JPWO2017126418A1 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

コイル開口(CA)周りに巻回されたコイル導体を有するコイルアンテナ(21)と、コイル開口(CA)の一部およびコイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する面状導体(筐体の金属部)(10)と、を備える。コイル開口(CA)と面状導体(10)との面状導体(10)の法線方向における最小離間距離は、コイル導体と面状導体(10)との面状導体(10)の法線方向における最小離間距離よりも大きい。また、例えば、面状導体(10)は、コイル開口(CA)の平面視で、コイル開口(CA)に重なる第1領域(A1)と、コイル導体の外縁に重なる第3領域(A3)とを有し、第1領域(A1)は第3領域(A3)に比べてコイル導体から離間する方向に凹む凹部(10CP)を備える。

Description

本発明は、コイルアンテナを有するアンテナ装置に関し、特に面状導体と共に用いられるアンテナ装置およびそれを備える電子機器に関する。
コイルアンテナを面状導体に結合させることにより、磁束を効率よく放射させるアンテナ装置が特許文献1に示されている。このように、コイルアンテナによるアンテナ装置を、面状導体を備える電子機器に設ける場合に、面状導体がコイルアンテナの磁束を遮蔽しないように設けることによって、電子機器にアンテナ装置を容易に組み込むことができる。
国際公開第2010/122685号
特許文献1に示されているアンテナ装置を、金属筐体等を備えた電子機器に用いる場合、コイルアンテナは金属筐体に密着する。そのため、コイルアンテナから発生した磁束が金属筐体に鎖交し、そのことで、金属筐体に強い渦電流が流れ、アンテナ装置の損失増大およびQ値の低下を引き起こす。
一般に、近傍界における電力伝送効率のファクターは、送受のコイルアンテナ間の結合係数kと、送受のコイルアンテナのQ値との積(kQ積)である。したがって、Q値の低下は電力伝送効率の低下を招く。
本発明の目的は、金属筐体等の面状導体に流れる渦電流による特性劣化が抑制されたアンテナ装置およびそれを備える電子機器を提供することにある。
本発明の発明者等は、面状導体とコイルアンテナとの結合係数は充分に大きくできるのに対し、Q値の高いコイルアンテナは得難いこと、したがって、コイルアンテナおよび面状導体のQ値の増大がkQ積を向上させる上で有効であることを見出した。
(1)本発明のアンテナ装置は、
コイル開口の周りに巻回されたコイル導体を有するコイルアンテナと、
前記コイル開口の一部および前記コイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
前記コイル開口と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記コイル導体と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
ことを特徴とする。
上記構成により、コイル導体と面状導体との間に空間が設けられ、面状導体に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
(2)前記面状導体は、前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口の少なくとも一部に重なる第1領域と、前記コイル導体の外縁に重なる第3領域とを有し、前記第1領域は前記第3領域に比べて前記コイル導体から離間する方向に凹む凹部を備える、ことが好ましい。
上記構成により、単純な巻回パターンのコイル導体を有するコイルアンテナを用いながらも、コイル導体と面状導体との間に空間が設けられ、面状導体に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
(3)上記(1)または(2)において、前記第1領域および前記第2領域は、前記コイル導体の巻回方向の全周に亘る領域であることが好ましい。これにより、渦電流の抑制効果が効果的となって、よりQ値の高いアンテナ装置が得られる。
(4)上記(2)または(3)において、前記面状導体の凹部は複数の凹部で構成されていてもよい。これにより、凹部が連続的に拡がる構造に比べて、面状導体の機械的強度の低下が抑制される。
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記コイルアンテナは、前記面状導体とは反対側で前記コイル導体の形成範囲に沿って配置された磁性体を有することが好ましい。これにより、磁性体が、この磁性体を通る磁束の磁路を形成するため、コイルアンテナに交わる磁束が増加する。また、面状導体以外の導体とコイルアンテナとの不要結合が抑制される。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記面状導体は外縁から内方へ延伸する切欠部を有し、前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口は前記切欠部と少なくとも一部で重なることが好ましい。これにより、コイルアンテナは面状導体の平面視で面状導体と重なり、省スペース化できる。
(7)上記(6)において、前記切欠部は外縁より内方が拡がっていることが好ましい。これにより、面状導体とコイルアンテナとの結合係数を高めることができる。
(8)本発明のアンテナ装置は、
コイル開口の周りに巻回された内周側の第1コイル導体部および外周側の第2コイル導体部を含むコイル導体を有するコイルアンテナと、
前記第1コイル導体部および前記第2コイル導体部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
前記第1コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記第2コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
ことを特徴とする。
上記構成により、コイル導体と面状導体との間に空間が設けられ、面状導体に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
