WO2019150963A1 - 複合アンテナ素子 - Google Patents

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WO2019150963A1
WO2019150963A1 PCT/JP2019/001180 JP2019001180W WO2019150963A1 WO 2019150963 A1 WO2019150963 A1 WO 2019150963A1 JP 2019001180 W JP2019001180 W JP 2019001180W WO 2019150963 A1 WO2019150963 A1 WO 2019150963A1
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coil
antenna
magnetic
magnetic body
body portion
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PCT/JP2019/001180
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English (en)
French (fr)
Inventor
天野　信之
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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 present invention relates to a composite antenna element including an antenna coil and other coils.
  • Patent Document 1 discloses a laminated coil element including an antenna coil and a coil different from the antenna coil. Specifically, a rectangular helical antenna coil wound around the outer periphery of a rectangular parallelepiped laminated magnetic body, and a coil (hereinafter referred to as a “small-diameter coil”) located inside the antenna coil and different from the antenna coil. And a structure in which the winding axes of the antenna coil and the small-diameter coil are orthogonal to each other.
  • Patent Document 2 includes a laminate including a magnetic layer and a nonmagnetic layer, the first inductor element and the second inductor element are formed in the magnetic layer, and the antenna coil is formed in the nonmagnetic layer.
  • a wireless communication module is shown.
  • the antenna coil has a rectangular helical shape whose winding axis is a lamination direction of a magnetic layer and a nonmagnetic layer, and the first inductance element and the second inductance element also have the lamination direction.
  • a structure with a winding axis is shown.
  • the winding axis of the antenna coil is parallel to the direction along the surface of the insulator layer to be laminated, that is, a laterally wound coil structure, Magnetic flux enters and exits from the side surface of the laminate formed by the insulator layer.
  • the antenna coil of the horizontally wound coil structure has a narrow coil opening, and it is difficult to improve the communication characteristics.
  • the antenna coil is separated from the antenna coil. Therefore, the antenna coil and the small-diameter coil are unnecessarily coupled to each other. Since this unnecessary coupling is a coupling that does not contribute to communication for the antenna coil, the radiation efficiency of the antenna coil is lowered, and communication performance may be adversely affected.
  • an object of the present invention is to provide a composite antenna element that maintains the communication performance by widening the coil opening of the antenna coil and suppresses unnecessary coupling between the antenna coil and the small-diameter coil.
  • the composite antenna element of the present invention is formed by laminating a plurality of insulator layers and having a first magnetic body portion and a nonmagnetic body portion, and a nonmagnetic body portion. An antenna coil and a first coil formed on the first magnetic body portion are provided. And in the laminating direction of the plurality of insulator layers, there is a magnetic layer of the first magnetic part between the antenna coil and the first coil, and the winding axis of the antenna coil is parallel to the laminating direction, As viewed from the stacking direction, the entire outer periphery of the first coil is disposed in the coil opening of the antenna coil.
  • the magnetic flux mainly enters and exits from the plane of the laminate formed by the insulator layer. That is, since the antenna coil has a wide coil opening, the antenna coil has high radiation efficiency and can be used as an antenna coil with high communication performance.
  • the minimum distance between the first coil and the side surface of the multilayer body is larger than the thickness of the first magnetic body portion when viewed from the stacking direction of the plurality of insulator layers. According to this structure, unnecessary coupling between the antenna coil and the first coil is further suppressed.
  • a second coil formed on the first magnetic body portion is provided, and the magnetic body layer of the first magnetic body portion exists between the antenna coil and the second coil in the stacking direction, and is viewed from the stacking direction. And all the outer periphery of the 2nd coil may be arrange
  • a composite antenna element including an antenna coil, a first coil, and a second coil is configured.
  • a second coil formed on the second magnetic body portion is provided, the magnetic body layer of the second magnetic body portion exists between the antenna coil and the second coil in the stacking direction, and is viewed from the stacking direction. And all the outer periphery of the 2nd coil may be arrange
  • the first coil is at least a part of the impedance matching circuit. According to this configuration, an impedance matching circuit is not required outside. Alternatively, it is not necessary to provide many elements for impedance matching, and the configuration of the entire circuit using the composite antenna element is simplified.
  • the first coil is at least a part of the filter. This configuration eliminates the need for an external filter circuit. Alternatively, it is not necessary to provide many elements for forming the filter circuit, and the configuration of the entire circuit using the composite antenna element is simplified.
  • a composite antenna element is obtained in which the antenna coil has a wide coil opening, communication performance is maintained, and unnecessary coupling between the antenna coil and the small-diameter coil is suppressed.
  • FIG. 1A is a perspective view of the composite antenna element 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view of the composite antenna element 101.
  • FIG. 2 is a diagram showing conductor patterns formed on each insulator layer of the composite antenna element 101.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 101 taken along line XX in FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 101 taken along line YY in FIG.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the composite antenna element 101 and a circuit connected thereto.
  • FIG. 6 is a diagram showing a circuit different from FIG. 5 connected to the composite antenna element 101.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the positional relationship between the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing how the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 are coupled.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a circuit including the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing conductor patterns formed on each insulator layer of the composite antenna element 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 103.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 103.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a composite antenna element of a comparative example.
