JP7070611B2 - アンテナ装置および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置および通信装置に関する。

ＮＦＣ（Near Field Communication）やおサイフケータイ（登録商標）、小電力の無線給電等で利用されている近接型磁界結合方式の通信機能や給電機能が、携帯電話やスマートフォン、さらにはウェアラブル端末に内蔵されることにより普及してきている。

これらの端末では、ＵＸ（user experience）を重視することで生活への溶け込みやすさを追求しており、デザインにこだわりを有する端末が多くなってきている。デザインが重視される際に、樹脂やプラスチックより金属の筐体が好まれる場合がある。

また、上述のような端末の高機能化・小型化に伴い近接型磁界結合方式のアンテナの小型化も要求されている。アンテナの小型化にあたり、従来から使用されているループアンテナでは、周辺の金属影響を受けやすいため通信距離が短くなってしまう。これに対し、磁性体に導線を巻きつけたアンテナでは金属の影響を受けにくいため通信距離が伸びることが知られている。例えば、金属筐体を用いることで強度を保ちつつ、美観を損ねることのないアンテナ装置が開示されている（特許文献１参照）。

しかしながら、上述した従来のアンテナ装置では、背面にある面状導体を放射板として機能させることで金属影響を減少させているため、金属筐体に内包されたアンテナには対応できず、アンテナの特性が劣化してしまう。そこで、アンテナの特性を保つために、金属筐体を用いてもアンテナ部分を例えば樹脂等に変更することが考えられるが、そうすると、デザインの統一性を保てないとともに製造工数が増加してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属筐体によって内包された場合でも、アンテナの特性を劣化させることなく、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させないアンテナ装置および通信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、アンテナ部と、前記アンテナ部を内包する金属筐体と、を備え、前記金属筐体には、第１の切欠き部および第３の切欠き部が形成されていて、前記第１の切欠き部は、前記金属筐体の第１の外縁部から切り欠いて形成され、前記第３の切欠き部は、前記第１の外縁部で接する前記金属筐体の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の側面の一部に形成されていて、前記第３の切欠き部の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の幅の長さは、前記第１の切欠き部の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の幅の長さより長く形成されている。

本発明によれば、アンテナの特性を劣化させることなく、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させないという効果を奏する。

図１は、従来のアンテナ装置を示す図である。 図２は、従来のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。 図３は、従来のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。 図４は、従来のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。 図５は、第１の実施形態のアンテナ装置を示す図である。 図６は、第１の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。 図７は、第１の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。 図８は、第１の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、第２の実施形態のアンテナ装置を示す図である。 図１０は、第２の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。 図１１は、第２の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。 図１２は、第２の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。 図１３は、第３の実施形態のアンテナ装置を示す図である。 図１４は、第３の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。 図１５は、第３の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。 図１６は、第３の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。 図１７は、第４の実施形態のアンテナ装置を示す図である。 図１８は、第４の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。 図１９は、第４の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。 図２０は、第４の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。

以下に添付図面を参照して、アンテナ装置および通信装置の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
ＮＦＣ通信や無線給電などの磁界結合を利用した技術にはアンテナが必要となる。スマートフォンやウェアラブル端末ではデザインや耐久性の面から金属筐体を利用したいとの要望が多い。従来から使用されているループアンテナでは周辺の金属影響を受けやすいため、ループアンテナはアンテナ部分と金属が被ると極端に性能が悪化する。そこで、以下の実施形態では、磁性体に導線を巻きつけた細長型のスパイラルアンテナを使用する。この場合、アンテナを金属筐体の内部に配置したほうが実装や防水・防塵面から都合がいいが、金属筐体の内部にアンテナを配置すると、アンテナから発生する磁界が金属筐体の内側表面に溜まることで渦電流が発生してしまう。そうすると、その渦電流によって、アンテナから発生した磁界と反対方向の磁界が発生し、アンテナから発生した磁界が金属筐体の外側に放出されなくなり、アンテナの特性が劣化してしまう。本実施形態では、渦電流が発生することによるアンテナの特性の劣化を回避するアンテナ装置について説明するが、以下では、まず、図１～４を参照して従来のアンテナ装置について説明する。

