WO2015147132A1 - アンテナ装置および通信機器 - Google Patents

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WO2015147132A1
WO2015147132A1 PCT/JP2015/059304 JP2015059304W WO2015147132A1 WO 2015147132 A1 WO2015147132 A1 WO 2015147132A1 JP 2015059304 W JP2015059304 W JP 2015059304W WO 2015147132 A1 WO2015147132 A1 WO 2015147132A1
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antenna
feeding
feeding coil
antenna device
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PCT/JP2015/059304
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天野信之
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an antenna device used in a near field communication (NFC: Near Field Communication) system and the like, and a communication device including the antenna device.
  • NFC Near Field Communication
  • Patent Document 1 discloses an antenna device including a feeding coil connected to a feeding circuit and a booster coil antenna coupled to the feeding coil.
  • the feeding coil described in Patent Document 1 includes a first coil antenna and a second coil antenna, and the first coil antenna has a winding axis direction orthogonal to a winding axis direction of the booster coil antenna,
  • the two-coil antennas are arranged so that their winding axes are parallel to the winding axis of the booster coil antenna.
  • both the first coil antenna and the second coil antenna are coupled only to the magnetic field around the corner of the booster coil antenna. Therefore, the degree of coupling between the feeding coil and the booster coil antenna (coil antenna) is small.
  • An object of the present invention is to provide an antenna device and a communication device that have improved communication performance by increasing the degree of coupling between a feeding coil and a coil antenna.
  • the antenna device of the present invention A power supply coil connected to the power supply circuit, and a coil antenna electromagnetically coupled to the power supply coil;
  • the feeding coil is composed of a first feeding coil and a second feeding coil connected to the first feeding coil,
  • the second feeding coil has a coil opening extending in a planar shape,
  • the coil antenna has a coil opening extending in a plane along the same or parallel plane as the coil opening of the second feeding coil, In plan view, the center of gravity of the coil antenna is located within the coil opening of the second feeding coil, The winding axis direction of the first feeding coil intersects with the winding axis direction of the coil antenna.
  • the first feeding coil picks up the magnetic flux in the surface direction (lateral direction) of the coil antenna
  • the second feeding coil picks up the magnetic flux in the vertical direction (longitudinal direction) on the surface.
  • the degree of coupling between the second feeding coil and the coil antenna is high, and the degree of coupling between the feeding coil (first feeding coil and second feeding coil) and the coil antenna is high, high communication performance can be obtained.
  • the said 1st electric power feeding coil is comprised by the some 1st electric power feeding coil part. As a result, the position that can be coupled with the antenna of the communication partner increases, or the communicable range is expanded.
  • the plurality of first feeding coil portions include two first feeding coil portions facing each other with a coil opening of the coil antenna interposed therebetween. With this structure, the interval between the first feeding coil portions facing each other is increased, and the communicable range is expanded.
  • the plurality of first power supply coil portions include two first power supply coil portions whose winding axis directions intersect each other. With this structure, the communicable angle range is expanded.
  • the winding axis of the second feeding coil and the winding axis of the coil antenna have a coaxial relationship.
  • the second feeding coil and the coil antenna can circulate along each other, and the degree of coupling between the second feeding coil and the coil antenna can be increased.
  • the feeding coil and the coil antenna are provided on the substrate. Thereby, formation of a feeding coil and a coil antenna becomes easy and it can reduce in thickness.
  • a touch operation detection electrode (touch pad electrode) is formed on the substrate. This eliminates the need for a dedicated space for arranging the short-range wireless communication antenna.
  • the two connection positions at both ends of the first feeding coil with respect to the second feeding coil are arranged at positions straddling the coil antenna.
  • the coil antenna and the first feeding coil are arranged on the same substrate, and the first feeding coil and the coil antenna partially overlap in a plan view while realizing miniaturization.
  • the degree of coupling between the first feeding coil and the coil antenna can be increased.
  • a first substrate and a second substrate are provided, the feeding coil is provided on the first substrate, and the coil antenna is provided on the second substrate.
  • the feeding coil and the coil antenna can be brought close to each other in the stacking direction, not in the in-plane direction, so that not only magnetic field coupling (inductive coupling) but also electric field coupling (capacitive coupling) can be achieved.
  • the degree of coupling between the coil and the coil antenna can be further increased.
  • a communication device of the present invention includes an antenna device and a power feeding circuit connected to the antenna device,
  • the antenna device includes a feeding coil connected to a feeding circuit and a coil antenna coupled to the feeding coil.
  • the feeding coil is composed of a first feeding coil and a second feeding coil connected in series to the first feeding coil,
  • the second feeding coil has a coil opening extending in a planar shape,
  • the coil antenna has a coil opening extending in a plane along the same or parallel plane as the coil opening of the second feeding coil, In plan view, the center of gravity of the coil antenna is located within the coil opening of the second feeding coil,
  • the winding axis direction of the first feeding coil intersects with the winding axis direction of the coil antenna.
  • the first feeding coil picks up the magnetic flux in the surface direction (lateral direction) of the coil antenna
  • the second feeding coil picks up the magnetic flux in the vertical direction (vertical direction) on the surface.
  • the degree of coupling between the second feeding coil and the coil antenna is high, and the degree of coupling between the feeding coil (first feeding coil and second feeding coil) and the coil antenna is high, high communication performance can be obtained.
  • FIG. 1A is a perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is an enlarged perspective view of a mounting position of the first feeding coil 1
  • FIG. 1C is a mounting position of a chip capacitor.
  • FIG. FIG. 2 is a plan view showing a conductor pattern formed on a substrate included in the antenna device 101.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the first feeding coil 1.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a communication circuit including the antenna device 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the antenna device 101 and the RFID card 201 and the state of coupling.
  • FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of reflection loss when the antenna device 101 side is viewed from the power feeding circuit 41 in FIG. FIGS.
  • FIG. 7A to 7D are diagrams showing examples of several arrangement positions of the first feeding coil 1 and the chip capacitor 5.
  • FIG. 8 is a perspective view of an antenna device 102A according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a communication circuit including the antenna device 102A of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an arrangement example of two first power supply coil portions 1A and 1B.
  • FIG. 11 is a plan view of the antenna device 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13A is a plan view of the antenna device 105 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13B is a diagram showing a conductor pattern formed on the lower surface of the substrate 10.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIGS. 13A and 13B
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIGS. 13A and 13B. is there.
  • FIG. 15 is an enlarged plan view of the mounting position of the first feeding coil 1.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing the configuration of the first feeding coil 1.
  • FIG. 17A is a plan view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment
  • FIG. 17B is a bottom view of the antenna device 106
  • FIG. 17C is a cross-sectional view of the antenna device 106.
  • FIG. 18A is a plan view of the antenna device 107 according to the seventh embodiment
  • FIG. 18B is a perspective view showing a conductor pattern and the like formed on the lower surface of the substrate 10 included in the antenna device 107.
  • FIG. 19 is a perspective view of an antenna device 108 according to the eighth embodiment.
  • 20A is a plan view of the coil antenna module 30, and
  • FIG. 20B is a perspective view showing a conductor pattern formed on the lower surface of the second substrate 10B included in the coil antenna module 30.
  • FIG. FIG. 21A is a plan view of the first substrate 10A incorporated in the housing of the communication device, and
  • FIG. 21B is a perspective view showing a conductor pattern formed on the lower surface of the first substrate 10A.
  • 22A is a plan view of the inner surface side of the lower housing of the communication device, and FIG.
  • FIG. 22B is a plan view of the upper housing side.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the communication device 301.
  • FIG. 24 is a circuit diagram of the antenna device 110 according to the tenth embodiment.
  • FIG. 25 is a plan view of an antenna device 111A according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 26 is a plan view of an antenna device 111B according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 27 is a bottom view of the antenna device 112 according to the twelfth embodiment.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the antenna device 112.
  • FIG. 29 is a perspective view of a notebook PC provided with the antenna device 112 in the touch pad portion.
