JP6762692B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に、表面実装型のコイル部品を用いたアンテナ装置に関する。

近年、スマートフォン等の携帯無線機器にはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個体識別）システムが搭載されており、そのための通信手段としてリーダ・ライタ等と近距離無線通信を行うためのアンテナ装置が搭載されている。

この種のアンテナ装置としては、例えば特許文献１に記載されたアンテナ装置が知られている。特許文献１に記載されたアンテナ装置は、コイル軸が基板に対して垂直な表面実装型の縦型コイルを用いている。これにより、基板に対して垂直方向の指向性が高められている。

特開２００５−９４７４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアンテナ装置は、基板に対して水平方向に広がる磁界が少ない。このため、良好な通信を行うことができる角度が狭いという問題があった。

したがって、本発明は、表面実装型のコイル部品を用いた広指向性のアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明によるアンテナ装置は、基板と、前記基板に実装された縦型コイル及び横型コイルと、前記縦型コイルと前記横型コイルを電気的に接続する手段と、を備え、前記縦型コイルは、巻芯部と、前記巻芯部の端部に設けられた鍔部と、前記巻芯部に巻回されたワイヤとを備え、コイル軸が前記基板の主面に対して垂直であり、前記横型コイルは、巻芯部と、前記巻芯部の端部に設けられた鍔部と、前記巻芯部に巻回されたワイヤとを備え、コイル軸が前記基板の前記主面に対して水平であり、前記縦型コイルの前記鍔部と前記横型コイルの前記鍔部は、前記横型コイルの前記コイル軸方向に対向していることを特徴とする。

本発明によれば、縦型コイルと横型コイルの両方を用いていることから、基板の主面に対して垂直方向および水平方向に磁界を広げることができる。これにより、指向性の広いアンテナ装置を提供することが可能となる。

本発明によるアンテナ装置は、前記縦型コイルの前記鍔部と前記横型コイルの前記鍔部との間に配置された磁性体をさらに備えることが好ましい。これによれば、磁気損失が低減されることから、通信距離を拡大することが可能となる。

本発明によるアンテナ装置は、前記横型コイルを複数備えることが好ましい。これによれば、基板の主面に対して水平方向の磁界をより拡大することができる。この場合、前記複数の横型コイルは、前記縦型コイルを中心として放射状に配置されていることが好ましい。これによれば、指向性を大幅に拡大することが可能となる。或いは、前記縦型コイルを複数備えることもまた好ましい。これによれば、基板の主面に対して垂直方向の磁界をより強めることが可能となる。

本発明において、前記縦型コイルは、前記巻芯部の一方の端部に設けられた第１の鍔部と、前記巻芯部の他方の端部に設けられた第２の鍔部を含み、前記第１の鍔部が前記基板と対向するように実装され、前記第２の鍔部の径は、前記第１の鍔部の径よりも小さいことが好ましい。或いは、前記縦型コイルは、前記巻芯部の一方の端部に設けられた第１の鍔部と、前記巻芯部の他方の端部に設けられた第２の鍔部を含み、前記第１の鍔部が前記基板と対向するように実装され、前記第２の鍔部は、非磁性材料からなることもまた好ましい。これによれば、より多くの磁束がリーダ・ライタ等に向かって周回することから、通信距離を拡大することが可能となる。

このように、本発明によれば、表面実装型のコイル部品を用いた指向性の広いアンテナ装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａの構成を示す略平面図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 図３は、アンテナ装置１０Ａの回路構成を説明するための回路図である。 図４は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を示す略断面図である。 図５は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を示す略断面図である。 図６は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を示す略平面図である。 図７は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を示す略平面図である。 図８は、本発明の第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を示す略平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａの構成を示す略平面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａは、基板２０と、基板２０に実装された１個の縦型コイル３０及び４個の横型コイル４１〜４４とを備えている。縦型コイル３０及び横型コイル４１〜４４はいずれも表面実装型のコイル部品であり、巻芯部１と、巻芯部１の端部に設けられた鍔部２と、巻芯部１に巻回されたワイヤＷとを備えている。

