JPWO2015098794A1 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

巻回軸回りに巻回された形状のコイル導体を有する複数のコイルアンテナ（１００Ａ，１００Ｂ）と、少なくとも１つの端辺（ＥＳ）を有し、コイルアンテナ（１００Ａ，１００Ｂ）の少なくとも一部と平面視で重なる面状導体（１１）とを備え、複数のコイルアンテナ（１００Ａ，１００Ｂ）は、巻回軸が互いに平行で面状導体（１１）の面に沿って配置され、コイル開口部の巻回軸が延びる方向における第１コイル開口端（ＣＡ１）が端辺（ＥＳ）に近接し、且つ、各コイルアンテナ（１００Ａ，１００Ｂ）の発生する磁界が同相となるように接続される。面状導体（１１）の幅をＷ、コイルアンテナの中心間隔をＡ、コイルアンテナの中心から面状導体（１１）の縁までの距離をＢ、で表すとき、Ａ≦（３／１０）Ｗとする。

Description

本発明は、例えばＨＦ帯の通信システムに用いられるアンテナ装置および電子機器に関するものである。

携帯電話端末等の通信端末装置にＲＦＩＤ機能を付与する技術が、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１には、コイル部を備えるアンテナと、このアンテナに近接配置された金属体とを備え、アンテナのコイル部の開口部が金属体の端部に配置されたアンテナ装置が開示されている。

特開２０１２−０２９２５８号公報

ＨＦ帯を通信周波数として利用したシステムにおいて、アンテナ装置間の通信距離は、コイルアンテナを通過する磁束に依存する。つまり、アンテナ装置間で所定の通信距離を確保するためには、コイルアンテナのサイズを大きくする必要があるが、コイルアンテナの大型化は通信端末装置などの電子機器の小型化を妨げる。

特許文献１に示されているアンテナ装置では、金属体の端部に沿ってコイル開口部が拡がったアンテナを配置するため、アンテナの体積が大きく、電子機器が大型化する傾向にある。一方、電子機器の小型化を優先してアンテナの体積を小さくすれば、通信相手側アンテナとの結合が弱くなってしまう。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の通信距離を確保しつつも、占有エリアの小さなアンテナ装置、さらには小型の電子機器を提供することにある。

本発明のアンテナ装置は、巻回軸回りに巻回された形状のコイル導体を有する複数のコイルアンテナと、少なくとも１つの端辺を有し、前記コイルアンテナの少なくとも一部と平面視で重なる面状導体とを備え、
前記複数のコイルアンテナは、巻回軸が互いに平行で前記面状導体の面に沿って配置され、コイル開口部の巻回軸が延びる方向における第１コイル開口端が前記端辺に近接し、且つ、各コイルアンテナの発生する磁束が同相となるように接続され、
前記複数のコイルアンテナのうち、前記第１コイル開口端とは反対側の第２コイル開口端を通り、巻回軸に直交する方向に延びるラインでの前記面状導体の幅をＷ、前記複数のコイルアンテナの隣接するコイルアンテナの中心間隔をＡ、前記複数のコイルアンテナのうちの配列方向の一方端のコイルアンテナの中心から前記ラインに沿った面状導体の縁までの距離をＢ、で表すとき、
Ａ＜（３／１０）Ｗ且つＡ＜Ｂであることを特徴とする。

本発明の電子機器は、上記アンテナ装置を備え、コイルアンテナおよび面状導体が筐体内に設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、通信相手側アンテナとの結合係数が同じであれば、アンテナ装置を小型化でき、アンテナ体積が同じであれば、通信相手側アンテナとの結合係数を高めることができる。

図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置２０１の平面図である。 図２はコイルアンテナ１００Ａの分解斜視図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、２つのコイルアンテナの接続形態の例を示す回路図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、２つのコイルアンテナを設けることによる特性向上効果を確認するためアンテナ装置の平面図である。 図５は、２つのコイルアンテナを設けることによる特性の向上効果を示す図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、コイルアンテナの縦横比の違いによるアンテナ特性の違いを確認するためアンテナ装置の平面図である。 図７は、コイルアンテナの縦横比の違いによるアンテナ特性の違いを示す図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、図１に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性の変化を示す図である。 図９は、面状導体１１の形状が図１に示したものとは異なるアンテナ装置の平面図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、図９に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性の変化を示す図である。 図１１は、面状導体１１の形状が図１に示したものとは異なるアンテナ装置の平面図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、図１１に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性の変化を示す図である。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、２つのコイルアンテナの間隔に応じた磁束の様子を示す概念図である。 図１４は第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２の平面図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、図１４に示した面状導体１１に対する３つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの配置位置を変化させたときのアンテナ特性の変化を示す図である。 図１６は、４つのコイルアンテナを備えるアンテナ装置２０２Ｂの平面図である。 図１７は第３の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置３０３の透視斜視図である。 図１８は第３の実施形態に係るアンテナ装置２０３の平面図である。 図１９は図１８に示した基材１０およびメイン基板１１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性の変化を示す図である。 図２０は第４の実施形態に係るアンテナ装置２０４の平面図である。 図２１は第５の実施形態に係るアンテナ装置２０５の平面図である。 図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置２０５と通信相手のＲＦタグとの位置関係を示す平面図である。 図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）は、面状導体１１の端辺ＥＳに対するコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第１コイル開口端の位置が揃っていない例を示す図である。 図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）は、面状導体１１が形成された基材１０の端辺（面状導体１１の端辺）ＥＳからコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂがはみ出た例を示す図である。 図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）は、面状導体１１が形成された基材１０の端辺ＥＳより内部にコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが配置された例を示す図である。 図２６（Ａ）、図２６（Ｂ）は、基材１０に形成されたグランド電極である面状導体１１の端辺ＥＳからコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂがはみ出た例を示す図である。 図２７（Ａ）は、第７の実施形態に係るアンテナ装置２０７の平面図、図２７（Ｂ）は図２７（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図である。 図２８（Ａ）〜（Ｅ）のそれぞれは第８の実施形態に係る通信端末装置の透視斜視図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

