JPWO2011108341A1 - 無線通信デバイス及び無線通信端末 - Google Patents

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Abstract

給電回路基板に含まれるループ状電極とアンテナパターンとの結合が確実で、効率よく信号を伝送できる無線通信デバイス及び無線通信端末を得る。無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に結合され、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが所定幅で巻回されてなるループ状電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０と磁界結合されたアンテナパターン３５と、を備えた無線通信デバイス。給電回路基板１５は、平面視で、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが第１の方向に延在している第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置されており、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが第１の方向とは反対の第２の方向に延在している第２領域Ｙがアンテナパターン３５に重ならないように配置されている。さらに、第１の方向とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している又は略一致している。

Description

本発明は、無線通信デバイス及び無線通信端末、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線通信デバイス及び無線通信端末に関する。
近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線通信デバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。ＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、高周波信号の送受信を行うアンテナとを備えている。
特許文献１には、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスが記載されている。この無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップを搭載した給電回路基板を有し、この給電回路基板を放射板（アンテナパターン）に主に磁界結合させている。この無線ＩＣデバイスでは、給電回路基板に内蔵されている給電回路にて送受信信号の周波数が決められているため、動作周波数はアンテナパターンのサイズ、デバイスの保持部材の材質などに依存することなく安定した周波数特性を有する。
さらに、特許文献１には実施例として、アンテナパターンを配置した樹脂フィルムの表面に無線ＩＣチップを搭載した給電回路基板を配置した無線ＩＣデバイスが開示されている。このデバイスにおいて、アンテナパターンはその一部にループ状パターンを有しており、給電回路基板はループ状パターンの中心部に配置されている。即ち、アンテナパターンと給電回路基板に内蔵されたインダクタパターンとは磁界を介して結合しているが、この磁界が形成される領域に金属体が存在したり近接すると、該金属体によって磁界の形成が妨げられ、通信距離が小さくなったり、通信が不良になることがある。また、給電回路基板の搭載位置がループ状パターンの中心からずれてしまうと、周波数特性が変動するおそれがある。
国際公開番号ＷＯ２００７／０８３５７４
そこで、本発明の目的は、給電回路基板に含まれるループ状電極とアンテナパターンとの結合が確実で、効率よく信号を伝送できる無線通信デバイス及び無線通信端末を提供することにある。
本発明の第１の形態である無線通信デバイスは、
無線信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣに結合され、コイルパターンが所定幅で巻回されてなるループ状電極を含む給電回路基板と、
前記ループ状電極と磁界結合されたアンテナパターンと、
を備え、
前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記コイルパターンが第１の方向に延在している前記ループ状電極の第１領域が前記アンテナパターンに重なるように配置されており、前記コイルパターンが第１の方向とは反対の第２の方向に延在している前記ループ状電極の第２領域が前記アンテナパターンに重ならないように配置されており、
前記第１の方向と前記アンテナパターンの線路長方向とが一致している又は略一致していること、
を特徴とする。
本発明の第２の形態である無線通信端末は、前記無線通信デバイスを備えたことを特徴とする。
