WO2012073704A1

WO2012073704A1 - アンテナ装置、及び、通信装置

Info

Publication number: WO2012073704A1
Application number: PCT/JP2011/076455
Authority: WO
Inventors: 悟杉田; 敏昭横田; 芳美高橋; 折原　勝久
Original assignee: ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-06-07
Also published as: TWI523335B; CN102971908B; JP5162648B2; US9082545B2; KR20130141346A; TW201228121A; US20130169398A1; JP2012119974A; CN102971908A; HK1179419A1

Abstract

　本発明は、装置全体のスペースを大きくさせることなく、温度が変化しても共振周波数を略一定に維持することによって安定して通信を行うことが可能なアンテナ装置を提供する。リーダライタ（２）から所定の発振周波数で発信される磁界を受けるアンテナコイル（１１ａ）と、アンテナコイル（１１ａ）と電気的に接続されたコンデンサ（１１ｂ）とを有し、リーダライタ（２）と誘導結合されて通信可能となるアンテナ回路（１１）と、アンテナコイル（１１ａ）と重畳する位置に形成され、アンテナコイル（１１ａ）のインダクタンスを変化させる磁性シート（１２）とを備え、アンテナコイル（１１ａ）は、温度変化によりインダクタンスが変化する温度特性を有し、磁性シート（１２）は、所定の使用温度領域の温度変化に伴うアンテナコイル（１１ａ）のインダクタンスの変化と逆特性となるようにアンテナコイル（１１ａ）のインダクタンスを変化させて、使用温度領域でアンテナ回路（１１）の共振周波数を発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなる。

Description

アンテナ装置、及び、通信装置

　本発明は、対向する一対の電極間での電磁界結合により情報通信を行うアンテナ装置、及び、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置に関する。

　本出願は、日本国において２０１０年１２月１日に出願された日本特許出願番号特願２０１０－２６８３９５を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願は参照されることにより、本出願に援用される。

　近年、電磁誘導により信号を授受する非接触通信技術が確立し、交通系乗車券や電子マネーとして利用が拡大している。また、このような非接触通信機能は、携帯電話機にも搭載される傾向にあり、今後益々発展するものと期待されている。電磁誘導による近接通信のみでなく物流においては数ｍの距離を隔てて読み書きが可能なＩＣタグも商品化されている。また、このような非接触通信技術は、非接触で通信を可能にするだけでなく、さらに電力伝送も同時にできるため、自らは電池などの電源を持たないＩＣカードにも実装が可能である。

　このような非接触通信技術を適用したＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールとして、次のような数種類のものが従来から用いられている。第１に、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit)やリジット基板を用いてコイルパターンを平面上に作製したアンテナモジュールがある。第２に、丸線を巻き線にしてコイルを作製したアンテナモジュールがある。第３に、ＦＰＣやＦＦＣ(Flexible Flat Cable)などをハーネスにして、そのハーネスをリング状にしてコイルを形成したアンテナモジュールがある。

　上述したアンテナモジュールは、部品の配置、形状を考慮した設計により、適宜選択されて、電子機器に組み込まれて使用されている。

　電子機器内にアンテナモジュールを配置する場合、電子機器の金属製筐体や内部部品に使用されている金属の影響により、リーダライタから発振された磁束を効率よくアンテナコイルに引き込むことができなかった。このような金属の影響を受けないようにするため、アンテナモジュールには、透磁率が比較的高く、損失係数が小さいフェライト製の磁性シートをアンテナの周辺に取り付けている。

　例えば図１２では、左から順に、アンテナコイル単体のインダクタンスと、金属体を近接させたアンテナコイルのインダクタンスと、アンテナコイルと金属体との間に磁性シートを配置したときのアンテナコイルのインダクタンスとをそれぞれ示している。

