TW201507270A - 天線裝置、通訊裝置 - Google Patents

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TW201507270A
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Katsuhisa Orihara
Yoshito Ikeda
Norio Saito
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Abstract

本發明提供一種通訊裝置，可一邊維持通訊特性一邊在裝入電子機器之際可謀求電子機器筐體之小型化及薄型化。具備：天線線圈(11a)，係配置於行動電話機(130)之與讀寫器(120)對向之筐體(131)面之外周部(134)；磁性片(13)，在天線線圈(11a)中，將從讀寫器(120)發射之磁場引進天線線圈(11a)；以及通訊處理部(12)，藉由流經天線線圈(11a)之電流而驅動，在與讀寫器(120)之間進行通訊；磁性片(13)在中央部(132a)配置成位於較天線線圈(11a)更靠讀寫器(120)側，在外周邊(130d)側配置成天線線圈(11a)位於讀寫器(120)側。

Description

天線裝置、通訊裝置
本發明係關於一種天線裝置、及通訊裝置，可裝入電子機器中，接收從發射器所發射之磁場，以進行通訊。
本申請係以2010年3月31日在日本申請之日本專利申請號碼特願2010-082037、及2011年3月28日在日本申請之日本專利申請號碼特願2011-070666為基準，主張優先權者，參照此申請及本申請。
行動電話機等電子機器中，為搭載近距離非接觸通訊之功能，使用RFID(Radio Frequency Identification：無線射頻識別)用之天線模組。
此天線模組係利用與搭載於讀寫器等之發射器之天線線圈之感應耦合，以進行通訊。亦即，此天線模組之天線線圈接收來自讀寫器之磁場，藉此將該磁場轉換為電力，可使作為通訊處理部功能之IC驅動。
天線模組為確實進行通訊，必須用天線線圈接收來自讀寫器之某值以上之磁通。因此，習知例之天線模組，將環形線圈設置於行動電話機之筐體，以此線圈接收來自讀寫器之磁通。
然而，裝入行動電話機等之電子機器之天線模組，由於機器內部之基板或電池包等金屬接收來自讀寫器之磁場 而產生渦電流，來自讀寫器之磁通會被彈回，因此抵達環形線圈之磁通變少。以此種方式，由於抵達環形線圈之磁通變少，天線模組為匯集所需磁通，必須要有某程度大小之環形線圈，進一步，亦須使用磁性片以增加磁通。
如上所述，藉由流經行動電話機等之電子機器之基板之渦電流，來自讀寫器之磁通雖被彈回，但在專利文獻1中已提出有在電子機器之筐體表面有朝基板面方向之磁場成分，藉由接收此磁場成分，以作為天線功能者。具體而言，在專利文獻1中，已提出有：為縮小線圈之佔有面積，將線圈捲繞於肥粒鐵鐵芯之天線構造。
專利文獻1：日本特開2008-35464號公報
如以上所述，由於行動電話機等電子機器使用基板等電流較常流動者，因此在接收磁場之基板產生渦電流，造成磁場被彈回。例如，若在行動電話機之筐體表面考量，從讀寫器傳送來之磁場，有筐體表面之外周部分變強，筐體表面之正中央附近變弱之趨勢。
使用通常之環形線圈之天線之情形，環形線圈之開口部係位於不太能接收通過上述之筐體表面外周部分之磁場之行動電話機之中央部分。因此，使用通常之環形線圈之天線接收磁場之效率變差。
又，在揭示於專利文獻1之肥粒鐵鐵芯捲繞線圈，將該線圈裝入行動電話機之天線構造，由於肥粒鐵鐵芯之剖面成為匯集磁通之面積，因此肥粒鐵鐵芯之厚度必須成為例如1mm以上，行動電話機之筐體成為較厚構造。因此，若 是較薄型之行動電話機，要將肥粒鐵鐵芯構裝於其內部不易。又，將此天線模組裝入搭載於折疊式之行動電話機之液晶顯示器之背側時，由於仍必須薄，因此專利文獻1所揭示之天線構造，不易確保空間。
本發明有鑑於此種實情而提案者，其目的在於提供一種天線裝置、及通訊裝置，可一邊維持通訊特性一邊在裝入電子機器之際可謀求電子機器筐體之小型化及薄型化。
為解決上述之問題，本發明係一種天線裝置，係裝入於電子機器，可接收從發射器發射之磁場以進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈，係配置於電子機器之與發射器對向之筐體面之外周部，與發射器感應耦合；以及磁性片，將從發射器發射之磁場引進天線線圈；為滿足在筐體面之中心側磁性片位於較天線線圈更靠發射器側之配置條件、及在筐體面之外周側天線線圈位於較磁性片更靠發射器側之配置條件中至少任一配置條件，而使天線線圈與磁性片彼此重疊。
又，本發明係一種通訊裝置，係裝入於電子機器，可接收從發射器發射之磁場以進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈，係配置於電子機器之與發射器對向之筐體面之外周部，與發射器感應耦合；磁性片，將從發射器發射之磁場引進天線線圈；以及通訊處理部，藉由流經天線線圈之電流而驅動，在與發射器之間進行通訊；為滿足在筐體面之中心側磁性片位於較天線線圈更靠發射器側之配置條件、及在筐體面之外周側天線線圈位於較磁性片更靠發射器側之配置條件中至少任一配置條件，而使天線線圈與磁 性片彼此重疊。
