WO2012173080A1 - アンテナ装置および通信端末装置 - Google Patents

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antenna device
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中野信一
加藤登
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H01Q7/08Ferrite rod or like elongated core

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device and a communication terminal device.
  • the present invention relates to an antenna device used for HF band RFID tags and reader / writers, and a communication terminal device including the antenna device.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • a reader / writer and an RFID tag are wirelessly communicated in a non-contact manner, and high frequency signals are transmitted and received between these devices.
  • Each of the reader / writer and the RFID tag includes an RFID IC chip for processing a high-frequency signal and an antenna for transmitting and receiving the high-frequency signal.
  • the antenna for example, in the case of an HF band RFID system using the 13.56 MHz band, a coil antenna is used, and the coil antenna on the reader / writer side and the coil antenna on the tag side are coupled via an induction magnetic field.
  • an HF band RFID system has been introduced in communication terminal devices such as mobile phones, and the communication terminal itself is sometimes used as a reader / writer or an RFID tag.
  • the RFID IC chip is mounted on the printed wiring board, and the antenna is attached to the terminal housing or provided in an empty space in the terminal housing. Therefore, the RFID IC chip and the antenna are flexible cables and contact pins. Are connected in a direct current manner.
  • a feeding coil connected to an RFID IC chip is mounted on a control board, and this feeding coil is magnetically coupled to a coil antenna provided on the antenna board.
  • a configuration such as is known. With this configuration, since a high-frequency signal can be transmitted from the feeding coil to the coil antenna via a magnetic field, the RFID IC chip and the coil antenna can be connected without using a flexible cable or a contact pin. .
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device with high signal transmission efficiency between a feeding coil and a coil antenna and a large communication distance, and the antenna device. It is to provide a communication terminal device.
  • the antenna device is an antenna device having a power supply coil connected to a power supply circuit and a coil antenna disposed in proximity to the power supply coil, wherein a magnetic material is provided between the power supply coil and the coil antenna.
  • a magnetic layer having a product of relative permeability and thickness (unit: millimeter) of less than 20 is provided, and the feeding coil and the coil antenna are magnetically coupled via the magnetic layer. It is characterized by.
  • the communication apparatus of the present invention includes a housing, a power feeding circuit provided in the housing, a power feeding coil connected to the power feeding circuit, and a coil antenna disposed in proximity to the power feeding coil.
  • a device is provided with a magnetic layer between the feeding coil and the coil antenna, and the feeding coil and the coil antenna are electromagnetically coupled via the magnetic layer. .
  • the power feeding coil and the coil antenna are magnetically coupled via the magnetic material layer having a properly determined magnetic permeability and thickness, the degree of coupling between the power feeding coil and the coil antenna is set appropriately.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a communication terminal device (a mobile communication terminal such as a mobile phone terminal) including the antenna device 101.
  • 2A is a front view of the antenna device 101
  • FIG. 2B is a partial plan view of the antenna device 101.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the feeding coil 10.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the coil antenna 20 and the ferrite sheet 30.
  • FIG. 5A is an equivalent circuit diagram in a state where the feeding circuit 9 is connected to the antenna device 101.
  • FIG. 5B is a diagram showing an induced magnetic field formed between the antenna on the communication partner side and the coil antenna 20.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing the induction magnetic field of the antenna device to be compared with the antenna device of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in the resonance frequency of the coil antenna and the feeding coil when the thickness of the ferrite sheet 30 is changed.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of the antenna device 102 according to the second embodiment, and FIG. 8B is a front view of the antenna device 102.
  • FIG. 9A is a schematic perspective view of the antenna device 103 according to the third embodiment, and FIG. 9B is a partial plan view of the antenna device 103.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the communication terminal device 203 including the antenna device 103.
  • FIG. 10B is a plan view of the antenna device 103 in the communication terminal device 203.
  • FIG. 11A is a schematic perspective view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is a front view of the antenna device 104.
  • 12A is a schematic perspective view of the antenna device 105A of the fifth embodiment
  • FIG. 12B is a schematic perspective view of the antenna device 105B of the fifth embodiment
  • FIG. 12C is a partial plan view of the antenna devices 105A and 105B.
  • FIG. FIG. 13 is a partial plan view of a communication terminal device 206 including the antenna device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14A is a schematic perspective view of the antenna device 107 according to the seventh embodiment, and FIG.
  • FIG. 14B is a front view of the antenna device 107.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an angular relationship between the communication terminal device 207 including the antenna device 107 and the communication partner side coil antenna.
  • FIG. 16A is a plan view of the antenna device 108 according to the eighth embodiment, FIG. 16B is a partial plan view thereof, and FIG. 16C is a cross-sectional view of the CC portion of FIG. 16B.
  • FIG. 17A is a diagram showing the induction magnetic field of the antenna device when the permeability of the ferrite sheet 30 (magnetic layer) is high or the thickness of the ferrite sheet 30 is thick, and FIG.
  • FIG. 19A is a perspective view of the coil antenna 20 of the antenna device according to the tenth embodiment, and FIG. 19B is an exploded perspective view thereof.
  • 20A is a plan view of the coil antenna 20, and FIG. 20B is an equivalent circuit diagram of the coil antenna 20.
  • 21A and 21B are plan views of the coil antenna according to the eleventh embodiment.
  • 22A is a plan view and a front view of the antenna device according to Example 12, and
  • FIG. 22B is a relationship between the dimension Y from the end of the ferrite sheet 30 to one end of the feeding coil 10 and the maximum communicable distance.
  • FIG. FIG. 23 is a front view of the antenna device according to the twelfth embodiment.
  • the antenna device of the present invention is an antenna device used in an HF band RFID system or the like, and includes a power supply coil connected to a power supply circuit and a coil antenna disposed close to the power supply coil.
  • a communication terminal device according to the present invention is a communication terminal device including the antenna device described above, and is disposed in proximity to a power feeding circuit provided in a housing, a power feeding coil connected to the power feeding circuit, and the power feeding coil. And a coil antenna.
  • a magnetic layer such as a ferrite sheet is provided between the feeding coil and the coil antenna, and the feeding coil and the coil antenna have a magnetic field via the magnetic layer.
  • the feeding coil and the coil antenna are magnetically coupled via the magnetic layer, and this magnetic layer satisfies the product of the relative permeability and thickness (unit: millimeter) of the magnetic body of less than 20. It is stipulated in. For this reason, even if the feeding coil and the coil antenna are arranged close to each other, the degree of coupling (coupling coefficient) does not become too large, and the degree of coupling can be maintained in an appropriate range, and the resonance between the feeding coil and the coil antenna can be maintained. It is possible to avoid separating the points greatly. Therefore, impedances of the power feeding circuit and the antenna device are matched, high-frequency signal transmission efficiency is high, and a small antenna device and a communication terminal device having a large communication distance can be realized.
  • the magnetic layer does not completely shield the feeding coil and the coil antenna, but is configured to partially transmit the magnetic field component at the carrier frequency. Therefore, when using a magnetic layer having a high magnetic permeability such as a ferrite sintered body, it is necessary to magnetically couple the feeding coil and the coil antenna through the magnetic layer, and thus it is necessary to use a thin magnetic layer. is there.
  • the product of the relative permeability and the thickness (unit: millimeter) of the magnetic layer is set to less than 20.
  • the thickness of the magnetic layer is preferably 300 ⁇ m or less.
  • the antenna device If it exceeds 300 ⁇ m, it becomes difficult to make the product of the relative permeability and the thickness of the magnetic layer (unit: millimeters) less than 20 due to the relative permeability, and if the thickness is increased, the antenna device is downsized. It is because it will inhibit.
  • the power supply circuit is a functional circuit for generating a high-frequency signal and supplying it to the coil antenna.
  • an RFID IC chip corresponds to this.
  • the IC chip for RFID is a semiconductor integrated circuit having an RF circuit, a memory circuit, a logic circuit, and the like.
  • This RFID IC chip is configured as a silicon semiconductor element or a GaAs semiconductor element.
  • This semiconductor element may be configured as a bare chip IC or may be configured as a package IC.
  • the feeding coil has a coil pattern connected to the feeding circuit.
  • This coil pattern is constituted by at least one coil conductor.
  • the coil pattern may be one in which the coil conductor is wound a plurality of turns or may be wound only for one turn.
  • the coil pattern may be a laminated coil pattern in which a plurality of layers of coil conductors are connected.
  • the feeding coil may include a magnetic core made of a ferrite sintered body or the like. When transmitting a high-frequency signal, the feeding coil transmits the high-frequency signal to the coil antenna via a magnetic field. At the time of reception, a high frequency signal is received from the coil antenna via a magnetic field.
  • the power feeding coil and the coil antenna do not necessarily overlap each other, and may be close to each other. However, it is preferable that one of the end portions of the power supply coil is disposed so as to overlap the outside of the magnetic layer and the other overlaps the inside of the magnetic layer.
  • the feeding coil is preferably arranged so that its winding axis crosses the winding axis of the coil antenna. More specifically, it is preferable that the winding axis of the feeding coil and the winding axis of the coil antenna are arranged so as to be substantially orthogonal. In particular, when it is arranged so that at least a part of the feeding coil overlaps with a coil conductor constituting the coil antenna, when viewed in plan from the winding axis direction of the coil antenna, It is preferable that the feeding coil is disposed so as to be substantially orthogonal to the winding axis. This is because the degree of coupling with respect to changes in the distance between the feeding coil and the coil antenna is stabilized.
  • the feeding coil preferably has an inductance value such that a resonance circuit having a resonance frequency corresponding to the carrier frequency is formed by the feeding coil and the feeding circuit. That is, if the power supply circuit is an IC chip, it is preferable that an LC parallel resonance circuit is constituted by the capacitance of the IC chip itself and the inductance of the power supply coil, and the resonance frequency is a frequency corresponding to the carrier frequency of the communication signal. . By configuring a resonance circuit that resonates at the carrier frequency with the feeding circuit and the feeding coil, the design of the resonance frequency of the antenna device is facilitated.