　このようにして、磁気特性が良好なフェライト製の磁性シートは、アンテナモジュールに重畳するように配置することによって、磁界がアンテナモジュールの周囲に配置されている金属内に入り渦電流となって熱に変わることを防ぐ。また、フェライト製の磁性シートは、良好な通信性能が得られるように、形状や組合せ等の最適化が行われている。また、携帯電話機などの携帯型電子機器の薄型化を図るため、アンテナモジュールは、フェライト製の磁性シートと貼り合わされた状態で、できるだけ薄くなるようにすることが望まれる。

　また、このような非接触通信が適用された通信システムでは、リーダライタと非接触データキャリアとの間で非接触の通信と電力伝送を行うためループアンテナに共振用コンデンサを接続し、ｆ＝１／（２π（ＬＣ）^１／２）で表される共振周波数をシステムの規定周波数に合わせることでリーダライタと非接触データキャリアの安定な通信を行い通信距離を最大にしている。ループアンテナと共振用コンデンサの特性によって決定するＬ、Ｃはいくつかの変動要因を持っており必ずしも想定した値にはならない。例えば、１３．５６［ＭＨｚ］を規定周波数とし、交通系乗車券や電子マネーの用途とした通信システムでは、信頼性の観点から、上記の変動要因の影響を受けても、アンテナモジュールの共振回路の共振周波数が、１３．５６［ＭＨｚ］±２００［ＫＨｚ］程度となるように、押さえ込むことを要求している。

　ここで、非接触データキャリアでは低コストのためにループアンテナは銅箔パターンで作られておりパターン幅のずれなどによりＬの値は変化する。一般的なチップコンデンサーの特性によって決定されるＣと、アンテナコイルの特性によって決定されるＬのそれぞれの温度変化率を見ると、Ｃに対してＬのバラツキがレベル的に１００倍程度ある場合がある。例えば、Ｌの値が２．５［μＨ］で１％が変位した場合、共振周波数は７０ＫＨｚずれるため、Ｌ値の温度に対してできるだけ変動しないことが望まれる。

　特許文献１には、上述したような、温度変化に起因して共振周波数が変動するのを防止するため、温度検出部と、その温度検出で検出された温度に応じて同調部で同調させる共振周波数をシフトさせる周波数シフトを備えた通信装置が記載されている。

特開２００７－１０４０９２号公報

　また、アンテナコイルのインダクタンスの温度特性は、アンテナコイルが作製された基板と近接した位置に配置される磁性シートの組成によっても変化する。ここで、組成が異なる２つのフェライトの磁性材料ＫＭ１１、ＫＭ２１からなる各磁性シートを、アンテナコイルが作製されたプリント基板に張り合わせた各アンテナモジュールのインダクタンスの温度特性を図１３に示す。この図１３では、横軸を温度とし、縦軸を設計中心の一例として設定した２０℃のときのインダクタンスＬ２０に対する温度変化に伴うインダクタンスＬｘの差分の比率（Ｌｘ－Ｌ２０）×１００／Ｌ２０の値を示している。

　図１３を見ると、各磁性シートでは、－２０℃乃至６０℃の温度領域において、設計中心の２０℃のときのインダクタンスＬ２０に対して、それぞれ最大で１．０％、２．０％程度ずれてしまい、結果として共振周波数が大きくずれてしまうという問題がある。

　このような温度特性に対して、上述した特許文献１に記載された通信装置は、周波数補正処理を回路的な対策で行うため、例えば携帯電話機などの小スペースが要求される電子機器に内蔵することが困難であった。

　本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、装置全体のスペースを大きくさせることなく、温度が変化しても共振周波数を略一定に維持することによって安定して通信を行うことが可能なアンテナ装置、及び、このアンテナ装置が組み込まれた通信装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るアンテナ装置は、発信器から所定の発振周波数で発信される磁界を受けるアンテナコイルと、アンテナコイルと電気的に接続されたコンデンサとを有し、発信器と誘導結合されて通信可能となる共振回路と、アンテナコイルと重畳する位置に形成され、アンテナコイルのインダクタンスを変化させる磁性シートとを備え、アンテナコイルは、温度変化によりインダクタンスが変化する温度特性を有し、磁性シートは、所定の使用温度領域の温度変化に伴うアンテナコイルのインダクタンスの変化と逆特性となるようにアンテナコイルのインダクタンスを変化させて、使用温度領域で共振回路の共振周波数を発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなることを特徴とする。

