JPWO2011158844A1 - 通信端末機器及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

通信特性の向上を図るとともに、他の電子機器をスペース効率よく配置できる通信端末機器及びアンテナ装置を得る。
コイル導体（１０）と、ブースタ導体（２０）とを備えたアンテナ装置。コイル導体（１０）は、ループ状導体（１１），（１２）が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部（１４）を有し、両端部が給電回路に接続されている。ブースタ導体（２０）は、結合導体部（２１）と枠状放射導体部（２５）とで構成されている。結合導体部（２１）は第１開口部（１４）と少なくとも一部で重なる第２開口部（２２）を有し、一部がスリット（２３）にて分断されるとともに、コイル導体（１０）と電磁界結合している。枠状放射導体部（２５）は第３開口部（２６）を有し、結合導体部（２１）に接続されている。

Description

本発明は、通信端末機器及びアンテナ装置、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いることのできる通信端末機器及びアンテナ装置に関する。

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（給電回路）と、高周波信号の送受信を行うアンテナ装置とを備えている。また、最近では、ＮＦＣ（Near Field Communication）として、ＲＦＩＤシステムのアンテナ装置を備えた携帯端末機器が種々開発されている。

特許文献１には、アンテナコイルを備えた非接触式データキャリアと、該データキャリア用の補助アンテナとを有する非接触式データキャリア装置が記載されている。補助アンテナは、アンテナコイルの最内周と同一又は略同一の位置の外側に配置された導電シートを有し、該導電シートの片面の面積は、アンテナコイルが囲む面積以上で、データキャリアのアンテナコイルの近傍に配置されている。しかし、この非接触式データキャリア装置では、放射板として機能する導電シートがソリッドな状態であって専有面積が大きく、他の電子部品はこの導電シート以外の領域に搭載する必要があり、スペース効率が悪く、結果的に携帯端末機器の大型化を招いてしまう。

特許文献２には、基材の表面上に形成された所定の導体パターンからなるアンテナ導体と、基材の裏面上に配設された金属面とを備え、金属面の一部には、その始端及び終端がともに当該金属面が存在しない領域に開放されているような形状の切り込みが設けられているアンテナ回路が記載されている。しかし、必要な通信特性を得ようとすると、金属面及びアンテナ導体を大きくする必要があり、基材の厚みもあってアンテナのサイズが全体的に大型化してしまう。また、他の電子部品は金属面やアンテナ導体以外の領域に搭載する必要があり、スペース効率が悪く、結果的に携帯端末機器の大型化を招いてしまう。

特許文献３には、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、該無線ＩＣチップに接続され、少なくとも一つのコイルパターンを含んだ給電回路を有する給電回路基板と、該給電回路基板から供給された送信信号を放射するとともに、受信信号を受けてこれを給電回路基板に供給する放射板とを備えた無線ＩＣデバイスが記載されている。また、その図１８などには、開口部とスリット部を有する第１の電極と、該第１の電極を囲む環状の第２の電極とで構成された放射板が記載されている。しかし、この環状をなす第２の電極は第１の電極を完全に取り囲んでいるため、Ｑ値が低くなる傾向にあり、通信特性向上の余地がある。また、特許文献３でも他の電子部品との関係でスペース効率を向上させる点に言及することはない。

特開２００１−３５１０８３号公報 特開２００７−３２４８６５号公報 国際公開第２００９／１４２１１４号

そこで、本発明の目的は、通信特性の向上を図るとともに、他の電子機器をスペース効率よく配置できる通信端末機器及びアンテナ装置を提供することにある。

本発明の第１の形態である通信端末機器は、
アンテナ装置と、前記アンテナ装置とは異なった機能を有して外部に情報を出力する又は外部から情報を入力する電子機器とを備えた通信端末機器であって、
前記アンテナ装置は、
ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、を備え、
前記電子機器は、前記第３開口部を通じて外部に情報を出力する又は外部から情報を入力するように配置されていること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態であるアンテナ装置は、
ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、
を備えたことを特徴とする。

