KR102017091B1 - 근거리 무선 통신용 안테나, 안테나 모듈 및 무선 통신 장치 - Google Patents

근거리 무선 통신용 안테나, 안테나 모듈 및 무선 통신 장치 Download PDF

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히로시 오카모토
히로히코 미키
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

적어도 1개의 환형 코일과, 환형 코일을 유지하는 판형의 비자성 수지 부재와, 환형 코일을 통하여 비자성 수지 부재와 중첩되는 판형의 연자성 부재와, 환형 코일의 도선(導線)이 접속하는 단자를 구비하고, 환형 코일은, 자성 부재의 외주보다 외측으로 나오지 않도록, 비자성 수지 부재의 외주를 따른 주위 방향 오목부에 배치되어 있고, 환형 코일의 도선은 연자성 부재의 외주 에지에 설치된 절결(切缺)을 통하여 단자에 접속되어 있는 근거리 통신용 안테나.

Description

근거리 무선 통신용 안테나, 안테나 모듈 및 무선 통신 장치{NEAR-FIELD COMMUNICATION ANTENNA, ANTENNA MODULE AND WIRELESS COMMUNICATIONS APPARATUS}
본 발명은, 휴대 전화기 등의 소형의 무선 통신 장치에 사용되는 소전력 무선 통신: RFID(Radio Frequency Identification)용의 안테나로서, 특히 13.56 MHz의 통신 주파수대를 이용한 근거리 통신 규격 NFC(Near Field Co㎜unication)에 대응한 근거리 무선 통신용 안테나, 및 그것을 구비하는 안테나 모듈 및 무선 통신 장치에 관한 것이다.
근거리 무선 통신을 행하는 시스템으로서, IC 카드 시스템이 널리 알려져 있다. 예를 들면, 일본공개특허 제2010-200061호에 개시된 IC 카드 시스템은, 도 24에 나타낸 바와 같이, 리더/라이터(「안테나 장치」라고 칭할 수 있음)(280)와, 트랜스폰더가 되는 IC 카드(285)에 의해 구성되어 있다. 안테나 장치(280)는 불평형 형 회로로서, 반도체(70)와, 노이즈 필터(제1 필터)(71)와, 정합(整合) 회로(72)와, 저대역 통과 필터(제2 필터)(73)와, 안테나 공진 회로(66)를 구비한다. 반도체(70)는, 송신 회로, 수신 회로, 변조 회로, 복조 회로, 컨트롤러 등을 포함한다. 안테나 공진 회로(66)는, 근거리 무선 통신용 안테나(1a) 및 저항(도시하지 않음)과, 공진 컨덴서(65)를 포함한다. 안테나 공진 회로(66)의 공진 주파수는, 통신에 이용되는 고유의 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)로 설정되고, 상기 주파수에 있어서 안테나 공진 회로(66)의 임피던스의 실부(實部)는 실질적으로 단락 상태에 있다. 안테나 공진 회로(66)는 임피던스 정합 회로(72)를 통하여 반도체(70)와 접속되어 있다.
반도체(70) 내의 송신 회로의 변조 회로와 접속하는 출력단 Tx는, EMC 대책용의 제1 필터(71)를 통하여 임피던스 정합 회로(72)에 접속되어 있다. 또한 반도체(70) 내의 수신 회로의 복조 회로와 접속하는 입력단 Rx는, 저항과 직렬로 접속한 커패시터를 구비한 제2 필터(73)를 통하여, 제1 필터(71)와 임피던스 정합 회로(72)의 접속점에 접속되어 있다.
송신 회로 및 수신 회로의 동작은 컨트롤러에 의해 제어된다. 송신 회로에 발진기로부터 동조 주파수에 대응하는 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)의 신호가 부여되고, 소정의 프로토콜에 기초하여 변조되어 안테나 공진 회로(66)에 공급된다. 안테나 공진 회로(66)의 근거리 무선 통신용 안테나(1a)는, IC 카드(285)의 근거리무선 통신용 안테나(1b)와 소정의 결합 계수로 자기적(磁氣的)으로 결합한다. 그러므로, 근거리 무선 통신용 안테나(1a)에 트랜스폰더인 IC 카드(285)를 근접시키면 IC 카드(285) 내의 근거리 무선 통신용 안테나(1b)는 근거리 무선 통신용 안테나(1a)와 자기(磁氣) 결합하고, 전자 유도에 의한 전력 전송에 의해 IC 카드(285)의 집적 회로(68)는 전원을 공급받고, 또한 소정의 프로토콜(예를 들면,ISO 14443, 15693, 18092 등)에 따라 데이터 전송을 행한다.
이와 같은 시스템에 사용되는 근거리 무선 통신용 안테나(이하 간단히 「안테나」라고 함)로서, 일본공개특허 제2005-094737호는, 도 25에 나타낸 바와 같이, 원기둥형의 보디부(351)와 직사각형 판형의 플랜지부(flange portion)(355)로 이루어지는 편(片) 칼라형(collar type)의 연자성 코어와, 보디부(351)에 권취된 코일(352)을 구비하고, 코일(352)의 도선 단부(353, 353)가 플랜지부(355)의 측면 및 바닥면에 설치된 단자(356, 356)에 접속되어 있고, 코일(352)과 보디부(351) 상에 상면이 평면형의 비자성재(도시하지 않음)가 설치된 안테나(200)를 제안하고 있다. 코일(352)로부터 생긴 자속은 오로지 연자성 코어를 통과하므로, 코일(352)의 위쪽으로 지향하는 자속 밀도가 높아진다.
휴대 전화기 등의 무선 통신 기기는, 제한된 사이즈의 하우징 내에, 다른 회로 장치와 함께, 주로 통화에 사용되는 메인 안테나, 근거리 무선 통신용 안테나, 무접점 충전용 안테나, 디지털 텔레비전용 안테나 등의 복수의 안테나를 구비한다. 이에 따라, 실장 면적이 작고 높이도 낮은 소형의 근거리 무선 통신용 안테나가 요구되고 있다.
근거리 무선 통신용 안테나는, 소형화해도 실용상 30㎜ 이상의 통신 거리가 요구된다. 안테나의 소형화에는 연자성 부재의 소형화가 필요하지만, 연자성 부재를 작게 하면 자속이 감소하므로, 소정의 통신 거리를 확보하는 것이 곤란해져, 안정된 통신을 실행할 수 없다.
