TWI693738B - 天線裝置、及電子機器 - Google Patents

Abstract

本發明即使在將天線設置在電子機器之背面蓋側之情形下亦能利用磁屏蔽效果確保良好之通訊性能。本發明一形態之天線裝置(1)，係組裝於電子機器(30)且透過電磁場訊號與外部機器(40)進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈(12)，係以隔著其開口部在寬度方向對向之導線彼此接近之方式捲繞設置，與外部機器感應耦合；熱擴散片(3)，設在電子機器之箱體內部，與外部機器對向；以及導電性片(4)，與天線線圈之一部分及熱擴散片重疊。

Description

天線裝置、及電子機器

本發明係關於組裝於電子機器且透過電磁場訊號與發訊器等外部機器通訊之天線裝置、及組裝有此天線裝置之電子機器。本申請係以日本2015年3月9日申請之日本專利申請號特願2015-045738為基礎主張優先權，參照此申請並援用於本申請。

行動電話等電子機器中，為搭載近距離非接觸通訊之功能，係使用RFID(Radio Frequency Identification)用之天線模組。此天線模組，係利用與搭載於讀寫器等之發訊器之天線線圈感應耦合來進行通訊。亦即，此天線模組能藉由以天線線圈接收來自讀寫器之磁場，將其轉換成電力以驅動發揮通訊處理部功能之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個值以上之磁通。因此，習知例之天線裝置中，係於行動電話之箱體設置環狀線圈，以此線圈接收來自讀寫器之磁通。由於組裝於行動電話等電子機器之天線模組，因機器內部之基板或電池包等之金屬接收來自讀寫器之磁場所產生之渦電流，來自讀寫器之磁通會彈開。例如，若考量行動電話之箱體表面，來自讀寫器之磁場有在箱體表面之外周部分變強、在箱體表面之正中央附近變弱之傾向。

在使用一般環狀線圈之天線之情形，環狀線圈之開口部位於 幾乎無法接收通過上述箱體表面之外周部分之磁場之行動電話之中央部分。因此，在使用一般環狀線圈之天線，接收磁場之效率變差。因此，提出了於內設在電子機器之RFID天線模組中，利用基板等金屬板提高通訊特性之方法、或使用磁性片增加磁通以提高性能的天線裝置。(參照例如專利文獻1至4)。

專利文獻1：日本特開2010-245776號公報

專利文獻2：日本特開2010-252402號公報

專利文獻3：日本特開2011-229133號公報

專利文獻4：日本特開2012-217133號公報

在行動電話等電子機器內設RFID天線時，其構裝位置位於金屬板端部附近是重要的。例如，在智慧型手機或平板PC之液晶面板周圍配置天線時，可利用作為液晶面板之構造物之金屬板或電池包、電路基板等提升性能。然而，由於該電子機器之設計上之限制等事情，將天線構裝在與該金屬板相離之背面蓋側時，會有無用以提高天線之通訊性能而使用之金屬物，無法充分發揮天線性能之問題。

本發明係有鑑於上述課題所完成者，其目的在於提供一種新穎且經改良之天線裝置及電子機器，其即使在將天線設置在電子機器之背面蓋側之情形下亦能確保良好之通訊性能。

本發明一形態之天線裝置，係組裝於電子機器且透過電磁場訊號與外部機器進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈，係以隔著其開口部在寬度方向對向之導線彼此接近之方式捲繞設置，與該外部機器感應 耦合；熱擴散片，設在該電子機器之箱體內部，與該外部機器對向；以及導電性片，與該天線線圈之一部分及該熱擴散片重疊。

根據本發明一形態，藉由熱擴散片之磁屏蔽效果，可確保良好之天線之通訊性能。

此時，本發明一形態中，該天線線圈，被二分成該導線隔著在其長邊方向縱截該開口部之中心線往一方向旋繞之一側部與往另一方向旋繞之另一側部，該一側部沿著該熱擴散片之外緣配置，且該另一側部重疊於該導電性片亦可。

