KR20120022562A

KR20120022562A - 통신단말장치

Info

Publication number: KR20120022562A
Application number: KR1020110072316A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 쿠보; 히로미츠 이토; 쿠니아키 요스이; 히로마사 코야마
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-03-12
Also published as: JP2012060626A; CN102377026A; US20120038443A1; JP5625813B2; KR101270562B1; CN102377026B; EP2418729A2; EP2418729A3; CN104657697B; CN104657697A

Abstract

통신상대와의 위치관계(특히 각도관계)에 의존하지 않고, 통신 성능의 열화를 억제하여, 넓은 각도 범위에서 통신상대와의 통신이 가능한 통신단말장치를 구성한다.
회로기판(20)의 내층에는 평판형상 도체로서의 그라운드 도체가 마련되어 있다. 회로기판(20)의 표면 및 이면에는 안테나 코일(21)에 접속되는 급전회로 외에, 이동체 통신단말을 구성하기 위한 다양한 전자부품이 탑재되어 있다. 안테나 코일(21)은 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)이 회로기판(20)에 대면하는 상태로 탑재되어 있다. 안테나 코일(21)은 코일 도체(9) 중 제1 도체부분(11)이 제2 도체부분(12)보다 그라운드 도체(GND)에 근접한 위치가 되도록 배치되어 있다. 또한 안테나 코일(21)은 코일 도체(9)의 제1 도체부분(11)이 하우징(200)의 길이방향의 단부(통신단말장치를 세로로 길게 쥔 상태에서 상단부가 되는 부분)(E)의 근방에 위치하도록 배치되어 있다.

Description

통신단말장치{COMMUNICATION TERMINAL}

본 발명은 전자계 신호를 통해 외부기기와 통신하는 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템 등에서 이용 가능한 통신단말장치에 관한 것이다.

최근, 13.56MHz 등의 HF대를 이용한 RFID 시스템은 FeliCa(펠리카:등록상표)나 NFC(Near Field Communication)로서 이용이 확대되고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는 RFID 시스템용 안테나 장치가 개시되어 있다.

도 1은 특허문헌 1에 나타나 있는 통신단말장치(90)의 안테나 장치 부분의 단면도이다. 이 안테나 장치는 코일(71)의 권회(卷回;winding)영역의 중심부를 끼고 서로 대향하는 2개의 위치의 권선간격을 다르게 한 비대칭형상의 코일을 구비하여, 권선간격이 큰 측(71a)에서는 IC 카드(1)와 대향하는 입력부(94)의 면과는 반대측에 자성체(72)를 배치하고, 권선간격이 작은 측(71b)에서는 IC 카드와 대향하는 입력부(94)측의 면에 자성체(72)를 배치한 것이다. 코일(71)에는 리더/라이터 회로(50)가 접속되어 있다. 안테나 장치는 금속 하우징(housing)(97)에 형성된 안테나 수납 오목부(97a)에 배치되며, 수지부재(98)로 보호되어 있다. 이 안테나 장치에 의한 자장 분포는 코일(71)의 권선간격 및 선폭이 넓어지는 측(71a)에서 강조된 비대칭이 된다. 그 때문에, 안테나 장치의 주면(主面)에 수직인 방향으로는 양호한 통신 상태를 확보할 수 있다.

일본국 특허공보 제3975918호

통신단말장치를 리더 라이터 등의 통신상대에 갖다 댈 경우, 통신단말장치측 안테나와 상대측 안테나가 이루는 각도가 반드시 일정하지는 않으며, 그 위치관계(각도관계)에 따라서는 안정적인 통신이 불가능하거나 통신 불능이 될 우려가 있다. 이러한 경향은 통신단말장치(리더 라이터)와 IC 카드(IC 태그) 사이에서 통신을 행하는 RFID 시스템보다, 통신단말장치끼리 통신하는 RFID 시스템에서 특히 현저하게 나타난다.

특허문헌 1의 통신단말장치에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 안테나 장치가 금속 하우징(97)에 형성된 안테나 수납 오목부(97a)에 배치되기 때문에, 안테나 장치의 주면에 수직인 방향으로부터 자속을 받는 상태에서는 양호한 통신 상태를 확보할 수 있지만, 리더 라이터측 안테나와 단말측 안테나가 이루는 각도가 커지면, 나아가서는 각 안테나간의 거리가 커지면, 충분한 통신 특성을 확보하기가 곤란하다.

본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 통신상대와의 위치관계(특히 각도관계)에 의존하지 않고, 통신 성능의 열화를 억제하여, 넓은 각도 범위에서 통신상대와의 통신이 가능한 통신단말장치를 제공하는 것에 있다.

본 출원의 제1형태의 통신단말장치는,

제1 주면 및 제2 주면을 가지는 자성체 코어, 그리고 상기 자성체 코어에 권회된 코일 도체를 포함해서 구성되는 안테나 코일과, 상기 안테나 코일을 수납 또는 유지하는 하우징을 가지는 통신단말장치로서,

상기 코일 도체는 상기 자성체 코어의 상기 제1 주면측에 위치하는 제1 도체부분과, 상기 자성체 코어의 상기 제2 주면측에 위치하며, 제1 주면방향 또는 제2 주면방향에서 평면시(平面視)했을 때 상기 제1 도체부분과는 다른 위치에 배치된 제2 도체부분을 가지며,

상기 안테나 코일은 상기 자성체 코어의 상기 제2 주면측이 상기 하우징의 외면측(통신상대측)을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제2형태의 통신단말장치는 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이(A)보다, 상기 코일 도체의 상기 제2 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이(B)가 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제3형태의 통신단말장치는 상기 자성체 코어 및 상기 코일 도체가, 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이(A)는, 상기 제1 도체부분의 폭(C)보다 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제4형태의 통신단말장치는 상기 안테나 코일이, 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 하우징의 길이방향의 단부의 근방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제5형태의 통신단말장치는 상기 하우징 내에 평면형상 도체를 가지는 회로기판이 마련되어 있고, 상기 안테나 코일이 상기 평면형상 도체에 대향해서 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제6형태의 통신단말장치는 상기 자성체 코어가, 시트형상으로 성형된, 자성체 분말과 수지재의 혼성체, 또는 복수개로 소편화(小片化)된 소결 자성체인 것을 특징으로 한다.