以降に示す各実施形態のアンテナ装置および通信端末装置は、例えばＮＦＣ（Near Field Communication）等のＨＦ帯ＲＦＩＤシステムで利用される。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置２０１の平面図である。

このアンテナ装置２０１は、図１に示すように、少なくとも１つの端辺ＥＳを有する面状導体１１と２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂを有している。後に示すように、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは、巻回軸ＣＣ回りに巻回された形状のコイル導体を有している。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは第１コイル開口端ＣＡ１および第２コイル開口端ＣＡ２を有する。

コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは、巻回軸ＣＣが互いに平行で、第１コイル開口端ＣＡ１が端辺ＥＳに近接し、且つ巻回軸ＣＣが面状導体１１の面に沿って配置され、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの発生する磁束が、面状導体１１の端辺ＥＳを境界とする内外方向で同相となるように電気的に接続されている。

面状導体１１は、例えばCu、Ag、Al等の金属箔によって構成されていて、エポキシ樹脂等の硬質樹脂基材上に設けられている。

図２はコイルアンテナ１００Ａの分解斜視図である。コイルアンテナ１００Ｂはコイルアンテナ１００Ａと同じであるので、ここではコイルアンテナ１００Ａについて示す。コイルアンテナ１００Ａは基材層９１〜９８の積層体で構成されている。基材層９１，９２，９３，９７，９８は非磁性フェライト等の非磁性層、基材層９４，９５，９６は磁性フェライト等の磁性層である。

基材層９１，９２には端子電極８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂが形成されている。端子電極８１ａと８２ａはビア電極（層間接続導体）を介して接続されていて、端子電極８１ｂと８２ｂはビア電極を介して接続されている。基材層９３，９４の一方面には線状電極（面内コイル導体）８３ｃ，８４ｃが形成されていて、両側面には側面電極（側面コイル導体）８３ｅ，８４ｅが形成されている。線状電極８３ｃ，８４ｃのそれぞれはビア電極で並列接続されている。線状電極８３ｃ，８４ｃの両外側の端部はビア電極を介して端子電極８２ａ，８２ｂに接続されている。基材層９５，９６の両側面には側面電極８５ｅ，８６ｅが形成されている。基材層９７，９８の一方面には線状電極８７ｃ，８８ｃが形成されている。線状電極８７ｃ，８８ｃのそれぞれはビア電極で並列接続されている。

線状電極８３ｃ，８４ｃが並列接続されていて、線状電極８７ｃ，８８ｃが並列接続されていることにより、コイルの直流抵抗を低減している。また、線状電極８３ｃ，８４ｃ，８７ｃ，８８ｃが磁性層の外周を通り、側面電極８３ｅ，８４ｅ，８５ｅ，８６ｅが積層体の側面を通るようにしたことで、コイル開口を大きくするとともに、磁束の閉じ込めを低減している。

図３は、２つのコイルアンテナの接続形態の例を示す回路図である。２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは、図３（Ａ）のように直列接続されるか、図３（Ｂ）のように並列接続される。給電回路ＦＣは例えばＲＦＩＣである。給電回路には、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂとのインピーダンス整合用および共振周波数設定用のキャパシタＣ等のリアクタンス素子が必要に応じて含まれる。

複数のコイルアンテナのコイル導体が、給電回路に対して直列に接続されていると、コイルアンテナのインダクタンス値を増大させることができる。また、複数のコイルアンテナのコイル導体を給電回路に対して並列に接続されていると、損失が低下（Ｑ値が向上）する。

図４（Ａ）（Ｂ）および図５は、２つのコイルアンテナを設けることによる特性の向上効果を示す図である。図４（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置の平面図に寸法を入れた図、図４（Ｂ）は比較対象のアンテナ装置の平面図であり、単一のコイルアンテナ１００を搭載している。コイルアンテナ１００の平面積と２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの総平面積は等しい。