  • the winding axis of the power supply coil is substantially perpendicular to the end surface of the casing. It is preferable that it is arrange
  • the coil antenna is disposed close to the feeding coil and is composed of at least one coil conductor.
  • the coil conductor may be wound a plurality of turns or may be formed over a plurality of layers.
  • the coil antenna is preferably a planar coil having a first main surface and a second main surface.
  • a coil antenna can be provided in a slight space between the casing and various components provided in the casing.
  • the planar coil may have a plurality of planes on its coil surface.
  • the magnetic layer is preferably provided so as to cover the second main surface of the planar coil.
  • a communication terminal device such as a mobile phone corresponds to a metal body having a relatively large area (such as a “conductor layer” recited in the claims), such as a ground conductor of a printed wiring board or a metal cover of a battery. ) Is provided.
  • a coil antenna is disposed in the vicinity of such a metal body, an eddy current flows through the metal body so as to cancel the change in magnetic flux generated by the coil antenna, so that energy loss (eddy current loss) increases and sufficient Communication distance may not be secured. Therefore, by providing a magnetic layer between the second main surface of the planar coil and the metal body, the coupling amount between the planar coil and the feeding coil can be controlled, and the communication distance can be reduced due to eddy current loss. Can be prevented.
  • the coil antenna is preferably a resonance circuit having a resonance frequency corresponding to the carrier frequency of the communication signal.
  • the coil antenna can be configured by an LC parallel resonance circuit of a coil conductor having a predetermined inductance and a chip capacitor having a predetermined capacitance.
  • the first coil conductor and the second coil conductor are overlapped with each other through an insulator layer so that the currents flowing through these coil conductors are in the same direction, and the inductance of each coil conductor itself is placed between each coil conductor.
  • An LC parallel resonant circuit may be configured with the generated stray capacitance. Since the coil antenna can be said to be a booster antenna, it is not always necessary to have a resonance frequency corresponding to the carrier frequency of the communication signal. However, when the coil antenna resonates at a frequency corresponding to the carrier frequency, energy loss is caused. As a result, the communication distance can be increased.
  • the coil antenna need not be a planar coil having a single plane, and may be a planar coil having at least a first plane and a second plane connected to the first plane, for example. In this case, it is preferable that the power feeding coil is disposed in a region surrounded by the first plane and the second plane.
  • the casing of the communication terminal device has a shape having a main surface and an end (tip surface)
  • the first plane is substantially parallel to the main surface of the casing
  • the second plane is the end of the casing. It is preferably bent in the (tip surface) direction.
  • the antenna device and communication terminal device of this invention are not limited to said embodiment.
  • the antenna device of the present invention is not limited to the HF band RFID system antenna device, and can be used for various frequency bands and various communication systems such as a UHF band communication system.
  • this antenna device when this antenna device is used as an antenna for an RFID system, it can be used as an antenna for a reader / writer or an antenna for an RFID tag.
  • the antenna device and the communication terminal device according to the first embodiment are an antenna device for an HF band RFID system having a carrier frequency of 13.56 MHz and a mobile communication terminal equipped with the antenna device.
  • 1A is a schematic perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a communication terminal device (a mobile communication terminal such as a mobile phone terminal) including the antenna device.
  • 2A is a front view of the antenna device 101
  • FIG. 2B is a partial plan view of the antenna device 101.
  • the antenna device 101 includes a power feeding coil 10 connected to a power feeding circuit, a coil antenna 20 disposed close to the power feeding coil 10, and a power feeding coil 10 and a coil antenna 20.
  • the ferrite sheet 30 provided between the two is provided.
  • the antenna device 101 also includes a printed wiring board 50.
  • the feeding coil 10 is mounted on the printed wiring board 50.
  • the feeding coil 10 is formed by forming a coil pattern 12 on a magnetic core 11. A specific configuration will be described later.
  • the ferrite sheet 30 has a relative permeability of 50 and a thickness of 0.3 mm, and the product of the relative permeability and the thickness is 15 (less than 20).
  • the coil antenna 20 includes a base sheet 21, a coil conductor 22a formed on the upper surface of the base sheet 21, and a coil conductor 22b formed on the lower surface.
  • the communication terminal device 201 has a substantially rectangular parallelepiped terminal housing 60, and the antenna device 101 is provided in the terminal housing 60.
  • An RFID IC chip 90 and the power feeding coil 10 are disposed in the vicinity of the tip of the printed wiring board 50.
  • An RFID IC chip 90 is connected to the feeding coil 10.
  • the coil antenna 20 is affixed to the inner surface of the terminal housing 60 on the back surface LF side via a bonding material 40 such as a double-sided adhesive sheet.
  • the printed wiring board 50 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin, and its planar shape is substantially rectangular.
  • the printed wiring board 50 includes a base material 51 and various conductor patterns.
  • a ground conductor 52 having substantially the same shape as the planar shape of the printed wiring board is formed on the inner layer of the substrate 51.
  • the ground conductor 52 functions as a ground electrode of various electronic components (not shown) such as a high-frequency circuit, a power supply circuit, and a liquid crystal driving circuit built in the communication terminal.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the feeding coil 10.
  • the feeding coil 10 is obtained by winding a coil pattern around a magnetic core made of a ferrite sintered body.
  • the magnetic core is composed of a magnetic layer 112a and a magnetic layer 112b, and the element body of the feeding coil is sandwiched between the magnetic layers 112a and 112b by the nonmagnetic layers 111a and 111b.
  • An in-plane conductor 121a that is part of the coil pattern is formed on the nonmagnetic layer 111a.
  • An in-plane conductor 121b that is part of the coil pattern is formed on the magnetic layer 112b.
  • End face conductors 122a and 122b which are part of the coil pattern, are formed on both end faces of the magnetic layers 112a and 112b, respectively.
  • Input / output terminals 123a and 123b are formed on the lower surface of the nonmagnetic layer 111a.
  • a via-hole conductor is formed in the nonmagnetic layer 111a to connect the in-plane conductor 121a and the input / output terminals 123a and 123b.
  • the end face conductors 122a and 122b are half (one-sided) of the through-hole conductor or via-hole conductor in which the conductor film is formed on the inner surface in the mother substrate state.
  • the in-plane conductors 121a and 121b and the end surface conductors 122a and 122b constitute a coil pattern of the feeding coil.
  • the magnetic layers 112a and 112b and the nonmagnetic layers 111a and 111b are ferrite ceramic sintered body layers, and the in-plane conductors 121a and 121b and end surface conductors (through-hole conductors and via-hole conductors) 122a and 122b are precursors of the ceramic sintered body layer.
  • This is a sintered body of a conductive material mainly composed of silver, copper, or the like printed or filled on a ceramic green sheet.
  • the feeding coil 10 is configured as a chip component having a laminated structure as a base body, and is surface-mounted on the printed wiring board 50 via the input / output terminals 123a and 123b. As shown in FIG. 2B, the feeding coil 10 is configured so that the coil pattern of the feeding coil 10 overlaps with a coil conductor constituting the coil antenna 20 when viewed in plan from the winding axis direction of the coil antenna 20. In addition, it is surface-mounted on a printed wiring board.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the coil antenna 20 and the ferrite sheet 30.
  • the coil antenna 20 includes a base sheet 21 such as PET, a coil conductor 22a formed on the top surface of the base sheet 21, and a coil conductor 22b formed on the bottom surface.
  • the coil conductors 22a and 22b are thin metal films such as copper foil and aluminum foil. In this example, it is a planar coil composed of the base sheet 21 and the coil conductors 22a and 22b.
  • the upper surface in FIG. 4 is the first main surface facing the antenna on the communication partner side, and the lower surface is the second main surface on the opposite side.
  • the coil conductor 22a and the coil conductor 22b are patterns wound so that the current flows in the same direction in each coil conductor when current flows from one end to the other end of each coil conductor.
  • the coil conductors 22a and 22b are arranged so that at least a part of the coil conductors 22a and 22b overlap when viewed in plan from the winding axis direction. As a result, the coil conductors 22a and 22b are Couple through capacity.
  • the ferrite sheet 30 is provided between the coil antenna 20 and the ground conductor 52, and is provided between the coil antenna 20 and the feeding coil 10. .
  • the coil antenna 20 is viewed in plan so that the winding axis of the feeding coil 10 and the winding axis of the coil antenna 20 are substantially orthogonal to each other, the feeding coil 10 and the coil antenna 20
  • the antenna 20 is arranged so that it partially overlaps, and two openings (both ends) of the feeding coil 10 protrude from the conductor formation region of the coil antenna 20.
  • FIG. 5A is an equivalent circuit diagram in a state where the power feeding circuit 9 is connected to the antenna device 101.
  • an LC parallel resonance circuit including the stray capacitance and the matching capacitor of the RFID IC chip itself and the inductance L of the power supply coil 10 is configured.
  • the resonance frequency of this LC parallel resonance circuit is set to be approximately equal to the carrier frequency (13.56 MHz) of the communication signal.
  • the antenna side including the coil antenna 20 has an LC parallel resonance circuit including an inductance L1 of the coil conductor 22a, an inductance L2 of the coil conductor 22b, and capacitors C1 and C2 formed between the coil conductor 22a and the coil conductor 22b. Is configured.
  • the resonance frequency of this LC parallel resonance circuit is set to be approximately equal to the carrier frequency (13.56 MHz) of the communication signal.
  • the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are magnetically coupled to each other via the ferrite sheet 30. That is, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are magnetically coupled by a weak mutual inductance through a ferrite sheet.
  • FIG. 5B is a diagram showing an induced magnetic field formed between the antenna (not shown) on the communication partner side and the coil antenna 20. Most of the induced magnetic field formed between the antenna on the communication partner side and the coil antenna 20 is guided along the upper interface of the ferrite sheet 30 as indicated by the magnetic flux ⁇ a. Some of them are led to the feeding coil 10 through the ferrite sheet 30 as indicated by the magnetic flux ⁇ b. In addition, since the ferrite sheet 30 exists between the coil antenna 20 and the ground conductor 52, it is possible to minimize the generation of eddy current in the ground conductor 52 due to the induced magnetic field of the current flowing through the coil antenna 20.