本發明，為滿足在筐體面之中心側磁性片位於較天線線圈更靠發射器側之配置條件、及在筐體面之外周側天線線圈位於較磁性片更靠發射器側之配置條件中至少任一配置條件，而使天線線圈與磁性片彼此重疊。以此種方式配置磁性片，本發明可將與發射器對向之電子機器之筐體面之外周部所產生之磁通高效率引進天線線圈，一邊維持通訊特性一邊將天線線圈配置於外周部，藉此可謀求裝入電子機器之際電子機器筐體之小型化及薄型化。
1、2、3、4、5、6‧‧‧通訊裝置
11‧‧‧天線基板
11a‧‧‧天線線圈
11b‧‧‧端子部
11c‧‧‧中心部分
12‧‧‧通訊處理部
13‧‧‧磁性片
21‧‧‧天線基板
21a‧‧‧天線線圈
21c‧‧‧中心部分
23‧‧‧磁性片
31‧‧‧天線基板
31a‧‧‧天線線圈
33‧‧‧磁性片
41‧‧‧天線基板
41a‧‧‧天線線圈
43‧‧‧磁性片
51‧‧‧天線基板
51a‧‧‧天線線圈
51b‧‧‧端子部
51c‧‧‧中心部分
53‧‧‧磁性片
54‧‧‧導電板
54a‧‧‧開口部
61‧‧‧天線基板
61a‧‧‧天線線圈
61c‧‧‧中央部分
61d‧‧‧段差部
61e‧‧‧端部
63‧‧‧磁性片
100‧‧‧無線通訊系統
120‧‧‧讀寫器
121‧‧‧天線
122‧‧‧控制基板
130‧‧‧行動電話機
130a、130b、130c、130d‧‧‧外周邊
131‧‧‧筐體
132‧‧‧基板
132a‧‧‧中央部
133‧‧‧磁性片
134‧‧‧外周部
140‧‧‧收納用蓋
140a‧‧‧面
200‧‧‧通訊裝置
211‧‧‧天線基板
211a‧‧‧天線線圈
213‧‧‧磁性片
232‧‧‧基板
232a‧‧‧中央部
232b‧‧‧外周側
300‧‧‧通訊裝置
311‧‧‧天線基板
311a‧‧‧天線線圈
313‧‧‧磁性片
332‧‧‧基板
400‧‧‧通訊裝置
400a‧‧‧天線線圈
401‧‧‧基板
402‧‧‧磁性片
500‧‧‧通訊裝置
511‧‧‧天線基板
511a‧‧‧天線線圈
511c‧‧‧中心部分
513‧‧‧磁性片
514‧‧‧導電板
600‧‧‧通訊裝置
611‧‧‧天線基板
611a‧‧‧天線線圈
611c‧‧‧中心部分
613‧‧‧磁性片
614‧‧‧導電板
631‧‧‧段差部
700‧‧‧通訊裝置
711‧‧‧天線基板
711a‧‧‧天線線圈
711c‧‧‧中央部分
711d‧‧‧段差部
713‧‧‧磁性片
圖1係用以說明裝入有本發明適用之通訊裝置之無線通訊系統之構成圖。
圖2係用以說明配置於行動電話機之筐體內部之通訊裝置之構成圖。
圖3A係第1實施例之天線基板之立體圖，圖3B係第1實施例之天線基板之剖面圖。
圖4A係第1比較例之天線基板之立體圖，圖4B係第1比較例之天線基板之剖面圖。
圖5係表示有關第1實施例之通訊裝置與第1比較例之通訊裝置之通訊特性之測定結果圖。
圖6A係第2比較例之天線基板之立體圖，圖6B係第2比較例之天線基板之剖面圖。
圖7係表示有關第1實施例之通訊裝置與第2比較例之通訊裝置之通訊特性之測定結果圖。
圖8係在第2實施例之通訊裝置中，設天線線圈之匝數 為8，設與外周邊正交之寬度W為10[mm]，設沿外周邊之長度為L[mm]，將磁性片插入天線線圈中心部分之天線基板之立體圖。
圖9係用以說明第3比較例之通訊裝置之構成圖。
圖10係用以說明使天線線圈之一邊長度L之值變化，藉此使天線線圈之面積變化時之通訊特性變化圖。
圖11A係第3實施例之天線基板之立體圖，圖11B係第3實施例之天線基板之剖面圖。
圖12A係第4實施例之天線基板之立體圖，圖12B係第4實施例之天線基板之剖面圖。
圖13係用以說明使讀寫器與行動電話機之距離變化時之讀寫器與各通訊裝置之通訊特性圖。
圖14A係表示重疊於第5實施例之天線基板之導電板之構成圖，圖14B係表示第5實施例之天線基板之立體圖。
圖15A係用以說明第5實施例之天線線圈之電阻值特性圖，圖15B係用以說明第5實施例之天線線圈之電感特性圖。
圖16係用以說明第5實施例之天線線圈之Q值特性圖。
圖17A係表示重疊於第4比較例之天線基板之導電板之構成圖，圖17B係表示第4比較例之天線基板之立體圖。
圖18A係表示重疊於第5比較例之天線基板之導電板之構成圖，圖18B係表示第5比較例之天線基板之立體圖。
圖19A係用以說明第5實施例之天線線圈之電阻值特性圖，圖19B係用以說明第5實施例之天線線圈之電感特性圖。
圖20係用以說明第5實施例之天線線圈之Q值特性圖。
圖21係用以說明依據導電板形狀變化之第5實施例之天線線圈之通訊特性變化圖。
圖22A係表示依據導電板形狀變化之第5實施例之天線線圈之Q值圖，圖22B係表示依據導電板形狀變化之第5實施例之天線線圈之耦合係數圖。
圖23係用以說明第5實施例之天線基板之具體配置圖。
圖24A係用以說明構裝於收納用之蓋面之第5實施形態之天線基板之構成圖，圖24B係用以說明形成於第5實施形態之天線基板之端子部之構成圖。
圖25A係表示第6實施形態之通訊裝置與讀寫器之位置關係圖，圖25B係第6實施形態之通訊裝置之天線基板之剖面圖。
圖26係表示在兩面水平之磁性片之間，在天線基板之中央部設置段差部，使天線線圈插入之構造之通訊裝置圖。