図５は図４（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ装置と通信相手側アンテナとの結合係数を示す図である。縦軸は結合係数、横軸はｙ軸方向（図４参照）のオフセット量である。図５中の特性(A) は図４（Ａ）に示したアンテナ装置の特性、特性(B) は図４（Ｂ）に示したアンテナ装置の特性である。通信相手側アンテナは、φ70ｍｍのループアンテナである。上記オフセット量は通信相手側アンテナの中心に対するｙ軸方向のずれである。

図５に示した結果から明らかなように、コイルアンテナの総平面積が同じであれば、コイルアンテナを複数に分けた方が高い結合が得られる。

図６（Ａ）（Ｂ）および図７は、コイルアンテナの縦横比の違いによるアンテナ特性の違いを示す図である。図６（Ａ）（Ｂ）のいずれも、比較のために単一のコイルアンテナを設けた状態の平面図である。図６（Ａ）（Ｂ）のそれぞれのコイルアンテナ１００の平面積は等しいが縦横比が異なる。

図７は図６（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナ装置と通信相手側アンテナとの結合係数を示す図である。縦軸は結合係数、横軸はｙ軸方向のオフセット量である。図７中の特性(A) は図６（Ａ）に示したアンテナ装置の特性、特性(B) は図６（Ｂ）に示したアンテナ装置の特性である。

図７に示した結果から明らかなように、コイルアンテナの総平面積が同じであれば、端辺ＥＳに沿った方向の長さ（幅）が、端辺ＥＳに対して垂直方向の長さより短い、すなわち図６に示した向きで縦長であると、コイルアンテナ１００へ磁束が通り易くなって、高い結合が得られる。この傾向は複数のコイルアンテナを用いる場合も同様である。

図８は、図１に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性を示す図である。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第２コイル開口端ＣＡ２を通るラインでの面状導体１１の幅をＷ、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの中心間隔（以下、「アンテナ間距離」）をＡ、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの中心から上記ラインに沿った面状導体の縁（端）までの距離（以下、「基板エッジ距離」）をＢで表す。

図８（Ａ）は、アンテナ間距離Ａに対する結合係数の関係を示す図、図８（Ｂ）は、基板エッジ距離Ｂに対する結合係数の関係を示す図である。これらの結合係数は、面状導体１１の幅Ｗを60mmとしたときの、アンテナ装置と通信相手側アンテナとの結合係数である。図８（Ａ）（Ｂ）において、実線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの総平面積に等しい平面積を有する単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すライン、破線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂと同じ単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すラインである。

図８（Ａ）（Ｂ）に表れているように、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが最接近している状態（基板エッジ距離Ｂが最も大きい状態）は、平面積２倍の単一のコイルアンテナを設けた場合に相当し、その状態からアンテナ間距離Ａを大きくしていくと、結合係数は大きくなり、アンテナ間距離Ａをさらに大きくしていくと（基板エッジ距離Ｂを小さくしていくと）、結合係数はピークに達した後、低下傾向を示す。アンテナ間距離Ａが約18mm以下であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、アンテナ間距離Ａは（３／１０）Ｗ以下であることが好ましい。また、基板エッジ距離Ｂが約21mm以上であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、基板エッジ距離Ｂは（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２以上であることが好ましい。ここで、Ｎはコイルアンテナの個数であり、本実施形態の場合はＮ＝２である。

図９は、面状導体１１の形状が図１に示したものとは異なるアンテナ装置の平面図である。この例では、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは、それらの第１コイル開口端が面状導体１１の長辺である端辺ＥＳに近接するように配置されている。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第２コイル開口端を通るラインでの面状導体の幅Ｗは100mmである。

図１０は、図９に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性を示す図である。

図１０（Ａ）は、アンテナ間距離Ａに対する結合係数の関係を示す図、図１０（Ｂ）は、基板エッジ距離Ｂに対する結合係数の関係を示す図である。図１０（Ａ）（Ｂ）において、実線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの総平面積に等しい平面積を有する単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すライン、破線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂと同じ単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すラインである。

図１０（Ａ）に表れているように、アンテナ間距離Ａが約30mm以下であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。また、図１０（Ｂ）に表れているように、基板エッジ距離Ｂが約35mm以上であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、アンテナ間距離Ａは（３／１０）Ｗ以下であることが好ましい。また、基板エッジ距離Ｂは（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２以上であることが好ましい。

図１１は、面状導体１１の形状が図１に示したものとは異なるアンテナ装置の平面図である。この例では、面状導体の幅Ｗは80mmである。

図１２は、図１１に示した面状導体１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性を示す図である。

図１２（Ａ）は、アンテナ間距離Ａに対する結合係数の関係を示す図、図１２（Ｂ）は、基板エッジ距離Ｂに対する結合係数の関係を示す図である。図１２（Ａ）（Ｂ）において、実線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの総平面積に等しい平面積を有する単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すライン、破線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂと同じ単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すラインである。