  • FIG. 6 (A) and 6 (B) are diagrams showing the induction magnetic field of the antenna device as a comparison target of the antenna device of the present invention.
  • FIG. 6A shows an example of an antenna device without a ferrite sheet
  • FIG. 6B shows an example of an antenna device with a ferrite sheet provided at a position avoiding the feeding coil 10.
  • the ferrite sheet 30 is provided in a part between the coil antenna 20 and the ground conductor 52, eddy current loss is generated as compared with the antenna device shown in FIG. However, it is inevitable that eddy current loss occurs in a portion that is not covered with the ferrite sheet 30. Further, similarly to the antenna device of FIG. 6A, there is a problem of transmission loss of signal energy due to separation of resonance points.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in the resonance frequency of the coil antenna and the feeding coil when the thickness of the ferrite sheet 30 is changed in the structure of the antenna device 101 shown in the first embodiment.
  • the conditions for obtaining the results of FIGS. 7A to 7D are as follows.
  • [Ferrite sheet] ⁇ (A) to (D) correspond to FIGS. 7 (A) to (D) ⁇
  • the coupling between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 solves the degeneration and separates the resonance points, but the maximum communication distance: 37 mm is obtained. It was.
  • the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are not coupled, and only the maximum communication distance: 25 mm is obtained.
  • FIG. 7D if the ferrite sheet is not provided, the coupling between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 can largely solve the degeneracy, and the resonance point is largely separated. Since eddy current loss occurred, the maximum communication distance was 20 mm.
  • Example 1 as shown in FIG. 5B and the like, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are arranged so that the winding axis of the feeding coil 10 and the winding axis of the coil antenna 20 are substantially orthogonal to each other.
  • the coil antenna 20 is viewed in plan, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are partially overlapped, and the opening (end) of the feeding coil 10 protrudes from the conductor formation region of the coil antenna 20. Therefore, even when the distance between the coil antenna 20 and the power feeding coil 10 is increased, the relationship in which the magnetic flux ⁇ a is linked to the coil antenna 20 and the magnetic flux ⁇ b is linked to the power feeding coil 10 is maintained. Communication characteristics can be obtained.
  • a ground conductor (conductor layer) 52 is provided so that the feeding coil 10 is sandwiched between the coil antenna 20 and the ground conductor 52 is a coil provided in the feeding coil 10. It extends along the winding axis of the pattern 12.
  • the ground conductor 52 is disposed so as to cover the feeding coil 10 and to be located at least partially inside the inner circumference of the coil conductor of the coil antenna 20 in plan view.
  • W10 represents the width of the feeding coil 10
  • D20 represents the inner circumference of the coil conductor of the coil antenna 20.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of the antenna device 102 according to the second embodiment
  • FIG. 8B is a front view of the antenna device 102.
  • the feeding coil 10 is mounted on the printed wiring board 50 so that the winding axis direction is the same as the coil winding axis of the coil antenna 20.
  • the configuration is the same as that of the antenna device 101 of the first embodiment except that the mounting position of the feeding coil 10 is different.
  • the antenna device 102 according to the second embodiment can ensure a communication distance substantially equal to that of the antenna device 101 according to the first embodiment. However, when the distance between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 is increased or the positional relationship is shifted, or If the resonance frequency of the coil antenna 20 varies, the resonance frequency of the antenna device may fluctuate.
  • FIG. 9A is a schematic perspective view of the antenna device 103 according to the third embodiment, and FIG. 9B is a partial plan view of the antenna device 103.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of a communication terminal device 203 provided with the antenna device 103.
  • FIG. 10B is a plan view of the antenna device 103 in the communication terminal device 203.
  • the coil antenna 20 is disposed so as to be located at substantially the center of the terminal housing 60 when viewed from the back surface LF of the terminal housing 60.
  • the feeding coil 10 is arranged so that the coil opening surface is close to the side end SE of the terminal housing 60. Therefore, even if the coil antenna 20 is disposed at the approximate center of the terminal housing 60, the magnetic flux passing through the feeding coil 10 can be turned toward the side end SE of the terminal housing 60. That is, at the time of transmission, the magnetic flux from the feeding coil 10 circulates in the direction of the side end SE, and at the time of reception, the magnetic flux from the communication partner mainly avoids the printed wiring board 50. Oriented.
  • various electronic components 71 constituting the communication terminal device 203 are mounted as surface-mounted components on the printed wiring board 50 arranged in the terminal housing 60.
  • a battery pack 72 is disposed in the vicinity of the coil antenna 20.
  • a ferrite sheet 30 is attached to the entire surface of the second main surface of the coil antenna 20. Therefore, even if a metal body other than the ground conductor 52 (for example, various electronic components 71 and the battery pack 72) is disposed in the vicinity of the coil antenna 20, eddy current loss due to these metal bodies hardly occurs. For the same reason, the fluctuation amount of the resonance frequency of the coil antenna 20 is also small.
  • FIG. 11A is a schematic perspective view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment
  • FIG. 11B is a front view of the antenna device 104.
  • the antenna device 104 according to the fourth embodiment is disposed at a position that does not overlap the ferrite sheet 30 when the feeding coil 10 is viewed in plan from the winding axis direction of the coil antenna 20. Even in this case, since the feeding coil 10 is disposed on the opposite side of the coil antenna 20 with respect to the plane including the ferrite sheet 30, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are magnetic fields via the ferrite sheet 30. Join. That is, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 are magnetically coupled by the magnetic flux that has passed through the ferrite sheet 30.
  • FIG. 12A is a schematic perspective view of the antenna device 105A of the fifth embodiment
  • FIG. 12B is a schematic perspective view of the antenna device 105B of the fifth embodiment
  • FIG. 12C is a partial plan view of the antenna devices 105A and 105B.
  • the feeding coil 10 is disposed at a substantially central portion of the coil opening of the coil antenna 20 when viewed in plan from the winding axis direction of the coil antenna 20.
  • the feeding coil 10 may be disposed so that the winding axis of the feeding coil 10 and the winding axis of the coil conductor of the coil antenna 20 are substantially orthogonal to each other.
  • the winding axis of the feeding coil 10 and the winding axis of the coil conductor of the coil antenna 20 are arranged substantially parallel to each other, and further, the both winding axes are arranged to be the same. May be.
  • FIG. 13 is a partial plan view of the communication terminal device 206 including the antenna device of the sixth embodiment.
  • the coil antenna 20 and the ferrite sheet 30 are arranged so as to avoid the camera module 73 and the speaker 74.
  • the coil antenna 20 and the ferrite sheet 30 do not have to have a rectangular outer shape as in the other embodiments, and may have a concave portion or a convex portion.
  • FIG. 14A is a schematic perspective view of the antenna device 107 according to the seventh embodiment
  • FIG. 14B is a front view of the antenna device 107
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an angular relationship between the communication terminal device 207 including the antenna device 107 and the communication partner side coil antenna.
  • the coil antenna 20 has a first plane FS1 and a second plane FS2 connected to the first plane FS1. It is a planar coil.
  • the ferrite sheet 30 has a first plane FS1 and a second plane FS2, and is provided so as to cover all of the coil conductor of the coil antenna 20 and its opening surface.
  • the feeding coil 10 is disposed in a region surrounded by the first plane FS1 and the second plane FS2 of the coil antenna 20 and the ferrite sheet 30.
  • the first plane FS1 is a plane substantially parallel to the main surface of the terminal housing 60, and the second plane FS2 is bent along the surface of the tip FE of the terminal housing 60.
  • the angle formed by the first plane FS1 and the second plane FS2 is approximately 90 °, but may be an obtuse angle such as 120 ° or an acute angle such as 45 °. It may be. Also, instead of configuring the first plane FS1 and the second plane FS2 with a predetermined bending angle, the first plane FS1 and the second plane FS2 may be connected by a curved surface, The portions corresponding to the flat surface FS1 and the second flat surface FS2 may be configured by one curved surface.
  • FIG. 16 is a plan view of the antenna device 108 according to the eighth embodiment, FIG. 16B is a partial plan view thereof, and FIG. 16C is a cross-sectional view of the CC portion of FIG. 16B.
  • the feeding coil 10 is disposed outside the formation region of the coil conductors 22 (22a, 22b) of the coil antenna 20.
  • an extending portion 22E is formed at a part of the outer edge of the coil conductor 22 (22a, 22b), and the feeding coil 10 is arranged at a position where the feeding coil 10 overlaps the extending portion 22E.
  • the ferrite sheet 30 is also extended so as to overlap the extended portion 22E.
  • the feeding coil 10 is arranged outside the coil conductor 22 (22a, 22b), the degree of coupling between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 may become too small. However, as in this embodiment, the feeding coil It is preferable to provide an extended portion on a part of the coil antenna 20 and a part of the ferrite sheet 30 so as to overlap with 10.
  • Example 9 shows the relationship between the magnetic permeability, thickness, and communication distance of the magnetic layer.
  • FIG. 17A is a diagram showing an induction magnetic field of the antenna device when the permeability of the ferrite sheet 30 (magnetic layer) is high or when the thickness of the ferrite sheet 30 is thick.
  • FIG. 17B is a diagram showing an induction magnetic field of the antenna device when the permeability of the ferrite sheet 30 (magnetic layer) is low or the thickness of the ferrite sheet 30 is thin.
  • the magnetic field coupling between the magnetic flux ⁇ a from the communication partner and the coil antenna 20 increases as shown in FIG.
  • the magnetic field coupling indicated by the magnetic flux ⁇ b between the antenna 20 and the feeding coil 10 becomes small. As a result, the maximum communicable distance is short.
  • FIG. 18A is a diagram showing the relationship of the maximum communication distance with respect to the product of the relative permeability (actual permeability ⁇ ′) and the thickness of the ferrite sheet 30.
  • FIG. 18B is a numerical table. The conditions for obtaining this result are as follows.