如此，在熱擴散片聚集之來自外部機器之磁通經由導電性片傳送至天線線圈之中心部，因此藉由熱擴散片之磁屏蔽效果，可確保良好之天線之通訊性能。

又，本發明一形態中，亦可進一步具備由磁性體形成、以在該天線線圈之與該外部機器對向面之相反側與該天線線圈之一部分重疊之方式設置之磁性片。

如此，藉由磁性片聚集來自外部機器之磁通，在天線線圈之中心部感應，因此有效率地提升利用熱擴散片之磁屏蔽效果之天線之通訊特性。

又，本發明一形態中，該天線線圈亦可為將該導線捲繞成大致長條狀設置之構成。

如此，尤其是在天線線圈為將導線捲繞成細長大致長條狀之構成之情形，可利用熱擴散片之磁屏蔽效果，降低天線線圈之一側部與另一側部之感應電壓彼此抵銷造成之通訊性能之劣化，獲得良好之通訊特性。

又，本發明一形態中，該熱擴散片亦可具有藉由至少下式算出之集膚深度以上之厚度。

d：集膚深度(m)

ω：角頻率(rad/s)

μ：透磁率(H/m)

σ：導電率(S/m)

如此，可利用熱擴散片之磁屏蔽效果，更確實地確保良好之天線之通訊特性。

又，本發明一形態中，該熱擴散片亦可由石墨形成。

如此，可利用石墨片之磁屏蔽效果，更確實地確保良好之天線之通訊特性。

又，本發明另一形態之電子機器，係組裝於上述任一個天線裝置，可透過電磁場訊號與外部機器進行通訊。

根據本發明另一形態，可謀求天線裝置之設計自由度提升，並同時確保電子機器對外部機器之良好之天線之通訊特性。

如上述，根據本發明，藉由利用電子機器具備之熱擴散片之磁屏蔽效果，即使在將天線設置在電子機器之背面蓋側之情形下亦能確保良好之天線之通訊性能。

1,201‧‧‧天線裝置

2‧‧‧天線模組

3,203‧‧‧熱擴散片

3a,203a‧‧‧(熱擴散片之)端部

4,204‧‧‧導電性片

5‧‧‧金屬板(第1導電體)

6‧‧‧電子零件

11,211‧‧‧天線基板

12,212‧‧‧天線線圈

12a,212a‧‧‧導線

12a1,212a1‧‧‧一側部

12a2,212a2‧‧‧另一側部

12b,212b‧‧‧開口部

13‧‧‧通訊處理部

14‧‧‧端子部

20‧‧‧磁性片

30‧‧‧電子機器

32‧‧‧箱體

40‧‧‧讀寫器(外部機器)

41‧‧‧天線

42‧‧‧控制基板

43‧‧‧控制電路

L1,L2‧‧‧中心線

圖1係顯示適用本發明一實施形態之天線裝置之無線通訊系統之概略構成之立體圖。

圖2係顯示具備本發明一實施形態之天線裝置之電子機器之概略構成之一例之立體圖。

圖3係用以說明本發明一實施形態之天線裝置之構成之剖面圖。

圖4係顯示本發明一實施形態之天線裝置之概略構成之立體圖。

圖5係顯示本發明另一實施形態之天線裝置之概略構成之立體圖。

圖6A係顯示本發明另一實施形態之天線裝置之概略構成之剖面圖，圖6B係顯示本發明另一實施形態之天線裝置之變形例之概略構成之剖面圖。

圖7係用以說明用以確認本發明一實施形態之天線裝置之作用、效果之評價測試之俯視圖。

圖8係顯示用以確認本發明一實施形態之天線裝置之作用、效果之評價測試之評價結果之圖表。

以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。此外，以下說明之本實施形態並非將申請專利範圍所記載之本發明之內容不當地限定，本實施形態中所說明之所有構成不限於作為本發明之解決手段所必須者。

首先，使用圖式說明本發明一實施形態之天線裝置之構成。圖1係顯示適用本發明一實施形態之天線裝置之無線通訊系統之概略構成之立體圖，圖2係顯示具備本發明一實施形態之天線裝置之電子機器之概略構成之一例之立體圖，圖3係用以說明本發明一實施形態之天線裝置之 構成之剖面圖。此外，圖3係圖2所示之天線裝置之YZ平面之剖面圖。