  • FIG. 1A is a perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is an enlarged perspective view of a mounting position of the first feeding coil 1
  • FIG. 1C is a mounting position of a chip capacitor.
  • FIG. FIG. 2 is a plan view showing a conductor pattern formed on a substrate provided in the antenna device 101.
  • the second feeding coil 2 and the coil antenna 3 are formed on the upper surface of the substrate 10 by, for example, a copper foil pattern.
  • the coil antenna 3 is formed along the outer edge of the substrate 10.
  • the second feeding coil 2 is formed along the inner periphery of the coil antenna 3.
  • First feeding coil connection electrodes 21 and 22 and RFIC connection electrodes 23 and 24 are formed on the second feeding coil 2.
  • a slit portion SL is formed in the coil antenna 3.
  • the first feeding coil 1 is mounted on the first feeding coil connection electrodes 21, 22, and the RFIC 4 is mounted on the RFIC connection electrodes 23, 24.
  • a chip capacitor 5 is mounted on the slit portion SL of the coil antenna 3.
  • the antenna device 101 includes the first feeding coil 1, the second feeding coil 2, and the coil antenna 3.
  • the second feeding coil 2 has a coil opening CA2 that extends in a planar shape
  • the coil antenna 3 has a coil opening CA3 that extends in a plane along the same plane as the coil opening CA2 of the second feeding coil 2.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the first feeding coil 1.
  • the first power supply coil 1 is a laminated body of magnetic layers SH2a, SH2b, SH2c, and nonmagnetic layers SH1a, SH1b.
  • a plurality of linear conductors are formed on the magnetic layer SH2c and the non-magnetic layer SH1a, and via conductors connecting the linear conductors are formed on the magnetic layers SH2a, SH2b, and SH2c.
  • Terminals 11 and 12 are formed on the lower surface of the nonmagnetic layer SH1a.
  • the magnetic layers SH2a, SH2b, SH2c and the non-magnetic layer SH1a include vias that connect the ends of the outer linear conductors to the terminals 11 and 12 among the plurality of linear conductors formed on the magnetic layer SH2c. A conductor is formed.
  • the 1st electric power feeding coil 1 is comprised as a chip component.
  • the winding axis of the first feeding coil 1 is in the surface direction of the substrate 10, and the winding axis of the coil antenna 3 is in the direction perpendicular to the surface of the substrate 10. That is, the winding axis direction of the first feeding coil 1 intersects with the winding axis direction of the coil antenna 3, and when the substrate 10 is viewed in plan in the winding axis direction of the coil antenna 3, the winding axis of the feeding coil 1 is The opening of the first coil antenna 3 is crossed.
  • the second feeding coil 2 Since the second feeding coil 2 is along the coil antenna 3, the second feeding coil 2 is electrically coupled to the coil antenna 3. Further, since the winding axis of the second feeding coil 2 is coaxial with the winding axis of the coil antenna 3, the second feeding coil 2 is magnetically coupled to the coil antenna 3. Further, as shown in FIG. 1B, the winding axis direction of the first feeding coil 1 is the direction linked to the coil antenna 3, so that the magnetic flux ⁇ is indicated in FIG. In addition, the first feeding coil 1 is magnetically coupled to the coil antenna 3.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a communication circuit including the antenna device 101 according to the present embodiment.
  • the first feeding coil 1 of the antenna device 101 is connected in series with the second feeding coil 2, and the coil antenna 3 is coupled to the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2 by electric field coupling or magnetic field coupling.
  • the coil antenna 3 constitutes an LC resonance circuit with the capacitor 5 and resonates in the frequency band of near field communication.
  • the RFIC 4 is connected to the series circuit of the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2.
  • the RFIC 4 includes a power feeding circuit 41, matching circuits 43 and 44, and a capacitor 42.
  • Matching circuits 43 and 44 and capacitor 42 match antenna device 101 and power feeding circuit 41.
  • the capacitor 42 forms a resonance circuit together with the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2 and resonates in the frequency band of short-range wireless communication.
  • the resonance circuit including the coil antenna 3 and the capacitor 5 and the resonance circuit including the first feeding coil 1, the second feeding coil 2, and the capacitor 42 are coupled to cause double resonance.
  • the communication partner is the RFID card 201.
  • the RFID card 201 includes a power feeding circuit 91, a coil antenna 95, matching circuits 93 and 94, and a capacitor 92.
  • the coil antenna 3 or the first feeding coil 1 of the antenna device 101 is magnetically coupled to the coil antenna 95 of the RFID card 201.
  • both the coil antenna 3 and the first feeding coil 1 are magnetically coupled to the coil antenna 95 of the RFID card 201.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the antenna device 101 and the RFID card 201 and how they are coupled.
  • the coil antenna 95 of the RFID card 201 is coupled with the coil antenna 3 of the antenna device 101 mainly by the magnetic flux ⁇ 2.
  • the coil antenna 95 of the RFID card 201 is mainly coupled to the first feeding coil 1 and the magnetic flux ⁇ 1 of the antenna device 101. To do.
  • the coil antenna 95 of the RFID card 201 is coupled not only to the coil antenna 3 but also to the first feeding coil 1, but the position and direction of the magnetic flux picked up by the first feeding coil 1 and the coil antenna 3 are different from each other. Therefore, communication is possible even if the RFID card 201 is held over or placed roughly.
  • FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of reflection loss when the antenna device 101 side is viewed from the feeding circuit 41 in FIG.
  • the resonance circuit including the coil antenna 3 and the capacitor 5 is coupled to the resonance circuit including the first feeding coil 1, the second feeding coil 2, and the capacitor 42. Due to the double resonance due to this coupling, the reflection loss is reduced over a wide band. Therefore, communication is possible even if the resonance frequency of the coil antenna of the communication partner such as the RFID card is slightly shifted.
  • the combined inductance can be increased and the setting to a predetermined resonance frequency is facilitated.
  • the inductance of the first feeding coil 1 is small, it is larger than the inductance of the second feeding coil 2, so that the inductance value can be increased by the first feeding coil 1.
  • the first feeding coil 1 is connected to the center of one long side of the rectangular second feeding coil 2, but the arrangement position of the first feeding coil 1 is this. Not limited to. Further, the position of the slit portion SL formed by the coil antenna 3 (the mounting position of the chip capacitor 5) is not limited to the position shown in FIGS. 7A to 7D are diagrams showing examples of these other arrangement positions. As shown in FIG. 7A, the chip capacitor 5 may be arranged at the center of one short side of the rectangular coil antenna 3. Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, the first feeding coil 1 may be disposed on any long side of the coil antenna 3. Further, as shown in FIG. 7C, the first feeding coil 1 and the chip capacitor 5 may be arranged on opposite sides. Further, as shown in FIG. 7D, the first feeding coil 1 and the chip capacitor 5 may be arranged on the same side.
  • FIG. 8 is a perspective view of an antenna device 102A according to the second embodiment.
  • the second feeding coil 2 and the coil antenna 3 are formed on the upper surface of the substrate 10 by, for example, a copper foil pattern.
  • the coil antenna 3 is formed along the outer edge of the substrate 10.
  • the second feeding coil 2 is formed along the inner periphery of the coil antenna 3.
  • the first feeding coil is composed of two first feeding coil portions 1A and 1B.
  • the two first feeding coil portions 1 ⁇ / b> A and 1 ⁇ / b> B are respectively arranged at the centers of the two long sides of the coil antenna 3.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a communication circuit including the antenna device 102A of the present embodiment.
  • the first feeding coil portions 1A and 1B of the antenna device 102A are connected in series with the second feeding coil 2, and the coil antenna 3 is coupled with the first feeding coil portions 1A and 1B and the second feeding coil 2 by electric field coupling or magnetic field coupling.
  • the coil antenna 3 constitutes an LC resonance circuit with the capacitor 5 and resonates in the frequency band of near field communication.
