JP6427651B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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。

従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣなどの電子機器において、近距離非接触通信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、リーダライタなど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、このアンテナモジュールは、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。

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モジュールでは、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。

たとえば、特許文献１には、携帯端末装置に内蔵するループアンテナの特性を向上する方法として、内蔵バッテリの周囲に可撓性ケーブルやフラットケーブルを配置する方法が提案されている。

特開２００５−３０３５４１号公報

上記特許文献１に記載の発明は、筐体内の隙間にアンテナを配置するため、その形状を一定にすることが困難となり、インダクタンスの変化量が大きくなるため、共振周波数の変動が大きいという問題があった。

特に、可撓性ケーブルでアンテナを形成した場合は、上記特許文献１に記載の発明では、配線間の分布容量を調整することが困難なため、共振周波数の調整に多大な工数が必要となるという問題があった。

さらに、ループコイルは、ループコイルを通過するリーダライタからの磁束が、コイルの導線が一方向に周回するループコイルの一方側とコイルの導線が他方向に周回するループコイルの他方側とで、反対方向の電流を生じさせ、効率よく結合させることができないという問題も生じる。

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電子機器に組み込んだ際に良好な通信特性を実現可能なアンテナ装置、及び、このアンテナ装置が組み込まれた電子機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係るアンテナ装置は、
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において、
上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器に対向する第１の導電体と、
上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記第１の導電体の厚さ方向の側面の少なくとも一部に重畳するように、当該側面の一部に近接し又は接触し、かつ、屈曲して配置され、上記アンテナコイルの上記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、
上記アンテナコイルは、当該アンテナコイルの導線が一方向に周回する一方側と、上記アンテナコイルの上記導線が他方向に周回する他方側とを有し、上記アンテナコイルの上記一方側及び上記他方側が配列される方向で上記第１の導電体の端部から離間して、当該第１の導電体と重畳しない位置に配置される。

本発明によれば、アンテナ装置は、第２の導電体をアンテナコイル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、アンテナ装置は、第２の導電体をアンテナコイル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。さらに、アンテナ装置は、第２の導電体が第１の導電体とも重畳することにより、第１の導電体からの磁束を漏らさずに、第２の導電体が重畳していないアンテナコイル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。

本発明が適用されたアンテナ装置が組み込まれた無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 アンテナ基板及び金属板を示す斜視図である。 本発明が適用された電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、筐体内部に貼付されたメタルカバーを用いた場合を示す。 本発明が適用された電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、バッテリパックの金属筐体を用いた場合を示す。 本発明が適用された電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、液晶モジュールの裏面に設けられた金属板を用いた場合を示す。 電子機器内に組み込まれたアンテナ装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 金属箔がアンテナ基板の一方側を、長手方向の全幅に亘って重畳する状態を示す斜視図である。 、金属箔が重畳するアンテナ基板の一方側よりも、重畳しない他方側の周回数が多いアンテナ基板を示す斜視図である。 複数の金属箔によって金属板及びアンテナ基板を重畳するアンテナ装置を示す斜視図である。 開口部が形成された金属箔によって金属板及びアンテナ基板を重畳するアンテナ装置を示す斜視図である。 磁性シートが差し込まれたアンテナ基板を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 磁性シートが差し込まれたアンテナ基板を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 磁性シートが差し込まれたアンテナ基板の他方側を、リーダライタ側とは反対側に折り曲げた状態を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１３のアンテナ基板の折り曲げ方のバリエーションを示す断面図である。 ２つに分割された筐体部材からなる筐体の一方にアンテナ基板が配置されている場合に、アンテナコイルの一部を覆うように金属箔を配置する構成を示す図である。（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は、断面図、（Ｃ）は、金属箔の構成例を示す断面図である。 ２つに分割された筐体部材からなる筐体の一方にアンテナ基板及びメタルカバーが配置されている場合に、アンテナコイル及びメタルカバーの一部を覆うように金属箔を配置する構成を示す図である。（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は、断面図である。 図１５及び図１６のアンテナ基板が、２つに分割された筐体部材からなる筐体の一方に配置される場合の構成例を示す図である。（Ａ）は、磁性シートをアンテナ基板に差し込むタイプ、（Ｂ）は磁性シートをアンテナ基板の一部にのみ配置するタイプを示す。 金属箔の形状の変形例を示す断面図であり、（Ａ）は、金属箔を金属板の側面に沿ってリーダライタ側とは反対側に屈曲させた場合、（Ｂ）は、金属箔を（Ａ）に屈曲させて、（Ａ）の場合よりもリーダライタからアンテナ基板を遠い位置に配置した場合、（Ｃ）は、金属箔を金属板の側面に沿ってリーダライタ側に屈曲させた場合を示す。 金属箔の形状の他の変形例を示す断面図であり、（Ａ）は、金属箔を金属板の側面に沿って屈曲させた後、リーダライタに対向する面に重畳するように配置した場合、（Ｂ）は、金属箔を金属板の側面に沿ってリーダライタとは反対側に屈曲させた後、リーダライタに対向するとは反対側の面に重畳するように配置した場合を示す。 比較例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。 比較例に係る結合係数の変化を示すグラフである。 実施例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。 実施例に係る結合係数の変化を示すグラフである。 アンテナコイルを磁性シートに巻回した場合の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明が適用されたアンテナ装置及び電子機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

