WO2016194542A1 - アンテナ装置、及び電子機器 - Google Patents
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- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
- H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
Definitions
- the antenna module needs to receive a magnetic flux of a certain value or more from the reader / writer with the antenna coil in order to reliably communicate. Therefore, in the antenna module according to the conventional example, a loop coil is provided in a housing of a mobile phone or the like, and the coil receives a magnetic flux from the reader / writer.
- Antenna modules built into electronic devices such as mobile phones have the magnetic flux from the reader / writer rebounded due to the eddy current generated when the metal plate inside the device and the metal plate such as the battery pack receive the magnetic field from the reader / writer. It will be. For example, when considering the surface of a mobile phone case, the magnetic field coming from the reader / writer tends to be strong at the outer peripheral portion of the case surface and weak near the center of the case surface.
- the distribution of the magnetic field generated by the antenna coil can be further widened, so that it is possible to ensure good communication performance even if it is bent and mounted in a limited narrow space near the side surface of the metal plate.
- the distribution of the magnetic field generated by the antenna coil can be expanded including both the top surface side and the back surface side of the metal plate, so that the antenna is mounted in a limited narrow space near the side surface of the metal plate. Communication characteristics can be improved.
- the wireless communication system 100 includes an antenna device 1 provided in an electronic device 30 and a reader / writer 40 serving as an external device that accesses the antenna device 1.
- the antenna device 1 and the reader / writer 40 are arranged to face each other on the XY plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system XYZ shown in FIG.
- an antenna coil 12 formed by patterning or the like of a flexible conductive wire 12 a such as a flexible flat cable is electrically connected to the antenna substrate 11, and the antenna coil 12 and the communication processing unit 13.
- a terminal portion 14 is mounted.
- the magnetic sheet 120 is provided through the opening 112b so as to overlap the outer side of the one side portion 112a1 and to overlap the inner side of the other side portion 112a2.
- the coil 112 is configured such that one side portion 112 a 1 directly faces the side surface 103 a of the metal plate 103 and the other side portion 112 a 2 is bent along the bottom surface 103 b of the metal plate 103. That is, in the present embodiment, the substantially rectangular antenna coil 112 that is elongated in the longitudinal direction and whose width is larger than the thickness of the metal plate 103 is bent at the center line L1, and the one side portion 112a1 is made to be the side surface 103a of the metal plate 103. And the inner side wall 132a of the housing 132 of the electronic device 130, and the other side portion 112a2 is arranged in a narrow space between the bottom surface 103b of the metal plate 103 and the bottom surface 132b of the housing 132.
- FIG. 9A is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna device as another comparative example of the antenna device according to one embodiment of the present invention
- FIG. 9B is a diagram showing the magnetic field strength of the antenna device shown in FIG. 9A. is there.
- the antenna device 701 serving as the comparative example the antenna coil 712 having a width twice that of the comparative example illustrated in FIG. 8A was used, and the magnetic field strength generated in the antenna coil 712 was observed.
- the magnetic sheet 120 is provided through the opening 112b so as to overlap with the one side portion 112a1 on the outer side and with the other side portion 112a2 on the inner side. It has been found that the distribution of the magnetic field generated by the antenna coil 112 is expanded in a wide range by the peripheral portion including the side surface 103a of the metal plate 103. In particular, in this embodiment, it has been found that a magnetic field having a certain magnitude of intensity is distributed not only on the side surface 103a of the metal plate 103 but also on both the top surface side and the bottom surface side of the metal plate 103. From this, it was found that the antenna device 101 according to the present example has a larger magnetic field distribution range having a strength of a predetermined magnitude or more.
- the magnetic field strength distribution of the example of the antenna device 201 (see FIG. 4) according to another embodiment of the present invention was observed.
- the portion of the metal plate 203 of the 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 5 mm aluminum casing 232 is bent by bending the portion of the antenna coil 212 that is 30 mm ⁇ 10 mm and having four turns of the antenna coil 212 that protrudes from the side surface 203a.
- the cross section of the antenna coil 212 was observed for the distribution of the magnetic field strength generated in the antenna coil 212 in a state where 0.1 W of power was supplied to the terminal of the antenna device 201.
- the magnetic field strength distribution of the example of the antenna device 301 (see FIG. 5) according to another embodiment of the present invention was observed.