  • the RFIC 4 is connected to the series circuit of the first feeding coil portions 1A and 1B and the second feeding coil 2.
  • the RFIC 4 includes a power feeding circuit 41, matching circuits 43 and 44, and a capacitor 42.
  • Matching circuits 43 and 44 and capacitor 42 match antenna device 102 ⁇ / b> A and power feeding circuit 41.
  • the capacitor 42 forms a resonance circuit together with the first power supply coil portions 1A and 1B and the second power supply coil 2, and resonates in the short-range wireless communication frequency band.
  • an RFID card 201 that is a communication partner includes a power feeding circuit 91, a coil antenna 95, matching circuits 93 and 94, and a capacitor 92. Any one, some combination, or all of the coil antenna 3, the first feeding coil unit 1A, and the first feeding coil unit 1B of the antenna device 102A are magnetically coupled to the coil antenna 95 of the RFID card 201.
  • the two first feeding coil portions 1A and 1B are arranged in the direction in which the winding axis directions coincide with each other, but for example, two antennas 102B shown in FIG. You may arrange
  • the position where the antenna can be coupled with the antenna of the communication partner increases, or the communicable range is expanded.
  • the structure in which the plurality of first power supply coil portions are opposed to each other with the coil opening CA3 of the coil antenna 3 interposed therebetween increases the interval between the first power supply coil portions that are opposed to each other, thereby expanding the communicable range.
  • the communicable angle range is expanded by the structure in which the winding axis directions of the plurality of first feeding coil portions intersect each other.
  • FIG. 11 is a plan view of the antenna device 103 according to the third embodiment.
  • the second feeding coil 2 is formed along the inner periphery of the coil antenna 3, but in this embodiment, the second feeding coil 2 is formed along the outer periphery of the coil antenna 3. ing.
  • the second feeding coil 2 may be outside the coil antenna 3.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment.
  • the first feeding coil 1 is disposed within the line width W0 of the coil antenna 3, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 12, if at least a part of the first feeding coil 1 is within a width W 1 that is about one first feeding coil larger than the line width of the coil antenna 3, the first feeding coil and the coil antenna A sufficient bond with 3 can be expected.
  • FIG. 13A is a plan view of the antenna device 105 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13B is a diagram showing a conductor pattern formed on the lower surface of the substrate 10.
  • 14A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIGS. 13A and 13B
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIGS. 13A and 13B. is there.
  • FIG. 15 is an enlarged plan view of the mounting position of the first feeding coil 1.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing the configuration of the first feeding coil 1. Except that the dummy terminal 13 is formed, it is the same as the first feeding coil 1 shown in FIG.
  • the second feeding coil 2 having a rectangular loop shape is formed by the conductor pattern 2A on the upper surface of the substrate 10, the conductor pattern 2B on the lower surface of the substrate 10, and the interlayer connection conductor (via conductor) 2V. Yes.
  • the broken line indicates the mounting position of the first feeding coil 1.
  • a terminal of the first feeding coil 1 is connected to the first feeding coil connection electrodes 21 and 22.
  • the first power supply coil 1 may be connected to the second power supply coil 2 in a state of straddling a part of the coil antenna 3.
  • the first feeding coil 1 and the coil antenna 3 are one in a plan view while realizing compactness. Since they overlap, the degree of coupling between the first feeding coil 1 and the coil antenna 3 can be improved.
  • FIG. 17A is a plan view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment
  • FIG. 17B is a bottom view of the antenna device 106
  • FIG. 17C is a cross-sectional view of the antenna device 106.
  • the coil antenna 3 is formed on the upper surface of the substrate 10 along the outer edge.
  • a chip capacitor 5 is mounted in the slit portion SL of the coil antenna 3.
  • a second feeding coil 2 is formed on the lower surface of the substrate 10 along the outer edge.
  • the first feeding coil 1 and the RFIC 4 are mounted on the lower surface of the substrate 10. These are connected in series to the second feeding coil 2.
  • the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2 may be formed on the opposite surface of the coil antenna 3 with the substrate interposed therebetween.
  • the degree of coupling between the first feeding coil 1 and the coil antenna 3 can be increased.
  • the second power supply coil 2 is in the vicinity of the coil antenna 3 (opposite surface through the substrate 10), and the line width of the second power supply coil 2 is substantially the same as the line width of the coil antenna 3, Since the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 are close to each other in size, the area close to the coil antenna 3 and the electric field coupling are generated more strongly than the magnetic field coupling, and the degree of coupling can be further increased.
  • the second feeding coil 2 and the coil antenna 3 exhibit the above-described effects even when the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 are at least partially overlapped in plan view even if the line width and the outer shape are not exactly the same.
  • coil antenna 3 and the second feeding coil 2 may be formed on separate substrates and brought close to each other.
  • FIG. 18A is a plan view of the antenna device 107 according to the seventh embodiment
  • FIG. 18B is a perspective view showing a conductor pattern and the like formed on the lower surface of the substrate 10 included in the antenna device 107.
  • the second feeding coil 2 has a plurality of turns.
  • these spiral conductor patterns 2A and 2B constitute a second feeding coil.
  • the directions of the currents flowing through the spiral conductor patterns 2A and 2B are formed so as to be the same in a plan view. For this reason, at least a part of the two spiral conductor patterns 2A and 2B overlap each other, so that the two patterns 2A and 2B are electrically coupled to each other.
  • a predetermined inductance value can be easily obtained by forming the second feeding coil in a spiral shape or using two opposing patterns.
  • the coupling degree of electric field coupling that is, the capacitance value can be adjusted.
  • the resonance frequency can be adjusted.
  • the first feeding coil 1 and the RFIC 4 are connected to the conductor pattern 2B, and the matching circuits 6A and 6B and the matching capacitor 6C are connected to the conductor pattern 2B.
  • a matching circuit for the RFIC 4 may be connected to the second feeding coil 2.
  • FIG. 19 is a perspective view of an antenna device 108 according to the eighth embodiment.
  • the second feeding coil 2 is formed on the first substrate 10A, and the first feeding coil 1 is mounted on the first substrate 10A.
  • the coil antenna module 30 which adjoins the 2nd electric power feeding coil 2 is provided.
  • FIG. 20A is a plan view of the coil antenna module 30, and FIG. 20B is a perspective view showing a conductor pattern formed on the lower surface of the second substrate 10B included in the coil antenna module 30.
  • FIG. 20B is a perspective view showing a conductor pattern formed on the lower surface of the second substrate 10B included in the coil antenna module 30.
  • the coil antenna module 30 has two spiral conductor patterns 3A and 3B formed on the upper and lower surfaces of the second substrate 10B.
  • the directions of the currents flowing through the two spiral conductor patterns 3A and 3B are formed so as to be the same in a plan view. For this reason, at least a part of the two spiral conductor patterns 3A and 3B overlap each other, whereby the two patterns 3A and 3B are electrically coupled to each other. Therefore, an LC resonance circuit can be configured without providing a capacitor separately.
  • the substrate on which the coil antenna module is configured (coil antenna module 30) and the substrate on which the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2 are provided may be separate. This improves the degree of design freedom.
  • the inductance value can be easily set and set to a predetermined resonance frequency.
  • the ninth embodiment shows an example of a communication device.
  • FIG. 21A is a plan view of the first substrate 10A incorporated in the housing of the communication device
  • FIG. 21B is a perspective view showing a conductor pattern formed on the lower surface of the first substrate 10A.
  • the spiral conductor patterns 2A and 2B constitute a second feeding coil.
  • the directions of the currents flowing through the spiral conductor patterns 2A and 2B are formed so as to be the same in a plan view. Therefore, when at least a part of the two spiral conductor patterns 2A and 2B overlap, the two conductor patterns 2A and 2B are electrically coupled to each other.
  • the first feed coil 1 and the RFIC 4 are connected to the conductor pattern 2A, and matching circuits 6A and 6B and a matching capacitor 6C are connected.