本発明が適用されたアンテナ装置は、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、たとえば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

無線通信システム１００は、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リーダライタ１２０とからなる。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。

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。

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。たとえば、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（たとえば、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。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、たとえば、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。

なお、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のは言うまでもない。

［アンテナ装置］
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。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モジュール２と、電子機器の筐体内に設けられ、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と、電子機器の筐体内に設けられ、金属板３と重畳又は接触するとともに、アンテナモジュール２のアンテナコイル１２のリーダライタ１２０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の導電体となる金属箔４とを備える。

アンテナモジュール２は、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信可能となるアンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１と、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通信処理部１３とを備える。

アンテナ基板１１には、たと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などを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。アンテナ基板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。

アンテナ基板１１は、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、アンテナ基板１１は、アンテナコイル１２の中心１２ａを境に、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一方側１１ａと、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他方側１１ｂとを有する。そして、アンテナ基板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１１ａ又は他方側１１ｂを金属板３側に向けて配置される。なお、アンテナコイル１２は、必ずしもアンテナ基板１１上に形成されていなくてもよく、単独でループアンテナを形成するようにしてもよいのはいうまでもない。

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、端子部を介して受信信号を通信処理部１３に供給する。

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。

［金属板３］
金属板３は、たと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、たとえば図３に示すスマートフォン１３０の筐体１３１の内面に貼付されたメタルカバー１３２や、図４に示すスマートフォン１３３内に収納されたバッテリパック１３４の金属筐体１３５、あるいは、図５に示すタブレットＰＣ１３６の液晶モジュールの裏面に設けられた金属板１３７等が相当する。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。

アンテナモジュール２のアンテナ基板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６（Ａ）に示すような三次元直交座標系ｘｙｚのｘｙ平面上であって、たと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、アンテナ基板１１は、図６（Ｂ）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。

ここで、図６（Ｂ）の断面図で示すように、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。

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、アンテナモジュール２のアンテナ基板１１は、たとえば図２に示すように、ｘ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１１ａを金属板３の端部３ａ側に向けて配置される。

このとき、アンテナ基板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てもよい。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とアンテナ基板１１とを離間して配置した場合にも、金属板３とアンテナ基板１１とに亘って後述する金属箔４を重畳させることで良好な通信特性を得ることができる。

なお、アンテナ基板１１は、金属板３と接していてもよい。さらに、アンテナ基板１１は、金属板３と重畳していてもよい。このとき、アンテナ基板１１は、後述する金属箔４が重畳する一方側１１ａと金属板３とが重畳すればよく、他方側１１ｂまで金属板３と重畳しないように設けられる。他方側１１ｂと金属板３とが重畳すると却って他方側１１ｂとリーダライタ１２０の磁束との誘導結合が阻害されるおそれがある。

［金属箔４］
アンテナ基板１１と金属板３との間には、金属板３（第１の導電体）と重畳又は接触するとともに、アンテナ基板１１のリーダライタ１２０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の導電体となる金属箔４が設けられている。金属箔４は、アンテナ基板１１の一部に重畳することにより、重畳するアンテナ基板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。

すなわち、アンテナ基板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からの磁束が、コイルの導線が一方向に周回する一方側１１ａとコイルの導線が他方向に周回する他方側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。