　また、本発明に係る通信装置は、発信器から所定の発振周波数で発信される磁界を受けるアンテナコイルと、アンテナコイルと電気的に接続されたコンデンサとを有し、発信器と誘導結合されて通信可能となる共振回路と、アンテナコイルと重畳する位置に形成され、アンテナコイルのインダクタンスを変化させる磁性シートと、共振回路に流れる電流により駆動し、発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、アンテナコイルは、温度変化によりインダクタンスが変化する温度特性を有し、磁性シートは、所定の使用温度領域の温度変化に伴うアンテナコイルのインダクタンスの変化と逆特性となるようにアンテナコイルのインダクタンスを変化させて、使用温度領域で共振回路の共振周波数を発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなることを特徴とする。

　本発明は、使用温度領域の温度変化に伴うアンテナコイルのインダクタンスの変化と逆特性となるようにアンテナコイルのインダクタンスを変化させて、使用温度領域で共振回路の共振周波数を発振周波数と略一致させる温度特性を有する磁性シートを、アンテナコイルに重畳するように形成する。このようにして、本発明は、温度変化に応じたアンテナコイルのインダクタンスの変化による共振周波数の変化を、磁性シートの温度特性に応じたアンテナコイルのインダクタンスの変化により相殺させる。よって、本発明は、周波数補正処理を回路的な対策で行うことがないため、装置全体のスペースを大きくさせることなく、予め設定された使用温度領域において温度が変化しても共振周波数を略一定に維持し、安定して通信を行うことができる。

図１は、無線通信システムの全体構成を示す図である。図２は、無線通信システムに係る回路構成を示す図である。図３は、フェライト製の磁性シートの温度特性について説明するための図である。図４Ａ及び図４Ｂは、実施例に係るアンテナモジュール１の外形形状について説明するための図である。図５は、横軸を温度とし、縦軸を設計中心である２０℃のときのインダクタンスＬ２０に対する温度変化に伴うインダクタンスＬｘの差分の比率（Ｌｘ－Ｌ２０）×１００／Ｌ２０の値を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂは、トロイダルリング状に加工したリングを用いた磁性シートの磁気特性の測定について説明するための図である。図７は、Ｎｉ－Ｚｎ－Ｃｕ系の磁性材料に、Ｓｂ酸化物とＣｏ酸化物とを含有したフェライトの磁気特性について説明するための図である。図８は、本実施形態に係るアンテナコイルのインダクタンスの温度特性について説明するための図である。図９は、実施例に係るアンテナモジュールの断面形状について説明するための図である。図１０は、ＡＤＨシートの厚みを変化させたときのインダクタンスの変化を示す図である。図１１Ａ乃至図１１Ｃは、フレキシブルプリント基板とＡＤＨシートとの厚みの合計値の変化に応じてアンテナコイルのインダクタンスの温度特性について説明するための図である。図１２は、アンテナコイルに近接して配置される磁性シートの機能について説明するための図である。図１３は、横軸を温度とし、縦軸を設計中心の一例として設定した２０℃のときのインダクタンスＬ２０に対する温度変化に伴うインダクタンスＬｘの差分の比率（Ｌｘ－Ｌ２０）×１００／Ｌ２０の値を示す図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。

　＜全体構成＞

　本発明が適用されたアンテナモジュールは、電磁波を発信する発信器との間で発生する電磁誘導により通信可能状態となるアンテナ装置であって、例えば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio　Frequency　Identification）用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