  • the antenna coil included in the composite antenna element is an antenna that radiates magnetic flux.
  • This antenna is an antenna used for near-field communication using magnetic field coupling with a communication partner antenna, and is used for communication such as NFC (Near field communication) or RFID (radio field frequency identifier).
  • NFC Near field communication
  • RFID radio field frequency identifier
  • the size of the antenna coil is sufficiently smaller than the wavelength ⁇ at the frequency used.
  • the length of the conductor pattern when the conductor pattern of the antenna coil shown in the embodiment is extended is ⁇ / 10 or less.
  • the wavelength here refers to the effective wavelength in consideration of the wavelength shortening effect by the dielectric property and permeability of the base material on which the antenna is formed.
  • Both ends of the antenna coil are connected to a power feeding circuit that operates the used frequency band (HF band, particularly near 13.56 MHz). Therefore, an almost uniform current flows through the antenna coil along the conductor pattern, that is, in the direction in which the current flows, and the length of the conductor pattern of the antenna coil is less than or equal to the wavelength. There is no current distribution along the conductor pattern.
  • HF band used frequency band
  • FIG. 1A is a perspective view of the composite antenna element 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view of the composite antenna element 101.
  • the composite antenna element 101 includes a laminate 1 in which a plurality of insulator layers are laminated, and an antenna coil 2, a first coil 31, and a second coil 32 formed in the laminate 1.
  • the illustration of the first coil 31 and the second coil 32 is omitted to avoid complication of the drawing.
  • Both the first coil 31 and the second coil 32 can be referred to as “small-diameter coils”. The coil diameter of these small diameter coils is smaller than the coil diameter of the antenna coil 2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a conductor pattern formed on each insulator layer of the composite antenna element 101.
  • a laminated body 1 shown in FIG. 1 is obtained by laminating insulator layers S1 to S14 shown in FIG.
  • the insulator layer S1 is the lowermost insulator layer
  • the insulator layer S14 is the uppermost insulator layer.
  • Each conductor pattern is formed on the lower surface of the insulator layer.
  • FIG. 2 is a bottom view of each insulator layer.
  • the circle pattern is a via conductor
  • the alternate long and two short dashes line represents the connection relationship between the conductor pattern of the adjacent layer and the via conductor or the connection relationship between the via conductors of the adjacent layer.
  • the insulator layers S1, S4 to S11, S14 are all nonmagnetic layers.
  • Insulator layers S2, S3, S12, and S13 are all magnetic layers.
  • the insulator layers S2 and S3 correspond to the first magnetic body portion 11, and the insulator layers S12 and S13 correspond to the second magnetic body portion 12.
  • the plurality of insulator layers include the non-magnetic body part 10, the first magnetic body part 11, and the second magnetic body part 12.
  • the antenna coil 2 is not formed on the first magnetic body portion 11 or the second magnetic body portion 12 but is formed on the non-magnetic body portion 10.
  • the insulator layers S1, S4 to S11, S14 constituting the nonmagnetic body portion 10 are nonmagnetic insulating sheets, for example, ceramic green sheets such as nonmagnetic ferrite before lamination and pressure bonding. Further, the insulating layers S2 and S3 constituting the first magnetic part 11 and the insulating layers S12 and S13 constituting the second magnetic part 12 are both magnetic insulating sheets, A ceramic green sheet such as magnetic ferrite. In the case of a ceramic green sheet, the lamination pressing process is a firing process.
  • the insulating layers S1, S4 to S11, and S14 are laminated and fired to form the nonmagnetic portion 10 of the nonmagnetic ferrite, the first magnetic portion 11 and the second magnetic portion 12 of the magnetic ferrite. Is done.
  • the “non-magnetic part” means a part having a lower magnetic permeability than the magnetic part, and is not necessarily composed of a non-magnetic material.
  • the nonmagnetic body portion 10 may be made of a magnetic body having a relative permeability exceeding 1 and lower than the relative permeability of the magnetic body portions 11 and 12.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 101 taken along line XX in FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the composite antenna element 101 taken along line YY in FIG. 3 and 4, the lowermost layer corresponds to the insulator layer S1 shown in FIG. 2, and the uppermost layer corresponds to the insulator layer S14 shown in FIG.
  • the laminated body 1 shown in FIGS. 3 and 4 is formed by laminating the insulator layers S1 to S14 in the order shown in FIG.
  • the “Z-axis direction” is the stacking direction of the insulator layers S1 to S14
  • the “X-axis direction” is the longitudinal direction of the directions along the surfaces of the insulator layers S1 to S14.
  • “Axial direction” is the short direction of the directions along the surfaces of the insulator layers S1 to S14.
  • antenna coil conductor patterns 2a to 2h are formed on the insulator layers S4 to S11, respectively.
  • the antenna coil conductor patterns 2a to 2h are sequentially connected to each other through via conductors.
  • These antenna coil conductor patterns 2a to 2h and via conductors constitute a rectangular helical antenna coil 2. Both ends of the antenna coil 2 are connected to terminal electrodes 43 and 46, respectively.
  • the winding axis of the antenna coil 2 is parallel to the stacking direction of the plurality of insulator layers (Z-axis direction).