前記アンテナ装置においては、給電回路からの給電によってコイル導体に誘導電流が発生し、この誘導電流が結合導体部を介して枠状放射導体部にさらに誘導電流を誘起させ、枠状放射導体部から磁界が放射され、ＲＦＩＤシステムのリーダライタと通信を行う。ブースタ導体は結合導体部がコイル導体と少なくとも一部で重なっているため、誘導電流が効率的に誘起され、通信特性が向上する。特に、ブースタ導体の放射導体部は枠状であるため、コイル導体のＱ値が高くなり、この点でも通信特性が向上する。

また、ブースタ導体の放射導体部は枠状（第３開口部）であるため、第３開口部を通じて情報の入出力が可能である。例えば、カメラを第３開口部に配置することで、第３開口部を通じて撮影ができ、赤外線通信機器を第３開口部に配置することで第３開口部を通じて外部と赤外線通信が可能になり、スピーカを第３開口部に配置することで音声などを外部に伝達できる。このように、第３開口部に外部に情報を出力する又は外部から情報を入力するように電子機器を配置することで通信端末機器の高密度実装が可能となる。

本発明によれば、通信特性の向上を図るとともに、他の電子機器をスペース効率よく配置できる。

第１実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 第１実施例であるアンテナ装置を示し、（Ａ）はコイル導体に流れる電流を示す説明図、（Ｂ）はブースタ導体に流れる電流を示す説明図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。 比較例であるブースタ導体に流れる電流を示す説明図である。 第１実施例であるアンテナ装置と比較例の通信特性を示すグラフである。 いま一つの比較例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 第１実施例であるアンテナ装置を携帯端末機器に組み込んだ状態を示す要部の斜視図である。 第１実施例であるアンテナ装置の変形例を示す分解斜視図である。 コイル導体の変形例を示す平面図である。 第２実施例であるアンテナ装置を示し、（Ａ）はコイル導体とブースタ導体を組み合わせた状態を示す平面図、（Ｂ）はそれぞれを分解して示す平面図である。 第３実施例であるアンテナ装置を示し、（Ａ）はコイル導体とブースタ導体を組み合わせた状態を示す平面図、（Ｂ）はそれぞれを分解して示す平面図である。 第４実施例であるアンテナ装置を示し、（Ａ）はコイル導体とブースタ導体を組み合わせた状態を示す平面図、（Ｂ）はそれぞれを分解して示す平面図である。 第５実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。

以下、本発明に係る通信端末機器及びアンテナ装置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。また、以下の実施例においては、通信端末機器を携帯端末機器として説明する。

（第１実施例、図１〜図４参照）
第１実施例であるアンテナ装置１Ａは、図１に示すように、コイル導体１０とブースタ導体２０とで構成されている。コイル導体１０は、図示しない絶縁シートを介して２層の積層構造としたもので、平面視で重ねて巻回されたループ状導体１１，１２がそれぞれの端部でビアホール導体１３ａを介して接続されて一つのコイルを形成し、巻回中心部に第１開口部１４を有している。また、給電端子１５ａ，１５ｂ及び１６ａ，１６ｂがそれぞれビアホール導体１３ｂ，１３ｃを介して接続されており、給電端子１５ｂはループ状導体１２の一端に接続され、給電端子１６ａはループ状導体１１の一端に接続されている。給電端子１５ａ，１６ａは図示しない給電回路に接続される。給電回路は周知のもので、ＲＦ回路やベースバンド（ＢＢ）回路のような信号処理回路を有した半導体集積回路素子として構成されている。なお、ループ状導体１１の端子１５ａ，１６ａはいずれかの端子がグランドに接続されるようなアンバランス給電であってもよい。

ブースタ導体２０は、結合導体部２１と枠状放射導体部２５とで構成されている。結合導体部２１は、前記コイル導体１０と平面視で重なる第２開口部２２を有し、一部がスリット２３にて分断されているとともに、前記コイル導体１０と電磁界結合している。つまり、第１開口部１４と第２開口部２２とが平面視で重なっている。枠状放射導体部２５は、第３開口部２６を有し、前記結合導体部２１に２点で接続されている。