　無線通信システム１００は、本発明が適用されたアンテナモジュール１と、アンテナモジュール１に対するアクセスを行うリーダライタ２とからなる。

　リーダライタ２は、アンテナモジュール１に対して磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナモジュール１に向けて磁界を発信するアンテナ２ａと、アンテナ２ａを介して誘導結合されたアンテナモジュール１と通信を行う制御基板２ｂとを備える。

　すなわち、リーダライタ２は、アンテナ２ａと電気的に接続された制御基板２ｂが配設されている。この制御基板２ｂには、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナモジュール１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。例えば、制御回路は、アンテナモジュール１にデータを書き込む場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ２ａを駆動する。また、制御回路は、アンテナモジュール１からデータを読み出す場合、アンテナ２ａで受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。

　電子機器の筐体３内部に組み込まれるアンテナモジュール１は、誘導結合されたリーダライタ２との間で通信可能となるアンテナコイル１１ａが実装されたアンテナ回路１１と、磁界をアンテナコイル１１ａに引き込むためアンテナコイル１１ａと重畳する位置に形成された磁性シート１２と、アンテナ回路１１に流れる電流により駆動してリーダライタ２との間で通信を行う通信処理部１３とを備える。

　アンテナ回路１１は、本発明に係る共振回路に相当する回路であって、アンテナコイル１１ａと、アンテナコイル１１ａと電気的に接続されたコンデンサ１１ｂとを備える。

　アンテナ回路１１は、リーダライタ２から発信される磁界をアンテナコイル１１ａで受けると、リーダライタ２と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、受信信号を通信処理部１３に供給する。

　磁性シート１２は、リーダライタ２から発信される磁界をアンテナコイル１１ａに引き込むため、アンテナコイル１１ａと重畳する位置に形成され、当該磁性シート１２がない場合に比べて、アンテナコイル１１ａのインダクタンスが増加するように変化させる。具体的に、磁性シート１２は、携帯型電子機器の筐体３内部に設けられた金属部品がリーダライタ２から発信される磁界を跳ね返したり、渦電流が発生するのを抑制するために、磁界が放射されてくる方向の反対側に貼り付けた構造をとる。

　通信処理部１３は、電気的に接続されたアンテナ回路１１に流れる電流により駆動し、リーダライタ２との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、後述するメモリ１３３に書き込む。また、通信処理部１３は、リーダライタ２に送信するデータをメモリ１３３から読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナ回路１１を介して変調された電波をリーダライタ２に送信する。

　以上のような構成からなる無線通信システム１００において、アンテナモジュール１のアンテナ回路１１の具体的な回路構成について、図２を参照して説明する。

　上述したように、アンテナ回路１１は、アンテナコイル１１ａと、コンデンサ１１ｂとを備える。

　アンテナコイル１１ａは、例えば矩形状に形成されており、リーダライタ２のアンテナ２ａより放射された磁束のうち、アンテナコイル１１ａと鎖交する磁束の変化に応じて逆起電力を発生させる。コンデンサ１１ｂは、アンテナコイル１１ａと接続されて共振回路を構成している。

　このように、アンテナ回路１１は、アンテナコイル１１ａとコンデンサ１１ｂとが電気的に接続され、共振回路を構成しており、アンテナコイル１１ａのインダクタンスＬ、および、コンデンサ１１ｂのキャパシタンスＣによって、ｆ＝１／（２π（ＬＣ）^１／２）で表される共振周波数が設定される。

　通信処理部１３は、変復調回路１３１と、ＣＰＵ１３２と、メモリ１３３とを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。

　変復調回路１３１は、アンテナ回路１１からリーダライタ２へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成する変調処理を行う。また、変復調回路１３１は、リーダライタ２から出力された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。

　ＣＰＵ１３２は、メモリ１３３から読み出したデータをリーダライタ２に送出するように変復調回路１３１を制御し、また、変復調回路１３１で復調されたデータをメモリ１３３に書き込む処理を行う。