(9)上記(8)において、前記面状導体は、前記コイル開口の平面視で、前記コイル導体の内縁に重なる第2領域と、前記コイル導体の外縁に重なる第3領域とを有し、前記第2領域は前記第3領域に比べて前記コイル導体から離間する方向に凹む凹部を備える、ことが好ましい。
上記構成により、単純な巻回パターンのコイル導体を有するコイルアンテナを用いながらも、コイル導体と面状導体との間に空間が設けられ、面状導体に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
(10)上記(9)において、前記第2領域は、前記コイル導体の巻回方向の全周に亘る領域であることが好ましい。これにより、渦電流の抑制効果が効果的となって、よりQ値の高いアンテナ装置が得られる。
(11)上記(9)または(10)において、前記面状導体の凹部は複数の凹部で構成されていてもよい。これにより、凹部が連続的に拡がる構造に比べて、面状導体の機械的強度の低下が抑制される。
(12)上記(8)から(11)のいずれかにおいて、前記コイルアンテナは、前記面状導体とは反対側で前記コイル導体の形成範囲に沿って配置された磁性体を有することが好ましい。これにより、磁性体が、この磁性体を通る磁束の磁路を形成するため、コイルアンテナに交わる磁束が増加する。また、面状導体以外の導体とコイルアンテナとの不要結合が抑制される。
(13)上記(8)から(12)のいずれかにおいて、前記面状導体は外縁から内方へ延伸する切欠部を有し、前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口は前記切欠部と少なくとも一部で重なることが好ましい。これにより、コイルアンテナは面状導体の平面視で面状導体と重なり、省スペース化できる。
(14)上記(13)において、前記切欠部は外縁より内方が拡がっていることが好ましい。これにより、面状導体とコイルアンテナとの結合係数を高めることができる。
(15)本発明の電子機器は、アンテナ装置を備え、
前記アンテナ装置は、
コイル開口の周りに巻回されたコイル導体を有するコイルアンテナと、
前記コイル開口の一部および前記コイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
前記コイル開口と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記コイル導体と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
ことを特徴とする。
上記構成により、結合相手のアンテナ装置との間で高い電力伝送効率で信号または電力の伝送が行われる。
(16)本発明の電子機器は、アンテナ装置を備え、
前記アンテナ装置は、
コイル開口の周りに巻回された内周側の第1コイル導体部および外周側の第2コイル導体部を含むコイル導体を有するコイルアンテナと、
前記第1コイル導体部および前記第2コイル導体部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
前記第1コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記第2コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
ことを特徴とする。
上記構成により、結合相手のアンテナ装置との間で高い電力伝送効率で信号または電力の伝送が行われる。
本発明によれば、面状導体に流れる渦電流による特性劣化が抑制されたアンテナ装置およびそれを備える電子機器が得られる。
図1は第1の実施形態に係るアンテナ装置101の平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図2(A)は筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図2(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図3は、電子機器201の、コイルアンテナのコイル開口を通る面での縦断面図である。 図4は、アンテナ装置101および、それに結合する相手側アンテナ装置の回路図である。 図5は第2の実施形態に係るアンテナ装置102の平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図6(A)は第3の実施形態に係るアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図6(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図7(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図7(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図8(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図8(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図9(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図9(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図10(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図10(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図11(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図11(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図12(A)は第3の実施形態に係る別のアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図12(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図である。 