  • first coil conductor patterns 31a and 31b are formed on the insulator layers S2 and S3, respectively.
  • the first coil conductor patterns 31a and 31b are connected to each other through via conductors.
  • the first coil conductor patterns 31a and 31b and the interlayer connection conductor constitute a first coil (the first coil 31 shown in FIG. 1B). Both ends of the first coil 31 are connected to terminal electrodes 41 and 42, respectively.
  • the second coil conductor patterns 32a and 32b are formed on the insulator layers S2 and S3, respectively.
  • the second coil conductor patterns 32a and 32b are connected to each other through via conductors.
  • the second coil conductor patterns 32a and 32b and the interlayer connection conductor constitute a second coil (second coil 32 shown in FIG. 1B). Both ends of the second coil 32 are connected to terminal electrodes 44 and 45, respectively.
  • the winding axis of the first coil 31 and the winding axis of the second coil 32 are both parallel to the stacking direction of the plurality of insulator layers (Z-axis direction).
  • the laminated body after lamination pressure bonding will be described.
  • FIG. 3 and FIG. 4 when viewed in the stacking direction of the plurality of insulator layers (hereinafter referred to as “plan view”), the first from the inner periphery of the antenna coil 2 to the inner periphery of the antenna coil 2.
  • C the distance to the outer peripheral edge of one coil 31
  • C the distance from the inner peripheral edge of the antenna coil 2 to the outer peripheral edge of the second coil 32 in the inner peripheral direction of the antenna coil 2
  • C the outer circumferences of the first coil 31 and the second coil 32 are arranged in the main coil opening of the antenna coil 2 in plan view.
  • the distance in plan view from the side surface of the laminate 1 to the first coil 31 is represented by R, but comprehensively, the first coil 31 and the second coil 32,
  • R the minimum distance in a plan view with the side surface of the laminate 1
  • T the distance in plan view with the side surface of the laminate 1
  • the broken arrow is a curve representatively representing the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil 2.
  • the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil 2 is between the inner periphery of the antenna coil 2 and the outer periphery of the first coil 31, and between the inner periphery of the antenna coil 2. It mainly passes between the outer periphery of the second coil 32. That is, the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil 2 hardly passes through the coil opening of the first coil 31 and the coil opening of the second coil 32. Therefore, the antenna coil 2 and the first coil 31 are hardly magnetically coupled, and the antenna coil 2 and the second coil 32 are hardly magnetically coupled.
  • FIG. 13 shows a longitudinal sectional view of the composite antenna element of the comparative example.
  • the broken arrow is a curve representatively representing the magnetic flux passing through the coil openings of the antenna coil 2 and the first coil 51.
  • the formation position of the first coil 51 is different from the formation position of the first coil 31 shown in FIG.
  • R ⁇ T and C ⁇ 0 the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil 2 passes through many coil openings of the first coil 51. That is, the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the first coil 51 is large.
  • the composite antenna element 101 of this embodiment as shown in FIGS.
  • the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil 2 is different from the inner periphery of the antenna coil 2 and the outer periphery of the first coil 31.
  • the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the first coil 31 is small.
  • the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the second coil 32 is also small.
  • the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the first coil 31 is The coupling coefficient between the antenna coil 2 and the second coil 32 is small, but the overall size of the composite antenna element is increased.
  • the antenna coil conductor patterns 2a to 2h of each layer are arranged so that the winding axis of the antenna coil 2 is in the Z-axis direction, which is the stacking direction of the plurality of insulator layers S1 to S14.
  • the winding axis of the antenna coil 2 may be parallel to the stacking direction of the plurality of insulator layers.
  • “parallel” is not parallel in the mathematical sense, but may be substantially parallel.
  • the winding axis of the antenna coil 2 and the stacking direction of the plurality of insulator layers may be within a range of 0 degrees to 30 degrees, for example.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the composite antenna element 101 and a circuit connected thereto. A portion surrounded by a broken line corresponds to the composite antenna element 101.
  • an inductor L2 represents the antenna coil 2 with a circuit symbol.
  • the inductor L31 is an inductor configured by the first coil 31, and the inductor L32 is an inductor configured by the second coil 32.
  • the inductances of the inductors L31 and L32 are about 0.1 ⁇ H to 1.0 ⁇ H, for example, 0.16 ⁇ H.
  • a resonant circuit RC is configured by a parallel circuit of a series circuit of capacitors C2a and C2b and an antenna coil (inductor L2).
  • An impedance matching circuit MC is connected between the RFIC 9 and the antenna coil (inductor L2).
  • Antenna coil 2 (inductor L2) is magnetically coupled to the antenna coil on the communication partner side.
  • the resonance frequency of the resonance circuit RC is in the communication frequency band or in the vicinity of the communication frequency band.
  • the HF band such as the 13.56 MHz band.
  • the loss factor is small, and therefore the magnetic body portions 11 and 12 are provided. Therefore, the effect of improving the Q value of the antenna coil 2 is high.
  • the impedance matching circuit MC includes inductors L31 and L32 connected in series to the signal line, capacitors C0a and C0b connected shunt to the ground, capacitors C1a and C1b connected in series to the signal line, and the ground.
  • the capacitors C2a and C2b are shunt-connected.