本實施形態之天線裝置1，係組裝於電子機器30且透過電磁場訊號與外部機器進行通訊之裝置，係組裝於例如圖1所示之RFID(Radio Frequency Identification)用之無線通訊系統100來使用。

如圖1所示，無線通訊系統100包含電子機器30所具備之天線裝置1與對天線裝置1進行存取之作為外部機器之讀寫器40。此處，天線裝置1與讀寫器40係配置成在圖1所示之三維正交座標系XYZ之XY平面中彼此對向。

讀寫器40係發揮對在XY平面中彼此對向之天線裝置1於Z軸方向發訊磁場之發訊器功能，具體而言，具備對天線裝置1發訊磁場之天線41、以及與透過天線41感應耦合之天線裝置1進行通訊之控制基板42。

亦即，讀寫器40配設有與天線41電性連接之控制基板42。於此控制基板42構裝有由一個或複數個積體電路晶片等電子零件構成之控制電路43。此控制電路43係根據從天線裝置1接收之資料執行各種處理。

例如，在控制電路43對天線裝置1發送資料時，係將資料編碼，根據經編碼之資料調變既定頻率(例如13.56MHz)之載波，並將經調變之調變訊號予以增幅，以經增幅之調變訊號驅動天線41。又，控制電路43在從天線裝置1讀出資料時，將以天線41接收之資料之調變訊號予以增幅，將經增幅之資料之調變訊號解調，將經解調之資料解碼。

此外，控制電路43係使用在一般讀寫器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(Amplitude Shift Keying)調變方式。此外，以下雖說明非接觸通訊系統中之天線裝置等，但當然Qi等非接 觸充電系統亦同樣能適用。

如圖2所示，天線裝置1組裝於例如配置成與讀寫器40在XY平面對向之行動電話等電子機器30之箱體32內部。本實施形態中，天線裝置具備：具有構裝有天線線圈12之天線基板11(參照圖4)之天線模組2，該天線線圈12能在與被感應耦合之讀寫器40之間進行通訊；通訊處理部13，藉由流通天線線圈12之電流驅動，在與讀寫器40之間進行通訊；以及熱擴散片3。

天線模組2設於電子機器30之箱體32內部，與感應耦合之讀寫器40之間進行通訊。本實施形態中，天線模組2，例如構裝有可撓性扁平纜線等可撓性導線12進行圖案化處理等形成之天線線圈12、及將天線線圈12與通訊處理部13電性連接之端子部14。

天線線圈12具有在接收到自讀寫器40發送之磁場後，則藉由感應耦合而與讀寫器40磁性耦合，接收已調變之電磁波，並經由端子部14將接收訊號供應至通訊處理部13的功能。本實施形態中，天線線圈12與設在電子機器30之箱體32內之熱擴散片3隔著由銅、鋁等構成之導電性片4連接，其一部分與導電性片4重疊。此外，關於天線線圈12之詳細構成之說明，將於後述。

通訊處理部13係藉由流過天線線圈12之電流而驅動，於與讀寫器40之間進行通訊。具體而言，通訊處理部13對所接收到之調變訊號進行解調，且對經解調之資料解碼，並將經解碼之資料寫入至該通訊處理部13所具有之內部記憶體。又，通訊處理部13自內部記憶體讀出發送至讀寫器40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12將經調變之電波發送至讀寫器40。此外，通訊處理部13亦可不是藉由流通天線線圈12之電力而係藉由從組裝於電子機器內之電池包或外部電源等之電力供應手段所供應之電力來驅動。

熱擴散片3，為了防止從電子零件6產生之熱集中在與電子機器30驅動時發熱之該電子零件6對向部分之箱體32，亦即為了使電子機器30內部之熱擴散，以與外部機器40對向之方式設在電子機器30之箱體32內部。具體而言，熱擴散片3，如圖3所示，設在與電子零件6對向部分之箱體32之由樹脂等絕緣體構成之背面側蓋34側。作為熱擴散片3，使用石墨片、碳纖維片、將由銅等構成之金屬箔蝕刻成網眼狀之屏蔽材等。從熱擴散性、阻燃性、耐熱性、防止起火等功能優異之點觀之，較佳為使用石墨片作為熱擴散片3。