본 출원의 제7형태의 통신단말장치는 상기 자성체 코어의 한쪽 끝의 폭이 다른 부분의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 통신단말장치는 특히 안테나 코일을 구성하는 코일 도체가, 자성체 코어의 제1 주면측에 위치하는 제1 도체부분과, 자성체 코어의 제2 주면측에 위치하며, 주면방향에서 평면시했을 때 제1 도체부분과는 다른 위치에 배치된 제2 도체부분을 가지며, 안테나 코일은 자성체 코어의 제1 주면측이 평면형상 도체측이 되면서, 코일 도체의 제1 도체부분이 하우징의 상단부 근방에 위치하도록 배치되어 있으므로, 하우징의 길이방향의 단부를 통신상대를 향하게 해서 통신상대와 무선통신할 때에, 통신상대와의 위치관계(특히 각도관계)에 크게 의존하지 않고, 넓은 각도 범위에서 통신상대와의 통신이 가능하다.

도 1은 특허문헌 1에 나타나 있는 통신단말장치의 안테나 장치 부분의 단면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 통신단말장치가 구비하는 안테나 코일을 나타내는 도면이다. 도 2(A)는 안테나 코일의 평면도, 도 2(B)는 정면도이다.
도 3은 코일 도체(9)가 형성된 플렉시블 기재(10)와 자성체 코어(8)를 분리한 상태에서의 평면도이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 통신단말장치 및 그것이 구비하는 안테나 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4(A)는 안테나 장치(101)의 평면도, 도 4(B)는 그 정면도, 도 4(C)는 통신단말장치(201)의 개략 단면도이다.
도 5는 도 4(C)에 나타낸 각도(θ)를 변화시켰을 때의 안테나 코일을 통과하는 자속의 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 5(A)는 θ=90°인 경우이고, 도 5(B)는 θ=0°인 경우이다.
도 6은 도 4(C)에 나타낸 각도(θ)를 변화시켰을 때의 안테나 코일을 통과하는 자속의 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 6(A)는 θ=0°인 경우이고, 도 6(B)는 θ=0°인 경우의 자속의 모습을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 통신단말장치끼리 통신하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 7(A)는 통신단말장치끼리 통신하는 상태의 사시도, 도 7(B)는 그 단면도이다.
도 8은 통신단말장치끼리 통신을 행하는 다른 모습을 나타내는 도면이고, 도 8(A)는 통신단말장치끼리 통신하는 상태의 사시도, 도 8(B)는 그 단면도이다.
도 9는 제2 실시형태에 따른 안테나 코일의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9(A)는 코일 도체(9)가 형성된 상태에서의 플렉시블 기재(10)의 평면도, 도 9(B)는 코일 도체(9)의 상층 코일 도체부(9S)의 형상을 나타내는 도면, 도 9(C)는 코일 도체(9)의 하층 코일 도체부(9U)의 형상을 나타내는 도면, 그리고 도 9(D)는 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S)가 겹쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 10(A)는 안테나 코일(22)의 평면도, 도 10(B)는 안테나 코일(22)을 구비한 안테나 장치의 정면도이다.
도 11(A)는 제3 실시형태에 따른 통신단말장치의 주요부의 단면도, 도 11(B)는 제3 실시형태에 따른 안테나 코일의 정면도이다.
도 12(A)는 제4 실시형태에 따른 안테나 코일(24)의 평면도, 도 12(B)는 제4 실시형태에 따른 안테나 코일(24)의 정면도이다.
도 13(A)는 제5 실시형태에 따른 안테나 코일에 구비되는 자성체 코어(8)의 평면도, 도 13(B)는 제5 실시형태에 따른 안테나 코일(25)의 평면도이다.
도 14(A)는 제6 실시형태에 따른 안테나 코일에 구비되는 자성체 코어(8)의 평면도, 도 14(B)는 제6 실시형태에 따른 안테나 코일(26)의 평면도이다.
도 15는 제7 실시형태에 따른 통신단말장치의 주요부의 단면도이다.
도 16(A)는 제8 실시형태에 따른 통신단말장치(208)의 사시도, 도 16(B)는 그 단면도이다.
도 17(A)는 제9 실시형태에 따른 통신단말장치(209)의 사시도, 도 17(B)는 그 단면도이다.
도 18은 제10 실시형태에 따른 통신단말장치의 주요부의 단면도이다.
도 19는 자성체 코어(8)와 코일 도체의 위치관계를 변화시켰을 때의, 리더 라이터 안테나와의 결합계수의 변화를 나타내는 도면이다.
도 20은 제11 실시형태에 따른 통신단말장치에 구비되는 안테나 코일의 정면도이다.
도 21(A), 도 21(B), 도 21(C)는 비교 대조용 안테나 코일의 정면도이다.