そこで、アンテナ装置１は、金属箔４をアンテナ基板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、金属箔４をアンテナ基板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。

また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳又は接触することにより、金属板３からの磁束を漏らさずに、金属箔４が重畳していないアンテナ基板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。また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳することにより、金属板３からの漏れ磁束によって金属箔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。

金属箔４は、たと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。また、金属箔４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、たとえば通信周波数１３．５６ＭＨｚにおいては、２０μｍ〜３０μｍ厚の金属箔を用いることができる。

なお、金属箔４は、金属板３やアンテナ基板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、金属箔４は、金属板３やアンテナ基板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。

図７に示すように、金属箔４は、アンテナ基板１１の一方側１１ａの端部からアンテナコイル１２の中心１２ａまで重畳することが好ましい。これにより、金属箔４は、アンテナ基板１１の一方側１１ａにおける結合を抑制して、他方側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とともに、アンテナ基板１１の一方側１１ａから他方側１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側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。

また、図７に示すように、金属箔４は、アンテナ基板１１の一方側１１ａの長手方向以上の幅を有し、アンテナ基板１１の一方側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、金属箔４は、アンテナ基板１１の一方側１１ａにおける誘導結合を抑制し、他方側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とともに、アンテナ基板１１の一方側１１ａから他方側１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側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。

なお、図８に示すように、アンテナ基板１１は、金属箔４が重畳する一方側１１ａにおけるアンテナコイル１２の本数（たとえば３本）よりも、金属箔４が重畳しない他方側１１ｂにおけるアンテナコイル１２の本数（たとえば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１１ｂにすることにより、アンテナコイル１２の中心１２ａを挟んで、アンテナ基板１１の一方側１１ａよりも他方側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。

また、図９に示すように、アンテナ装置１は、金属板３とアンテナ基板１１との間に、複数の金属箔４を重畳させてもよい。これにより、たとえば金属板３とアンテナ基板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、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。同様に、図１０に示すように、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２１や切り欠き部（図示せず）が形成された金属箔４を用いてもよい。

また、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナ基板１１に磁性シート２０を差し込むようにしてもよい。このアンテナ基板１１は、アンテナコイル１２の中心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が差し込まれたものである。

図１１（Ａ）に示すアンテナ基板１１は、図１１（Ｂ）に示すように、一方側１１ａでは磁性シート２０がアンテナコイル１２よりもリーダライタ１２０側に位置し、他方側１１ｂではアンテナコイル１２が磁性シート２０よりもリーダライタ１２０側に位置するように、磁性シート２０が、アンテナコイル１２の中心１２ａに形成された開口部に差し込まれたものである。

また、図１２（Ａ）に示すアンテナ基板１１は、図１２（Ｂ）に示すように、一方側１１ａではアンテナコイル１２が磁性シート２０よりもリーダライタ１２０側に位置し、他方側１１ｂでは磁性シート２０がアンテナコイル１２よりもリーダライタ１２０側に位置するように、磁性シート２０が、アンテナコイル１２の中心１２ａに形成された開口部に差し込まれたものである。

［アンテナ基板の形状の変形例］
図１３に示すように、金属箔４によって、アンテナ基板１１の一方側１１ａ（一方側の端部から中心まで）を覆うようにして、さらに、アンテナコイル１２の中心１２ａから他方側１１ｂをリーダライタ１２０よりも遠い方へ折り曲げるようにすると、金属箔４の端部４ａの集中した磁界をより効率よく、他方側１１ｂの磁性シート２０に導くことができる。他方側１１ｂに導かれた磁界によって、アンテナコイル１２には大きな起電力を生じるので、通信特性をより向上させることができる。

アンテナ基板の折り曲げ方には、図１４に示すように、いくかのバリエーションがある。図１４（Ａ）に示すように、磁性シート２０を挿入するアンテナコイル１２の中心１２ａの位置をずらして、一方側１１ａと他方側１１ｂの長さを変えるようにしてもよい。さらに、図１４（Ｂ）に示すように、他方側１１ｂの屈曲位置１２ｂでさらにリーダライタ１２０から遠ざかるように折り曲げたり、円弧（曲面）状にしてもよい。図１４（Ｃ）に示すように、磁性シート２０をアンテナ基板１１の他方側１１ｂのみに配置するようにしてもよく、図１４（Ｄ）に示すように、磁性シート２０をアンテナ基板１１の一方側１１ａのみに配置するようにしてもよい。