図13は第4の実施形態に係るアンテナ装置104Aの平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図14は第4の実施形態に係る別のアンテナ装置104Bの平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図15は第5の実施形態に係るアンテナ装置105Aの平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図16は第5の実施形態に係る別のアンテナ装置105Bの平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図17は、第6の実施形態に係るアンテナ装置における、コイルアンテナ21の構成を示す平面図とそのX−X部分の断面図である。 図18は第7の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の断面図である。 図19(A)は、第8の実施形態に係るアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図19(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図20(A)は第9の実施形態に係るアンテナ装置の筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図20(B)はコイルアンテナシート20を重ねた状態でのコイルアンテナシート20付近の平面図およびそのX−X部分の断面図である。 図21は第10の実施形態に係るアンテナ装置110Aの平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図22は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Bの平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図23は第11の実施形態に係るアンテナ装置111の平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図24は第12の実施形態に係るアンテナ装置112の平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図25は第13の実施形態に係るアンテナ装置113の平面図と、そのX−X部分の断面図である。 図26は第14の実施形態に係る幾つかのタイプのアンテナ装置の断面図である。
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。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、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。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《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101の平面図と、そのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置101は例えば携帯電子機器(以下、単に「電子機器」)に構成される。図1の平面図は、電子機器の筐体の内側から視た図(筐体の内側を上面にした状態での平面図)である。このことは以降に示す各実施形態についても同様である。
本実施形態のアンテナ装置101は、スマートフォンやフィーチャーフォン等の携帯電子機器のみならず、スマートウォッチやスマートグラス等のウェアラブル端末、ノートPC、タブレット端末、カメラ、ゲーム機、玩具、ICタグやSDカードやSIMカードやICカード等の情報媒体等の様々な電子機器に適用できる。以降に示す別の実施形態で示す各アンテナ装置についても同様に適用可能である。
電子機器の筐体は金属部10,11を含む。金属部10は面状に広がる面を有する。金属部10には、方形の拡張部10DPおよび、この拡張部10DPと一辺との間を繋ぐスリット10SLが形成されている。拡張部10DPの内縁は金属部10の外縁に連続している。このスリット10SLおよび拡張部10DPは本発明に係る切欠部の一例である。すなわち、切欠部は金属部10の外縁から内方へ延伸するスリット10SLと、金属部10の外縁より内方で拡がる拡張部10DPとで構成されている。
金属部10,11は、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金による金属板を成形したものである。金属部10は、端部に曲げ部10B1,10B2が形成されている。電子機器の筐体は、これら金属部10,11と樹脂部とが一体成形されたものである。上記金属部10は本発明に係る「面状導体」の一例である。金属部11は、アンテナ装置101の必須の構成要素としては用いられず、必要に応じて別のアンテナの放射素子として用いられる。
方形の絶縁性基材22には、コイル開口CAの周りに巻回された方形スパイラル状のコイル導体によるコイルアンテナ21が形成されている。この絶縁性基材22は例えば液晶ポリマー(LCP)やポリイミド樹脂(PI)等のシートであり、コイル導体はその絶縁性基材22に形成されたCu箔等である。コイルアンテナ21はCu箔がフォトリソグラフィ等によってコイル状にパターン化されたものである。この絶縁性基材22およびコイルアンテナ21によってコイルアンテナシート20が構成されている。
コイルアンテナシート20は、コイルアンテナ21が金属部10の上記拡張部10DPの内縁に沿うように、金属部10に配置されている。したがって、金属部10はコイルアンテナ21の少なくとも一部と結合する。このように、上記コイルアンテナ21と筐体の金属部10とでアンテナ装置101は構成されている。
図1では、結合相手のコイルアンテナ91も示している。コイルアンテナ21と結合相手のコイルアンテナ91とは、磁束φで示すように、磁界結合する。
図2(A)は筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図2(B)はその部分にコイルアンテナシート20を重ねた状態での平面図およびそのX−X部分の断面図である。