？제1 실시형태？

제1 실시형태에 따른 통신단말장치는 예를 들면 휴대전화단말과 같은 이동체 통신단말로서 사용된다. 도 2는 그 통신단말장치가 구비하는 안테나 코일을 나타내는 도면이다. 이 안테나 코일(21)은 예를 들면 13.56MHz와 같은 HF대의 RFID 시스템용 안테나로서 이용된다. 도 2(A)는 안테나 코일의 평면도, 도 2(B)는 정면도이다. 이 안테나 코일(21)은 제1 주면(MS1) 및 제2 주면(MS2)을 가지는 자성체 코어(8)와, 이 자성체 코어(8)에 권회된 코일 도체(9)를 구비하고 있다. 코일 도체(9)는 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)측에 위치하는 제1 도체부분(11)과, 자성체 코어(8)의 제2 주면(MS2)측에 위치하며, 주면(MS1)방향에서 평면시했을 때 제1 도체부분(11)과는 다른 위치(겹치지 않는 위치)에 배치된 제2 도체부분(12)을 가지고 있다.

도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 자성체 코어(8)는 페라이트 분말과 수지재의 혼성체가 직사각형 판형상으로 성형된 것이다. 코일 도체(9)는 구리, 은, 알루미늄 등의 금속 박막이 PET 등의 플렉시블 기재(10)의 표면에 직사각형 소용돌이형상으로 패턴 형성된 것이다. 이 코일 도체(9)의 한쪽 끝에는 단자전극(91)이 형성되어 있고, 다른쪽 끝에는 단자전극(92)이 형성되어 있다. 이 단자전극(91, 92)들은 도시하지 않은 급전회로에 접속된다.

도 3은 코일 도체(9)가 형성된 플렉시블 기재(10)와 자성체 코어(8)를 분리한 상태에서의 평면도이다. 이 도 3에 나타내는 바와 같이, 플렉시블 기재(10)에는 코일 도체(9)의 권회 중심부에 상당하는 위치에 직사각형상의 개구부(AP)가 마련되어 있다. 자성체 코어(8)는 이 개구부(AP)에 삽입되어 있다. 따라서 코일 도체(9)는 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)측에 위치하는 제1 도체부분(11), 자성체 코어(8)의 제2 주면(MS2)측에 위치하는 제2 도체부분(12)을 각각 구비하고 있다. 이들 자성체 코어(8)와 코일 도체(9)에 의해 안테나 코일(21)이 구성되어 있다.

도 4는 제1 실시형태에 따른 통신단말장치 및 그것이 구비하는 안테나 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4(A)는 안테나 장치(101)의 평면도, 도 4(B)는 그 정면도이다. 또한 도 4(C)는 통신단말기기(201)의 개략 단면도이다.

도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 회로기판(20)은 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 기재로 하고, 그 내층에 평판형상 도체로서의 그라운드 도체(GND)가 마련되어 있다. 또한 도시하지 않지만, 회로기판(20)의 표면 및 이면에는 안테나 코일(21)에 접속되는 급전회로 외에, 이동체 통신단말을 구성하기 위한 다양한 전자부품이 탑재되어 있다.

또한 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 안테나 코일(21)은 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)이 회로기판(20)에 대면하는 상태로, 회로기판(20)에 접합재를 통해 탑재되어 있다. 따라서 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)은 그라운드 도체(GND)에 대면하고 있다. 즉, 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1) 또는 제2 주면(MS2)방향에서 평면시한 상태에서, 안테나 코일(21)은 그라운드 도체(GND)와 겹쳐지도록 배치되어 있다. 단, 코일 도체(9)와 그라운드 도체(GND)는 간격(G)만큼 이간되어 배치되어 있다. 이와 같이 내층에 그라운드 도체(GND)가 형성된 회로기판(20)을 이용함으로써, 코일 도체(9)와 그라운드 도체(GND)의 간격(G)을 벌 수 있어, 후술하는 바와 같이 자속의 방위각(θ)=0°에서의 통신 특성이 높아진다.

또한 안테나 코일(21)은 코일 도체(9) 중 제1 도체부분(11)이 제2 도체부분(12)보다 그라운드 도체(GND)에 근접한 위치가 되도록 배치되어 있다.

또한 안테나 코일(21)은 코일 도체(9)의 제1 도체부분(11)이 하우징(200)의 길이방향의 단부(E) 근방에 위치하도록 배치되어 있다. 이 하우징(200)의 길이방향의 단부는 통신단말장치를 세로로 길게 쥔 상태에서 상단부가 되는 부분이다.

또한 안테나 코일(21)의 자성체 코어(8)는 이것을 평면시했을 때, 그라운드 도체(GND)의 단부보다 자성체 코어(8)의 단부가 거리(T)만큼 돌출하도록 구성?배치되어 있다. 이 거리(T)는 예를 들면 1?5mm(평균적인 조건으로 3mm 정도)이다. 이 구조로 인해 보다 자속을 획득하기 쉬워진다.

이 통신단말장치(201)에서는 하우징(200)의 길이방향의 단부(상기 상단부)(E)에 강한 자장이 발생하고, 도 4(C)의 A방향에서 B방향에 걸쳐 폭넓은 각도에서 양호한 지향성을 가진다. 그 때문에, 하우징(200)의 길이방향의 단부(상기 상단부)(E)를 통신상대를 향하게 해서 통신상대와 무선통신할 때에, 넓은 각도 범위에서 통신상대와의 통신이 가능하다.

도 5 및 도 6은 도 4(C)에 나타낸 각도(θ)를 변화시켰을 때의 안테나 코일을 통과하는 자속의 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6에서 자속은 파선으로 나타나 있다.