前記無線通信デバイスにおいては、コイルパターンが第１の方向に延在しているループ状電極の第１領域がアンテナパターンに重なるように配置されているため、仮に他の金属体が近接したとしても、ループ状電極とアンテナパターンとの磁界結合が重なり部分では保たれ、両者の結合に支障が生じることはない。また、前記第１の方向とアンテナパターンの線路長方向とが一致している又は略一致しているため、信号が効率よく伝達される。
本発明によれば、給電回路基板に含まれるループ状電極とアンテナパターンとの結合が確実で、効率よく信号を伝送できる。
本発明の原理的な説明図であり、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は本発明の第１配置例、（Ｃ）は本発明の第２配置例、（Ｄ）は本発明の第３配置例である。 第１実施例である無線通信デバイスを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は要部の拡大断面図である。 第１実施例を構成するアンテナパターン示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。 第１実施例を構成する給電回路基板を示す断面図である。 前記給電回路基板の積層構造を示す平面図である。 第１実施例でのアンテナパターンに対する給電回路基板の配置関係を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は要部の平面図である。 給電回路基板の第１変形例を示す断面図である。 給電回路基板の第２変形例を示す断面図である。 給電回路基板の第３変形例を示す断面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第１変形例を示す平面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第２変形例を示す平面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第３変形例を示す平面図である。 第２例である給電回路基板を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は該給電回路基板を搭載した無線通信デバイスを示す断面図である。 第２実施例である無線通信デバイスを示す断面図である。 図１４に示す無線通信デバイスを構成するアンテナパターン（第２例）を示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。 第２例であるアンテナパターンの等価回路図である。 アンテナパターの第３例を示す表面図である。 アンテナパターンの第４例を示す表面図である。 アンテナパターンの第５例を示す表面図である。 アンテナパターンの第６例を示す表面図である。 第６例であるアンテナパターンの等価回路図である。 無線通信端末の一例として示すＩＣカードの平面図である。
以下、本発明に係る無線通信デバイス及び無線通信端末の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（原理的説明、図１参照）
本発明に係る無線通信デバイスにおける、ループ状電極とアンテナパターンとの結合状態について原理的に説明する。
図１（Ａ）は比較例としての結合状態を示し、無線通信デバイスは、概略、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に結合され、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが所定幅Ｗ１で巻回されてなるループ状電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０と磁界結合（電磁界結合を含む、以下同じ）されたアンテナパターン３５と、を備えている。なお、ループ状電極２０やアンテナパターン３５の具体的な形状は以下に第１実施例で詳述する。
図１（Ａ）では、アンテナパターン３５に対してループ状電極２０が平面視で重ならないように配置されている。従って、アンテナパターン３５による磁界φ１は点線で示すように形成され、ループ状電極２０による磁界φ２は一点鎖線で示すように形成され、互いに磁界結合している。しかし、アンテナパターン３５の下方に金属体が近接すると、磁界が乱れて通信ができない位置、即ち、ヌル点ができることがあり、通信距離が短くなったり、通信が不良になることがある。
以上の比較例に対して、本発明に係る無線通信デバイスにおける第１配置例は、図１（Ｂ）に示すように、給電回路基板１５をループ状電極２０の軸方向から平面視したとき、コイルパターン２１ａ〜２１ｄの矢印ｘで示す第１の方向（図５参照）に延在している第１領域Ｘの幅Ｗ１がアンテナパターン３５の幅Ｗ２に完全に重なるように配置されている。この場合、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とは点線で示す磁界φ３で結合されており、仮にアンテナパターン３５の下方に金属体が近接しても、少なくとも磁界φ３ａ，φ３ｂは乱されることがなく、両者の結合に支障が生じることはない。また、前記第１の方向とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致していることにより、信号が効率よく伝達される。