  • FIG. 22A is a plan view of the inner surface side of the lower casing of the communication device
  • FIG. 22B is a plan view of the upper casing side
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the communication device 301.
  • the first substrate 10A is provided on the upper housing 81 side. As shown in FIG. 21, the first substrate 10A includes the first feeding coil 1, the conductor patterns 2A and 2B of the second feeding coil, and other circuits. On the upper housing 81 side, a substrate 10C on which a communication antenna in the UHF band is mounted and a battery pack 83 are provided. The lower housing 82 is provided with the coil antenna module 30. Similar to the coil antenna module shown in FIGS. 20A and 20B, two spiral patterns are formed on the upper and lower surfaces of the second substrate 10B.
  • the coil antenna module 30 is connected to the spiral conductor patterns 2A and 2B of the first feeding coil 1 and the second feeding coil.
  • the antenna device is configured by these.
  • the coil antenna 3 is coupled to the second feeding coil 2 not only by magnetic field coupling but also by electric field coupling, so that it is more strongly coupled.
  • the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 are configured to overlap each other in plan view, but the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 are partially in plan view. You may arrange them so that it may overlap.
  • FIG. 24 is a circuit diagram of the antenna device 110 according to the tenth embodiment.
  • the first feeding coil 1 of the antenna device 110 is connected in parallel with the second feeding coil 2, and the coil antenna 3 is coupled to the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2 by electric field coupling or magnetic field coupling.
  • the coil antenna 3 constitutes an LC resonance circuit with the capacitor 5 and resonates in the frequency band of near field communication.
  • the RFIC 4 is connected to the parallel circuit of the first feeding coil 1 and the second feeding coil 2.
  • the configuration of the RFIC 4 is the same as that shown in FIG.
  • the 1st feeding coil 1 and the 2nd feeding coil 2 may be connected in parallel.
  • the first power supply coils may be connected in parallel.
  • the inductance of the circuit connected to the power feeding circuit can be reduced, so that the resonance frequency can be set.
  • the resistance value of the circuit connected to the power feeding circuit can be lowered, and the loss can be lowered and the Q value can be raised.
  • Each of the antenna devices 111 ⁇ / b> A and 111 ⁇ / b> B includes a coil antenna 3, a first feeding coil 1, a second feeding coil 2, an RFIC 4, and a chip capacitor 5.
  • the second feeding coil 2 does not need to be along the inner circumference of the coil antenna 3 over the entire length thereof, and may be partially close to each other. With this, the degree of coupling between the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 may be determined. Further, other parts may be arranged in a space generated between the coil antenna 3 and the second feeding coil 2.
  • Twelfth Embodiment an example of an antenna device including a touch pad is shown.
  • FIG. 27 is a bottom view of the antenna device 112 according to the present embodiment
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the antenna device 112.
  • FIG. 29 is a perspective view of a notebook PC provided with the antenna device 112 in the touch pad portion.
  • the antenna device 112 is provided on the touch pad substrate 70 with the coil antenna 3, the first feeding coil 1, the second feeding coil 2, the RFIC 4, the chip capacitor 5, the matching circuits 6A and 6B, and the matching circuit.
  • the capacitor 6C is provided.
  • the touch pad substrate 70 includes a substrate 70a, an insulating sheet 70b, electrode sheets 70c and 70d, and a protective sheet 70e. Touch operation detection electrodes 71 and 72 are formed on the electrode sheets 70c and 70d.
  • the notebook PC can communicate with the RFID card by holding, for example, an RFID card over the touchpad portion of the notebook PC shown in FIG.
  • the coil antenna 3 and the second feeding coil 2 may be formed on the same electrode layer as the touch operation detection electrodes 71 and 72. Thereby, the thinness can be maintained while the antenna device is provided on the touchpad.
  • an antenna device is provided in the touch pad portion of the notebook PC is shown, but an antenna for short-range wireless communication can be similarly incorporated in a display panel or a touch panel of a smartphone or a tablet terminal. .
  • the coil antenna 3 has an example having the coil opening CA3 that extends in a plane along the same or parallel plane as the coil opening CA2 of the second feeding coil 2.