圖27A係表示將天線基板之厚度固定，使磁性片之厚度變化時之第6實施例之通訊裝置之耦合係數圖，圖27B係表示將磁性片之厚度固定，使天線基板之厚度變化時之第6實施例之通訊裝置之耦合係數圖
圖28係表示將天線基板與磁性片之合計厚度設定為0.3mm、0.4mm、0.5mm之3種類具體例，使第6實施例之天線線圈之導線厚度變化時之耦合係數圖。
圖29係表示將天線基板與磁性片之合計厚度設定為0.3mm、0.4mm、0.5mm之3種類具體例，使第6實施例之天線線圈之導線厚度變化時之Q值圖。
圖30係表示將天線基板與磁性片之合計厚度設定為0.3mm、0.4mm、0.5mm之3種類具體例，使第6實施例之天線線圈之導線厚度變化時之耦合係數與Q值之乘積值圖。
圖31A係表示配置於外周邊130d側之外周部之天線基板圖，圖31B係表示配置於另一外周邊130b側之外周部之天線基板圖，圖31C係表示配置於另一外周邊130a側之外周部之天線基板圖，圖31D係表示配置於另一外周邊130c側之外周部之天線基板圖。
圖32係用以說明使裝入有通訊裝置之行動電話機與讀寫器之相對位置變化時之通訊靈敏度變化圖。
圖33A係表示配置於外周邊130b、130d側之外周部之2個天線基板之圖，圖33B係表示配置於外周邊130a、130c側之外周部之2個天線基板圖。
圖34A係表示配置於外周邊130a、130b、130d側之外周部之3個天線基板圖，圖34B係表示配置於外周邊130a、130c、130d側之外周部之3個天線基板圖。
圖35係表示配置於外周邊130a、130b、130c、130d側之外周部之4個天線基板圖。
以下，參照圖式詳細說明本發明之實施形態。另外，本發明並非僅限定於以下實施形態，在不脫離本發明要旨之範圍內，當然可進行各種變更。
本發明適用之通訊裝置係可裝入電子機器中，接收從發射器所發射之磁場以進行通訊之裝置，可裝入於例如如圖1所示之RFID(Radio Frequency Identification：無線射頻 識別)用無線通訊系統100中予以使用。
無線通訊系統100係由本發明適用之第1實施例之通訊裝置1、及對通訊裝置1進行存取之讀寫器120構成。此處，通訊裝置1與讀寫器120，係在三維正交座邊系統xyz之xy平面，以彼此相對向方式配置者。
讀寫器120具備：天線121，對在xy平面彼此相對向之通訊裝置1發揮作為往z軸方向發射磁場之發射器之功能，具體而言，向通訊裝置1發射磁場；以及控制基板122，與透過天線121而被感應耦合之通訊裝置1進行通訊。
亦即，讀寫器120設置有與天線121電氣連接之控制基板122。在該控制基板122上構裝有由一個或複數個積體電路晶片等之電子零件構成之控制電路。此控制電路係依據從通訊裝置1所接收之資料執行各種處理。例如，當控制電路對通訊裝置1傳送資料時，將資料進行編碼，依據所編碼之資料調變既定頻率(例如13.56MHz)之載波，將調變後之調變訊號加以放大，用放大之調變訊號驅動天線121。又，當控制電路從通訊裝置1讀出資料時，將天線121所接收之資料之調變訊號加以放大，將放大之資料之調變訊號解調，將解調後之資料加以解碼。另外，控制電路係使用一般讀寫器所使用之編碼方式及調變方式，使用例如曼徹斯特(Manchester)編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying：振幅移位鍵控)調變方式。
通訊裝置1具備：天線基板11，構裝有天線線圈11a，其係裝入例如在xy平面以與讀寫器120相對向之方式配置之行動電話機130之筐體131之內部，可在與被感應耦合之 讀寫器120之間進行通訊；以及通訊處理部12，藉由流經天線線圈11a之電流進行驅動，在與讀寫器120之間進行通訊。
在天線基板11構裝有：天線線圈11a，其係例如藉由將軟性扁平電纜等可撓性之導線進行圖案化處理等所形成；以及端子部11b，用以電氣連接天線線圈11a與通訊處理部12。
天線線圈11a接收從讀寫器120所發射之磁場後，藉由與讀寫器120感應耦合而進行磁耦合，接收調變後之電磁波，透過端子部11b將接收訊號供應給通訊處理部12。
通訊處理部12係藉由流經天線線圈11a之電流進行驅動，在與讀寫器120之間進行通訊。具體而言，通訊處理部12係將所接收之調變訊號進行解調，將解調後之資料進行解碼，並將解碼後之資料寫入該通訊處理部12具有之內部記憶體。又，通訊處理部12係從內部記憶體讀出傳送至讀寫器120之資料，將所讀出之資料進行編碼，依據編碼後之資料，將載波進行調變，透過藉由感應耦合進行磁耦合之天線線圈11a，將調變後之電波傳送至讀寫器120。
<第1實施形態>
在由以上構成所構成之無線通訊系統100中，以下，首先，作為第1實施形態，說明第1實施例之通訊裝置1之構成。
第1實施例之通訊裝置1，從一邊維持與讀寫器120間之通訊特性一邊在裝入行動電話機130等之電子機器之際用以實現該電子機器之小型化、薄型化之觀點，係例如， 如圖2所示之三維正交座標系統xyz之zy平面上，配置於行動電話機130之筐體131內之基板132上。圖2中，在行動電話機130之筐體131內之基板132之一部分區域配置有磁性片133者，該磁性片133係用以覆蓋用以驅動行動電話機130之電池包。