［装置のカバー部へのアンテナ基板の搭載例］
図１５（Ａ）に示すように、スマートフォン１３０の筐体１３１は、内面１３０ａにアンテナ基板１１が搭載される一方の筐体部材１３１ａと、液晶パネル１３１ｃやＣＰＵ等を含む本体の制御回路、バッテリ等が搭載される他方の筐体部材１３１ｂとからなる。筐体１３１は、一方の筐体部材１３１ａに蓋をするようにして、本体制御回路等が含まれる筐体部材１３１ｂに結合させることによって構成される。筐体部材１３１ａ，１３１ｂは、互いにネジ止めや係合爪と係合孔と組合せ等周知の方法によって、取り外し可能に結合される。筐体部材１３１ａには、アンテナ基板１１のほかに、カメラモジュール等他の機能モジュールがあらかじめ単一で、あるいは複合して搭載されていてもよい。アンテナ基板１１等の機能モジュールが搭載された筐体部材１３１ａは、スマートフォン１３０のユーザによって、筐体部材１３１ｂから取り外されて、他の機能モジュールを搭載する筐体部材が取り付けられるようにしてもよい。

蓋状に用いられる筐体部材１３１ａには、アンテナ基板１１があらかじめ搭載されており、アンテナ基板１１は、アンテナコイル１２を含む平面が、筐体部材１３１ａを介してリーダライタ１２０に対向するように配置される。好ましくは、アンテナ基板１１は、筐体部材１３１ａの外周壁付近に配置される。図１５（Ｂ）に示すように、金属箔４は、アンテナコイル１２の一部を覆うように配置される。金属箔４は、アンテナコイル１２の中心１２ａから筐体部材１３１ａの内部に向かう側に向かって内壁部を覆うように配置されるのが好ましい。金属箔４は、筐体部材１３１ａの内部に向かう側に向かって内壁部のほとんどを覆うようにしてもよい。

金属箔４は、たとえば図１５（Ｃ）に示すように、Ｃｕ等の高導電率金属４ｃの一方の面に接着剤を塗布することによって形成される接着剤層４ｂと、他方の面に形成される樹脂等からなる絶縁層４ｄとを有するようにしてもよい。接着剤層４ｂによって、金属箔４は、アンテナ基板１１及び筐体部材１３１ａの内壁部に接するようにして貼付される。接着剤層４ｂに用いる接着剤としては、絶縁性のものであることが好ましく、絶縁性接着剤を用いることによって、金属箔４は、アンテナコイル１２の導線等の金属配線から絶縁される。さらに、金属箔４は、絶縁層４ｄを有することによって、筐体部材１３１ｂ内部に搭載された制御回路等の金属部分からも絶縁される。

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部１３２ａ、樹脂材料からなる樹脂部分１３２ｂとを含んでいる。図１６（Ａ）に示すように、金属箔４は、アンテナコイル１２の一部及びメタルカバー１３２ａの一部を覆うように配置される。図１６（Ｂ）に示すように、図１５の場合と同様に、金属箔４は、アンテナコイル１２の中心１２ａからメタルカバー１３２ａの内部に向かう側に向かって配置されるのが好ましい。なお、基材の強度や美観の向上を図るために、筐体部材１３１ａの全体の基材を樹脂等により形成し、その内面、あるいは外面を金属コートすることによってメタルカバー部１３２ａを構成してもよい。そのような場合についても同様に、金属箔４は、アンテナコイル１２の一部及びメタルカバー１３２ａ部の一部を覆うように配置される。

アンテナモジュール２の構成としては、図１７（Ａ）に示すように、磁性シート２０が、金属箔４が貼付された側では、アンテナコイル１２に対して金属箔４とは反対側に配置され、金属箔４の端部から離れた側では、金属箔４と同じ側に配置されるタイプのものを用いてもよい。また、図１７（Ｂ）に示すように、金属箔４の端部から離れた側において、アンテナコイル１２に対して金属箔４と同じ側にのみ磁性シートを配置したものを用いてもよい。