  • the geometric center of gravity (the center of gravity not considering density) of the coil antenna 3 only needs to be located within the coil opening CA2 of the second feeding coil 2.
  • CA2 CA3 ... coil openings SH1a, SH1b ... non-magnetic layers SH2a, SH2b, SH2c ... magnetic layer SL ... slit portion 1 ... first feeding coil 1A, 1B ... first feeding coil portion 2 ... second feeding coil 2A, 2B ... Conductor pattern 3 ... Coil antenna 3A, 3B ... Conductor pattern 4 ... RFIC 5 ... Chip capacitors 6A, 6B ... Matching circuit 6C ... Capacitor 10 ... Substrate 10A ... First substrate 10B ... Second substrate 10C ... Substrate 11, 12, 13 ... Terminals 21, 22 ... First feeding coil connection electrodes 23, 24 ... RFIC connection electrode 30 ... coil antenna module 41 ...

Abstract

　アンテナ装置（１０１）は、ＲＦＩＣ（４）に接続される給電コイルと、この給電コイルと結合するコイルアンテナ（３）とを備える。給電コイルは、第１給電コイル（１）と、第１給電コイル（１）に接続された第２給電コイル（２）とで構成され、第２給電コイル（２）は面状に拡がるコイル開口（ＣＡ２）を有し、コイルアンテナ（３）は第２給電コイル（２）のコイル開口（ＣＡ２）と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口（ＣＡ３）を有し、平面視で、コイルアンテナ（３）の重心は、第２給電コイル（２）のコイル開口（ＣＡ２）内に位置し、第１給電コイル（１）の巻回軸方向はコイルアンテナ（３）の巻回軸方向と交差し、第１給電コイル（１）および第２給電コイル（２）はコイルアンテナ（３）と磁界結合する。

Description

アンテナ装置および通信機器
　本発明は、近距離無線通信（NFC：Near Field Communication）システム等に用いられるアンテナ装置、およびそれを備える通信機器に関するものである。
　給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルに結合するブースターコイルアンテナとを備えたアンテナ装置が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の給電コイルは、第１コイルアンテナおよび第２コイルアンテナで構成され、第１コイルアンテナは、その巻回軸方向がブースターコイルアンテナの巻回軸方向に対して直交し、第２コイルアンテナは、その巻回軸がブースターコイルアンテナの巻回軸に対して平行となるように、それぞれ配置されている。
国際公開第２０１３／１８３５５２号パンフレット
　特許文献１に示されているアンテナ装置においては、第１コイルアンテナおよび第２コイルアンテナのいずれもブースターコイルアンテナの角部付近の周りの磁界としか結合しない。そのため、給電コイルとブースターコイルアンテナ（コイルアンテナ）との結合度は小さい。
　本発明の目的は、給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めて、通信性能を高めた、アンテナ装置および通信機器を提供することにある。
（１）本発明のアンテナ装置は、
　給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電磁界結合するコイルアンテナとを備え、
　前記給電コイルは、第１給電コイルと、第１給電コイルに接続された第２給電コイルとで構成され、
　第２給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
　コイルアンテナは第２給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
　平面視で、コイルアンテナの重心は、第２給電コイルのコイル開口内に位置し、
　第１給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、ことを特徴としている。
　上記構成によれば、第１給電コイルはコイルアンテナの面方向（横方向）の磁束を拾い、第２給電コイルはその面に垂直方向（縦方向）の磁束を拾う。しかも、第２給電コイルとコイルアンテナとの結合度が高く、したがって、給電コイル（第１給電コイル、第２給電コイル）とコイルアンテナとの結合度が高いため、高い通信性能が得られる。
（２）必要に応じて、前記第１給電コイルは複数の第１給電コイル部で構成されていることが好ましい。これにより、通信相手のアンテナとの結合可能な位置が増加したり、通信可能範囲が拡大したりする。
（３）上記（２）において、前記複数の第１給電コイル部は、コイルアンテナのコイル開口を挟んで対向する２つの第１給電コイル部を含むことが好ましい。この構造により、互いに対向関係にある第１給電コイル部の間隔が大きくなり、通信可能範囲が拡大する。
（４）上記（２）において、前記複数の第１給電コイル部は、互いの巻回軸方向が交差する２つの第１給電コイル部を含むことが好ましい。この構造により、通信可能な角度範囲が拡大する。
（５）第２給電コイルの巻回軸とコイルアンテナの巻回軸とは、同軸関係であることが好ましい。このことにより、第２給電コイルとコイルアンテナとは、互いに沿って周回し、第２給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めることができる。
（６）上記（１）～（５）において、給電コイルおよびコイルアンテナは基板に設けられていることが好ましい。これにより、給電コイルおよびコイルアンテナの形成が容易となり、薄型化できる。
（７）上記基板に、タッチ操作検出用電極（タッチパッド電極）が形成されていることが好ましい。これにより、近距離無線通信用アンテナを配置する専用のスペースが不要となる。
（８）上記（６）（７）において、第２給電コイルに対する第１給電コイルの両端部における２つの接続位置は、コイルアンテナを跨ぐ位置に配置されていることが好ましい。この構造により、コイルアンテナも第１給電コイルも同一基板上に配置されていることになり、小型化を実現しつつ、平面視で、第１給電コイルとコイルアンテナとが一部で重なっているので、第１給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めることができる。
（９）上記（１）～（５）において、第１基板および第２基板を備え、給電コイルは第１基板に設けられていて、コイルアンテナは第２基板に設けられていることが好ましい。この構造により、給電コイルとコイルアンテナとは面内方向ではなく、積層方向に近接させることができ、そのことで磁界結合（誘導結合）だけでなく電界結合（容量結合）させることができ、給電コイルとコイルアンテナとの結合度をより高めることができる。
（１０）本発明の通信機器は、アンテナ装置およびこのアンテナ装置に接続された給電回路を備え、
　前記アンテナ装置は、給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと結合するコイルアンテナとを備え、
　前記給電コイルは、第１給電コイルと、第１給電コイルに対して直列接続された第２給電コイルとで構成され、
　第２給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
　コイルアンテナは第２給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
　平面視で、コイルアンテナの重心は、第２給電コイルのコイル開口内に位置し、
　第１給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、ことを特徴としている。
　上記構成によれば、高い通信性能のもとで近距離無線通信可能となる。
　本発明によれば、第１給電コイルはコイルアンテナの面方向（横方向）の磁束を拾い、第２給電コイルはその面に垂直方向（縦方向）の磁束を拾う。しかも、第２給電コイルとコイルアンテナとの結合度が高く、したがって、給電コイル（第１給電コイル、第２給電コイル）とコイルアンテナとの結合度が高いため、高い通信性能が得られる。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図、図１（Ｂ）は第１給電コイル１の実装位置の拡大斜視図、図１（Ｃ）はチップキャパシタの実装位置の拡大斜視図である。 図２はアンテナ装置１０１が備える基板に形成された導体パターンを示す平面図である。 図３は第１給電コイル１の構成を示す分解斜視図である。 図４は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１を含む通信回路の回路図である。 図５はアンテナ装置１０１とＲＦＩＤカード２０１との位置関係および結合の様子を示す図である。 図６は、図４における給電回路４１からアンテナ装置１０１側をみた反射損失の周波数特性を示す図である。 図７（Ａ）～（Ｄ）は、第１給電コイル１およびチップキャパシタ５の幾つかの配置位置の例を示す図である。 図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの斜視図である。 図９は、第２の実施形態のアンテナ装置１０２Ａを含む通信回路の回路図である。 図１０は２つの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂの配置例を示す図である。 図１１は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の平面図である。 図１２は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の平面図である。 