θ=90°일 때, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 자속은 자성체 코어(8)의 외측 단부(그라운드 도체(GND)의 단부쪽 위치)에서 내측 단부로 빠진다. θ=45°일 때, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 자속은 자성체 코어(8)의 외측 단부 및 제2 주면(MS2)에서 들어가, 자성체 코어(8)의 내측 단부로 빠진다. θ=90°일 때에도 θ=45°일 때에도 코일 도체의 권회 중심부를 자속이 통과한다.

θ=0°일 때, 도 6(A)에 나타내는 바와 같이, 자성체 코어(8)의 제2 주면(MS2)에서 자성체 코어(8)로 들어가, 외측 단부로 빠지는 자속(φe)이 생긴다. 또한 사시도인 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 자성체 코어(8)의 제2 주면(MS2)에서 자성체 코어(8)로 들어가, 그라운드 도체(GND)의 옆으로 향하도록 빠지는 자속(φs1, φs2)이 생긴다. 이와 같이 θ=0°일 때에도 θ=90°, θ=45°와 같이 코일 도체의 권회 중심부를 자속이 통과한다.

도 7은 통신단말장치끼리 통신하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 7(A)는 통신단말장치끼리 통신하는 상태의 사시도, 도 7(B)는 그 단면도이다. 제1 통신단말장치(201A)와 제2 통신단말장치(201B)의 각각의 상단부(E)를 근접시킨 상태에서 통신을 행한다. 이 예에서는 2개의 통신단말장치(201A, 201B)가 거울면 대칭의 관계에 있는 것으로 하면, 거울면에 대한 하우징이 이루는 각도가 거의 45°이다. 또한 안테나 코일(21)은 그라운드 도체(GND)보다 상대측 안테나에 가까운 쪽에 위치한다.

도 5(B)에 나타낸 바와 같이, 안테나 코일(21)의 코일 도체는 45°방향의 자속과도 쇄교(鎖交;interlinkage)하므로, 도 7과 같이 통신단말장치의 상단부(E)끼리 비스듬히 마주봐도 통신단말장치끼리 무선통신을 행할 수 있다.

도 8은 통신단말장치끼리 통신을 행하는 다른 모습을 나타내는 도면이고, 도 8(A)는 통신단말장치끼리 통신하는 상태의 사시도, 도 8(B)는 그 단면도이다. 제1 통신단말장치(201A)와 제2 통신단말장치(201B)의 각각의 상단부(E)를 근접시킨 상태에서 통신을 행한다. 이 예에서는 2개의 통신단말장치(201A, 201B)가 거울면 대칭의 관계에 있는 것으로 하면, 거울면에 대한 하우징이 이루는 각도가 거의 90°이다. 여기서 도 8(A)에서는 2개의 통신단말장치(201A, 201B)의 상단부(E)가 각도를 가지고 대향하는 것처럼 그려져 있지만, 이것은 작도상의 표현일 뿐이며, 쌍방의 상단부(E)는 평행형상으로 대향하고 있다.

도 5(A)에 나타낸 바와 같이, 안테나 코일(21)의 코일 도체는 90°방향의 자속과도 쇄교하므로, 도 8과 같이 통신단말장치의 상단부(E)끼리를 똑바로 마주보게 해도 통신단말장치끼리 무선통신을 행할 수 있다.

이와 같이, 통신단말장치를 통신상대측의 안테나 장치에 갖다 대는 각도가 넓은 범위에서 통신을 행할 수 있다.

？제2 실시형태？

도 9는 제2 실시형태에 따른 안테나 코일의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9(A)는 코일 도체(9)가 형성된 상태에서의 플렉시블 기재(10)의 평면도이다. 코일 도체(9)는 플렉시블 기재(10)의 상면에 형성되어 있다.

도 9(B)는 코일 도체(9)의 상층 코일 도체부(9S)의 형상을 나타내는 도면이다. 도 9(C)는 코일 도체(9)의 하층 코일 도체부(9U)의 형상을 나타내는 도면이다. 그리고 도 9(D)는 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S)가 겹쳐진 상태를 나타내는 도면이다.

하층 코일 도체부(9U) 및 상층 코일 도체부(9S)는 각각 거의 직사각형의 소용돌이형상이고, 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S) 사이에는 절연층이 개재되어 있다. 단, 하층 코일 도체부(9U)의 내측 단부와 상층 코일 도체부(9S)의 내측 단부는 도통(導通)되고, 양자는 직렬 접속되어 있다. 이렇게 해서 상기 코일 도체(9)는 코일 도체 개구부(CW) 주위에 소용돌이형상으로 형성되어 있다.

플렉시블 기재(10)에는 상층 코일 도체부(9S)의 외측 단부에 연속되는 단자전극(91)이 마련되어 있다. 또한 하층 코일 도체부(9U)의 외측 단부에 도통하는 단자전극(92)이 마련되어 있다.

한편 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S)는 플렉시블 기재(10)의 한 면에 겹쳐서 형성하는 대신에, 플렉시블 기재(10)의 양면에 각각 형성해도 된다.

도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 플렉시블 기재(10)에는 상기 코일 도체 개구부(CW)에 대응하는 위치에 개구부(AP)가 형성되어 있다.

도 10(A)는 안테나 코일(22)의 평면도, 도 10(B)는 안테나 코일(22)을 구비한 안테나 장치의 정면도이다.

