TW201513458A - 天線裝置及通訊裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種既可維持通訊特性又可於組裝至電子機器時實現電子機器之殼體之小型化、薄型化之天線裝置及通訊裝置。一種天線裝置，其係可組裝至電子機器以接收自讀寫器(120)發送之磁場而進行通訊，其特徵在於：具備：天線基板(11)；天線線圈(11a)，形成為旋繞於天線基板(11)之一面；磁性片(13)，插入於天線線圈(11a)之中心部分，引入來自讀寫器(120)之磁場；以及電路部，於天線基板(11)之另一面搭載於電路搭載共有區域(20)，該電路搭載共有區域(20)形成於避開插入磁性片(13)之位置的位置，且電路部連接於外部電路。又，天線線圈(11a)之繞組之至少一部分包圍構成電路部之電路要素之至少一部分。

Description

天線裝置及通訊裝置

本發明係關於一種可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊之天線裝置及通訊裝置。本申請案係以2013年8月22日於日本申請之日本專利申請編號特願2013-171951為基礎而主張優先權者，藉由參照此等申請案而援用於本申請案中。

於行動電話等電子機器中，為搭載近距離非接觸通訊之功能，使用一種RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)用之天線模組。

該天線模組係利用與搭載於讀寫器等發訊器之天線線圈感應耦合而進行通訊。即，該天線模組可藉由天線線圈接收來自讀寫器之磁場，而將該磁場轉換為電力來驅動作為通訊處理部而發揮功能之IC。

天線模組為了確實地進行通訊，必須以天線線圈接收來自讀寫器之某值以上之磁通。因此，於先前例之天線模組中，在行動電話機之殼體設置有環形線圈，而以該環形線圈接收來自讀寫器之磁通。

然而，就組裝至行動電話等電子機器中之天線模組而言，機器內部之基板或電池組等金屬會因接收來自讀寫器之磁場而產生之渦電流而將來自讀寫器之磁通擋回，故而抵達環形線圈之磁通變少。由於如此般使抵達環形線圈之磁通變少，因此天線模組為了收集必要之磁通而需要具 有某程度開口大小之環形線圈，進而，需藉由使用磁性片來增加聚集於開口部之磁通。

於專利文獻1中提出有如下方案：如上所述，雖來自讀寫器之磁通會因流過行動電話等電子機器之基板之渦電流而被擋回，但於電子機器之殼體表面，存在朝向基板之面方向之磁場之成分，藉由接收該成分而發揮作為天線之功能。具體而言，於專利文獻1中，提出有為了縮小線圈之占有面積而於鐵氧體磁心捲繞有線圈之天線構造。

〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2008-35464號公報

如上所述之天線模組，係與進行收發訊之通訊處理部電連接而與讀寫器或非接觸IC卡等電子機器進行通訊。被收發訊之訊號由於要調變高頻，因此為了確保收發訊效率或耦合係數等通訊特性，必須使通訊處理部之輸出入阻抗與天線模組之輸出入阻抗匹配。又，為了使搭載天線模組之裝置小型化，有時會將與通訊處理部進行阻抗匹配之匹配電路搭載於天線模組。如上所述，藉由將磁性片附加於天線線圈，雖能使天線之通訊特性提升，但於配設有磁性片之區域，由於無法配置電路，因此為了於天線模組搭載匹配電路等而需增加形成有天線線圈之天線基板之面積。又，若將用以配置電路之空間設於天線基板上，會使天線之實效開口面積減少，而有通訊特性降低之問題。

是以，本發明係鑒於此種情況而提案者，其目的在於提供一 種既可維持通訊特性又可於組裝至電子機器時實現電子機器之殼體之小型化、薄型化之天線裝置及通訊裝置。

為了解決上述課題，本發明為一種天線裝置，其係可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊，其特徵在於：具備：基板；天線線圈，形成為旋繞於基板之一面；磁性片，插入於天線線圈之中心部分，引入來自發訊器之磁場；以及電路部，於基板之另一面形成於避開插入磁性片之位置的位置，連接於外部電路，包含一個以上之電路要素。又，天線線圈之繞組之至少一部分包圍電路部。

又，本發明為一種通訊裝置，其係可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊，其特徵在於：具備天線裝置，該天線裝置具有：基板；天線線圈，形成為旋繞於基板之一面；磁性片，插入於天線線圈之中心部分，引入來自發訊器之磁場；以及電路部，於基板之另一面形成於避開插入磁性片之位置的位置，連接於外部電路，包含一個以上之電路要素。又，天線線圈之繞組之至少一部分包圍電路部。

本發明，由於電路部形成於基板之另一面，環形天線之繞組之至少一部分包圍電路部之電路要素之至少一部分，因此可在不減少環形天線之開口面積之情形下搭載電路部，能實現天線裝置及通訊裝置之小型化。

