係る二重モードアンテナの正面図及び背面図である。
図５に示すように，本発明の他の実施形態に係る二重モードアンテナ１００は，図４の二重モードアンテナと同様に，絶縁シート１０５に近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０が形成され，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０のループの内側に無線電力伝送コイル１２０が形成される。近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０及び無線電力伝送コイル１２０は，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子１３０及び無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子１４０にそれぞれ接続される。
近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０の一方の端は近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子のうちのいずれか一方１３２に接続され，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０はパターンが内部に回転しながらループを形成し，ループの内部において近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０の一方の端はジャンパ線１９０を介してループ外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル接続端子のうちのいずれか一つ１３４に接続される。
このとき，ジャンパ線１９０は絶縁シート１０５の前面に形成された近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０の上部に形成されるので，図６に示すように，近距離無線通信（ＮＦＣ）信号が引き込まれたり引き出されたりする絶縁シート１０５の背面をジャンパ線１９０が遮断しないため，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１０への干渉を抑えることができる。
次いで，本発明のさらに他の実施形態に係る二重モードアンテナの細部構成について詳細に説明する。
図７は，本発明のさらに他の実施形態に係る二重モードアンテナ１０００の細部構成を示す正面図及び背面図である。
図７を参照すると，二重モードアンテナ１０００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイルが形成された近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００と，無線電力伝送コイル１３００及び前記無線電力伝送コイル１３００を外部の無線電力伝送モジュールと接続させる延長ライン部１２００と，を備える。このとき，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００と，無線電力伝送コイル１３００及び延長ライン部１２００は，それぞれ別途の絶縁シートの上に形成される。
このとき，無線電力伝送コイル１３００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００の近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０が形成するループの内側に配置され，この場合，前記ループの内側に配設される無線電力伝送コイル１３００は，延長ライン部１２００を介して近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０の外部に接続される。
一方，二重モードアンテナ１０００にはフェライトシートが貼着される。このとき，フェライトシートは，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００に対向する個所に貼着される近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル用フェライトシートと，無線電力伝送コイル１３００に対向する個所に貼着される無線電力伝送コイル用フェライトシートと，を備える。
図８に基づいて，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００の細部構成について述べると，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００は，第１の絶縁シート１１１０と，前記第１の絶縁シート１１１０の前面に形成され，外部の近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュールと接続される一対の近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子１１３０と，前記第１の絶縁シート１１１０の前面にループ状に形成され，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子１１３０と接続される近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０と，を備える。
このとき，前記近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０の一方の端は近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子接続ライン１１４０により近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子１１３０と接続される。この場合，近距離無線通信（ＮＦＣ）接続端子接続ライン１１４０はジャンパ線により実現されてもよく，第１の絶縁シート１１００を貫通して形成されたスティッチングビアにより実現されてもよい。
また，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００において，近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０のループの内側には延長ライン用スロット１１５０が形成され，前記延長ライン部１２００が延長ライン用スロット１１５０に差し込まれてループ内部の無線電力伝送コイル１３００と接続される。
このとき，前記延長ライン部１２００は，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ部１１００の前面とフェライトシートとの間に配置されるので，延長ラインによる近距離無線通信（ＮＦＣ）コイル１１２０への干渉を低減することができるという効果がある。
図９に基づいて延長ライン部１２００の細部構成について述べると，延長ライン部１２００は，第１の絶縁シート１１１０とは別途の第２の絶縁シート１２１０と，前記第２の絶縁シート１２１０の前面に形成され，無線電力伝送モジュールと接続される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子１２２０と，前記第２の絶縁シート１２１０の背面に形成される一対の無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）延長ライン１２３０と，前記無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）延長ライン１２３０を無線電力伝送コイル１３００と接続させる一対の接合部１２６０と，を備える。
このとき，無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）延長ライン１２３０は，一対のビアホール１２４０を介して前記無線電力伝送（Ｗ／Ｃ）接続端子１２２０と接続され，他の一対のビアホール１２５０を介して前記接合部１２６０と接続される。
上述したように，無線電力伝送コイル１３００は，別途の第３の絶縁シートの上に形成される。この場合，無線電力伝送コイル１３００は，第３の絶縁シートの両面に重なり合うように形成される。
また，無線電力伝送コイル１３００は，伝導性の高い素材から製作された巻線コイルにより実現される。この場合，巻線コイルの両端１３１０，１３２０は，前記接合部１２６２，１２６４に半田付けなどの方法により結合される。
上述した構成を通じて，本発明のユーザ端末は，狭い空間に近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナ及び無線電力伝送アンテナを両方とも備え，近距離無線通信（ＮＦＣ）アンテナと無線電力伝送アンテナとの間の重なり合い領域を回避することにより，相互干渉による性能低下を防ぐことができるという効果がある。
以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず，本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば，本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において種々の修正及び変形を行うことができる。
よって，本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく単に説明するためのものであり，これらの実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されることはない。
本発明の保護範囲は下記の請求範囲によって解釈されなければならず，それと同等な範囲内にあるあらゆる技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (4)

  1. 絶縁シートと，
    無線通信コイル接続端子と，
    前記無線通信コイル接続端子と電気的に接続され，前記絶縁シートに形成される無線通信コイルと，
    前記無線通信コイルの内側に配置され無線で電力を伝送する,巻線コイルにより形成される無線電力伝送コイルと，
    前記無線電力伝送コイルと電気的に接続される無線電力伝送コイル接続端子と，
    前記無線電力伝送コイルと前記無線電力伝送コイル接続端子を電気的に接続させ，少なくとも一部が前記絶縁シートの前記無線通信コイルが形成された面とは異なる面に形成される延長パターンと，
    前記絶縁シートを貫通するビアを介して一方の端が無線通信コイルに電気的に接続される接続パターンを備えたスティッチングビアと，
    前記絶縁シートの一方の面に接するように形成されるフェライトシートを備え，
    前記無線電力伝送コイルと前記無線通信コイル間の間隔は，前記無線電力伝送コイルまたは前記無線通信コイルを成す素線間の間隔よりも大きく形成され，
    前記無線電力伝送コイル及び前記無線通信コイルは，前記絶縁シートで内部に収束するループ状のパターンで形成され，
    前記ループ状のパターンを形成する前記無線電力伝送コイルの巻線回数が前記無線通信コイルの巻線回数よりも多く形成され，
    前記無線電力伝送コイルは，前記無線通信コイルと電気的に分離されてループ状の無線通信コイルの内側に形成され，前記絶縁シートの両面に形成されて前記絶縁シートを貫通するビア孔を介して互いに電気的に接続され，
    前記絶縁シートの両面に形成された前記無線電力伝送コイルは，前面からみて電流が補強される方向に巻かれた，互いに同じ方向に回転しながらループを形成し，
    前記フェライトシートは，前記絶縁シートの前記無線通信コイルに対向する個所に接するように形成される第１のフェライトシートと，前記絶縁シートの前記無線電力伝送コイルに対向する個所に接するように形成される第２のフェライトシートを備えることを特徴とする二重モードアンテナ。
  2. 前記巻線コイルの両端は，前記延長パターンと電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の二重モードアンテナ。
  3. 前記無線通信コイルと前記無線電力伝送コイルとの間に，前記第１のフェライトシート及び前記第２のフェライトシートの段差調節用スリットが形成されることを特徴とする請求項１記載の二重モードアンテナ。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の二重モードアンテナを備えることを特徴とするユーザ端末。
JP2016134118A 2012-05-31 2016-07-06 二重モードアンテナ用プリント回路基板，二重モードアンテナ及びこれを用いたユーザ端末 Active JP6387374B2 (ja)

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