図１は、従来のアンテナ装置を示す図である。図２は、従来のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。図１、２では、アンテナ装置１に対して、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義している。図１に示す従来のアンテナ装置１は、近接型の磁界結合方式のアンテナ装置であって、金属筐体１０の内部に、磁性体２１と導線２２とからなるアンテナ部２０が配置されている。

磁界結合型のアンテナ装置とは、特定の周波数の電波と共振を起こすことによって電波の送信又は受信を行う共振型のアンテナ装置とは異なり、通信相手となるアンテナ装置が発生する磁束と磁気的に結合することによって通信を行うものである。このため、共振型のアンテナ装置の通信距離が数メートルから数キロメートル以上であるのに対して、磁界結合型のアンテナ装置の通信距離は、例えば、１メートル以下程度である。

つまり、磁界結合型のアンテナ装置は、近距離通信あるいは近接通信用のアンテナ装置である。アンテナ装置は、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの信号の送信または受信を行う。

磁性体２１は、板状の直方体状の焼結フェライトであり、例えば、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが５ｍｍ、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが２８ｍｍとなっている。なお、このような磁性体２１のサイズは一例であって、例えば、短手方向（Ｙ軸方向）の長さ、長手方向（Ｘ軸方向）の長さ、厚さ（Ｚ軸方向）が均等な立方体であってもよい。

磁性体２１は、アンテナ部２０を実装する空間のサイズや形状等に応じ、かつアンテナ部２０の特性上必要な通信範囲に応じた形状として任意に定めることができる。また、磁性体２１は、焼結フェライトに限られるものではなく、いわゆる強磁性体であれば、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、またはこれらの合金を用いてもよい。

また、磁性体２１は、可撓性を有するフレキシブルなシート状の部材（フレキシブルシート）であってもよく、装着する筐体の形状に合わせて形を自由に変えることができるものであってもよい。フレキシブルシートは、磁性粉末を樹脂に分散させてシート化した複合磁性体であってもよく、板状の磁性体２１に保護部材が貼り付けられ、磁性体２１が小片に分割されて可撓性を備えた複合磁性シートであってもよい。

導線２２は、磁性体２１の短手方向（Ｙ軸方向）に沿って巻きつけられたもの（コイル）である。導線２２は、磁性体２１に複数回巻き付けられており、本実施形態では、導線２２の巻き数は３０回（３０ＴＵＲＮ）となっている。導線２２は、例えば、銅線を用いることができる。本実施形態のアンテナ装置１００は、主にＺ軸方向に放出される磁界によって通信や充電を行う。なお、本実施形態で示した導線２２の巻き数や導線の間隔は一例であり、アンテナ部２０のサイズ、すなわち磁性体のサイズが変更された場合などは、導線の巻き数や間隔を適宜設定することができる。導線２２の両側の端部は、アンテナ部２０を用いて通信を行う装置の通信部に接続される。そして、例えば、当該通信部が導線２２に流す電流に起因してアンテナ部２０から磁界が発生する。また、例えば、当該通信部によって外部装置との通信や充電を行う。

金属筐体１０は、図１、２に示すように、内部に空間を有する金属の箱（筐体）であって、アンテナ部２０を内包するものである。本実施形態の金属筐体１０は、直方体形状であって、例えば、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが２２ｍｍ、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが３０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸方向）が５ｍｍとなっている。なお、金属筐体１０の大きさ（長さ）は一例であり、アンテナ部２０のサイズによって適宜変更することができる。

本実施形態では、図１に示すように、金属筐体１０の中央にアンテナ部２０が配置されている。すなわち、金属筐体１０の長手方向および短手方向の中心にアンテナ部２０の中心が配置され、金属筐体１０の長手方向と同方向にアンテナ部２０の磁性体２１の長手方向が位置するように配置されている。

図３は、従来のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。図３は、アンテナ装置１のＹ軸方向上の側面側から見た図、すなわち、図１のＡ方向から見た図となっている。また、図３のＸＹＺ座標系の原点は、図１の原点と同様である。

図３のシミュレーションの結果では、アンテナ装置１の周囲の磁界強度の分布が示されている。図３の左上のカラーバーでは、濃くなるほど磁界が強く、薄くなるほど磁界が弱くなっている。なお、実際のカラーバーは、色によって表示されており、例えば、赤に近づくほど磁界が強く、青に近づくほど磁界が弱くなるように表示されている。

