WO2013094667A1 - 磁性体アンテナ、アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a magnetic antenna, an antenna device, and an electronic device in which a coil conductor is wound around a magnetic layer.
- a coil conductor is wound around a magnetic layer so that the winding axis direction is orthogonal to the laminating direction, and the coil conductor is formed on the outermost layer of the magnetic layer in order to avoid contact with an external metal object.
- a magnetic antenna having a structure in which insulating layers are stacked is disclosed. According to this magnetic antenna, the conductive layer is provided in the insulating layer in order to prevent the characteristics of the magnetic antenna from changing and the resonance frequency from changing when approaching a metal object.
- an object of the present invention is to provide a magnetic antenna, an antenna device, and an electronic device that can realize space saving of a mounted device.
- a magnetic antenna according to the present invention is provided in a magnetic layer, a coil conductor wound around the magnetic layer, a dielectric layer laminated on an outer layer of the magnetic layer, and the dielectric layer, A conductor pattern connected to a ground potential, wherein the coil conductor has a winding axis parallel to the conductor pattern, and the conductor pattern is connected to the coil conductor along the outer layer of the magnetic layer. , At least partly facing each other and forming a stray capacitance.
- an LPF composed of an inductor component of the coil conductor and a capacitor component consisting of stray capacitance can be configured.
- a plurality of the conductor patterns may be formed on the dielectric layer.
- the capacitance value of the stray capacitance between the conductor pattern and the coil conductor can be adjusted by providing a plurality of conductor patterns.
- the magnetic antenna according to the present invention may have a configuration in which the dielectric layer includes a plurality of layers, and the plurality of conductor patterns are formed in different layers.
- the capacitance value of the stray capacitance between the coil conductor and the conductor pattern can be adjusted by adjusting the distance between the coil conductor and the conductor pattern.
- the magnetic layer may be composed of a plurality of layers.
- the magnetic layer may be formed of a laminate composed of a plurality of magnetic sheets.
- the conductor pattern is connected to the ground potential via the via conductor and the external connection pattern. For this reason, it is easy to form a lead line from the conductor pattern to the ground potential.
- an LPF composed of an inductor component of a coil conductor and a capacitor component due to the stray capacitance can be formed by forming a stray capacitance between the coil conductor and the conductor pattern.
- FIG. 3 is an exploded perspective view of the magnetic antenna according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a side sectional view of the magnetic antenna according to the first embodiment.
- FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the magnetic antenna according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a side cross-sectional view of a magnetic antenna according to a second embodiment. The figure which shows the modification of the magnetic body antenna shown in FIG. The figure which shows the modification of the magnetic body antenna shown in FIG.
- FIG. 6 is a perspective view of an antenna device according to a third embodiment.
- FIG. 5 is a plan view of an antenna device according to a third embodiment. The front view of the antenna device which concerns on Embodiment 3.
- FIG. 5 is a plan view of an antenna device according to a third embodiment. The front view of the antenna device which concerns on Embodiment 3.
- FIG. 6 is a side cross-sectional view of a mobile phone including the antenna device according to the third embodiment.
- FIG. 6 is a top perspective view of a mobile phone including the antenna device according to the third embodiment.
- FIG. 6 is a side cross-sectional view of a mobile phone according to a fourth embodiment.
- FIG. 6 is a top perspective view of a mobile phone according to a fourth embodiment.
- FIG. 1 is an exploded perspective view of a magnetic antenna according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a side sectional view of the magnetic antenna according to the first embodiment.
- the magnetic antenna 1 is formed by laminating a magnetic layer 10 and dielectric layers 20 and 30.
- Each of the magnetic layer 10 and the dielectric layers 20 and 30 has a rectangular parallelepiped shape having a longitudinal direction.
- the magnetic layer 10 is sandwiched between the dielectric layers 20 and 30.
- the stacking direction of the magnetic layer 10 and the dielectric layers 20 and 30 is the thickness direction of the magnetic antenna 1
- the dielectric layer 20 side is the upper side of the thickness direction
- the dielectric layer 30 side is the lower side.
- the direction orthogonal to the longitudinal direction and the thickness direction is defined as the width direction of the magnetic antenna 1.
- the magnetic layer 10 is formed by laminating a plurality of rectangular magnetic sheets having a longitudinal direction.
- the magnetic body contains, for example, a ferrite containing nickel, zinc, and copper and a ceramic material as main components.
- the magnetic layer 10 is formed with a spiral coil conductor pattern 11 wound along an upper surface and a lower surface (outer layer) and two parallel side surfaces along the longitudinal direction.
- the coil conductor pattern 11 has a winding axis parallel to the conductive pattern 31.
- the coil conductor pattern 11 is made of Ag, for example.
- the coil conductor pattern 11 on the upper surface and the lower surface is formed by printing and sintering a metal paste mainly composed of Ag on the surface of the magnetic material sheet.
- the coil conductor pattern 11 on the two side surfaces is formed, for example, by forming a via conductor penetrating the magnetic sheet and cutting the via conductor portion. The end of the coil conductor pattern 11 is located on the lower surface of the magnetic layer 10.
- the dielectric layer 20 and the dielectric layer 30 are mainly composed of a ceramic material, for example.
- the dielectric layer 20 is composed of a single layer and is disposed on the upper surface side of the magnetic layer 10.