　上記の構成を有するアンテナモジュール１と通信を行うリーダライタ２では、アンテナ２ａが、アンテナコイル２１とコンデンサ２２とを備え、制御基板２ｂが、変復調回路２３とＣＰＵ２４とメモリ２５とを備える。

　アンテナコイル２１は、例えば矩形状に形成されており、アンテナモジュール１側のアンテナコイル１１ａと磁気的に結合することで、コマンドや書込みデータなどの各種データを送受信し、さらにアンテナモジュール１で使用する電力を供給する。

　コンデンサ２２は、アンテナコイル２１と接続されて共振回路を構成している。変復調回路２３は、リーダライタ２からアンテナモジュール１へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成するための変調処理を行う。また、変復調回路２３は、アンテナモジュール１から送出された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。

　ＣＰＵ２４は、メモリ２５から読み出したデータをアンテナモジュール１に送出するように変復調回路２３を制御し、また、変復調回路２３で復調されたデータをメモリ２５に書き込む処理を行う。

　アンテナモジュール１のアンテナ回路１１は、安定した通信を実現する観点から、アンテナ回路１１の共振周波数が、リーダライタ２の発振周波数と一致するように、アンテナコイル１１ａのインダクタンスＬ、および、コンデンサ１１ｂのキャパシタンスＣが調整されている。

　＜温度補償＞

　以上のような構成からなるアンテナモジュール１は、使用温度領域の温度変化に伴って、アンテナ回路１１の共振周波数がズレるのを防止する観点から、温度変化に応じた導電性材料の伸縮によってコイルの大きさが変化することで、アンテナコイル１１ａのインダクタンスＬが変化する特性に注目し、磁性シート１２が次のような特性を有している。

　すなわち、磁性シート１２は、使用温度領域の温度変化に伴うアンテナコイル１１ａのインダクタンスの変化と逆特性となるようにアンテナコイル１１ａのインダクタンスを変化させて、使用温度領域でアンテナ回路１１の共振周波数をリーダライタ２の発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなる。

　具体例として、本実施形態において、アンテナコイル１１ａは、その巻線数が３乃至１０で、アンテナ回路１１の共振周波数である１３．５６ＭＨｚでのインダクタンスの変化が単調増加する特性を有するものとする。このようなアンテナコイル１１ａの温度特性に対し、磁性シート１２は、２０℃±５℃以上でアンテナコイル１１ａのインダクタンスが温度変化に伴って単調減少させる特性を有するものとする。そして、磁性シート１２は、このようなアンテナコイル１１ａと、接合距離が１０μｍから２５５μｍとなるように近接させて配置することで、温度変化に応じたアンテナコイル１１ａのインダクタンスの単調増加を、磁性シート１２の温度特性に応じたアンテナコイル１１ａのインダクタンスの変化により相殺させる。

　磁性シート１２は、上記のような温度補償を実現する磁性材料であればよいが、磁性材料として比較的μ’が高いフェライトを用いた場合、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを、図３に示すように、温度変化に伴って２つのピークが現れるように変化させる温度特性を有する。

　例えば、使用温度領域を－２０℃乃至６０℃とした場合、磁性シート１２は、第２番目に現れるピーク値（以下、二次ピークという。）の温度を－２０℃乃至２０℃として、この二次ピークより温度の高い領域で、温度変化に応じたアンテナコイル１１ａのインダクタンスが単調増加する特性を打ち消すようにするため、次のような組成からなるものを用いることが好ましい。

　すなわち、磁性シート１２は、Ｎｉ－Ｚｎ－Ｃｕ系の磁性材料に、Ｓｂ酸化物とＣｏ酸化物とを含有したフェライトであって、更に次のような条件を満たす。ここで、磁性シート１２は、Ｓｂ_２Ｏ_３に換算して０．７重量％乃至１．２５重量％のＳｂ酸化物と、ＣｏＯに換算して０乃至０．２重量％のＣｏ酸化物とを含有する。