- the portion of the antenna coil 312 that is 30 mm ⁇ 10 mm in length and the turn of the antenna coil 312 that protrudes from the side surface 303 a of the metal plate 303 is bent, and the metal plate 303 of the aluminum housing 332 that is 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 5 mm.
- the cross section of the antenna coil 312 was observed for the distribution of the magnetic field intensity generated in the antenna coil 312 in a state where 0.1 W of power was supplied to the terminal of the antenna device 301.
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Abstract
実装スペースが制約された電子機器内でも、良好な通信性能を確保して実装することの可能なアンテナ装置を提供する。電子機器（３０）に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置（１）であって、電子機器の筐体内部（３２）に設けられ、外部機器に対向する金属板（３）と、その開口部（１２ｂ）を介して幅方向に対向する導線（１２ａ）が互いに近接するように巻回して設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル（１２）と、を備え、アンテナコイルは、金属板の側面（３ａ）に沿って設けられる。
Description
本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器等の外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。本出願は、日本国において２０１５年５月２９日に出願された日本特許出願番号特願２０１５－１０９９０６を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願を参照することにより、本出願に援用される。
携帯電話機等の電子機器において、近距離非接触通信の機能を搭載するため、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールが用いられている。このアンテナモジュールは、リーダライタ等の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナモジュールは、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するＩＣを駆動させることができる。
アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナモジュールでは、携帯電話機等の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。携帯電話機等の電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパック等の金属板がリーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタから来る磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が弱くなる傾向にある。
このため、電子機器に内蔵して用いるＮＦＣアンテナモジュールの通信効率を高めるために、機器内部の基板やバッテリパック等の金属板の端部に配置する方法が開発されている。当該ＮＦＣアンテナモジュールを金属板の端部に配置する方法として、例えば、特許文献１及び２には、磁性体の一部を側部に折り曲げる方法が提案され、特許文献３には、金属板と筐体の間に実装する細長いアンテナ装置が提案されている。
しかしながら、側面に磁性体の一部を折り曲げるタイプでは、その厚みが加わって実装上の制約が生じることが懸念される。また、金属板と筐体の隙間に細長いアンテナ装置を実装するタイプでは、主たる金属板と筐体の間にアンテナ装置を設けるのに十分な間隙がない場合、かかるアンテナ装置を実装出来ない等の問題があった。特に、電子機器の小型化や高機能化が進むにつれて、アンテナ装置の実装スペースの制約を受けることが多くなることから、狭小スペースでの実装可能化を実現するために、アンテナ装置をバッテリやＬＣＤモジュール等の金属板の端部に沿って折り曲げて設置した上で、良好な通信性能を確保する必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、実装スペースが制約された電子機器内において、アンテナコイルを金属板の端部に沿って折り曲げて実装しても、良好な通信性能を確保することの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する金属板と、その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように略短冊形状に巻回して設けられ、その幅が前記金属板の厚さより大きい構成となっており、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、磁性体から形成され、前記アンテナコイルの一部と重畳して設けられる磁性シートと、を備え、前記アンテナコイルは、前記金属板の側面に沿って設けられ、前記アンテナコイルの前記金属板の前記側面と重複した領域からはみ出た部位が前記金属板の頂面又は底面の少なくとも何れかに沿って折り曲げられる構成となっている。
本発明の一態様によれば、アンテナ装置を金属板の側面に沿って設けて、かつ、アンテナコイルの金属板の側面からはみ出た部位を金属板の底面等に沿って折り曲げることによって、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに実装しても、良好な通信性能を確保できる。
このとき、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記アンテナコイルの一部と重畳するように前記開口部を貫通して設けられることとしてもよい。
このようにすれば、通信時に外部機器から送られる磁束をアンテナコイルの中心側に誘導できるので、アンテナの通信特性を良好とした上で金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに実装できる。