- the dielectric layer 30 is laminated so that the conductive pattern 31 is sandwiched between a plurality of layers (a plurality of dielectric sheets), and is disposed on the lower surface side of the magnetic layer 10. Since the coil conductor pattern 11 is exposed and formed on the upper surface and the lower surface of the magnetic layer 10, the dielectric layers 20 and 30 laminated on the upper surface and the lower surface of the magnetic layer 10 are external to the coil conductor pattern 11. This prevents contact with conductors or dielectrics.
- the magnetic antenna 1 does not necessarily include the dielectric layer 20 provided on the upper surface of the magnetic layer 10.
- a conductive pattern 31 made of Ag is formed inside the dielectric layer 30.
- the conductive pattern 31 is opposed to at least a part of the coil conductor pattern 11 formed on the lower surface of the magnetic layer 10 with a gap therebetween, and forms a stray capacitance with the coil conductor pattern 11.
- the conductive pattern 31 is formed so as to face substantially all of the coil conductor pattern 11 formed on the lower surface of the magnetic layer 10.
- External connection patterns 32, 33, 34 for external connection are formed on the lower surface of the dielectric layer 30.
- the external connection pattern 32 is a ground connection terminal, and the external connection patterns 33 and 34 are connection terminals to other circuits (for example, signal amplification circuits).
- the external connection patterns 32, 33, and 34 are arranged in a non-contact manner.
- a via conductor 35 is formed along the thickness direction to conduct the conductive pattern 31 and the external connection pattern 32.
- the external connection pattern 32 is supplied with a ground potential, whereby the conductive pattern 31 is connected to the ground potential.
- via conductors 36 and 37 are formed along the thickness direction between the upper surface of the dielectric layer 30 and the external connection patterns 33 and 34.
- the upper ends of the via conductors 36 and 37 are exposed from the upper surface of the dielectric layer 30 and are electrically connected to both ends (both terminals of the coil antenna) of the coil conductor pattern 11 on the lower surface of the magnetic layer 10.
- the lower ends of the via conductors 36 and 37 are electrically connected to the external connection patterns 33 and 34. That is, the via conductors 36 and 37 are electrically connected to the coil conductor pattern 11 and the external connection patterns 33 and 34, and the external connection patterns 33 and 34 are connected to the input / output terminals of the coil antenna constituted by the coil conductor pattern 11. Become.
- FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the magnetic antenna 1 according to the first embodiment.
- Inductors L 1, L 2, L 3, L 4, L 5, and L 6 in FIG. 3 are inductor components configured by the coil conductor pattern 11.
- the capacitors C1, C2, C3, C4, and C5 are stray capacitances formed between the coil conductor pattern 11 and the conductive pattern 31.
- the conductive pattern 31 faces almost all the coil conductor patterns 11 formed on the lower surface of the magnetic layer 10. Accordingly, the formed stray capacitance (the total capacitance of the capacitors C1, C2, C3, C4, and C5) can be increased.
- the magnetic antenna 1 includes a multi-stage LC low-pass filter including inductors L1, L2, L3, L4, L5, and L6 connected in series and capacitors C1, C2, C3, C4, and C5 connected to the ground. Acts as For this reason, the magnetic antenna 1 can attenuate the harmonic components of the input signal (frequency components such as the second harmonic and the third harmonic of the fundamental wave), so that the harmonic components are radiated as noise. Can be prevented or suppressed. Therefore, it is possible to suppress noise from being transmitted to communication antennas of other systems (for example, UHF band). Since the magnetic antenna 1 according to the present embodiment can constitute a coil antenna and an LPF in one element, it is possible to save the space of a device or the like on which the magnetic antenna 1 is mounted.
- the inductor component of the coil conductor pattern 11 used as the coil antenna is used as the inductor component of the LPF, it is not necessary to separately provide an inductor, and the magnetic antenna 1 can be reduced in size and height. It becomes. Furthermore, the conductive pattern 31 can also function as a shield electrode on the lower surface side of the magnetic antenna 1. Therefore, interference from the outside can be prevented and a magnetic antenna having good characteristics can be obtained.
- the magnetic layer 10 is formed by laminating a plurality of magnetic sheets, but may be formed of a single magnetic sheet.
- Embodiment 2 of the present invention will be described.
- the magnetic antenna according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of conductive patterns that form stray capacitance with the coil conductor pattern 11 are formed on the dielectric layer 30.
- symbol is attached
- FIG. 4 is a side sectional view of the magnetic antenna according to the second embodiment.
- conductive patterns 311 and 312 are formed in the same layer.
- external connection patterns 321 and 322 are formed as ground connection terminals.
- the conductive patterns 311 and 312 and the external connection patterns 321 and 322 in the dielectric layer 30 include via conductors 351 and 352 that conduct the conductive patterns 311 and 312 and the external connection patterns 321 and 322 along the thickness direction. Is formed.
- the capacitance value of the stray capacitance can be changed.
- the pass band (frequency characteristics) in the LC low-pass filter can be adjusted.
- the magnetic antenna 1A constitutes a coil antenna and an LPF, it is possible to realize space saving of a device on which the magnetic antenna 1A is mounted.
- FIG. 5 and 6 are diagrams showing modifications of the magnetic antenna 1A shown in FIG.
- the conductive patterns 311 and 312 of the magnetic antenna 1 ⁇ / b> B shown in FIG. 5 may be formed in different layers in the dielectric layer 30.
- the conductive patterns 311 and 312 of the magnetic antenna 1C shown in FIG. 6 may be formed in different layers of the dielectric layer 30 so that the conductive patterns 311 and 312 partially overlap in the thickness direction.