筐体の金属部10は、コイル開口CAの一部およびコイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する。また、金属部10は、コイル開口CAの平面視で、コイル開口CAに重なる第1領域A1と、コイルアンテナ21の内縁に達する第2領域A2と、コイルアンテナ21の外縁に重なる第3領域A3とを有する。そして、第1領域A1および第2領域A2は、第3領域A3に比べてコイルアンテナ21から離間する方向に凹む凹部10CPを備えている。したがって、筐体の金属部10(面状導体)の法線方向における、金属部10の第1領域A1とコイル開口CAの最小離間距離、または金属部10の第2領域A2とコイルアンテナ21のコイル導体との最小離間距離は、金属部10の第3領域A3とコイルアンテナ21のコイル導体との最小離間距離に比べて大きい。
コイルアンテナ21のうち、コイル導体の巻回範囲の内周は磁束密度が高い。上記第1領域A1および第2領域A2は、この磁束密度の高い領域であるので、第1領域A1および第2領域A2に凹部10CPを備えることで、金属部10に流れる渦電流が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
なお、コイルアンテナ21のコイル導体と筐体の金属部10(面状導体)との間に凹部10CPによる空間が設けられることにより、コイルアンテナ21と金属部10との結合係数は低下傾向となるが、コイルアンテナ21と金属部10との結合係数は元々大きく、上記凹部10CPによる空間が設けられることによる結合係数kの低下に比べて、コイルアンテナ21および金属部10のQ値の増大の方が支配的となり、kQ積向上効果がある。
図3は、電子機器201の、コイルアンテナのコイル開口を通る面での縦断面図である。前面ユニット40にはタッチパネル付きディスプレイパネル等が設けられている。電子機器201の筐体内には、電子部品が実装され、導体パターンが形成された回路基板30が収容されている。コイルアンテナシート20は、金属部10の内面に両面粘着シートを介して貼付されている。コイルアンテナ21は、スプリングピンを介して、回路基板30に形成されている回路に電気的に接続される。なお、コイルアンテナシート20と筐体の金属部10との間に、電磁気的に離間する凹部10CPがあればよく、この空間全体が絶縁体の部材(例えば樹脂材)で充填されていてもよく、その絶縁体の部材が誘電体であってもよい。
図4は、アンテナ装置101および、それに結合する相手側アンテナ装置の回路図である。アンテナ装置101のコイルアンテナ21にはキャパシタC2が並列接続され、この並列回路がアンテナ接続回路210に接続されている。コイルアンテナ21とキャパシタC2とは並列共振回路を構成し、その共振周波数は使用周波数帯に一致または近似する。相手側アンテナ装置のコイルアンテナ91にはキャパシタC1が並列接続され、この並列回路がアンテナ接続回路310に接続されている。コイルアンテナ91とキャパシタC1とは並列共振回路を構成し、その共振周波数は使用周波数帯に一致または近似する。なお、コイルアンテナ21に接続するキャパシタC2およびコイルアンテナ91に接続するキャパシタC1をそれぞれ並列接続とするか直列接続とするかは任意であるが、並列共振回路または直列共振回路の共振周波数は使用周波数帯に一致または近似することが好ましい。
例えば、図4に示した回路をNFC(Near Field Communication)に用いる場合は、アンテナ接続回路210,310は通信回路である。NFCの使用周波数帯は例えばHF帯であり、例えば13.56MHzである。WPT(Wireless Power Transmission)に用いる場合は、アンテナ接続回路210は例えば電力受電回路であり、アンテナ接続回路310は電力送電回路である。WPTの使用周波数帯は例えばHF帯であり、例えば6.78MHzである。このアンテナ装置101は、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、および直流共鳴方式等の磁界結合を利用したいずれのWPTにも適用できる。アンテナ装置101が備えるコイルアンテナ91の大きさは使用する周波数における波長λに比べて十分に小さく、使用周波数帯においては電磁波の放射特性は悪い。アンテナ装置101が備えるコイルアンテナ91の大きさはλ/10以下である。なお、ここでいう「波長」とは、アンテナが形成される基材の誘電性や透磁性による波長短縮効果を考慮した実効的な波長の事を指す。コイルアンテナ91が有するコイル導体の両端は、使用周波数帯を操作する通信回路、電力受電回路、電力送電回路に接続される。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、筐体の金属部に形成された切欠部の形状、およびコイルアンテナの形状が第1の実施形態とは異なる例を示す。
図5は第2の実施形態に係るアンテナ装置102の平面図と、そのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置102が備えるコイルアンテナ21はスパイラル形状のコイル導体で構成されている。これに応じて、筐体の金属部10に形成されている切欠部は、スリット10SLと円形の拡張部10DPとで構成されている。
筐体の金属部10は、コイル開口CAの平面視で、コイル開口CAに重なる第1領域A1と、第1領域A1に接し、且つコイルアンテナ21の形成範囲の外縁に達しない第2領域A2と、第2領域A2から外縁まで拡がる第3領域A3とを有する。そして、第1領域A1および第2領域A2は、第3領域A3に比べてコイルアンテナ21から離間する方向に凹む凹部10CPを備えている。したがって、筐体の金属部10(面状導体)の法線方向における、金属部10の第1領域A1とコイル開口CAとの最小離間距離、または金属部10の第2領域A2とコイルアンテナ21のコイル導体との最小離間距離は、金属部10の第3領域A3とコイルアンテナ21のコイル導体との最小離間距離に比べて大きい。
コイルアンテナ21のコイル導体の形状および筐体の金属部10に形成される切欠部の形状は矩形に限らない。本実施形態のように円形であってもよい。また、楕円形、長円形、多角形であってもよい。さらに、直線部と曲線部とを部分的に有する形状であってもよい。
《第3の実施形態》