また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記磁性シートは、前記一方側部に対して、その外側で重畳し、前記他方側部に対して、その内側で重畳するように前記開口部を貫通して設けられ、前記アンテナコイルは、前記一方側部が前記金属板の前記側面に直接対向し、前記他方側部が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっていることとしてもよい。
このようにすれば、アンテナコイルで発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに折り曲げて実装しても、良好な通信性能を確保できる。
また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記磁性シートは、前記一方側部に対して、その内側で重畳し、前記他方側部に対して、その外側で重畳するように前記開口部を貫通して設けられ、前記アンテナコイルは、前記一方側部が前記金属板の前記側面に前記磁性シートを介して対向し、前記他方側部が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっていることとしてもよい。
このようにすれば、アンテナコイルで発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに折り曲げて実装しても、良好な通信性能を確保できる。
また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記磁性シートは、前記一方側部又は前記他方側部の何れか一方にのみ重畳して設けられることとしてもよい。
このようにすれば、アンテナコイルで発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに折り曲げて実装しても、良好な通信性能を確保できる。
また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部の端部側が前記金属板の前記頂面に沿って折り曲げられ、かつ、前記他方側部の端部側が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっていることとしてもよい。
このようにすれば、アンテナコイルで発生する磁界の分布を金属板の頂面側及び裏面側の双方を含めて広げられるので、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに実装した上でアンテナの通信特性を良好にできる。
また、本発明の他の態様は、前述した何れかに記載のアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器である。
本発明の他の態様によれば、アンテナ装置を限られた狭小スペースに実装しても、良好なアンテナ通信特性を確保できるので、良好なアンテナ通信特性を確保可能な電子機器の設計自由度が向上する。
以上説明したように本発明によれば、アンテナコイルを金属板の側面に沿って折り曲げて設けることによって、金属板の側面近傍の限られた狭小スペースに実装しても、良好な通信性能を確保できる。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図であり、図２Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の配置を説明するための断面図である。
本実施形態に係るアンテナ装置１は、電子機器３０に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図１に示すようなＲＦＩＤ用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。
無線通信システム１００は、図１に示すように、電子機器３０に備わるアンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ４０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ４０とは、図１に示す三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面において互いに対向するように配置されているものとする。
リーダライタ４０は、ＸＹ平面において互いに対向するアンテナ装置１に対して、Ｚ軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ４１と、アンテナ４１を介して誘導結合されたアンテナ装置１と通信を行う制御基板４２とを備える。
すなわち、リーダライタ４０は、アンテナ４１と電気的に接続された制御基板４２が配設されている。この制御基板４２には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路４３が実装されている。この制御回路４３は、アンテナ装置１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。
例えば、制御回路４３は、アンテナ装置１に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ４１を駆動する。また、制御回路４３は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ４１で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。
なお、制御回路４３では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。
アンテナ装置１は、例えば、リーダライタ４０とＸＹ平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器３０の筐体３２の内部に組み込まれる。本実施形態では、アンテナ装置は、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信可能となるアンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１（図２Ａ参照）を有するアンテナモジュール２と、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０との間で通信を行う通信処理部１３と、金属板３とを備える。
アンテナモジュール２は、電子機器３０の筐体３２（図２Ａ参照）の内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信を行う。本実施形態では、図１に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナ基板１１と、通信処理部１３と、接続部１４とを備える。
アンテナ基板１１には、例えばフレキシブルフラットケーブル等の可撓性の導線１２ａがパターンニング処理等をすることによって形成されるアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２と通信処理部１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。