  • the inductors L31 and L32 and the capacitors C0a and C0b constitute an LC type low-pass filter.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter is a frequency within a frequency band of 17 MHz or more and 29 MHz or less when the communication frequency band is 13.56 MHz. That is, a signal (noise) in an unnecessary frequency band higher than the communication frequency band is suppressed.
  • the capacitors C2a and C2b are also part of the impedance matching circuit MC.
  • the inductors L31 and L32 also function as a filter for EMC (Electro-Magnetic Compatibility).
  • the first coil 31 and the second coil 32 as a part of the impedance matching circuit of the antenna coil 2
  • the number of elements for impedance matching is reduced, and the configuration of the entire circuit using the composite antenna element Is simplified.
  • the first coil 31 and the second coil 32 as a part of the frequency filter
  • the number of elements for providing the frequency filter is reduced, and the configuration of the entire circuit using the composite antenna element is simplified.
  • the first coil 31 and the second coil 32 as EMC-compatible filters, the number of elements for providing the EMC-compatible filters is reduced, and the entire circuit configuration using the composite antenna elements is simplified.
  • the first coil 31 and the second coil 32 are formed in the magnetic body part
  • the antenna coil 2 is formed in the non-magnetic body part
  • the magnetic layer of the first magnetic body portion 11 exists, that is, the first coil 31 and the second coil 32 have a closed magnetic circuit structure
  • the antenna coil 2 has an open magnetic circuit.
  • the effect of collecting the magnetic field generated from the communication partner side is enhanced. Further, since the number of turns of the antenna coil 2 can be reduced, the Q value of the antenna coil 2 is increased.
  • the entire impedance matching circuit may be composed of small-diameter coils such as the first coil 31 and the second coil 32.
  • the entire filter may be composed of small diameter coils such as the first coil 31 and the second coil 32.
  • the antenna coil 2 is not affected by the first coil 31 and the second coil 32, and the radiation efficiency of the antenna coil 2 is improved. There is almost no decline. Further, the characteristics of the impedance matching circuit MC including the first coil 31 and the second coil 32 are hardly affected by the antenna coil 2.
  • FIG. 5 shows an example in which the input / output of the RFIC is a double end type (balanced type), but a single end type (unbalanced type) may be used.
  • FIG. 6 shows an example.
  • a resonant circuit RC is configured by a parallel circuit of a capacitor C2 and an antenna coil (inductor L2).
  • the impedance matching circuit MC is shunt-connected to the inductor L31 series-connected to the signal line, the capacitor C0 shunt-connected to the ground, the capacitor C1 series-connected to the signal line, and the ground. It is comprised by the capacitor C2.
  • the nonmagnetic body part 10 by providing the 1st magnetic body part 11 and the 2nd magnetic body part 12 so that the nonmagnetic body part 10 may be pinched
  • Second Embodiment an antenna device using the composite antenna element 101 shown in the first embodiment and the relationship between the antenna device and the communication partner antenna will be described.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a positional relationship between the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing how the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 are coupled.
  • the antenna device 301 is provided in an electronic device.
  • This electronic device is, for example, a mobile phone terminal such as a smartphone or a feature phone, a wearable terminal such as a smart watch or a smart glass, a portable PC such as a notebook PC or a tablet PC, an information device such as a camera, a game machine, or a toy, an IC tag, an SD
  • Various electronic devices such as information media such as cards, SIM cards, and IC cards.
  • the antenna device 301 includes a substrate 110 on which a planar conductor 111 is formed and a composite antenna element 101 mounted on the substrate 110.
  • the planar conductor 111 is partially formed with a conductor opening OP and a slit SL connecting the conductor opening OP and the outer edge.
  • a capacitor C10 is connected to the slit SL so as to straddle the slit SL.
  • the communication partner antenna 500 is a coiled antenna that is wound a plurality of turns in a plane.
  • the antenna coil 2 and the planar conductor 111 of the composite antenna element 101 are coupled with a coupling coefficient k12, and the planar conductor 111 and the communication partner antenna 500 are coupled with a coupling coefficient k23. Furthermore, the antenna coil 2 and the communication partner antenna 500 are coupled with a coupling coefficient k13.
  • the antenna performance of the composite antenna element 101 and the inductor performance of the first coil 31 and the second coil 32 are as follows.
  • the dimensions of each part of the composite antenna element 101 shown in FIG. 1 are as follows.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a circuit including the antenna device 301 and the communication partner antenna 500 shown in FIG.
  • an inductor L111 corresponds to an inductance formed by a conductor portion around the conductor opening OP of the planar conductor 111.
  • the inductor L111 and the capacitor C10 constitute a resonance circuit.
  • the inductor L500 represents the communication partner antenna 500 with an inductor circuit symbol.
  • symbol M represents the coupling
  • the first coil 31 and the second coil 32 included in the composite antenna element 101 are disposed in the coil opening of the antenna coil 2 in plan view, the first coil 31 and the second coil 32 are The planar conductor 111 is separated from the inner periphery of the conductor opening OP. Therefore, unnecessary coupling between the first coil 31 and the second coil 32 and the inductor L111 hardly occurs.