縦型コイル３０は、コイル軸が基板２０の主面に対して垂直であり、巻芯部１の一方の端部にのみ鍔部２が設けられている。縦型コイル３０の鍔部２は、基板２０と対向しており、ワイヤＷの一端および他端は、この鍔部２に設けられた図示しない端子電極を介して基板２０に接続される。

横型コイル４１〜４４は、コイル軸が基板２０の主面に対して水平であり、巻芯部１の両方の端部に鍔部２が設けられている。横型コイル４１〜４４に設けられた一対の鍔部２は、いずれも基板２０と対向している。そして、ワイヤＷの一端は一方の鍔部２に設けられた図示しない端子電極を介して基板２０に接続され、ワイヤＷの他端は他方の鍔部２に設けられた図示しない端子電極を介して基板２０に接続される。

本実施形態においては、縦型コイル３０を中心として、４つの横型コイル４１〜４４が放射状に配置されている。特に、横型コイル４１〜４４のコイル軸がいずれも縦型コイル３０の中心を通過するように配置されている。このため、縦型コイル３０をＺ方向に通過した磁束φは、基板２０上においてＸＹ平面に広がり、４つの横型コイル４１〜４４を介して水平方向に拡散される。その結果、縦型コイル３０によって垂直方向（Ｚ方向）における指向性が高められるとともに、横型コイル４１〜４４によって水平方向（ＸＹ平面方向）へ指向性が広げられることから、良好な通信を行うことができる角度が広くなる。

さらに、本実施形態においては、縦型コイル３０の周囲を取り囲むように磁性体５０が配置されている。これにより、縦型コイル３０と横型コイル４１〜４４との間における磁気損失が低下することから、通信距離が拡大される。

このように、本実施形態においては、縦型コイル３０を中心として４つの横型コイル４１〜４４が放射状に配置されていることから、指向性の広いアンテナ装置１０Ａを提供することができる。但し、横型コイル４１〜４４のコイル軸がいずれも縦型コイル３０の中心を通過することは必須でなく、少なくとも、縦型コイル３０の鍔部２と横型コイル４１〜４４の鍔部２が、横型コイル４１〜４４のコイル軸方向に対向していれば足りる。また、磁性体５０についても、縦型コイル３０の全周を取り囲むことは必須でなく、縦型コイル３０の鍔部２と横型コイル４１〜４４の鍔部２との間に配置すればよい。

図３は、アンテナ装置１０Ａの回路構成を説明するための回路図である。

図３に示す例では、アンテナ装置１０Ａを構成する縦型コイル３０及び横型コイル４１〜４４が直列に接続され、ＮＦＣアンテナ回路を構成している。コイル間の接続は、基板２０に設けられた導体パターンＬによって行うことができる。ＮＦＣアンテナ回路は、図示しないＮＦＣチップなどに接続される。但し、縦型コイル３０及び横型コイル４１〜４４を全て直列に接続することは必須でなく、所望の特性が得られる限りにおいて、どのような電気的接続であっても構わない。例えば、横型コイル４１〜４４の一部を並列接続しても構わない。

図４は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を示す略断面図である。

第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂは、縦型コイル３０の構成する巻芯部１の両端に鍔部２Ａ，２Ｂが設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成については第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

縦型コイル３０に含まれる一対の鍔部２Ａ，２Ｂは非対称であり、基板２０側に位置する鍔部２Ａの径（ＸＹ平面サイズ）よりも、基板２０と反対側に位置する鍔部２Ｂの径（ＸＹ平面サイズ）の方が小さい。これは、鍔部２Ｂから横型コイル４１〜４４へ直接周回する磁束φ'（リーダ・ライタに到達しない磁束）を制限するためである。これにより、一対の鍔部２Ａ，２Ｂを設けることによりワイヤＷの巻回作業を容易としつつ、磁束φ'の増加による通信距離の低下を抑えることが可能となる。

図５は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を示す略断面図である。

第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃは、縦型コイル３０の構成する巻芯部１の両端に鍔部２Ａ，２Ｃが設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成については第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

