WO2017208879A1

WO2017208879A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2017208879A1
Application number: PCT/JP2017/018984
Authority: WO
Inventors: 折原　勝久
Original assignee: デクセリアルズ株式会社
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2017-12-07
Also published as: CN109075431A; US10971795B2; US20190157744A1; CN109075431B; JP6774701B2; JP2017216512A

Abstract

外部機器と非接触通信する動作ポイントが結合係数のピークに来るように調整可能とすることによって、より高い通信性能を確保する。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１であって、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、アンテナコイルの外部機器に対向する面と反対側の面に設けられるシート状導電体５と、を備え、アンテナコイルは、開口部を縦断する中心線を介して導線が一方向に周回する一方側部１２ａ１と導線が他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分され、シート状導電体には、アンテナコイルの他方側部のみと重畳する導電体側開口部６と、導電体側開口部とシート状導電体の外縁部の何れかとの間にかけて形成されるスリット部７が設けられる構成となっている。

Description

アンテナ装置

　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に関する。本出願は、日本国において２０１６年５月３０日に出願された日本特許出願番号特願２０１６－１０７５２９を基礎として優先権を主張するものであり、こ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。基板や金属板によって跳ね返された磁束は、基板や金属板を迂回するように外周部に向かって流れるので、当該外周部の磁界が強くなり、基板や金属板の真ん中付近が弱くなる傾向にある。

　特許文献１では、かかる性質を利用して電子機器に内蔵して用いるＮＦＣ（Near Field Communication）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アンテナコイルを配置することが提案されている。また、特許文献２では、レイアウト上の制約によって基板の近くにアンテナコイルを配置出来ない場合に、基板とアンテナコイルを橋渡しするように、シート状の第２の導電体を配置することが提案されている。

特許第５１３５４５０号公報特開２０１５－０５３５３２号公報

　しかしながら、ＮＦＣやＦｅｌｉＣａ（登録商標）等のＲＦＩＤでは、外部機器とのより高い通信性能を確保するために、結合係数のピークに当該外部機器との非接触通信の動作ポイントが来ることが好ましい。また、ＲＦＩＤを搭載する携帯電子機器の構成上の制約のために、アンテナコイルの結合係数のピークとなる箇所が遮蔽されて、外部機器との通信性能が十分に確保されないことが懸念されている。すなわち、外部機器とのより高い通信性能を確保するために、外部機器と非接触通信する動作ポイントを結合係数のピークに来るように、適宜調整できるようにすることが好ましい。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外部機器と非接触通信する動作ポイントが結合係数のピークに来るように調整可能とすることによって、より高い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、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巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、前記アンテナコイルの前記外部機器に対向する面と反対側の面に設けられるシート状導電体と、を備え、前記アンテナコイルは、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、前記シート状導電体は、前記アンテナコイルの前記他方側部のみと重畳する導電体側開口部と、前記導電体側開口部と前記シート状導電体の外縁部の何れかとの間にかけて形成されるスリット部が設けられる構成となっている。

　本発明の一態様によれば、シート状導電体の所望の位置に設けられる導電体側開口部にアンテナコイルの他方側部のみを重畳させ、かつ、当該導電体側開口部とシート状導電体の外縁部と連接するスリット部を設けることによって、外部機器と非接触通信する動作ポイントが結合係数のピークに来るように調整されるので、より高い通信性能を確保できる。

　このとき、本発明の一態様では、前記導電体側開口部は、前記アンテナコイルの前記他方側部と略同一の大きさであることしてもよい。

　このようにすれば、外部機器からの磁束が導電体側開口部を通り抜けてループが形成され易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記導体側開口部は、前記シート状導電体の中心の近傍となる中央側に設けられていることとしてもよい。

　このようにすれば、導電体側開口部の周辺の磁束をより多く集められるようになるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記シート状導電体は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体であることとしてもよい。

　このようにすれば、通信動作ポイントを所望の位置に調整し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記シート状導体は、前記電子機器に備わる金属板の一部の構成となっていることとしてもよい。