안테나의 자기(自己) 공진 주파수는, 통신 주파수대인 13.56 MHz보다 충분히 고주파수인 것이 요구되고, 일반적으로 40 MHz 이상인 것이 추천되고 있다. 일본공개특허 제2005-094737호의 안테나에서는, 연자성 보디부(351)에 코일(352)이 직접 권취되어 있고, 코일(352)의 내측 영역의 대략 전체가 연자성 부재로 채워져 있다. 그 결과, 자기 인덕턴스는 크고, 안테나의 자기 공진 주파수는 저하되어, 통신 주파수대에 가까워진다. 이와 같은 안테나에서는, 코일(352)의 기생 리액턴스의 편차나 연자성 부재의 자기 특성의 편차에 의해, 통신 주파수대에서의 안테나의 자기 인덕턴스에 쉽게 편차가 생긴다. 자기 인덕턴스에 편차가 생기면, 각 안테나와, 다른 회로와의 정합 조건의 조정을 행할 필요가 있어, 많은 시간과 공정수를 필요로 하므로, 안테나의 비용 상승을 초래한다. 코일의 권취수나 권경(卷徑)을 저감시켜 자기 인덕턴스를 작게 할 수 있지만, 코일로부터 발생하는 자속이 감소하므로, 통신 거리가 짧아진다.
통신 거리를 확보하기 위하여, 공급 전력의 증대에 의해 안테나로부터의 방사(放射) 자계를 크게 하는 것도 생각할 수 있지만, 공급 전력을 지나치게 크게하면, 자성체가 자기 포화하거나, 근거리인 경우에 상대하는 안테나에 큰 전력을 유도하여, 반도체를 파괴할 우려가 있다. 그 대책으로서 보호 회로를 설치할 수도 있지만, 그만큼 부품수가 증가하는 문제가 발생한다.
투자율, 포화 자속 밀도, 코어 손실 등의 자기 특성이 우수한 연자성 합금을 사용하여 일본공개특허 제2005-094737호의 연자성 코어를 소형화하는 것도 가능하지만, 직접 코일을 권취하므로 절연 코팅을 행할 필요가 있다. 그렇게 하면 공정수가 증가하고, 안테나의 제조 비용이 상승한다. 또한, 코일(352)을 보호하기 위한 수지 부재도 필요하게 되므로, 제조 비용이 높아진다.
일본공개특허 제2010-200061호 일본공개특허 제2005-094737호
따라서, 본 발명의 목적은, 통신하는 상대방향으로의 지향성과 통신 거리를 확보하면서 소형화할 수 있고, 코일의 보호가 용이하며, 면 실장이 가능한 근거리 무선 통신용 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 근거리 통신용 안테나는, 적어도 1개의 환형 코일과, 상기 환형 코일을 유지하는 판형의 비자성 수지 부재와, 상기 환형 코일을 통하여 상기 비자성 수지 부재와 중첩되는 판형의 연자성 부재와, 상기 환형 코일의 도선이 접속하는 단자를 구비하고,
상기 환형 코일은, 상기 연자성 부재의 외주보다 외측으로 나오지 않도록, 상기 비자성 수지 부재의 외주를 따른 주위 방향 오목부에 배치되어 있고,
상기 환형 코일의 도선(導線)은 상기 연자성 부재의 외주 에지에 형성된 절결(切缺)을 통하여 상기 단자에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 환형 코일의 내측 전체는 비자성 영역인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 연자성 부재는 자기 요크로서의 기능을 발휘하고, 불필요한 자기 인덕턴스의 증가를 억제할 수 있다.
상기 비자성 수지 부재는 상기 연자성 부재와 접합되는 고정면과, 거기에 대향하는 자유면을 가진다. 비자성 수지 부재의 주위 방향 오목부는, (a) 자유면으로부터 연장되는 1개의 외주 플랜지부를 가지는 주위 방향 스텝부, 또는 (b) 고정면 및 자유면으로부터 연장되는 한 쌍의 외주 플랜지부를 가지는 주위 방향 홈부(構部)이다. (a)의 경우, 환형 코일은, 비자성 수지 부재에 접합된 연자성 부재와 외주 플랜지부에 의해 형성된 공극(空隙)에 배치된다. (b)의 경우, 주위 방향 홈부에 배치된 환형 코일이 1개의 외주 플랜지부의 분만큼 연자성 부재로부터 이격되어 있으므로, 자기 인덕턴스를 저하시킬 수 있다. 또한 실장 기판의 그라운드 면이 안테나의 설치면보다 충분히 넓은 경우, 환형 코일과 연자성 부재와의 간격에 의해 안테나의 Q값이 높아진다. 또한, 주위 방향 홈부 쪽이 주위 방향 스텝부보다 환형 코일과 연자성 부재와의 간격의 편차를 작게 할 수 있다.
어느 경우에도, 주위 방향 오목부는 환형 코일의 위치 결정 기능을 가지는 동시에, 환형 코일을 다른 부품과의 간섭으로부터 보호한다. 또한 환형 코일은, 인서트 성형에 의해 비자성 수지 부재와 일체로 구성할 수도 있다.
상기 환형 코일을 복수의 코일로 구성해도 된다. 제1 예에서는, 제1 코일 및 제2 코일은 동심형으로 배치되어 있고, 제1 코일의 도선의 일단과 제2 코일의 도선의 일단은 접속되어 접지단을 구성하고, 제1 코일의 도선의 타단과 제2 코일의 도선의 타단은 각각 신호단을 구성하고, 접지단에서 볼 때 제1 코일과 제2 코일은 서로 역방향으로 권취되어 있다. 이와 같은 구성의 안테나는 평형형 회로에 바람직하다.
제2 예에서는, 제1 코일 및 제2 코일은 연자성 부재의 면 상에 배열되어 있고, 제1 코일의 도선의 일단과 제2 코일의 도선의 일단은 접속되어 접지단을 구성하고, 제1 코일의 도선의 타단과 제2 코일의 도선의 타단은 각각 신호단을 구성하고, 접지단에서 볼 때 제1 코일과 제2 코일은 서로 역방향으로 권취되어 있다. 이와 같은 구성의 안테나에서는, 한쪽 코일을 송신용으로 다른 쪽 코일을 수신용으로 사용하여, 송수신을 동시에 행할 수 있다.
상기 연자성 부재는, 대향하는 평탄한 상면 및 바닥면과, 이들 사이의 측면을 가지는 직사각형 판형인 것이 바람직하다. 상면 및 바닥면은, 비자성 수지 부재의 위치 결정에 사용하는 개구부, 오목부 또는 돌기부를 가질 수도 있다. 이 경우, 비자성 수지 부재는, 연자성 부재의 개구부, 오목부 또는 돌기부에 대응하는 돌기부, 개구부 또는 오목부를 가진다. 연자성 부재 또는 비자성 수지 부재의 돌기부를 기준으로 하여 양측을 조합시킴으로써, 위치 어긋남이 없는 조립을 용이하게 행할 수 있다. 그리고, 연자성 부재에 돌기부를 설치하는 경우, 자기 인덕턴스에 대한 영향이 적은 위치, 치수 및 형상을 선택한다.
