TWI646733B - Electronic machine - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電子機器，其使用無損天線模組之通訊特性而實現小型、薄型化從而亦可搭載於經狹小化之空間之天線模組。本發明具備具有捲繞為面狀之天線線圈(12)、及與天線線圈(12)之至少一部分重疊之磁性薄片(13)之天線模組(1)。並且，天線線圈(12)被彎曲，自該彎曲部(11a)起包含在天線線圈(12)流動之電流為相同方向之一側(12a)的面，以沿著殼體之內部構造物(10)之側面(10a)接近之方式配置，並且，包含與於一側流動之電流之方向為反方向之電流流動之另一側(12b)之面，以重疊於磁性薄片(13)之方式配置，磁性薄片(13)配置於較天線線圈之另一側(12b)距離讀寫器(120)更遠之位置。

Description

電子機器

本發明係關於一種內設有具備環形線圈及磁性薄片之天線模組之電子機器。本申請案係以在日本於2013年8月28日提出申請之日本專利申請案號特願2013-176812為基礎而主張優先權者，且藉由參照該等申請案而引用於本申請案中。

於近年之無線通訊機器中，搭載有電話通訊用天線、GPS用天線、無線LAN/BLUETOOTH(註冊商標)用天線、進而RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)等複數個RF天線。除此以外，隨著非接觸充電之導入，亦逐漸搭載電力傳送用之環形線圈。關於非接觸充電方式中所使用之電力傳送方式，可列舉：電磁感應方式、電波接收方式、磁共振方式等。該等均為利用1次側線圈與2次側線圈間之電磁感應或磁共振者，例如於非接觸充電之Qi標準或RFID之NFC(Near Field Communication，近距離通訊)標準下，利用電磁感應。

該等天線即便係以能夠以天線單獨體於目標頻率時獲得最大特性之方式設計，當實際安裝於電子機器時亦難以獲得目標特性。其原因在於：天線周邊之磁場成分與位於周邊之金屬等發生干擾(耦合)，天線 線圈之電感實質上減少，因此共振頻率偏移。又，由於電感之實質性減少，接收感度降低。作為該等問題之對策，藉由在天線線圈與存在於其周邊之金屬之間介置由鐵氧體等磁性材料所構成之磁屏材，使自天線線圈產生之磁通聚集於磁屏材，藉此，可降低因金屬所導致之干擾。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-303541號公報

隨著移動終端機器等電子機器之小型化、高功能化所導致之零件個數之增加、消耗電力之增加所導致之電池容量之增加等，於電子機器殼體內，為了搭載如上所述之天線模組而分配之空間變得極小。對此，為了將RFID用之天線模組或非接觸充電用之充電模組搭載於經狹小化之空間，模組之小型化、薄型化之要求變強。

專利文獻1所記載之迴路天線存在如下問題：由於將天線配置於行動電話機等通訊裝置之殼體內之間隙，故難以使其形狀固定，而使電感之變化量變大，因此導致共振頻率之變動較大。尤其是於利用可撓性纜線形成天線之情形時，由於難以調整布線間之分佈容量，故而有共振頻率之調整需要極多步驟數之問題。

對此，本發明之目的在於提供一種電子機器，其使用無損天線模組之通訊特性而實現小型、薄型化從而亦可搭載於經狹小化之空間之 天線模組。

為了解決上述問題，本發明之電子機器具備天線裝置，該天線裝置係被組入至電子機器，經由電磁場訊號與外部機器進行通訊，且具有捲繞為面狀之環形線圈、及藉由磁性材料形成且與環形線圈之至少一部分重疊之片狀之磁性薄片。並且，環形線圈被彎曲，自該經彎曲之位置起包含在環形線圈流動之電流為相同方向之一側之面，以沿著殼體之內部構造物之側面接近之方式配置，並且，包含與於一側流動之電流之方向為反方向之電流流動之另一側之面，以重疊於磁性薄片之方式配置，磁性薄片配置於較環形線圈之另一側距離外部機器更遠之位置。

較佳為，電子機器之殼體內之內部構造物之一部分或全部為金屬體。

根據本發明，天線線圈於彎曲部彎曲，包含天線線圈之一側之面，以沿著內部構造物之側面之方式接近或接觸而配置，包含天線線圈之另一側之面，以重疊於磁性薄片之方式配置，故而無損天線模組之特性，而實現薄型化，亦可搭載於經狹小化之空間。