図３を参照すると、従来のアンテナ装置１では、アンテナ部２０が金属筐体１０の内部に配置され、金属筐体１０の全ての面に囲まれているため、アンテナ装置１の外側には磁界がほとんど放出されていないことがわかる。

図４は、従来のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図４は、アンテナ装置１をＺ軸方向上の上方から見た図、すなわち、図１のＢ方向から見た図となっている。また、図４のＸＹＺ座標系の原点も、図１の原点と同様である。図４では、アンテナ部および金属筐体の符号は図１を参照する。

図４のシミュレーションの結果では、金属筐体１０の上面１０ａの電流密度を見ると、アンテナ部２０の端部近傍（図４における磁性体２１の上部１１ａ辺りおよび下部１１ｂ辺り）に位置する金属筐体１０の表面に電流の渦ができている。これが渦電流であって、磁界強度を減衰させる原因となっている。

つまり、上述したように、全ての面に囲まれた金属筐体１０にアンテナ部２０を配置すると、アンテナ部２０から発生する磁界が金属筐体の内側表面に溜まることで渦電流が発生してしまう。そうすると、その渦電流によって、アンテナ部２０から発生した磁界（通信や充電に利用される磁界）と反対方向の磁界が発生し、アンテナ部２０から発生した磁界が金属筐体１０の外側に放出されなくなり、アンテナの特性が劣化してしまう。これに対し、以下の本実施形態では、金属筐体にスリットを形成することでアンテナ部から発生した磁界を金属筐体の外側に放出させることで渦電流を遮って、アンテナの特性を劣化させないアンテナ装置について説明する。

次に、第１の実施形態のアンテナ装置１００について説明する。図５は、第１の実施形態のアンテナ装置を示す図である。図６は、第１の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。図５、６では、第１の実施形態のアンテナ装置１００に対して、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義している。図５に示すアンテナ装置１００は、従来のアンテナ装置１と同様に、近接型の磁界結合方式のアンテナ装置であって、金属筐体１１０の内部に、磁性体２１と導線２２とからなるアンテナ部２０が配置されている。なお、アンテナ部２０については、従来のアンテナ装置１と同様であるため説明を省略する。

金属筐体１１０は、図５、６に示すように、内部に空間を有する金属の箱（筐体）であって、アンテナ部２０を内包するものである。金属筐体１１０は、直方体形状であって、例えば、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが２２ｍｍ、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが３０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸方向）が５ｍｍとなっている。なお、金属筐体１０の大きさ（長さ）は一例であり、アンテナ部２０のサイズによって適宜変更することができる。

本実施形態では、図５に示すように、金属筐体１１０の中央にアンテナ部２０が配置されている。すなわち、金属筐体１１０の長手方向および短手方向の中心にアンテナ部２０の中心が配置され、金属筐体１１０の長手方向と同方向にアンテナ部２０の磁性体２１の長手方向が位置するように配置されている。

金属筐体１１０は、アンテナ部２０から発生する磁界を通過させるように、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）にスリット１１１が形成されている。すなわち、図５、６に示すように、スリット１１１は、磁性体２１の上面（所定の面に相当）に対向する金属筐体１１０の平面（金属筐体１１０の上面１１０ａ）に、金属筐体１１０の外縁部１２１ａからＸ軸方向に切り欠いて形成されている。さらに、スリット１１１は、外縁部１２１ａから金属筐体１１０の側面１１０ｂを下方（Ｚ軸方向）に向けて切り欠かれている。これにより、アンテナ部２０から発生する磁界が金属筐体１１０の内側表面に溜まることなくＺ軸方向に放出される。金属筐体１１０の上面１１０ａにおけるスリット１１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが１９ｍｍ、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１ｍｍとなっている。ここでは、外縁部１２１ａが第１の外縁部に相当する。

つまり、金属筐体１１０を上方（正のＺ軸方向）および横方向（正のＸ軸方向）から見た場合に、スリット１１１からアンテナ部２０の一部が見えることになる。上述した、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）が、導線に巻きつけた方向に交差する第１の方向に相当する。また、スリット１１１が第１の切欠き部の一例である。