  • Example 10 shows optimization of the coil conductor pattern of the coil antenna.
  • FIG. 19A is a perspective view of the coil antenna 20, and FIG. 19B is an exploded perspective view thereof.
  • 20A is a plan view of the coil antenna 20, and
  • FIG. 20B is an equivalent circuit diagram of the coil antenna 20.
  • a first coil conductor 22a is formed on a first main surface (upper surface) of a base material sheet 21 such as PET, and a second main surface (lower surface) second coil conductor 22b is formed. Since the winding direction of the first coil conductor 22a and the winding direction of the second coil conductor 22b are opposite (the same in a transparent state), an equivalent circuit is as shown in FIG.
  • inductors L1 and L2 correspond to the coil conductors 22a and 22b
  • the capacitor C1 is a capacitance generated mainly near the outer peripheral ends of the coil conductors 22a and 22b
  • the capacitor C2 is the main conductor of the coil conductors 22a and 22b. It is a capacitance generated near the inner peripheral ends.
  • the design is such that C1 >> C2 ⁇ 0. Since the capacitor C2 portion is almost open, almost no current flows through the electrode near C2. That is, the electric field is maximized.
  • the electrode near the capacitor C1 farthest from the electrode near the capacitor C2 is the maximum current point. That is, the amount of current flowing through the coil conductors 22a and 22b is large on the outside and small on the inside.
  • the magnetic field generation region is located on the outermost side of the coil antenna 20, which means that the equivalent antenna size is large, and thus an antenna with good radiation efficiency can be obtained.
  • Example 11 shows another two patterns of the coil conductor of the coil antenna.
  • FIG. 21A and FIG. 21B are plan views of the coil antenna, respectively.
  • the capacity is larger toward the outside of the coil conductors 22a and 22b, and the capacity is smaller toward the inside.
  • the capacitance is adjusted by gradually changing the line width of the coil conductor. That is, the line width of the coil conductor 22a is made the same, and the line width of the coil conductor 22b is reduced from the outer periphery to the inner periphery.
  • the line widths of the opposing portions of the coil conductors 22a and 22b are made thinner (the amount of deviation is increased) from the outer periphery of the coil to the inner periphery.
  • Example 12 shows the relationship between the positional relationship between one end of the feeding coil 10 and the ferrite sheet and the maximum communicable distance.
  • FIG. 22A is a plan view and a front view of the antenna device
  • FIG. 22B is a diagram showing the relationship between the dimension Y from the end of the ferrite sheet 30 to one end of the feeding coil 10 and the maximum communicable distance. .
  • the conditions for obtaining this result are as follows.
  • FIG. 23 is a front view of the antenna device.
  • the magnetic flux from the feeding coil 10 circulates outside the coil antenna 20.
  • the distribution is such that the parts are interlinked. Therefore, the feeding coil 10 and the coil antenna 20 can be more strongly coupled.
  • FIG. 23B when the opening of the feeding coil 10 does not come out of the outer shape of the coil antenna 20, the magnetic flux from the feeding coil 10 is affected by the ferrite sheet 30 and the opening of the coil antenna 20.
  • the distribution is such that they do not interlink. For this reason, the coupling between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 is slightly weaker than the above.
  • the feeding coil 10 and the coil antenna 20 partially overlap, and the opening (end) of the feeding coil 10 protrudes from the outer shape of the coil antenna 20.
  • the coupling between the feeding coil 10 and the coil antenna 20 becomes strong, and stable communication characteristics can be obtained even if the distance between the coil antenna 20 and the feeding coil 10 is increased.
  • the “conductor layer” is a ground conductor of a printed wiring board is mainly shown, but a conductor plate such as a liquid crystal panel, a battery pack, or a shield case is used as the “conductor layer”. It is also possible to apply.
  • the present invention can be used for antenna devices and communication terminal devices, particularly antenna devices used for HF band RFID tags, reader / writers, etc., and communication terminal devices equipped with this antenna device. This is useful for RFID systems for management.

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Abstract

 給電回路に接続される給電コイル(10)と、給電コイル(10)に近接配置されたコイルアンテナ(20)とを有し、給電コイル(10)とコイルアンテナ(20)との間に、使用周波数帯における磁気損失項の比較的大きなフェライトシート(30)を設け、このフェライトシート(30)を介して、給電コイル(10)とコイルアンテナ(20)とを磁界結合させる。この構成により、給電コイル(10)とコイルアンテナ(20)との間の信号の伝達効率を高める。

Description

アンテナ装置および通信端末装置
 本発明はアンテナ装置および通信端末装置に関する。特に、HF帯のRFIDタグやリーダライタに利用されるアンテナ装置、および、このアンテナ装置を備えた通信端末装置に関する。
 課金システムや物品管理システムとして、RFID(Radio Frequency Identification)システムが普及している。RFIDシステムでは、リーダライタとRFIDタグとを非接触方式で無線通信させ、これらのデバイス間で高周波信号が送受される。リーダライタおよびRFIDタグは、それぞれ、高周波信号を処理するためのRFID用ICチップと、高周波信号を送受するためのアンテナとを備えている。アンテナとしては、例えば13.56MHz帯を利用したHF帯RFIDシステムであれば、コイルアンテナが用いられ、リーダライタ側のコイルアンテナとタグ側のコイルアンテナとは誘導磁界を介して結合される。