縦型コイル３０に含まれる一対の鍔部２Ａ，２Ｃは、形状についてはほぼ対称形であるが、基板２０側に位置する鍔部２Ａが巻芯部１と同じ磁性材料からなるのに対し、基板２０と反対側に位置する鍔部２Ｃが非磁性材料からなる。これも、鍔部２Ｃから横型コイル４１〜４４へ直接周回する磁束φ'を制限するためである。これにより、一対の鍔部２Ａ，２Ｃを設けることによりワイヤＷの巻回作業を容易としつつ、第１の実施形態とほぼ同様の特性を得ることが可能となる。

図６は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を示す略平面図である。

第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄは、２個の横型コイル４１，４３が用いられ、残りの横型コイル４２，４４が削除されている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成については第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このように、横型コイルの数については４個未満であっても構わない。横型コイルは、最低でも１個あれば足りる。本実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成によれば、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと比べるとＹ方向への磁束の広がりが小さくなるが、基板２０上における占有面積が縮小されるというメリットがある。

図７は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を示す略平面図である。

第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅは、８個の横型コイル４１〜４８が用いられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成については第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態においては、８個の横型コイル４１〜４８が放射状にレイアウトされているため、指向性が水平方向（ＸＹ平面方向）へより大きく拡大される。このように、横型コイルの数については５個以上であっても構わない。

図８は、本発明の第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を示す略平面図である。

第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆは、４個の縦型コイル３１〜３４が用いられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成については第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。４個の縦型コイル３１〜３４は田の字型にレイアウトされており、その周囲に４個の横型コイル４１〜４４が放射状に配置されている。これにより、基板の主面に対して垂直方向（Ｚ方向）の磁界がより強められる。本実施形態においても、縦型コイル３１〜３４の鍔部２と横型コイル４１〜４４の鍔部２が横型コイル４１〜４４のコイル軸方向に対向していることから、縦型コイル３１〜３４を通過した磁束の多くが横型コイル４１〜４４を通過することになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態では、縦型コイルと横型コイルの間に磁性体５０が配置されているが、本発明において磁性体を配置することは必須でない。

１ 巻芯部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 鍔部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ アンテナ装置
２０ 基板
３０〜３４ 縦型コイル
４１〜４８ 横型コイル
５０ 磁性体
Ｗ ワイヤ
φ，φ' 磁束

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板に実装された縦型コイル及び横型コイルと、
   前記縦型コイルと前記横型コイルを電気的に接続する手段と、を備え、
   前記縦型コイルは、巻芯部と、前記巻芯部の端部に設けられた鍔部と、前記巻芯部に巻回されたワイヤとを備え、コイル軸が前記基板の主面に対して垂直であり、
   前記横型コイルは、巻芯部と、前記巻芯部の端部に設けられた鍔部と、前記巻芯部に巻回されたワイヤとを備え、コイル軸が前記基板の前記主面に対して水平であり、
   前記縦型コイルの前記鍔部と前記横型コイルの前記鍔部は、前記横型コイルの前記コイル軸方向に対向していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記縦型コイルの前記鍔部と前記横型コイルの前記鍔部との間に配置された磁性体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記磁性体は、前記縦型コイルの周囲を取り囲む環状構造を有していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記横型コイルを複数備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記複数の横型コイルは、前記縦型コイルを中心として放射状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記接続する手段は、前記縦型コイルと前記複数の横型コイルを直列に接続することを特徴とする請求項４又は５に記載のアンテナ装置。
7. 前記縦型コイルを複数備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
8. 前記縦型コイルは、前記巻芯部の一方の端部に設けられた第１の鍔部と、前記巻芯部の他方の端部に設けられた第２の鍔部を含み、前記第１の鍔部が前記基板と対向するように実装され、
   前記第２の鍔部の径は、前記第１の鍔部の径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
9. 前記縦型コイルは、前記巻芯部の一方の端部に設けられた第１の鍔部と、前記巻芯部の他方の端部に設けられた第２の鍔部を含み、前記第１の鍔部が前記基板と対向するように実装され、
   前記第２の鍔部は、非磁性材料からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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