- the conductive patterns 311 and 312 are conducted by one via conductor 351 and conducted to the external connection pattern 32. Therefore, it is only necessary to form one external connection pattern 32 as a ground connection terminal on the lower surface of the dielectric layer 30.
- the conductive patterns 311 and 312 are formed on different layers of the dielectric layer 30, thereby forming between the coil conductor pattern 11 and the conductive pattern 311.
- the capacitance value of the stray capacitance to be formed and the capacitance value of the stray capacitance formed between the coil conductor pattern 11 and the conductive pattern 312 can be changed. Thereby, the pass band (frequency characteristic) in the LC low-pass filter can be adjusted.
- the antenna device is used for a reader / writer used in an HF band RFID (Radio Frequency Identification) system such as NFC (Near Field Communication).
- HF band RFID Radio Frequency Identification
- NFC Near Field Communication
- the HF band RFID system is a system in which a reader / writer and an RFID tag communicate with each other in a non-contact manner, and information is transmitted between the reader / writer and the RFID tag using, for example, a 13.56 MHz band as a communication frequency.
- the antenna device of the reader / writer is coupled to the antenna device of the RFID tag mainly through an induction magnetic field, and transmits / receives predetermined information.
- FIG. 7 is a perspective view of the antenna device according to the third embodiment
- FIG. 8 is a plan view of the antenna device according to the third embodiment
- FIG. 9 is a front view of the antenna device according to the third embodiment.
- the antenna device 100 includes a coil antenna 101.
- the coil antenna 101 includes the magnetic antennas according to the first and second embodiments, and a coil conductor (coil conductor pattern 11) is wound around the magnetic core (magnetic body layer 10).
- a dielectric layer 30 is laminated below the magnetic layer 10.
- the coil antenna 101 according to the present embodiment is one that does not include the dielectric layer 20 described in the first and second embodiments.
- the antenna device 100 includes a base material 102 on which the coil antenna 101 is mounted, and a planar conductor 103 formed on the base material 102.
- the base material 102 is made of a flexible resin.
- the planar conductor 103 is made of a metal film such as copper, silver, or aluminum or a metal foil.
- the coil antenna 101 and the planar conductor 103 are arranged so that the coil opening of the coil conductor of the coil antenna 101 is adjacent (close) to the edge of the planar conductor 103. Further, as shown in FIG. 8, the coil antenna 101 is arranged so that at least a part of the coil conductor pattern 11 and the end portion of the planar conductor 103 overlap with each other when viewed from the normal direction of the planar conductor 103.
- the distance from the end surface of the magnetic core (magnetic layer 10) located inside the planar conductor 103 to the edge of the planar conductor 103 is d2, and the planar conductor in the winding region of the coil conductor (coil conductor pattern 11).
- d1 the distance from the end portion on the 103 side to the edge of the planar conductor 103 is d1
- d1 is small or d2 is large, the degree of coupling between the coil conductor and the planar conductor 103 increases, that is, the induced current increases, and as a result, the magnetic flux from the planar conductor 103 increases.
- FIG. 10 is a perspective view showing respective directions of the current flowing through the coil conductor of the coil antenna 101 of the antenna device 100, the current flowing through the planar conductor 103, the magnetic field by the coil antenna 101, and the magnetic field by the planar conductor 103.
- the planar conductor 103 functions as a booster antenna and can generate a magnetic field larger than the magnetic field generated by the coil antenna 101 alone.
- the coil antenna 101 does not necessarily have to overlap with the planar conductor 103, and may be disposed close to each other so as to induce a current between the planar conductor and the coil conductor.
- the antenna device 100 can reduce the radiated harmonic noise without providing a separate LPF. In this way, it is not necessary to secure an extra space for installing the LPF.
- the electronic device is a mobile phone.
- FIG. 11A is a side sectional view of a mobile phone including the antenna device 100 according to the third embodiment
- FIG. 11B is a top perspective view of the mobile phone.
- the mobile phone 110 includes a base material 102 on which the above-described coil antenna 101 is mounted and a battery 108.
- the base material 102 is a printed wiring board, and an RFID IC chip 107 and a UHF band communication antenna 109 are further mounted on the mounting surface of the base material 102.
- the coil antenna 101 is connected to the RFID IC chip 107 and functions as an antenna of the RFID IC chip 107.
- a plurality of electronic components 104 that are other components of the mobile phone 110 are mounted on both mounting surfaces of the base material 102.
- the electronic component 104 is, for example, a chip capacitor, a chip coil, a resistor, or an IC chip.
- a ground conductor pattern 106 is formed on the inner layer of the substrate 102.
- the ground conductor pattern 106 replaces the planar conductor 103 described with reference to FIG. Specifically, when a current flows through the coil antenna 101, a current is induced in the ground conductor pattern 106 in the arrow direction shown in FIG. 11B by an electromagnetic field generated by the current. As a result, a magnetic field in the direction of arrow A is generated on the coil antenna 101, and a magnetic field in the vertical direction (upper surface direction in FIG. 11A) is generated on the ground conductor pattern 106. The reverse phenomenon occurs when magnetic flux enters from an RFID tag on the communication partner side.
- the ground conductor pattern 106 is used as the radiation plate without providing the planar conductor 103, so that it is not necessary to separately provide a planar conductor. Further, since the harmonics output from the RFID IC chip 107 are removed by the magnetic antenna 1, the influence on the communication antenna 109 or other peripheral devices can be prevented.
- the fourth embodiment is a modification of the mobile phone described in the third embodiment, in which the mobile phone includes a booster antenna and the antenna device uses the booster antenna.