　このようにすれば、電子機器の内部構造物を利用することによって、より高い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の前記他方側部と前記導電体開口部との間の部位に、磁性体から形成される磁性シートが設けられることとしてもよい。

　このようにすれば、外部機器からの磁束を逃がす方向に磁性シートが設けられることによって、当該磁束がアンテナコイルの開口部に導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、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前記一方側部の前記外部機器との対向面側にも設けられることとしてもよい。

　このようにすれば、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、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前記開口部に挿入されることによって、前記他方側部と前記導電体開口部との間の前記部位と、前記一方側部の前記外部機器との前記対向面に重畳するように設けられることとしてもよい。

　以上説明したように本発明によれば、外部機器と非接触通信する動作ポイントが結合係数のピークに来るように調整可能とすることによって、より高い通信性能を確保できる。

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る。図２Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示すアンテナ装置のアンテナコイルを除いたシート状導電体の斜視図である。図３Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の概略構成の一例を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示すアンテナ装置のアンテナコイルを除いたシート状導電体の斜視図である。図４Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。図５Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例１となるアンテナ装置の要部の概略構成の一例を示す斜視図であり、図５Ｂは、当該比較例１となるアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図７Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例1に設けられるシート状導電体の構成を示す斜視図であり、図７Ｂは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例２に設けられるシート状導電体の構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例２となるアンテナ装置の要部の概略構成の一例を示す斜視図であり、図９Ｃは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例２となるアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図１０Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例３のシート状導電体の構成を示す平面図であり、図１０Ｂは、当該実施例３の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図１１Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例４のシート状導電体の構成を示す平面図であり、図１１Ｂは、当該実施例４の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図１２は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　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などの可撓性の導線１２ａ（図２Ａ参照）がパターンニング処理など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。なお、アンテナコイル１２の構成の詳細な説明については、後述する。

　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など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の内部構造物が相当する。

　このような内部構造物である金属板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、従来では、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を確保するために、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の筐体内に設けられた金属筐体等の金属板３の外縁側に設けることが行われていた。

　しかしながら、電子機器３０の小型化や多機能化に伴い、筐体内において金属板３の外縁側にアンテナコイル１２を設置するスペースが十分に確保されないために、金属板３の外縁側にアンテナコイル１２を設置できない場合がある。また、ＲＦＩＤを搭載する携帯電子機器の構成上の制約のために、アンテナコイル１２の結合係数ｋのピークとなる箇所が遮蔽されて、外部機器４０との通信性能が十分に確保されない場合もある。すなわち、電子機器３０の小型化や多機能化に伴い、かつ、当該電子機器の構成上の制約を受けることによって、金属板３による磁気シールド効果を利用したアンテナの通信特性を十分に高められないことが懸念される。

　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、金属板３の内側に開口部を設けて、かつ、当該開口部と金属板３の外縁部とをスリット部で連接して、当該開口部にアンテナコイル１２の他方側部を重畳させることによって、外部機器４０と非接触通信する動作ポイントが結合係数ｋのピークに来るように調整されるので、金属板３の外縁側にアンテナコイル１２を設ける場合よりも、より良好な磁気シールド効果によるアンテナ通信特性を確保できることを見出した。かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。

　次に、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２Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示すアンテナ装置のアンテナコイルを除いたシート状導電体の斜視図である。

　本実施形態のアンテナ装置１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、その開口部１２ｂを介して幅方向（Ｙ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アンテナコイル１２と、アンテナコイル１２の外部機器４０に対向する面と反対側の面に設けられるシート状導電体５と、を備える。

　本実施形態では、アンテナコイル１２は、中央側に有する開口部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に二分される細長い略短冊形状のコイルである。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。さらに、アンテナコイル１２の開口部１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート２０が他方側部１２ａ２と導電体開口部１２との間の部位と、一方側部１２ａ１の外部機器４０との対向面に重畳するように挿入されて設けられている。