本實施形態中，作為熱擴散片3，使用由具有藉由至少下式(1)算出之集膚深度以上之厚度之石墨形成之石墨片。此外，下述式(1)之d表示電流成為表面電流之1/e(約0.37)倍之深度即集膚深度(m)，ω表示電流之頻率為f時成為2 π f之值之角頻率(rad/s)，μ表示透磁率(H/m)，σ表示導電率(S/m)。

如下述表1所示，石墨之導電率雖小於銅，但藉由使表面厚度為大於銅幾倍之既定大小以上之集膚深度之厚度，可確保某種程度大小 之導電率。因此，本發明一實施形態之天線裝置1，利用熱擴散片3之磁屏蔽效果，提升天線之通訊性能。

如圖3所示，金屬板5設於電子機器30之箱體32內，作為對向於作為外部機器之讀寫器40之第1導電體。金屬板5例如設於行動電話或智慧型手機、或平板電腦等電子機器之箱體內，構成在天線模組2之通訊時對向於讀寫器40之第1導電體。例如智慧型手機之箱體內面所黏貼之金屬蓋、或收納於智慧型手機內之電池包之金屬箱體、或者設於平板電腦之液晶模組背面之金屬板等相當於該第1導電體。

電池包等金屬板5由於電氣較常流動，因此若從外部施加交流磁場即會產生渦電流，將磁場彈開。若調查此種從外部施加交流磁場時之磁場分布，可知具有與讀寫器40對向之金屬板5之端部側之磁場較強之特性。因此，以往，為了在組裝於行動電話等電子機器30時謀求該電子機器30之小型化，同時在與讀寫器40之間確保良好之通訊特性，將天線模組2之天線線圈12設於設在行動電話30之箱體32內部之電池包等金屬板5之外緣側。

然而，隨著電子機器30小型化或多功能化，由於在箱體32內無法充分確保在金屬板5外緣側設置天線線圈12之空間，因此會有無法在金屬板5外緣側設置天線線圈12之情形。亦即，由於無法在金屬板5外緣側設置天線線圈12，因此會有無法充分提升利用金屬板5之磁屏蔽效果之天線之通訊特性之顧慮。

本發明人，為了達成前述本發明之目的而反覆深入研究後的結果，發現了藉由將天線線圈12設在熱擴散片3之外緣側，與設在金屬板5之外緣側之情形同樣地，可確保磁屏蔽效果帶來之良好天線通訊特性。亦即，發現了熱擴散片3亦與金屬板5同樣地，可利用磁屏蔽效果更確實地確保良好天線通訊特性。

因此，本實施形態中，取代金屬板5，利用因電子機器30之箱體內之熱擴散目的而設之熱擴散片3之磁屏蔽效果，確保天線之通訊性能。此外，即使沒有將天線線圈12設在金屬板5之外緣側之空間之情形，藉由將天線線圈12設在與作為電子機器30之發熱源之電子零件6對向部位之背面側蓋34正上方設置之熱擴散片3之外緣側，亦可確保良好之天線通訊性能。

如上述，本實施形態中，在熱擴散片3之外緣側設置天線線圈12，謀求熱擴散片3之磁屏蔽效果達成之天線通訊特性之提升，藉此，可謀求天線裝置1之設計自由度提升並同時提升電子機器30對外部機器40之通訊特性。又，即使將NFC天線構裝在電子機器30之與金屬板5分離之背面蓋34側，亦可提升利用熱擴散片3之磁屏蔽效果之小型NFC天線之通訊性能。