第3の実施形態では、筐体の金属部に形成する凹部の幾つかの形状の例を、図6(A)(B)、図7(A)(B)、図8(A)(B)、図9(A)(B)、図10(A)(B)、図11(A)(B)、図12(A)(B)を参照して示す。これらの図は、それぞれ異なるアンテナ装置の部分平面図である。各図の(A)は筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。また各図の(B)はその部分にコイルアンテナシート20を重ねた状態での平面図である。
いずれの例においても、凹部10CPは拡張部10DPの周囲に沿って形成されている。但し、図6(A)(B)、図7(A)(B)、図8(A)(B)、図9(A)(B)、図10(A)(B)の例では、凹部10CPはコイルアンテナ21のコイル導体の巻回方向の全周に亘る領域ではなく、巻回方向に沿って部分的に形成されている。このように、凹部10CPの形成領域は、コイル導体の巻回方向の全周に亘る領域に延伸されていなくてもよい。但し、コイル導体の周回方向に沿ってより長く延伸している方が、金属部10に生じる渦電流の抑制効果は高い。
図11(A)(B)、図12(A)(B)の例では、筐体の金属部10に複数の凹部10CPが形成されている。これら凹部10CPはコイル開口の中心に対して同心関係であり、コイルアンテナ21のコイル導体の巻回方向の全周に亘る領域に形成されている。このように、コイル開口の中心に対して径方向に複数の凹部が形成されていてもよい。
なお、径方向、周方向の両方について、複数の凹部が配置されていてもよい。
《第4の実施形態》
第4の実施形態では、磁性体を備えるアンテナ装置の例を示す。
図13は第4の実施形態に係るアンテナ装置104Aの平面図およびそのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置104Aは、第1の実施形態で示したアンテナ装置101に磁性体51を設けたものである。
図14は第4の実施形態に係る別のアンテナ装置104Bの平面図およびそのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置104Bは、第2の実施形態で示したアンテナ装置102に磁性体51を設けたものである。磁性体51は筐体の金属部10とは反対側でコイル導体の形成範囲に沿って配置されている。
アンテナ装置104A,104Bのいずれにおいても、磁性体51は方形の磁性体フェライトシートである。その他の構成はアンテナ装置101と同じである。
本実施形態によれば、コイルアンテナ21を交わる磁束は高透磁率の磁性体51を通る。すなわち、磁性体は高透磁率の磁路として作用し、アンテナ装置104A,104Bの磁束の放射および集磁の効果が高まる。また、回路基板との不要な結合を抑制する。
《第5の実施形態》
第5の実施形態では、第4の実施形態のアンテナ装置とは磁性体の大きさおよび形状が異なるアンテナ装置の例を示す。
図15は第5の実施形態に係るアンテナ装置105Aの平面図およびそのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置105Aは、第1の実施形態で示したアンテナ装置101に磁性体52を設けたものである。
図16は第5の実施形態に係る別のアンテナ装置105Bの平面図およびそのX−X部分の断面図である。このアンテナ装置105Bは、第2の実施形態で示したアンテナ装置102に磁性体52を設けたものである。
アンテナ装置105A,105Bのいずれにおいても、磁性体52は一部に開口を有する磁性体フェライトシートである。この磁性体52の開口は金属部10の拡張部10DPとほぼ同じ大きさで且つ平面視で重なる。磁性体51の中央の開口および金属部10の拡張部10DPには、カメラモジュールやスイッチモジュール等の機能部品を貫通させて配置することができる。磁性体52は金属部10の底面とほぼ同じ大きさの磁性体フェライトシートである。したがって、磁性体52の2辺は金属部10の曲げ部10B1,10B2の近傍に達する。その他の構成はアンテナ装置101,102と同じである。
本実施形態によれば、コイルアンテナ21を交わる磁束は高透磁率の磁性体52を通る。すなわち、磁性体は高透磁率の磁路として作用する。特に、磁性体52は金属部10の底面のほぼ全域に存在し、コイル開口と重なる位置が開口されているので、アンテナ装置105A,105Bの磁束の放射および集磁の効果は高い。また、磁性体52の、回路基板との不要結合抑制の効果も高い。
《第6の実施形態》
第6の実施形態では、コイルアンテナの構造が第1の実施形態で示したものと異なる例を示す。
図17は、第6の実施形態に係るアンテナ装置における、コイルアンテナ21の構成を示す平面図とそのX−X部分の断面図である。
以上に示した各実施形態では、絶縁性基材22の単一面に単層のコイル導体によるコイルアンテナ21を生成した例を示した。本実施形態のアンテナ装置は、複数層のコイル導体によるコイルアンテナを備える。
図17において、絶縁性基材22の両面にコイルアンテナ21が形成されている。この例では、コイルアンテナ21のコイル導体の巻回方向は、外縁部で折り返されて、2層構造とすることで、巻回数を増加させている。図17に表れているように、複数層のコイル導体のうち巻回数の少ない層のコイル導体が筐体の金属部10側に近接することが好ましい。このことにより、金属部10に流れる渦電流がより抑制される。また、2層のコイル導体でコイルアンテナを構成する場合、層毎の巻回数が異なる方が好ましい。このことにより、コイルアンテナに含まれる寄生容量が抑制され、アンテナ装置の特性劣化を抑制しつつインダクタンスを増加させることができる。さらに、図17に表れているように、複数層のコイル導体のうち巻回数の少ない層のコイル導体は内周よりも外周側にある方が好ましい。このことにより、磁束密度の低い外周側のコイル導体が筐体の金属部10側に近接することになるので、金属部10に流れる渦電流はより抑制される。
《第7の実施形態》
第7の実施形態では、面状導体としての金属部の形状がこれまでに示した実施形態とは異なる例を示す。
図18は第7の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の断面図である。コイルアンテナ21の構成は、第1の実施形態で示したものと同じである。電子機器の筐体の金属部10は、コイル開口CAの平面視で、コイル開口CAに重なる第1領域A1と、第1領域A1に接し、且つコイルアンテナ21の形成範囲の外縁に達しない第2領域A2と、第2領域A2から外縁まで拡がる第3領域A3とを有する。そして、第1領域A1および第2領域A2は、第3領域A3に比べてコイルアンテナ21から離間する方向に凹む凹部10CPを備えている。