  • the antenna device and the electronic device in the communication system mainly using magnetic field coupling such as NFC have been described.
  • the antenna device and the electronic device shown in this embodiment are a non-contact power transmission system using magnetic field coupling.
  • the antenna device in the above-described embodiment is used as a power receiving antenna device of a power receiving device of a magnetic resonance type non-contact power transmission system used in the HF band, particularly in the vicinity of 6.78 MHz or 6.78 MHz. It can be applied as an antenna device.
  • both ends of the coil conductor included in the coil antenna of the antenna device are connected to a power reception circuit or a power transmission circuit that operates a used frequency band (HF band, particularly around 6.78 MHz).
  • the antenna device functions as a power receiving antenna device or a power transmitting antenna device.
  • the power receiving circuit includes, for example, a rectifier circuit, a smoothing circuit, a DC / DC converter, and the like to supply power from the power receiving coil antenna to a load (secondary battery or the like). These circuits are connected to the power receiving coil antenna. Cascaded between load.
  • the power transmission circuit includes a rectifier circuit, a smoothing circuit, a switch circuit that functions as a DC / AC inverter, and the like for supplying power from the commercial power source to the power transmission coil antenna. Are connected in cascade.
  • FIG. 10 is a view showing conductor patterns formed on each insulator layer of the composite antenna element 103 according to the third embodiment.
  • 11 and 12 are both longitudinal sectional views of the composite antenna element 103.
  • FIG. 11 and 12 are cross-sectional views at positions corresponding to FIGS. 3 and 4 shown in the first embodiment.
  • the insulator layer S1 is the lowermost insulator layer, and the insulator layer S14 is the uppermost insulator layer.
  • Each conductor pattern is formed on the lower surface of the insulator layer.
  • FIG. 10 is a bottom view of each insulator layer.
  • the circle pattern is a via conductor
  • the two-dot chain line represents the connection relationship between the conductor pattern of the adjacent layer and the via conductor or the connection relationship between the via conductors in the adjacent layer.
  • the insulator layers S1, S4 to S11, S14 are all non-magnetic layers.
  • the insulator layers S2, S3, S12, and S13 are all magnetic layers.
  • the insulator layers S2 and S3 correspond to the first magnetic body portion 11 shown in FIGS. 11 and 12, and the insulator layers S12 and S13 correspond to the second magnetic body portion 12 shown in FIGS.
  • the second coil conductor patterns 32a and 32b are formed on the insulator layers S12 and S13, respectively.
  • the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the first coil 31 and the coupling coefficient between the antenna coil 2 and the second coil 32 are small.
  • the first coil 31 is formed in the first magnetic body portion 11 and the second coil 32 is formed in the second magnetic body portion 12, the first coil 31, the second coil 32, And the unnecessary coupling between the first coil and the second coil is suppressed.
  • the coil opening of the antenna coil conductor pattern of each layer constituting the antenna coil 2 is the same except for two layers, but the coil opening of the antenna coil conductor pattern of each layer is not constant.
  • the “main coil opening of the antenna coil 2” is determined from the statistical value of the coil opening of the antenna coil conductor pattern of each layer constituting the antenna coil 2. For example, the maximum value, minimum value, average value (center of gravity), median value, and mode value of the coil opening may be determined.
  • the example of the composite antenna element provided with the 1st coil 31 and the 2nd coil 32 as a small diameter coil was shown, one small diameter coil may be sufficient, and it is three or more. Also good.
  • first magnetic body portion 11 and the second magnetic body portion 12 are provided so as to sandwich the nonmagnetic body portion 10 is shown.
  • the structure may not be provided.
  • terminal electrodes 41 to 46 may be formed on the outer surface of the multilayer body 1 on the second magnetic body portion 12 side. That is, it is good also considering the 2nd magnetic body part 12 side of the laminated body 1 as a mounting surface.
  • a module including an antenna coil and another circuit may be configured by mounting or incorporating a chip component in the composite antenna element.
  • a small-diameter coil such as the first coil 31 and the second coil 32 is not limited to being used as an inductor of an impedance matching circuit at a connection portion between the antenna coil and another coil.
  • it can be used as an inductor for adjusting the inductance of the antenna coil.