図７は、第１の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。図７は、アンテナ装置１００のＹ軸方向上の側面側から見た図、すなわち、図５のＡ方向から見た図となっている。また、図７のＸＹＺ座標系の原点は、図５の原点と同様である。

図７のシミュレーションの結果では、アンテナ装置１００の周囲の磁界強度の分布が示されている。図７の左上のカラーバーでは、図３と同様に、濃くなるほど磁界が強く、薄くなるほど磁界が弱くなっている。図７および図３の磁界強度の分布を参照して、従来のアンテナ装置１と比較すると、アンテナ装置１００では、スリット１１１を形成したため、磁界が金属筐体１１０の外側に出て広がっていることがわかる。

図８は、第１の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図８は、アンテナ装置１００をＺ軸方向上の上方から見た図、すなわち、図５のＢ方向から見た図となっている。また、図８のＸＹＺ座標系の原点も、図５の原点と同様である。図８では、アンテナ部および金属筐体の符号は図５を参照する。

図８のシミュレーションの結果では、金属筐体１１０の上面１１０ａの電流密度を見ると、スリット１１１が形成されている側のアンテナ部２０の端部近傍（図８における磁性体２１の下部側）に位置する金属筐体１１０の表面では、渦電流がスリット１１１によって遮られていることがわかる。つまり、電流の流れが渦になっていないため、渦電流によるアンテナ部２０の特性の劣化を回避することができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置１００は、金属筐体１１０を切り欠いてスリット１１１を形成することにより、金属筐体１１０に内包された場合でも、アンテナ部２０から発生する磁界を金属筐体１１０の外側に通過させることができる。これにより、金属筐体１１０の内側表面に溜まる磁界によって発生する渦電流のループを小分けにして、渦電流を遮ることができる。このため、アンテナ部２０の特性を劣化させることがなく、金属で製造された金属筐体１１０を用いることができ、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させることがない。

（第２の実施形態）
第１の実施形態のアンテナ装置では、金属筐体の上面に、外縁部からＸ軸方向に切り欠いたスリットが形成された構成となっていた。これに対し、本実施形態のアンテナ装置は、金属筐体の上面において、さらにＹ軸方向に切り欠いたスリットが形成されている構成となっている。

図９は、第２の実施形態のアンテナ装置を示す図である。図１０は、第２の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。図９、１０では、第２の実施形態のアンテナ装置２００に対して、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義している。図９に示すアンテナ装置２００は、従来のアンテナ装置１と同様に、近接型の磁界結合方式のアンテナ装置であって、金属筐体２１０の内部に、磁性体２１と導線２２とからなるアンテナ部２０が配置されている。なお、アンテナ部２０については、従来のアンテナ装置１と同様であるため説明を省略する。

金属筐体２１０は、図９、１０に示すように、内部に空間を有する金属の箱（筐体）であって、アンテナ部２０を内包するものである。金属筐体２１０は、直方体形状であって、各辺の長さ（短手方向（Ｙ軸方向）、長手方向（Ｘ軸方向）、および厚さ（Ｚ軸方向））は、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。また、金属筐体２１０に対してアンテナ部２０が配置される位置についても、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。

金属筐体２１０は、アンテナ部２０から発生する磁界を通過させるように、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）にスリット２１１が形成されている。すなわち、図９、１０に示すように、スリット２１１は、磁性体２１の上面（所定の面に相当）に対向する金属筐体２１０の平面（金属筐体２１０の上面２１０ａ）に、金属筐体２１０の外縁部２２１ａからＸ軸方向に切り欠いて形成されている。さらに、スリット２１１は、外縁部２２１ａから金属筐体２１０の側面２１０ｂを下方（Ｚ軸方向）に向けて切り欠かれている。これにより、アンテナ部２０から発生する磁界が金属筐体２１０の内側表面に溜まることなくＺ軸方向に放出される。金属筐体２１０の上面２１０ａにおけるスリット２１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが１９ｍｍ、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１ｍｍとなっている。ここでは、外縁部２２１ａが第１の外縁部に相当する。