플렉시블 기재(10)의 개구부(AP)에는 자성체 코어(8)가 삽입 통과되어 있다. 이로써 안테나 코일(22)이 구성된다. 이 안테나 코일(22)이 회로기판(20)에 근접 배치 또는 직접 실장됨으로써 안테나 장치가 구성된다. 안테나 코일(22)은 도 9(A)에 나타낸 단자전극(91, 92)의 형성면이 회로기판(20)에 대향하도록 배치되고, 회로기판(20)상의 전극에 단자전극(91, 92)이 접속된다.

한편 도 9에 나타낸 코일 도체(9)의 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S)는 이들을 평면시했을 때에, 하층 코일 도체부(9U)와 상층 코일 도체부(9S)의 주요부끼리 겹치지 않도록 배치되어 있다. 그 때문에, 코일 도체(9)의 각 도체간의 부유 용량을 저감하여, 소망하는 특성을 가지는 안테나 코일을 구성할 수 있다.

？제3 실시형태？

제3 실시형태에서는 통신단말장치의 하우징 내에의 안테나 코일의 배치와 전기적 접속의 예를 나타낸다.

도 11(A)는 통신단말장치의 주요부의 단면도, 도 11(B)는 안테나 코일의 정면도이다. 플렉시블 기재(10)의 상면에 코일 도체(9a), 하면에 코일 도체(9b)가 각각 형성되어 있다. 이들의 패턴은 제2 실시형태에서 도 9에 나타낸 것과 동일하다. 도 9에 나타낸 예에서는 플렉시블 기재의 한 면에 2층의 코일 도체를 형성했지만, 도 11의 예에서는 플렉시블 기재의 양면에 형성되어 있고, 소정 부위에서 비어전극을 통해 접속되어 있다.

도 11(A)에 나타내는 바와 같이, 안테나 코일(23)은 통신단말장치의 하우징(200)의 내면에 부착되어 있다. 또한 이 안테나 코일(23)은 하우징(200)의 길이방향의 단부의 근방에 위치하는 제1 도체부분(11)이 회로기판(20)측이 되도록 배치되어 있다.

하우징(200)은 회로기판(20)의 평면과 평행한 면으로 분리 가능한 상하의 하우징으로 구성되어 있다. 안테나 코일(23)이 장착된 상측 하우징이 하측 하우징에 씌인 상태로, 회로기판(20)에 세워져 있는 콘택트 핀(31)이 코일 도체의 단자전극(91)에 접촉한다. 이로써, 회로기판(20)에 마련된 급전회로와 안테나 코일(23)이 전기적으로 접속된다. 이러한 구성이면, 코일 도체와 그라운드 도체(GND)의 간격(G)을 보다 크게 취할 수 있다. 그 때문에, 특히 도 6에 나타낸 것과 같이 θ=0°방향의 지향성을 개선할 수 있다.

？제4 실시형태？

제4 실시형태에서는 코일 도체의 단자전극의 형성위치의 예를 나타낸다.

도 12(A)는 안테나 코일(24)의 평면도, 도 12(B)는 정면도이다. 도 2에 나타낸 안테나 코일(21)과는 코일 도체의 단자전극의 위치가 다르다. 도 12의 예에서는 급전회로에의 접속단자가 되는 단자전극(91, 92)은 평면시했을 때 자성체 코어(8)와 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 그 때문에, 이 단자전극(91, 92)에 콘택트 핀이 접촉된 상태에서 콘택트 핀이 자속의 투과 및 형성에 대하여 악영향을 거의 주지 않는다. 또한 단자전극(91, 92) 모두, 평면시했을 때 자성체 코어의 한쪽 측부에 치우쳐 있는(자성체 코어(8)에 걸쳐지지 않는) 것이 바람직하다.

？제5 실시형태？

도 13(A)는 제5 실시형태에 따른 안테나 코일에 구비되는 자성체 코어(8)의 평면도, 도 13(B)는 제5 실시형태에 따른 안테나 코일(25)의 평면도이다.

제1 실시형태에서 도 3에 나타낸 안테나 코일(21)과 다른 점은 자성체 코어(8)의 한쪽 끝이 다른 부분보다 굵게(폭넓게) 형성되어 있는 점이다.

이러한 형상의 자성체 코어(8)를 이용함으로써, 자성체 코어(8)를 통과하는 자속이 강해지고, 통신상대의 안테나와의 자계결합을 강화할 수 있어 통신 가능한 최장 거리가 길어지는 등 통신 성능이 향상된다. 여기서 도 13(B)에서는 자성체 코어(8)의 굵은 부분을 제1 도체부분(11)에 근접시켜 안테나 코일(25)을 구성했지만, 자성체 코어(8)의 굵은 부분을 제2 도체부분(12)에 근접시켜 안테나 코일을 형성해도 된다. 자성체 코어(8)의 굵은 부분(폭넓은 부분)은 제1 도체부분(11)에 근접하는 부분, 혹은 제2 도체부분(12)에 근접하는 부분 중 어느 하나에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 자성체 코어(8)의 한쪽 끝을 다른 부분보다 굵게 함으로써, 집자(集磁) 효과가 높아져 통신 성능이 보다 향상된다. 또한 그라운드 도체의 단부측이 되는 자성체 코어의 단부를 굵게 함으로써, 그라운드 도체의 단부 부근의 자기저항이 낮아지고 집자효과가 높아진다.

한편 도 13에 나타낸 안테나 코일(25)에서는 자성체 코어(8)의 한쪽 단부 전체가 넓게(굵게) 형성되어 있지만, 이 부분은 외측으로 갈수록 넓은 사다리꼴형상이어도 된다. 또한 자성체 코어(8)의 중앙에서 양 단부에 걸쳐서 모두 폭이 넓어지는 나비형상이어도 된다.