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Abstract

複合アンテナ素子（１０１）は、磁性体部（１１，１２）と非磁性体部（１０）とを含む複数の絶縁体層が積層されてなる積層体（１）と、磁性体部（１１，１２）内には形成されずに少なくとも一部が非磁性体部（１０）内に形成されたアンテナコイル（２）と、磁性体部（１１）に形成された第１コイル（３１）および第２コイル（３２）と、を備える。アンテナコイル（２）の巻回軸は複数の絶縁体層の積層方向に平行であり、複数の絶縁体層の積層方向から視て、第１コイル（３１）と第２コイル（３２）の外周の全てがアンテナコイル（２）のコイル開口内に配置される。

Description

複合アンテナ素子
　本発明は、アンテナコイルとその他のコイルとを備える複合アンテナ素子に関する。
　特許文献１には、アンテナコイルと、このアンテナコイルとは別のコイルを備えた積層型コイル素子が示されている。具体的には、直方体状の積層磁性体の外周を巻回する矩形ヘリカル状のアンテナコイルと、このアンテナコイルの内部に位置する、アンテナコイルとは別のコイル（以下、「小径コイル」という。）と、を備え、アンテナコイルと小径コイルそれぞれの巻回軸が直交している構造が示されている。
　また、特許文献２には、磁性体層と非磁性体層とを含む積層体を備え、磁性体層に第１インダクタ素子および第２インダクタ素子が形成され、非磁性体層にアンテナコイルが形成された、無線通信モジュールが示されている。具体的には、上記アンテナコイルは、磁性体層と非磁性体層との積層方向を巻回軸とする矩形ヘリカル状を成し、第１インダクタンス素子および第２インダクタンス素子もが記積層方向を巻回軸とする構造が示されている。
国際公開第２０１５／１２９５９８号 特開２０１４－１６０４９４号公報
　特許文献１に記載の積層コイル素子では、アンテナコイルの巻回軸が、積層される絶縁体層の面に沿う方向に対して平行であるため、つまり横巻きコイル構造であるため、主に、絶縁体層による積層体の側面から磁束が出入りする。一般に、絶縁体層による積層体の側面積は積層体の平面積より小さいので、横巻コイル構造のアンテナコイルはコイル開口が狭くて、通信特性の向上が難しい。
　一方、特許文献２に記載の無線通信モジュールのように、アンテナコイルの巻回軸を、絶縁体層の積層方向に対して平行にすると、つまり縦巻きコイル構造にすると、アンテナコイルとそれとは別のコイルの巻回軸とが平行に配置されることになり、アンテナコイルと小径コイルとが不要結合してしまう。この不要結合は、アンテナコイルにとっては通信に寄与しない結合であるので、アンテナコイルの放射効率が低下し、通信性能に悪影響を及ぼすことがある。
　そこで、本発明の目的は、アンテナコイルのコイル開口を広くして通信性能を維持し、且つアンテナコイルと小径コイルとの不要結合を抑制した、複合アンテナ素子を提供することにある。
（１）本発明の複合アンテナ素子は、複数の絶縁体層が積層されることで形成された、第１磁性体部および非磁性体部を有する積層体と、非磁性体部に形成されたアンテナコイルと、第１磁性体部に形成された第１コイルと、を備える。そして、複数の絶縁体層の積層方向において、アンテナコイルと第１コイルとの間に第１磁性体部の磁性体層が存在し、アンテナコイルの巻回軸は前記積層方向に平行であり、前記積層方向から視て、第１コイルの外周の全てがアンテナコイルのコイル開口内に配置される。
　上記構成によれば、次のような作用効果を奏する。
（ａ）いわゆる縦巻きコイル構造であるため、主に、絶縁体層による積層体の平面から磁束が出入りする。つまり、アンテナコイルのコイル開口が広いため、アンテナコイルの放射効率が高く、通信性能の高いアンテナコイルとして使用できる。
（ｂ）アンテナコイルが磁性体部に形成されていないので、アンテナコイル導体の各部を局所的に周回する磁束（マイナーループ）が生じ難く、アンテナコイル外方への磁束の拡がりが大きくなって、通信性能が維持される。
（ｃ）第１コイルが磁性体部に形成されているため、コイル開口が小さくても所定のインダクタンスを有するコイルを形成できる。そのため、アンテナコイルと第１コイルとの不要結合は抑制される。
（ｄ）第１コイルは複数の絶縁体層の積層方向から視て、第１コイルの外周がアンテナコイルのコイル開口内に収まることでも、アンテナコイルと第１コイルとの不要結合が抑制される。
（ｅ）第１磁性体部の存在により、アンテナコイルのコイル開口を通る磁束経路の実効透磁率が高くなって、その分、アンテナコイルの巻回数を少なくできる。このことにより、アンテナコイルのＱ値が高まり、複合アンテナ素子が小形化される。
（２）複数の絶縁体層の積層方向から視て、第１コイルと積層体の側面との最小距離は第１磁性体部の厚みより大きいことが好ましい。この構造によれば、アンテナコイルと第１コイルとの不要結合は更に抑制される。
（３）前記積層体はさらに、第２磁性体部を含み、前記積層方向において、非磁性体部は第１磁性体部と第２磁性体部との間に位置することが好ましい。この構造によれば、アンテナコイルのコイル開口を通る磁束経路の実効透磁率が高くなって、その分、アンテナコイルの巻回数を少なくできる。このことにより、アンテナコイルのＱ値が高まり、複合アンテナ素子が小形化される。
（４）第１磁性体部に形成された第２コイルを備え、前記積層方向においてアンテナコイルと第２コイルとの間に第１磁性体部の磁性体層が存在し、前記積層方向から視て、第２コイルの外周の全てがアンテナコイルのコイル開口内に配置されていてもよい。この構造によれば、アンテナコイルと第１コイルおよび第２コイルを備える複合アンテナ素子が構成される。