また、金属筐体２１０は、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）に、スリット２１１と直交（交差）させてスリット２１２が形成されている。すなわち、図９、１０に示すように、スリット２１２は、磁性体２１の上面に対向する金属筐体２１０の平面（上面２１０ａ）に、金属筐体２１０の外縁部２２１ｂから、対向する外縁部２２１ｃまでをＹ軸方向に切り欠いて形成されている。さらに、スリット２１２は、外縁部２２１ｂから金属筐体２１０の側面２１０ｃを下方（Ｚ軸方向）に向けて切り欠かれ、外縁部２２１ｃから金属筐体２１０の側面２１０ｄを下方（Ｚ軸方向）に向けて切り欠かれている。金属筐体２１０の上面２１０ａにおけるスリット２１２は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが１ｍｍ、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが、金属筐体２１０のＹ軸方向の長さと同様の２２ｍｍとなっている。

つまり、金属筐体２１０は、スリット２１１、２１２によって十字形のスリットが切り欠かれており、上方（正のＺ軸方向）および横方向（正のＸ軸方向、正負のＹ軸方向）から見た場合に、スリット２１１、２１２からアンテナ部２０の一部が見えることになる。なお、上述した、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）が、導線に巻きつけた方向に交差する第１の方向に相当する。また、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）が、第１の方向と交差する第２の方向に相当する。また、スリット２１１が第１の切欠き部の一例で、スリット２１２が第２の切欠き部の一例である。

図１１は、第２の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。図１１は、アンテナ装置２００のＹ軸方向上の側面側から見た図、すなわち、図９のＡ方向から見た図となっている。また、図１１のＸＹＺ座標系の原点は、図９の原点と同様である。

図１１のシミュレーションの結果では、アンテナ装置２００の周囲の磁界強度の分布が示されている。図１１の左上のカラーバーでは、図３と同様に、濃くなるほど磁界が強く、薄くなるほど磁界が弱くなっている。図１１および図３の磁界強度の分布を参照して、従来のアンテナ装置１と比較すると、アンテナ装置２００では、スリット２１１、２１２を形成したため、磁界が金属筐体２１０の外側に出て広がっていることがわかる。また、図１１および図７の磁界強度の分布を参照して、第１の実施形態のアンテナ装置１００と比較すると、アンテナ装置２００では、スリットを十字形に切り欠いたため、磁界が金属筐体２１０のより外側に出て、アンテナ装置１００の磁界よりも広がっていることがわかる。

図１２は、第２の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図１２は、アンテナ装置２００をＺ軸方向上の上方から見た図、すなわち、図９のＢ方向から見た図となっている。また、図１２のＸＹＺ座標系の原点も、図９の原点と同様である。図１２では、アンテナ部および金属筐体の符号は図９を参照する。

図１２のシミュレーションの結果では、金属筐体２１０の上面２１０ａの電流密度を見ると、スリット２１１が形成されている側のアンテナ部２０の端部近傍（図１２における磁性体２１の下部側）に位置する金属筐体２１０の表面では、渦電流がスリット２１１によって遮られていることがわかる。また、金属筐体２１０の上面２１０ａにスリット２１２が形成されているため、金属筐体２１０のＹ軸方向の電流もスリット２１２によって遮られている。従って、金属筐体２１０の上面２１０ａの渦電流のループが寸断される量が第１の実施形態のアンテナ装置１００より大きくなる。つまり、電流の流れが渦になっていないため、渦電流によるアンテナ部２０の特性の劣化を回避することができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置２００は、金属筐体２１０を切り欠いてスリット２１１、２１２を形成することにより、金属筐体２１０に内包された場合でも、アンテナ部２０から発生する磁界を金属筐体２１０の外側に通過させることができる。これにより、金属筐体２１０に内側表面に溜まる磁界によって発生する渦電流のループを小分けにして、渦電流を遮ることができる。このため、アンテナ部２０の特性を劣化させることがなく、金属で製造された金属筐体２１０を用いることができ、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させることがない。

（第３の実施形態）
第１の実施形態のアンテナ装置では、金属筐体の上面に、外縁部からＸ軸方向に切り欠いたスリットが形成された構成となっていた。これに対し、本実施形態のアンテナ装置は、さらに、金属筐体の側面を有していない（取り外した）構成となっている。