図１２（Ａ）に表れているように、アンテナ間距離Ａが約24mm以下であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。また、図１２（Ｂ）に表れているように、基板エッジ距離Ｂが約28mm以上であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、アンテナ間距離Ａは（３／１０）Ｗ以下であることが好ましい。また、基板エッジ距離Ｂは（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２以上であることが好ましい。

以上、幾つかの例で示したとおり、Ａ≦（３／１０）Ｗであると、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの隣接による効果が得られる。また、（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２≦Ｂ≦Ｗであることにより、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂから面状導体のエッジまでの面状導体の拡がり部分が通信相手側アンテナからの磁束の集磁効果およびコイルアンテナからの磁束の放射効果に寄与する。したがって、Ａ≦（３／１０）Ｗ且つ（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２≦Ｂ≦Ｗの関係でコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂを配置することにより、コイルアンテナの総体積を小さくしつつも、通信相手側アンテナとの結合が強くなる。

なお、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの巻回軸ＣＣは面状導体１１に対して平行であることが好ましい。面状導体１１に対して垂直であると、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂから生じようとする磁束の多くが面状導体１１に流れる誘導電流により打ち消されて、アンテナ装置から発生する磁束の量が減ってしまうからである。上記「平行」とは±４５°以内である。

また、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの巻回軸ＣＣは面状導体１１の端辺ＥＳに対して垂直であることが好ましい。面状導体１１の端辺（縁端部）が垂直であることにより、コイルアンテナが面状導体１１の縁端部と強く結合できるため、面状導体１１の、アンテナ装置の集磁効果および放射効果としての機能が高まる。上記「垂直」とは±４５°以内である。

コイルアンテナが近接することにより、アンテナ特性が良くなることは、以下の理由で説明できる。

コイルアンテナから発生する磁束には、通信相手側アンテナと鎖交する磁束と、鎖交しない磁束（漏れ磁束）とがある。コイルアンテナから発生する磁束に対して、通信相手側アンテナと鎖交する磁束の割合が高いほど結合係数は高い。

ここで、２つのコイルアンテナの間隔に応じた磁束の様子を概念図として図１３（Ａ）（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）に示すように、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが近接することにより、一方のコイルアンテナ１００Ａから発生する漏れ磁束φArは、他方のコイルアンテナ１００Ｂと鎖交し、他方のコイルアンテナ１００Ｂから発生する漏れ磁束φBrと相殺される。このとき、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂから発生する合成された磁束の量は低下する。しかし、相殺されるのは漏れ磁束であり、通信相手側アンテナと鎖交する磁束の量は変化しない。このため、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂに互いに磁束が鎖交することによる結合係数の低下はない。つまり、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが近接することによる結合係数向上効果が得られ、このことによりアンテナ特性は向上する。

特に、本実施形態のように、コイルアンテナへ磁束を集める集磁効果や、放射させる放射効果のために、面状導体に複数のコイルアンテナを配置する場合は、Ａ≦（３／１０）Ｗかつ（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２≦Ｂ≦Ｗであれば、前述のコイルアンテナの近接による効果と共に、集磁効果および放射効果が得られる。この条件であれば、総平面積が等しい１つのコイルアンテナよりもアンテナ特性が向上する。

しかし、例えば図８（Ａ）に表れているように、２つのコイルアンテナが近接し過ぎていると、結合係数がかえって落ちて、アンテナ特性が悪くなる場合がある。これは、２つのコイルアンテナが近接し過ぎると、一方のコイルアンテナから発生する通信相手側アンテナと鎖交する磁束までもが、他方のコイルアンテナと鎖交して相殺されるためである。すなわち、通信相手側アンテナと鎖交する磁束の量が低下するため、結合係数は低くなり、アンテナ特性が悪くなる。特に、２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが磁性体を含む場合に、図１３（Ｂ）に示すように、一方のコイルアンテナ１００Ａから生じる磁束のほとんどが、他方のコイルアンテナ１００Ｂの磁性体も含めた磁性体のみの磁路を形成する。よって、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの外部に磁束がほとんど出ない。このことにより、通信相手側アンテナと鎖交する磁束の量が著しく低下し、結合係数も低下してアンテナ特性が悪くなる。つまり、コイルアンテナは少なくとも離間しているほうが好ましい。

《第２の実施形態》
図１４は第２の実施形態に係るアンテナ装置２０２Ａの平面図である。本実施形態のアンテナ装置２０２Ａは３つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃのそれぞれを第１コイル開口端が面状導体１１の端辺ＥＳに近接するように配置されている。この例では、面状導体の幅Ｗは60mmである。

図１５は、図１４に示した面状導体１１に対する３つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの配置位置を変化させたときのアンテナ特性を示す図である。

図１５（Ａ）は、アンテナ間距離Ａに対する結合係数の関係を示す図、図１５（Ｂ）は、基板エッジ距離Ｂに対する結合係数の関係を示す図である。図１５（Ａ）（Ｂ）において、実線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの総平面積に等しい平面積を有する単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すラインである。