？제6 실시형태？

도 14(A)는 제6 실시형태에 따른 안테나 코일에 구비되는 자성체 코어(8)의 평면도, 도 14(B)는 제6 실시형태에 따른 안테나 코일(26)의 평면도이다. 이 안테나 코일(26)은 코일 도체가 형성된 플렉시블 기재(10)와 직사각형 판형상의 자성체 코어(8)를 구비하고 있다. 도 13(B)에 나타나 있는 안테나 코일(25)과 다른 점은 자성체 코어(8)의 구조이다.

도 14(A)에 나타나 있는 자성체 코어(8)는 미리 바둑판눈금 형상으로 절취선을 넣은 평판형상의 페라이트의 양면을 필름으로 라미네이트한 것을 절취선에서 브레이크하여 소편화한 것이다. 도 14(B) 중의 파선으로 구분된 부분은 소결 자성체의 소편을 나타내고 있다. 이러한 구성에 의해, 자성체 시트(1) 전체는 유연성을 갖게 된다. 그 때문에, 이 자성체 시트(1)를 구비한 안테나 코일은 지지대의 면을 따라 용이하게 배치할 수 있다. 또한 예를 들면 휴대단말의 하우징의 내면을 따라 마련할 수 있다. 따라서 다양한 형상의 하우징 내에 용이하게 내장할 수 있다.

한편 도 14(B)에서는 자성체 코어(8)의 굵은 부분을 제1 도체부분(11)에 근접시켜 안테나 코일(22)을 구성했지만, 제5 실시형태에서 기술한 대로, 자성체 코어(8)의 굵은 부분(폭넓은 부분)은 제1 도체부분(11)에 근접하는 부분, 혹은 제2 도체부분(12)에 근접하는 부분 중 어느 하나에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 자성체 코어(8)의 한쪽 끝을 다른 부분보다 굵게 함으로써, 집자 효과가 높아져 통신 성능이 보다 향상된다.

？제7 실시형태？

도 15는 제7 실시형태에 따른 통신단말장치의 주요부의 단면도이다. 이 예에서는 안테나 코일(27)이 하우징(200)의 내측 곡면(曲面)에 부착되어 있다. 특히 도 14에 나타낸 바와 같이, 플렉시블한 자성체 코어를 이용하고, 나아가 플렉시블 기재상에 마련된 플렉시블한 코일 도체를 이용했을 경우, 안테나 코일(27)에는 유연성이 있으므로 하우징(200) 내의 단일 평면에 한정되지 않고 하우징의 곡면을 따라 마련할 수 있다. 그 때문에, 다양한 형상의 하우징 내에 용이하게 내장할 수 있다. 또한 안테나 코일(27)을 하우징(200)의 내면에 부착함으로써, 안테나 코일(27)과 회로기판(20)에 있어서의 그라운드 도체(GND)와의 거리를 벌릴 수 있어, 자속의 통과영역이 늘어나기 때문에, 보다 양호한 통신 상태를 확보할 수 있게 된다.

？제8 실시형태？

제8 실시형태에서는 클램셀형(clamshell type) 통신단말장치에 적용한 예를 나타낸다.

도 16(A)는 통신단말장치(208)의 사시도, 도 16(B)는 그 단면도이다. 통신단말장치(208)의 하우징은 탑측 하우징(200A)과 보텀측 하우징(200B)으로 구성되어 있다. 이 경우, 안테나 코일(21)은 탑측 하우징(200A)의 상단부(E) 부근에 배치된다. 탑측 하우징(200A)에는 액정표시패널(41)이 들어가 있다. 이 액정표시패널(41)의 배면에는 실드판(41S)이 부착되어 있으므로, 이 실드판(41S)이 본 발명에 따른 평면형상 도체에 상당한다. 보텀측 하우징(200B)에는 키 입력부(42) 및 회로기판(20)이 구비되어 있다.

이러한 구조이면, 탑측 하우징(200A)과 보텀측 하우징(200B)을 접었을 때, 안테나 코일(21)이 보텀측 하우징(200B)의 그라운드 도체(GND)와 탑측 하우징(200A)의 실드판 사이에 끼이지 않으므로, 접은 상태이더라도 안테나 코일(21)을 이용해서 무선통신할 수 있다.

？제9 실시형태？

제9 실시형태에서는 슬라이드형 통신단말장치에 적용한 예를 나타낸다.

도 17(A)는 통신단말장치(209)의 사시도, 도 17(B)는 그 단면도이다. 통신단말장치(209)의 하우징은 탑측 하우징(200A)과 보텀측 하우징(200B)으로 구성되어 있다. 이 경우, 안테나 코일(21)은 탑측 하우징(200A)의 상단부(E) 부근에 배치된다. 탑측 하우징(200A)에는 액정표시패널(41)이 들어가 있다. 이 액정표시패널(41)의 배면에는 실드판이 부착되어 있으므로, 이 실드판이 본 발명에 따른 평면형상 도체에 상당한다. 보텀측 하우징(200B)에는 키 입력부(42) 및 회로기판(20)이 구비되어 있다.

탑측 하우징(200A)을 수납했을 때에 안테나 코일(21)과 겹치는 부분이 비(非)그라운드 영역이 되도록, 보텀측 하우징(200B) 내의 회로기판(20)의 그라운드 도체를 패터닝해 둔다. 이러한 구조이면, 탑측 하우징(200A)을 수납했을 때에도 안테나 코일을 이용해서 무선통신할 수 있다.