연자성 부재의 측면에, 환형 코일의 도선을 인출하는 절결부를 설치하는 것이 바람직하다. 절결부를 통과한 도선은, 연자성 부재의 바닥면(비자성 수지 부재와는 반대측의 면), 또는 연자성 부재의 바닥면에 접착된 기판 부재의 바닥면에 설치된 단자에 접속된다. 연자성 부재의 측면 절결부는, 도선을 위치 결정할 뿐만 아니라, 도선이 안테나의 측면으로부터 돌출하는 것을 방지하고, 이로써 단선을 방지한다.
환형 코일의 도선을 접속하는 단자는, 안테나를 면 실장하기 위한 전극으로서도 사용된다. 단자는, (a) 연자성 부재의 상면 또는 바닥면에 Ag 페이스트 등을 단자 패턴형으로 인쇄 또는 전사(轉寫)하고, 소부(燒付)하는 것에 의해 형성하거나, (b) 도체 패턴을 가지는 프린트 기판을 부착하거나, (c) 단자가 인서트 성형된 수지 기판을 부착하여, 형성할 수 있다.
기판 부재를 사용하는 경우, 기판 부재에 돌기부를 설치하고, 연자성 부재에 상기 기판 부재의 돌기부를 수용하는 개구부를 설치하고, 비자성 수지 부재에 기판 부재의 돌기부를 수용하는 개구부 또는 오목부를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 돌기부를 기준으로 하여 연자성 부재와 비자성 수지 부재를 조합시킴으로써, 위치 어긋남이 없는 조립을 용이하게 행할 수 있다.
비자성 수지 부재는 평면에서 볼 때 연자성 부재와 닮은꼴의 직사각형 또는 원형상인 것이 바람직하다. 땜납 리플로우(reflow) 등의 고온에 견딜 수 있도록, 비자성 수지 부재는 액정 폴리머, 폴리페닐렌술피드 등의 고내열성 고성능 플라스틱에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 비자성 수지 부재의 일면에 평탄부를 설치하면, 진공 흡착법에 의해 안테나를 회로 기판 등에 자동적으로 실장하는 것이 용이하게 된다.
본 발명의 안테나 모듈은, 수지 기판에, 상기 근거리 무선 통신용 안테나와 정합 회로를 구성하는 리액턴스 소자와, 노이즈 필터를 구성하는 리액턴스 소자와, 송신 회로와 수신 회로를 포함하는 집적 회로를 실장한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 무선 통신 장치는 상기 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 근거리 무선 통신용 안테나는, 통신 상대로의 지향성 및 통신 거리를 확보하면서 소형화할 수 있고, 코일의 보호가 용이하며, 또한 면 실장이 용이한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 상면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 바닥면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 상면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 바닥면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 상면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 바닥면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제３ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 상면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제３ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나에 사용하는 코일 유지용 비자성 수지 부재를 나타낸 바닥면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제３ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 상면 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 상면 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 분해 상면 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제５ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 상면 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제５ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 저면도이다.
도 15는 본 발명의 제５ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제５ 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나에 사용할 수 있는 기판 부재를 나타낸 상면 사시도이다.
도 17은 본 발명의 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 모듈의 회로 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시형태에 의한 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 상면 사시도이다.
도 19는 본 발명의 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 모듈의 회로 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 20a는 실시예 1∼3의 근거리 무선 통신용 안테나에 사용하는 시료 1∼3의 연자성 부재를 나타낸 평면도이다.
도 20b는 도 20a의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 21a는 실시예 4의 근거리 무선 통신용 안테나에 사용하는 시료 4의 연자성 부재를 나타낸 평면도이다.
도 21b는 도 21a의 B-B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 22a는 실시예 5의 근거리 무선 통신용 안테나에 사용하는 시료 5의 연자성 부재를 나타낸 평면도이다.
도 22b는 도 22a의 C-C선을 따라 절다한 단면도이다.
도 23a는 비교예 1의 근거리 무선 통신용 안테나에 사용하는 시료(6)의 연자성 부재를 나타낸 평면도이다.
도 23b는 도 23a의 D-D선을 따라 절다한 단면도이다.
도 24는 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 안테나 장치의 회로를 나타낸 블록도이다.
도 25는 종래의 근거리 무선 통신용 안테나를 나타낸 사시도이다.
도 26은 안테나의 통신 거리의 평가 방법을 나타낸 개략도이다.
도 27은 본 발명의 근거리 무선 통신용 안테나를 구비하는 무선 통신 장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태의 설명은, 특별히 언급하지 않는 한 다른 실시형태에도 적용된다. 각 도면에 있어서 상방을 향한 면을 상면이라고 하며, 하방을 향한 면을 바닥면라고 하지만, 상하 관계는 물론 상대적이며, 안테나를 거꾸로 하면 반대로 된다. 또한 설명을 간단하게 하기 위하여, 각 실시형태에서의 안테나의 대응 부품에는 동일한 참조 번호를 부여한다.
[1] 제1 실시형태
본 발명의 제1 실시형태에 의한 안테나(1)를 도 1∼도 5에 나타낸다. 안테나(1)는, 환형 코일(20), 환형 코일(20)을 유지하는 비자성 수지 부재(10), 및 코일 유지용 비자성 수지 부재(10)에 중첩되어 접착제 등에 의해 고정된 직사각형 판형의 연자성 부재(5)를 가진다. 연자성 부재(5)의 외형은, 평면에서 볼 때 대략 정사각형이다. 안테나(1)는, 도 24에 나타낸 불평형 회로, 또는 후술하는 평형 회로에 사용할 수 있다.
직사각형 판형의 연자성 부재(5)는 직사각형의 중앙 개구부(8)를 가지고, 중앙 개구부(8)에 직사각형 판형의 비자성 수지 부재(10)의 직사각형의 중앙 돌기부(24)가 끼워넣어져 접착제 등에 의해 고정된다. 연자성 부재(5)와 닮은꼴의 직사각형 판형의 비자성 수지 부재(10)는, 평탄한 자유면인 상면(10a)과, 연자성 부재(5)에 고정되는 바닥면(10b)과, 상면(10a)과 바닥면(10b)의 사이의 측면(10c)을 구비하고, 측면(10c)은 상면(10a)으로부터 연장되는 플랜지부(22)와, 주위 방향 스텝부(23)를 구비하고 있다. 주위 방향 스텝부(23)와, 플랜지부(22)의 하면과, 연자성 부재(5)의 상면(5a)에 의해 형성되는 공극(空隙)에 환형 코일(20)이 배치된다.
안테나(1)의 높이를 작게 하기 위하여, 코일 유지용 비자성 수지 부재(10)의 두께는 2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 비자성 수지 부재(10)는, 안테나(1)의 진공 흡착에 의한 회로 기판으로의 자동 실장을 용이하게 하고, 실장기의 흡착 노즐이나 다른 부품과의 충돌을 막아, 환형 코일(20)의 손상을 방지한다. 비자성 수지 부재(10)는, 액정 폴리머, 폴리페닐렌술피드 등의 고내열성의 열가소성 고성능 플라스틱 등에 의해 형성할 수 있다.