 近年、携帯電話等の通信端末装置にHF帯RFIDシステムを導入し、通信端末自体をリーダライタやRFIDタグとして利用することがある。この場合、RFID用ICチップはプリント配線板に搭載され、アンテナは端末筐体に貼り付けられるか端末筐体内の空きスペースに設けられるため、RFID用ICチップとアンテナとは、フレキシブルケーブルやコンタクトピンを介して直流的に接続される。
 これに対して、例えば特許文献1に開示されているように、RFID用ICチップに接続された給電コイルをコントロール基板に搭載し、この給電コイルをアンテナ基板に設けられたコイルアンテナと磁界結合させる、といった構成が知られている。この構成であれば、給電コイルからコイルアンテナに磁界を介して高周波信号を伝送することができるため、フレキシブルケーブルやコンタクトピンを用いずに、RFID用ICチップとコイルアンテナとを接続することができる。
特許第4325621号公報
 特許文献1に示されているアンテナ装置のように、給電コイルとコイルアンテナとを磁界結合させ、これにより信号の伝達を行う場合、給電コイルとコイルアンテナとの間には相互インダクタンスが生じるため、その位置関係により、インピーダンスがずれてしまったり、共振周波数がずれてしまったりする不都合がある。特に、給電コイルとコイルアンテナとが直接的に磁界結合し、その結合度が高すぎると、たとえ給電コイルやコイルアンテナの共振周波数をキャリア周波数に合わせたとしても、給電コイルとコイルアンテナとの共振点が分離してしまうため、給電コイルからコイルアンテナへの信号の伝達効率、またはコイルアンテナから給電コイルへの信号の伝達効率が低下し、結果として、通信距離が短くなってしまう。
 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、給電コイルとコイルアンテナとの間の信号の伝達効率が高く、通信距離の大きなアンテナ装置、および、このアンテナ装置を備えた通信端末装置を提供することにある。
 本発明のアンテナ装置は、給電回路に接続された給電コイルと、前記給電コイルに近接配置されたコイルアンテナとを有するアンテナ装置であって、前記給電コイルと前記コイルアンテナとの間に、磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積が20未満の磁性体層が設けられており、前記給電コイルと前記コイルアンテナとは、前記磁性体層を介して磁界結合されていることを特徴とする。
 また、本発明の通信装置は、筐体と、前記筐体内に設けられた給電回路と、前記給電回路に接続された給電コイルと、前記給電コイルに近接配置されたコイルアンテナとを有する通信端末装置であって、前記給電コイルと前記コイルアンテナとの間に磁性体層を備え、前記給電コイルと前記コイルアンテナとは、前記磁性体層を介して電磁界結合されていることを特徴とする。
 本発明によれば、給電コイルとコイルアンテナとが、適正に定められた透磁率および厚みを有する磁性体層を介して磁界結合されているため、給電コイルとコイルアンテナとの結合度を適切な範囲に保持することができ、信号の伝達効率が高く、通信距離の大きなアンテナ装置、および、このようなアンテナ装置を備えた通信端末装置を実現できる。
図1(A)は実施例1のアンテナ装置101の概略斜視図、図1(B)はアンテナ装置101を備えた通信端末装置(携帯電話端末のような移動体通信端末)の概略断面図である。 図2(A)はアンテナ装置101の正面図、図2(B)はアンテナ装置101の部分平面図である。 図3は給電コイル10の分解斜視図である。 図4はコイルアンテナ20およびフェライトシート30の分解斜視図である。 図5(A)はアンテナ装置101に給電回路9を接続した状態での等価回路図である。図5(B)は通信相手側のアンテナとコイルアンテナ20との間に形成される誘導磁界を示す図である。 図6(A)、図6(B)はいずれも本発明のアンテナ装置の比較対照するアンテナ装置の誘導磁界について示す図である。 図7はフェライトシート30の厚みを変えたときの、コイルアンテナおよび給電コイルの共振周波数の変化を示す図である。 図8(A)は実施例2のアンテナ装置102の概略斜視図、図8(B)はアンテナ装置102の正面図である。 図9(A)は実施例3のアンテナ装置103の概略斜視図、図9(B)はアンテナ装置103の部分平面図である。 図10(A)はアンテナ装置103を備えた通信端末装置203の概略断面図である。図10(B)は通信端末装置203におけるアンテナ装置103の平面図である。 図11(A)は実施例4のアンテナ装置104の概略斜視図、図11(B)はアンテナ装置104の正面図である。 図12(A)は実施例5のアンテナ装置105Aの概略斜視図、図12(B)は実施例5のアンテナ装置105Bの概略斜視図、図12(C)はアンテナ装置105A,105Bの部分平面図である。 図13は実施例6のアンテナ装置を備えた通信端末装置206の部分平面図である。 図14(A)は実施例7のアンテナ装置107の概略斜視図、図14(B)はアンテナ装置107の正面視図である。 図15はアンテナ装置107を備える通信端末装置207と、通信相手側コイルアンテナとの角度関係を示す図である。 図16(A)は実施例8のアンテナ装置108の平面図、図16(B)はその部分平面図、図16(C)は図16(B)のC-C部分の断面図である。 図17(A)は、フェライトシート30(磁性体層)の透磁率が高いとき、またはフェライトシート30の厚みが厚いときの、アンテナ装置の誘導磁界について示す図、図17(B)は、フェライトシート30(磁性体層)の透磁率が低いとき、またはフェライトシート30の厚みが薄いときの、アンテナ装置の誘導磁界について示す図である。 図18(A)は実施例9に係るアンテナ装置のフェライトシート30の比透磁率(実部透磁率μ’)と厚みの積に対する通信最大距離の関係を示す図、図18(B)はその数値を示す図である。 図19(A)は実施例10に係るアンテナ装置のコイルアンテナ20の斜視図、図19(B)はその分解斜視図である。 図20(A)はコイルアンテナ20の平面図、図20(B)はコイルアンテナ20の等価回路図である。 図21(A)、図21(B)はそれぞれ実施例11に係るコイルアンテナの平面図である。 図22(A)は実施例12に係るアンテナ装置の平面図および正面図、図22(B)はフェライトシート30の端部から給電コイル10の一端までの寸法Yと通信可能最大距離との関係を示す図である。 図23は実施例12に係るアンテナ装置の正面図である。
 本発明のアンテナ装置は、HF帯RFIDシステム等に利用されるアンテナ装置であって、給電回路に接続された給電コイルと、給電コイルに近接配置されたコイルアンテナとを有する。また、本発明の通信端末装置は、前述のアンテナ装置を備えた通信端末装置であって、筐体内に設けられた給電回路と、給電回路に接続された給電コイルと、給電コイルに近接配置されたコイルアンテナとを有する。そして、このアンテナ装置および通信端末装置においては、給電コイルとコイルアンテナとの間にフェライトシート等の磁性体層が設けられており、給電コイルとコイルアンテナとは、この磁性体層を介して磁界結合されている。
 このように、給電コイルとコイルアンテナとを磁性体層を介して磁界結合させていて、この磁性体層は磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積が20未満を満たすように定められている。このため、給電コイルとコイルアンテナとを近接配置しても、その結合度(結合係数)が大きくなりすぎず、結合度を適切な範囲に保持することができ、給電コイルとコイルアンテナとの共振点を大きく分離してしまうのを避けることができる。よって、給電回路とアンテナ装置とのインピーダンスが整合し、高周波信号の伝達効率が高く、通信距離の大きな小型のアンテナ装置、および通信端末装置が実現できる。
 ここで、磁性体層は、給電コイルとコイルアンテナとを完全に磁気シールドするものではなく、キャリア周波数における磁界成分を一部透過するように構成されている。したがって、フェライト焼結体のように透磁率が大きい磁性体層を用いるとき、給電コイルとコイルアンテナとを磁性体層を介して磁界結合させる必要があるため、厚みの薄い磁性層を用いる必要がある。具体的には、比透磁率と磁性層の厚み(単位はミリメートル)との積を20未満とする。磁性体層の厚みは300μm以下とするのが好ましい。300μmを超えると、比透磁率との関係で、比透磁率と磁性層の厚み(単位はミリメートル)との積を20未満とするのが難しくなり、また、厚みが厚くなるとアンテナ装置の小型化を阻害してしまうためである。
 本発明において、給電回路は、高周波信号を生成し、これをコイルアンテナに供給するための機能回路であって、RFIDシステムであれば、例えばRFID用ICチップがこれに相当する。RFID用ICチップは、RF回路、メモリー回路、ロジック回路等を有する半導体集積回路である。このRFID用ICチップはシリコン半導体素子やGaAs半導体素子として構成されている。この半導体素子は、ベアチップICとして構成されていてもよいし、パッケージICとして構成されていてもよい。
 給電コイルは、給電回路に接続されたコイルパターンを有する。このコイルパターンは少なくとも1つのコイル導体によって構成される。コイルパターンは、コイル導体を複数ターン巻回したものであってもよいし、1ターンのみ巻回したものであってもよい。また、コイルパターンは複数層のコイル導体を接続した積層型のコイルパターンであってもよい。また、給電コイルはフェライト焼結体等で構成された磁性体コアを備えていてもよい。高周波信号の送信時には、給電コイルはコイルアンテナに対して磁界を介して高周波信号を送信する。受信時には、コイルアンテナから磁界を介して高周波信号を受信する。
 前記給電コイルは、コイルアンテナの巻回軸方向から平面視したとき、給電コイルとコイルアンテナとが必ずしも重なっていなくてもよく、近接していてもよい。但し、給電コイルの端部のうちの一方が磁性体層の外側に、またもう一方が磁性体層の内側に重なるように配置されている方が好ましい。
 また、給電コイルは、その巻回軸がコイルアンテナの巻回軸とクロスするように配置されていることが好ましい。より特定的には、給電コイルの巻回軸とコイルアンテナの巻回軸とがほぼ直交するように配置されていることが好ましい。特に、給電コイルの少なくとも一部がコイルアンテナを構成しているコイル導体と重なるように配置されている場合は、コイルアンテナの巻回軸方向から平面視したときに、コイルアンテナの巻回軸と給電コイルの巻回軸とがほぼ直交するように配置されていることが好ましい。給電コイルとコイルアンテナとの距離が変化に対する結合度が安定するからである。
 また、給電コイルは、この給電コイルと給電回路とでキャリア周波数に相当する共振周波数を持つ共振回路が形成されるようなインダクタンス値を持っていることが好ましい。すなわち、給電回路がICチップであれば、ICチップ自身が持つ容量と給電コイルのインダクタンスとでLC並列共振回路が構成され、その共振周波数が通信信号のキャリア周波数に相当する周波数であることが好ましい。給電回路と給電コイルとでキャリア周波数で共振する共振回路を構成しておくことで、アンテナ装置の共振周波数の設計が容易になる。
 通信端末装置の筐体が主面と、この主面の端部に連接した端面とを持った形状である場合、給電コイルは、その巻回軸が筐体の端面に対してほぼ垂直を向く状態で筐体内の端部近傍に配置されていることが好ましい。このように配置することで、給電コイルのコイル開口を磁束が通過しやすくなり、通信距離を大きくすることができる。
 コイルアンテナは、給電コイルに近接配置されており、少なくとも1つのコイル導体によって構成される。コイル導体は複数ターン巻回されていてもよいし、複数層にわたって形成されていてもよい。特に、コイルアンテナは第1主面および第2主面を有する平面状コイルであることが好ましい。平面状コイルであれば、例えば筐体と筐体内に設けられた各種部品との間のわずかなスペースにコイルアンテナを設けることができる。また、平面状コイルは、そのコイル面が複数の平面を含んでいてもよい。