- 12A is a side sectional view of the mobile phone according to Embodiment 4, and
- FIG. 12B is a top perspective view of the mobile phone.
- the mobile phone 110 ⁇ / b> A includes the base material 102 and the battery 108, similarly to the mobile phone 110 according to the third embodiment.
- a UHF band communication antenna 109 and an RFID IC chip 107 are mounted on the base material 102.
- the cellular phone 110A includes a housing having a resin thin plate-like base material (plate-like base material) as a base body, and a booster antenna 111 is provided along the inside of the housing.
- the booster antenna 111 is attached to the inside of the housing with, for example, an adhesive.
- the booster antenna 111 has a coil conductor having a winding axis in the normal direction (direction perpendicular to the main surface) of the main surface of the thin plate-like substrate 112.
- coil conductors 111A and 111B are formed on the upper and lower surfaces of the thin plate-like substrate 112 so as to face each other.
- Each of the coil conductors 111A and 111B has a rectangular spiral shape, and the winding direction from the outer periphery to the inner periphery of the coil conductor 111A on the upper surface is the same as the winding direction from the inner periphery to the outer periphery of the coil conductor 111B on the lower surface. It is.
- the coil antenna 101 is magnetically coupled to the booster antenna 111. That is, a high-frequency signal is transmitted from the coil antenna 101 to the booster antenna 111 (or from the booster antenna 111 to the coil antenna 101) in a non-contact manner through magnetic field coupling.
- the booster antenna 111 is sufficiently larger than the coil antenna 101 and can easily communicate with the communication partner antenna. Accordingly, communication with the communication partner antenna is mainly performed by the booster antenna 111.
- the coil antenna 101 is disposed close to the coil conductor of the booster antenna 111 in a state where the winding axis of the coil conductor is substantially orthogonal to the winding axis of the coil conductor of the booster antenna 111.
- FIG. 13A and FIG. 13B are equivalent circuit diagrams of a circuit composed of the booster antenna 111 and the coil antenna 101.
- inductors La and Lb represent the inductances of the coil conductors 111A and 111B shown in FIG. 13 by symbols
- capacitors C1 and C2 are capacitances generated between both ends of the coil conductors 111A and 111B (using capacitive elements). It may be formed, or it may be a stray capacitance generated in the opposing portion of the coil conductors 111A and 111B).
- the inductors La and Lb and the capacitors C1 and C2 constitute an LC resonance circuit.
- the coupling between the inductor L of the coil antenna 101 and the inductors La and Lb is represented by the symbol M.
- the structure which directly connects the end of coil conductor 111A, 111B with a via conductor etc. may be sufficient.