なお、金属箔４については、薄型化、軽量化、低コスト化に対して適しているが、必ずしも薄い箔状の金属を用いなくてもよく、形状等が許せば、より厚い金属板等を用いてもよいのはもちろんである。たとえば、１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数を用いる非接触通信の場合には、金属箔４の金属部分の厚さは、１μ程度以上あればよい。より厚さの厚い金属箔４（又は金属板）を用いることによって、より低周波の通信や非接触充電システムの電力伝送を行うことができる。

筐体部材１３１ａの内壁部に配置されたアンテナコイル１２の一部を覆うように金属箔４を貼付することによって、アンテナ基板１１の位置と金属箔４との位置を最適にすることができ、電子機器の内部構造によらず、アンテナの性能を最適にすることができる。

また、このように両面が加工された金属箔４からなるテープを用意することによって、後発的に、アンテナ近傍、周辺に金属箔４を付加することによって、アンテナの受信感度を最適に調整することも可能である。

なお、図１５及び図１６のようなアンテナの実装状態の場合においても、図１３及び図１４のように、金属箔４が重畳していない、アンテナ基板１１の他方側を、リーダライタ１２０に対向する向きとは逆方向（ｚの正方向）に折り曲げるようにしてもよいのは言うまでもない。

［金属箔４の形状の変形例］
上述した実施の形態では、金属箔４の主面は、金属板３のリーダライタ１２０と対向する面に対して平行になるように重畳あるいは接触させるように配置される。ここで、金属板３は、板状や箔状のような厚さが比較的薄いものに限らず、バッテリパックの金属缶のように金属部の厚みが相当程度ある場合もあり、金属板３と金属箔４とによる磁束のシールド効果を利用して、アンテナの所定の位置に磁界を集中させるために、バッテリパックのような金属板３の側面部分を利用するようにしてもよい。

たとえば、図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）に示すように、アンテナコイル１２の一方側１１ａに重畳して配置された金属箔４では、屈曲部４ｂで屈曲させて、屈曲部４ｂから端部４ｃまでの面が、金属板３の端部３ａ側の側面３ｂに沿って近接して配置されるようにしてもよい。

図１８（Ａ）には、金属箔４は、端部４ｃがリーダライタ１２０から遠ざかる方向（Ｚ方向のプラス方向）にほぼ直角に屈曲される状態を示す。図１８（Ａ）に示すように、屈曲部４ｂが金属板３のリーダライタ１２０に対向する面３ｃよりも、リーダライタ１２０側に近い位置であってもよい。ここで、磁性シート２０は、アンテナコイル１２の一方側１１ａでは、アンテナコイル１２よりもリーダライタ１２０側にあり、他方側１１ｂでは、アンテナコイル１２が磁性シート２０よりもリーダライタ１２０の側に配置されるのは上述した実施の形態の場合と同様である。

また、図１８（Ｂ）に示すように、金属箔４の屈曲部４ｂが金属板３のリーダライタ１２０に対向する面３ｃよりもリーダライタ１２０から遠い位置にあってもよい。あるいは、図示しないが、屈曲部４ｂが金属板３のリーダライタ１２０に対向する面３ｃと同一平面上になるようにしてもよいのはいうまでもない。

図１８（Ｃ）に示すように、金属箔４の端部４ｃがリーダライタ１２０の側にほぼ直角に屈曲されるようにしてもよい。

さらに、図１９（Ａ）に示すように、金属箔４は、金属板３の側面にのみ沿わせて近接配置することに限らず、金属板３の端部３ａの側面３ｂから、金属板３のリーダライタ１２０に対向する面３ｃまで延伸させて面３ｃに沿わせるようにしてもよい、すなわち、金属箔４は、屈曲部４ｂで端部４ｃをリーダライタ１２０の方向に屈曲させ、さらに、屈曲部４ｄにおいて、リーダライタ１２０に対向する面３ｃに重畳させるように屈曲させるようにしてもよい。

図１９（Ｂ）に示すように、金属箔４を屈曲部４ｂにおいて屈曲させる向きを、リーダライタ１２０に対向する面３ｃとは反対側の面３ｄの側に屈曲させて、面３ｄに重畳させるように配置してもよい。