図１５（Ａ）に表れているように、アンテナ間距離Ａが約18mm以下であると、平面積３倍のコイルアンテナを１つ設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。また、図１５（Ｂ）に表れているように、基板エッジ距離Ｂが少なくとも12mm以上であると、平面積３倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、アンテナ間距離Ａは（３／１０）Ｗ以下であることが好ましい。また、基板エッジ距離Ｂは（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２以上であることが好ましい。ここで、Ｎはコイルアンテナの個数であり、本実施形態の場合はＮ＝３である。

以上に示したとおり、コイルアンテナが隣接することによる効果はコイルアンテナが２つである場合に限らず、３つまたは４つ以上である場合にも当てはまる。図１６は４つのコイルアンテナを備えるアンテナ装置２０２Ｂの平面図である。本実施形態のアンテナ装置２０２Ｂは４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが面状導体１１に配置されている。面状導体１１の１つの端辺ＥＳに沿って、４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが配置されている。

これらコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、全て並列接続、全て直列接続、各辺で並列に接続したものを直列接続、各辺で直列に接続ものを並列接続する、といった各種の接続方法が採れる。

ここで各部の寸法は次のとおりである。

アンテナ間距離Ａ＝12mm
基板エッジ距離Ｂ＝12mm
面状導体１１の幅Ｗ＝60mm
したがって、Ａ≦（３／１０）Ｗの関係にある。

また、
（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２＝（６０−１２（４−１））／２＝１２
したがって、Ｂ＝（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２である。

このように、コイルアンテナが４つ以上である場合にも本発明は適用でき、そのことで、結合係数を大きくできる。

なお、アンテナ間距離Ａが複数あって、それらの距離が異なる場合には、それらの寸法のうち、Ａ≦（３／１０）Ｗでは最小値を、Ｂ≦（Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２では最大値をＡの値として採用する。

《第３の実施形態》
図１７は第３の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置３０３の透視斜視図である。この通信端末装置３０３において、端末筐体３２０にはシールド効果をもつシールド導体１１１、メイン基板１０、バッテリーパック１１２等が内蔵されている。メイン基板１０は通常多層基板で構成され、実質的にほぼ全面にグランド電極が形成されていて、このグランド電極が面状導体の一部として作用する。またシールド導体板１１１およびバッテリーパック１１２も面状導体の一部として作用する。すなわち、アンテナ装置は、メイン基板１０、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ、シールド導体１１１、バッテリーパック１１２等によって構成されている。

コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは端末筐体３２０の裏面側に配置されている。シールド導体１１１は、表示装置の裏に配置される。メイン基板１０は、エポキシ樹脂等の硬質樹脂基板で構成されたプリント配線板であり、表示装置の駆動回路、バッテリーの制御回路等を構成する回路素子が搭載されていて、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの他、通信回路（ＲＦ回路）等を構成する回路素子が搭載されている。この通信端末装置３０３は、図１７に示すように通信相手側のループアンテナ４００にかざされる。

図１８は第３の実施形態に係るアンテナ装置２０３の平面図である。本実施形態のアンテナ装置２０３は２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第１コイル開口端が面状導体１１の端辺ＥＳに近接するように配置されている。この例では、面状導体の幅Ｗは100mmである。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは幅Ｗの中央には配置できないので、基板エッジ距離Ｂは基材１０の端までの距離60.4mmで一定である。なお、ここで基板エッジ距離Ｂは２つ考えられるが、長いほうの距離のことである。

図１９は図１８に示した基材１０およびメイン基板１１１に対する２つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置を変化させたときのアンテナ特性を示す図である。

図１９において、実線の横線はコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの総平面積に等しい平面積を有する単一のコイルアンテナを搭載したアンテナ装置の結合係数を示すラインである。

図１９に表れているように、アンテナ間距離Ａが約30mm以下であると、平面積２倍のコイルアンテナを設けたアンテナ装置より高い結合係数が得られる。すなわち、アンテナ間距離Ａは概ね（３／１０）Ｗ以下であることが好ましい。

以上に示したとおり、面状導体が複数の部材で構成される場合にも本発明は適用される。すなわち、本発明における「面状導体」は、集磁素子として作用するもの、磁束を遮る機能を有するもの、であり、立体物も含む。なお、多層基板内の複数層に形成されたグランド電極も面状導体になり得る。

《第４の実施形態》
図２０は第４の実施形態に係るアンテナ装置２０４の平面図である。本実施形態のアンテナ装置２０４は４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを備え、これらが面状導体１１に配置されている。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは、それぞれの第１コイル開口端が面状導体１１のＸ軸方向に延びる端辺ＥＳ１に近接するように配置されている。また、コイルアンテナ１００Ｃ，１００Ｄは、それぞれの第１コイル開口端が面状導体１１のＹ軸方向に延びる端辺ＥＳ２に近接するように配置されている。よって、コイルアンテナの巻回軸はＸ軸方向とＹ軸方向の２方向が存在する。

これらコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、全て並列接続、全て直列接続、各辺で並列に接続したものを直列接続、各辺で直列に接続ものを並列接続する、といった各種の接続方法が採れる。

２つの端辺ＥＳ１，ＥＳ２のそれぞれに近接配置された２つのコイルアンテナについて、第１の実施形態と同様に位置関係を規定する。すなわち、コイル開口端を通るラインでの面状導体の幅をＷ１，Ｗ２、コイルアンテナの中心間隔をＡ１，Ａ２、一方端のコイルアンテナの中心からラインに沿った面状導体の縁までの距離をＢ１，Ｂ２、コイルアンテナの個数をＮ１，Ｎ２で表すと、次の関係を満たす。

Ａ１≦（３／１０）Ｗ１ 且つ （Ｗ１−Ａ１（Ｎ１−１））／２≦Ｂ１≦Ｗ１
Ａ２≦（３／１０）Ｗ２ 且つ （Ｗ２−Ａ２（Ｎ２−１））／２≦Ｂ２≦Ｗ２
本実施形態によれば、それぞれの端辺に関して各実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、上記の条件式により、それぞれの端辺ＥＳ１，ＥＳ２で、２つのコイルアンテナと同じ面積を有する１つのコイルアンテナを配置するよりも、結合係数が大きくなる。また、さらなる効果として、コイルアンテナの巻回軸が少なくとも２方向存在することにより、向きが縦方向（Ｙ軸方向）の磁束と向きが横方向（Ｘ軸方向）の磁束が生じることで、読取り範囲が広がる。つまり、通信相手との位置関係が横にずれたとしても縦方向の磁束で結合し、縦にずれたとしても横方向の磁束で結合するため、縦横にずれたとしても読取ることができる。すなわち読み取り可能範囲が縦横に広がる。さらに、各辺に沿ってコイルアンテナが複数配列されているため、各辺に沿って同一方向の磁束が広がる。よって、読取り可能範囲がさらに縦横に広がる。

《第５の実施形態》
図２１は第５の実施形態に係るアンテナ装置２０５の平面図である。本実施形態のアンテナ装置２０５は４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが面状導体１１に配置されている。面状導体１１の互いに隣接する２つの端辺ＥＳ１，ＥＳ２に対して、４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが面状導体１１の１つの角に偏って配置されている。

これらコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、全て並列接続、全て直列接続、各辺で並列に接続したものを直列接続、各辺で直列に接続ものを並列接続する、といった各種の接続方法が採れる。

２つの端辺ＥＳ１，ＥＳ２のそれぞれに近接配置された２つのコイルアンテナについて、第３の実施形態と同様に位置関係を規定する。すなわち、コイル開口端を通るラインでの面状導体の幅をＷ１，Ｗ２、コイルアンテナの中心間隔をＡ１，Ａ２、一方端のコイルアンテナの中心からラインに沿った面状導体の縁までの距離をＢ１，Ｂ２、コイルアンテナの個数をＮ１，Ｎ２で表すと、次の関係を満たす。

Ａ１≦（３／１０）Ｗ１ 且つ （Ｗ１−Ａ１（Ｎ１−１））／２≦Ｂ１≦Ｗ１
Ａ２≦（３／１０）Ｗ２ 且つ （Ｗ２−Ａ２（Ｎ２−１））／２≦Ｂ２≦Ｗ２
２つのコイルアンテナの中心からラインに沿った面状導体の縁までの距離は２つ選べるが、このうち距離の長い方をＢ１，Ｂ２とする。

本実施形態によれば、それぞれの端辺ＥＳ１，ＥＳ２で、２つのコイルアンテナと同じ面積を有する１つのコイルアンテナを配置するよりも、さらに次のような効果を奏する。

図２２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、いずれも本実施形態に係るアンテナ装置２０５と、通信相手のＲＦタグ５００との位置関係を示す平面図である。但し、ＲＦタグ５００はその外形を破線で表している。ＲＦタグ５００内のコイルアンテナの形状は、この破線に沿ったループ状である。図２２（Ａ）は、アンテナ装置２０５に対してＲＦタグ５００がＸ軸方向にずれる場合の位置関係を示している。アンテナ装置２０５は、Ｘ軸方向に延びる端辺に沿って巻回軸がＹ軸方向であるコイルアンテナ１００Ａないし１００Ｂが配置されているので、アンテナ装置２０５のコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの配置位置へＲＦタグを近接させるときの、通信可能範囲はＸ軸方向に余裕がある。すなわち、ＲＦタグ２０５はＸ軸方向に多少ずれても通信が可能である。また、図２２（Ｂ）は、アンテナ装置２０５に対してＲＦタグ５００がＹ軸方向にずれる場合の位置関係を示している。アンテナ装置２０５は、Ｙ軸方向に延びる端辺に沿って巻回軸がＸ軸方向であるコイルアンテナ１００Ｃないし１００Ｄが配置されているので、アンテナ装置２０５のコイルアンテナ１００Ｃ，１００Ｄの配置位置へＲＦタグを近接させるときの、通信可能範囲はＹ軸方向にも余裕がある。すなわち、ＲＦタグ２０５はＹ軸方向に多少ずれても通信が可能である。