図１３（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の平面図である。図１３（Ｂ）は基板１０の下面に形成されている導体パターンを示す図である。 図１４（Ａ）は図１３（Ａ）（Ｂ）におけるA-A'部分での断面図、図１４（Ｂ）は図１３（Ａ）（Ｂ）におけるB-B'部分での断面図である。 図１５は第１給電コイル１の実装位置の拡大平面図である。 図１６は、第１給電コイル１の構成を示す分解斜視図である。 図１７（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の平面図、図１７（Ｂ）はアンテナ装置１０６の底面図、図１７（Ｃ）はアンテナ装置１０６の断面図である。 図１８（Ａ）は第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の平面図、図１８（Ｂ）は、アンテナ装置１０７が備える基板１０の下面に形成されている導体パターン等示す透視図である。 図１９は第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の斜視図である。 図２０（Ａ）はコイルアンテナモジュール３０の平面図、図２０（Ｂ）はコイルアンテナモジュール３０が備える第２基板１０Ｂの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。 図２１（Ａ）は、通信機器の筐体内に組み込まれる第１基板１０Ａの平面図、図２１（Ｂ）は第１基板１０Ａの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。 図２２（Ａ）は通信機器の下部筐体の内面側の平面図、図２２（Ｂ）は上部筐体側の平面図である。 図２３は通信機器３０１の断面図である。 図２４は第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の回路図である。 図２５は、第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１Ａの平面図である。 図２６は、第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１Ｂの平面図である。 図２７は第１２の実施形態に係るアンテナ装置１１２の底面図である。 図２８はアンテナ装置１１２の断面図である。 図２９はタッチパッド部にアンテナ装置１１２を備えたノートＰＣの斜視図である。
　以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及はしない。
《第１の実施形態》
　図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図、図１（Ｂ）は第１給電コイル１の実装位置の拡大斜視図、図１（Ｃ）はチップキャパシタの実装位置の拡大斜視図である。また、図２はアンテナ装置１０１が備える基板に形成された導体パターンを示す平面図である。
　図１（Ａ）、図２に表れているように、基板１０の上面に第２給電コイル２およびコイルアンテナ３が、例えば銅箔パターンにより形成されている。コイルアンテナ３は基板１０の外縁に沿って形成されている。第２給電コイル２はコイルアンテナ３の内周に沿って形成されている。第２給電コイル２には第１給電コイル接続電極２１，２２およびＲＦＩＣ接続電極２３，２４が形成されている。コイルアンテナ３にはスリット部ＳＬが形成されている。
　第１給電コイル接続電極２１，２２には第１給電コイル１が実装されていて、ＲＦＩＣ接続電極２３，２４にはＲＦＩＣ４が実装されている。また、コイルアンテナ３のスリット部ＳＬにチップキャパシタ５が実装されている。
　このように、アンテナ装置１０１は、第１給電コイル１と、第２給電コイル２と、コイルアンテナ３とを備えている。第２給電コイル２は面状に拡がるコイル開口ＣＡ２を有し、コイルアンテナ３は第２給電コイル２のコイル開口ＣＡ２と同一面に沿って面状に拡がるコイル開口ＣＡ３を有している。
　図３は第１給電コイル１の構成を示す分解斜視図である。第１給電コイル１は、磁性体層ＳＨ２ａ，ＳＨ２ｂ，ＳＨ２ｃ、非磁性体層ＳＨ１ａ，ＳＨ１ｂの積層体である。磁性体層ＳＨ２ｃおよび非磁性体層ＳＨ１ａには複数の線条導体が形成されていて、磁性体層ＳＨ２ａ，ＳＨ２ｂ，ＳＨ２ｃには、線条導体同士を接続するビア導体が形成されている。非磁性体層ＳＨ１ａの下面には端子１１，１２が形成されている。磁性体層ＳＨ２ａ，ＳＨ２ｂ，ＳＨ２ｃおよび非磁性体層ＳＨ１ａには、磁性体層ＳＨ２ｃに形成された複数の線条導体のうち両外側の線条導体の端部を端子１１，１２に接続するビア導体が形成されている。このように第１給電コイル１はチップ部品として構成されている。
　第１給電コイル１の巻回軸は基板１０の面方向にあり、コイルアンテナ３の巻回軸は基板１０の面に垂直方向にある。すなわち、第１給電コイル１の巻回軸方向はコイルアンテナ３の巻回軸方向と交差し、コイルアンテナ３の巻回軸方向に基板１０を平面視したとき、給電コイル１の巻回軸は第１コイルアンテナ３の開口を横切る。
　第２給電コイル２はコイルアンテナ３に沿っているので、第２給電コイル２はコイルアンテナ３と電界結合する。また、第２給電コイル２の巻回軸はコイルアンテナ３の巻回軸と同軸であるので、第２給電コイル２はコイルアンテナ３と磁界結合する。また、図１（Ｂ）に表れているように、第１給電コイル１の巻回軸方向は、コイルアンテナ３と鎖交する向きであるので、図１（Ａ）中に磁束φで示すように、第１給電コイル１はコイルアンテナ３と磁界結合する。
　図４は本実施形態に係るアンテナ装置１０１を含む通信回路の回路図である。アンテナ装置１０１の第１給電コイル１は第２給電コイル２と直列接続されていて、コイルアンテナ３は第１給電コイル１および第２給電コイル２と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ３はキャパシタ５とＬＣ共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
　第１給電コイル１および第２給電コイル２の直列回路には、ＲＦＩＣ４が接続されている。ＲＦＩＣ４は、給電回路４１、マッチング回路４３，４４およびキャパシタ４２を含んでいる。マッチング回路４３，４４およびキャパシタ４２は、アンテナ装置１０１と給電回路４１とを整合させる。また、キャパシタ４２は第１給電コイル１および第２給電コイル２とともに共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
　後に示すように、コイルアンテナ３およびキャパシタ５による共振回路と、第１給電コイル１、第２給電コイル２およびキャパシタ４２による共振回路とは結合して複共振する。
　図４に示す例では、通信相手はＲＦＩＤカード２０１である。ＲＦＩＤカード２０１は、給電回路９１、コイルアンテナ９５、マッチング回路９３，９４およびキャパシタ９２を備えている。アンテナ装置１０１のコイルアンテナ３もしくは第１給電コイル１はＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５と磁界結合する。または、コイルアンテナ３および第１給電コイル１の両方がＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５と磁界結合する。
　図５はアンテナ装置１０１とＲＦＩＤカード２０１との位置関係および結合の様子を示す図である。アンテナ装置１０１の基板１０に対してＲＦＩＤカード２０１が平行にかざされたとき、ＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５はアンテナ装置１０１の主にコイルアンテナ３と磁束φ２で結合する。アンテナ装置１０１の基板１０に対してＲＦＩＤカード２０１が垂直に、または傾斜して、かざされたとき、ＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５はアンテナ装置１０１の主に第１給電コイル１と磁束φ１で結合する。
　このようにして、ＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５は、コイルアンテナ３だけでなく、第１給電コイル１とも結合するが、第１給電コイル１とコイルアンテナ３が拾う磁束の位置や向きが互い異なるので、ＲＦＩＤカード２０１をラフにかざしたり置いたりしても通信できる。
　図６は、図４における給電回路４１からアンテナ装置１０１側をみた反射損失の周波数特性を示す図である。前述のとおり、コイルアンテナ３およびキャパシタ５による共振回路と、第１給電コイル１、第２給電コイル２およびキャパシタ４２による共振回路とは結合する。この結合による複共振化により、広帯域に亘って反射損失が小さくなる。そのため、ＲＦＩＤカードなどの通信相手のコイルアンテナの共振周波数が多少ずれていても、通信可能となる。
　本実施形態によれば、第１給電コイル１と第２給電コイル２とが直列接続されているので、合成インダクタンスを大きくすることができ、所定の共振周波数への設定が容易となる。また、第１給電コイル１のインダクタンスは、小型でありながら、第２給電コイル２のインダクタンスに比べて大きいので、第１給電コイル１でインダクタンス値を高めることができる。
　図１、図２に示した例では、矩形状の第２給電コイル２の１つの長辺の中央に第１給電コイル１を接続するようにしたが、第１給電コイル１の配置位置はこれに限らない。また、コイルアンテナ３の形成するスリット部ＳＬの位置（チップキャパシタ５の実装位置）も図１、図２に示した位置に限らない。図７（Ａ）～（Ｄ）はそれらの他の配置位置の例を示す図である。図７（Ａ）に示すように、チップキャパシタ５は、矩形状のコイルアンテナ３の１つの短辺の中央に配置してもよい。また、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１給電コイル１はコイルアンテナ３のいずれの長辺に配置してもよい。また、図７（Ｃ）に示すように、第１給電コイル１とチップキャパシタ５は対向する辺に配置してもよい。さらに、図７（Ｄ）に示すように、第１給電コイル１とチップキャパシタ５は同一辺に配置してもよい。
《第２の実施形態》
　図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの斜視図である。基板１０の上面に第２給電コイル２およびコイルアンテナ３が、例えば銅箔パターンにより形成されている。コイルアンテナ３は基板１０の外縁に沿って形成されている。第２給電コイル２はコイルアンテナ３の内周に沿って形成されている。この例では、第１給電コイルは２つの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂで構成されている。この２つの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂは、コイルアンテナ３の２つの長辺の中央にそれぞれ配置されている。