このように、金属箔４の主面を金属板３の側面を含む面に沿わせるように、近接して配置させることによっても、磁束のシールド効果でアンテナの中心１２ａ付近で磁界を集中させることができる。金属箔４を屈曲させて主面を金属板３の側面に平行になるように近接配置させると、たとえば金属板３がバッテリパック１３４の金属缶部である場合には、装置本体からバッテリバック１３４を取り外す際に金属箔４が邪魔にならずに都合がよいとの利点がある。

なお、金属箔４は、金属板３の少なくとも側面に沿って近接配置する場合に限らず、金属板の側面を含む面に接触させてもよいのはいうまでもない。また、金属箔４の屈曲角度は、図示のように９０°であってもよいが、他の角度であってもよく、金属板３の端部の形状に合わせて任意の角度、形状で端部の面に沿わせるように近接配置したり、接触させるようにしてもよい。

磁性シート２０は、アンテナコイル１２の一方側１１ａ及び他方側１１ｂ両方に重畳するように配置される場合に限らず、一方側１１ａのみに配置され、又は他方側１１ｂのみに配置されるようにしてもよい。

次いで、金属箔４を用いた本発明に係るアンテナ装置１と金属箔４を用いないアンテナ装置と比較した実施例について説明する。

＜比較例＞
比較例に係るアンテナ装置では、図２０に示すように、金属板３とリーダライタ１２０とを対向させて、金属板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。

具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ１２０のアンテナ１２１は、ｘｙ軸方向で規定される外形が６６ｍｍ×１００ｍｍの２巻コイルとした。また、金属板３はｘｙｚ軸方向で規定される寸法が１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍのステンレスとした。アンテナ基板１１のアンテナコイル１２は、ｘｙ軸方向で規定される外形が４０ｍｍ×１０ｍｍとした構造で、４巻のコイルである。さらに、ｚ軸方向で規定される、金属板３の表面からアンテナコイル１２の表面までの距離は１ｍｍとした。

ここで、金属板３とアンテナ基板１１との相対的な位置関係を示す値として、次のａを用いた。すなわち、ａは、金属板３の中心部分３ｂから、アンテナ基板１１の他方側１１ｂの端部１１ｃまでのｙ軸方向で規定される距離である。

以上のような条件の下、ａの値を１５ｍｍから４０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル１２の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図２１に示す。

ここで、金属板３の幅が５０ｍｍであるので、ａの値が２５ｍｍのとき、金属板３の端部３ａと、アンテナ基板１１の他方側１１ｂの端部１１ｃが一致する。また、アンテナ基板１１の幅が１０ｍｍであるので、ａの値が３５ｍｍのとき、アンテナ基板１１の一方側１１ａの端部１１ｄが、金属板３の端部３ａと一致する。

図２１に示すように、ａの値が３０ｍｍの場合、すなわちアンテナ基板１１の短手方向の中心と、金属板３の端部３ａとが略一致する場合に、結合係数が最も高く、ａの値が３０ｍｍから離れるのに伴って減少する。また、ａの値が２５ｍｍ、３５ｍｍの場合には、結合係数がほぼ同一の特性を示す。このようにアンテナコイル１２を金属板３の端部３ａの近傍に配置すると結合係数が高いのは、金属板３の端部３ａ周辺で磁束密度が高いからである。また、金属板３は、リーダライタ１２０から発信される磁界を受けて渦電流が発生するが、中心部分３ｂに比べて端部３ａの方が磁界の強さが大きく、リーダライタ１２０から受けた磁気的なエネルギーを効率よくアンテナコイル１２側に伝えることができるからである。

なお、ａの値が、２５ｍｍより小さくなるように変化させた場合と３５ｍｍより大きくなるように変化させた場合とを比較すると、両方とも結合係数が減少するが、３５ｍｍ以上の場合の方がａの値の変化に対して、結合係数の減少幅が小さい。たとえば、ａの値が２２ｍｍ、３８ｍｍの場合を比較すると、ａの値が３８ｍｍの方が２０％程度結合係数が高い。また、ａの値が２０ｍｍ、４０ｍｍの場合を比較すると、ａの値が４０ｍｍの方が４０％程度結合係数が高い。

＜実施例＞
本実施例では、図２２に示すように、金属板３とリーダライタ１２０とを対向させて、金属板３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４を金属板３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３の端部３ａに隣接させた。この状態で、金属箔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。