アンテナコイル１２は、リーダライタ４０から発信される磁界を受けると、リーダライタ４０と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部１４を介して受信信号を通信処理部１３に供給する機能を有する。本実施形態では、アンテナコイル１２は、図２Ａに示すように、長手方向に細長い略短冊形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２の１本の導線１２ａが周回されており、その中心側が開口部１２ｂとなっている。すなわち、アンテナコイル１２は、その開口部１２ｂを介して幅方向（図２Ａに示すＸ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられる。また、アンテナコイル１２は、導線１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。
通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部１３が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１３は、リーダライタ４０に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル１２を介して変調された電波をリーダライタ４０に送信する。なお、通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源等の電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。
金属板３は、電子機器３０の筐体３２内に設けられ、外部機器となるリーダライタ４０に対向する第１の導電体となる。金属板３は、例えば、携帯電話やスマートフォン、又はタブレットＰＣ等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ４０に対向する第１の導電体を構成するものである。当該第１の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットＰＣの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。
バッテリパック等の金属板３は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ４０と対向した金属板３の外縁側の磁界が強いという特性を有する。このため、本実施形態では、アンテナモジュール２のアンテナコイル１２を携帯電話機３０の筐体３２内部に設けられたバッテリパック等の金属板３の外縁側に設けている。このように、アンテナコイル１２を金属板３の外縁側に設けることによって、携帯電話機等の電子機器３０に組み込んだ際に当該電子機器３０の小型化を図りつつ、リーダライタ４０との間で良好な通信特性が実現される。
本実施形態では、アンテナコイル１２は、例えば、図２Ａに示すような三次元直交座標系ＸＹＺのＸＺ平面上であって、図２Ｂに示すように、携帯電話機３０の筐体３２内部に設けられたバッテリパック等の金属板３の側面３ａと、筐体３２の内周壁３２ａとの間に配置され、金属板３の側面３ａに沿って設けられる。すなわち、アンテナコイル１２は、金属板３のリーダライタ４０との対向面となる頂面側でなく、側面３ａに開口部１２ｂが向くように設けられている。
また、本実施形態では、アンテナコイル１２は、導線１２ａを略短冊形状に巻回して設けられており、その長手方向に開口部１２ｂを縦断する中心線Ｌ１を介して、導線１２ａが一方向に周回する一方側部１２ａ１と導線１２ａが他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分される構成となっている。さらに、本実施形態では、アンテナコイル１１２により大きな誘導起電力を発生させることによって通信性能を高めるために、図２Ｂに示すように、アンテナコイル１２の幅が金属板３の厚さより大きい構成となっている。
そして、本実施形態では、アンテナ装置１は、アンテナコイル１２の金属板３の側面３ａと重複した領域からはみ出た部位が金属板３の底面３ｂに沿って折り曲げられる構成となっている。本実施形態では、図２Ｂに示すように、他方側部１２ａ２がアンテナコイル１２の金属板３の側面３ａと重複した領域からはみ出た部位となるので、当該他方側部１２ａ２が金属板３の底面３ｂに沿って折り曲げられる構成となっている。
さらに、本実施形態では、アンテナ通信性能をより良好にするために、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、磁性シート２０をアンテナコイル１２の一部と重畳するように、設けられている。磁性シート２０は、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成され、アンテナモジュール２（図１参照）の通信特性を高めるために、当該アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ４０（図１参照）から送られる磁束をアンテナコイル１２の中心側に向けて誘導する機能を有する。
このように本実施形態では、長手方向に細長く、かつ、その幅が金属板３の厚さより大きい略短冊形状のアンテナコイル１２を中心線Ｌ１で折り曲げて、一方側部１２ａ１を金属板３の側面３ａと電子機器３０の筐体３２の内周壁３２ａとの間、他方側部１２ａ２を金属板３の底面３ｂと筐体３２の底面３２ｂとの間の狭小スペースに配置する構成となっている。本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特に、アンテナコイル１２の形状が長手方向に細長い略短冊形状であり、かつ、その幅が金属板３の厚さより大きい場合に、アンテナコイル１２を金属板３のリーダライタ４０との対向面側に設けずに、一方側部１２ａ１が金属板３の側面３ａ、他方側部１２ａ２が金属板３の底面３ｂにそれぞれ対向するように折り曲げて設けても、アンテナ装置１の通信性能を劣化させずに、良好な通信機能を維持できることを見出した。
このため、本実施形態では、アンテナコイル１２を金属板３の側面３ａに沿って設けてから、当該アンテナコイル１２を中心線Ｌ１で折り曲げて、他方側部１２ａ２が金属板３の底面３ｂに沿うように設けることによって、限られた狭小スペースに実装しても良好な通信性能を確保されるので、電子機器３０の小型薄型化の要請に対応できるようになっている。また、アンテナ装置１の通信性能を高めるために、アンテナコイル１２の面積をより大きくしても、アンテナコイル１２を金属板３の側面３ａに沿って設けてから、当該アンテナコイル１２の金属板３の側面３ａからはみ出た部位となる他方側部１２ａ２を金属板３の底面３ｂに沿うように折り曲げて設けることによって、通信性能を劣化させずに、電子機器３０の内部における狭小スペースでの実装が可能となるので、当該電子機器３０の設計自由度が向上する。