주위 방향 스텝부(23)에 권취한 1개 또는 2개 이상의 환형 코일(20)이 플랜지부(22) 및 연자성 부재(5)의 외주보다 외측으로 돌출되지 않도록, 주위 방향 스텝부(23)의 깊이를 설정한다. 도시한 예에서는, 비자성 수지 부재(10)의 바닥면(10b)은 평탄하며, 연자성 부재(5)의 개구부(8)와 대응하는 위치에 직사각형의 돌기부(24)를 가지지만, 그 형태는 필요에 따라 적절하게 변경할 수도 있다.
환형 코일(20)의 도선은 권축(卷軸) 방향으로 복수 층으로 권취되어 있지만, 선간 용량을 억제하기 위해 권경 방향으로는 단층인 것이 바람직하다. 안테나(1)의 높이를 억제하지 않는 경우라도, 도선을 2층까지로 하는 것이 바람직하다. 환형 코일(20)의 외주는, 연자성 부재(5)의 외주 이하(연자성 부재(5)의 외주와 같거나 약간 작은) 것이 바람직하다. 환형 코일(20)의 외주가 연자성 부재(5)의 외주보다 외측으로 나오면, 연자성 부재(5)에 의한 차폐 효과가 저감된다. 한편, 환형 코일(20)의 외주가 연자성 부재(5)의 외주보다 크고 내측에 있으면, 환형 코일(20)의 근방에서 자속 밀도가 커지기 쉽고, 통신 거리가 짧아진다. 공심 부(空芯部)를 가지는 환형 코일(20)을 연자성 부재(5)의 외주 에지 근방에 배치하고, 공심부의 면적을 최대한 크게 함으로써, 환형 코일(20)의 자계 분포를 환형 코일(20)의 상방 측으로 많게 하여, 통신 거리를 확보한다. 통신 거리와 차폐 효과의 밸런스를 고려하면, 환형 코일(20)의 외주와 연자성 부재(5)의 외주의 간격을 0∼1 ㎜로 하는 것이 바람직하다. 환형 코일(20)의 권취수는, 환형 코일(20)의 권경, 연자성 부재(5)의 자기 특성 및 원하는 자기 인덕턴스에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 도시한 예에서는 환형 코일(20)의 외형은 직사각형이지만, 물론 원형으로 해도 된다.
환형 코일(20)과 연자성 부재(5)가 이격되어 있으면, 안테나(1)의 자기 인덕턴스는 저하될 뿐만 아니라, 안테나(1)가 실장되는 회로 기판의 접지면을 구성하는 도체와의 간격이 넓어지므로 Q값은 증가한다. 바람직한 자기 인덕턴스 및 Q값을 얻을 수 있도록 환형 코일(20)과 연자성 부재(5)와의 간격을 설정하면 되지만, 간격 분만큼 안테나가 두꺼워지는 것을 고려하여 1 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
환형 코일(20)에 사용하는 도선은 단선(單線) 에나멜선이 바람직하고, 열융착성 오버코트가 형성된 에나멜선(자기 융착선)이 더욱 바람직하다. 자기 융착성 환형 코일(20)은 조립이 용이하다. 도선의 선 직경은 30㎛∼80㎛가 바람직하다.
코일 유지용 비자성 수지 부재(10)과 닮은꼴인 직사각형의 연자성 부재(5)는, 대향하는 상면(5a) 및 바닥면(5b)고, 양자 사이의 측면(5c)을 가진다. 도 1∼도 5에 나타낸 예에서는, 상면(5a) 및 바닥면(5b)은 모두 평탄하고, 비자성 수지 부재(10)의 돌기부(24)가 끼워지는 중앙 개구부(8)를 가진다. 안테나(1)의 소형화를 위해, 코일 유지용 수지 부재(10)의 한 변을 30 ㎜ 이하로 하고, 두께를 2.5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 연자성 부재(5)의 측면(5c)에는, 환형 코일(20)의 양단의 도선(21a, 21b)을 배치하기 위한 복수의 절결부(6a, 6b)가 형성되어 있다. 절결부(6a, 6b)는 최소 2개 형성하면 되지만, 그 형성 위치에 따라 연자성 부재(5)에 방향성이 생기지 않도록 각 변에 형성할 수도 있다.
연자성 부재(5)는, Ni계 페라이트(ferrite), Li계 페라이트, Mn계 페라이트 등의 고저항 연자성 페라이트, Fe-Si계 연자성 합금, Fe기 또는 Co기의 아몰퍼스 합금 또는 나노 결정 연자성 합금 등에 의해 형성할 수 있다. 연자성 페라이트로 이루어지는 연자성 부재(5)는, 산화 제2철(Fe2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 니켈(NiO), 산화동(CuO), 산화 망간(MnO) 등을 주성분으로 하는 가소분을 분말 성형하고, 소결함으로써 제작하는 것이 바람직하다. 소결체를 그대로 사용해도 되지만, 연삭, 펀칭 등의 가공을 행해도 된다. 또한, 연자성 페라이트로 이루어지는 연자성 부재(5)는, 연자성 페라이트의 슬러리로부터 독터 블레이드(doctor blade)법 등에 의해 형성한 그린 시트를 소정의 형상으로 가공하고, 단층으로 또는 적층하여 소결함으로써 제작할 수도 있다. 이 경우에도, 소결체를 소정의 형상으로 가공해도 된다.
아몰퍼스 합금 또는 나노 결정 연자성 합금으로 이루어지는 연자성 부재(5)는, 합금 리본을 소정의 형상으로 절단하고, 적층함으로써 제작할 수 있다. 또한, 합금 리본을 분말형 또는 박편 모양에 분쇄하고, 더스트 코어로 하는지, 수지 또는 고무에 분산시켜 시트형으로 성형해도 된다.
어느 경우도, 연자성 부재(5)를 구성하는 연자성 재료의 초투자율(初投磁率) μi(주파수 100 kHz)는, 링형 코어의 형상으로 측정했을 때 10 이상인 것이 바람직하다.
연자성 부재(5)의 개구부(8)의 형상 및 크기는, 자기 요크로서 기능하면서 비자성 수지 부재(10)를 위치 결정할 수 있다면, 특별히 한정되지 않지만, 자기 요크로서의 기능을 확보하기 위하여, 개구부(8)의 면적은 연자성 부재(5)의 면적의 1%∼20%인 것이 바람직하고, 1%∼10%인 것이 더욱 바람직하다. 개구부(8)의 각 변은 연자성 부재(5)의 대응하는 각 변과 평행하고, 또한 개구부(8)의 중심과 연자성 부재(5)의 중심은 일치하고 있는 것이 바람직하다. 제1 실시형태에서는 개구부(8)는 관통공(貫通孔)이지만, 오목부라도 된다. 그리고, 안테나(1)의 단자와 실장 기판에 설치된 선로와의 접속을 저해하지 않도록, 개구부(8)에 끼워넣은 돌기부(24)는, 단자(15)가 설치된 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)보다 돌출해서는 안된다.