第２配置例は、図１（Ｃ）に示すように、アンテナパターン３５の幅Ｗ２に対してループ状電極２０の第１領域Ｘの幅Ｗ１が略半分重なるように配置したものである。この第２配置例においても前記第１配置例と同様の効果を奏する。
さらに、本第２配置例において、給電回路基板１５は、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）のコイル軸方向から平面視したとき、コイルパターン２１ａ〜２１ｄの開口部（内径開口幅Ｗ３）がアンテナパターン３５に重ならないように配置されている。それゆえ、コイルパターン２１ａ〜２１ｄに生じる磁束がアンテナパターン３５によって遮られることが少ない。その結果、コイルパターン２１ａ〜２１ｄのインダクタンス値が変動したり、結合度の低下によってエネルギーロスが生じて通信距離が短くなる不具合を解消できる。
第３配置例は、図１（Ｄ）に示すように、アンテナパターン３５の幅Ｗ２がループ状電極２０の第１領域Ｘの幅Ｗ１よりも広く形成されており、第１領域Ｘがアンテナパターン３５の幅Ｗ２に完全に含まれるように配置したものである。この第３配置例においても前記第１配置例と同様の効果を奏する。また、このようにアンテナパターン３５の幅Ｗ２を第１領域Ｘよりも広くしておくことで、給電回路基板１５を配置するときに多少の位置ずれが生じたとしても、第１領域Ｘをアンテナパターン３５の幅Ｗ２に完全に含ませることができる。即ち、アンテナパターン３５を構成する線路の幅Ｗ２内にループ状電極２０のうち、少なくとも１ターン、好ましくは複数ターンのループ状線路が収まるように配置する必要がある。また、平面視したとき、アンテナパターン３５を構成する線路の幅Ｗ２内に、複数ターンのループ状線路からなるループ状電極２０の幅Ｗ１が全て収まっているように配置することが、アンテナパターン３５とループ状電極２０との結合度を最も高くできる構成である。
そして、コイル軸方向から平面視したとき、前記第１領域Ｘの全幅Ｗ１がアンテナパターン３５の各ターン跨らないように配置されていることが好ましい。第１領域Ｘがアンテナパターン３５の二つのターンに跨って配置されていると、コイルパターン２１ａ〜２１ｄに部分的に逆方向に電流が流れる箇所が生じて電流を打ち消し合うことになり、結合度が低下し、通信距離の低下が生じることがある。第１領域Ｘがアンテナパターン３５の各ターン跨らないように配置することで、これらの不具合を解消できる。
（第１実施例、図２〜図６参照）
図２に示すように、第１実施例である無線通信デバイス１は１３．５６ＭＨｚ帯に使用されるものであり、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に電気的に接続され、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが所定幅Ｗ１（図５参照）で巻回されてなるループ状電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０と磁界結合されたアンテナパターン３５と、を備えている。無線ＩＣチップ１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ１０は、その裏面に設けた入力用端子電極及び出力用端子電極をループ状電極２０の両端に電気的に接続されている。
アンテナパターン３５は、ＰＥＴなどからなる可撓性ベース基材３６の表面及び裏面にコイル状に３ターン巻回され、かつ、両端が開放状態で形成されたもので、図３（Ａ）は表面側のアンテナパターン３５を示し、図３（Ｂ）は裏面側のアンテナパターン３５を表面側から透視した状態で示している。表裏のアンテナパターン３５は、線幅Ｗ２が同じであり、平面視で重なってベース基材３６を介して容量結合しており、電流は同じ方向に流れる。アンテナパターン３５は、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
給電回路基板１５は多層基板であって、図４に示すように、中央部にキャビティ１６を有し、該キャビティ１６に前記無線ＩＣチップ１０が収容され、封止材１７が充填されている。給電回路基板１５には複数のコイルパターン２１ａ〜２１ｄを多層に積層したループ状電極２０が内蔵されている。具体的には、図５に示すように、複数の基材層１８ａ〜１８ｄを積層、圧着、必要に応じて焼成したものである。基材層１８ａ〜１８ｄは、絶縁体（誘電体、磁性体）あるいは液晶ポリマなどのような熱可塑性樹脂やエポキシ系ポリマなどのような熱硬化性樹脂であってもよい。
最上層の基材層１８ａには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ａ−１，２１ａ−２を有するコイルパターン２１ａが形成されている。２層目の基材層１８ｂには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｂ−１，２１ｂ−２を有するコイルパターン２１ｂ及びパッド２２が形成されている。３層目の基材層１８ｃには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｃ−１，２１ｃ−２を有するコイルパターン２１ｃ及びパッド２２が形成されている。最下層の基材層１８ｄには、一端にランド２３ａを有し他端にパッド２１ｄ−１を有するコイルパターン２１ｄ及びランド２３ｂが形成されている。これらのコイルパターンやパッド及びランドは、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