又，本發明中，藉由將磁性薄片配置於包含金屬之內部構造物之側面之附近，可效率較佳地引入強磁場區域之較多之磁通，維持、提高天線模組之特性。

1、1a、1b、1c‧‧‧天線模組

10‧‧‧內部構造物

10a‧‧‧側面

10b‧‧‧主面

10c‧‧‧端部

11‧‧‧天線基板

11a‧‧‧彎曲部

12‧‧‧天線線圈

12a‧‧‧一側

12b‧‧‧另一側

13‧‧‧磁性薄片

13a‧‧‧端部

14‧‧‧接著層

120‧‧‧讀寫器

121‧‧‧天線

130‧‧‧行動電話機

131‧‧‧殼體

圖1係表示使用應用本發明之一實施形態之電子機器之無線通訊系統之概略構成的立體圖。

圖2係表示本發明之一實施形態之電子機器之殼體之內部的天線模組之配置例之圖，圖2A係立體圖，圖2B係圖2A之A-A'線之剖面圖。

圖3係表示本發明之一實施形態之電子機器之殼體之內部的天線模組之配置之變形例之圖，圖3A係立體圖，圖3B係圖3A之B-B'線之剖面圖。

圖4係用以藉由電子機器之殼體中之天線模組與內部構造物之位置關係而說明本發明之動作原理之剖面圖。

圖5係表示本發明之一實施形態之電子機器之殼體之內部的天線模組之配置的另一變形例之剖面圖。

圖6係表示參考例之構成之立體圖。

圖7係表示實施例之構成之立體圖。

圖8係表示實施例及參考例之耦合係數與自讀寫器之中心之移動距離之關係的曲線圖。

以下，針對應用本發明之電子機器，一面參照圖式，一面詳細地說明。再者，本發明並非僅限定於以下實施形態，當然可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式為示意性者，有各尺寸之比率等與實物不同之情形。具體之尺寸等應參酌以下之說明而予以判斷。又，當然於圖式相互間亦包含互相之尺寸之關係或比率不同之部分。

[近距離無線通訊系統]

應用本發明之天線模組1係組入至行動電話機等電子機器者，且係實現近距離無線通訊功能者。具體而言，應用本發明之天線模組1係如圖1所示，例如組入至行動電話機130之殼體131內部，天線模組1係作為構成RFID用之無線通訊系統100之元件而使用。

關於無線通訊系統100，讀寫器120係對與天線模組1一併組入至行動電話機130之通訊處理部進行存取者。此處，天線模組1與讀寫器120係於三維正交座標系統xyz之xy平面上以互相對向之方式配置。

讀寫器120作為對在xy平面上互相對向之天線模組1之天線線圈12於z軸方向發送磁場之發送器發揮功能，具體而言，具備向天線線圈12發送磁場之天線121、及與包含記憶體等電路元件之通訊處理部進行通訊之控制基板122。

即，讀寫器120配設有與天線121電性連接之控制基板122。於該控制基板122，安裝有由1個或複數個積體電路晶片等電子零件所構成之控制電路。該控制電路係根據經由天線線圈12自記憶體模組所接收之資料，而執行各種處理。例如，控制電路於對記憶體模組發送資料之情形時，將資料編碼，且根據經編碼之資料，將既定頻率(例如13.56MHz)之載波進行調變，將已調變之調變訊號放大，利用已放大之調變訊號驅動天線121。又，控制電路於經由通訊處理部讀出資料之情形時，將利用天線121接收之資料之調變訊號放大，將已放大之資料之調變訊號解調，將已解調之資料解碼。再者，控制電路中，使用一般之讀寫器所使用之編碼方式及調變方式，例如使用曼徹斯特編碼方式或ASK(振幅移位鍵控，Amplitude Shift Keying)調變方式等周知之方式。

天線模組1係天線線圈12接收發送自讀寫器120之天線121之磁場而與天線121電感耦合，對組入至行動電話機130之作為記憶媒體之記憶體或通訊處理部供給訊號。

天線線圈12若接收自讀寫器120之天線121發送之磁場，則藉由電感耦合而與天線121磁性耦合，接收經調變之電磁波，並將接收訊號供給至通訊處理部等。

記憶體或通訊處理部等電路元件係由在天線線圈12流動之電流驅動，而於與讀寫器120之間進行通訊。具體而言，通訊處理部等將所接收之調變訊號解調，將已解調之資料解碼，將已解碼之資料寫入至內部之記憶體。又，通訊處理部自內部記憶體讀出要發送至讀寫器120之資料，將所讀出之資料編碼，根據已編碼之資料而將載波進行調變，並經由藉由電感耦合而磁性耦合之天線線圈12將經調變之電波發送至讀寫器120。