- the mobile phone 110A including the reader / writer used in the HF band RFID system can be realized by using the magnetic antenna of the present invention. Further, since the harmonics output from the RFID IC chip 107 are removed by the magnetic antenna 1, the influence on the communication antenna 109 or other peripheral devices can be prevented.
- the specific configuration of the magnetic antenna can be changed as appropriate, and the actions and effects described in the above-described embodiment are merely a list of the most preferable actions and effects resulting from the present invention.
- the actions and effects of the invention are not limited to those described in the above embodiment.
- Electrode 1 1-magnetic antenna 10-magnetic material layer 11-coil conductor patterns 20, 30-dielectric layer 31-conductive patterns 32, 33, 34-patterns for external connection 35, 36, 37-via conductor 100-antenna device 101- Coil antenna 102-base material 103-plane conductor 110, 110A-mobile phone
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Abstract
磁性体アンテナ(1)は、複数の磁性体が積層された磁性体層(10)と、磁性体層(10)の積層方向の直交方向に巻回軸方向を一致させて、磁性体層(10)に巻回されたコイル導体パターン(11)と、磁性体層(10)の外層に積層された誘電体層(30)と、誘電体層(30)に設けられ、グランド接続される導電パターン(31)とを備える。導電パターン(31)は、磁性体層(10)の外層に沿ったコイル導体パターン(11)に対し、少なくとも一部が対向して、浮遊容量を構成する。これにより、実装する機器の省スペース化を実現することができる磁性体アンテナ、アンテナ装置及び電子機器を提供する。
Description
本発明は、磁性体層にコイル導体が巻回されてなる磁性体アンテナ、アンテナ装置及び電子機器に関する。
特許文献1には、巻回軸方向が積層方向と直交するように磁性層にコイル導体を巻線し、コイル導体が外部の金属物に接触することを避けるために、磁性層の最外層に絶縁層を積層した構成の磁性体アンテナが開示されている。この磁性体アンテナによれば、金属物に近づけた際に、磁性体アンテナの特性が変化し、共振周波数が変化することを防止するために、絶縁層に導電層を設けている。
ところで、アンテナをHF帯で用いる場合には、アンテナには高調波成分を遮断するローパスフィルタ(LPF)を接続する必要があり、実装する基板上にはLPFの設置スペースを確保する必要がある。特許文献1に記載されたような磁性体アンテナでは、磁性体アンテナの設置スペースを小さくすることはできても、LPFの設置スペースをさらに確保する必要がある。このため、特許文献1では、磁性体アンテナを実装した機器の小型化を実現することは難しいといった問題がある。
そこで、本発明の目的は、実装する機器の省スペース化を実現することができる磁性体アンテナ、アンテナ装置及び電子機器を提供することにある。
本発明に係る磁性体アンテナは、磁性体層と、前記磁性体層に巻回されたコイル導体と、前記磁性体層の外層に積層された誘電体層と、前記誘電体層に設けられ、グランド電位に接続される導体パターンと、を備え、前記コイル導体は、前記導体パターンと平行な巻回軸を有し、前記導体パターンは、前記磁性体層の外層に沿った前記コイル導体に対し、少なくとも一部が対向し、浮遊容量を形成していることを特徴とする。
この構成では、コイル導体と導体パターンとの間に浮遊容量が形成されることで、コイル導体のインダクタ成分と浮遊容量からなるキャパシタ成分とからなるLPFを構成することができる。これにより、LPFを備えた磁性体アンテナを構成できるため、LPFを設置するスペースを確保する必要がない。そのため、省スペース化を実現できる。
本発明に係る磁性体アンテナにおいて、前記導体パターンは前記誘電体層に複数形成されている構成でもよい。
この構成では、導体パターンを複数設けることで、導体パターンとコイル導体との間の浮遊容量の容量値を調整することができる。
本発明に係る磁性体アンテナは、前記誘電体層は複数の層からなり、複数の前記導体パターンはそれぞれ異なる層に形成されている構成でもよい。
この構成では、コイル導体と導体パターンとの間の距離を調整することで、コイル導体と導体パターンとの間の浮遊容量の容量値を調整することができる。
前記磁性体層は複数層からなる構成でもよい。
このように、磁性体層は複数層の磁性体シートからなる積層体によって構成してもよい。
前記誘電体層の表面に形成され、前記グランド電位に接続されている外部接続用パターンと、前記誘電体層に形成され、前記導体パターンおよび前記外部接続用パターンを導通するビア導体と、を備える構成でもよい。
この構成では、導体パターンはビア導体および外部接続用パターンを介してグランド電位に接続されている。このため、導体パターンからグランド電位への引き回し線路の形成が容易となる。
本発明によれば、コイル導体と導体パターンとの間に浮遊容量が形成されることで、コイル導体のインダクタ成分と浮遊容量によるキャパシタ成分とからなるLPFを構成することができる。これにより、LPFを備えた磁性体アンテナを構成できるため、LPFを設置するスペースを確保する必要がない。そのため、省スペース化を実現できる。
(実施形態1)
図1は実施形態1に係る磁性体アンテナの分解斜視図である。図2は実施形態1に係る磁性体アンテナの側面断面図である。