以上の基材層１８ａ〜１８ｄを積層することにより、最下層のコイルパターン２１ｄはパッド２１ｄ−１が層間導体を介して３層目のコイルパターン２１ｃのパッド２１ｃ−１に接続され、該コイルパターン２１ｃの他端パッド２１ｃ−２は層間導体を介して２層目のコイルパターン２１ｂのパッド２１ｂ−１に接続される。該コイルパターン２１ｂの他端パッド２１ｂ−２は層間導体を介して最上層のコイルパターン２１ａのパッド２１ａ−１に接続される。また、最上層のコイルパターン２１ａの他端パッド２１ａ−２は層間導体やパッド２２を介して最下層に設けたランド２３ｂに接続される。
開口部２５はキャビティ１６を形成し、該キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は入力用端子電極がランド２３ｂに、出力用端子電極がランド２３ａに、それぞれはんだバンプ２９（図４参照）などで接続される。
以上のごとくコイルパターン２１ａ〜２１ｄが巻回されることにより、平面視で矩形状のループ状電極２０が形成される。コイルパターン２１ａ〜２１ｄが巻回されている所定幅Ｗ１とは内周側のパターンから外周側のパターンまでの幅である。ランド２３ａから電流が供給されると、該電流は各コイルパターン２１ａ〜２１ｄを矢印ｘで示す第１の方向及び第１の方向とは反対方向の矢印ｙで示す第２の方向に流れる。即ち、各コイルパターン２１ａ〜２１ｄは、積層方向に隣接する部分では、同方向に電流が流れるように巻回されている。図５において、コイル軸方向から平面視したとき、第１の方向ｘに延在している領域を第１領域Ｘと称し、第２の方向ｙに延在している領域を第２領域Ｙと称する。
本第１実施例において、給電回路基板１５は表面のアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置され（図３（Ａ）参照）、絶縁性の接着剤１９で貼着される（図６（Ａ）参照）。アンテナパターン３５に対するループ状電極２０の垂直方向の配置関係は図６（Ａ）に示すとおりであり、第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置され、第２領域Ｙはアンテナパターン３５に重ならないように配置されている。また、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ〜２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。
以上の構成からなる無線通信デバイス１において、ループ状電極２０の第１領域Ｘがアンテナパターン３５と磁界結合している。それゆえ、ＲＦＩＤシステムのリーダライタから放射されてアンテナパターン３５で受信された高周波信号がループ状電極２０を介して無線ＩＣチップ１０に供給され、無線ＩＣチップ１０が動作する。一方、無線ＩＣチップ１０からの応答信号がループ状電極２０を介してアンテナパターン３５に伝達されてリーダライタに放射される。
ループ状電極２０は、それぞれのコイルパターン２１ａ〜２１ｄによるインダクタンス成分と線間のキャパシタンス成分とで所定周波数の共振回路を形成し、かつ、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５とのインピーダンスの整合回路としても機能する。ループ状電極２０はその電気長やパターン幅などを調整することで、共振周波数やインピーダンスが調整される。
前記無線通信デバイス１においては、ループ状電極２０の第１の方向ｘに延在している第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置されて磁界結合しているため、仮に他の金属体が近接したとしても、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との磁界結合が重なり部分では保たれ、両者の結合に支障が生じることはない。特に、本実施例では、第１領域Ｘではループ状電極２０の全幅Ｗ１がアンテナパターン３５と重なっているため、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との間に形成される浮遊容量の値が実質的にばらつくことがなく、周波数特性の変動を最小限に抑えることができる。
また、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ〜２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致しているため、高周波信号の送信時であれば、コイルパターン２１ａ〜２１ｄに流れた電流がアンテナパターン３５にその線路長方向に誘導電流として導かれ、高周波電力が効率よく伝送される。なお、磁界結合部分においてコイルパターン２１ａ〜２１ｄ及びアンテナパターン３５の線路長方向は必ずしも完全に一致している必要はなく、略一致していればよい。換言すれば、両者の線路長方向は直交していなければよい。