為維持與讀寫器120之通訊特性，通訊裝置1之天線線圈11a，較佳係配置於來自讀寫器120之磁場強度較強處。此處，由於行動電話機130之基板132較常流動電流，因此從外部加上交流磁場後，會產生渦電流而使磁場被彈回。若查看從此種外部施加交流磁場時之磁場分布，在以與讀寫器120相對向方式配置之行動電話機130之筐體131面上之外周部即4個外周邊130a、130b、130c、130d之磁場較強。利用此種行動電話機130之筐體131內部之磁場強度之特性，通訊裝置1係如圖2所示，配置於上述之磁場較強之外周邊130a、130b、130c、130d上之外周邊130d側之外周部134。以此種方式，通訊裝置1可配置於行動電話機130之基板132上之磁場強度較強之部位。
配置有通訊裝置1之外周部134之磁場，基板132之面方向之之磁場成分較大，具體而言，從基板132之中央部132a往外周邊130d之y軸方向之成分較大。通訊裝置1具備磁性片13，由於從此種基板132之中央部132a往外周邊130d之成分高效率引進天線線圈11a，因此如圖3A及圖3B所示配置，重疊於天線線圈11a。
此處，圖3A係在xy平面上插入有磁性片13之天線基板11之立體圖，圖3B係在xy平面上插入有磁性片13之天 線基板11之剖面圖。另外，圖3A及圖3B所示之通訊裝置1中，設天線線圈11a之匝數為1。
如圖3B所示，通訊裝置1，在基板132之中央部132a側磁性片13以較天線線圈11a位於讀寫器120側之方式配置，在基板132之外周邊130d側天線線圈11a以較磁性片13位於讀寫器120側之方式配置，以插入形成於天線基板11上之天線線圈11a之中心部分11c。
此處，天線基板11，雖如上所述使用軟性印刷基板或剛性印刷基板等，但尤其是使用軟性印刷基板，藉此在天線線圈11a之中央部能容易形成缺口部，在此缺口部能容易插入磁性片13。以此種方式，通訊裝置1，從容易將磁性片13插入天線基板11之觀點，較佳係使用軟性印刷基板，以作為天線基板11。亦即，使用軟性印刷基板，藉此能容易製造該通訊裝置1。
以此種方式，通訊裝置1，在基板132之中央部132a側磁性片13配置成較天線線圈11a位於讀寫器120側，在基板132之外周邊130d側天線線圈11a配置成位於讀寫器120側，例如，從比較以下所述之第1、第2之比較例時之性能評價可明瞭，可將外周部134所產生之磁場高效率地引進天線線圈11a。
作為第1比較例，參照圖4A及圖4B說明配置於行動電話機之基板232上之通訊裝置200之構成。圖4A係在xy平面上配置有磁性片213之天線基板211之立體圖，圖4B係在xy平面上配置有磁性片213之天線基板211之剖面圖。另外，圖4A及圖4B所示之通訊裝置200係與圖3A及 圖B所示之第1實施例之通訊裝置1相同，設天線線圈211a之匝數為1，依照天線尺寸等設計條件所決定之天線特性亦與通訊裝置1一致者。
如圖4B所示，比較例之通訊裝置200中，雖與本實施形態之通訊裝置1相同在天線基板之中心部插入有磁性片，但插入方向不同。亦即，通訊裝置200之磁性片13，在基板232之中央部232a側以天線線圈211a配置成位於讀寫器側之方式，在基板232之外周側232b以較天線線圈211a配置成位於讀寫器側之方式插入。
將有關第1實施例之通訊裝置1與第1比較例之通訊裝置200之通訊特性之測量結果表示於圖5。
圖5係表示使讀寫器與行動電話機之距離變化時，讀寫器與通訊裝置1、200之耦合係數者。此處，所謂耦合係數係表示(互感/√(天線線圈之電感×讀寫器線圈之電感))之值，係用來作為評價通訊特性之指標之值。
又，作為第2比較例，參照圖6A及圖6B說明配置於行動電話機之基板332上之通訊裝置300之構成。圖6A係在xy平面上配置有磁性片313之天線基板311之立體圖，圖6B係在xy平面上配置有磁性片313之天線基板311之剖面圖。另外，圖6A及圖6B所示之通訊裝置300係與圖3A及圖3B所示之實施例之通訊裝置1相同，設天線線圈311a之匝數為1，依照天線尺寸等之設計條件所決定之天線特性亦與通訊裝置1一致者。如圖6B所示，第2比較例之通訊裝置300中，外周側與內周側並無區別，天線線圈311a較磁性片313靠近於讀寫器，在與天線線圈311a重疊之位置 配置磁性片313者。
將有關第1實施例之通訊裝置1與第2比較例之通訊裝置300之通訊特性之測量結果表示於圖7。
圖7係表示使讀寫器與攜帶型電話機之距離變化時，讀寫器與通訊裝置1、300之耦合係數者。
從圖5及圖7之測量結果可明瞭，第1實施例之通訊裝置1之耦合係數較比較例之通訊裝置200、300為大。另外，圖5及圖7中，通訊裝置1之耦合係數之變化雖不同，但這是因天線尺寸等之設計條件不同所造成。
由以上所述之圖5及圖7之測量結果可明瞭，本實施例之通訊裝置1之耦合係數較比較例之通訊裝置200、300為大。
由此種性能評價亦可明瞭，通訊裝置1，在基板132之中央部132a側磁性片13配置成為較天線線圈11a位於讀寫器120側，在基板132之外周邊130d側天線線圈11a配置成為較磁性片13位於讀寫器120側，藉此可將外周部134所產生之磁場高效率引進天線線圈11a。
以此種方式，將外周部134所產生之磁場高效率引進天線線圈11a之原因在於，如上所述，藉由配置磁性片13，從基板132之中央部132a往外周邊130d之磁場成分可高效率通過天線線圈11a之開口部。