第1の実施形態で図2(B)に示した例では、筐体の金属部10の厚みを部分的に異ならせることで、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3を設けたが、本実施形態では、筐体の金属部10の厚み一定のまま部分的に段差部を有することで、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3が設けられている。
《第8の実施形態》
第8の実施形態では、面状導体としての金属部の形状がこれまでに示した実施形態とは異なる例を示す。
図19(A)は筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図19(B)はその部分にコイルアンテナシート20を重ねた状態での平面図およびそのX−X部分の断面図である。
図19(A)(B)に示すアンテナ装置が備える筐体の金属部10には、幅一定の切欠部10Cが形成されていて、コイルアンテナ21は切欠部10Cに沿って配置されている。この構造により、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3が設けられている。
このような幅一定の切欠部が形成された面状導体を有するアンテナ装置にも本発明は同様に適用できる。
《第9の実施形態》
第9の実施形態では、面状導体としての金属部の形状がこれまでに示した実施形態とは異なる例を示す。
図20(A)は第9の実施形態に係るアンテナ装置の、筐体の金属部10のうち、コイルアンテナ21のコイル導体が重なる部分およびその周辺の平面図である。図20(B)はその部分にコイルアンテナシート20を重ねた状態での平面図およびそのX−X部分の断面図である。
本実施形態のアンテナ装置が備える筐体の金属部10には、切欠部が形成されていない。コイルアンテナ21は、平面視で、その一部が金属部10の外縁に重なるように配置されている。金属部10には、平面視でコイルアンテナの内周部が重なる位置に凹部10CPが形成されている。この構造により、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3が設けられている。
このような、切欠部の無い面状導体を有するアンテナ装置にも本発明は同様に適用できる。
《第10の実施形態》
第10の実施形態では、面状導体としての筐体の金属部のうち、コイルアンテナと対面する位置に特別な凹部を備えないアンテナ装置について示す。
図21は第10の実施形態に係るアンテナ装置110Aの平面図と、そのX−X部分の断面図である。アンテナ装置110Aが備えるコイルアンテナ21は方形スパイラル形状のコイル導体で構成されている。これに応じて、筐体の金属部10に形成されている切欠部は、スリット10SLと矩形の拡張部10DPとで構成されている。
方形の絶縁性基材22には、方形スパイラル状のコイル導体によるコイルアンテナ21が形成されている。コイルアンテナ21は、方形の絶縁性基材22の両面にそれぞれ形成された方形スパイラル状の導体パターンが、絶縁性基材22を貫通するビア導体(不図示)を介して接続されることで構成される多層のコイル導体を有する。この絶縁性基材22およびコイルアンテナ21によってコイルアンテナシート20が構成されている。
図22は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Bの平面図と、そのX−X部分の断面図である。アンテナ装置110Bが備えるコイルアンテナ21はスパイラル形状のコイル導体で構成されている。これに応じて、筐体の金属部10に形成されている切欠部は、スリット10SLと円形の拡張部10DPとで構成されている。
円形の絶縁性基材22には、スパイラル状のコイル導体によるコイルアンテナ21が形成されている。コイルアンテナ21は、円形の絶縁性基材22の両面にそれぞれ形成された円形スパイラル状の導体パターンが、絶縁性基材22を貫通するビア導体(不図示)を介して接続されることで構成される多層のコイル導体を有する。この絶縁性基材22およびコイルアンテナ21によってコイルアンテナシート20が構成されている。
アンテナ装置110A,110Bいずれの例でも、コイルアンテナシート20の基本的な構成はこれまでに幾つかの実施形態で示したとおりである。本実施形態では、コイルアンテナ21は絶縁性基材22の両面に亘って形成されている。また、本実施形態のアンテナ装置110A,110Bにおいては、図1に示したような凹部(10CP)は形成されていない。
アンテナ装置110A,110Bいずれの例でも、コイルアンテナ21のコイル導体のコイル開口CAの領域と筐体の金属部10との離間距離d1は、コイル導体と筐体の金属部10との最小離間距離d0よりも大きい。なお、ここでいうコイル開口CAの領域とは、コイルアンテナ21の巻回軸方向に平面視したときに最も内側のコイル導体に囲まれた領域であって、且つ、最も内側のコイル導体が巻回軸方向に有する高さ位置の領域である。つまり、最も内側のコイル導体はコイル開口CAの領域と接する。よって、離間距離d1は、最も内側のコイル導体と筐体の金属部10とのコイルアンテナ21の巻回軸方向における距離と同じである。
本実施形態によれば、コイルアンテナ21のコイル導体と筐体の金属部10との間に空間が形成され、筐体の金属部10に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナ12のQ値が高まる。
《第11の実施形態》
第11の実施形態では、面状導体としての筐体の金属部のうち、コイルアンテナと対面する位置に特別な凹部を備えず、且つコイル開口と切欠部との関係がこれまでに示した実施形態とは異なるアンテナ装置の例を示す。
図23は第11の実施形態に係るアンテナ装置111の平面図と、そのX−X部分の断面図である。アンテナ装置111が備えるコイルアンテナ21は方形スパイラル形状のコイル導体で構成されている。筐体の金属部10に形成されている切欠部はスリット10SLで構成されている。
方形の絶縁性基材22には、方形スパイラル状のコイル導体によるコイルアンテナ21が形成されている。この絶縁性基材22およびコイルアンテナ21によってコイルアンテナシート20が構成されている。