具体的な評価条件としては、リーダライタ１２０、アンテナ１２１、金属板３、アンテナ基板１１及びアンテナコイル１２の各外形寸法、構造及び配置は、比較例と同一である。金属箔４は、外形が５０ｍｍ×１０ｍｍの銅箔を用い、アンテナ基板１１の長手方向の全幅を覆うように重畳させた。

ここで、アンテナ基板１１と、アンテナ基板１１と重畳する金属箔４との相対的な位置関係を示す値として、次のｂを用いた。すなわち、ｂは、アンテナ基板１１の一方側１１ａの端部１１ｄから、金属箔４のアンテナ基板１１側の端部４ａまでのｙ軸方向で規定される重畳距離である。

以上のような条件の下、ｂの値を０ｍｍから１０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル１２の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図２３に示す。

アンテナ基板１１の幅が１０ｍｍであるので、ｂの値が５ｍｍのとき、金属箔４はアンテナコイル１２の中心１２ａを介した一方側１１ａ全体に亘って重畳されている。また、ｂの値が０ｍｍのとき、金属箔４は、アンテナ基板１１に全く重畳されず、ｂの値が１０ｍｍのとき、金属箔４は、アンテナ基板１１全体に重畳されている。

図２３に示すように、ｂの値が５ｍｍのとき、すなわち金属箔４がアンテナ基板１１のアンテナコイル１２の中心１２ａを介した一方側１１ａ全体に亘って重畳されているときに、結合係数が最も高く、このときの値は、比較例に係るアンテナ装置における結合係数と同等であった（結合係数：０．００５３）。

すなわち、アンテナ装置１によれば、金属箔４を金属板３とアンテナ基板１１とに亘って重畳させることにより、重畳領域における磁界を跳ね返して誘導結合を抑制し、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、また、金属板３からの磁束を漏らさずに、金属箔４が重畳していないアンテナ基板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。この結果、比較例に係るアンテナ装置における結合係数と同等の結合係数を実現しつつ、金属板３に対するアンテナ基板１１の配置の自由度を向上させることができる。

なお、上述においては、アンテナ基板１１上にアンテナコイル１２を周回させて形成したアンテナ装置について説明をしたが、アンテナコイル１２をアンテナ基板１１上に形成しないようなアンテナ装置にも適用できるのはいうまでもない。

たとえば、図２４に示すように、磁性シート２０にアンテナコイル１２を巻回して、金属板３に一部が重畳するように配置された金属箔４にアンテナコイル１２の一部に重畳させるように配置してもよい。また、このような構成のアンテナコイル１２を上述したさまざまな実施の形態に適用してもよい。

１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３ 金属板、３ａ，４ａ 端部、３ｂ 中心部分、４ 金属箔、４ａ 端部、４ｂ 接着剤層、４ｃ 高導電率金属、４ｄ 絶縁層、１１ アンテナ基板、１１ａ 一方側、１１ｂ 他方側、１２ アンテナコイル、
１２ａ 中心、１２ｂ 屈曲位置、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０ 磁性シート、無線通信システム、１２０ リーダライタ、１２１ アンテナ、１４１ 外筐体、１４１ａ 内周壁、１４２ 空間

Claims (2)

1. 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において、
   上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器に対向する第１の導電体と、
   上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
   上記電子機器の筐体内部に設けられ、上記第１の導電体の厚さ方向の側面の少なくとも一部に重畳するように、当該側面の一部に近接し又は接触し、かつ、屈曲して配置され、上記アンテナコイルの上記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、
   上記アンテナコイルは、当該アンテナコイルの導線が一方向に周回する一方側と、上記アンテナコイルの上記導線が他方向に周回する他方側とを有し、上記アンテナコイルの上記一方側及び上記他方側が配列される方向で上記第１の導電体の端部から離間して、当該第１の導電体と重畳しない位置に配置される
   アンテナ装置。
2. 上記アンテナコイルに磁界を引き込む磁性シートを更に備え、
   上記磁性シートが、上記アンテナコイルの中心部分に差し込まれることで、上記外部機器と対向する筐体面の中心側では該磁性シートが上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置する配置条件と、該筐体面の外周側では該アンテナコイルが該磁性シートよりも該外部機器側に位置する配置条件との両方の配置条件を満たすようにして、該アンテナコイルと該磁性シートとが互いに重畳されている
   請求項１記載のアンテナ装置。

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