？제10 실시형태？

제10 실시형태에서는 안테나 코일의 코일 도체에 대한 자성체 코어의 근접 위치와 결합계수의 관계를 나타낸다.

도 18은 제10 실시형태에 따른 통신단말장치의 주요부의 단면도이다. 플렉시블 기재(10)의 상면에 코일 도체(9a), 하면에 코일 도체(9b)가 각각 형성되어 있다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 안테나 코일(23)은 통신단말장치의 하우징(200)의 내면에 부착되어 있다. 또한 이 안테나 코일(23)은 하우징(200)의 길이방향의 단부 근방에 위치하는 제2 도체부분(12)이 하우징(200)의 외면측(통신상대측으로서, 도 18의 방향에서는 상면측)을 향하도록 배치되어 있다.

하우징(200)은 회로기판(20)의 평면과 평행한 면으로 분리 가능한 상하의 하우징으로 구성되어 있다. 안테나 코일(23)이 장착된 상측 하우징이 하측 하우징에 씌인 상태로, 회로기판(20)에 세워져 있는 콘택트 핀(31)이 코일 도체의 단자전극(91)에 접촉한다. 이로써, 회로기판(20)에 마련된 급전회로와 안테나 코일(23)이 전기적으로 접속된다.

제3 실시형태에서 도 11에 나타낸 안테나 코일(23)과 다른 점은 안테나 코일의 코일 도체에 대한 자성체 코어의 근접 위치이다. 여기서 코일 도체의 제1 도체부분(11)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이를 A, 코일 도체의 제2 도체부분(12)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이를 B로 나타내면, A＜B의 관계가 되도록 구성되어 있다. 또한 코일 도체의 제1 도체부분(11)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이(A)는 제1 도체부분(11)의 폭(C)보다 작아지도록 구성되어 있다.

이 구성에 따르면, 안테나 코일에 대하여 쇄교하지 않는 무효 자속(φi)이 작아지고, 그에 따라 유효하게 쇄교하는 자속(φa)이 커진다. 그 때문에, 리더 라이터 안테나 등의 통신상대의 안테나와의 결합계수가 높아진다.

도 19는 자성체 코어(8)와 코일 도체의 위치관계를 변화시켰을 때의, 리더 라이터 안테나와의 결합계수의 변화를 나타내는 도면이다. 이 측정 결과를 얻은 조건은 다음과 같다.

[자성체 코어(8)]

길이치수 15mm

폭치수 16mm

[코일 도체]

외형치수 15×20mm

제1 도체부분(11)의 폭(C) 2mm

제2 도체부분(12)의 폭(B) 2mm

[그라운드 전극과의 관계]

자성체 코어(8)와 그라운드 전극(GND)의 간격 3mm

[리더 라이터 안테나와의 관계]

리더 라이터 안테나와의 간격 17mm

도 19의 가로축 '자성체 코어 시프트량(X)'이란, 코일 도체의 제1 도체부분(11)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이(A)를 제2 도체부분(12)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이(B)에서 뺀 치수를 말한다.

이 조건에서는 도 19에 나타나 있는 바와 같이, 자성체 코어 시프트량(X)이 2?7.5mm의 범위에서 높은 결합계수가 얻어진다. 여기서 자성체 코어 시프트량 X=7.5mm는 자성체 코어(8)가 코일 도체의 제2 도체부분(12)에만 근접해 있는 상태에 상당한다. 따라서, 일반적으로는 자성체 코어의 시프트량은 0을 넘고, 자성체 코어(8)가 코일 도체의 제2 도체부분(12)에만 근접하는 상태까지의 범위로 정하는 것이 유효하다고 할 수 있다.

코일 도체의 제1 도체부분(11)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이(A)와, 코일 도체의 제2 도체부분(12)이 자성체 코어(8)에 근접하는 부분의 길이(B)의 관계로 나타내면, A＜B의 관계로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

？제11 실시형태？

도 20은 제11 실시형태에 따른 통신단말장치에 구비되는 안테나 코일의 정면도이다. 이 안테나 코일은 제1 주면(MS1) 및 제2 주면(MS2)을 가지는 자성체 코어(8)와, 소용돌이형상 패턴의 코일 도체가 형성된 플렉시블 기재(10)를 구비하고 있다. 상기 코일 도체는 자성체 코어(8)의 제1 주면(MS1)측에 위치하는 제1 도체부분(11)과, 자성체 코어(8)의 제2 주면(MS2)측에 위치하며, 제1 주면(MS1)방향에서 또는 제2 주면(MS2)방향에서 평면시했을 때 제1 도체부분(11)과는 다른 위치(겹치지 않는 위치)에 배치된 제2 도체부분(12)을 가지고 있다.

도 21(A), 도 21(B), 도 21(C)는 비교 대조용 안테나 코일의 정면도이다. 도 21(A)는 계단형상으로 굴절된 자성체 코어(8)를 이용하고, 플렉시블 기재(10)는 평탄하게 한 것이다. 도 21(B)는 평탄한 자성체 코어(8)와 계단형상으로 굴절시킨 플렉시브 기재(10)를 구비한 것이다. 도 21(C)는 평탄한 자성체 코어(8)와 슬로프형상으로 굴절시킨 플렉시블 기재(10)를 구비한 것이다.