前記コイル導体１０及びブースタ導体２０は、それぞれ、図示しない絶縁シート上に金属箔や金属薄膜、金属厚膜にて所定の形状に形成されている。金属薄膜をフォトリソグラフィー法やエッチング法でパターニングしてもよく、導電性ペーストをスクリーン印刷してもよい。

このアンテナ装置１Ａにおいては、コイル導体１０と結合導体部２１とが電磁界結合し、給電回路とブースタ導体２０との間で高周波信号を送受信する。詳しくは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、給電回路に接続されたコイル導体１０（ループ状導体１１，１２）に誘導電流ａが環状に流れ、誘導電流ａが結合導体部２１に流れる電流ｂを介して枠状放射導体部２５にさらに誘導電流ｃを誘起させる。なお、誘導電流ｃは、枠状放射導体部２５の内側縁端部及び外側縁端部において、同方向に集中して流れる。結合導体部２１にはスリット２３が形成されているため、結合導体部２１に誘起された誘導電流ｂには電位差を生じ、結合導体部２１とコイル導体１０とが結合することになる。そして、枠状放射導体部２５から磁界が放射され、ＲＦＩＤシステムのリーダライタと通信を行う。リーダライタのアンテナから放射された高周波信号は前記とは逆の経路を通じて給電回路に伝達される。なお、図２において、コイル導体１０は単純化のために単層として描かれている。

ブースタ導体２０は結合導体部２１がコイル導体１０と平面視で重なっているため、誘導電流ａ，ｂが効率的に誘起され、通信特性が向上する。特に、ブースタ導体２０の放射導体部２５は枠状であるため、導体が近接することによるＱの低下を抑制できる。この点でも通信特性が向上する。図３に比較例として示すブースタ導体２０’は枠状放射導体部２５が結合導体部２１の両側に形成され、コイル導体１０を全周で取り囲んでいる。この場合も、ブースター導体２０’は結合導体部２１がコイル導体１０と平面視で重なっている。コイル導体１０の全周を枠状放射導体部２５が取り囲んでいると、コイル導体１０のＱ値が低下する。しかし、アンテナ装置１Ａにおいては、枠状放射導体部２５はコイル導体１０の片側のみに配置されているため、コイル導体１０のＱ値の低下は小さい。

ところで、コイル導体１０と結合導体部２１との重なり状態は、両者の電磁界結合ひいては誘導電流ｂの発生状態に微妙な影響を与える。コイル導体１０と結合導体部２１とは平面視で完全に重なっていてもよく、あるいは、図２（Ｃ）に示すように、コイル導体１０の縁部１０ａが結合導体部２１の縁部２１ａよりも第３開口部２６側にはみ出ていてもよい。

アンテナ装置１Ａの通信特性を図４に示す。比較例として図５に示すアンテナ装置１Ａ'の通信特性を図４に併せて示している。比較例であるアンテナ装置１Ａ'は、ブースタ導体２０をソリッドな放射導体部２５’としたもの、換言すれば、第３開口部２６を金属材で埋めたものである。このようにソリッドな放射導体部２５’をアンテナとして機能させるのが通常であり、図４に点線で示すように、それ自体好ましい通信特性を有している。これに対して本発明例であるアンテナ装置１Ａは枠状放射導体部２５として形成しているにも拘わらず、アンテナ装置１Ａ'と略同等の通信特性を有している。

本アンテナ装置１Ａでは、ブースタ導体２０の放射導体部２５は枠状（第３開口部２６）であるため、第３開口部２６を通じて情報の入出力が可能である。また、第３開口部２６には磁界がほとんど発生しないため、第３開口部２６内に金属部品を配置しても通信特性が劣化することはない。この点が図５に示す比較例（アンテナ装置１Ａ'）にはない利点である。

即ち、カメラを第３開口部２６に配置することで、第３開口部２６を通じて撮影ができ、赤外線通信機器を第３開口部２６に配置することで第３開口部２６を通じて外部と赤外線通信が可能になり、スピーカを第３開口部２６に配置することで音声などを外部に伝達できる。このように、第３開口部２６に外部に情報を出力する又は外部から情報を入力するように電子機器を配置することで、電子機器自体の動作に大きな影響を与えることなく、携帯端末機器の高密度実装が可能となる。