また、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置されているため、ループ状電極２０の第１の方向に対して直交する方向である第３の方向（矢印ｚ参照）に延在している第３領域Ｚもアンテナパターン３５と重なるようになり、第３の方向ｚとアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。これにより、第１領域Ｘと第３領域Ｚの２つの領域で、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とが磁界結合することになり、両者の結合度が強くなる。
なお、給電回路基板１５は、前記アンテナパターン３５と組み合わせることなく、無線ＩＣチップ１０を搭載することで、リーダライタと近距離ではあるが通信が可能である。この場合は、ループ状電極２０が放射素子として機能する。
また、本第１実施例において、無線ＩＣチップ１０は基板１５のキャビティ１６に収容されるために、無線通信モジュール５が低背化される。キャビティ１６の深さは基板１５の厚みの半分以上であることが好ましい。これにて、ループ状電極２０の内周部は封止材１７が大半を占めることになり（リジッド領域１５ａの剛性が高くなり）、フレキシブル領域１５ｂが曲がったり撓んだ際の応力をキャビティ１６の側面にて確実に遮ることができ、キャビティ１６の底面、即ち、無線ＩＣチップ１０のループ状電極２０との接合部には応力がほとんど加わらない。
また、本第１実施例において、封止材１７はフェライト粉末のような磁性体フィラーを含有していることが好ましい。これにより、無線ＩＣチップ１０からの輻射ノイズを低減できるとともに、コイルパターン２１ａ〜２１ｄのインダクタンス値を大きくすることができる。インダクタンス値を大きくするという点で、前述したように、キャビティ１６を深くすることが好ましい。
（給電回路基板の変形例、図７〜図９参照）
給電回路基板１５に対する無線ＩＣチップ１０は、図４に示したように、基板１５の表面に設けたキャビティ１６に収容して封止材１７で封止する以外に種々の搭載形態を採用することができる。ここで、給電回路基板の種々の変形例について説明する。
図７に示す第１変形例は、給電回路基板１５をキャビティのない平板状とし、無線ＩＣチップ１０を給電回路基板１５の平坦な表面上に搭載したものである。無線ＩＣチップ１０の厚み分だけ背が高くなるが、基板１５にキャビティを形成する工程を省略することができる。また、キャビティが形成される部分にコイルパターンを形成してループ状電極２０のターン数を増加させるなどの利点を有する。
図８に示す第２変形例は、給電回路基板１５の裏面にキャビティ１６を形成して無線ＩＣチップ１０を収容し、封止材１７で封止したものである。なお、封止材１７での封止は必ずしも必要ではない。キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は、給電回路基板１５の裏面がベースフィルム３６に貼着されることで保護されるからである。
図９に示す第３変形例は、コイルパターン２１ｅ，２１ｆを給電回路基板１５の表裏面に設けてループ状電極２０を形成したもので、無線ＩＣチップ１０を基板１５の表面上に搭載したものである。また、給電回路基板を単層基板とし、該単層基板の表面にのみコイルパターンを形成してもよい。
（給電回路基板の他の搭載形態、図１０〜図１２参照）
アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載形態は、図６（Ｂ）に示したように、アンテナパターン３５のコーナー部に搭載する以外に種々の形態を採用することができる。
図１０に示す第１変形例は、ループ状電極２０の第１領域Ｘをアンテナパターン３５の直線部分に重なるように搭載したものである。この場合、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の線路長方向（矢印ａ参照）に位置ずれを生じても周波数特性は変動することがない。なお、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）がアンテナパターン３５の線路長方向とは直交する部分であってアンテナパターン３５と重なる部分の面積は、少ないほうが好ましい。
図１１に示す第２変形例は、アンテナパターン３５に屈曲部３５ａを形成し、該屈曲部３５ａにループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）の３辺を重ね合わせたものであり、第２領域Ｙはアンテナパターン３５に重なってはいない。両者の重なり領域が増加することにより、両者の結合度が高くなる。
図１２に示す第３変形例は、ループ状電極２０の第１領域Ｘをアンテナパターン３５に対して若干傾斜した状態で搭載したものである。即ち、磁気結合部分においてループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）及びアンテナパターン３５の線路長方向が略一致するように配置されており、一方から他方へと線路長方向に誘導電流が流れるように配置されていればよい。