1‧‧‧通訊裝置

2,2a‧‧‧天線模組

10‧‧‧天線線圈占有區域

11‧‧‧天線基板

11a‧‧‧天線線圈

13‧‧‧磁性片

14‧‧‧狹縫

20‧‧‧電路搭載共有區域

28‧‧‧匹配電路

29‧‧‧低通濾波器

30‧‧‧通訊處理部

120‧‧‧讀寫器

121‧‧‧天線

122‧‧‧控制基板

130‧‧‧行動電話

圖1係用以說明組裝有適用本發明之天線裝置及通訊裝置之無線通訊系統之構成的圖。

圖2係顯示本發明一實施形態之天線裝置之構成例的圖。圖2A係俯視圖，圖2B係仰視圖，圖2C係從圖2A之AA’線觀看之剖面圖。

圖3係顯示本發明一實施形態之天線裝置構成之變形例的圖。圖3A係俯視圖，圖3B係仰視圖。

圖4係適用本發明之天線裝置一例的電路圖。

圖5A係顯示天線裝置之實施例之形狀尺寸的俯視圖，圖5B係顯示作為比較例之習知天線裝置之形狀尺寸的俯視圖，圖5C係顯示參考例之天線裝置之形狀尺寸的俯視圖。

圖6A係顯示用以測定天線裝置之實施例、比較例及參考例之各個與讀寫器之通訊特性之測定系的立體圖。圖6B係用以說明偏置距離a之定義的圖。

圖7係測定各個天線線圈之耦合係數作為天線裝置與讀寫器之通訊特性，對偏置距離a描繪的圖表。

以下，參照圖式對用以實施本發明之形態詳細地進行說明。此外，本發明當然並不僅限定於以下之實施形態，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變更。

適用本發明之通訊裝置係可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊的裝置，例如組裝至如圖1所示之RFID(Radio Frequency Identification)用之無線通訊系統100中而使用。

無線通訊系統100具備通訊裝置1、及對通訊裝置1以非接觸進行存取之讀寫器120。此處，設定通訊裝置1及讀寫器120係以於三維正交座標系xyz之xy平面內相互面對之方式配置。

讀寫器120作為於z軸方向對在xy平面內相互面對之通訊裝置1發送磁場之發訊器發揮功能，具體而言具備：天線121，其朝向通訊裝置1發送磁場；及控制基板122，其經由天線121與受到感應耦合之通訊裝置1進行通訊。

亦即，讀寫器120具有與天線121電連接之控制基板122。於該控制基板122上構裝有由一個或複數個積體電路晶片等電子零件所構成之控制電路。該控制電路係根據自通訊裝置1接收到之資料而執行各種處理。例如，控制電路於對通訊裝置1發送資料之情形時，將資料編碼，並根據經編碼之資料而對特定頻率(例如13.56MHz)之載波進行調變，將經調變之調變訊號放大，且以經放大之調變訊號驅動天線121。又，控制電路於自通訊裝置1讀出資料之情形時，將由天線121所接收到之資料之調變訊號放大，對經放大之資料之調變訊號進行解調，且對經解調之資料進行解碼。再者，於控制電路中，可使用普通之讀寫器中所使用之編碼方式及調變方式，例如可使用曼徹斯特編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying，幅移鍵控)調變方式。

通訊裝置1具備：天線模組2，其具有構裝有天線線圈11a之天線基板11，該天線線圈11a例如可組裝至以於xy平面內面對讀寫器120之方式配置之行動電話130之殼體131之內部，且可與受到感應耦合之讀寫器120之間進行通訊。

於天線模組2之天線基板11之一面形成天線線圈11a，其係例如藉由對聚醯亞胺等可撓性基板將Cu或Al之配線使用印刷技術而進行圖案化處理等而形成。於天線基板11之另一面形成有電路搭載共有區域20，該電路搭載共有區域20係搭載使天線線圈11a與天線模組2外部之通訊處理部30之阻抗匹配而電連接的匹配電路28等。天線線圈11a與構裝於電路搭載共有區域20之匹配電路28等，係使用通孔等之周知技術來電連接。又，天線模組2係透過連接器等電連接於構裝在行動電話130之本體側的通訊處理部30。

天線線圈11a若接收到自讀寫器120發送之磁場，則藉由與讀寫器120感應耦合而而磁性耦合，接收已調變之電磁波，並經由匹配電路28將接收訊號供給至構裝在行動電話130本體側的通訊處理部30。通訊處理部30係藉由流過天線線圈11a之電流而驅動，於與讀寫器120之間進行通訊。更具體而言，通訊處理部30對所接收到之調變訊號進行解調，且對經解調之資料解碼，並將已解碼之資料根據通訊處理部30之指示寫入至內部記憶體。又，通訊處理部30自內部記憶體讀出發送至讀寫器120之資料，並將所讀出之資料編碼，根據經編碼之資料而對載波進行調變，且經由藉由感應耦合而受到磁性耦合之天線線圈11a將已調變之電波發送至讀寫器120。