又，由於本發明適用之通訊裝置可將外周部所產生之磁場高效率引進天線線圈，因此例如，從以下之第3比較例之性能評價可明瞭，即使天線線圈之面積變小亦可獲得高通訊特性，其結果，可謀求裝入有該通訊裝置之行動電話 機之小型化及薄型化。
作為第1實施形態，第2實施例之通訊裝置2係如圖8所示，在基板132之中央部132a側磁性片23配置成為較天線線圈21a位於讀寫器側，在基板132之外周邊130d側天線線圈21a配置成為較磁性片23位於讀寫器側，藉此插入形成於天線基板21上之天線線圈21a之中心部分21c者。
又，通訊裝置2，設天線線圈21a之匝數為8，設與外周邊230d正交之寬度W為10[mm]，設沿外周邊230d之長度為L[mm]，而加以規定者。
第3比較例之通訊裝置400係如圖9所示，在除用以覆蓋行動電話機之基板401上之電池包之磁性片402外之區域，配置天線線圈400a者，設天線線圈400a之匝數為4，設其開口部形狀為縱橫22[mm]×45[mm]者。
將有關第2實施例之通訊裝置2與第3比較例之通訊裝置400之通訊特性之測量結果表示於圖10。
圖10係表示當使依照W×L所規定之天線線圈11a之開口部面積變化時之讀寫器與通訊裝置2、400之耦合係數者。
由圖10可明瞭，通訊裝置2，若天線面積為約300[mm2]以上，則可獲得與通訊裝置400同等之通訊特性。亦即，通訊裝置2，相較於通訊裝置400，即使天線線圈之開口部面積較小，亦可獲得同等之通訊特性。以此種方式，將通訊裝置2配置於外周部134，藉此即使使用開口部面積較小之天線線圈21a，亦可實現與第3比較例之通訊裝置400同等之通訊特性。因此，通訊裝置2可一邊維持通訊特性一邊更縮小行動電話機130之基板132上之佔有面積，其結果，可 謀求行動電話機130之小型化及薄型化。
如以上所述，通訊裝置1、2，為滿足在筐體面之中心側磁性片較天線線圈位於讀寫器側之配置條件、及在筐體面之外周側天線線圈較磁性片位於讀寫器側之配置條件，磁性片與天線線圈彼此重疊。以此種方式配置磁性片，藉此通訊裝置1、2可將與讀寫器相對向之行動電話機等之電子機器之筐體面之外周部所產生之磁通高效率引進天線線圈，由於藉此可一邊維持通訊特性，一邊縮小電子機器內之空間，因此可謀求電子機器筐體之小型化及薄型化。
另外，本發明適用之通訊裝置，在配置於與讀寫器相對向之筐體面之外周部之天線線圈中，具體而言，如圖11A、圖11B及圖12A、圖12B所示，即使在筐體面之中心側或外周側之一側以重疊方式配置磁性片，亦可一邊維持通訊特性一邊謀求電子機器筐體之小型化及薄型化。
作為第1實施形態，第3實施例之通訊裝置3係如圖11A所示，與上述之第1、2實施例之通訊裝置1、2相同，在基板132上配置於外周邊130d側之外周部134。又，圖11B係配置有磁性片33之天線基板31之剖面圖。另外，圖11B所示之通訊裝置1中，設天線線圈31a之匝數為1。
如圖11B所示，在基板132之中央部132a側，磁性片33配置成為較天線線圈31a位於讀寫器側。
又，作為第1實施形態，第4實施例之通訊裝置4係如圖12A所示，與上述之第1、2實施例之通訊裝置1、2相同，在基板132上配置於外周邊130d側之外周部134。又，圖12B係配置有磁性片43之天線基板41之剖面圖。另外， 圖12B所示之通訊裝置4中，設天線線圈41a之匝數為1。
如圖12B所示，磁性片43，在基板132之外周邊130d側天線線圈41a配置成為位於讀寫器側。
圖13係表示，參照第1實施例之通訊裝置1與第2比較例之通訊裝置300，針對第3、4實施例之通訊裝置3、4之通訊特性進行測量結果。圖13係表示使讀寫器與行動電話機之距離變化時之讀寫器與各通訊裝置之耦合係數者。
由圖13之測量結果可明瞭，第3、第4實施例之通訊裝置3、4之通訊特性較第1實施例之通訊裝置1為差，但耦合係數較比較例之通訊裝置300為大。
由此結果可明瞭，本發明適用之通訊裝置，滿足在基板132之中央部132a側磁性片33較天線線圈31a位於讀寫器側之配置條件、在基板132之外周邊130d側天線線圈41a較磁性片43位於讀寫器側之配置條件中至少一條件，藉此可將外周部134所產生之磁通高效率引進天線線圈。
因此，本發明適用之通訊裝置，在配置於與讀寫器相對向之筐體面之外周部之天線線圈中，配置於筐體面之中心側及外周側中至少一側，並以重疊方式配置磁性片，藉此可一邊維持通訊特性一邊謀求電子機器筐體之小型化及薄型化。
<第2實施形態>
又，本發明適用之通訊裝置，作為第2實施形態，例如如圖14A所示，在電子機器之筐體側，具備導電率較構成筐體之金屬體為高之導電板，藉此可實現更良好之通訊特性。
亦即，圖14A所示之第5實施例之通訊裝置5係與第1實施例相同，在形成於天線基板51上之天線線圈51a之中心部分51c插入有磁性片53者。又，第5實施例之通訊裝置5具備板狀導電板54，如圖14B所示，對配置於筐體131內部之金屬板即基板132，以全部覆蓋天線線圈11a之外周部分之方式進行重疊。亦即，通訊裝置5中，導電板54係以接觸於基板132側之方式配置。此導電板54係以與天線線圈51a絕緣之狀態進行重疊。