（５）第２磁性体部に形成された第２コイルを備え、前記積層方向においてアンテナコイルと第２コイルとの間に第２磁性体部の磁性体層が存在し、前記積層方向から視て、第２コイルの外周の全てがアンテナコイルのコイル開口内に配置されていてもよい。この構造によれば、第１コイルと第２コイルとの不要結合が抑制され、第１コイルと第２コイルとを互いに独立した小径コイルとして使用できる。
（６）第１コイルはインピーダンス整合回路の少なくとも一部である。この構成によれば、外部にインピーダンス整合回路が不要となる。または、インピーダンス整合のために多くの素子を設けなくてもよくなり、複合アンテナ素子を用いる回路全体の構成が簡素化される。
（７）第１コイルはフィルタの少なくとも一部である。この構成によれば、外部にフィルタ回路が不要となる。または、フィルタ回路の形成のために多くの素子を設けなくてもよくなり、複合アンテナ素子を用いる回路全体の構成が簡素化される。
　本発明によれば、アンテナコイルのコイル開口が広くて通信性能が維持され、且つアンテナコイルと小径コイルとの不要結合が抑制された、複合アンテナ素子が得られる。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係る複合アンテナ素子１０１の斜視図である。図１（Ｂ）は複合アンテナ素子１０１の平面図である。 図２は、複合アンテナ素子１０１の各絶縁体層に形成されている導体パターンを示す図である。 図３は、図１（Ａ）中のＸ－Ｘ線における複合アンテナ素子１０１の縦断面図である。 図４は、図１（Ａ）中のＹ－Ｙ線における複合アンテナ素子１０１の縦断面図である。 図５は、複合アンテナ素子１０１およびそれに接続される回路の回路図である。 図６は、複合アンテナ素子１０１に接続される、図５とは別の回路を示す図である。 図７は、第２の実施形態のアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との位置関係を示す斜視図である。 図８はアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との結合の仕方について示す図である。 図９は、図７に示したアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００とで構成される回路の回路図である。 図１０は第３の実施形態に係る複合アンテナ素子１０３の各絶縁体層に形成されている導体パターンを示す図である。 図１１は複合アンテナ素子１０３の縦断面図である。 図１２は複合アンテナ素子１０３の縦断面図である。 図１３は比較例の複合アンテナ素子の縦断面図である。
　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。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上複数の実施形態に分けて示すが、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は可能である。各実施形態の説明において、共通の事柄についての重複する記述は省略し、特に異なる点について説明する。また、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しない。
　以降に示す各実施形態において、複合アンテナ素子が備えるアンテナコイルは、磁束を放射するアンテナである。このアンテナは、通信相手アンテナとの磁界結合を利用する近傍界通信のために用いられるアンテナであり、例えばNFC（Near field communication）やRFID（radio frequency identifier）等の通信に利用される。通信には例えばHF帯、特に13.56MHzまたは13.56MHz近傍の周波数で用いられる。アンテナコイルの大きさは使用する周波数における波長λに比べて十分に小さい。実施形態で示すアンテナコイルの導体パターンを伸ばしたときの導体パターンの長さはλ／１０以下である。なお、ここでいう波長とは、アンテナが形成される基材の誘電性や透磁性による波長短縮効果を考慮した実効的な波長のことを指す。アンテナコイルの両端は、使用周波数帯（HF帯、特に13.56MHz近傍）を操作する給電回路に接続される。よって、アンテナコイルには、導体パターンに沿って、つまり電流の流れる方向において、ほぼ一様な大きさの電流が流れ、アンテナコイルの導体パターンの長さが波長と同程度以下のときのような、導体パターンに沿った電流分布はない。
《第１の実施形態》
　図１（Ａ）は第１の実施形態に係る複合アンテナ素子１０１の斜視図である。図１（Ｂ）は複合アンテナ素子１０１の平面図である。この複合アンテナ素子１０１は、複数の絶縁体層が積層されてなる積層体１と、この積層体１内に形成されたアンテナコイル２、第１コイル３１および第２コイル３２を備える。図１（Ａ）では、図の煩雑化を避けるため、第１コイル３１、第２コイル３２の図示は省略している。第１コイル３１および第２コイル３２はいずれも「小径コイル」ということができる。これら小径コイルのコイル径は、アンテナコイル２のコイル径よりも小さい。
　図２は、複合アンテナ素子１０１の各絶縁体層に形成されている導体パターンを示す図である。図１に示した積層体１は、図２に示す絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４が積層されたものである。絶縁体層Ｓ１は最下層の絶縁体層であり、絶縁体層Ｓ１４は最上層の絶縁体層である。各導体パターンは絶縁体層の下面に形成されている。図２は各絶縁体層の下面図である。
　図２において丸パターンはビア導体であり、二点鎖線は、隣接層の導体パターンとビア導体との接続関係または隣接層のビア導体同士の接続関係を表している。