図1は実施形態1に係る磁性体アンテナの分解斜視図である。図2は実施形態1に係る磁性体アンテナの側面断面図である。
磁性体アンテナ1は、磁性体層10及び誘電体層20,30が積層されて形成されている。磁性体層10及び誘電体層20,30は、何れも長手方向を有する直方体形状である。磁性体層10は、誘電体層20,30に挟まれている。以下では、磁性体層10及び誘電体層20,30の積層方向を磁性体アンテナ1の厚み方向とし、誘電体層20側を厚み方向の上側とし、誘電体層30側を下側とする。また、長手方向及び厚み方向に直交する方向を磁性体アンテナ1の幅方向とする。
磁性体層10は、長手方向を有する長方形状の磁性体シートが複数積層されている。磁性体は、例えば、ニッケル、亜鉛、及び銅を含むフェライトとセラミック材料とを主成分とする。磁性体層10には、上面及び下面(外層)と、長手方向に沿った平行な二側面とに沿って巻回されるスパイラル状のコイル導体パターン11が形成されている。コイル導体パターン11は、導電パターン31と平行な巻回軸を有する。コイル導体パターン11は、例えばAgからなる。具体的には、上面および下面におけるコイル導体パターン11は、磁性体シート表面にAgを主成分とする金属ペーストを印刷、焼結して形成される。また、二側面におけるコイル導体パターン11は、例えば、磁性体シートを貫通するビア導体を形成し、このビア導体部分で切断することで形成される。このコイル導体パターン11の端部は磁性体層10の下面に位置している。
誘電体層20及び誘電体層30は、例えば、セラミック材料を主成分とする。誘電体層20は、一層からなり磁性体層10の上面側に配置されている。誘電体層30は複数層(複数の誘電体シート)で導電パターン31を挟むように積層され、磁性体層10の下面側に配置されている。磁性体層10の上面及び下面にはコイル導体パターン11が露出して形成されているため、磁性体層10の上面及び下面に積層された誘電体層20,30は、コイル導体パターン11が外部の導体又は誘電体などと接触することを防止している。なお、本発明では、磁性体アンテナ1は磁性体層10の上面に設けられた誘電体層20を必ずしも備えなくてもよい。
誘電体層30の内部にはAgからなる導電パターン31が形成されている。導電パターン31は、磁性体層10の下面に形成されたコイル導体パターン11の少なくとも一部と間隙を挟んで対向していて、コイル導体パターン11との間で浮遊容量を形成する。本実施形態では、導電パターン31は、磁性体層10の下面に形成されたコイル導体パターン11の略全てと対向するように形成されている。
誘電体層30の下面には、外部接続用の外部接続用パターン32,33,34が形成されている。外部接続用パターン32はグランド接続端子であって、外部接続用パターン33,34は他回路(例えば信号増幅回路)への接続端子である。外部接続用パターン32,33,34は、それぞれが非接触に配列されている。
誘電体層30における導電パターン31及び外部接続用パターン32の間には、厚み方向に沿って形成され、導電パターン31及び外部接続用パターン32を導通するビア導体35が形成されている。外部接続用パターン32はグランド電位が与えられ、これにより、導電パターン31はグランド電位に接続される。
また、誘電体層30の上面及び外部接続用パターン33,34の間には、ビア導体36,37が厚み方向に沿って形成されている。ビア導体36,37それぞれの上端は、誘電体層30の上面から露出して磁性体層10の下面にあるコイル導体パターン11の両端部(コイルアンテナの両端子)それぞれと導通している。また、ビア導体36,37それぞれの下端は、外部接続用パターン33,34に導通している。すなわち、ビア導体36,37は、コイル導体パターン11と外部接続用パターン33,34とを導通し、外部接続用パターン33,34は、コイル導体パターン11により構成されるコイルアンテナの入出力端子となる。
図3は、実施形態1に係る磁性体アンテナ1の等価回路図である。図3のインダクタL1,L2,L3,L4,L5,L6はコイル導体パターン11により構成されるインダクタ成分である。キャパシタC1,C2,C3,C4,C5はコイル導体パターン11及び導電パターン31の間に形成される浮遊容量である。本実施形態では、導電パターン31は、磁性体層10の下面に形成された略全てのコイル導体パターン11と対向している。従って、形成される浮遊容量(キャパシタC1,C2,C3,C4,C5の総容量)を大きくすることができる。
図3に示すように、磁性体アンテナ1は、直列接続されたインダクタL1,L2,L3,L4,L5,L6及びグランド接続されたキャパシタC1,C2,C3,C4,C5による多段のLCローパスフィルタとして作用する。このため、磁性体アンテナ1は入力される信号の高調波成分(基本波の2倍波、3倍波などの周波数成分)を減衰させることができるため、高調波成分がノイズとなって放射されることを防止もしくは抑制できる。従って、他のシステム(例えばUHF帯)の通信アンテナ等にノイズが伝わることを抑制できる。そして、本実施形態に係る磁性体アンテナ1は、一つの素子にコイルアンテナ及びLPFを構成することができるため、磁性体アンテナ1を実装する機器などの省スペース化を図ることができる。
また、コイルアンテナとして用いられるコイル導体パターン11のインダクタ成分をLPFのインダクタ成分として用いていることから、インダクタを別途設ける必要がなく、磁性体アンテナ1の小型化、低背化を図ることも可能となる。さらに、導電パターン31は、磁性体アンテナ1の下面側におけるシールド電極としても機能させることができる。従って、外部からの干渉を防ぎ、特性のよい磁性体アンテナを得ることができる。なお、本実施形態では、磁性体層10は磁性体シートが複数積層されているとしているが、一層の磁性体シートで構成されていてもよい。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。実施形態2に係る磁性体アンテナは、コイル導体パターン11との間で浮遊容量を形成する導電パターンが、誘電体層30に複数形成されている点で実施形態1と相違する。以下、その相違点について説明し、実施形態1と同様の部材については同じ符号を付して、説明は省略する。
次に、本発明の実施形態2について説明する。実施形態2に係る磁性体アンテナは、コイル導体パターン11との間で浮遊容量を形成する導電パターンが、誘電体層30に複数形成されている点で実施形態1と相違する。以下、その相違点について説明し、実施形態1と同様の部材については同じ符号を付して、説明は省略する。
図4は、実施形態2に係る磁性体アンテナの側面断面図である。