　このようにして、アンテナモジュール１は、温度変化に応じたアンテナコイル１１ａのインダクタンスの変化による共振周波数の変化を、磁性シート１２の温度特性に応じたアンテナコイル１１ａのインダクタンスの変化により相殺させる。よって、アンテナモジュール１は、周波数補正処理を回路的な対策で行うことがないため、装置全体のスペースを大きくさせることなく、予め設定された使用温度領域において温度が変化しても共振周波数を略一定に維持し、安定して通信を行うことができる。

　携帯電話機などに組み込まれるアンテナモジュールの具体例として次のようなものを用いた。すなわち、アンテナコイル１１ａは、図４Ａに示すような、外形状が３６［ｍｍ］×２９［ｍｍ］であって、厚みが０．０９［ｍｍ］のフレキシブルプリント基板１１ｃにパターンニング処理により作製したものを用いた。また、磁性シート１２は、図４Ｂに示すような、外形状が３６［ｍｍ］×２９［ｍｍ］であって、１３．５６ＭＨｚの周波数でμ’＝１１９、μ”＝１．３３のフェライトを用いた。また、アンテナコイル１１ａが作製されたフレキシブルプリント基板１１ｃと磁性シート１２とは、粘着剤として、厚さが０．３ｍｍのアクリル系ＡＤＨシートを介して接合しているものとする。

　まず、磁性シート１２が接合していないフレキシブルプリント基板１１ｃ単体であって、巻回数をそれぞれ３、５、１０とし、Ｃｕを導線としたときの、各アンテナコイル１１ａのインダクタンスの温度特性を測定した結果を図５に示す。この図５では、縦軸を温度とし、横軸を設計中心である２０℃のときのインダクタンスＬ２０に対する温度変化に伴うインダクタンスＬｘの差分の比率（Ｌｘ－Ｌ２０）×１００／Ｌ２０の値を示している。なお、図５の凡例の「３ｔ」、「５ｔ」、「１０ｔ」は、それぞれアンテナコイル１１ａの巻線数が３、５、１０であることを示している。

　図５に示すように、３種類すべてのアンテナコイル１１ａのインダクタンスは、温度変化に応じて単調増加する。特に３種類すべてのアンテナコイル１１ａのうち、巻数が多いアンテナモジュールのインダクタンスは、温度に対する変化が比較的大きい。これは、アンテナコイル１１ａの導線であるＣｕの線膨張係数αが１６．５と比較的大きく、温度に対してパターン長が変化することによって、アンテナコイル１１ａの面積Ｓが変化することで、Ｌ＝ＡＮ^２Ｓで表されるインダクタンスＬが変化するからである。ここでＡは比例係数で、Ｎは巻線数を示している。

　次に、磁性シート１２は、単体でインダクタンスが測定できないので、例えば、磁性シート１２の磁性材料を図６Ａに示すような、内径３ｍｍ±０．０３ｍｍ、外径７ｍｍ±０．０３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ±０．０１のトロイダルリング状に加工したリング４を作製し、図６Ｂに示すように、このリング４に導線５を巻回して、導線に１３．５６ＭＨｚの信号を流したときのインダクタンスを測定するものとする。このようにして測定されるインダクタンスは、磁性材料の特性値として評価することができる。