図２２（Ｃ）はアンテナ装置２０５のホットスポットとＲＦタグとの位置関係を示す図である。コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが面状導体１１の角付近に位置するため、アンテナ装置２０５のホットスポットＨＳ（ＲＦタグ５００とコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが最も結合する領域）は面状導体１１の当該角付近に位置する。このとき、ＲＦタグ５００のコイルアンテナの外形寸法よりも面状導体１１の外形寸法の方が大きい場合を考える。確実に通信を行うためにＲＦタグ５００をホットスポットＨＳに配置すると、平面導体の主面の垂直方向から平面視で面状導体１１と対向するＲＦタグ５００のコイルアンテナの部分は比較的少ない。このことで、ＲＦタグ５００のコイルアンテナと面状導体１１の不要な結合によるＲＦタグ５００のアンテナ部のインダクタンスの変動および共振周波数の変動が抑えられる。

アンテナ装置２０５をタブレット端末に設ける場合を考えると、面状導体１１は、タブレット端末内の回路基板のグランド導体パターンに相当する。この面状導体１１の寸法を２５０ｍｍ×１７０ｍｍとし、ＲＦタグ５００内のコイルアンテナの寸法を７２ｍｍ×４２ｍｍとすると、ホットスポットＨＳが面状導体１１の１つの端辺の中央付近にあると、ＲＦタグ５００のコイルアンテナは、その３辺が面状導体１１と重なってしまう（近接する）。これに対し、図２２（Ｃ）に示すように、ホットスポットＨＳが面状導体１１の角付近にあると、ＲＦタグ５００のコイルアンテナは、その２辺が面状導体１１と重なる（近接する）だけである。そのため、ＲＦタグ５００のコイルアンテナと面状導体１１の不要な結合によるＲＦタグ５００のアンテナ部のインダクタンスの変動および共振周波数の変動が抑えられる。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では面状導体の形状およびコイルアンテナの配置についての幾つかの変形例を示す。これらの例についても本発明は同様に適用される。

図２３（Ａ）は、面状導体１１の端辺ＥＳに対してコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第１コイル開口端の位置が揃っていない例である。このように複数のコイルアンテナの位置が面状導体１１の端辺ＥＳに対して多少ずれていてもよい。

図２３（Ｂ）は面状導体１１の端辺ＥＳの形状が単純な直線ではない例である。面状導体１１は基材１０に形成された例えばグランド電極である。この基材１０は単純な矩形でなく、したがって面状導体１１が単純な矩形でなくでもよい。この図２３（Ｂ）に示した例では、コイルアンテナ１００Ａと比べて、より面状導体１１の内側にあるほうであるコイルアンテナ１００Ｂの第２コイル開口端ＣＡ２を通るラインでの幅Ｗを面状導体の幅として扱うことができる。

図２４（Ａ）は、面状導体１１が形成された基材１０の端辺（面状導体１１の端辺）ＥＳからコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂがはみ出た例である。図２４（Ｂ）は、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第１コイル開口端ＣＡ１が基材１０の端辺ＥＳ１から内側に収まっているが、面状導体１１の端辺ＥＳ２からははみ出ている例である。このように、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂの第１コイル開口端ＣＡ１が面状導体１１の端辺よりはみ出ていることにより集磁効果が高まり、広角度に亘り高い結合係数が得られる。

図２５（Ａ）は面状導体１１が形成された基材１０の端辺ＥＳより内部にコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが配置された例である。図２５（Ｂ）は、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが面状導体１１の端辺ＥＳ２より内部に配置された例である。このように、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが面状導体１１の端辺より多少内側にあっても面状導体１１による集磁効果は利用できる。

図２６（Ａ）（Ｂ）は、メイン基板１０に形成されたグランド電極である面状導体１１の端辺ＥＳからコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂがはみ出た例である。このように、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは基材１０の内部にあっても、面状導体１１の端辺からはみ出ていることで高い集磁効果が得られる。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、面状導体の２辺に沿ってそれぞれ複数のコイルアンテナを配置したアンテナ装置について示す。

図２７（Ａ）は、第７の実施形態に係るアンテナ装置２０７の平面図、図２７（Ｂ）は図２７（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図である。面状導体１１はプリント配線板ＰＣＢに形成されたグランド導体パターンである。面状導体１１の第１端辺ＥＳ１に沿ってコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂが配置されていて、面状導体１１の第２端辺ＥＳ２に沿ってコイルアンテナ１００Ｃ，１００Ｄが配置されている。