アンテナ装置１Ａを携帯端末機器に組み込んだ状態の要部を図６に示す。アンテナ装置１Ａは端末機器の基板３０上にブースタ導体２０を上側にして搭載され、第３開口部２６の領域内にはカメラや赤外線通信機器あるいはスピーカなどの電子機器３１，３２が配置されている。

また、枠状放射導体部２５に隣接していま一つのアンテナ装置３５が配置されている。このアンテナ装置３５は、携帯端末機器のメインアンテナである。アンテナ装置３５は、図５に示したソリッドな放射導体部２５’に近接して配置されると、その通信特性が劣化する。しかし、本発明例であるアンテナ装置１Ａでは枠状放射導体部２５の導体面積が小さいため、アンテナ装置３５への干渉が小さく、アンテナ装置３５を枠状放射導体部２５に隣接して配置しても、アンテナ装置３５の通信特性が劣化することはない。

本アンテナ装置１Ａを用いることにより、第３開口部２６に電子機器３１，３２を配置可能であること、及び、アンテナ装置３５を近接して配置可能であることにより、携帯端末機器内での実装密度が高くなる。さらに、これらの電子機器が、フェライトなどの磁性体あるいは、Ｆｅ，Ｎｉ，ＭｇＯなどの金属磁性体からなる部材を備えている場合は、第３開口部２６内の磁束密度が大きくなるため、通信距離をさらに延ばすことができる。

（アンテナ装置の変形例、図７参照）
前記アンテナ装置１Ａにあっては、図７に示すように、コイル導体１０側に磁性体シート４１（好ましくは、フェライトシート）を貼着してもよい。磁性体シート４１によって結合導体部２１で発生した磁界がコイル導体１０側に漏れることを防止し、枠状放射導体部２５から放射される磁界強度を高めて通信特性をさらに改善することができる。

（コイル導体の変形例、図８参照）
コイル導体１０は、図８に示すように、単層のループ状導体１８のみで形成してもよい。この場合、ループ状導体１８の両端部が給電端子１８ａ，１８ｂとされ、給電回路に接続される。なお、ループ状導体１８のターン数は任意である。

（第２実施例、図９参照）
第２実施例であるアンテナ装置１Ｂは、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、正方形状をなす結合導体部２１の対角線上に位置する２点に枠状放射導体部２５を接続したもので、コイル導体１０は正方形状に巻回した単層のループ状導体１８として結合導体部２１に重ねられている。ループ状導体１８の両端部が給電端子１８ａ，１８ｂとされている。このアンテナ装置１Ｂにおいても前記アンテナ装置１Ａと同じ作用効果を奏する。

（第３実施例、図１０参照）
第３実施例であるアンテナ装置１Ｃは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、コイル導体１０及び結合導体部２１を略Ｌ字形状として重ね合わせたもので、コイル導体１０は単層のループ状導体１８とされ、その両端部が給電端子１８ａ，１８ｂとされている。このアンテナ装置１Ｃにおいても前記アンテナ装置１Ａと同じ作用効果を奏する。

（第４実施例、図１１参照）
第４実施例であるアンテナ装置１Ｄは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、枠状放射導体部２５をコイル状に形成したものである。他の構成は前記アンテナ装置１Ａ，１Ｂと同様である。このアンテナ装置１Ｄにおいても前記アンテナ装置１Ａと同じ作用効果を奏する。特に、アンテナ装置１Ｄにあっては、コイル導体１０の形、枠状放射導体部２５の電気長と線間容量を調整することで、放射導体部２５の共振周波数をＲＦＩＤシステムで使用するのに最適な１３．５６ＭＨｚに近付けることができる。

（第５実施例、図１２参照）
第５実施例であるアンテナ装置１Ｅは、図１２に示すように、コイル導体１０及びブースタ導体２０を、ともに２層の積層構造としたものであり、図示しないＰＥＴフィルムなどの絶縁シートの表裏面にアルミニウムなどを蒸着して形成されている。