磁性体アンテナ1Aの誘電体層30には、同一層に導電パターン311,312が形成されている。誘電体層30の下面には、グランド接続端子としての外部接続用パターン321,322が形成されている。そして、誘電体層30における導電パターン311,312及び外部接続用パターン321,322には、導電パターン311,312及び外部接続用パターン321,322を導通するビア導体351,352が厚み方向に沿って形成されている。
以上のように、コイル導体パターン11との間で浮遊容量を形成する複数の導電パターンを形成し、導電パターン311,312に対向させるコイル導体パターン11の数を変えることで、浮遊容量の容量値を変更することができる。この結果、LCローパスフィルタにおける通過帯域(周波数特性)を調整することができる。また、磁性体アンテナ1Aは、コイルアンテナ及びLPFを構成しているため、磁性体アンテナ1Aを実装する機器などの省スペース化を実現できる。
さらに、実施形態2に係る磁性体アンテナ1の変形例を説明する。
図5及び図6は、図4に示す磁性体アンテナ1Aの変形例を示す図である。図5に示す磁性体アンテナ1Bの導電パターン311,312は、誘電体層30における異なる層に形成されていてもよい。また、図6に示す磁性体アンテナ1Cの導電パターン311,312を誘電体層30の異なる層に形成し、導電パターン311,312の一部が厚み方向に重なるようにしてもよい。この図6の構成の場合、一つのビア導体351により導電パターン311,312を導通し、外部接続用パターン32に導通している。このため、誘電体層30の下面には、グランド接続端子としての外部接続用パターン32を一つ形成するだけでよくなる。
図5および図6に示す磁性体アンテナ1B,1Cによれば、導電パターン311,312を誘電体層30のそれぞれ異なる層に形成することで、コイル導体パターン11と導電パターン311との間で形成する浮遊容量の容量値と、コイル導体パターン11と導電パターン312との間で形成する浮遊容量の容量値とを変化させることができる。これにより、LCローパスフィルタにおける通過帯域(周波数特性)を調整することができる。また、図5及び図6に示す構成であっても、磁性体アンテナ1を実装する機器などの省スペース化を実現でき、磁性体アンテナ1の周波数特性を調整することができる。
(実施形態3)
実施形態3では、実施形態1,2に係る磁性体アンテナ1を備えたアンテナ装置について説明する。
実施形態3では、実施形態1,2に係る磁性体アンテナ1を備えたアンテナ装置について説明する。
本実施形態に係るアンテナ装置は、例えば、NFC(Near Fieldcommunication)などのHF帯RFID(Radio Frequency Identification)システムで利用されるリーダライタに用いられる。HF帯RFIDシステムとは、リーダライタとRFIDタグとを非接触方式で通信させ、リーダライタとRFIDタグとの間で、例えば13.56MHz帯を通信周波数として情報を伝達するシステムである。リーダライタのアンテナ装置は、RFIDタグのアンテナ装置と主に誘導磁界を介して結合し、所定の情報を送受する。
図7は実施形態3に係るアンテナ装置の斜視図、図8は実施形態3に係るアンテナ装置の平面図、図9は実施形態3に係るアンテナ装置の正面図である。
アンテナ装置100はコイルアンテナ101を備えている。コイルアンテナ101は、実施形態1,2に係る磁性体アンテナで構成されていて、磁性体コア(磁性体層10)の周囲にコイル導体(コイル導体パターン11)が巻回されている。磁性体層10の下方には誘電体層30が積層されている。なお、本実施形態に係るコイルアンテナ101は、実施形態1,2で説明した誘電体層20を備えていないものを用いている。
アンテナ装置100は、コイルアンテナ101を実装する基材102と、基材102に形成された平面導体103とを備えている。基材102は可撓性樹脂にて構成されている。平面導体103は、銅、銀、アルミニウム等の金属膜あるいは金属箔によって構成されている。
コイルアンテナ101及び平面導体103は、コイルアンテナ101のコイル導体のコイル開口部が平面導体103の縁端部に隣接(近接)する位置関係となるよう配置されている。また、コイルアンテナ101は、図8に示すように、平面導体103の法線方向から見て、コイル導体パターン11の少なくとも一部と平面導体103の端部とが重なるように配置されている。
ここで、平面導体103の内側に位置する磁性体コア(磁性体層10)の端面から平面導体103の縁端までの距離をd2、コイル導体(コイル導体パターン11)の巻回領域の平面導体103側の端部から平面導体103の縁端までの距離をd1とした場合、0<d2であることが好ましい。d1が小さいと、又はd2が大きいと、コイル導体と平面導体103との結合度が高くなり、つまり誘導電流が増大し、その結果、平面導体103からの磁束が大きくなる、という効果を奏する。
図10は、アンテナ装置100のコイルアンテナ101のコイル導体に流れる電流、平面導体103に流れる電流、コイルアンテナ101による磁界、平面導体103による磁界のそれぞれの向きを示す斜視図である。コイルアンテナ101に不図示の給電回路から電流が供給されてコイル導体に電流aが流れると、この電流aによって生じた電磁界により、平面導体103には電流bが誘起される。その結果、コイルアンテナ101に矢印A方向の磁界が生じ、平面導体103に矢印B方向の磁界が生じる。通信相手側であるRFIDタグから磁束が入る場合は、この逆の現象が生じる。つまり、平面導体103はブースターアンテナとして機能し、コイルアンテナ101単体で生じる磁界よりも大きな磁界を発生させることができる。なお、コイルアンテナ101は必ずしも平面導体103と重なる部分がなくてもよく、平面導体とコイル導体間との間に電流が誘起されるように近接配置されていればよい。
このブースターアンテナとして機能するアンテナ装置100に本発明の磁性体アンテナを用いることで、アンテナ装置100は、別途LPFを設けることなく、放射される高調波ノイズを低減させることができる。このように、LPFを設置するためのスペースを余分に確保する必要がなくなる。
以下、実施形態3に係るアンテナ装置100を備える電子機器の具体例に説明する。本実施形態では、電子機器を携帯電話機とする。図11Aは、実施形態3に係るアンテナ装置100を備えた携帯電話機の側面断面図、図11Bは携帯電話機の上面透視図である。