　このようなトロイダルリングを用いた測定を利用して、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを温度補償するため、Ｎｉ－Ｚｎ－Ｃｕ系の磁性材料に、Ｓｂ酸化物とＣｏ酸化物とを含有したフェライトの具体例として図７に示すような温度特性の磁性材料を用いることとする。本実施例に係る磁性シートでは、Ｓｂ_２Ｏ_３に換算して１．２重量％のＳｂ酸化物と、ＣｏＯに換算して０．２％のＣｏ酸化物とを含有したフェライトを用いた。これは、上述したＳｂ_２Ｏ_３に換算して０．７重量％乃至１．２５重量％のＳｂ酸化物と、ＣｏＯに換算して０乃至０．２重量％のＣｏ酸化物とを含有するという条件を満たす一例である。すなわち、図７に示すような、－１０℃付近に二次ピークがあり、それ以上の温度変化でインダクタンスが単調減少する温度特性を有する磁性材料ＫＭ３０を用いることとする。ここで、図７では、上述したフレキシブルプリント基板１１ｃ単体で巻線数を１０としたアンテナコイル１１ａのインダクタンスの温度特性を示しており、この温度特性に対して縦軸の縮尺比を１／１０にして表した磁性材料ＫＭ３０をトロイダルリングにより測定したインダクタンスの温度特性を示している。

　当該実施例に係るアンテナモジュール１は、このような磁性材料ＫＭ３０からなる磁性シート１２を、厚さが０．３ｍｍのＡＤＨシートを介して、上述した巻線数を１０としたアンテナコイル１１ａが作製されたフレキシブルプリント基板１１ｃと接合することで、図８に示すように、少なくとも－１０℃乃至４０℃の温度領域において、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを一定に保つことができる。

　図８では、実測値（ＫＭ３０）と、実測値（ＫＭ３０）と略一致する計算値として次のような２つの計算値とを示している。すなわち、これらの計算値とは、図７で示したトロイダルリングを用いた特性値である計算値を、ＦＰＣ（単体）の実測値に対する寄与率として１３％、１１．５％重み付け加算した計算値である。この図８から明らかなように、磁性シート１２は、約１１．５％～１３％程度アンテナコイル１１ａのインダクタンスの温度特性に影響を与えている。この結果から明らかなように、トロイダルリングを用いた特性値を用いることで、アンテナコイル１１ａのインダクタンスに対する温度補償の度合いを評価して、インダクタンスの温度特性が略一致するような設計を容易に実現することができる。

　なお、二次ピークは－２０℃程度であり、この二次ピーク以上の温度で６０℃付近までインダクタンスが単調減少する温度特性を有するフェライトの磁性シート１２は、上述したＮｉ－Ｚｎ－Ｃｕ系の磁性材料に、Ｓｂ酸化物とＣｏ酸化物とを所定の条件で含有することで実現するので、－２０℃乃至６０℃の温度領域において、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを一定に保つことができる。

　ここで、図９に示すように、ＡＤＨシート１１ｄの厚みを変えることで、磁性シート１２とアンテナコイル１１ａとの接合距離を変化させたときのインダクタンスの変化について説明する。この図９は、アンテナモジュール１の断面形状を示す図であって、フレキシブルプリント基板１１ｃとＡＤＨシート１１ｄとの厚みの合計値をａとし、ＡＤＨシート１１ｄの厚みをｂとしている。

　図１０は、ＡＤＨシート１１ｄの厚みｂを変化させたときのインダクタンスの変化を示す図であり、この図１０から明らかなように、磁性シート１２とアンテナコイル１１ａとの接合距離が長くなると、インダクタンスが単調減少し、反対にこの接合距離が短いとアンテナコイル１１ａが発生する磁束が磁性シート１２の影響を強く受けることでインダクタンスが高くなる。具体的には、厚みｂを変数ｘとすると、インダクタンスの近似関数ｙは、ｙ＝－０．００１５ｘ＋３．１６２２で表される。このとき、相関係数Ｒの二乗Ｒ^２は０．９９３８である。

　また、少なくとも－１０℃乃至４０℃の温度領域において、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを一定に保つように、磁性シート１２とフレキシブルプリント基板と接合した状態で、フレキシブルプリント基板１１ｃとＡＤＨシート１１ｄとの厚みの合計値ａを２５５μｍ、１５５μｍ、５５μｍとした各アンテナコイル１１ａのインダクタンスの温度特性を図１１Ａに示す。