由此種構成所構成之第5實施例之通訊裝置5係如圖14B所示，在基板132之中央部132a側以磁性片53配置成為較天線線圈51a位於讀寫器120側之方式、在基板132之外周邊130d側以天線線圈51a配置成為較磁性片53位於讀寫器120側之方式，插入形成於天線基板51上之天線線圈51a之中心部分51c。
此處，導電板54使用導電性較基板132為高之導電材。例如，為了從外力等保護行動電話機130，當基板132由不銹鋼構成時，導電板54較佳係使用導電率較不銹鋼為佳之金屬構件，例如使用銅(Cu)以作為導電材。
此處，若把行動電話機130整體看作1個金屬，雖可考量導電率較銅(Cu)為低，但如上所述，例如，在設置於行動電話機130之液晶顯示部之背面，係為保護液晶而安裝不銹鋼板，因此，本實施例中，將基板132作成為不銹鋼程度之導電率(1×106s/m)左右者。因此，通訊裝置5將導電板54(由導電率較配置於天線線圈51a周圍之金屬板為高之材料構成)配置於天線線圈51a與基板132之間構成，由以下之性 能評價可明瞭，與無導電板54之構成相較，可抑制通訊特性之劣化。
此處，若考量實際之行動電話機130整體之導電特性，基板132之導電率，有相較於與不銹鋼對應之金屬材料之導電率即1.1×106s/m為小或為大之情形。因此，作為性能評價，針對使基板132之導電率變化時之通訊裝置5之通訊特性進行評價。
圖15A係，「Cu-all」表示通訊裝置5之天線線圈51a之電阻值，「SUS」表示未透過導電板54而在基板132上配置天線基板51之天線線圈之電阻值之圖。
又，圖15B係，「Cu-all」表示通訊裝置5之天線線圈51a之電感，「SUS」表示未透過導電板54而在基板132上配置天線基板51之天線線圈之電感之圖。
由圖15A及圖15B可明瞭，「SUS」之天線線圈，電阻在導電率為1×104s/m時變極大，電感隨著不銹鋼之導電率變小而變大。相對於此，「Cu-all」所示之通訊裝置5之天線線圈51a，電阻與電感對導電率之變動大致皆不變化。
圖16係，「Cu-all」表示通訊裝置5之天線線圈51a之Q值，「SUS」表示未透過導電板54而在基板132上配置天線基板51之天線線圈之Q值之圖。
由此圖16可明瞭，通訊裝置5，將導電板54配置於基板132與天線基板51之間，藉此相較於未配置導電板54之情形，Q值變高且Q值變化小。由此結果可明瞭，通訊裝置5可維持良好之通訊特性且穩定進行動作。
以此種方式，可維持良好之通訊特性且穩定進行動作 之原因在於，依據流經天線線圈之電流，雖在基板132及導電板54產生渦電流，但藉由導電率較不銹鋼板為高之銅(Cu)等之導電板54，對基板132全部覆蓋天線線圈11a，藉此可抑制因在基板132所產生之渦電流所消耗之熱能。
又，通訊裝置5，由使用以下所示之第4、5之比較例之通訊裝置之性能評價可明瞭，導電板54要以至少全部覆蓋天線線圈51a之方式進行重疊。
圖17A及圖17B係表示第4比較例之通訊裝置500之圖。此通訊裝置500係如圖17A所示，與第5實施例相同，磁性片513係插入形成於天線基板511上之天線線圈511a之中心部分511c者，作為與第5實施例之通訊裝置5不同點，在天線基板511上，僅在天線線圈511a較磁性片513位於讀寫器120側之區域重疊導電板514者。亦即，第4比較例之通訊裝置500，相較於第5實施例之通訊裝置5之導電板54，導電板514之面積成為一半。
又，圖18A及圖18B係表示第5比較例之通訊裝置600之圖。此通訊裝置600係如圖18A所示，與第5實施例相同，磁性片613係插入形成於天線基板611上之天線線圈611a之中心部分611c者，作為與第5實施例之通訊裝置5不同點，在天線基板611上，僅在磁性片613較天線線圈611a位於讀寫器120側之區域重疊導電板614者。亦即，第5比較例之通訊裝置600，相較於第5實施例之通訊裝置5之導電板54，導電板614之面積成為一半。
接著，評價使基板132之導電率變化時之通訊特性。
圖19A係與圖15A相同，「Cu-all」、「SUS」表示天 線線圈之電阻值，並且「Cu-C」表示第4比較例之天線線圈511a之電阻值，「Cu-m」表示第5比較例之天線線圈611a之電阻值之圖。
又，圖19B係與圖15B相同，「Cu-all」、「SUS」表示天線線圈之電感，並且「Cu-C」表示第4比較例之天線線圈511a之電感，「Cu-m」表示第5比較例之天線線圈611a之電感之圖。
由圖19A及圖19B可明瞭，導電板未對基板132全部覆蓋天線線圈之外周部而重疊之第4、第5之比較例與第5實施例不同，不能抑制天線線圈之電阻值。又，第4、第5之比較例與第5實施例不同，天線線圈之電阻值及電感依據不銹鋼導電率之變化而大幅變化。
又，圖20係與圖16相同，「Cu-all」、「SUS」表示天線線圈之Q值，並且「Cu-C」表示第4比較例之天線線圈511a之Q值，「Cu-m」表示第5比較例之天線線圈611a之Q值之圖。
由此圖20可明瞭，第4、第5之比較例與第5實施例相較，Q值較低，與未設置導電板之情形大致相同，不能實現良好之通訊特性。
由圖19A、圖19B及圖20之結果可明瞭，第5實施例之通訊裝置5，由於導電板54對基板132，以至少全部覆蓋天線線圈51a之方式進行重疊，因此可實現良好之通訊特性。