　図９は、本実施形態のアンテナ装置１０２Ａを含む通信回路の回路図である。アンテナ装置１０２Ａの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂは第２給電コイル２と直列接続されていて、コイルアンテナ３は第１給電コイル部１Ａ，１Ｂおよび第２給電コイル２と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ３はキャパシタ５とＬＣ共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
　第１給電コイル部１Ａ，１Ｂおよび第２給電コイル２の直列回路には、ＲＦＩＣ４が接続されている。ＲＦＩＣ４は、給電回路４１、マッチング回路４３，４４およびキャパシタ４２を含んでいる。マッチング回路４３，４４およびキャパシタ４２は、アンテナ装置１０２Ａと給電回路４１とを整合させる。また、キャパシタ４２は第１給電コイル部１Ａ，１Ｂおよび第２給電コイル２とともに共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
　図９に示す例で、通信相手であるＲＦＩＤカード２０１は、給電回路９１、コイルアンテナ９５、マッチング回路９３，９４およびキャパシタ９２を備えている。アンテナ装置１０２Ａのコイルアンテナ３、第１給電コイル部１Ａ、第１給電コイル部１Ｂのいずれか１つ、幾つかの組み合わせ、もしくは全て、はＲＦＩＤカード２０１のコイルアンテナ９５と磁界結合する。
　図８に示した例では、２つの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂを、それらの巻回軸方向が一致する向きに配置したが、例えば図１０に示すアンテナ装置１０２Ｂのように、２つの第１給電コイル部１Ａ，１Ｂを、それらの巻回軸方向が交差（図１０の例では直交）する向きに配置してもよい。
　本実施形態によれば、第１給電コイルを複数の第１給電コイル部で構成することにより、通信相手のアンテナとの結合可能な位置が増加したり、通信可能範囲が拡大したりする。また、複数の第１給電コイル部がコイルアンテナ３のコイル開口ＣＡ３を挟んで対向する構造により、互いに対向関係にある第１給電コイル部の間隔が大きくなり、通信可能範囲が拡大する。さらに、複数の第１給電コイル部の巻回軸方向が互いに交差する構造により、通信可能な角度範囲が拡大する。
《第３の実施形態》
　図１１は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の平面図である。第１・第２の実施形態では、コイルアンテナ３の内周に沿って第２給電コイル２を形成したが、本実施形態では、コイルアンテナ３の外周に沿って第２給電コイル２を形成している。
　このように、第２給電コイル２はコイルアンテナ３の外側にあってもよい。
《第４の実施形態》
　図１２は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の平面図である。第１～第３の実施形態では、コイルアンテナ３の線幅W0内に第１給電コイル１を配置したが、本発明はこれに限らない。図１２に示すように、第１給電コイル１の少なくとも一部が、コイルアンテナ３の線幅より第１給電コイル１一個分程度太い幅W1内に入っていれば、第１給電コイルとコイルアンテナ３との十分な結合を期待できる。
《第５の実施形態》
　図１３（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の平面図である。図１３（Ｂ）は基板１０の下面に形成されている導体パターンを示す図である。図１４（Ａ）は図１３（Ａ）（Ｂ）におけるA-A'部分での断面図、図１４（Ｂ）は図１３（Ａ）（Ｂ）におけるB-B'部分での断面図である。図１５は第１給電コイル１の実装位置の拡大平面図である。図１６は、第１給電コイル１の構成を示す分解斜視図である。ダミーの端子１３が形成されていること以外は、図３に示した第１給電コイル１と同じである。
　これらの図から明らかなように、基板１０の上面の導体パターン２Ａ、基板１０の下面の導体パターン２Ｂおよび層間接続導体（ビア導体）２Ｖにより、矩形ループ状の第２給電コイル２が形成されている。
　図１５において、破線は第１給電コイル１の実装位置を示している。第１給電コイル１の端子は第１給電コイル接続電極２１，２２に接続される。このようにして、第１給電コイル１は、コイルアンテナ３の一部を跨いだ状態で、第２給電コイル２と接続されてもよい。
　本実施形態によれば、コイルアンテナ３も第１給電コイル１も同一基板上に配置されていることにより、コンパクト化を実現しつつ、平面視で、第１給電コイル１とコイルアンテナ３が一部重なっているので、第１給電コイル１とコイルアンテナ３との結合度を向上させることができる。
《第６の実施形態》
　図１７（Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の平面図、図１７（Ｂ）はアンテナ装置１０６の底面図、図１７（Ｃ）はアンテナ装置１０６の断面図である。
　基板１０の上面には、外縁に沿ってコイルアンテナ３が形成されている。コイルアンテナ３のスリット部ＳＬにはチップキャパシタ５が実装されている。基板１０の下面には、外縁に沿って第２給電コイル２が形成されている。基板１０の下面には第１給電コイル１およびＲＦＩＣ４が実装されている。これらは第２給電コイル２に対して直列接続されている。
　このように、第１給電コイル１、第２給電コイル２が、基板を挟んでコイルアンテナ３の反対面に形成されてもよい。
　本実施形態によれば、平面視で、第１給電コイル１とコイルアンテナ３が重なるので、第１給電コイル１とコイルアンテナ３との結合度を高めることができる。また、第２給電コイル２は、コイルアンテナ３の近傍（基板１０を介して反対面）にあり、また、第２給電コイル２の線幅は、コイルアンテナ３の線幅と略同じで、外形の大きさも略同じにできるので、コイルアンテナ３と第２給電コイル２とは近接する領域が大きくなり、磁界結合だけでなく電界結合もより強く生じ、結合度をより一層高めることができる。
　第２給電コイル２とコイルアンテナ３は、線幅・外形がまったく同じでなくても、平面視で、コイルアンテナ３と第２給電コイル２が少なくとも一部重なっていても上記作用効果を奏する。
　なお、コイルアンテナ３と第２給電コイル２は、別体の基板で形成して近接させてもよい。
《第７の実施形態》
　図１８（Ａ）は第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の平面図、図１８（Ｂ）は、アンテナ装置１０７が備える基板１０の下面に形成されている導体パターン等示す透視図である。（底面図ではない。）
　本実施形態では、第２給電コイル２を複数ターンとしている。この例では、基板１０の上下面に２つのスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂを形成することで、これらスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂで第２給電コイルを構成している。スパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂそれぞれに流れる電流の向きは、平面視で同方向になるように形成されている。そのため、２つのスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂの少なくとも一部が重なることで、これら２つのパターン２Ａ，２Ｂ同士は電界結合する。
　このように、第２給電コイルをスパイラル状にしたり、対向する２つのパターンで構成したりすることで、所定のインダクタンス値を容易に得ることができる。また、電界結合の結合度、つまり容量値、を調整することもできる。これらにより、共振周波数を調整することができる。
　本実施形態では、導体パターン２Ｂに第１給電コイル１とＲＦＩＣ４を接続するとともにマッチング回路６Ａ，６Ｂおよびマッチング用のキャパシタ６Ｃを接続している。このように、第２給電コイル２に対してＲＦＩＣ４用のマッチング回路を接続してもよい。
　なお、コイルアンテナ３を複数ターンに構成してもよい。
《第８の実施形態》
　図１９は第８の実施形態に係るアンテナ装置１０８の斜視図である。本実施形態のアンテナ装置１０８においては、第１基板１０Ａに第２給電コイル２が形成されていて、この第１基板１０Ａに第１給電コイル１が実装されている。そして、第２給電コイル２に近接するコイルアンテナモジュール３０を備えている。
　図２０（Ａ）は上記コイルアンテナモジュール３０の平面図、図２０（Ｂ）はコイルアンテナモジュール３０が備える第２基板１０Ｂの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
　コイルアンテナモジュール３０は、第２基板１０Ｂの上下面に２つのスパイラル状の導体パターン３Ａ，３Ｂが形成されたものである。２つのスパイラル状の導体パターン３Ａ，３Ｂそれぞれに流れる電流の向きは平面視で同方向になるように形成されている。そのため、２つのスパイラル状の導体パターン３Ａ，３Ｂの少なくとも一部が重なることで、これら２つのパターン３Ａ，３Ｂ同士は電界結合する。そのため、キャパシタを別途設けなくてもＬＣ共振回路を構成できる。
　このように、コイルアンテナモジュールが構成された基板（コイルアンテナモジュール３０）と、第１給電コイル１および第２給電コイル２が設けられる基板とが別体であってもよい。このことで、設計の自由度が向上する。
　なお、スパイラル状パターン１つのみでコイルアンテナを構成してもよい。その場合には、スパイラル状パターンの両端を、第２基板１０Ｂに設けた層間接続導体と、第２基板１０Ｂの下面に形成した配線とを介して接続し、スパイラル状パターンの途中にキャパシタを接続すればよい。
　このように、コイルアンテナを、スパイラル状パターンで構成したり、２つのパターンで構成したりすることでインダクタンス値の設定が容易となり、所定の共振周波数に設定できる。
《第９の実施形態》
　第９の実施形態では通信機器の例について示す。
　図２１（Ａ）は、通信機器の筐体内に組み込まれる第１基板１０Ａの平面図、図２１（Ｂ）は第１基板１０Ａの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