도 21(A)의 구조에서는 자성체 코어(8)가 계단형상으로 굴절되어 있음으로 인해, 파선의 화살표로 자속을 나타내는 바와 같이, 누설 자속이 많아, 안테나 코일의 코일 도체를 유효하게 쇄교하는 자속의 자속밀도가 낮다. 또한 전체 두께가 두껍다. 도 21(B)의 구조에서는 자성체 코어(8)의 면방향을 따른 방향의 자속과의 결합계수가 높지만, 코일 도체가 예각으로 구부러져 있기 때문에, 코일 도체의 전체 길이가 길고, 저항값이 높으며, Q값이 낮다. 도 21(C)의 구조에서는 도 21(B)에 비하면 코일 도체의 전체 길이가 짧지만 저항값이 높고 Q값이 낮다.

이에 반해, 도 20에 나타낸 안테나 코일에 따르면, 자성체 코어(8)가 예각으로 굴절되어 있지 않으므로 누설 자속이 적어 유효한 자속을 도출할 수 있다. 또한 코일 도체의 전체 길이가 짧고, 저항값이 낮다. 나아가 자성체 코어(8)와 코일 도체의 개구면이 90도에 가까운 각도로 교차하므로 효율이 좋다. 즉 코일의 개구면에 대하여 자속이 90도에 가까운 각도로 쇄교함으로써 실효적인 개구면이 크게 보여서 큰 기전력을 발생시킬 수 있다.

도 20에 나타낸 안테나 코일에 따르면, 안테나 코일과 자속이 이루는 각도가 넓은 각도에 걸쳐서 높은 이득이 얻어지는데, 특히 45도 방향의 이득에 대하여 높은 특성이 얻어진다.

？기타 실시형태？

한편 이상에 나타낸 몇 가지 실시형태에서는 안테나 코일을 평면형상 도체에 대향해서 배치하도록 했지만, 평면형상 도체는 필수는 아니다. 또한 안테나 코일은 평면형상 도체와는 대향하지 않는 위치에 배치되어도 된다.

이상에 나타낸 각 실시형태에서는 회로기판의 그라운드 전극 또는 액정표시패널의 배면에 배치되는 실드판을 평면형상 도체의 예로서 나타냈지만, 하우징의 내면에 형성되어 있는 도체막이나 도체박, 나아가서는 전지 팩을 평면 도체로서 취급하여 안테나 장치를 구성할 수도 있다. 또한 평면형상 도체는 직사각형상의 도체에 한정되지 않으며, 다양한 평면형상이어도 된다. 또한 평면형상 도체는 단층에 한정되지 않으며, 복수층으로 구성되어 있어도 된다. 나아가 평면형상 도체는 그 주요부가 평면형상이면 되고, 다른 부분에 구부러진 부분이 있어도 된다.

또한 통신단말장치의 하우징이 스위블(swivel)형이어도 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한 각 실시형태에서는 내층에 그라운드 도체가 형성된 회로기판을 이용한 예를 나타냈지만, 표면에 그라운드 도체가 형성된 회로기판을 구비한 것에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한 이상에 나타낸 몇 가지 실시형태에서는 하우징의 내부에 안테나 코일을 배치했지만, 안테나 코일을 하우징의 외면에 배치(하우징의 외면에서 안테나 코일을 홀딩)해도 된다. 이 경우에는 안테나 코일의 입출력 단자를 하우징 내에 끌어넣도록 구성하면 된다.

AP 개구부
CW 코일 도체 개구부
E 하우징의 상단부(길이방향의 단부)
GND 그라운드 도체(평면형상 도체)
MS1 자성체 코어의 제1 주면
MS2 자성체 코어의 제2 주면
8 자성체 코어
9 코일 도체
9a, 9b 코일 도체
9S 상층 코일 도체부
9U 하층 코일 도체부
10 플렉시블 기재
11 제1 도체부분
12 제2 도체부분
20 회로기판
21?27 안테나 코일
31 콘택트 핀
41 액정표시패널
42 키 입력부
101 안테나 장치
200 하우징
200A 탑측 하우징
200B 보텀측 하우징
201, 208, 209 통신단말장치
201A 제1 통신단말장치
201B 제2 통신단말장치

Claims

제1 주면(主面) 및 제2 주면을 가지는 자성체 코어, 그리고 상기 자성체 코어에 권회(卷回;winding)된 코일 도체를 포함해서 구성되는 안테나 코일과, 상기 안테나 코일을 수납 또는 유지하는 하우징(housing)을 가지는 통신단말장치로서,
상기 코일 도체는 상기 자성체 코어의 상기 제1 주면측에 위치하는 제1 도체부분과, 상기 자성체 코어의 상기 제2 주면측에 위치하며, 제1 주면방향 또는 제2 주면방향에서 평면시(平面視)했을 때 상기 제1 도체부분과는 다른 위치에 배치된 제2 도체부분을 가지며,
상기 안테나 코일은 상기 자성체 코어의 상기 제2 주면측이 상기 하우징의 외면측을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어 및 상기 코일 도체는 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이보다, 상기 코일 도체의 상기 제2 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이가 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제2항에 있어서,
상기 자성체 코어 및 상기 코일 도체는 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 자성체 코어에 근접하는 부분의 길이가, 상기 제1 도체부분의 폭보다 작아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나 코일은 상기 코일 도체의 상기 제1 도체부분이 상기 하우징의 길이방향의 단부 근방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징 내에 평면형상 도체를 가지는 회로기판이 마련되어 있고, 상기 안테나 코일은 상기 평면형상 도체에 대향해서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자성체 코어는 시트형상으로 성형된, 자성체 분말과 수지재의 혼성체, 또는 복수로 소편화(小片化)된 소결 자성체인 것을 특징으로 하는 통신단말장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자성체 코어는 상기 제1 도체부분에 근접하는 부분의 폭이 상기 제2 도체부분에 근접하는 부분의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 통신단말장치.