図１３は、第３の実施形態のアンテナ装置を示す図である。図１４は、第３の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。図１３、１４では、第３の実施形態のアンテナ装置３００に対して、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義している。図１３に示すアンテナ装置３００は、従来のアンテナ装置１と同様に、近接型の磁界結合方式のアンテナ装置であって、金属筐体３１０の内部に、磁性体２１と導線２２とからなるアンテナ部２０が配置されている。なお、アンテナ部２０については、従来のアンテナ装置１と同様であるため説明を省略する。

金属筐体３１０は、図１３、１４に示すように、内部に空間を有する金属の箱（筐体）であって、アンテナ部２０を内包するものである。金属筐体３１０は、直方体形状であって、各辺の長さ（短手方向（Ｙ軸方向）、長手方向（Ｘ軸方向）、および厚さ（Ｚ軸方向））は、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。また、金属筐体２１０に対してアンテナ部２０が配置される位置についても、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。

金属筐体３１０は、アンテナ部２０から発生する磁界を通過させるように、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）にスリット３１１が形成されている。すなわち、図１３、１４に示すように、スリット３１１は、磁性体２１の上面（所定の面に相当）に対向する金属筐体３１０の平面（金属筐体３１０の上面３１０ａ）に、金属筐体３１０の外縁部３２１ａからＸ軸方向に切り欠いて形成されている。これにより、アンテナ部２０から発生する磁界が金属筐体３１０の内側表面に溜まることなくＺ軸方向に放出される。そして、金属筐体３１０は、スリット３１１が形成されている上面３１０ａと外縁部３２１ａで接する側面を有していない（図１３、１４における符号３１２により位置を示している）。金属筐体３１０の上面３１０ａにおけるスリット３１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが１９ｍｍ、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１ｍｍとなっている。ここでは、外縁部３２１ａが第１の外縁部に相当する。

つまり、金属筐体３１０は、スリット３１１および側面を抜き取ったことによってＴ字形のスリットが切り欠かれており、上方（正のＺ軸方向）から見た場合に、スリット３１１からアンテナ部２０の一部が見えることになる。また、金属筐体３１０の横方向（正のＸ軸方向）から見た場合、側面を有していないため、アンテナ部２０の側面が全て見えることになる。なお、上述した、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）が、導線に巻きつけた方向に交差する第１の方向に相当する。また、スリット３１１が第１の切欠き部の一例である。

図１５は、第３の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。図１５は、アンテナ装置３００のＹ軸方向上の側面側から見た図、すなわち、図１３のＡ方向から見た図となっている。また、図１５のＸＹＺ座標系の原点は、図１３の原点と同様である。

図１５のシミュレーションの結果では、アンテナ装置３００の周囲の磁界強度の分布が示されている。図１３の左上のカラーバーでは、図３と同様に、濃くなるほど磁界が強く、薄くなるほど磁界が弱くなっている。図１５および図３の磁界強度の分布を参照して、従来のアンテナ装置１と比較すると、アンテナ装置３００では、スリット３１１を形成するとともに側面を有していないため、磁界が金属筐体３１０の外側に出て広がっていることがわかる。また、図１５および図７の磁界強度の分布を参照して、第１の実施形態のアンテナ装置１００と比較すると、アンテナ装置３００では、スリットをＴ字形に切り欠いたため（側面を取り除いたため）、より多くの磁界が金属筐体２１０のより外側に放出され、アンテナ装置１００よりも磁界が広がっていることがわかる。図１５に示すように、特に、側面を有していない側（正のＸ軸方向）の金属筐体３１０から放出される磁界が広がっている。なお、第２の実施形態で形成された十字形のスリット２１１、２１２の場合とは磁界の広がり方が異なっている。

図１６は、第３の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図１６は、アンテナ装置３００をＺ軸方向上の上方から見た図、すなわち、図１３のＢ方向から見た図となっている。また、図１６のＸＹＺ座標系の原点も、図１３の原点と同様である。図１６では、アンテナ部および金属筐体の符号は図１３を参照する。