なお、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１は、図２Ａ及び図２Ｂの構成に限定されない。すなわち、通信時に外部機器から送られる磁束をアンテナコイル１１２の中心側に誘導することによって、アンテナの通信特性を向上させるために、アンテナ装置１０１は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、磁性シート１２０がアンテナコイル１１２の一部と重畳するように、当該アンテナコイル１１２の開口部１１２ｂを貫通して設けられる構成としてもよい。
本実施形態では、磁性シート１２０は、一方側部１１２ａ１に対して、その外側で重畳し、他方側部１１２ａ２に対して、その内側で重畳するように開口部１１２ｂを貫通して設けられ、アンテナコイル１１２は、一方側部１１２ａ１が金属板１０３の側面１０３ａに直接対向し、他方側部１１２ａ２が金属板１０３の底面１０３ｂに沿って折り曲げられる構成となっている。すなわち、本実施形態では、長手方向に細長く、かつ、その幅が金属板１０３の厚さより大きい略短冊形状のアンテナコイル１１２を中心線Ｌ１で折り曲げて、一方側部１１２ａ１を金属板１０３の側面１０３ａと電子機器１３０の筐体１３２の内周壁１３２ａとの間、他方側部１１２ａ２を金属板１０３の底面１０３ｂと筐体１３２の底面１３２ｂとの間の狭小スペースに配置する構成となっている。
このように、磁性シート１２０をアンテナコイル１１２の一部と重畳するように、アンテナコイル１１２の開口部１１２ｂに貫通して設けることによって、アンテナコイル１１２で発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板１０３の側面１０３ａの近傍の限られた狭小スペースにアンテナ装置１０１を実装する際に、アンテナの通信特性をより良好な状態にすることができる。特に、本実施形態では、磁性シート１２０が一方側部１１２ａ１に対して、その外側で重畳し、他方側部１１２ａ２に対して、その内側で重畳するように開口部１１２ｂを貫通して設けられているので、アンテナコイル１１２で発生する磁界の分布を金属板１０３の側面１０３ａを含めて、その周辺部により広範囲に広げられる。このため、金属板１０３の側面１０３ａの近傍の限られた狭小スペースにアンテナ装置１０１を折り曲げて実装する際に、アンテナの通信特性をより良好な状態にすることができる。
また、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、磁性シート２２０がアンテナコイル２１２の一部と重畳するように、当該アンテナコイル２１２の開口部２１２ｂを貫通して設けられる構成とするために、他の態様としてもよい。本実施形態のアンテナコイル２１２は、磁性シート２２０が一方側部２１２ａ１に対して、その内側で重畳し、他方側部２１２ａ２に対して、その外側で重畳するように開口部２１２ｂを貫通して設けることによって、一方側部２１２ａ１が金属板２０３の側面２０３ａに磁性シート２２０を介して対向し、他方側部２１２ａ２が金属板２０３の底面２０３ｂに沿って折り曲げられる構成としてもよい。すなわち、本実施形態では、長手方向に細長く、かつ、その幅が金属板２０３の厚さより大きい略短冊形状のアンテナコイル２１２を中心線Ｌ１で折り曲げて、一方側部２１２ａ１を金属板２０３の側面２０３ａと電子機器２３０の筐体２３２の内周壁２３２ａとの間、他方側部２１２ａ２を金属板２０３の底面２０３ｂと筐体２３２の底面２３２ｂとの間の狭小スペースに配置する構成となっている。
このように、磁性シート２２０をアンテナコイル２１２の一部と重畳するように、アンテナコイル２１２の開口部２１２ｂに貫通して設けることによって、アンテナコイル２１２で発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板２０３の側面２０３ａの近傍の限られた狭小スペースにアンテナ装置２０１を実装する際に、アンテナの通信特性をより良好な状態にすることができる。特に、本実施形態では、磁性シート２２０が一方側部２１２ａ１に対して、その内側で重畳し、他方側部２１２ａ２に対して、その外側で重畳するように開口部２１２ｂを貫通して設けられているので、アンテナコイル２１２で発生する磁界の分布を金属板２０３の側面２０３ａを含めて、その周辺部により広範囲に広げられる。このため、金属板２０３の側面２０３ａの近傍の限られた狭小スペースにアンテナ装置２０１を折り曲げて実装する際に、アンテナの通信特性をより良好な状態にすることができる。
なお、磁性シート２０、１２０、２２０の設け方は、前述の各実施形態の態様に限定されない。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、磁性シート３２０は、一方側部３１２ａ１には、重畳せずに、他方側部３１２ａ２のみに重畳してもよい。また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、磁性シート４２０は、一方側部４１２ａ１のみに重畳し、他方側部４１２ａ２には、重畳しないようにしてもよい。このように、磁性シート３２０、４２０を一方側部４１２ａ１又は他方側部３１２ａ２の何れか一方にのみ重畳して設けても、アンテナコイル３１２、４１２で発生する磁界の分布をより広げられるので、金属板３０３、４０３の側面３０３ａ、４０３ａの近傍の限られた狭小スペースに折り曲げて実装しても、良好な通信性能を確保できる。
さらに、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、長手方向に細長く、かつ、その幅が金属板５０３の厚さより大きい略短冊形状のアンテナコイル５１２の一方側部５１２ａ１の端部側が金属板５０３の頂面５０３ｃに沿って折り曲げられ、かつ、他方側部５１２ａ２の端部側が金属板５０３の底面５０３ｂに沿って折り曲げられる構成としてもよい。すなわち、本実施形態では、略短冊形状のアンテナコイル５１２を幅方向の両端側でそれぞれ折り曲げて、導線５１２ａが設けられる一方側部５１２ａ１の端部側を金属板５０３の頂面５０３ｃに沿うようにして、開口部５１２ｂを金属板５０３の側面５０３ａと電子機器５３０の筐体５３２の内周壁５３２ａとの間に沿うようにして、かつ、導線５１２ａが設けられる他方側部５１２ａ２を金属板５０３の底面５０３ｂと筐体５３２の底面５３２ｂとの間の狭小スペースに配置する構成となっている。アンテナ装置５０１をこのような構成とすることによって、アンテナコイル５１２で発生する磁界の分布を金属板５０３の頂面側及び裏面側の双方を含めて広げられるので、金属板５０３の側面近傍の限られた狭小スペースに実装した上でアンテナの通信特性を良好にできる。
次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の検討評価の実施例について、図面を使用しながら説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のアンテナコイルの構成の変化に基づく、磁界強度の検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。