환형 코일(20)의 도선(21a, 21b)은, 연자성 부재(5)의 외주 절결부(6a, 6b)를 통하여, 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)에 형성된 단자(15a, 15b)와 용접, 열압착, 초음파 진동 등에 의해 접속되어 있다. Ag 등의 도체 패턴으로 형성된 단자(15a∼15d)는 면 실장용 전극으로서도 사용된다. 각각의 단자(15a∼15d)는, 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)에 직접적으로 또는 절연성 유리층 또는 수지층을 통하여 설치된 도체층과, 열적으로 보호 및 납땜성 향상을 위해 그 표면에 형성하는 보호층으로 이루어진다.
상기 도체층은, 예를 들면, 유리나 유기 비이클, 용제 등을 포함하는 Cu, Ag, Ag-Pd 등의 합금의 페이스트를, 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)의 소정 개소(箇所)에 인쇄에 의해 도포하고, 약 50℃∼150℃에서 건조하고, 500℃ 이상의 온도에서 소부하는 것에 의해 형성한다. 또한, 합금 페이스트를 소부 대신, 도체층용 금속을 도금 또는 증착한 후, 불필요한 부분을 에칭에 의해 제거하는 방법에 의해 상기 도체층을 형성할 수도 있다. 상기 보호층은, 납땜층, 또는 Ni, Au 등의 도금층이다.
[2] 제2 실시형태
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 안테나를 나타낸다. 제1 실시형태의 안테나와는 위치 결정의 구성 이외에는 거의 동일하므로, 상이점만 상세하게 설명한다. 본 실시형태에서는, 연자성 부재(5)의 상면(5a)에 위치결정용의 중앙 돌기부(9)가 형성되어 있고, 비자성 수지 부재(10)의 바닥면(10b)에 돌기부(9)를 수용하는 오목부(미관통의 오목부)(7)가 형성되어 있다. 돌기부(9)는 환형 코일(20)의 공심부에 위치하고, 환형 코일(20)의 내경보다 충분히 작다. 돌기부(9)의 평면에서 볼 때의 면적은 환형 코일(20)의 내주부 면적의 1%∼10%인 것이 바람직하고, 1%∼5%인 것이 더욱 바람직하다. 돌기부(9)의 각 변은 연자성 부재(5)의 대응하는 각 변과 평행하고, 또한 돌기부(9)의 중심과 연자성 부재(5)의 중심은 일치하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성의 제2 실시형태의 안테나도, 제1 실시형태의 안테나와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
[3] 제３ 실시형태
도 8∼도 10은 본 발명의 제３ 실시형태에 의한 안테나를 나타낸다. 이 안테나는, 도 9에 나타낸 가늘고 긴 형상의 코일 유지용 비자성 수지 부재(10)와, 상기 비자성 수지 부재(10)와 마찬가지로 가늘고 긴 형상의 연자성 부재(5)를 구비한다. 비자성 수지 부재(10)의 바닥면(10b)과 연자성 부재(5)의 상면(5a)이 접착된다.
본 실시형태에서는, 비자성 수지 부재(10)는 측면(10c)의 전체 주위에 상하 한 쌍의 플랜지부(22a, 22b)를 가지고, 양 플랜지부(22a, 22b)에 형성된 홈부(23)에 환형 코일(20)이 권취되어 있다. 바닥면(10b) 측의 플랜지부(22b)에는, 환형 코일(20)의 도선을 통과시키는 절결부(25a, 25b)가 형성되어 있다.
연자성 부재(5)의 측면(5c)에도, 비자성 수지 부재(10)의 절결부(25a, 25b)와 대응하는 위치에 절결부(6a, 6b)가 형성되어 있다. 연자성 부재(5)의 바닥면에는 3개의 단자(15a, 15b, 15c)가 형성되어 있고, 단자(15a)는 절결부(6a)에 근접하고 있고, 단자(15b)는 절결부(6b)에 근접하고 있고, 단자(15c)는 단자(15a)와 단자(15b)의 중간에 위치한다. 단자(15c)는 면 실장용 전극으로서 사용된다.
환형 코일(20)의 한쪽 도선(21a)은 비자성 수지 부재(10)의 절결부(25a) 및 연자성 부재(5)의 절결부(6a)를 통하여 단자(15a)에 접속되고, 또한 환형 코일(20)의 다른 쪽 도선(21b)은, 비자성 수지 부재(10)의 절결부(25b) 및 연자성 부재(5)의 절결부(6b)를 통하여 단자(15b)에 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 한 쌍의 플랜지부(22a, 22b)에 의해 형성된 홈부(23)에 환형 코일(20)이 권취되어 있으므로, 환형 코일(20)의 위치 결정이 용이하다. 또한 플랜지부(22b)의 두께 분만큼, 환형 코일(20)은 연자성 부재(5)로부터 이격되어 있다. 연자성 부재(5) 및 코일 유지용 수지 부재(10)에 위치 결정 수단(돌기부와 개구부의 조합)이 없지만, 비자성 수지 부재(10)의 절결부(25a, 25b)와 연자성 부재(5)의 절결부(6a, 6b)를 정합시킴으로써, 비자성 수지 부재(10)와 연자성 부재(5)와의 위치 결정을 행할 수 있다.
이 안테나는 가늘고 길므로, 다른 부품의 실장 영역을 훼손하지 않도록 회로 기판의 둘레부를 따라 실장 가능하다. 제３ 실시형태의 안테나도, 제1 실시형태의 안테나와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
[4] 제4 실시형태
도 11 및 도 12는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 안테나를 나타낸다. 이 안테나는, 한 쌍의 돌기부(16a, 16b)를 가지는 기판 부재(14)와, 돌기부(16a, 16b)를 수용하는 한 쌍의 개구부(8a, 8b)를 가지는 연자성 부재(5)와, 돌기부(16a, 16b)를 수용하는 한 쌍의 개구부(11a, 11b)를 가지는 코일 유지용 비자성 수지 부재(10)로 이루어지고, 비자성 수지 부재(10)에는 상면 측의 외주 플랜지부(22a)와 바닥면 측의 외주 플랜지부(22b)가 형성되어 있고, 한 쌍의 플랜지부(22a, 22b)에 의해 형성되는 홈부에 환형 코일(20)이 권취되어 있다. 비자성 수지 부재(10)의 대향하는 측 면에 각각 절결부(25a, 25b)가 형성되어 있고, 연자성 부재(5)의 대향하는 측 면에서 절결부(25a, 25b)와 평면에서 볼 때 동일한 위치에 절결부(6a, 6b)가 형성되어 있고, 기판 부재(14)의 대향하는 측 면에서 절결부(25a, 25b)와 평면에서 볼 때 동일한 위치에 절결부(26a, 26b)가 형성되어 있다.