如圖2A所示，天線模組2具備天線基板11與形成於天線基板11之一面之天線線圈11a。天線基板11較佳為可撓性印刷基板，具有具長邊與短邊之長方形形狀。天線線圈11a係形成為在天線基板11上旋繞之環形線圈，較佳為藉由形成於可撓性印刷基板上之配線圖案而形成。又， 天線線圈11a係從天線基板11外緣開始捲繞，朝向天線基板11內側捲繞既定匝數。於天線線圈11a之大致中央部，在沿著天線基板11長邊之方向開口有狹縫14。又，聚集來自讀寫器120之磁通而導至天線線圈11a之磁性片13係插入狹縫14。此外，由於如後述般，於天線基板11之另一面形成搭載一邊取得天線線圈11a與通訊處理部30之阻抗匹配一邊使兩者連接之匹配電路28等的電路搭載共有區域20，因此狹縫14之形成位置形成於與電路搭載共有區域20相鄰之天線線圈占有區域10內。

如圖2B所示，天線模組2具有搭載匹配電路28等之電路搭載共有區域20，該匹配電路28等係與天線線圈11a及設置於行動電話130本體側之用以收發訊之通訊處理部30取得阻抗匹配而加以電連接。電路搭載共有區域20較佳為配置於天線基板11之一短邊側。

於電路搭載共有區域20搭載：限制電阻21a,21b，用以設定藉由天線線圈11a之電感與諧振電容器構成諧振電路時之Q(Quality factor)值；匹配電容器22a,22b,22c,22d，構成用以取得與通訊處理部30之阻抗匹配之匹配電路28；以及濾波電容器24a,24b及濾波器線圈25a,25b，構成過濾來自通訊處理部30之方形波訊號之低通濾波器29。再者，電路搭載共有區域20具有用以經由低通濾波器29、匹配電路28等而連接於通訊處理部30之端子26a,26b與接地端子27。

如圖2C所示，在插入有磁性片13之天線基板11之天線線圈占有區域10中，由於天線基板11之一面及另一面中之任一方被磁性片13覆蓋，因此無法確保配置匹配電路28等之空間。因此，藉由在天線基板11之另一面形成電路搭載共有區域20，而能確保匹配電路28等之搭載空 間。此處，由於能在天線基板11之一面沿著天線基板外周使天線線圈11a旋繞，因此亦能確保天線線圈11a之開口面積，而能維持天線模組2之通訊特性。

天線線圈11a，不限於從天線基板11外緣開始捲繞且沿著天線基板11外緣捲繞所有匝數的構成。如圖3A及圖3B所示，亦可僅使天線線圈11a之一部分旋繞電路搭載共有區域20側之外緣。亦即，天線模組2係與圖2A~C之情形同樣地具備天線基板11與形成於天線基板11之一面之天線線圈11a，於天線基板11之另一面形成搭載一邊取得天線線圈11a與通訊處理部30之阻抗匹配一邊使兩者電連接之匹配電路28等的電路搭載共有區域20，聚集來自讀寫器120之天線121之磁通而導至天線線圈11a之磁性片13係插入狹縫14。此處，在圖2A~C之場合，相較於天線線圈11a沿天線基板11外緣部形成於天線基板11上，在此變形例中，僅天線線圈11a之最外側繞組沿著天線基板11之外緣部形成，第二匝之繞組在天線基板11中與電路搭載共有區域20相鄰之天線線圈占有區域10內被捲繞。此外，不限於天線線圈11a之最外側之繞組、亦即僅第一匝之繞組從天線線圈占有區域10形成至電路搭載共有區域20之情形，當然亦可捲繞至第二匝、第三匝等。

適用本發明之天線模組2,2a，如於圖4所例示，於天線基板11上具備天線線圈11a、調整藉由天線線圈11a構成之諧振電路之Q之阻尼電阻(R1,R2)21a,21b、謀求天線線圈11a與連接於天線線圈11a之電路之阻抗匹配的匹配電路28、以及用以對藉由通訊處理部30驅動天線線圈11a之驅動訊號進行寄生(spurious)抑制之低通濾波器29，此等係串接連接。與 天線模組2,2a進行收發訊訊號之往來的通訊處理部30，係經由天線模組2,2a之連接端子(TX1,TX2)26a,26b及接地端子(G)27而連接。

此外，上述電路構成，係與具有平衡輸出入之通訊處理部30連接之差動電路構成場合的一例，當然亦能作成對應非平衡輸出入之單端電路構成或變更低通濾波器之電路構成。又，搭載於電路搭載共有區域20之電路之功能塊，不限於搭載上述所有功能塊之場合，當然能選擇僅搭載匹配電路28等。