コイルアンテナ21は絶縁性基材22の両面に亘って形成されている。また、本実施形態のアンテナ装置111においては、図1に示したような凹部(10CP)は形成されていない。
本実施形態において、コイルアンテナ21のコイル導体のコイル開口CAの領域と筐体の金属部10との離間距離d1は、コイル導体と筐体の金属部10との最小離間距離d0よりも大きい。
本実施形態によれば、コイルアンテナ21のコイル導体と筐体の金属部10との間に空間が形成され、筐体の金属部10に交わる磁束量が低減され、コイルアンテナ12のQ値が高まる。
《第12の実施形態》
第12の実施形態では、面状導体としての筐体の金属部のうち、コイルアンテナと対面する位置に特別な凹部を備えず、且つ切欠部の形状がこれまでに示した実施形態とは異なるアンテナ装置の例を示す。
図24は第12の実施形態に係るアンテナ装置112の平面図と、そのX−X部分の断面図である。筐体の金属部10,11は同一面に並んで配置されている。金属部10,11には矩形の切欠部10Cがそれぞれ形成されている。これら切欠部10Cは互いに並んでいる。コイルアンテナシート20の構造は第10の実施形態で示したものと同じである。
本実施形態において、コイルアンテナ21のコイル導体のコイル開口CAの領域と筐体の金属部10との離間距離d1は、コイル導体と筐体の金属部10との最小離間距離d0よりも大きい。
このように、並置される二つの金属部10,11(面状導体)それぞれに切欠部10Cが形成されたアンテナ装置にも本発明は同様に適用できる。
《第13の実施形態》
第13の実施形態では、切欠部および凹部を有しない面状導体としての筐体の金属部を備えるアンテナ装置の例を示す。
図25は第13の実施形態に係るアンテナ装置113の平面図と、そのX−X部分の断面図である。筐体の金属部10,11は同一面に並んで配置されていて、その間にスリットSLが形成されている。筐体の金属部10,11には切欠部も凹部も形成されていない。コイルアンテナシート20の基本的な構成は第10の実施形態で示したものと同じである。
本実施形態において、コイルアンテナ21のコイル導体のコイル開口CAの領域と筐体の金属部10との離間距離d1は、コイル導体と筐体の金属部10との最小離間距離d0よりも大きい。
このように、並置される二つの金属部10,11(面状導体)それぞれに切欠部も凹部も形成されていないアンテナ装置にも本発明は同様に適用できる。
《第14の実施形態》
第14の実施形態では、コイルアンテナ21のコイル導体と筐体の金属部(面状導体)10との対向関係がそれぞれ異なる、幾つかのタイプのアンテナ装置について列挙する。
図26は上記幾つかのタイプのアンテナ装置の断面図である。
図26においてタイプA1は、図1〜図5、図13〜図20に示した構造のアンテナ装置に相当する。面状導体10は、コイル開口CAの平面視で、コイル開口CAの少なくとも一部に重なる第1領域A1と、コイル導体の外縁に重なる第3領域A3とを有し、第1領域A1は第3領域A3に比べてコイル導体から離間する方向に凹む凹部を備える。
タイプBのアンテナ装置は、例えば図19(A)(B)に示したアンテナ装置において領域A2が無いタイプ等に相当する。すなわち、「コイル開口CAの平面視で、コイル導体の内縁に重なる第2領域」というものが無く、コイル導体の全体は第3領域A3と重なる。このように、第1領域A1および第3領域A3のみから構成される場合においても、磁束密度の高い第1領域A1により金属部10に流れる渦電流が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
タイプC1は、図22,図23,図25に示した構造のアンテナ装置に相当する。面状導体10は、コイルアンテナ21と対面する位置に特別な凹部を備えない。コイルアンテナ21は、絶縁性基材22の両面にそれぞれ形成されたスパイラル状の導体パターンが、絶縁性基材22を貫通するビア導体(不図示)を介して接続されることで構成される多層のコイル導体で構成されている。
タイプA1、タイプB、およびタイプC1では、コイル開口CAの周りに巻回されたコイルアンテナ21と、コイル開口の一部および前記コイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する筐体の金属部(面状導体)10と、を備える。コイル開口CAと面状導体との、面状導体の法線方向における最小離間距離d1は、コイル導体と面状導体との、面状導体の法線方向における最小離間距離d0よりも大きい。

タイプA2のアンテナ装置は、構造的には図1〜図5、図13〜図20に示した構造のアンテナ装置に相当し、タイプA1とは、離間距離d1の定義が異なる。
タイプC2のアンテナ装置は、構造的には図22,図23,図25に示した構造のアンテナ装置に相当し、タイプC1とは、離間距離d1の定義が異なる。
タイプDのアンテナ装置は、図21,図24に示した構造のアンテナ装置に相当する。面状導体10は、コイルアンテナ21と対面する位置に特別な凹部を備えない。コイルアンテナ21は、絶縁性基材22の両面にそれぞれ形成されたスパイラル状の導体パターンが、絶縁性基材22を貫通するビア導体(不図示)を介して接続されることで構成される多層のコイル導体で構成されている。タイプC2とは、コイル開口CAの平面視で、コイル開口CA面状導体10が重なる領域を有しない点で異なる。
タイプEのアンテナ装置は、例えば図2(A)(B)に示したアンテナ装置において領域A1が無いタイプ等に相当する。すなわち、「コイル開口の平面視で、コイル開口の少なくとも一部に重なる第1領域」というものが無く、第2領域A2よりコイル開口側がすぐにコイル開口になっている。このように、第2領域A2および第3領域A3のみから構成される場合においても、磁束密度の高い第2領域A2により金属部10に流れる渦電流が低減され、コイルアンテナのQ値が改善される。
タイプA2、タイプC2、タイプD、およびタイプEのアンテナ装置では、コイルアンテナは、コイル開口の周りに巻回された内周側の第1コイル導体部21iおよび外周側の第2コイル導体部21oを含むコイル導体を有する。第1コイル導体部21iと筐体の金属部(面状導体)との、面状導体の法線方向における最小離間距離d1は、第2コイル導体部21oと面状導体との、面状導体の法線方向における最小離間距離d0よりも大きい。
図26では、各タイプのアンテナ装置の断面のみを示したが、各部の平面形状は、図26以外の各図で示したものにも適用できる。