비자성 수지 부재(10), 연자성 부재(5) 및 기판 부재(14)를 순차적으로 중첩하여, 비자성 수지 부재(10)의 개구부(11a, 11b) 및 연자성 부재(5)의 개구부(8a, 8b)에 기판 부재(14)의 돌기부(16a, 16b)를 끼워넣고, 비자성 수지 부재(10)의 바닥면(10b)에 연자성 부재(5)의 상면(5a)을 접착하고, 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)에 기판 부재(14)의 상면(14a)을 접착한다. 돌기부(16a, 16b)의 길이는, 비자성 수지 부재(10), 연자성 부재(5) 및 기판 부재(14)를 중첩했을 때, 돌기부(16a, 16b)가 개구부(11a, 11b)로부터 돌출되지 않도록 설정한다. 비자성 수지 부재(10)의 절결부(25a, 25b), 연자성 부재(5)의 절결부(6a, 6b), 및 기판 부재(14)의 절결부(26a, 26b)는 각각 수직 방향으로 및 환형 코일(20)의 양쪽 인출선(21a, 21b)이 통과하는 한 쌍의 수직 방향의 절결부가 된다.
제4 실시형태의 안테나도, 제1 실시형태의 안테나와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 나아가서는, 이 안테나에서는, 비자성 수지 부재(10), 연자성 부재(5) 및 기판 부재(14)의 조립 시의 위치 결정이 매우 용이하다. 그리고, 기판 부재(14)는 액정 폴리머에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
[5] 제５ 실시형태
도 13∼도 15는 본 발명의 제５ 실시형태에 의한 안테나를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 환형 코일(20)은, 코일 유지용 비자성 수지 부재(10)의 플랜지부(22a, 22b) 사이의 홈부에 동심형으로 권취된 제1 코일(20a)과 제2 코일(20b)로 이루어진다. 연자성 부재(5)의 바닥면(5b)에는, 3개의 단자(15a, 15b, 15c)가 설치되어 있다. 제1 코일(20a)의 한쪽 도선과 제2 코일(20b)의 한쪽 도선은 접속되고, 공통선(21c)으로서 중앙의 단자(15c)에 접속되고, 양 코일(20a, 20b)의 다른 쪽 도선(21a, 21b)은 양단의 단자(15a, 15b)에 접속되어 있다. 공통선(21c)에서 볼 때, 제1 코일(20a)과 제2 코일(20b)은 서로 역방향으로 권취되어 있다.
연자성 부재(5)의 바닥면(5b)에 단자를 형성하는 대신, 단자용 도체 패턴이 설치된 플렉시블 프린트 기판 또는 리지드 기판(예를 들면, 유리 에폭시 기판), 또는 도 16에 나타낸 바와 같이 단자(15a, 15b, 15c)가 일체로 인서트 성형된 수지 기판 부재(14)를 사용할 수도 있다. 기판 부재(14)의 일측면에는, 연자성 부재(5)의 절결부(6a, 6b, 6c)와 대응하는 위치에, 도선(21a, 21b, 21c)을 통과시키기 위한 절결부(26a, 26b, 26c)가 형성되어 있다.
이 안테나를 사용한 본 발명의 모듈의 평형형 회로를 도 17에 나타낸다. 제1 코일(20a)의 일단(21a)은 커패시터 C1, C2로 구성된 정합 회로(72)에 접속되고, 인덕터 L0와 커패시터 C0로 구성된 제1 필터(71)를 통하여, 반도체(70) 내의 송신 회로의 변조 회로와 접속하는 출력단 Tx1에 접속되어 있다. 반도체(70) 내의 수신 회로의 복조 회로와 접속하는 입력단 Rx는, 직렬로 접속한 저항 R2 및 커패시터 C3를 구비한 제2 필터(73)를 통하여, 필터(71)와 정합 회로(72)와의 접속점에 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2 코일(20b)의 일단(21b)은 커패시터 C1, C2로 구성된 정합 회로(72)에 접속되고, 인덕터 L0와 커패시터 C0로 구성된 제1 필터(71)를 통하여, 반도체(70) 내의 송신 회로의 변조 회로와 접속하는 출력단 Tx2에 접속되어 있다. 제1 코일(20a)와 제2 코일(20b)의 공통단(21c)은 접지되어 있다. 유리 에폭시 기판에 안테나(1), 반도체(70), 정합 회로(72), 및 제1 및 제2 필터(71, 73)를 구성하는 리액턴스 소자 및 저항을 설치하여, 모듈로 만든다. 그리고, 제1∼제５ 실시형태와 같이, 중간 탭(tap)를 설치하지 않는 구성이라도, 환형 코일(20)의 일단을 출력단 Tx에, 타단을 출력단 Tx2에 접속하면, 평형형 회로의 모듈로 만들 수 있다.
[6] 제6 실시형태
도 18은 본 발명의 제6 실시형태에 의한 안테나를 나타낸다. 이 안테나는, 환형 코일(20)이 제1 코일(20a) 및 제2 코일(20b)로 구성되어 있는 점에서는 제５ 실시형태와 동일하지만, 2개의 코일(20a, 20b)이 연자성 부재(5)의 상면(5a) 상에 나란히 배치되어 있는 점에서 상이하다. 제1 코일(20a)의 한쪽 도선과 제2 코일(20b)의 한쪽 도선은 접속되고, 공통선(21c)으로서 단자(15c)에 접속되어 있고, 각 코일(20a, 20b)의 다른 쪽 도선(21a, 21b)은 단자(15a, 15b)에 접속되어 있다. 공통선(21c)에서 볼 때, 제1 코일(20a)과 제2 코일(20b)은 서로 역방향으로 권취되어 있다.
이 안테나를 사용한 본 발명의 모듈의 다른 회로 구성을 도 19에 나타낸다. 제1 코일(20a)의 일단(21a)은, 정합 회로(72) 및 필터(71)를 통하여, 반도체(70) 내의 송신 회로의 변조 회로와 접속하는 출력단 Tx에 접속되어 있다. 제2 코일(20b)의 일단(21b)은, 정합 회로(72) 및 필터(71)를 통하여, 반도체(70) 내의 수신 회로의 복조 회로와 접속하는 입력단 Rx에 접속되어 있다. 유리 에폭시 기판에 안테나(1), 반도체(70), 정합 회로(72) 및 필터(71)를 구성하는 리액턴스 소자 및 저항을 설치하여, 모듈로 만든다. 이와 같은 구성의 모듈에서는 송신하면서 수신을 행할 수 있다.