 平面状コイルの第1主面側が通信相手のアンテナへの対向面である場合、磁性体層は平面状コイルの第2主面を覆うように設けられていることが好ましい。通常、携帯電話等の通信端末装置には、プリント配線板のグランド導体やバッテリーの金属カバーのように、比較的面積の大きな金属体(特許請求の範囲に記載の「導体層」に相当する。)が設けられている。このような金属体の近傍にコイルアンテナが配置されると、コイルアンテナにより発生する磁束の変化を打ち消すように金属体に渦電流が流れるため、エネルギーの損失(渦電流損)が増え、十分な通信距離を確保できなくなってしまうことがある。よって、平面状コイルの第2主面と金属体との間に磁性体層を設けることにより、平面状コイルと給電コイルとの結合量のコントロールができ、しかも渦電流損による通信距離の低下を防ぐことができる。
 前記コイルアンテナは通信信号のキャリア周波数に相当する共振周波数をもった共振回路であることが好ましい。例えば、所定のインダクタンスを有するコイル導体と所定の容量を有するチップコンデンサとのLC並列共振回路でコイルアンテナを構成することができる。あるいは、第1コイル導体と第2コイル導体とを、これらのコイル導体に流れる電流が同方向になるように絶縁体層を介して重ね合わせ、各コイル導体自身が持つインダクタンスと各コイル導体間に生じる浮遊容量とでLC並列共振回路を構成してもよい。コイルアンテナは、ブースターアンテナとも言えるものであるから、必ずしも通信信号のキャリア周波数に相当する共振周波数を持っている必要はないが、このようにキャリア周波数に相当する周波数で共振すると、エネルギーの損失が小さくなり、通信距離を大きくすることができる。
 このコイルアンテナは、ただ一つの平面を持った平面状コイルである必要はなく、例えば少なくとも第1平面とこの第1平面に連接した第2平面を有する平面状コイルであってもよい。この場合、給電コイルは第1平面と第2平面とで囲まれた領域に配置されていることが好ましい。特に、通信端末装置の筐体が主面と端部(先端面)とを有する形状であれば、第1平面が筐体の主面とほぼ平行であり、第2平面は筐体の端部(先端面)方向に折り曲げられていることが好ましい。このような構成であれば、アンテナ装置の指向性を拡げることができ、通信端末装置を様々な方向から通信相手側アンテナにかざしても、これらのデバイス間で良好な通信状態を確保することができる。
 以上、本発明を望ましい実施形態について説明したが、本発明のアンテナ装置や通信端末装置は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明のアンテナ装置は、HF帯のRFIDシステム用アンテナ装置に限定されるものではなく、例えばUHF帯の通信システムなど、各種の周波数帯、各種の通信システムに利用できる。また、このアンテナ装置をRFIDシステム用のアンテナとして利用する場合、リーダライタ用アンテナとしても用いることができるし、RFIDタグ用アンテナとして利用することもできる。
 実施例1のアンテナ装置および通信端末装置は、13.56MHzをキャリア周波数とするHF帯RFIDシステム用のアンテナ装置と、このアンテナ装置を搭載した移動体通信端末である。図1(A)は実施例1のアンテナ装置101の概略斜視図、図1(B)はこのアンテナ装置を備えた通信端末装置(携帯電話端末のような移動体通信端末)の概略断面図である。また、図2(A)はアンテナ装置101の正面図、図2(B)はアンテナ装置101の部分平面図である。
 アンテナ装置101は図1(A)および図2(A)に示すように、給電回路に接続される給電コイル10、給電コイル10に近接配置されたコイルアンテナ20、および給電コイル10とコイルアンテナ20との間に設けられたフェライトシート30を備えている。さらに、この例では、アンテナ装置101はプリント配線板50も備えている。給電コイル10はプリント配線板50に実装されている。給電コイル10は磁性体コア11にコイルパターン12が形成されたものである。具体的な構成は後に示す。
 フェライトシート30は比透磁率が50、厚みが0.3mmであり、比透磁率と厚みの積は15(20未満)である。
 図2(A)に示すように、コイルアンテナ20は、基材シート21、この基材シート21の上面に形成されたコイル導体22aおよび下面に形成されたコイル導体22bで構成されている。
 通信端末装置201は図1(B)に示すように、ほぼ直方体状の端末筐体60を有し、この端末筐体60内にアンテナ装置101が設けられている。プリント配線板50の先端部近傍にRFID用ICチップ90および給電コイル10が配置されている。給電コイル10にはRFID用ICチップ90が接続されている。
 端末筐体60の裏面LF側の内面にコイルアンテナ20が両面粘着シート等の接合材40を介して貼付されている。
 プリント配線板50はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で構成されており、その平面形状はほぼ矩形状である。そして、プリント配線板50は基材51と各種導体パターンを備えている。基材51の内層にはプリント配線板の平面形状とほぼ同形状のグランド導体52が形成されている。このグランド導体52は、通信端末に内蔵された高周波回路、電源回路、液晶駆動回路等の各種電子部品(図示省略)のグランド電極として作用する。
 図3は給電コイル10の分解斜視図である。給電コイル10はフェライト焼結体からなる磁性体コアにコイルパターンを巻回したものである。具体的には、図3に示すように、磁性体コアは磁性層112aと磁性層112bとからなり、給電コイルの素体は、これらの磁性層112a,112bが非磁性層111a,111bで挟み込まれた積層構造を有している。非磁性層111aにはコイルパターンの一部である面内導体121aが形成されている。磁性層112bにはコイルパターンの一部である面内導体121bが形成されている。磁性層112a,112bの両端面にはコイルパターンの一部である端面導体122a,122bがそれぞれ形成されている。非磁性層111aの下面には入出力端子123a,123bが形成されている。非磁性層111aの内部には、面内導体121aと入出力端子123a,123bとを導通させるビアホール導体が形成されている。端面導体122a,122bはマザー基板状態のとき、内面に導体膜が形成されたスルーホール導体またはビアホール導体であったものの半分(片割れ)である。
 このようにして、面内導体121a,121bおよび端面導体122a,122bによって給電コイルのコイルパターンが構成されている。
 磁性層112a,112bや非磁性層111a,111bはフェライトセラミック焼結体層であり、面内導体121a,121bや端面導体(スルーホール導体、ビアホール導体)122a,122bはセラミック焼結体層の前駆体であるセラミックグリーンシートに印刷または充填された銀や銅等を主成分とする導電材料の焼結体である。
 このように、給電コイル10は、積層構造体を素体としたチップ部品として構成されていて、プリント配線板50に入出力端子123a,123bを介して表面実装される。この給電コイル10は、図2(B)に表れているように、コイルアンテナ20の巻回軸方向から平面視したとき、給電コイル10のコイルパターンがコイルアンテナ20を構成するコイル導体と重なるように、プリント配線板に表面実装される。
 図4はコイルアンテナ20およびフェライトシート30の分解斜視図である。コイルアンテナ20は、PET等の基材シート21、この基材シート21の上面に形成されたコイル導体22aおよび下面に形成されたコイル導体22bで構成されている。コイル導体22a,22bは銅箔やアルミニウム箔のような薄い金属膜である。この例では、基材シート21およびコイル導体22a,22bで構成される平面状のコイルである。図4における上方が通信相手側のアンテナに向く第1主面、下方の面がその反対面の第2主面である。
 コイル導体22aとコイル導体22bとは、各コイル導体の一方端から他方端に電流が流れたとき、各コイル導体における電流の流れる方向が同じになるように巻回されたパターンである。また、コイル導体22a,22bは、これらを巻回軸方向から平面視したとき、コイル導体22a,22bの少なくとも一部が重なり合うように配置されていて、その結果、これらのコイル導体22a,22b同士は容量を介して結合する。
 フェライトシート30は、図1(B)に示されているように、コイルアンテナ20とグランド導体52との間に設けられていて、且つコイルアンテナ20と給電コイル10との間に設けられている。また、給電コイル10とコイルアンテナ20とは、給電コイル10の巻回軸とコイルアンテナ20の巻回軸とがほぼ直交するように、且つコイルアンテナ20を平面視したとき、給電コイル10とコイルアンテナ20とが一部重なるように、そしてコイルアンテナ20の導体形成領域から給電コイル10の2つの開口部(両端部)がはみ出すように配置されている。このように配置することによって、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合が強くなり、コイルアンテナ20と給電コイル10との距離が大きくなっても安定した通信特性を得ることができる。
 図5(A)はアンテナ装置101に給電回路9を接続した状態での等価回路図である。給電回路9と給電コイル10とからなる給電側では、RFID用ICチップ自身が有する浮遊容量および整合用キャパシタからなるCと給電コイル10のインダクタンスLとからなるLC並列共振回路が構成されている。このLC並列共振回路の共振周波数は、通信信号のキャリア周波数(13.56MHz)にほぼ等しくなるように設定されている。また、コイルアンテナ20からなるアンテナ側は、コイル導体22aが持つインダクタンスL1、コイル導体22bが持つインダクタンスL2およびコイル導体22aとコイル導体22bとの間に形成される容量C1,C2によるLC並列共振回路が構成されている。このLC並列共振回路の共振周波数は、通信信号のキャリア周波数(13.56MHz)とほぼ等しくなるように設定されている。そして、給電コイル10と、コイルアンテナ20とはフェライトシート30を介して相互に磁界結合している。すなわち、給電コイル10とコイルアンテナ20とはフェライトシートを介した弱い相互インダクタンスによって磁気的に結合している。
 図5(B)は通信相手側のアンテナ(図示省略)とコイルアンテナ20との間に形成される誘導磁界を示す図である。通信相手側のアンテナとコイルアンテナ20との間に形成される誘導磁界は、磁束φaで示すように、その大部分がフェライトシート30の上側界面に沿って導かれる。また、そのうちの一部はフェライトシート30を介して、磁束φbで示すように、給電コイル10に導かれる。また、コイルアンテナ20とグランド導体52との間にはフェライトシート30があるため、コイルアンテナ20に流れる電流の誘導磁界によってグランド導体52に渦電流が発生するのを最小限に抑えることができる。
 図6(A)、図6(B)はいずれも本発明のアンテナ装置の比較対象としてのアンテナ装置の誘導磁界について示す図である。図6(A)はフェライトシートを設けていないアンテナ装置、図6(B)は給電コイル10を避ける位置にフェライトシートを設けたアンテナ装置の例である。
 図6(A)に示すアンテナ装置では、コイルアンテナ20とグランド導体52との間にフェライトシートが無いため、グランド導体52には、コイルアンテナ20に流れる電流の誘導磁界によって渦電流が流れ、渦電流損が発生する。また、コイルアンテナ20と給電コイル10とが直接的に隣接しているため、その結合度が高いが、コイルアンテナ20の共振周波数と給電コイル10の共振周波数とが離れてしまい(共振点が分離してしまい)、信号エネルギーの伝送ロスが増えてしまう。
 また、図6(B)に示すアンテナ装置では、コイルアンテナ20とグランド導体52との間の一部分にフェライトシート30があるため、図6(A)のアンテナ装置に比べて、渦電流損の発生を抑えることができるが、フェライトシート30が覆っていない部分での渦電流損の発生は避けられない。また、図6(A)のアンテナ装置と同様に、共振点の分離による信号エネルギーの伝送ロスの問題がある。