另外，通訊裝置5雖使導電板54之外周與天線線圈51a之外周作成一致，但從小型化之觀點來看雖較佳，但例如 如圖21所示，相對於在y軸方向所規定之天線線圈51a之寬度W1，藉由擴大導電板54之寬度W2可實現更良好之通訊特性。
作為具體例，將天線線圈51a之寬度W1固定在12mm之狀態，使全部覆蓋此天線線圈51a之導電板54之寬度W2從12mm變化到60mm時之天線線圈51a之Q值與耦合係數分別表示於圖22A及圖22B。
由此圖22A及圖22B可明瞭，當把天線線圈51a之寬度W1設定為12mm時，寬度W2在從12mm到22mm左右之範圍內，Q值急遽變大，即使較22mm擴大，Q值之上升亦被控制在值18左右。
因此，通訊裝置5，相對於天線線圈51a之寬度W1，在1至1.2左右之範圍內，選擇導電板54之寬度W2，藉此可儘量不損及小型化，且可實現良好之通訊特性。
又，行動電話機130係如圖23所示，在與該基板132相對向之位置設置收納用蓋140，在此收納用蓋140之與基板132相對向之面140a構裝通訊裝置5之天線基板51時，在空間受限之狀態下，從容易電氣連接天線線圈51a與設置於基板132內之通訊處理部12之觀點，較佳係如圖24A及圖24B所示，將端子部51b形成於天線基板51，在天線基板51與基板132之間配置導電板54。
此處，圖24A及圖24B係表示構裝於收納用蓋140之面140a之天線基板51之構成圖。亦即，如圖24A所示，在天線基板51設置端子部51b。又，在與天線基板51重疊之導電板54，於與端子部51b及厚度方向一致之位置設置開 口部54a。
又，如圖24B所示，將導電板54重疊於天線基板51，藉此通訊裝置5可從基板132側電氣連接端子部51b，其結果，能有效利用空間，容易電氣連接天線線圈51a與通訊處理部12。
<第3實施形態>
又，作為第3實施形態，本發明適用之第6實施例之通訊裝置，天線線圈與磁性片採用在讀寫器側與基板側之兩面以大致同一平面之方式彼此重疊之構造，藉此可實現薄型化與良好之通訊特性。
圖25A係表示第6實施例之通訊裝置6與讀寫器120之位置關係圖，圖25B係表示第6實施例之通訊裝置6之天線基板61之剖面圖。
亦即，通訊裝置6係如圖25B所示，在磁性片63插入形成於天線基板61上之天線線圈61a之中心部分之中央部分61c中，在天線基板61形成有段差部61d。又，通訊裝置6，在中央部分61c，於磁性片63分別形成有段差部631。此種通訊裝置6形成有段差部61d、631，藉此磁性片63插入天線基板61之狀態，從筐體131之中心側沿外周側，亦即，從基板132之中央部132a遍布至外周邊130d以成為面高相同方式相互重疊。
以此種方式，由於磁性片63插入天線基板61之狀態，從筐體131之中心側遍布至外周側位於同一平面上，因此通訊裝置6可一邊謀求薄型化一邊實現良好之通訊特性。更具體而言，由於通訊裝置6可一邊謀求薄型化一邊儘量加厚磁 性片63，因此其結果，可實現良好之通訊特性。
此處，將評價條件設定如下。亦即，讀寫器120之天線使用外形66mm×100mm之2匝線圈。又，基板132為100mm×50mm×1.0mm厚度之不銹鋼。天線基板61係以30mm×12mm之外形，作成使磁性片63貫通位於4匝之螺旋狀天線線圈61a之內徑之中央部分61c之構造。又，從基板132表面到天線基板61表面之距離為1mm。天線基板61，如圖25B所示，從成為在寬度方向規定之基板132之端部之外周邊130d到天線基板61之端部61e之距離為5mm。
又，作為比較對象，使用圖26所示之構造之通訊裝置700者。亦即，通訊裝置700具有：天線基板711，形成有天線線圈711a，在中央部分711c設置有段差部711d；以及兩面成水平片狀之磁性片713，使磁性片713插入天線基板711之中央部分711c者。作為比較對象，使用此種通訊裝置700者，作為與上述之通訊裝置6相同之評價條件。
另外，通訊裝置6、700係如圖25A、圖25B及圖26所示，設天線基板與磁性片之合計整體厚度為t[mm]。又，天線線圈由軟性印刷基板構成，將天線基板之厚度固定在0.1mm。
圖27A及圖27B係表示使天線基板與磁性片之合計厚度變化時之第6實施例之通訊裝置6與通訊裝置700之各天線線圈61a、711a之耦合係數之圖。此處，圖27A係以0.035mm固定天線線圈之導線厚度，使磁性片之厚度變化。又，圖27B係以0.2mm固定磁性片之厚度，使天線之導線厚度變化。又，天線線圈61a之耦合係數用實線表示，天線 線圈711a之耦合係數用虛線表示。
由此圖27A之結果可明瞭，通訊裝置6，使磁性片之厚度變化，藉此與通訊裝置700相較，天線基板與磁性片之合計厚度為0.3mm之厚度，耦合係數為15.5%，0.4mm之厚度，耦合係數為6.5%，各耦合係數變高，可實現良好之通訊特性。又，由圖27B之結果可明瞭，通訊裝置6，即使使天線基板之厚度變化，與通訊裝置700相較，耦合係數亦不變化。
接著，作為通訊裝置6之性能評價，以天線基板與磁性片之合計厚度0.3mm、0.4mm、0.5mm之3種類具體例，使天線線圈61a之導線厚度變化時之耦合係數、Q值、耦合係數與Q值之乘積值分別表示於圖28、圖29、圖30。
此處，從圖28之結果可知，使天線線圈61a之導線厚度變薄，換言之，加厚磁性片63會使耦合係數變大。相對於此，從圖29之結果可知，加厚天線線圈61a之導線厚度，Q值變大。