도 27은 본 발명의 안테나를 사용한 무선 통신 장치의 외관을 나타낸다. 본 발명의 안테나는 소형이므로, 스마트 폰(100)과 같이 소형 및 소전력이며 고기능의 통신 기기에도 내장 가능하다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼3
연자성 부재(5)를 구성하는 연자성 재료로서, 46.5 mol%의 Fe2O3, 20.0 mol%의 ZnO, 22.5 mol%의 NiO, 및 11.0 mol%의 CuO로 이루어지는 조성(소성 후)을 가지고, 초투자율이 110인 Ni계 페라이트를 사용하였다. Fe2O3 분말, ZnO 분말, NiO 분말 및 CuO 분말을 상기 소성 후의 조성이 되도록 혼합하고, 하소한 분말에 바인더 등을 부가하여 조립(造粒)하고, 조립 가루를 정사각 형상의 성형체로 성형하고, 성형체를 1100℃에서 소결하고, 얻어진 소결체에 중앙 개구부(8)를 형성하는, 필요한 면을 숫돌로 연삭하여 평탄화하고, 도 20a 및 도 20b에 나타낸 바와 같이 중앙 개구부(8)를 가지는 정사각 형상의 연자성 부재(5)(시료 1∼3)를 제작하였다. 시료 1∼3은 모두 14 ㎜×14 ㎜×0.8 ㎜의 외형 치수(소결 후)를 가지고, 중앙 개구부(8)의 치수는 각각 3.5 ㎜×3 ㎜(시료 1), 2.5 ㎜×2 ㎜(시료 2), 및 1.5 ㎜×1 ㎜(시료 3)였다.
각 시료 1∼3에 대응하는 돌기부를 가지는 비자성 수지 부재(10)를 액정 폴리머에 의해 형성하였다. 각 비자성 수지 부재(10)의 외형 치수는, 돌기부를 제외하고, 13.6 ㎜×13.6 ㎜×0.6 ㎜였다. 각 비자성 수지 부재(10)의 측면 전체 주위에 외주 에지로부터 0.3 ㎜, 주면(主面)으로부터 0.3 ㎜의 환형 절결부를 형성하였다. 이 환형 절결부에, 선 직경 60㎛(도체 직경: 50㎛, 피복층 두께: 5㎛)의 에나멜선을 7턴(turn) 권취하여, 가로 13 ㎜×세로 13 ㎜, 두께 0.25 ㎜의 환형 코일(20)로 만들었다. 환형 코일(20)을 비자성 수지 부재(10)와 함께 연자성 부재(5)에 접착하여, 두께 1.4 ㎜의 안테나를 제작하였다.
실시예 4
실시예 1∼3과 동일한 방법에 의해, 도 21a 및 도 21b에 나타낸 바와 같이 중앙 오목부(8)를 가지는 정사각 형상의 연자성 부재(5)(시료 4)를 제작하였다. 시료 4의 외형 치수는 14 ㎜×14 ㎜×0.8 ㎜이며, 중앙 오목부(7)의 치수는 3.5 ㎜×3 ㎜이며, 깊이 0.4 ㎜였다. 시료 4의 연자성 부재(5)를 사용하여, 실시예 1∼3과 동일한 방법에 의해, 두께 1.4 ㎜의 안테나를 제작하였다.
실시예 5
실시예 1∼3과 동일한 방법에 의해, 도 22a 및 도 22b에 나타낸 바와 같이 중앙 돌기부(9)를 가지는 정사각 형상의 연자성 부재(5)(시료 5)를 제작하였다. 시료 5의 외형 치수는 14 ㎜×14 ㎜×0.8 ㎜이며, 중앙 돌기부(9)의 치수는 3.5 ㎜×3 ㎜이며, 높이 0.4 ㎜였다. 시료 5의 연자성 부재(5)를 사용하여, 실시예 1∼3과 동일한 방법에 의해, 두께 1.4 ㎜의 안테나를 제작하였다. 환형 코일(20)의 내주부에 대한 중앙 돌기부(9)의 면적 비율은 6.2%였다.
비교예 1
실시예 1∼3과 동일한 방법에 의해, 도 23a 및 도 23b에 나타낸 바와 같이 원형상 보디부(27)를 가지는 정사각 형상의 연자성 부재(5)(시료 6)를 제작하였다. 시료 6의 외형 치수는 14 ㎜×14 ㎜×0.7 ㎜이며, 원형상 보디부(27)의 치수는 직경 12 ㎜이며, 높이 0.7 ㎜였다. 환형 코일(20)의 내주부에 대한 원형상 보디부(27)의 면적 비율은 100%였다.
시료 6의 연자성 부재(5)의 원형상 보디부(27)에, 선 직경 60㎛(도체 직경: 50㎛, 피복층 두께: 5㎛)의 에나멜선을 6턴 권취하여, 내경 12 ㎜, 외경 12.7 ㎜ 및 두께 0.1 ㎜의 환형 코일(20)로 만들었다. 환형 코일(20)을 연자성 부재(5)에 접착하여, 두께 1.4 ㎜의 안테나를 제작하였다.
도 26에 나타낸 평가 장치를 사용하여, 각 안테나와 IC 태그와의 통신을 행하였다. 평가 장치는, 비접촉 데이터 통신에 필요한 신호 처리 회로 및 정보를 저장한 IC 칩 부품을 구비하는 NXP Semiconductor사에서 제조한 평가 보드이다. 그리고, 안테나의 자기 공진 주파수를 40 MHz 이상으로 하기 위해서는, 13.56 MHz에서의 안테나의 자기 인덕턴스를 3μH 미만으로 하는 것이 바람직하다.
실시예 1∼5 및 비교예 1의 안테나도 3μH 미만의 자기 인덕턴스를 가지도록, 코일의 권취수를 조정하였다. 실시예 1∼5 및 비교예 1에서 정합 회로의 상수(常數)는 동일하게 하였다. 안테나와 IC 태그와의 통신 거리를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112014094472218-pct00001
실시예 1∼3의 안테나에서는, 연자성 부재(5)의 개구부의 면적이 커짐에 따라, 13.56 MHz에서의 자기 인덕턴스는 약간 저하되었다. 연자성 부재(5)에 오목부를 형성한 실시예 4의 안테나에서는, 자기 인덕턴스는 저하되었다. 또한 연자성 부재(5)에 돌기부를 형성한 실시예 5의 안테나에서는, 자기 인덕턴스는 약간 증가하였다. 이와 같이, 실시예 1∼5 모두, 동일한 권취수로 3μH 미만의 인덕턴스값을 얻을 수 있었다. 실시예 4 및 실시예 5에서는, 최대로 인덕턴스에 0.11μH의 차이가 있지만, 동일한 정합 회로로 동일한 통신 거리를 얻을 수 있었다. 상기 개구부, 오목부 및 돌기부는 연자성 부재(5)의 중앙부에 형성되어 있으므로, 통신에 기여하는 자속에 대한 영향은 적으며, 실시예 1∼5에서 통신 거리에 차이가 없었다.