（給電回路基板の第２例、図１３参照）
第２例である給電回路基板１５Ａは、図１３（Ａ）に示すように、キャビティ部１６を給電回路基板１５の裏面側に開口するように形成し、該キャビティ部１６に無線ＩＣチップ１０を収容して封止材１７を充填したものである。他の構成は前記第１実施例と同様である。この給電回路基板１５Ａは、図１３（Ｂ）に示すように、キャビティ部１６の開口部分がベース基材３６に対向した状態でベース基材３６上に絶縁性の接着剤１９にて貼着され、無線通信デバイス１Ａとされる。
この給電回路基板１５Ａ及び無線通信デバイス１Ａの作用効果は、基本的には図３に示したものと同様であり、特にキャビティ部１６の底面（図１３（Ａ）では上面に配置されている）によって無線ＩＣチップ１０が保護される。また、給電回路基板１５の底面（図１３（Ａ）では上面となっている）は平坦性が高いので、給電回路基板１５Ａをベース基材３６上にマウンタで真空吸引して搭載する場合の吸引性能が良好である。さらに、図１３（Ａ）に示すように、封止材１７がキャビティ部１６から若干突出した状態となるので、ベース基材３６への搭載時（接着剤１９での接着時）に突出部分がアンカー効果を発揮し、給電回路基板１５がベース基材３６上に強固に接合されることになる。なお、封止材１７がこれとは逆に凹状となっていても、アンカー効果が発揮される。
（第２実施例、図１４〜図１６参照）
次に、給電回路基板１５を搭載した無線通信デバイスの第２実施例について説明する。
図１４に示すように、無線通信デバイス１Ｂは、給電回路基板１５を円形状をなすフレキシブルなベース基材３６Ａ上に搭載したもので、ベース基材３６Ａの表裏面には図１５（Ａ），（Ｂ）に示す第２例としてのアンテナパターン３５Ａが形成されている。なお、図１５（Ｂ）に示す裏面側のアンテナパターン３５Ａは表面側から透視した状態で示している。アンテナパターン３５Ａは、円形状に巻回され、ほぼ全長にわたって互いに平面視で重なっており、互いに容量結合している。アンテナパターン３５Ａは、図１６に示す等価回路を形成しており、表面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ２とが、最内パターンどうしの容量Ｃ１と最外パターンどうしの容量Ｃ２によって結合され、かつ、表裏のパターン間にも容量Ｃ３が発生している。
互いに容量結合しているアンテナパターン３５Ａの作用は図３に示したアンテナパターン３５と同様であり、電流は同じ方向に流れる。そして、ベース基材３６Ａの表面であってアンテナパターン３５Ａと部分的に重なるように配置された給電回路基板１５のコイル状電極２０とアンテナパターン３５Ａとが磁界結合している。それゆえ、リーダライタのアンテナと無線ＩＣチップ１０とがアンテナパターン３５Ａを介して通信が可能となる。無線通信デバイス１Ｂの基本的な作用効果は前記無線通信デバイス１で説明したとおりである。
なお、本無線通信デバイス１Ｂにおいて、ベース基材３６Ａの表裏に配置されたアンテナパターン３５Ａの両端部をそれぞれクリンピング（パウチング）によって直流的に結合させてもよく、一方端部どうしを同様に直流的に結合させてもよい。要は、表裏のアンテナパターン３５Ａに流れる電流の向きが同じ方向となるように結合していればよい。
（アンテナパターンの第３例、図１７参照）
図１７に第３例であるアンテナパターン３５Ｂを示す。このアンテナパターン３５Ｂは方形部３５Ｂ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｂと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｂは互いに容量結合しており、その等価回路は図１６と同様である。
給電回路基板１５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、方形部３５Ｂ'の内周部分に沿って搭載され、給電回路基板１５に内蔵されているコイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｂと磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｂの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｂは、コイル状電極２０と３辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｂとコイル状電極２０との結合量が多くなる。
（アンテナパターンの第４例、図１８参照）
図１８に第４例であるアンテナパターン３５Ｃを示す。このアンテナパターン３５Ｃは階段状部３５Ｃ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｃと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｃは互いに容量結合しており、その等価回路は図１６と同様である。