　シート状導電体５は、アンテナコイル１２の外形より大きい金属性シートであり、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２のみと重畳する大きさの導電体側開口部６と、当該導電体側開口部６とシート状導電体５の外縁部５ａの先端との間にかけて形成されるスリット部７が設けられる構成となっている。本実施形態では、シート状導電体５として、電子機器３０に備わる金属板３を利用して、当該金属板３の内側に導電体側開口部６となる開口部を設けて、かつ、当該導電体側開口部６と金属板３（シート状導電体５）の外縁部５ａとをスリット部７で連接して、当該導電体側開口部６にアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２を重畳させる構成となっている。すなわち、本実施形態では、シート状導体５は、電子機器３０に備わる金属板３の一部の構成となっている。

　スリット部７は、幅方向に対して長さ方向が大きい細隙であり、導電体側開口部６とシート状導電体５の外縁部５ａの先端との間にかけて連接するように形成される。スリット部７を設けることで、通信時にシート状導電体５（金属板３）に流れる渦電流のループを遮断するので、渦電流が生じるのを防止して、通過する磁束の損失を抑制することができる。なお、シート状導電体５（金属板３）に渦電流の発生を防止できればよいため、スリット部７の幅は、特に限定されない。また、スリット部７は、シート状導電体５の外縁部５ａの何れかと導電体側開口部６とを連接するように設けられていればよいので、シート状導電体５の外縁部５ａの両側部の何れかと連接する構成としてもよい。

　このように、本実施形態では、アンテナ装置１は、シート状導電体５（金属板３）の所望の位置に、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２と略同一の大きさの導電体側開口部６を設け、かつ、当該導電体側開口部６とシート状導電体５の外縁部５ａと連接するスリット部７を設けた上で、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２が当該導電体側開口部６と重畳するように、アンテナコイル１２をシート状導電体５の内側に設ける構成としている。このような構成とすることによって、リーダライタ４０からの磁束が磁性シート２０に沿って、シート状導電体５に設けられた導電体側開口部６を通り抜けることでループが形成されるので、アンテナとしての通信性能が向上するようになる。なお、ここで言及する「略同一の大きさ」とは、完全に同一の大きさであることに限らず、例えば、通信性能に影響のない範囲で多少のずれが許容される大きさを意味する。

　また、導電体側開口部６をシート状導電体５の所望の位置に設けることによって、リーダライタ等の外部機器４０と非接触通信する動作ポイントが双方のコイル間の結合係数ｋのピークに来るように調整されるので、より高い通信性能を確保できるようになる。すなわち、本実施形態では、電子機器３０の内部構造物となる金属板３を利用して、シート状導電体５となる金属板３の所望の位置に導電体側開口部６を設けることによって、非接触通信する動作ポイントが双方のコイル間の結合係数ｋのピークに来るように調整されるので、より高い通信性能が確保される。特に、導体側開口部６をシート状導電体５の中心の近傍となる中央側に設けることによって、導電体側開口部６の周辺の磁束をより多く集められるようになるので、より高い通信性能を確保できるようになる。

　なお、本実施形態では、磁性シート２０は、アンテナコイル１２の開口部１２ｂに挿入されることによって、他方側部１２ａ２と導電体開口部６との間の部位と、一方側部１２ａ１の外部機器３０との対向面に重畳するように設けられるが、磁性シート１２は、少なくともアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２と導電体開口部６との間の部位に、設けられていればよい。

　例えば、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、アンテナコイル１１２の他方側部１１２ａ２と導電体開口部１０６との間の部位にのみ磁性シート１２０が設けられ、かつ、導電体側開口部１０６とシート状導電体１０５の外縁部１０５ａと連接するスリット部１０７を設けて、アンテナコイル１１２の他方側部１１２ａ２が当該導電体側開口部１０６と重畳するように、アンテナコイル１１２をシート状導電体１０５の内側に設ける構成としても、上述した作用・効果を奏する。

　次に、本発明の他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４Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。

　本実施形態のアンテナ装置２０１は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、その開口部２１２ｂを介して幅方向（Ｙ方向）に対向する導線２１２ａが互いに近接するように巻回して設けられるアンテナコイル２１２と、アンテナコイル２１２の外部機器４０に対向する面と反対側の面に設けられるシート状導電体２０５と、当該シート状導電体２０５の一端側に重畳する金属板２０３とを備える。