図１６のシミュレーションの結果では、金属筐体３１０の上面３１０ａの電流密度を見ると、スリット３１１が形成され、側面の取り除かれた側のアンテナ部２０の端部近傍（図１６における磁性体２１の下部側）に位置する金属筐体３１０の表面では、渦電流がスリット３１１によってより遮られていることがわかる。また、金属筐体３１０の上面３１０ａの渦電流のループが寸断される量が第１の実施形態のアンテナ装置１００より大きくなっている。つまり、電流の流れが渦になっていないため、渦電流によるアンテナ部２０の特性の劣化を回避することができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置３００は、金属筐体３１０を切り欠いてスリット３１１を形成するとともに側面を取り除くことにより、金属筐体３１０に内包された場合でも、アンテナ部２０から発生する磁界を金属筐体３１０の外側に通過させることができる。これにより、金属筐体３１０の内側表面に溜まる磁界によって発生する渦電流のループを小分けにして、渦電流を遮ることができる。このため、アンテナ部２０の特性を劣化させることがなく、金属で製造された金属筐体３１０を用いることができ、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させることがない。

（第４の実施形態）
第１の実施形態のアンテナ装置では、金属筐体の上面に、外縁部からＸ軸方向に切り欠いたスリットが形成された構成となっていた。これに対し、本実施形態のアンテナ装置は、さらに、金属筐体の２つの側面にスリットが形成されている構成となっている。

図１７は、第４の実施形態のアンテナ装置を示す図である。図１８は、第４の実施形態のアンテナ装置における金属筐体を示す図である。図１７、１８では、第４の実施形態のアンテナ装置４００に対して、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義している。図１７に示すアンテナ装置４００は、従来のアンテナ装置１と同様に、近接型の磁界結合方式のアンテナ装置であって、金属筐体４１０の内部に、磁性体２１と導線２２とからなるアンテナ部２０が配置されている。なお、アンテナ部２０については、従来のアンテナ装置１と同様であるため説明を省略する。

金属筐体４１０は、図１７、１８に示すように、内部に空間を有する金属の箱（筐体）であって、アンテナ部２０を内包するものである。金属筐体４１０は、直方体形状であって、各辺の長さ（短手方向（Ｙ軸方向）、長手方向（Ｘ軸方向）、および厚さ（Ｚ軸方向））は、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。また、金属筐体４１０に対してアンテナ部２０が配置される位置についても、第１の実施形態のアンテナ装置１００と同様である。

金属筐体４１０は、アンテナ部２０から発生する磁界を通過させるように、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交方向（Ｘ軸方向）にスリット４１１が形成されている。すなわち、図１７、１８に示すように、スリット４１１は、磁性体２１の上面（所定の面に相当）に対向する金属筐体４１０の平面（金属筐体４１０の上面４１０ａ）に、金属筐体４１０の外縁部４２１ａから、外縁部４２１ａに対向する外縁部４２１ｂまでＸ軸方向に切り欠いて形成されている。そして、金属筐体４１０は、スリット４１１が形成されている上面４１０ａと外縁部４２１ａで接する側面４１０ｂにスリット４１２が形成され、上面４１０ａと外縁部４２１ｂで接する側面４１０ｃにスリット４１３が形成されている。これにより、アンテナ部２０から発生する磁界が金属筐体４１０の内側表面に溜まることなくＺ軸方向に放出される。金属筐体４１０の上面４１０ａにおけるスリット４１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）の長さが３０ｍｍ、短手方向（Ｙ軸方向）の長さが１ｍｍとなっている。外縁部４２１ａが第１の外縁部に相当し、外縁部４２１ｂが第２の外縁部に相当する。

つまり、金属筐体４１０は、スリット４１１、スリット４１２、およびスリット４１３によってＩ字形のスリットが切り欠かれており、上方（正のＺ軸方向）から見た場合に、スリット４１１からアンテナ部２０の一部が見えることになる。また、金属筐体４１０の横方向（正負のＸ軸方向）から見た場合、スリット４１２およびスリット４１３からアンテナ部２０の側面が全て見えることになる。なお、上述した、導線２２を巻きつけた方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）が、導線に巻きつけた方向に交差する第１の方向に相当する。また、スリット４１１が第１の切欠き部の一例であり、スリット４１２が第３の切欠き部の一例であり、スリット４１３が第４の切欠き部の一例である。