又，從圖30之結果可知，當整體厚度為0.3mm之情形，天線線圈61a之導線厚度在40μm以上，通訊特性大致為固定。相對於此，當整體厚度為0.4mm、0.5mm之情形，依據加厚天線線圈61a之導線厚度，通訊特性變佳。
從此等圖28至圖30之結果可知，通訊裝置6，為使整體厚度為0.3mm，對薄型化之要求高時，在確保一定以上之天線線圈之導線厚度之條件下，較佳係儘量使加厚磁性片之厚度來提高通訊特性。其原因在於，13.56MHz之高頻訊號中，因集膚效應電流在天線線圈之表面流動，因此可確保一定以上之天線線圈之導線厚度，儘量加厚磁性片厚度 可提高通訊特性。
如以上所述，第5實施例之通訊裝置6係採用在磁性片63插入天線基板61之狀態，從筐體131之中心側遍布至外周側成為面高相同之構造，藉此可實現薄型化及良好之通訊特性。
<變形例>
又，本發明適用之通訊裝置係如圖31A所示，在外周邊130a、130b、130c、130d上，除將天線基板11、21、31、41、51、61配置於外周邊130d側之外周部134以外，亦可例如，如圖31B所示，配置於外周邊130b側之外周部134，或如圖31C所示，配置於外周邊130a側之外周部134，或如圖31D所示，配置於外周邊130c側之外周部134。
在外周邊130a、130b、130c、130d上，在任意外周邊側之外周部134配置天線基板11之情形，作為具體例，使用圖32，評價使裝入有第1實施例之通訊裝置1之行動電話機與讀寫器之相對位置變化時之通訊靈敏度。
以讀寫器之位置作為基準，當把構裝有第1實施例之通訊裝置1之天線基板11之行動電話機130之位置往y軸方向移動時，測量通訊裝置1與讀寫器120之耦合係數，以進行性能評價者。另外，將讀寫器120與行動電話機130之間隔，亦即將z軸方向之相隔距離設定為50[mm]。作為比較例，當把構裝有上述第3比較例之通訊裝置400之行動電話機以讀寫器之位置為基準往y軸方向移動時，測量通訊裝置400與讀寫器之耦合係數。
圖32係表示此時之耦合係數之測量結果。通訊裝置1， 不管將天線基板11僅配置於行動電話機130之外周邊130d側，在y方向錯開行動電話機130時，第3比較例之通訊裝置400之通訊特性大致不改變。由此性能評價可明瞭，本發明適用之通訊裝置，在外周邊130a、130b、130c、130d上，即使在任意外周邊側之外周部134配置1個天線基板11，亦與行動電話機與讀寫器之相對位置關係無關，可設計成良好之通訊特性。
又，本發明適用之通訊裝置，如上所述，由於可縮小天線線圈之面積，因此亦可配置複數個天線基板11，例如如圖33A所示，亦可在外周邊130b、130d側之外周部134分別配置天線基板11，或如圖33B所示，在外周邊130a、130c側之外周部134分別配置天線基板11，並以電氣連接此等天線基板11之天線線圈與通訊處理部。
本發明適用之通訊裝置，亦可例如，如圖34A所示，在外周邊130a、130b、130d側之外周部134分別配置天線基板11，或如圖34B所示，在外周邊130a、130c、130d側之外周部134分別配置天線基板11，並以電氣連接此等天線基板11之天線線圈與通訊處理部。
本發明適用之通訊裝置，亦可例如，如圖35所示，在外周邊130a、130b、130c、130d側之外周部134分別配置天線基板11，並以電氣連接此等天線基板11之天線線圈與通訊處理部。
11‧‧‧天線基板
11a‧‧‧天線線圈
11c‧‧‧中心部分
13‧‧‧磁性片
130d‧‧‧外周邊
132‧‧‧基板
132a‧‧‧中央部

Claims (7)

  1. 一種天線裝置，係裝入於電子機器，可接收從發射器發射之磁場以進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈，形成在印刷基板上，與該發射器感應耦合；以及磁性片，將從該發射器發射之磁場引進該天線線圈；該天線線圈與該磁性片彼此重疊。
  2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該磁性片之一端部係配置成與形成在該印刷基板上之該天線線圈之中心部之開口重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，在該磁性片插入形成在該印刷基板上之該天線線圈之中心部之部分分別形成有段差部，在插入之狀態下，該天線線圈與該磁性片夾著該段差部彼此重疊成面高相同。
  4. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其具備在與該天線線圈絕緣之狀態下重疊成覆蓋該天線線圈之至少整面之導電板。
  5. 如申請專利範圍第4項之天線裝置，其中，該導電板具備使該天線線圈之端子部露出之開口部。
  6. 一種通訊裝置，係裝入於電子機器，可接收從發射器發射之磁場以進行通訊，其特徵在於：申請專利範圍第1至5項中任一項之天線裝置係沿著形成該電子機器之筐體之外板之內面配置。
  7. 如申請專利範圍第6項之通訊裝置，其中，該天線裝置係沿著該電子機器之外周部之該外板之內面配置。
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