コイル導体１０は、平面視で重ねて巻回されたループ状導体１１，１２がそれぞれの端部でビアホール導体１３ａを介して接続されて一つのコイルを形成し、巻回中心部に第１開口部１４を有している。ループ状導体１１の一端には給電端子１５ａが接続されており、ループ状導体１２の一端に接続された給電端子１６ｂはビアホール導体１３ｂを介して給電端子１６ａと接続されている。給電端子１５ａ，１６ａは図示しない給電回路に接続される。

ブースタ導体２０は、第２の開口部２２及びスリット２３を有する結合導体部２１と、第３の開口部２６を有するコイル状に形成した枠状放射導体部２５とで構成されている。２層の枠状放射導体部２５は互いに電気的には接続されておらず、電磁界結合している。そして、コイル導体１０と結合導体部２１（第１開口部１４と第２開口部２２）とが平面視で重ねて配置される。

本アンテナ装置１Ｅの作用効果は基本的に前記アンテナ装置１Ａと同様であり、コイル導体１０とブースタ導体２０とがそれぞれ２層ずつ積層されていることにより、互いの結合度が高まり、通信特性が向上する。

（他の実施例）
なお、本発明に係る通信端末機器及びアンテナ装置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、コイル導体の給電端子には給電回路に代えて所定の高周波信号を処理する無線ＩＣチップを接続してもよい。また、アンテナ装置は携帯電話以外にＩＣカードなど種々の通信端末機器に搭載することができる。

以上のように、本発明は、通信端末機器及びアンテナ装置に有用であり、特に、通信特性の向上を図るとともに、他の電子機器をスペース効率よく配置できる点で優れている。

１Ａ〜１Ｅ…アンテナ装置
１０…コイル導体
１１，１２，１８…ループ状導体
１４…第１開口部
２０…ブースタ導体
２１…結合導体部
２２…第２の開口部
２３…スリット
２５…枠状放射導体部
２６…第３の開口部
３１，３２…電子機器
３５…アンテナ装置

本発明の第１の形態である通信端末機器は、
アンテナ装置と、前記アンテナ装置とは異なった機能を有して外部に情報を出力する又は外部から情報を入力する電子機器とを備えた通信端末機器であって、
前記アンテナ装置は、
ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、を備え、
前記コイル導体の外縁の少なくとも一部が平面視で前記結合導体部の外縁と実質的に一致しており、
前記電子機器は、前記第３開口部を通じて外部に情報を出力する又は外部から情報を入力するように配置されていること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態であるアンテナ装置は、
ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、を備え、
前記コイル導体の外縁の少なくとも一部が平面視で前記結合導体部の外縁と実質的に一致していること、
を特徴とする。

Claims (10)

1. アンテナ装置と、前記アンテナ装置とは異なった機能を有して外部に情報を出力する又は外部から情報を入力する電子機器とを備えた通信端末機器であって、
   前記アンテナ装置は、
   ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
   前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、を備え、
   前記電子機器は、前記第３開口部を通じて外部に情報を出力する又は外部から情報を入力するように配置されていること、
   を特徴とする通信端末機器。
2. 前記枠状放射導体部に隣接していま一つのアンテナ装置が配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の通信端末機器。
3. 前記電子機器は平面視で前記第３開口部の内側に配置されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信端末機器。
4. 前記コイル導体側に磁性体シートが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通信端末機器。
5. ループ状導体が巻回されてなり、巻回中心部に第１開口部を有し、両端部が給電回路に接続されているコイル導体と、
   前記第１開口部と少なくとも一部で重なる第２開口部を有し、一部がスリットにて分断されるとともに、前記コイル導体と電磁界結合している結合導体部と、第３開口部を有し、前記結合導体部に接続されている枠状放射導体部と、からなるブースタ導体と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
6. 前記結合導体部は前記枠状放射導体部の中央部には配置されていないこと、を特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記枠状放射導体部は前記結合導体部の２点で接続されていること、を特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記コイル導体は絶縁体を介して複数層に形成されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記ブースタ導体は絶縁体を介して複数層に形成されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 前記コイル導体側に磁性体シートが配置されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項９のいずれかに記載のアンテナ装置。

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