以上，作為本發明之天線模組1，以應用於RFID用天線模組之情形為例進行說明，但本發明除RFIDD用天線模組以外，亦可應用於例如Qi等非接觸充電用或其他天線模組。

[天線模組及電子機器之構成]

如圖2A及圖2B所示，天線模組1係NFC等RFID用之天線，具備大致長方形之天線基板11、於天線基板11之一面形成為螺旋狀之天線線圈12、及以重疊於天線線圈12之一部分之方式配置之磁性薄片13。天線線圈12連同天線基板11於彎曲部11a以成為剖面大致L字形之方式彎曲。彎曲部11a係連接例如長方形狀之天線基板11之2條對向之短邊的大致中央之直線。自彎曲部11a彎曲之天線線圈12及天線基板11具有於天線線圈12 流動之電流成為相同方向之一側12a、及電流於與在一側12a之天線線圈12流動之電流相反之方向流動之另一側12b。例如，如圖2B所示，自彎曲部11a起包含天線線圈12及天線基板11之一端部在內之側為一側12a，自彎曲部11a起包含天線線圈12及天線基板11之另一端部在內之側為另一側12b。來自讀寫器120之磁場向圖2A及圖2B之Z軸之正方向發送。磁性薄片13係以重疊於天線線圈12之另一側12b之一面且相對於讀寫器120之對向面較天線線圈12更遠側之面之方式配置。磁性薄片13較佳為利用由接著劑所構成之接著層14固定於天線基板11。再者，天線線圈12形成於天線基板11之與磁性薄片13為相反側之面，其原因在於將天線基板11及磁性薄片經由接著層14固定更為簡單，當然，亦可於與圖2B為相反側之天線基板之面形成天線線圈12，於天線線圈12之上形成接著層14，將磁性薄片13固定。

天線基板11為絕緣性之基材，較佳為利用聚醯亞胺或PET(聚對苯二甲酸乙二酯)等具有可撓性之材料形成之軟性基板。

天線線圈12係藉由如下方法而形成，即：於天線基板11上，鍍敷Cu或Al等高導電性之金屬材料等而圖案化後進行蝕刻等，藉此形成螺旋狀之布線。

磁性薄片13包含Ni-Zn系鐵氧體之燒結體。磁性薄片13係藉由如下方法而形成，即：藉由使預先較薄地塗佈為片狀之鐵氧體粒子於高溫環境下燒結而薄片化，其後，沖裁為既定之形狀。或者，磁性薄片13亦可藉由預先將鐵氧體粒子與最終形狀同形狀地塗佈為片狀並進行燒結而形成。另外，磁性薄片13亦可於具有長方形剖面之模具中裝滿鐵氧體粒子， 將鐵氧體粒子燒結為俯視方形狀之長方體，將該燒結體切為薄片，藉此，獲得既定之形狀。

再者，磁性薄片13亦可含有由軟磁性粉末所構成之磁性粒子及作為結合材料之樹脂。

又，磁性粒子可使用鐵氧體等氧化物磁性體、鐵矽鋁合金、鎳鐵合金等Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系等晶系、微晶系磁性體、或者Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等非晶質金屬磁性體之粒子。

其中，用於NFC等RFID用天線模組之磁性薄片13較佳地使用上述NiZn系鐵氧體作為磁性材料。

結合材料可使用藉由熱、紫外線照射等而硬化之樹脂等。作為結合材料，例如可使用環氧樹脂、酚系樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、不飽和聚酯等樹脂，或者聚矽氧橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丙烯酸系橡膠、丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠等周知之材料。再者，結合材料亦可於上述樹脂或橡膠中適量添加難燃劑、反應調整劑、交聯劑或矽烷偶合劑等表面處理劑。

再者，磁性薄片13不僅限於利用單一磁性材料構成之情形，可將2種以上之磁性材料混合使用，或者亦可積層為多層而形成。又，磁性薄片13即便為相同磁性材料，亦可選擇複數種磁性粒子之粒徑及/或形狀加以混合，或者亦可積層為多層而形成。