図１９は、第４の実施形態のアンテナ装置の周囲における磁界シミュレーションの結果を示す図である。図１９は、アンテナ装置４００のＹ軸方向上の側面側から見た図、すなわち、図１７のＡ方向から見た図となっている。また、図１９のＸＹＺ座標系の原点は、図１７の原点と同様である。

図１９のシミュレーションの結果では、アンテナ装置４００の周囲の磁界強度の分布が示されている。図１９の左上のカラーバーでは、図３と同様に、濃くなるほど磁界が強く、薄くなるほど磁界が弱くなっている。図１９および図３の磁界強度の分布を参照して、従来のアンテナ装置１と比較すると、アンテナ装置４００では、スリット４１１、４１２、４１３を形成しているため、磁界が金属筐体４１０の外側に出て広がっていることがわかる。また、図１９および図７の磁界強度の分布を参照して、第１の実施形態のアンテナ装置１００と比較すると、アンテナ装置４００では、スリットをＩ字形に切り欠いたため、より多くの磁界が金属筐体４１０のより外側に放出され、アンテナ装置１００よりも磁界が広がっていることがわかる。

図２０は、第４の実施形態のアンテナ装置の周囲における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図２０は、アンテナ装置４００をＺ軸方向上の上方から見た図、すなわち、図１７のＢ方向から見た図となっている。また、図２０のＸＹＺ座標系の原点も、図１７の原点と同様である。

図２０のシミュレーションの結果では、金属筐体４１０の上面４１０ａの電流密度を見ると、スリット４１１が形成されているため、アンテナ部２０の両端部近傍（図２０における磁性体２１の上部側および下部側）に位置する金属筐体４１０の表面では、渦電流がスリット４１１によって遮られていることがわかる。さらに、金属筐体４１０の側面にもスリット４１２、４１３が形成されているため、金属筐体４１０の上面４１０ａの渦電流のループが寸断される量が第１の実施形態のアンテナ装置１００より大きくなっている。つまり、電流の流れが渦になっていないため、渦電流によるアンテナ部２０の特性の劣化を回避することができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置４００は、金属筐体４１０を切り欠いてスリット４１１、４１２、４１３を形成することにより、金属筐体４１０に内包された場合でも、アンテナ部２０から発生する磁界を金属筐体４１０の外側に通過させることができる。これにより、金属筐体４１０の内側表面に溜まる磁界によって発生する渦電流のループを小分けにして、渦電流を遮ることができる。このため、アンテナ部２０の特性を劣化させることがなく、金属で製造された金属筐体４１０を用いることができ、デザインの統一を保ちつつ製造工数を増加させることがない。

１、１００、２００、３００、４００ アンテナ装置
１０、１１０、２１０、３１０、４１０ 金属筐体
２０ アンテナ部
２１ 磁性体
２２ 導線
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ、４１０ａ 上面
１１０ｂ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、４１０ｂ、４１０ｃ 側面
１１１、２１１、２１２、３１１、４１１、４１２、４１３ スリット
１２１ａ、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、３２１ａ、４２１ａ、４２１ｂ 外縁部

特開２０１４－１２３８５８号公報

Claims (5)

1. アンテナ部と、
   前記アンテナ部を内包する金属筐体と、を備え、
   前記金属筐体には、第１の切欠き部および第３の切欠き部が形成されていて、
   前記第１の切欠き部は、前記金属筐体の第１の外縁部から切り欠いて形成され、
   前記第３の切欠き部は、前記第１の外縁部で接する前記金属筐体の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の側面の一部に形成されていて、前記第３の切欠き部の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の幅の長さは、前記第１の切欠き部の前記アンテナ部の長手方向に直交する方向の幅の長さより長く形成されている、
   アンテナ装置。
2. 前記第１の切欠き部と前記第３の切欠き部は、連続して形成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記金属筐体は、前記アンテナ部において磁性体に導線を巻きつけた方向に、前記第１の切欠き部と交差させて第２の切欠き部が形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記金属筐体は、前記第１の切欠き部が形成されている平面と前記第１の外縁部で接する切欠き部のない他の側面を有している、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 請求項１～４のいずれか一つに記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置に接続され、外部との通信を行う通信部と、
   を備える、通信装置。

Images