給電回路基板１５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、階段状部３５Ｃ'の内周部分に沿って搭載され、コイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｃと電磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｃの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｃは、コイル状電極２０と２辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｃとコイル状電極２０との結合量が多くなる。
（アンテナパターンの第５例、図１９参照）
図１９に第５例であるアンテナパターン３５Ｄを示す。このアンテナパターン３５Ｄは、図１５に示したアンテナパターン３５Ａと基本的には同じ形状に配置され、最外ターン部分３５Ｄ’が他の部分よりも線太に形成されている。他の構成及び作用効果は基本的には前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。加えて、最外ターン部分３５Ｄ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｄの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｄでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｄでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。
（アンテナパターンの第６例、図２０及び図２１参照）
図２０に第６例であるアンテナパターン３５Ｅを示す。このアンテナパターン３５Ｅは、図１９に示したアンテナパターン３５Ｄと同様に最外ターン部分３５Ｅ'を線太とし、ベース基材３６Ａの表裏面に配置したアンテナパターン３５Ｅの一端３５Ｅ”どうしをクリンピング（パウチング）によって直流的に結合したものである。アンテナパターン３５Ｅは図２１に示す等価回路を形成し、表面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ２とが互いに磁気結合Ｍし、かつ、一端３５Ｅ”で直流的に結合し、最外ターン部分３５’どうしは容量Ｃ２によって結合されている。
互いに磁気結合しているアンテナパターン３５Ｅの作用は図１５に示したアンテナパターン３５Ａと同様である。特に、アンテナパターン３５Ｅでは、前記アンテナパターン３５Ｄと同様に、最外ターン部分３５Ｅ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｅの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｅでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｅでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。
（ＩＣカード、図２２参照）
本発明に係る無線通信端末の一例として、図２２にＩＣカード５０を示す。このＩＣカード５０は前記無線通信デバイス１を内蔵させたものである。
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線通信デバイス及び無線通信端末は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記実施例において、ループ状電極は、コイルパターンを複数ターン巻回させて所定幅としたが、１ターン巻回させて所定幅としてもよい。また、コイルパターンを多層に巻回せず、単層に巻回してもよい。
また、無線ＩＣはチップ状として給電回路基板上に搭載されるもの以外に、給電回路基板の内部に一体的に形成されていてもよい。また、無線ＩＣはチップとして給電回路基板の近傍に配置される他の基板に搭載されていてもよい。また、無線通信デバイスは前記ＩＣカード以外に種々の携帯用品に搭載することができる。
また、無線ＩＣチップとループ状電極とはＤＣ接続（直結）していなくてもよく、電磁界を介して結合していてもよい。即ち、電気的に接続していればよい。
また、アンテナパターンはアンテナとしての役割を果たすものであれば、種々の形状であってもよい。また、１３．５６ＭＨｚ帯のようなＨＦ帯に限定されず、ＵＨＦ帯やＳＨＦ帯の無線通信デバイスにも利用できる。
以上のように、本発明は、無線通信デバイスや無線通信端末に有用であり、特に、給電回路基板に含まれるループ状電極とアンテナパターンとの結合が確実で、効率よく信号を伝達できる点で優れている。
１，１Ａ，１Ｂ…無線通信デバイス
１０…無線ＩＣチップ
１５，１５Ａ…給電回路基板
２０…ループ状電極
２１ａ〜２１ｄ…コイルパターン
３５，３５Ａ〜３５Ｅ…アンテナパターン
Ｘ…第１領域
Ｙ…第２領域
本発明の第１の形態である無線通信デバイスは、
無線信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣに結合され、コイルパターンが所定幅で巻回されてなるループ状電極を含む給電回路基板と、