　本実施形態では、アンテナコイル２１２は、中央側に有する開口部２１２ｂを縦断する中心線を介して導線２１２ａが一方向に周回する一方側部２１２ａ１と、導線２１２ａが他方向に周回する他方側部２１２ａ２に二分される細長い略短冊形状のコイルである。また、アンテナコイル２１２は、導線２１２ａ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。さらに、アンテナコイル２１２の開口部２１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート２２０が他方側部２１２ａ２と導電体開口部２１２との間の部位と、一方側部２１２ａ１の外部機器４０との対向面に重畳するように挿入されて設けられている。

　シート状導電体２０５は、アンテナコイル２１２の外形より大きい金属性シートであり、アンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２のみと重畳する大きさの導電体側開口部２０６と、当該導電体側開口部２０６とシート状導電体２０５の外縁部２０５ａの先端との間にかけて形成されるスリット部２０７が設けられる構成となっている。本実施形態では、シート状導電体２０５は、電子機器に備わるメタルカバーや、バッテリパックの金属筐体等の金属板２０３からなる第１の導電体とアンテナコイル２１２とを架橋するように設けられるアルミ箔等からなる第２の導電体である。

　すなわち、本実施形態では、リーダライタ４０と対向した金属板２０３の外縁側の磁界が強い特性を利用して、リーダライタ４０との間で良好な通信特性を確保するために、アンテナコイル２１２を携帯電話機３０の筐体内の金属板２０３の外縁側に設ける際に、導電体側開口部２０６とスリット部２０７が形成されるシート状導電体２０６を介して、アンテナコイル２１２を金属板２０３と接続する構成となっている。

　スリット部２０７は、幅方向に対して長さ方向が大きい細隙であり、導電体側開口部２０６とシート状導電体２０５の外縁部２０５ａの先端との間にかけて連接するように形成される。スリット部２０７を設けることで、通信時にシート状導電体２０５に流れる渦電流のループを遮断するので、渦電流が生じるのを防止して、通過する磁束の損失を抑制することができる。なお、シート状導電体２０５に渦電流の発生を防止できればよいため、スリット部２０７の幅は、特に限定されない。また、スリット部２０７は、シート状導電体２０５の外縁部２０５ａの何れかと導電体側開口部２０６とを連接するように設けられていればよいので、シート状導電体２０５の外縁部２０５ａの両側部の何れかと連接する構成としてもよい。

　このように、本実施形態では、アンテナ装置２０１は、シート状導電体２０５の所望の位置に、アンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２と略同一の大きさの導電体側開口部２０６を設け、かつ、当該導電体側開口部２０６とシート状導電体２０５の外縁部２０５ａと連接するスリット部２０７を設けた上で、アンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２が当該導電体側開口部２０６と重畳するように、アンテナコイル２１２をシート状導電体２０５の内側に設けて、かつ、当該シート状導電体２０５を金属板３の一端側に連結させる構成としている。このような構成とすることによって、リーダライタ４０からの磁束が磁性シート２２０に沿って、シート状導電体２０５に設けられた導電体側開口部２０６を通り抜けることでループが形成されるので、アンテナとしての通信性能が向上するようになる。

　また、導電体側開口部６をシート状導電体５の所望の位置に設けることによって、リーダライタ等の外部機器４０と非接触通信する動作ポイントが双方のコイル間の結合係数ｋのピークに来るように調整されるので、より高い通信性能を確保できるようになる。すなわち、本実施形態では、電子機器３０の内部構造物となる金属板３を利用して、シート状導電体５となる金属板３の所望の位置に導電体側開口部６を設けることによって、非接触通信する動作ポイントが双方のコイル間の結合係数ｋのピークに来るように調整されるので、より高い通信性能が確保される。