コイルアンテナ１００Ａとコイルアンテナ１００Ｃは、図２７（Ｂ）に示すように、面状導体１１に対して垂直方向の磁束（破線矢印φ）が強めあうように、巻回・接続されている。コイルアンテナ１００Ｂとコイルアンテナ１００Ｄとの関係についても同様に巻回・接続されている。このように、面状導体１１を集磁素子として利用すれば、プリント配線板ＰＣＢの法線方向の通信距離を大きくできる。

コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの接続方法には様々な形態を採ることができる。例えば、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂを並列接続し、コイルアンテナ１００Ｃ，１００Ｄを並列接続し、これら並列接続回路を直列接続する。また、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｃを直列接続し、コイルアンテナ１００Ｂ，１００Ｄを直列接続し、これら直列接続回路を並列接続してもよい。４つのコイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの全てを直列接続することや全てを並列接続することも可能であるが、抵抗成分を抑える点で、上記のように並列接続と直列接続とを併用する方が好ましい。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では通信端末装置内へのアンテナ装置の組み込み構造の変形例を示す。図２８（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれは通信端末装置の透視斜視図である。これらのいずれの通信端末装置においても、端末筐体３２０にシールド導体１１１、メイン基板１０、バッテリーパック１１２等が内蔵されている。メイン基板１０には実質的にほぼ全面にグランド電極が形成されていて、このグランド電極が面状導体の一部として作用する。またシールド導体１１１およびバッテリーパック１１２も面状導体の一部として作用する。すなわち、アンテナ装置は、メイン基板１０、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂ、メイン基板１１１、バッテリーパック１１２等によって構成されている。

図２８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、コイルアンテナ１００Ａ，１００Ｂは基材１０のどの端辺付近に配置されてもよい。

なお、本発明は、いわゆるスマートフォンや携帯電話端末などの通信端末装置、タブレットＰＣ、ノートパソコン、いわゆるスマートグラスやスマートウォッチ等のウェアラブル端末、ゲーム機、カメラ、カード等のＲＦＩＤタグ等、本発明のアンテナ装置を搭載した全ての電子機器に同様に適用できる。

Ａ…アンテナ間距離
Ｂ…基板エッジ距離
Ｃ…キャパシタ
ＣＡ１…第１コイル開口端
ＣＡ２…第２コイル開口端
ＣＣ…巻回軸
ＥＳ，ＥＳ１，ＥＳ２…端辺
ＦＣ…給電回路
Ｗ…幅
１０…メイン基板
１１…面状導体
８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ…端子電極
８３ｃ，８４ｃ，８７ｃ，８８ｃ…線状電極
８３ｅ，８４ｅ，８５ｅ，８６ｅ…側面電極
９１〜９８…基材層
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…コイルアンテナ
１１１…シールド導体
１１２…バッテリーパック
２０１，２０３〜２０５，２０７…アンテナ装置
２０２Ａ，２０２Ｂ…アンテナ装置
３０３…通信端末装置
３２０…端末筐体
４００…ループアンテナ
５００…ＲＦタグ

Claims (8)

1. 巻回軸回りに巻回された形状のコイル導体を有する複数のコイルアンテナと、少なくとも１つの端辺を有し、前記コイルアンテナの少なくとも一部と平面視で重なる面状導体とを備え、
   前記複数のコイルアンテナは、巻回軸が互いに平行で前記面状導体の面に沿って配置され、コイル開口部の巻回軸が延びる方向における第１コイル開口端が前記端辺に近接し、且つ、各コイルアンテナの発生する磁束が同相となるように接続され、
   前記複数のコイルアンテナのうち、前記第１コイル開口端とは反対側の第２コイル開口端を通り、巻回軸に直交する方向に延びるラインでの前記面状導体の幅をＷ、前記複数のコイルアンテナの隣接するコイルアンテナの中心間隔をＡ、で表すとき、
   Ａ≦（３／１０）Ｗであることを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記複数のコイルアンテナのうち、１つの前記端辺に配置されている個数はＮ個（Ｎは２以上の整数）であり、
   前記Ｎ個のコイルアンテナのうちの配列方向の一方端のコイルアンテナの中心から前記ラインに沿った前記面状導体の縁までの距離をＢで表すとき、
   （Ｗ−Ａ（Ｎ−１））／２≦Ｂ≦Ｗである、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記複数のコイルアンテナは磁性体を備え、
   前記複数のコイルアンテナはそれぞれ離間している、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記コイルアンテナは、平面視で、前記端辺に沿った方向の長さが、前記端辺に垂直方向の長さより短い、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記コイルアンテナの第１コイル開口端は、前記面状導体の端辺より外側にはみ出た位置に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記複数のコイルアンテナのうち、少なくとも２つのコイルアンテナのコイル導体は、給電回路に対して直列に接続されている、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記複数のコイルアンテナのうち、少なくとも２つのコイルアンテナのコイル導体は、給電回路に対して並列に接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置を備え、前記コイルアンテナおよび前記面状導体が筐体内に設けられた、電子機器。

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