磁性薄片13係藉由接著劑固定於天線基板11，對於形成接著層14之接著劑，可使用公知者，當然亦可使用雙面接著帶以替代接著劑。

天線線圈12之一側12a之面以沿著設置於行動電話機等電子機器之內部之內部構造物10之側面10a的方式接近而配置。內部構造物10例如為對電子機器供給電力而進行驅動之電池組。一般而言，電池組具有金屬製之包裝，具有排斥磁場之磁屏效果。如此，將天線模組1之一部分之面以沿著電子機器之內部構造物10之任一面之方式配設，使磁性薄片13重疊於天線模組1之另一面，藉此，可使磁通聚集於磁性薄片13之端部附近，而提高天線模組1之通訊特性。

如圖3A及圖3B所示，亦可將天線基板11及天線線圈12之彎曲部11a向自讀寫器120遠離之方向變更。即，天線模組1a具備天線基板11、及以於天線基板11上環繞之方式形成為螺旋狀之天線線圈12，天線基板11及天線線圈12於位於天線基板11之短邊側之大致中央之彎曲部11a彎曲為剖面大致L字狀。自彎曲部11a起包含在天線線圈12中流動之電流於相同方向流動之一側12a之面以沿著電子機器之長方體狀之內部構造物10之側面10a的方式接近而配置。自彎曲部11a起包含在天線線圈12中流動之電流於與一側12a相反之方向流動之側即另一側12b的面以大致平行於讀寫器120之天線121之面的方式與其對向。

於上述記載中，包含天線線圈12之天線基板11之一面不限於以沿著內部構造物10之側面10a之方式接近而配置的情形，亦可以物理接觸之方式配置。又，內部構造物10之側面10a無需如圖示般為平面，亦可為曲面，可使天線基板11以沿著曲面之方式彎曲，亦可不彎曲而使其接近或接觸曲面之一部分。

[動作原理]

使用圖4，對應用本發明之一實施形態之電子機器中天線模組之通訊特性提高之原理進行說明。如圖4所示，電子機器之構成與圖2中所說明者相同，為明示讀寫器120及讀寫器120之天線121之構成。

電子機器包含天線模組1、及以沿著側面10a之方式接近配置有自天線模組1之彎曲部11a起包含天線線圈12之一側12a之面的內部構造物10。讀寫器120之天線121以與內部構造物10之主面10b及包含天線線圈12之另一側12b之面對向之方式配置於xy平面上，讀寫器120之天線121所發送之磁場之磁通F大致垂直於該面，即向z軸之正方向射出。

內部構造物10典型而言係作為電子機器之驅動電源之電池組，利用金屬罐進行包裝。讀寫器120之天線121所發送之磁場之磁通F如圖4所示，以避開內部構造物10之主面10b之方式流動，向接近內部構造物10之側面10a而配置之天線模組1流動。因此，於內部構造物10之端部10c附近，磁通密度提高。此處，於天線模組1，於與讀寫器120對向配置之天線線圈12之另一側12b，在較天線線圈12距離讀寫器120之天線121更遠之位置配置有磁性薄片13。因此，以沿著內部構造物10之主面10b之方式提高磁通密度之磁通F可藉由磁性薄片13而提高磁通密度。以如此之方式，天線模組1所感應之電力提高，電子機器之通訊特性提高。

[變形例]

於上述記載中，包含天線線圈12之一側12a之面係以沿著內部構造物10之側面10a之方式配置，包含天線線圈12之另一側12b之面係以與讀寫器120之天線121對向之方式，即以與天線121之面大致平行之方式配置，當然，只要遵循上述動作原理，關於該等之位置關係便可任意地設定。

如圖5所示，關於天線模組1b，由於行動電話機130之殼體131彎曲，亦可將彎曲部11a之彎曲之角度以超過90°之方式設定。又，磁通F之流動方向係依存於殼體131內部之內部構造物等之配置關係，故亦可向通訊特性最佳之方向彎曲。

[通訊特性之實驗]

藉由實驗取得構成應用本發明之一實施形態之電子機器之天線模組的通訊特性。為了比較，將使用不使天線基板及天線線圈彎曲時之天線模組構成電子機器的情形作為參考例，以相同條件取得通訊特性。具體而言，通訊特性係如圖6及圖7所示，使天線模組與讀寫器對向而配置，利用模擬求出使讀寫器向Y軸之正方向移動時之耦合係數k值。