　この図１１Ａから明らかなように、磁性シート１２とアンテナコイル１１ａとの離間距離が短いほど、インダクタンスの温度変化特性が大きくなる傾向にある。

　このように、アンテナモジュール１は、磁性シート１２とアンテナコイル１１ａとの離間距離を調整することで、使用温度領域の上下限値で許容されるインダクタンスの温度特性による変化を調整することができる。

　また、上述した厚みの合計値ａを２５５μｍとした条件下において、本実施例に係る磁性材料ＫＭ３０からなる磁性シート１２を用いたインダクタンスの温度変化特性と、比較例として図１３に示すような磁性材料ＫＭ１１からなる磁性シートを用いたインダクタンスの温度変化特性とを、図１１Ｂに示す。

　さらに、上述した厚みの合計値ａを５５μｍとした条件下において、本実施例に係る磁性材料ＫＭ３０からなる磁性シート１２を用いたインダクタンスの温度変化特性と、比較例として図１３に示すような磁性材料ＫＭ１１からなる磁性シートを用いたインダクタンスの温度変化特性とを、図１１Ｃに示す。

　これら図１１Ｂ及び図１１Ｃから明らかなように、例えば、磁性材料ＫＭ１１からなる磁性シートを用いた従来例に対して、本実施例に係るアンテナモジュール１は、磁性シート１２とアンテナコイル１１ａとの離間距離が短くなることに起因して大きくなる傾向にあるインダクタンスの温度変化特性を抑制することができる。

Claims

　発信器から所定の発振周波数で発信される磁界を受けるアンテナコイルと、該アンテナコイルと電気的に接続されたコンデンサとを有し、該発信器と誘導結合されて通信可能となる共振回路と、
　上記アンテナコイルと重畳する位置に形成され、該アンテナコイルのインダクタンスを変化させる磁性シートとを備え、
　上記アンテナコイルは、温度変化によりインダクタンスが変化する温度特性を有し、
　上記磁性シートは、所定の使用温度領域の温度変化に伴う上記アンテナコイルのインダクタンスの変化と逆特性となるように該アンテナコイルのインダクタンスを変化させて、該使用温度領域で上記共振回路の共振周波数を上記発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなることを特徴とするアンテナ装置。
　上記アンテナコイルは、上記使用温度領域における温度変化に伴ってインダクタンスが単調増加する温度特性を有し、
　上記磁性シートは、上記使用温度領域における温度変化に伴って、上記アンテナコイルのインダクタンスを単調減少する温度特性を有すること特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
　上記磁性シートは、Ｎｉ－Ｚｎ－Ｃｕ系の磁性材料に、Ｓｂ酸化物とＣｏ酸化物とを含有したフェライトであることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
　上記磁性シートは、上記磁性材料に、Ｓｂ_２Ｏ_３に換算して０．７重量％乃至１．２５重量％の上記Ｓｂ酸化物と、ＣｏＯに換算して０乃至０．２重量％の上記Ｃｏ酸化物とを含有したフェライトであることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
　発信器から所定の発振周波数で発信される磁界を受けるアンテナコイルと、該アンテナコイルと電気的に接続されたコンデンサとを有し、該発信器と誘導結合されて通信可能となる共振回路と、
　上記アンテナコイルと重畳する位置に形成され、該アンテナコイルのインダクタンスを変化させる磁性シートと、
　上記共振回路に流れる電流により駆動し、上記発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、
　上記アンテナコイルは、温度変化によりインダクタンスが変化する温度特性を有し、
　上記磁性シートは、所定の使用温度領域の温度変化に伴う上記アンテナコイルのインダクタンスの変化と逆特性となるように該アンテナコイルのインダクタンスを変化させて、該使用温度領域で上記共振回路の共振周波数を上記発振周波数と略一致させる温度特性の磁性材料からなることを特徴とする通信装置。