図８Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図８Ｂは、図８Ａに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。当該比較例となるアンテナ装置６０１として、３０ｍｍ×５ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル６１２を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体６３２に備わる金属板６０３の側面６０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置６０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル６１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル６１２の断面を観察した。図８Ｂに示すように、金属板６０３の側面６０３ａからその周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
図９Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の比較例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図９Ｂは、図９Ａに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。当該比較例となるアンテナ装置７０１として、図８Ａに示す比較例よりもアンテナコイル７１２の幅を２倍に広げたものを使用して、当該アンテナコイル７１２に発生しる磁界強度を観察した。すなわち、本比較例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル７１２を５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体７３２に備わる金属板７０３の側面７０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置７０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル７１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル７１２の断面を観察した。
図９Ｂに示すように、金属板７０３の側面７０３ａからアンテナコイル７１２がはみ出た部分も含めて、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。すなわち、アンテナコイル７１２の幅を広げることによって、アンテナコイル７１２に発生する磁界強度の分布が拡大することが分かった。
次に、図９Ａの比較例のアンテナコイル７１２の磁界強度の分布結果を踏まえて、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１（図２参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル１２の金属板３の側面３ａからはみ出た部分を折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体３２に備わる金属板３の側面３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル１２の断面を観察した。
図１０は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１（図２参照）の実施例の磁界強度を示す図である。図１０に示すように、金属板３の側面３ａからアンテナコイル１２のはみ出た部分を折り曲げることによって、金属板３の側面３ａから底面３ｂに至るまで、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。すなわち、アンテナコイル１２を折り曲げることによって、アンテナコイル１２に発生する磁界強度の分布領域を金属板３の側面３ａから底面３ｂに至るまで拡大することが分かった。
次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置１０１（図３参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル１１２の金属板１０３の側面１０３ａからはみ出た部分を折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体１３２に備わる金属板１０３の側面１０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置１０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル１１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル１１２の断面を観察した。
図１１は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置１０１の実施例の磁界強度を示す図である。図１１に示すように、金属板１０３の側面１０３ａからアンテナコイル１１２のはみ出た部分を折り曲げることによって、金属板１０３の側面１０３ａから底面１０３ｂに至るまで、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
本実施例では、磁性シート１２０が一方側部１１２ａ１に対して、その外側で重畳し、他方側部１１２ａ２に対して、その内側で重畳するように開口部１１２ｂを貫通して設けられているので、アンテナコイル１１２で発生する磁界の分布を金属板１０３の側面１０３ａを含めて、その周辺部により広範囲に拡大されることが分かった。特に、本実施例では、金属板１０３の側面１０３ａのみならず、金属板１０３の頂面側と底面側の双方に至るまで一定の大きさの強度を有する磁界が分布することが分かった。このことから、本実施例にかかるアンテナ装置１０１は、所定の大きさ以上の強度を有する磁界の分布範囲がより拡大されることが分かった。
次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置２０１（図４参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル２１２の金属板２０３の側面２０３ａからはみ出た部分を折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体２３２に備わる金属板２０３の側面２０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置２０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル２１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル２１２の断面を観察した。