<參考例>

參考例之天線模組中，如圖6所示，使天線模組1c之未重疊有磁性薄片13之一側12a重疊於作為內部構造物10之金屬製之電池罐之主面10b，使天線模組1c與讀寫器120之天線121對向，對使天線121與天線模組1c之相對位置關係變化時之通訊特性進行評價。

作為具體之評價條件，如下所述。即，讀寫器120之天線121係設為於XY平面上外徑為70mm且1.5mm間隙之2匝之環形線圈。又，內部構造物10係設為於XYZ軸方向上所規定之尺寸為60mm×50mm×5mm之鋁塊。天線模組1c之天線線圈12係於XY軸方向上規定之外形為50mm×40mm、1mm間隙之4匝之環形線圈。配置於天線模組1c之另一側12b之磁性薄片13係使用以保護膜覆蓋非磁導率120、厚度0.2mm之鐵氧體片而成者，且經由接著層14而接著。

內部構造物10之主面10b與天線線圈12之距離為0.5mm。進而，於Z軸方向所規定之讀寫器120之天線121至天線線圈12之距離設為40mm。

此處，使用偏移a作為表示讀寫器120之天線121與天線線圈12之相對位置關係之值。即，偏移a係假定通過讀寫器120之天線121之中心122之Z軸方向之軸線123及通過內部構造物10之中心(O)10d之Z軸方向之軸線10e，自兩軸線123、10e一致之位置起使讀寫器120向圖6中Y軸之正方向移動時之兩軸線123、10e間之距離。

於如上所述之條件下，利用模擬求出使a之值自-30mm變化至30mm時之天線線圈12之耦合係數k。將耦合係數k之變化示於圖8。

<實施例>

本實施例中，如圖7所示，使用包含天線線圈12之一側12a之面以沿著內部構造物10之側面10a接近而配置之天線模組1。於天線線圈12之另一側12b，貼合有磁性薄片13。並且，與圖6之參考例同樣地，使天線模組1與讀寫器120對向，對使讀寫器120與天線模組1之相對位置關係變化時之通訊特性進行評價。

具體之評價條件係關於讀寫器120、內部構造物10、讀寫器120之天線121至天線線圈12之距離與上述參考例相同。再者，實施例之天線模組1係使用使與參考例之天線模組1c相同者於短邊(40mm)之大致中央彎曲而成者。

於如上所述之條件下，利用模擬求出使a之值自-30mm變化至30mm時之天線線圈12之耦合係數k。將耦合係數k之變化與參考例之 曲線一併示於圖8。

示出如下情況：無論使用實施例之天線模組1或使用參考例之天線模組1c，耦合係數k同等。

即，使用實施例之天線模組1，以沿著內部構造物10之側面10a之方式，使包含天線線圈12之一側12a之面接近而配置，藉此可提供使用如下天線模組之電子機器，即：通訊特性得以維持，可無損天線模組之特性而於電池罐(內部構造物10)之厚度方向上謀求薄型化，從而亦可搭載於經狹小化之空間。又，如電池罐之內部構造物有可自電子機器之殼體裝卸之情形，於使包含天線模組1之一側12a之面以不接觸內部構造物10之側面之方式接近該側面而配置之情形時，可使天線模組1不妨礙內部構造物10之裝卸。

Claims (3)

1. 一種電子機器，其特徵在於：具備天線裝置，該天線裝置係被組入至電子機器，經由電磁場訊號與外部機器進行通訊，且具有捲繞為面狀之環形線圈、及藉由磁性材料形成且與該環形線圈之至少一部分重疊之片狀之磁性薄片；該環形線圈被彎曲，自該經彎曲之位置起包含在該環形線圈流動之電流為相同方向之一側之面，以沿著殼體之內部構造物之側面接近之方式配置，並且，包含與於該一側流動之電流之方向為反方向之電流流動之另一側之面，以重疊於該磁性薄片之方式配置；該磁性薄片配置於較該環形線圈之另一側距離該外部機器更遠之位置。
2. 如申請專利範圍第1項之電子機器，其中，該內部構造物之一部分或全部為金屬體。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電子機器，其中，該環形線圈之另一側自與該外部機器對向之面以既定之角度彎曲。