　第１基板１０Ａの上下面に２つのスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂを形成することで、これらスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂで第２給電コイルを構成している。スパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂそれぞれに流れる電流の向きは、平面視で同方向になるように形成されている。そのため、２つのスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂの少なくとも一部が重なることで、これら２つの導体パターン２Ａ，２Ｂ同士は電界結合する。導体パターン２Ａには第１給電コイル１とＲＦＩＣ４が接続されるとともにマッチング回路６Ａ，６Ｂおよびマッチング用のキャパシタ６Ｃが接続されている。
　図２２（Ａ）は通信機器の下部筐体の内面側の平面図、図２２（Ｂ）は上部筐体側の平面図である。図２３は通信機器３０１の断面図である。
　上部筐体８１側に上記第１基板１０Ａが備えられている。図２１に示したように、この第１基板１０Ａには第１給電コイル１、第２給電コイルの導体パターン２Ａ，２Ｂおよびその他の回路が構成されている。上部筐体８１側には、ＵＨＦ帯での通信用アンテナが実装された基板１０Ｃやバッテリーパック８３が備えられている。下部筐体８２には、コイルアンテナモジュール３０が設けられている。図２０（Ａ）（Ｂ）に示したコイルアンテナモジュールと同様に、第２基板１０Ｂの上下面に２つのスパイラル状パターンが形成されたものである。
　上部筐体８１と下部筐体８２とを嵌合させた状態で、図２３に示すように、コイルアンテナモジュール３０は第１給電コイル１および第２給電コイルのスパイラル状の導体パターン２Ａ，２Ｂに対向し、これらによってアンテナ装置が構成される。
　なお、コイルアンテナ３は第２給電コイル２と磁界結合だけでなく電界結合も行うので、より強く結合される。
　図２２に示した例では、平面視で、コイルアンテナ３と第２給電コイル２とは全体が重なるように構成したが、平面視で、コイルアンテナ３と第２給電コイル２とが一部で重なるようにそれらを配置してもよい。
《第１０の実施形態》
　図２４は第１０の実施形態に係るアンテナ装置１１０の回路図である。アンテナ装置１１０の第１給電コイル１は第２給電コイル２と並列接続されていて、コイルアンテナ３は第１給電コイル１および第２給電コイル２と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ３はキャパシタ５とＬＣ共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
　第１給電コイル１および第２給電コイル２の並列回路には、ＲＦＩＣ４が接続されている。ＲＦＩＣ４の構成は図４に示した例と同じである。このように、第１給電コイル１および第２給電コイル２は並列接続されていてもよい。また、複数の第１給電コイルを設ける場合に、それらの第１給電コイルを並列接続してもよい。
　本実施形態によれば、給電回路に接続される回路のインダクタンスを減らすことができ、そのことで共振周波数の設定を行うことができる。また、給電回路に接続される回路の抵抗値を下げ、損失の低下やＱ値を上昇させることができる。
《第１１の実施形態》
　図２５、図２６は、第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１Ａ，１１１Ｂの平面図である。アンテナ装置１１１Ａ，１１１Ｂのいずれも、コイルアンテナ３、第１給電コイル１、第２給電コイル２、ＲＦＩＣ４、チップキャパシタ５を備えている。
　図２５、図２６に示すように、第２給電コイル２はその全長に亘ってコイルアンテナ３の内周に沿っている必要はなく、部分的に近接していてもよい。このことで、コイルアンテナ３と第２給電コイル２との結合度を定めてもよい。また、コイルアンテナ３と第２給電コイル２との間に生じる空間に他の部品を配置してもよい。
《第１２の実施形態》
　第１２の実施形態では、タッチパッドを備えたアンテナ装置の例を示す。
　図２７は本実施形態に係るアンテナ装置１１２の底面図、図２８はアンテナ装置１１２の断面図である。図２９はタッチパッド部に上記アンテナ装置１１２を備えたノートＰＣの斜視図である。
　図２７に表れているように、アンテナ装置１１２は、タッチパッド基板７０に、コイルアンテナ３、第１給電コイル１、第２給電コイル２、ＲＦＩＣ４、チップキャパシタ５、マッチング回路６Ａ，６Ｂおよびマッチング用のキャパシタ６Ｃを備えている。
　図２８に表れているように、タッチパッド基板７０は、基板７０ａ、絶縁シート７０ｂ、電極シート７０ｃ，７０ｄ、保護シート７０ｅを備えている。電極シート７０ｃ，７０ｄにはタッチ操作検出用電極７１，７２が形成されている。
　このように、タッチパッド基板にアンテナ装置用の各種電極を形成し、チップ部品を実装することで、タッチパッドに近距離無線通信用のアンテナを組み込むことができる。
　図２９に示すノートＰＣのタッチパッド部に例えばＲＦＩＤカードをかざすか、載置することで、ノートＰＣはＲＦＩＤカードと通信できる。
　また、コイルアンテナ３、第２給電コイル２をタッチ操作検出用電極７１や７２と同じ電極層に形成してもよい。それにより、タッチパッドにアンテナ装置を備えながら薄さを維持できる。
　本実施形態では、ノートＰＣのタッチパッド部にアンテナ装置を備えた例を示したが、スマートフォンやタブレット端末等の表示パネルやタッチパネル等にも同様に近距離無線通信用のアンテナを組み込むことができる。
《他の実施形態》
　以上に示した各実施形態では、コイルアンテナ３は第２給電コイル２のコイル開口ＣＡ２と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口ＣＡ３を有する例を示したが、第２給電コイル２のコイル開口ＣＡ２を平面視して、コイルアンテナ３の幾何学的重心（密度を考慮しない重心）は、第２給電コイル２のコイル開口ＣＡ２内に位置していればよい。
ＣＡ２，ＣＡ３…コイル開口
ＳＨ１ａ，ＳＨ１ｂ…非磁性体層
ＳＨ２ａ，ＳＨ２ｂ，ＳＨ２ｃ…磁性体層
ＳＬ…スリット部
１…第１給電コイル
１Ａ，１Ｂ…第１給電コイル部
２…第２給電コイル
２Ａ，２Ｂ…導体パターン
３…コイルアンテナ
３Ａ，３Ｂ…導体パターン
４…ＲＦＩＣ
５…チップキャパシタ
６Ａ，６Ｂ…マッチング回路
６Ｃ…キャパシタ
１０…基板
１０Ａ…第１基板
１０Ｂ…第２基板
１０Ｃ…基板
１１，１２，１３…端子
２１，２２…第１給電コイル接続電極
２３，２４…ＲＦＩＣ接続電極
３０…コイルアンテナモジュール
４１…給電回路
４２…キャパシタ
４３，４４…マッチング回路
７０…タッチパッド基板
７０ａ…基板
７０ｂ…絶縁シート
７０ｃ，７０ｄ…電極シート
７０ｅ…保護シート
７１，７２…タッチ操作検出用電極
８１…上部筐体
８２…下部筐体
８３…バッテリーパック
９１…給電回路
９２…キャパシタ
９３，９４…マッチング回路
９５…コイルアンテナ
１０１…アンテナ装置
１０２Ａ，１０２Ｂ…アンテナ装置
１０３～１１０…アンテナ装置
１１１Ａ，１１１Ｂ…アンテナ装置
１１２…アンテナ装置
２０１…ＲＦＩＤカード
３０１…通信機器

Claims (10)

  1. 　給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電界結合または磁界結合するコイルアンテナとを備え、
    　前記給電コイルは、第１給電コイルと、第１給電コイルに接続された第２給電コイルとで構成され、
    　第２給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
    　コイルアンテナは第２給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
    　第２給電コイルのコイル開口の平面視で、コイルアンテナの幾何学的重心は、第２給電コイルのコイル開口内に位置し、
    　第１給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 　前記第１給電コイルは複数の第１給電コイル部で構成された、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記複数の第１給電コイル部は、前記コイルアンテナのコイル開口を挟んで対向する２つの第１給電コイル部を含む、請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記複数の第１給電コイル部は、互いの巻回軸方向が交差する２つの第１給電コイル部を含む、請求項２に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第２給電コイルの巻回軸と前記コイルアンテナの巻回軸とは、同軸関係である、請求項１～４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 　基板を備え、前記給電コイルおよび前記コイルアンテナは前記基板に設けられている、請求項１～５のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 　前記基板に、タッチ操作検出用電極が形成された、請求項６に記載のアンテナ装置。
  8. 　前記第２給電コイルに対する前記第１給電コイルの両端部における２つの接続位置は、前記コイルアンテナを跨ぐ位置に配置されている、請求項６または７に記載のアンテナ装置。
  9. 　第１基板および第２基板を備え、
    　前記給電コイルは第１基板に設けられていて、
    　前記コイルアンテナは前記第２基板に設けられている、請求項１～５のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10. 　アンテナ装置および前記アンテナ装置に接続された給電回路を備えた通信機器において、
    　前記アンテナ装置は、前記給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電界結合または磁界結合するコイルアンテナとを備え、
    　前記給電コイルは、第１給電コイルと、第１給電コイルに対して直列接続された第２給電コイルとで構成され、
    　第２給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
    　コイルアンテナは第２給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
    　平面視で、コイルアンテナの幾何学的重心は、第２給電コイルのコイル開口内に位置し、
    　第１給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、
    ことを特徴とする通信機器。
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