接著，使用圖式詳細說明本發明一實施形態之天線裝置之構成。圖4係顯示本發明一實施形態之天線裝置之概略構成之立體圖。

天線線圈12，係藉由在具有可撓性之可撓性基板等構成之天線基板11之一面對具有可撓性之導線12a進行圖案化處理形成。天線線圈12，如圖4所示，呈長邊方向細長之大致矩形，一條導線12a沿著外形旋繞，其中心側為開口部12b。亦即，天線線圈12係以隔著其開口部12b在寬度方向(圖4所示之Y方向)對向之導線12a彼此接近之方式捲繞設置。又，天線線圈12係以導線12a之旋繞主面在通訊時與讀寫器40在圖1所示之XY平面對向之方式配置。

天線線圈12，透過在其長邊方向縱截開口部12b之中心線L1被二分成導線12a往一方向旋繞之一側部12a1與往另一方向旋繞之另一側部12a2。此外，一側部12a1沿著熱擴散片3之外緣3a配置，且另一側部12a2重疊於導電性片4。

具體而言，天線線圈12，如圖4所示，僅另一側部12a2與導電性片4重疊，一側部12a1與導電性片4不重疊，沿著熱擴散片3之外緣3a配置在該導電性片4外側，且導電性片4與熱擴散片3重疊。亦即，天線線圈12，僅其部分之另一側部12a2與導電性片4重疊，該導電性片4之與另一側部12a2重疊之側部之相反側，重疊於熱擴散片3之與外部機器40對向面之相反側之面。

因此，在熱擴散片3聚集之來自外部機器之磁通經由導電性片4傳送至天線線圈12之開口部12b側之中心部，因此藉由熱擴散片3之磁屏蔽效果，可確保良好之天線之通訊性能。尤其是，本實施形態中，即 使在天線線圈12為將導線12a捲繞成細長大致長條狀之構成之情形，亦可利用熱擴散片3之磁屏蔽效果，降低天線線圈12之一側部12a1與另一側部12a2之感應電壓彼此抵銷造成之通訊性能之劣化，獲得良好之通訊特性。

此外，如圖5所示，亦可藉由在天線裝置201之天線線圈212之開口部212b插通由氧化鐵或氧化鉻、鈷、肥粒鐵等磁性體形成之磁性片220，提升天線之通訊性能。本發明另一實施形態之天線裝置201具備之磁性片220，係以在天線線圈212之與外部機器40對向面之相反側與至少該天線線圈212之一部分重疊之方式設置。

又，天線線圈212，與上述本發明一實施形態相同，係藉由在具有可撓性之可撓性基板等構成之天線基板211之一面使具有可撓性之導線212a捲繞成大致長條狀並對其進行圖案化處理形成。此外，天線線圈212之一側部212a1沿著熱擴散片203之外緣203a配置，且另一側部212a2重疊於導電性片204。

本實施形態中，如圖5及圖6A所示，磁性片220插通於天線線圈212之開口部212b，天線線圈212之一側部212a1在與外部機器40對向面之相反側之面重疊，且另一側部212a2在與外部機器40對向面重疊。如上述，藉由將磁性片220安裝在天線線圈212，在與外部機器40通訊時，能使來自該外部機器40之磁通聚集，在天線線圈212之中心部感應。

因此，能有效率提升利用熱擴散片3之磁屏蔽效果之天線之通訊特性。此外，只要磁性片220以在天線線圈212之與外部機器40對向面之相反側與至少該天線線圈212之一部分重疊之方式設置即可，因此如圖6B所示，亦可為僅重疊於一側部212a1側之構成。

(實施例)

接著，使用圖式說明本發明一實施形態之天線裝置之檢討評價之實施例。此外，本發明並不限於本實施例。

使用圖式說明關於透過本發明一實施形態之天線裝置之導電性片與天線線圈連接之磁屏蔽效果之發生源之金屬板等板狀構件之材質、與在天線線圈產生之感應電壓之關係之基礎檢討評價。圖7係用以說明用以確認本發明一實施形態之天線裝置之作用、效果之評價測試之俯視圖，圖8係顯示用以確認本發明一實施形態之天線裝置之作用、效果之評價測試之評價結果之圖表。