藉由將匹配電路28等搭載於天線模組2,2a側，亦有作為天線模組能接受特定無線設備之技術基準適合證明，能簡化搭載有此天線模組之電子機器之認證程序的優點。

[天線模組之通訊特性之實驗]

進行比較適用本發明之天線模組與習知構造之天線模組之通訊特性的實驗。

如圖5A所示，與天線線圈占有區域10相鄰地設有電路搭載共有區域20。於聚醯亞胺基板之一面，藉由Cu箔而形成有四匝之天線線圈11a。插入磁性片之狹縫14僅形成於天線線圈占有區域10，插入Ni-Zn鐵氧體製之磁性片13。

<實施例>

作為實施例1，係將天線線圈11a之第一匝沿圖5A之聚醯亞胺基板之最外周形成，將第二匝~第四匝形成於天線線圈占有區域10內。

作為實施例2，係將天線線圈11a之第一匝至第四匝全部從圖5A之聚醯亞胺基板最外周沿著外周形成。

<比較例>

作為比較例，如圖5B所示，係從聚醯亞胺基板最外周開始第一匝之捲繞，形成四匝之天線線圈11a。聚醯亞胺基板之尺寸，係作成與圖5A之場合之天線模組中之天線線圈占有區域10大致相同。又，插入與用於圖5A之天線模組者相同之Ni-Zn鐵氧體製之磁性片13。狹縫14之尺寸亦與圖5A所示者相同。

<參考例>

作為參考例，如圖5C所示，係從聚醯亞胺基板最外周開始第一匝之捲繞，形成四匝之天線線圈11a。聚醯亞胺基板之尺寸，係作成與圖5A所示者相同。將狹縫14形成為與聚醯亞胺基板之長邊寬度大致相等之寬度，於狹縫14插入Ni-Zn鐵氧體製之磁性片13。是以，磁性片13a之寬度較圖5A及圖5B所示者寬廣。

<測定方法>

天線模組之通訊特性係構成圖6A所示之測定系而測定。具體之評估條件如下所示。亦即，讀寫器120之天線121，係以讀寫器120中心為xyz座標之原點(O)121a之x×y=70mm×40mm之四匝方形線圈。測定通訊特性之天線模組，係使開口面對向於讀寫器120之天線121，從原點(O)121a往z方向分離20mm來配置。此處，如圖6B所示，將天線模組與讀寫器120之相對位置定義為偏置距離a。偏置距離a係指從原點(O)121a起天線模組之長邊側端部往x方向突出的距離。使偏置距離a變化，測定天線模組之天線線圈與讀寫器120之天線121之耦合係數k。

<結果>

針對實施例1、實施例2、比較例以及參考例之構成之天線模組之各個，將相對於偏置距離a之耦合係數k之變化描繪後的圖表顯示於圖7。

實施例1及實施例2之天線模組均相較於比較例之天線模組能實現較高之耦合係數，顯示出良好之通訊特性。由於實施例1中，旋繞天線基板最外周之匝數係一匝，剩餘之匝數在天線線圈占有區域內形成，因此雖與四匝全部從最外周捲繞之實施例2相較耦合係數較低，但為相較於參考例毫不遜色的等級。

1‧‧‧通訊裝置

2‧‧‧天線模組

11‧‧‧天線基板

11a‧‧‧天線線圈

20‧‧‧電路搭載共有區域

30‧‧‧通訊處理部

100‧‧‧無線通訊系統

120‧‧‧讀寫器

121‧‧‧天線

122‧‧‧控制基板

130‧‧‧行動電話

Claims (4)

1. 一種天線裝置，其係可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊，其特徵在於：具備：基板；天線線圈，形成為旋繞於上述基板之一面；磁性片，插入於上述天線線圈之中心部分，引入來自上述發訊器之磁場；以及電路部，於上述基板之另一面形成於避開插入上述磁性片之位置的位置，連接於外部電路，包含一個以上之電路要素；上述天線線圈之繞組之至少一部分包圍上述電路部。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，上述電路部中之上述電路要素之至少一部分被上述天線線圈包圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，上述電路部係取得與外部驅動電路之阻抗匹配之匹配電路。
4. 一種通訊裝置，其係可組裝至電子機器以接收自發訊器發送之磁場而進行通訊，其特徵在於：具備天線裝置，該天線裝置具有：基板；天線線圈，形成為旋繞於該基板之一面；磁性片，插入於該天線線圈之中心部分，引入來自上述發訊器之磁場；以及電路部，於該基板之另一面形成於避開插入該磁性片之位置的位置，連接於外部電路，包含一個以上之電路要素；上述天線線圈之繞組之至少一部分包圍上述電路部。