　特に、本実施形態では、電子機器３０の内部構造物となる金属板２０３に直接、導電体側開口部２０６やスリット部２０７を設けずに、アルミニウムをはじめとする金属箔等の薄いシート状導電体２０５に導電体側開口部２０６やスリット部２０７を設ける構成としている。このため、アンテナコイル２１２の通信動作ポイントをより所望の位置に調整し易くなるので、より高い通信性能を確実に確保できるようになる。また、電子機器３０の内部構造物となる金属板２０３に直接、導電体側開口部２０６やスリット部２０７を設けないので、これら内部構造物の強度を低下させることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。

　なお、前述した本発明の一実施形態及び他の一実施形態では、アンテナコイル１２、１１２、２１２には、それぞれ磁性シート２０、１２０、２２０が設けられているが、当該磁性シート２０、１２０、２２０が設けられていない場合でも、上述した作用・効果を奏する。すなわち、シート状導電体５、１０５、２０５に導電体側開口部６、１０６、２０６とスリット部７、１０７、２０７を設けて、当該アンテナコイル１２、１１２、２１２の他方側部１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２が当該導電体側開口部６、１０６、２０６と重畳する構成となっていれば、同様にして高い通信性能を確保できるようになる。

　次に、本発明の各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。本発明の各実施形態に係るアンテナ装置における作用・効果を以下の実施例１乃至４及び比較例１及び２を用いて検証した。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。

　本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のシート状導電体に導電体側開口部とスリット部を設けることによるリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。

　図５Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例１となるアンテナ装置の要部の概略構成の一例を示す斜視図であり、図５Ｂは、当該比較例１となるアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図７Ａは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例１に設けられるシート状導電体の構成を示す斜視図であり、図７Ｂは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例２に設けられるシート状導電体の構成を示す斜視図である。図８は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　従来例となる比較例１では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、その開口部１２ｂを介して幅方向（Ｙ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、当該開口部１２ｂに磁性シート２０を挿入したアンテナコイル１２をシート状導電体３０５の外縁部に設けた。具体的には、一方側部１２ａ１と他方側部１２ａ２からなる短冊形状のアンテナコイル１２の中央部側に有する開口部１２ｂに磁性シート２０（フェライトシート）を挿入するスリムな形状のＮＦＣアンテナ（外形３０ｍｍ×１０ｍｍの４巻コイル）の周囲に、シート状導電体３０５となる５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．０５ｍｍのアルミ箔を貼りつけて、通信特性を評価した。通信特性の評価は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アンテナ装置３０１と、ＮＦＣＦｏｒｕｍの定めるリーダライタ４０となるＬｉｓｔｅｎｅｒ－１との結合係数ｋをリーダライタ４０のアンテナ４１との距離を４０ｍｍとしながら、当該リーダライタ４０をｙ軸方向に移動して、通信特性の指標となる結合係数ｋの分布を評価した。

　一方、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１に対応する実施例１では、図７Ａに示すように、上述した比較例１と同じ大きさのシート状導電体５´には、その内側の外縁寄りに形成され、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２とほぼ同じ大きさの導電体側開口部６´と、当該導電体側開口部６´と当該外縁を連接するスリット部７´を設けた。そして、当該シート状導電体５´の導電体側開口部６´とアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２を重畳させるようにして、アンテナコイル１２をシート状導電体５´の外縁寄りの内側に設けた。

　また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１に対応する実施例２では、図７Ｂに示すように、シート状導電体５には、その内側の中心の近傍となる中央側に形成され、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２とほぼ同じ大きさの導電体側開口部６と、当該導電体側開口部６とシート状導電体５の外縁を連接するスリット部７を設けた。そして、当該シート状導電体５の導電体側開口部６とアンテナコイル１２の他方側部１２ａ２を重畳させるようにして、アンテナコイル１２をシート状導電体５の外縁寄りの内側に設けた。これらの実施例１及び実施例２に対しても、前述した比較例１と同様にして、通信特性の指標となる結合係数ｋの分布を評価した。