前記ループ状電極と磁界結合されたアンテナパターンと、
を備え、
前記アンテナパターンは同一平面にてコイル状に複数ターン巻回されており、
前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記コイルパターンが第１の方向に延在している前記ループ状電極の第１領域が前記アンテナパターンに重なるように配置されており、前記コイルパターンが第１の方向とは反対の第２の方向に延在している前記ループ状電極の第２領域が前記アンテナパターンに重ならないように配置されており、さらに、前記第１領域の全幅が前記アンテナパターンの各ターンに跨らないように配置されており、
前記第１の方向と前記アンテナパターンの線路長方向とが一致している又は略一致していること、
を特徴とする。

Claims (11)

  1. 無線信号を処理する無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣに結合され、コイルパターンが所定幅で巻回されてなるループ状電極を含む給電回路基板と、
    前記ループ状電極と磁界結合されたアンテナパターンと、
    を備え、
    前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記コイルパターンが第１の方向に延在している前記ループ状電極の第１領域が前記アンテナパターンに重なるように配置されており、前記コイルパターンが第１の方向とは反対の第２の方向に延在している前記ループ状電極の第２領域が前記アンテナパターンに重ならないように配置されており、
    前記第１の方向と前記アンテナパターンの線路長方向とが一致している又は略一致していること、
    を特徴とする無線通信デバイス。
  2. 前記コイルパターンは同一平面にて前記所定幅で複数ターン巻回されていること、を特徴とする請求項１に記載の無線通信デバイス。
  3. 前記給電回路基板は多層基板からなり、前記コイルパターンは層間導体を介して多層に巻回されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信デバイス。
  4. 前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記第１領域の全幅が前記アンテナパターンに重なるように配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  5. 前記アンテナパターンの線路幅は前記コイルパターンの所定幅よりも広いこと、を特徴とする請求項４に記載の無線通信デバイス。
  6. 前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記コイルパターンの開口部が前記アンテナパターンに重ならないように配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  7. 前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、矩形状に形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  8. 前記アンテナパターンは同一平面にてコイル状に複数ターン巻回されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  9. 前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記第１領域の全幅が前記アンテナパターンの各ターン跨らないように配置されていること、を特徴とする請求項８に記載の無線通信デバイス。
  10. 前記給電回路基板は前記アンテナパターンのコーナー部に対向して配置され、
    前記ループ状電極の隣接する２辺が、コイル軸方向から平面視したとき、前記アンテナパターンに重なっていること、を特徴とする請求項８に記載の無線通信デバイス。
  11. 無線通信デバイスを備えた無線通信端末であって、
    前記無線通信デバイスは、
    無線信号を処理する無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣに結合され、コイルパターンが所定幅で巻回されてなるループ状電極を含む給電回路基板と、
    前記ループ状電極と磁界結合されたアンテナパターンと、
    を備え、
    前記給電回路基板は、コイル軸方向から平面視したとき、前記コイルパターンが第１の方向に延在している前記ループ状電極の第１領域が前記アンテナパターンに重なるように配置されており、前記コイルパターンが第１の方向とは反対の第２の方向に延在している前記ループ状電極の第２領域が前記アンテナパターンに重ならないように配置されており、
    前記第１の方向と前記アンテナパターンの線路長方向とが一致している又は略一致していること、
    を特徴とする無線通信端末。
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