図１２は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置２０１の実施例の磁界強度を示す図である。図１２に示すように、金属板２０３の側面２０３ａからアンテナコイル２１２のはみ出た部分を折り曲げることによって、金属板２０３の側面２０３ａから底面２０３ｂに至るまで、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
本実施例では、磁性シート２２０が一方側部２１２ａ１に対して、その内側で重畳し、他方側部２１２ａ２に対して、その外側で重畳するように開口部２１２ｂを貫通して設けられているので、アンテナコイル２１２で発生する磁界の分布を金属板２０３の側面２０３ａを含めて、その周辺部により広範囲に拡大されることが分かった。特に、本実施例では、金属板２０３の側面２０３ａのみならず、金属板２０３の底面側に至るまで一定の大きさの強度を有する磁界が分布することが分かった。このことから、本実施例にかかるアンテナ装置２０１は、前述した実施例のアンテナ装置１０１より磁界分布範囲の拡大を図れなかったものの、前述した実施例のアンテナ装置１より磁界分布範囲が拡大されており、所定の大きさ以上の強度を有する磁界の分布範囲が拡大されることが分かった。
次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置３０１（図５参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル３１２の金属板３０３の側面３０３ａからはみ出た部分を折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体３３２に備わる金属板３０３の側面３０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置３０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル３１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル３１２の断面を観察した。
図１３は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置３０１の実施例の磁界強度を示す図である。図１３に示すように、金属板３０３の側面３０３ａからアンテナコイル３１２のはみ出た部分を折り曲げることによって、金属板３０３の側面３０３ａから底面３０３ｂに至るまで、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
本実施例では、磁性シート３２０が他方側部３１２ａ２の内側のみに重畳して設けられているので、アンテナコイル３１２で発生する磁界の分布を金属板３０３の底面３０３ｂを中心に、その周辺部により広範囲に拡大されることが分かった。特に、本実施例では、金属板３０３の底面３０３ｂのみならず、金属板３０３の側面側に至るまで一定の大きさの強度を有する磁界が分布することが分かった。このことから、本実施例にかかるアンテナ装置３０１は、前述したアンテナ装置１０１、２０１の実施例より磁界の分布範囲が狭まるものの、所定の大きさ以上の強度を有する磁界の分布範囲が拡大されることが分かった。
次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置４０１（図６参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１０ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル４１２の金属板４０３の側面４０３ａからはみ出た部分を折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体４３２に備わる金属板４０３の側面４０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置４０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル４１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル４１２の断面を観察した。
図１４は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置４０１の実施例の磁界強度を示す図である。図１４に示すように、金属板４０３の側面４０３ａからアンテナコイル４１２のはみ出た部分を折り曲げることによって、金属板４０３の側面４０３ａから底面４０３ｂに至るまで、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
本実施例では、磁性シート４２０が一方側部４１２ａ１の内側のみに重畳して設けられているので、アンテナコイル４１２で発生する磁界の分布を金属板４０３の側面４０３ａを中心に、その周辺部により広範囲に拡大されることが分かった。特に、本実施例では、金属板４０３の側面４０３ａのみならず、金属板４０３の頂面及び底面側に至るまで一定の大きさの強度を有する磁界が分布することが分かった。このことから、本実施例にかかるアンテナ装置４０１は、前述したアンテナ装置１０１、２０１の実施例より磁界の分布範囲が狭まるものの、所定の大きさ以上の強度を有する磁界の分布範囲が拡大されることが分かった。
以上の磁界強度の検証結果から、前述した本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置１０１の実施例の磁界分布の広がりが一番大きいことから、より良好な通信性能を確保できることが分かった。すなわち、より良好なアンテナの通信性能を確保するために、アンテナコイル１１２の開口部１１２ｂに磁性シート１２０を貫通させて設ける際に、磁性シート１２０が一方側部１１２ａ１に対して、その外側で重畳し、他方側部１１２ａ２に対して、その内側で重畳するように、開口部１１２ｂを貫通させて、一方側部１１２ａ１が金属板１０３の側面１０３ａに対向し、他方側部１１２ａ２が磁性シート１２０を介して金属板１０３の底面１０３ｂに対向する構成とすることが好ましいことが分かった。
図１５Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の他の比較例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図１５Ｂは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の他の比較例となるアンテナ装置の配置を説明するための断面図であり、図１５Ｃは、図１５Ａに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。