携帯電話機110は、上述のコイルアンテナ101を実装する基材102及びバッテリー108を備えている。基材102はプリント配線基板であって、基材102の実装面には、RFID用ICチップ107及びUHF帯の通信アンテナ109がさらに実装されている。コイルアンテナ101はRFID用ICチップ107に接続され、RFID用ICチップ107のアンテナとして機能する。さらに、携帯電話機110の他の構成部品となる複数の電子部品104が基材102の両実装面に実装されている。電子部品104は例えばチップコンデンサ、チップコイル、抵抗器又はICチップ等である。また、基材102の内層にはグランド導体パターン106が形成されている。グランド導体パターン106は、図7等で説明した平面導体103の代わりとなる。具体的には、コイルアンテナ101に電流が流れると、この電流によって生じた電磁界により、グランド導体パターン106には、図11Bに示す矢印方向に電流が誘起される。その結果、コイルアンテナ101に矢印A方向の磁界が生じ、グランド導体パターン106に垂直方向(図11Aにおいて紙面上面方向)の磁界が生じる。通信相手側であるRFIDタグから磁束が入る場合は、この逆の現象が生じる。
このように、平面導体103を設けずに、グランド導体パターン106が放射板として利用することで、別途平面導体を設ける必要がない。また、RFID用ICチップ107から出力される高調波が磁性体アンテナ1によって除去されるため、通信アンテナ109又は他の周辺機器への影響を防止できる。
(実施形態4)
実施形態4では、実施形態3で説明した携帯電話機の変形例であって、携帯電話機がブースターアンテナを備え、アンテナ装置がブースターアンテナを利用する構成である。図12Aは実施形態4に係る携帯電話機の側面断面図、図12Bは携帯電話機の上面透視図である。
実施形態4では、実施形態3で説明した携帯電話機の変形例であって、携帯電話機がブースターアンテナを備え、アンテナ装置がブースターアンテナを利用する構成である。図12Aは実施形態4に係る携帯電話機の側面断面図、図12Bは携帯電話機の上面透視図である。
携帯電話機110Aは、実施形態3に係る携帯電話機110と同様に、基材102及びバッテリー108を備えている。基材102には、コイルアンテナ101の他に、UHF帯の通信アンテナ109及びRFID用ICチップ107が実装されている。
また、携帯電話機110Aは樹脂製の薄板状基材(板状基材)を素体とする筐体を備え、その筐体内側に沿ってブースターアンテナ111が設けられている。ブースターアンテナ111は、例えば接着剤等により筐体内側に取り付けられる。ブースターアンテナ111は、薄板状基材112の主面の法線方向(主面と垂直な方向)を巻回軸とするコイル導体を有している。ブースターアンテナ111は、薄板状基材112の上下面にコイル導体111A,111Bが互いに対向して形成されている。コイル導体111A,111Bはいずれも矩形の渦巻き状であり、上面のコイル導体111Aの外周から内周への巻回方向と、下面のコイル導体111Bの内周から外周への巻回方向とは同じである。
コイルアンテナ101は、ブースターアンテナ111に対して磁界結合する。つまり、コイルアンテナ101からブースターアンテナ111(またはブースターアンテナ111からコイルアンテナ101)には、磁界結合を介し、非接触で高周波信号が伝達される。ブースターアンテナ111はコイルアンテナ101に比べて十分に大きく、通信相手側アンテナとの通信が行いやすい。従って、通信相手側アンテナとの通信は、主にブースターアンテナ111が担う。コイルアンテナ101は、そのコイル導体の巻回軸がブースターアンテナ111のコイル導体の巻回軸とほぼ直交する状態でブースターアンテナ111のコイル導体に近接配置されている。
図13Aおよび図13Bは、ブースターアンテナ111とコイルアンテナ101とで構成される回路の等価回路図である。図13Aにおいて、インダクタLa,Lbは図13に示したコイル導体111A,111Bによるインダクタンスを記号で表したもの、キャパシタC1,C2はコイル導体111A,111Bの両端間に生じる容量(容量素子を用いて形成されるものであってもよいし、コイル導体111A,111Bの対向部分に生じる浮遊容量であってもよい)である。このインダクタLa,LbとキャパシタC1,C2とでLC共振回路が構成される。コイルアンテナ101のインダクタLとインダクタLa,Lbとの結合を記号Mで表している。なお、図13Bに示すように、コイル導体111A,111Bの一端をビア導体等で直接接続する構成であってもよい。
以上のように、本発明の磁性体アンテナを用いて、HF帯RFIDシステムで利用されるリーダライタを備えた携帯電話機110Aを実現できる。また、RFID用ICチップ107から出力される高調波が磁性体アンテナ1によって除去されるため、通信アンテナ109又は他の周辺機器への影響を防止できる。
なお、磁性体アンテナの具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
1-磁性体アンテナ
10-磁性体層
11-コイル導体パターン
20,30-誘電体層
31-導電パターン
32,33,34-外部接続用パターン
35,36,37-ビア導体
100-アンテナ装置
101-コイルアンテナ
102-基材
103-平面導体
110,110A-携帯電話機
10-磁性体層
11-コイル導体パターン
20,30-誘電体層
31-導電パターン
32,33,34-外部接続用パターン
35,36,37-ビア導体
100-アンテナ装置
101-コイルアンテナ
102-基材
103-平面導体
110,110A-携帯電話機
Claims (7)
- 磁性体層と、
前記磁性体層に巻回されたコイル導体と、
前記磁性体層の外層に積層された誘電体層と、
前記誘電体層に設けられ、グランド電位に接続される導体パターンと、
を備え、
前記コイル導体は、前記導体パターンと平行な巻回軸を有し、
前記導体パターンは、前記磁性体層の外層に前記コイル導体に対し、少なくとも一部が対向し、浮遊容量を形成している、
磁性体アンテナ。 - 前記導体パターンは前記誘電体層に沿って複数形成されている、請求項1に記載の磁性体アンテナ。
- 前記誘電体層は複数の層からなり、複数の前記導体パターンはそれぞれ異なる層に形成されている、
請求項2に記載の磁性体アンテナ。 - 前記磁性体層は複数層からなる、請求項1から3の何れかに記載の磁性体アンテナ。
- 前記誘電体層の表面に形成され、前記グランド電位に接続されている外部接続用パターンと、
前記誘電体層に形成され、前記導体パターンおよび前記外部接続用パターンを導通するビア導体と、
を備える請求項1から4の何れかに記載の磁性体アンテナ。 - 請求項1から5の何れかに記載の磁性体アンテナと、
前記磁性体アンテナに近接配置され、ブースターアンテナとして機能する平面導体と、
を備えたアンテナ装置。 - 請求項1から5の何れかに記載の磁性体アンテナを内部に有する筐体と、
前記筐体に設けられた平面導体と
を備えた電子機器であって、
前記磁性体アンテナに近接配置した前記平面導体を前記磁性体アンテナのブースターアンテナとして用いる、
電子機器。
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