在評價測試，如圖7所示，作為NFC天線，係在30mm×8mm之天線線圈312下面黏貼作為導電性片304之30mm×8mm×0.05mm之鋁箔，並連接各種材質之板狀構件303而形成天線裝置301。接著，使電壓測定裝置60往圖7所示之Y軸方向移動至天線線圈312上方，比較該電壓測定裝置60測定之天線線圈312之感應電壓之大小。於本實施例，在未設置任何東西之情形下、以及作為板狀構件303使用厚度0.12mm之石墨片、厚度0.3mm之SUS、厚度0.5mm之Al、及厚度0.035mm之Cu之情形下，進行了天線線圈312之感應電壓大小之比較。

圖8係顯示上述評價測試之評價結果。如圖8所示，作為連接於天線線圈312之板狀構件303，使用石墨時，與使用良好導體金屬之鋁或銅之情形相較，可知在天線線圈312產生之感應電壓稍小。因此，由於石墨之導電率較鋁或銅差，因此其磁屏蔽效果亦較差，可知天線之通訊特性亦稍差。

然而，如圖8所示，作為連接於天線線圈312之板狀構件303，使用石墨時，與使用SUS之情形相較，可知在天線線圈312產生之感應電壓稍大。因此，由於石墨之磁屏蔽效果較導電性稍差於鋁或銅之SUS之磁屏蔽效果佳，因此可知天線之通訊特性優異。亦即，可知石墨可藉由確保片材厚度確保磁屏蔽效果帶來之良好天線通訊性能。亦即，可知即使是利用為了使電子機器內部之熱擴散而設在箱體內之石墨片之磁屏蔽效果，亦能確保良好天線通訊性能。

此外，雖如上述般詳細說明了本發明之各實施形態及各實施例，但就發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，能容易地理解係能在不實質脫離本發明之新穎事項及效果下進行多種變形。因此，此種變形例均包含於本發明之範圍。

例如，說明書或圖式中至少一次與更廣義或同義之不同用語共同記載之用語，在說明書或圖式之任一處均能置換成該不同用語。又，天線裝置及電子機器之構成、動作亦不限定於本發明之各實施形態及各實施例說明者，能進行各種變形實施。

1‧‧‧天線裝置

3‧‧‧熱擴散片

4‧‧‧導電性片

5‧‧‧金屬板(第1導電體)

6‧‧‧電子零件

12‧‧‧天線線圈

30‧‧‧電子機器

32‧‧‧箱體

34‧‧‧背面側蓋

Claims (8)

1. 一種天線裝置，係組裝於電子機器且透過電磁場訊號與外部機器進行通訊，其特徵在於，具備：天線線圈，係以隔著其開口部在寬度方向對向之導線彼此接近之方式捲繞設置，與該外部機器感應耦合；熱擴散片，設在該電子機器之箱體內部，與該外部機器對向；以及導電性片，與該天線線圈之一部分及該熱擴散片重疊；其中，該熱擴散片由石墨形成。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該天線線圈，係透過在其長邊方向縱截該開口部之中心線被二分成該導線往一方向旋繞之一側部與往另一方向旋繞之另一側部，該一側部沿著該熱擴散片之外緣配置，且該另一側部重疊於該導電性片。
3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其進一步具備由磁性體形成、以在該天線線圈之與該外部機器對向面之相反側與該天線線圈之一部分重疊之方式設置之磁性片。
4. 如申請專利範圍第2項之天線裝置，其進一步具備由磁性體形成、以在該天線線圈之與該外部機器對向面之相反側與該天線線圈之一部分重疊之方式設置之磁性片。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之天線裝置，其中，該天線線圈為將該導線捲繞成大致長條狀設置之構成。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之天線裝置，其中，該熱擴散片具有藉由至少下式算出之集膚深度以上之厚度；

   

   d：集膚深度(m)；ω：角頻率(rad/s)；μ：透磁率(H/m)；σ：導電率(S/m)。
7. 如申請專利範圍第5項之天線裝置，其中，該熱擴散片具有藉由至少下式算出之集膚深度以上之厚度；

   

   d：集膚深度(m)；ω：角頻率(rad/s)；μ：透磁率(H/m)；σ：導電率(S/m)。
8. 一種電子機器，係組裝於申請專利範圍第1至7項中任一項之天線裝置，可透過電磁場訊號與外部機器進行通訊。

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