当該比較例となるアンテナ装置８０１として、３０ｍｍ×１５ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル８１２を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍのアルミニウム製の筐体８３２に備わる金属板８０３の側面８０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置８０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル８１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル８１２の断面を観察した。図１５Ｃに示すように、アンテナコイル８１２が設けられている部位を中心に、金属板８０３の側面８０３ａからその周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。
次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置５０１（図７参照）の実施例の磁界強度分布を観察した。本実施例では、３０ｍｍ×１５ｍｍで導線が４ターンのアンテナコイル５１２の金属板５０３の側面５０３ａからはみ出た部分を両端部側からそれぞれ折り曲げて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム製の筐体５３２に備わる金属板５０３の側面５０３ａに設けた場合において、当該アンテナ装置５０１の端子に０．１Ｗの電力を給電した状態におけるアンテナコイル５１２に発生する磁界強度の分布について、当該アンテナコイル５１２の断面を観察した。
図１６は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置５０１の実施例の磁界強度を示す図である。図１６に示すように、アンテナコイル５１２の導線５１２ａが設けられている部位を中心に、金属板５０３の頂面側の端部と底面側の端部のそれぞれを中心として、その周辺に強い磁界分布が現れることが分かった。このことから、本実施例におけるアンテナ装置５０１は、金属板５０３の表面及び裏面の双方からの通信性能が必要とされるノート型パソコン等に好適なことが分かった。
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置、及び電子機器の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 金属板（第１の導電体）、３ａ、１０３ａ、２０３ａ、３０３ａ、４０３ａ、５０３ａ （金属板の）側面、３ｂ、１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ、４０３ｂ、５０３ｂ （金属板の）底面、１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１ アンテナ基板、１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ アンテナコイル、１２ａ、１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ、４１２ａ、５１２ａ 導線、１２ａ１、１１２ａ１、２１２ａ１、３１２ａ１、４１２ａ１、５１２ａ１ 一方側部、１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２、３１２ａ２、４１２ａ２、５１２ａ２ 他方側部、１２ｂ、１１２ｂ、２１２ｂ、３１２ｂ、４１２ｂ、５１２ｂ 開口部、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２２０、３２０、４２０、５２０ 磁性シート、３０ 電子機器、３２ 筐体、３２ａ （筐体の）内周壁、４０ リーダライタ（外部機器）、４１ アンテナ、４２ 制御基板、４３ 制御回路、Ｌ１ 中心線
Claims (7)
- 電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する金属板と、
その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように略短冊形状に巻回して設けられ、その幅が前記金属板の厚さより大きい構成となっており、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
磁性体から形成され、前記アンテナコイルの一部と重畳して設けられる磁性シートと、を備え、
前記アンテナコイルは、前記金属板の側面に沿って設けられ、前記アンテナコイルの前記金属板の前記側面と重複した領域からはみ出た部位が前記金属板の頂面又は底面の少なくとも何れかに沿って折り曲げられる構成となっているアンテナ装置。 - 前記磁性シートは、前記アンテナコイルの一部と重畳するように前記開口部を貫通して設けられる請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、
前記磁性シートは、前記一方側部に対して、その外側で重畳し、前記他方側部に対して、その内側で重畳するように前記開口部を貫通して設けられ、
前記アンテナコイルは、前記一方側部が前記金属板の前記側面に直接対向し、前記他方側部が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっている請求項２に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、
前記磁性シートは、前記一方側部に対して、その内側で重畳し、前記他方側部に対して、その外側で重畳するように前記開口部を貫通して設けられ、
前記アンテナコイルは、前記一方側部が前記金属板の前記側面に前記磁性シートを介して対向し、前記他方側部が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっている請求項２に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、
前記磁性シートは、前記一方側部又は前記他方側部の何れか一方にのみ重畳して設けられる請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記アンテナコイルは、その長手方向に前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部の端部側が前記金属板の前記頂面に沿って折り曲げられ、かつ、前記他方側部の端部側が前記金属板の前記底面に沿って折り曲げられる構成となっている請求項１に記載のアンテナ装置。
- 請求項１乃至６の何れか１項に記載のアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器。
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