　これらの評価試験における評価結果を図８に示す。図８に示すように、スリムアンテナを金属板の周辺部に置いた比較例１よりも、実施例１及び実施例２の方がより高い結合係数ｋが得られた。このことから、金属板の内側に導電体側開口部を設けて、かつ、当該導電体側開口部と金属板の外縁部とをスリット部で連接して、当該導電体側開口部にアンテナコイルの他方側部を重畳させることによって、金属板の外縁側にアンテナコイルを設ける場合よりも、より良好な磁気シールド効果によるアンテナ通信特性を確保できることが分かった。また、導電体側開口部を金属板の内側端部よりも、シート状導電体の中心の近傍となる中央側に設けた方がより高い結合係数ｋが得られ、より良好な通信性能を確保できることが分かった。

　次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置のシート状導電体に導電体側開口部とスリット部を設けることによるリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。

　図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例２となるアンテナ装置の要部の概略構成の一例を示す斜視図であり、図９Ｃは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例２となるアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図１０Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例３のシート状導電体の構成を示す平面図であり、図１０Ｂは、当該実施例３の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図１１Ａは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例４のシート状導電体の構成を示す平面図であり、図１１Ｂは、当該実施例４の作用・効果を確認するための評価方法の説明図である。図１２は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　従来例となる比較例２では、図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、その開口部１２ｂを介して幅方向（Ｙ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、当該開口部１２ｂに磁性シート１２を挿入したアンテナコイル１２をシート状導電体４０５の外縁部に設けたものを金属板からなる第１の導電体４０３に連結した。具体的には、一方側部１２ａ１と他方側部１２ａ２からなる短冊形状のアンテナコイル１２の中央部側に有する開口部１２ｂに磁性シート２０（フェライトシート）を挿入するスリムな形状のＮＦＣアンテナ（外形３０ｍｍ×１０ｍｍの４巻コイル）の周囲に、シート状導電体４０５となる５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．０５ｍｍのアルミ箔を貼りつけて、さらに、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．３ｍｍのＳＵＳ板からなる金属板４０３に近接配置して、通信特性を評価した。通信特性の評価は、前述した図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アンテナ装置４０１と、ＮＦＣＦｏｒｕｍの定めるリーダライタ４０となるＬｉｓｔｅｎｅｒ－１との結合係数ｋをリーダライタ４０のアンテナ４１との距離を４０ｍｍとしながら、当該リーダライタ４０をｙ軸方向に移動して、通信特性の指標となる結合係数ｋの分布を評価した。

　一方、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置２０１に対応する実施例３のアンテナ装置２０１´では、図１０Ａに示すように、上述した比較例２と同じ大きさのシート状導電体２０５´には、その内側の外縁寄りに形成され、上述した比較例２と同じ大きさのアンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２（図４Ｂ参照）とほぼ同じ大きさの導電体側開口部２０６´と、当該導電体側開口部２０６´と当該外縁を連接するスリット部２０７´を設けた。そして、当該シート状導電体２０５´の導電体側開口部２０６´とアンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２を重畳させるようにして、アンテナコイル２１２をシート状導電体２０５´の外縁寄りの内側に設けて、さらに、上述した比較例２と同じ大きさ、材質の金属板２０３´に近接配置して、通信特性を評価した。通信特性の評価は、図１０Ｂに示すように、アンテナ装置２０１´と、ＮＦＣＦｏｒｕｍの定めるリーダライタ４０となるＬｉｓｔｅｎｅｒ－１との結合係数ｋをリーダライタ４０のアンテナ４１との距離を４０ｍｍとしながら、当該リーダライタ４０をｙ軸方向に移動して、通信特性の指標となる結合係数ｋの分布を評価した。

　また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置２０１に対応する実施例４では、図１１Ａに示すように、シート状導電体２０５には、その内側の中心の近傍となる中央側に形成され、アンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２（図４Ｂ参照）とほぼ同じ大きさの導電体側開口部２０６と、当該導電体側開口部２０６とシート状導電体２０５の外縁を連接するスリット部２０７を設けた。そして、当該シート状導電体２０５の導電体側開口部２０６とアンテナコイル２１２の他方側部２１２ａ２を重畳させるようにして、アンテナコイル２１２をシート状導電体２０５の外縁寄りの内側に設けて、さらに、上述した比較例２と同じ大きさ、材質の金属板２０３に近接配置して、通信特性を評価した。通信特性の評価は、図１１Ｂに示すように、アンテナ装置２０１と、ＮＦＣＦｏｒｕｍの定めるリーダライタ４０となるＬｉｓｔｅｎｅｒ－１との結合係数ｋをリーダライタ４０のアンテナ４１との距離を４０ｍｍとしながら、当該リーダライタ４０をｙ軸方向に移動して、通信特性の指標となる結合係数ｋの分布を評価した。