なお、以上に示した幾つかの実施形態では、切欠部を有する金属部10に金属部11を並置した例を示したが、切欠部を有しない金属部11は必須ではなく、この金属部11が無い構造においても同様に適用できる。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
A1…第1領域
A2…第2領域
A3…第3領域
C1,C2…キャパシタ
CA…コイル開口
d0…コイル導体と面状導体との最小離間距離
d1…コイル導体のコイル開口の領域と面状導体との離間距離
10,11…筐体の金属部(面状導体)
10B1,10B2…曲げ部
10C…切欠部
10CP…凹部
10DP…拡張部(切欠部)
10SL…スリット(切欠部)
20…コイルアンテナシート
21…コイルアンテナ
22…絶縁性基材
30…回路基板
40…前面ユニット
51,52…磁性体
91…結合相手のコイルアンテナ
101,102…アンテナ装置
104A,104B…アンテナ装置
105A,105B…アンテナ装置
110A,110B…アンテナ装置
111〜113…アンテナ装置
201…電子機器
210,310…アンテナ接続回路

Claims (16)

  1. コイル開口の周りに巻回されたコイル導体を有するコイルアンテナと、
    前記コイル開口の一部および前記コイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
    前記コイル開口と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記コイル導体と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記面状導体は、前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口の少なくとも一部に重なる第1領域と、前記コイル導体の外縁に重なる第3領域とを有し、前記第1領域は前記第3領域に比べて前記コイル導体から離間する方向に凹む凹部を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第1領域は、前記コイル導体の巻回方向の全周に亘る領域である、請求項2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記面状導体の凹部は複数の凹部で構成される、請求項2または3に記載のアンテナ装置。
  5. 前記コイルアンテナは、前記面状導体とは反対側で前記コイル導体の形成範囲に沿って配置された磁性体を有する、請求項1から4のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 前記面状導体は外縁から内方へ延伸する切欠部を有し、
    前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口は前記切欠部と少なくとも一部で重なる、請求項1から5のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 前記切欠部は外縁より内方が拡がっている、請求項6に記載のアンテナ装置。
  8. コイル開口の周りに巻回された内周側の第1コイル導体部および外周側の第2コイル導体部を含むコイル導体を有するコイルアンテナと、
    前記第1コイル導体部および前記第2コイル導体部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
    前記第1コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記第2コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  9. 前記面状導体は、前記コイル開口の平面視で、前記コイル導体の内縁に重なる第2領域と、前記コイル導体の外縁に重なる第3領域とを有し、前記第2領域は前記第3領域に比べて前記コイル導体から離間する方向に凹む凹部を備える、請求項8に記載のアンテナ装置。
  10. 前記第2領域は、前記コイル導体の巻回方向の全周に亘る領域である、請求項9に記載のアンテナ装置。
  11. 前記面状導体の凹部は複数の凹部で構成される、請求項9または10に記載のアンテナ装置。
  12. 前記コイルアンテナは、前記面状導体とは反対側で前記コイル導体の形成範囲に沿って配置された磁性体を有する、請求項8から11のいずれかに記載のアンテナ装置。
  13. 前記面状導体は外縁から内方へ延伸する切欠部を有し、
    前記コイル開口の平面視で、前記コイル開口は前記切欠部と少なくとも一部で重なる、
    請求項8から12のいずれかに記載のアンテナ装置。
  14. 前記切欠部は外縁より内方が拡がっている、請求項13に記載のアンテナ装置。
  15. アンテナ装置を備える電子機器において、
    前記アンテナ装置は、
    コイル開口の周りに巻回されたコイル導体を有するコイルアンテナと、
    前記コイル開口の一部および前記コイル導体の形成範囲の一部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
    前記コイル開口と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記コイル導体と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
    ことを特徴とする、電子機器。
  16. アンテナ装置を備える電子機器において、
    前記アンテナ装置は、
    コイル開口の周りに巻回された内周側の第1コイル導体部および外周側の第2コイル導体部を含むコイル導体を有するコイルアンテナと、
    前記第1コイル導体部および前記第2コイル導体部と対向する面を有する面状導体と、を備え、
    前記第1コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離は、前記第2コイル導体部と前記面状導体との前記面状導体の法線方向における最小離間距離よりも大きい、
    ことを特徴とする、電子機器。
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