한편, 비교예 1의 안테나에서는, 실시예 1과 동일한 코일의 권취수에서는, 자기 인덕턴스가 3.73μH로 커서, 3μH 미만의 인덕턴스는 얻을 수없었다. 코일의 권취수를 6턴으로 저감하여 3μH 미만의 인덕턴스를 얻었지만, 실시예와 동일한 정합 회로에서는 통신하지 못하고, 정합 회로의 상수를 변경하여 임피던스 매칭을 조정해도, 통신 거리는 31 ㎜로 짧았다.

Claims (12)

  1. 적어도 1개의 환형 코일;
    상기 환형 코일을 유지하는 판형의 비자성 수지 부재;
    상기 환형 코일을 통하여 상기 비자성 수지 부재와 중첩되는 판형의 연자성 부재; 및
    상기 환형 코일의 도선(導線)이 접속하는 단자
    를 포함하고,
    상기 환형 코일은, 상기 연자성 부재의 외주보다 외측으로 나오지 않도록, 상기 비자성 수지 부재의 외주를 따른 주위 방향 오목부에 배치되어 있고,
    상기 환형 코일의 도선은 상기 연자성 부재의 외주 에지에 형성된 절결(切缺)을 통하여 상기 단자에 접속되어 있으며,
    상기 환형 코일의 내측 전체가 비자성 영역인,
    근거리 무선 통신용 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 수지 부재는 상기 연자성 부재와 접합되는 고정면과, 상기 고정면과 대향하는 자유면을 가지고, 상기 비자성 수지 부재의 상기 주위 방향 오목부는, 상기 자유면으로부터 연장되는 1개의 외주 플랜지부(flange portion)를 가지는 주위 방향 스텝부이며, 상기 비자성 수지 부재에 접합된 상기 연자성 부재와 상기 외주 플랜지부에 의해 형성된 공극(空隙)에 상기 환형 코일이 배치되는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 수지 부재는 상기 연자성 부재와 접합되는 고정면과, 상기 고정면과 대향하는 자유면을 가지고, 상기 비자성 수지 부재의 상기 주위 방향 오목부는, 상기 고정면 및 상기 자유면으로부터 연장되는 한 쌍의 외주 플랜지부를 가지는 주위 방향 홈부(構部)이며, 상기 주위 방향 홈부에 상기 환형 코일이 배치되는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  4. 적어도 1개의 환형 코일;
    상기 환형 코일을 유지하는 판형의 비자성 수지 부재;
    상기 환형 코일을 통하여 상기 비자성 수지 부재와 중첩되는 판형의 연자성 부재; 및
    상기 환형 코일의 도선(導線)이 접속하는 단자
    를 포함하고,
    상기 환형 코일은, 상기 연자성 부재의 외주보다 외측으로 나오지 않도록, 상기 비자성 수지 부재의 외주를 따른 주위 방향 오목부에 배치되어 있고,
    상기 환형 코일의 도선은 상기 연자성 부재의 외주 에지에 형성된 절결(切缺)을 통하여 상기 단자에 접속되어 있으며,
    상기 환형 코일은 동심형으로 배치된 제1 코일 및 제2 코일로 이루어지고,
    상기 제1 코일의 도선의 일단과 상기 제2 코일의 도선의 일단은 접속되어 접지단(接地端)을 구성하고, 상기 제1 코일의 도선의 타단과 상기 제2 코일의 도선의 타단은 각각 신호단(信號端)을 구성하고,
    상기 접지단에서 볼 때, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 역방향으로 권취되어 있는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  5. 적어도 1개의 환형 코일;
    상기 환형 코일을 유지하는 판형의 비자성 수지 부재;
    상기 환형 코일을 통하여 상기 비자성 수지 부재와 중첩되는 판형의 연자성 부재; 및
    상기 환형 코일의 도선(導線)이 접속하는 단자
    를 포함하고,
    상기 환형 코일은, 상기 연자성 부재의 외주보다 외측으로 나오지 않도록, 상기 비자성 수지 부재의 외주를 따른 주위 방향 오목부에 배치되어 있고,
    상기 환형 코일의 도선은 상기 연자성 부재의 외주 에지에 형성된 절결(切缺)을 통하여 상기 단자에 접속되어 있으며,
    상기 환형 코일은, 상기 연자성 부재의 면 상에 배열된 제1 코일 및 제2 코일로 이루어지고,
    상기 제1 코일의 도선의 일단과 상기 제2 코일의 도선의 일단은 접속되어 접지단을 구성하고, 상기 제1 코일의 도선의 타단과 상기 제2 코일의 도선의 타단은 각각 신호단을 구성하고,
    상기 접지단에서 볼 때, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 역방향으로 권취되어 있는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비자성 수지 부재는 돌기부를 가지고,
    상기 연자성 부재는, 상기 비자성 수지 부재의 상기 돌기부를 수용하는 개구부 또는 오목부를 가지고,
    상기 돌기부가 상기 개구부 또는 오목부에 끼워넣어짐으로써, 상기 비자성 수지 부재와 상기 연자성 부재와의 위치 결정이 행해지는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  7. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연자성 부재는 돌기부를 가지고,
    상기 비자성 수지 부재는, 상기 연자성 부재의 상기 돌기부를 수용하는 개구부 또는 오목부를 가지고,
    상기 돌기부가 상기 개구부 또는 오목부에 끼워넣어짐으로써, 상기 연자성 부재와 상기 비자성 수지 부재와의 위치 결정이 행해지는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  8. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단자를 가지는 기판 부재를 더 포함하고,
    상기 기판 부재는, 상기 연자성 부재의 상기 환형 코일과는 반대측의 면에 접합되어 있는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 부재는 적어도 1개의 돌기부를 가지고,
    상기 연자성 부재는 상기 기판 부재의 돌기부를 수용하는 적어도 1개의 개구부를 가지고,
    상기 비자성 수지 부재는 상기 기판 부재의 돌기부를 수용하는 적어도 1개의 개구부 또는 오목부를 가지는, 근거리 무선 통신용 안테나.
  10. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 근거리 무선 통신용 안테나를 포함하는 안테나 모듈로서,
    수지 기판에, 상기 근거리 무선 통신용 안테나와, 정합(整合) 회로를 구성하는 리액턴스 소자와, 노이즈 필터를 구성하는 리액턴스 소자와, 송신 회로 및 수신 회로를 가지는 집적 회로를 실장한, 안테나 모듈.
  11. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 근거리 무선 통신용 안테나를 포함하는, 무선 통신 장치.
  12. 삭제
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