 図7は、実施例1に示すアンテナ装置101の構造において、フェライトシート30の厚みを変えたときの、コイルアンテナおよび給電コイルの共振周波数の変化を示す図である。図7(A)~(D)の結果を得た条件は次のとおりである。
[フェライトシート]{(A)~(D)は図7(A)~(D)に対応}
(A)実部透磁率μ’=70、厚みδ=50μm [磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積=3.5]
(B)実部透磁率μ’=70、厚みδ=100μm [磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積=7]
(C)実部透磁率μ’=70、厚みδ=500μm [磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積=35]
(D)フェライトシート無し
[給電コイル]
 インダクタンス0.74μH
[コイルアンテナ]
 平面寸法:40mmx40mm
 厚み:100μm
[RFID用ICチップ]
 NXP社製PN-544
[リーダライタ]
 VIVOtech社製VIVO5000
 図7(A)~(D)において、曲線sは、給電コイル10単独の状態での周波数特性であり、曲線dは給電コイル10とコイルアンテナ20とが結合している状態での周波数特性である。コイルアンテナ20単独での周波数特性も曲線sと同等である。
 図7(A)や、図7(B)に示す例では、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合により、縮退が解け、共振点が分離しているものの、最大通信距離:37mmが得られた。これに対し、図7(C)に示す例では、給電コイル10とコイルアンテナ20とが結合せず、最大通信距離:25mmしか得られなかった。また、図7(D)に示すように、フェライトシートを設けないと、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合により、縮退が大きく解け、共振点が大きく分離してしまうとともに、グランド導体52における渦電流損が発生したため、最大通信距離:20mmであった。
 実施例1では、図5(B)等に示したように、給電コイル10とコイルアンテナ20とは、給電コイル10の巻回軸とコイルアンテナ20の巻回軸とがほぼ直交するように、且つコイルアンテナ20を平面視したとき、給電コイル10とコイルアンテナ20とが一部重なるように、そしてコイルアンテナ20の導体形成領域から給電コイル10の開口部(端部)がはみ出すように配置されているので、コイルアンテナ20と給電コイル10との距離が大きくなっても、コイルアンテナ20に磁束φaが鎖交し、給電コイル10に磁束φbが鎖交する関係は保たれるので、安定した通信特性が得られる。
 なお、図2(A)に示したように、コイルアンテナ20とで給電コイル10を挟むようにグランド導体(導体層)52が設けられているが、このグランド導体52は給電コイル10が備えるコイルパターン12の巻回軸に沿って延びる。グランド導体52は、平面視で、給電コイル10を覆い且つ少なくとも一部がコイルアンテナ20のコイル導体の内周より内側に位置するように配置されている。図2(A)において、W10は給電コイル10の幅、D20はコイルアンテナ20のコイル導体の内周をそれぞれ表している。
 上記構成により、コイルアンテナ20による磁束がグランド導体52に沿うため、この磁束が給電コイル10と鎖交しやすくなる。したがって、グランド導体52の存在により給電コイル10とコイルアンテナ20との結合度が高まる。この構成は、給電コイル10のサイズが特に小さいとき、あるいは給電コイル10とコイルアンテナ20との距離が比較的大きいときなどでも、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合度を高める場合に効果的である。
 図8(A)は実施例2のアンテナ装置102の概略斜視図、図8(B)はアンテナ装置102の正面図である。この実施例2では、給電コイル10は、その巻回軸方向がコイルアンテナ20のコイル巻回軸と同一方向となるように、プリント配線板50上に搭載されている。給電コイル10の搭載位置が異なる以外は、実施例1のアンテナ装置101と同様の構成である。
 実施例2のアンテナ装置102は、実施例1のアンテナ装置101とほぼ同等の通信距離を確保できるが、給電コイル10とコイルアンテナ20の距離が大きくなったり、その位置関係がずれたりすると、あるいは、コイルアンテナ20の共振周波数がばらつくと、アンテナ装置の共振周波数が変動してしまうことがある。
 図9(A)は実施例3のアンテナ装置103の概略斜視図、図9(B)はアンテナ装置103の部分平面図である。図10(A)はこのアンテナ装置103を備えた通信端末装置203の概略断面図である。また、図10(B)は通信端末装置203におけるアンテナ装置103の平面図である。
 実施例3のアンテナ装置103および通信端末装置203では、端末筐体60の裏面LFから見たとき、コイルアンテナ20が端末筐体60のほぼ中央に位置するように配置されている。そして、給電コイル10は端末筐体60の側端部SEにそのコイル開口面が近接するように配置されている。したがって、コイルアンテナ20が端末筐体60のほぼ中央に配置されていても、給電コイル10を通る磁束を端末筐体60の側端部SE方向に回すことができる。すなわち、送信時においては、給電コイル10からの磁束は側端部SE方向を周回し、また受信時においては、通信相手からの磁束は主にプリント配線板50を避けるように側端部SE方向を指向する。そのため、例えば側端部SE方向とは直交する方向に各種の電子部品71やバッテリーパック72などの金属体が配置されたときに、給電コイル10を通る磁束が金属体に衝突することが抑制される。したがって、通信距離の低下を避けることができる。
 なお、この通信端末装置203においては、端末筐体60内に配置されたプリント配線板50には、通信端末装置203を構成する各種電子部品71が表面実装部品として搭載されている。また、コイルアンテナ20の近傍にはバッテリーパック72が配置されている。コイルアンテナ20の第2主面側には、フェライトシート30がコイルアンテナ20の第2主面の全面に貼り付けられている。そのため、コイルアンテナ20の近傍に、グランド導体52以外の金属体(例えば、各種の電子部品71やバッテリーパック72)が配置されていたとしても、これらの金属体による渦電流損が生じにくい。また、同様の理由で、コイルアンテナ20の共振周波数の変動量も少ない。
 図11(A)は実施例4のアンテナ装置104の概略斜視図、図11(B)はアンテナ装置104の正面図である。実施例4のアンテナ装置104は、給電コイル10をコイルアンテナ20の巻回軸方向から平面視したとき、フェライトシート30と重ならない位置に配置されている。この場合であっても、給電コイル10は、フェライトシート30を含む平面に関し、コイルアンテナ20とは反対側に配置されているため、給電コイル10とコイルアンテナ20とはフェライトシート30を介して磁界結合する。すなわち、給電コイル10とコイルアンテナ20とは、フェライトシート30を透過してきた磁束によって磁界結合される。
 図12(A)は実施例5のアンテナ装置105Aの概略斜視図、図12(B)は実施例5のアンテナ装置105Bの概略斜視図、図12(C)はアンテナ装置105A,105Bの部分平面図である。実施例5のアンテナ装置105A,105Bでは、コイルアンテナ20の巻回軸方向から平面視したとき、コイルアンテナ20のコイル開口のほぼ中央部に、給電コイル10が配置されている。給電コイル10は、図12(A)に示すように、給電コイル10の巻回軸とコイルアンテナ20のコイル導体の巻回軸とがほぼ直交するように配置されていてもよいし、図12(B)に示すように、給電コイル10の巻回軸とコイルアンテナ20のコイル導体の巻回軸とがほぼ平行なように、さらには、両巻回軸が同一となるように配置されていてもよい。
 図13は実施例6のアンテナ装置を備えた通信端末装置206の部分平面図である。この通信端末装置206では、コイルアンテナ20およびフェライトシート30が、カメラモジュール73やスピーカ74を避けるように配置されている。
 このように、コイルアンテナ20やフェライトシート30は、他の実施例のように、矩形状の外形を有している必要は無く、凹部や凸部を有していても構わない。
 図14(A)は実施例7のアンテナ装置107の概略斜視図、図14(B)はアンテナ装置107の正面視図である。また、図15はアンテナ装置107を備える通信端末装置207と、通信相手側コイルアンテナとの角度関係を示す図である。
 このアンテナ装置107では、図14(A)、図14(B)に示すように、コイルアンテナ20は、第1の平面FS1とこの第1の平面FS1に連接した第2の平面FS2とを有する平面状のコイルである。フェライトシート30も同様に、第1の平面FS1と第2の平面FS2とを有し、コイルアンテナ20のコイル導体およびその開口面の全てを覆うように設けられている。そして、給電コイル10は、コイルアンテナ20およびフェライトシート30の第1の平面FS1と第2の平面FS2とで囲まれた領域に配置されている。第1の平面FS1は端末筐体60の主面とほぼ平行な面であり、第2の平面FS2は端末筐体60の先端FEの面に沿って折り曲げられている。
 このような構成であれば、図15(A)のように、端末筐体60の主面と通信相手側コイルアンテナ301のコイル開口面とがほぼ平行な場合、図15(B)のように、端末筐体60の主面と通信相手側コイルアンテナ301のコイル開口面とがほぼ45°の角度をなす場合、さらには、図15(C)のように、端末筐体60の主面と通信相手側コイルアンテナ301のコイル開口面とがほぼ直角である場合のいずれであっても、通信可能である。
 なお、この実施例においては第1の平面FS1と第2の平面FS2とのなす角がほぼ90°であるが、例えば120°のような鈍角であってもよいし、45°のような鋭角であってもよい。また、第1の平面FS1と第2の平面FS2とで所定の折れ曲がり角度なして構成する代わりに、第1の平面FS1と第2の平面FS2とを曲面によって接続しても良いし、第1の平面FS1と第2の平面FS2とに相当する部分を1つの曲面によって構成してもよい。
 図16は実施例8のアンテナ装置108の平面図、図16(B)はその部分平面図、図16(C)は図16(B)のC-C部分の断面図である。このアンテナ装置108は、コイルアンテナ20のコイル導体の巻回軸方向から平面視したとき、給電コイル10は、コイルアンテナ20のコイル導体22(22a,22b)の形成領域の外側に配置されている。但し、コイル導体22(22a,22b)の外縁端の一部に延設部22Eが形成されていて、給電コイル10はこの延設部22Eに重なる位置に給電コイル10が配置されている。フェライトシート30についても、延設部22Eに重なるように延設されている。
 給電コイル10がコイル導体22(22a,22b)の外側に配置されていると、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合度が小さくなりすぎることがあるが、この実施例のように、給電コイル10とオーバーラップするように、コイルアンテナ20の一部およびフェライトシート30の一部に延設部を設けることが好ましい。
 実施例9では、磁性体層の透磁率、厚みおよび通信距離との関係について示す。
 図17(A)は、フェライトシート30(磁性体層)の透磁率が高いとき、またはフェライトシート30の厚みが厚いときの、アンテナ装置の誘導磁界について示す図である。また、図17(B)は、フェライトシート30(磁性体層)の透磁率が低いとき、またはフェライトシート30の厚みが薄いときの、アンテナ装置の誘導磁界について示す図である。