　これらの評価試験における評価結果を図１２に示す。図１２に示すように、スリムアンテナを金属板の周辺部に置いた比較例２よりも、実施例３及び実施例４の方がより高い結合係数ｋが得られた。このことから、シート状導電体の内側に導電体側開口部を設けて、かつ、当該導電体側開口部とシート状導電体の外縁部とをスリット部で連接して、当該導電体側開口部にアンテナコイルの他方側部を重畳させることによって、シート状導電体の外縁側にアンテナコイルを設ける場合よりも、より良好な磁気シールド効果によるアンテナ通信特性を確保できることが分かった。また、導電体側開口部をシート状導電体の内側端部よりも、シート状導電体の中心の近傍となる中央側に設けた方がより高い結合係数ｋが得られ、より良好な通信性能を確保できることが分かった。さらに、実施例３及び４では、実施例１及び２よりも結合係数ｋが大きな値となっているので、シート状導電体を金属板に重畳させる構造とすることによって、金属板に開口部とスリット部を設けるよりも、導電体の面積が小さくても、通信性能を向上させる大きな効果が得られることが分かった。

　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　アンテナ装置、２　アンテナモジュール、３、２０３　金属板（第１の導電体）、５、１０５、２０５　シート状導電体、５ａ、１０５ａ、２０５ａ　（シート状導電体の）外縁部、６、１０６、２０６　導電体側開口部、７、１０７、２０７　スリット部、１１、１１１、２１１　アンテナ基板、１２、１１２、２１２　アンテナコイル、１２ａ、１１２ａ、２１２ａ　導線、１２ａ１、１１２ａ１、２１２ａ１　一方側部、１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２　他方側部、１２ｂ、１１２ｂ、２１２ｂ　開口部、１３　通信処理部、１４　端子部、２０、１２０、２２０　磁性シート、３０　電子機器、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

　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、
　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巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
　前記アンテナコイルの前記外部機器に対向する面と反対側の面に設けられるシート状導電体と、を備え、
　前記アンテナコイルは、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、
　前記シート状導電体は、前記アンテナコイルの前記他方側部のみと重畳する導電体側開口部と、前記導電体側開口部と前記シート状導電体の外縁部の何れかとの間にかけて形成されるスリット部が設けられる構成となっているアンテナ装置。
　前記導電体側開口部は、前記アンテナコイルの前記他方側部と略同一の大きさである請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記導体側開口部は、前記シート状導電体の中心の近傍となる中央側に設けられている請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導電体は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体である請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導電体は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体である請求項２に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導電体は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体である請求項３に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導体は、前記電子機器に備わる金属板の一部の構成となっている請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導体は、前記電子機器に備わる金属板の一部の構成となっている請求項２に記載のアンテナ装置。
　前記シート状導体は、前記電子機器に備わる金属板の一部の構成となっている請求項３に記載のアンテナ装置。
　前記アンテナコイルの前記他方側部と前記導電体開口部との間の部位に、磁性体から形成される磁性シートが設けられる請求項１乃至９の何れか１項に記載のアンテナ装置。
　前記磁性シートは、前記アンテナコイルの前記一方側部の前記外部機器との対向面側にも設けられる請求項１０に記載のアンテナ装置。
　前記磁性シートは、前記アンテナコイルの前記開口部に挿入されることによって、前記他方側部と前記導電体開口部との間の前記部位と、前記一方側部の前記外部機器との前記対向面に重畳するように設けられる請求項１１に記載のアンテナ装置。