 フェライトシート30(磁性体層)の比透磁率と厚みの積が大きいとき、図17(A)に示すように、通信相手からの磁束φaとコイルアンテナ20との磁界結合は大きくなるものの、コイルアンテナ20と給電コイル10との、磁束φbで示す磁界結合は小さくなる。その結果として通信可能最大距離は短い。
 逆の場合は、図17(B)に示すように、給電コイル10とコイルアンテナ20との、磁束φbで示す磁界結合は大きくなるものの、通信相手からの磁束φaはフェライトシート30を通過しやすくなり、グランド導体52と結合しやすくなる。その結果、グランド導体52に発生する渦電流が増大し、通信特性が劣化する。
 図18(A)はフェライトシート30の比透磁率(実部透磁率μ’)と厚みの積に対する通信最大距離の関係を示す図である。図18(B)はその数値表である。この結果を得た条件は次のとおりである。
[コイルアンテナ]
 外形40mm×40mm
 3ターン×両面
 線幅=1mm
 線間=1mm
[フェライトシート]
 サイズはコイルアンテナの外形と同じ
[通信相手のカード]
 ISO14443A規格の一般的なカード(80mm×50mm程度の大きさ)
 図18(A)、図18(B)に示すように、フェライトシート30の比透磁率と厚みの積が20未満であれば、通信可能最大距離:30mmを確保できる。通信可能最大距離:30mm以上の場合、アンテナ装置を端末筐体内部に配置し、端末筐体の厚みを介して通信する場合や、通信相手先との間に多少の隙間が発生した場合も安定した通信を行うことができる。
 実施例10では、コイルアンテナのコイル導体のパターンの最適化について示す。図19(A)はコイルアンテナ20の斜視図、図19(B)はその分解斜視図である。また、図20(A)はコイルアンテナ20の平面図、図20(B)はコイルアンテナ20の等価回路図である。
 コイルアンテナ20は、PET等の基材シート21の第1主面(上面)に第1コイル導体22aが形成され、第2主面(下面)第2コイル導体22bが形成されている。第1コイル導体22aの巻回方向と第2コイル導体22bの巻回方向は逆(透視状態では同一)であるので、等価回路は図20(B)に示すようになる。
 図20(B)において、インダクタL1,L2はコイル導体22a,22bに対応し、キャパシタC1はコイル導体22a,22bの主に外周端付近同士に生じる容量、キャパシタC2はコイル導体22a,22bの主に内周端付近同士に生じる容量である。ここで、コイル導体22a,22bの外周端付近の対向面積を大きくし、コイル導体22a,22bの内周端付近の対向面積を小さくすることで、C1>>C2≒0となるように設計すると、キャパシタC2部分はほぼオープンの状態となるため、C2付近の電極にはほとんど電流が流れない。すなわち電界が最大となる。逆に、キャパシタC2付近の電極から最も離れたキャパシタC1付近の電極が電流最大点となる。つまり、コイル導体22a,22bに流れる電流量は外側が多く、内側は少ないという分布になる。
 その結果、磁界発生領域がコイルアンテナ20の最も外側となり、このことは等価的なアンテナサイズが大きい、ということであるので、放射効率の良好なアンテナが得られる。
 実施例11では、コイルアンテナのコイル導体の別の2つのパターンについて示す。図21(A)、図21(B)はそれぞれコイルアンテナの平面図である。いずれの例も、コイル導体22a,22bの外側ほど容量が大きく、内側ほど容量が小さくなるようにしている。
 図21(A)の例では、コイル導体の線幅を次第に変えて容量を調整している。すなわち、コイル導体22aの線幅を同じにして、コイル導体22bの線幅を外周から内周に従って細くしている。図21(B)の例では、コイル導体22a,22bの対向部分の線幅をコイル外周から内周に従って細く(ずれ量を大きく)している。
 実施例12では、給電コイル10の一端とフェライトシートとの位置関係と通信可能最大距離との関係を示す。
 図22(A)はアンテナ装置の平面図および正面図、図22(B)はフェライトシート30の端部から給電コイル10の一端までの寸法Yと通信可能最大距離との関係を示す図である。この結果を得た条件は次のとおりである。
[コイルアンテナ]
 平面寸法:40mm×40mm
 厚み:50μm
 6ターン×両面
 線幅=1mm
 線間=0.5mm
[フェライトシート]
 平面寸法:40mm×40mm
 厚み:100μm
 比透磁率:約130
[プリント配線板]
 平面寸法:50mm×110mm
[給電コイル]
 平面寸法:5mm×5mm
 厚み:0.8μm
[フェライトシートとプリント配線板との間隔]
 1.2mm
 図22(B)に表れているように、フェライトシート30の端部から給電コイル10の一端までの寸法Yが0mm、35~40mmであるとき、最も良好な特性が得られる。
 Y=0mm,35mmは、給電コイル10の一端とフェライトシート30の端部とが接している状態、Y=40mmは給電コイル10の他端とフェライトシート30の端部とが接している状態である。
 図23はアンテナ装置の正面図である。図23(A)に示すように、給電コイル10の開口部がコイルアンテナ20の外形から出ているとき、給電コイル10からの磁束はコイルアンテナ20の外側を周回するので、コイルアンテナ20の開口部を鎖交するような分布となる。したがって、給電コイル10とコイルアンテナ20とをさらに強く結合させることができる。一方、図23(B)に示すように、給電コイル10の開口部がコイルアンテナ20の外形から出ていないとき、給電コイル10からの磁束はフェライトシート30の影響によって、コイルアンテナ20の開口部を鎖交しないような分布となる。このため、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合は上記よりもやや弱くなる。
 このように、コイルアンテナ20から平面視したとき、給電コイル10とコイルアンテナ20とが一部重なるように、そしてコイルアンテナ20の外形から給電コイル10の開口部(端部)がはみ出すように配置することによって、給電コイル10とコイルアンテナ20との結合が強くなり、コイルアンテナ20と給電コイル10との距離が大きくなっても安定した通信特性を得ることができる。
 なお、以上に示した各実施例では、「導体層」がプリント配線板のグランド導体である例を主に示したが、液晶パネル、電池パック、シールドケースといった導体板などを「導体層」として適用することも可能である。
 以上のように、本発明は、アンテナ装置および通信端末装置、特にHF帯のRFIDタグやリーダライタ等に利用されるアンテナ装置、およびこのアンテナ装置を備えた通信端末装置に利用でき、課金や物品管理を行うためのRFIDシステム等に有用である。
FE…先端
FS1…第1の平面
FS2…第2の平面
LF…裏面
TF…表面
SE…側端部
9…給電回路
10…給電コイル
11…磁性体コア
12…コイルパターン
20…コイルアンテナ
21…基材シート
22…コイル導体
22a…第1コイル導体
22b…第2コイル導体
22E…延設部
30…フェライトシート
40…接合材
50…プリント配線板
51…基材
52…グランド導体
60…端末筐体
71…電子部品
72…バッテリーパック
73…カメラモジュール
74…スピーカ
90…RFID用ICチップ
101~104…アンテナ装置
105A,105B…アンテナ装置
107,108…アンテナ装置
111a,111b…非磁性層
112a,112b…磁性層
121a,121b…面内導体
122a,122b…端面導体
123a,123b…入出力端子
201,203,206,207…通信端末装置
301…通信相手側コイルアンテナ

Claims (14)

  1.  給電回路に接続される給電コイルと、前記給電コイルに近接配置されたコイルアンテナと、を有するアンテナ装置であって、
     前記給電コイルと前記コイルアンテナとの間に、磁性体の比透磁率と厚み(単位はミリメートル)との積が20未満の磁性体層が設けられており、前記給電コイルと前記コイルアンテナとは、前記磁性体層を介して磁界結合されている、ことを特徴とするアンテナ装置。
  2.  前記コイルアンテナは通信相手側のアンテナに向く面である第1主面とこの第1主面の反対面である第2主面とを有する平面状のコイルであり、前記磁性体層は前記コイルアンテナの第2主面を覆うように設けられている、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3.  前記コイルアンテナは、第1主面に形成された平面状の第1コイル導体および第2主面に形成された平面状の第2コイル導体で構成されていて、
     前記第1コイル導体のインダクタンス、前記第2コイル導体のインダクタンス、および前記第1コイル導体と前記第2コイル導体との間に生じる容量によりLC並列共振回路が構成されていて、
     前記コイルアンテナの平面視で、前記第1コイル導体と前記第2コイル導体との対向面積は、第1コイル導体および第2コイル導体の外周端部付近で最も大きく、内周端部で最も小さい、請求項2に記載のアンテナ装置。
  4.  導体層を有し、前記磁性体層は前記コイルアンテナの前記第2主面と前記導体層との間に設けられている、請求項2または3に記載のアンテナ装置。
  5.  前記コイルアンテナの平面視で、前記給電コイルは、その少なくとも一部が前記磁性体層に重なるように配置されている、請求項1~4のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6.  前記給電コイルは、その巻回軸が前記コイルアンテナの巻回軸に対しほぼ直交するように配置されている、請求項1~5のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7.  前記コイルアンテナは、通信信号のキャリア周波数に実質的に相当する共振周波数を持つ共振回路である、請求項1~6のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8.  前記給電コイルと前記給電回路とで、通信信号のキャリア周波数に相当する周波数で共振する共振回路が構成されている、請求項1~7のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9.  前記コイルアンテナは、少なくとも第1の平面と前記第1の平面に連接した第2の平面とを有する平面状のコイルであり、前記給電コイルは、前記第1の平面と前記第2の平面とで囲まれた領域に配置されている、請求項1~8のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10.  前記磁性体層は、その厚みが300μm以下である、請求項1~9のいずれかに記載のアンテナ装置。
  11.  筐体と、前記筐体内に設けられた給電回路と、前記給電回路に接続された給電コイルと、前記給電コイルに近接配置されたコイルアンテナと、を有する通信端末装置であって、
     前記給電コイルと前記コイルアンテナとの間に磁性体層を備え、前記給電コイルと前記コイルアンテナとは、前記磁性体層を介して電磁界結合されている、ことを特徴とする通信端末装置。
  12.  前記給電コイルは、前記給電コイルの巻回軸が前記筐体の端面に対してほぼ垂直を向く状態で前記筐体内の端部近傍に配置されている、請求項11に記載の通信端末装置。
  13.  前記コイルアンテナは、少なくとも第1の平面と前記第1の平面に連接した第2の平面を有する平面状コイルであり、前記第1の平面は前記筐体の主面に対してほぼ平行であり、前記第2の平面は前記筐体の端部方向に折り曲げられている、請求項11または12に記載の通信端末装置。
  14.  前記コイルアンテナとで給電コイルを挟むように、前記給電コイルの巻回軸に沿って延びる導体層を備え、前記導体層は、平面視で、給電コイルを覆い且つ少なくとも一部が前記コイルアンテナのコイル導体の内周より内側に位置するように配置されている、請求項11~13のいずれかに記載の通信端末装置。
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