　図２において、絶縁体層Ｓ１，Ｓ４～Ｓ１１，Ｓ１４はいずれも非磁性体層である。また、絶縁体層Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１２，Ｓ１３はいずれも磁性体層である。絶縁体層Ｓ２，Ｓ３は第１磁性体部１１に相当し、絶縁体層Ｓ１２，Ｓ１３は第２磁性体部１２に相当する。
　このように、上記複数の絶縁体層は、非磁性体部１０、第１磁性体部１１、および第２磁性体部１２を含む。アンテナコイル２は第１磁性体部１１や第２磁性体部１２には形成されず、非磁性体部１０に形成されている。
　非磁性体部１０を構成する絶縁体層Ｓ１，Ｓ４～Ｓ１１，Ｓ１４は、積層圧着前は非磁性体の絶縁性シート、例えば、非磁性体フェライト等のセラミックグリーンシート、である。また、第１磁性体部１１を構成する絶縁体層Ｓ２，Ｓ３と、第２磁性体部１２を構成する絶縁体層Ｓ１２，Ｓ１３は、いずれも積層圧着前は磁性体の絶縁性シート、例えば磁性体フェライト等のセラミックグリーンシート、である。セラミックグリーンシートの場合は、積層圧着工程が焼成工程である。すなわち、絶縁体層Ｓ１，Ｓ４～Ｓ１１，Ｓ１４を積層し、焼成することで、非磁性フェライトの非磁性体部１０や磁性体フェライトの第１磁性体部１１および第２磁性体部１２が形成される。
　本発明における「非磁性体部」とは、磁性体部よりも透磁率が低い部分のことであり、必ずしも非磁性体材料により構成されていなくてもよい。非磁性体部１０は、比透磁率が１を超え、磁性体部１１，１２の比透磁率よりも低い磁性体により構成されていてもよい。
　図３は、図１中のＸ－Ｘ線における複合アンテナ素子１０１の縦断面図である。図４は、図１中のＹ－Ｙ線における複合アンテナ素子１０１の縦断面図である。図３、図４において、最下層は図２に示した絶縁体層Ｓ１に対応し、最上層は図２に示した絶縁体層Ｓ１４に対応する。図２に示した順に、絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４を積層し、積層圧着させることで、図３、図４に示す積層体１が形成される。
　本実施形態において「Ｚ軸方向」は、絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４の積層方向であり、「Ｘ軸方向」は絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４の面に沿った方向のうち長手方向であり、「Ｙ軸方向」は絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４の面に沿った方向のうち短手方向である。
　以下、積層圧着前の絶縁性シートの状態を前提として説明するが、各アンテナコイル導体パターンの配置関係および接続関係は積層圧着後も変わらない。図２に表れているように、絶縁体層Ｓ４～Ｓ１１にアンテナコイル導体パターン２ａ～２ｈがそれぞれ形成されている。アンテナコイル導体パターン２ａ～２ｈはビア導体を介して順次層間接続されている。これらアンテナコイル導体パターン２ａ～２ｈとビア導体とによって、矩形ヘリカル状のアンテナコイル２が構成されている。アンテナコイル２の両端は端子電極４３，４６にそれぞれ接続されている。このアンテナコイル２の巻回軸は複数の絶縁体層の積層方向に平行（Ｚ軸方向）である。
　図２に表れているように、絶縁体層Ｓ２，Ｓ３に第１コイル導体パターン３１ａ，３１ｂがそれぞれ形成されている。第１コイル導体パターン３１ａ，３１ｂはビア導体を介して層間接続されている。これら第１コイル導体パターン３１ａ，３１ｂと層間接続導体とによって第１コイル（図１（Ｂ）に示す第１コイル３１）が構成されている。この第１コイル３１の両端は端子電極４１，４２にそれぞれ接続されている。
　また、絶縁体層Ｓ２，Ｓ３に第２コイル導体パターン３２ａ，３２ｂがそれぞれ形成されている。第２コイル導体パターン３２ａ，３２ｂはビア導体を介して層間接続されている。これら第２コイル導体パターン３２ａ，３２ｂと層間接続導体とによって第２コイル（図１（Ｂ）に示す第２コイル３２）が構成されている。この第２コイル３２の両端は端子電極４４，４５にそれぞれ接続されている。
　第１コイル３１の巻回軸、第２コイル３２の巻回軸は、いずれも複数の絶縁体層の積層方向に平行（Ｚ軸方向）である。
　以下、積層圧着後の積層体について説明する。図３、図４に示すように、複数の絶縁体層の積層方向に視て（以降、「平面視で」という。）、アンテナコイル２の内周縁からアンテナコイル２の内周方向への第１コイル３１の外周縁までの間隔をＣで表すと、Ｃ＞０である。同様に、アンテナコイル２の内周縁からアンテナコイル２の内周方向への第２コイル３２の外周縁までの間隔をＣで表すと、Ｃ＞０である。つまり、図１（Ｂ）にも表れているように、平面視で、第１コイル３１および第２コイル３２の外周はアンテナコイル２の主たるコイル開口内に配置されている。
　また、図３、図４に示すように、第１磁性体部１１の厚みをＴ、積層体１の側面から第１コイル３１までの、平面視での距離をＲで表すと、Ｒ＞Ｔの関係にある。同様に、積層体１の側面から第２コイル３２までの、平面視での距離をＲで表すと、Ｒ＞Ｔの関係にある。このことにより、アンテナコイル２と第１コイル３１との結合係数、およびアンテナコイル２と第２コイル３２との結合係数は小さなものとなる。
　なお、図３、図４において、積層体１の側面から第１コイル３１までの、平面視での距離をＲで表したが、総合的には、第１コイル３１および第２コイル３２と、積層体１の側面との、平面視での最小距離をＲで表したとき、Ｒ＞Ｔの関係にある。このことは以降の別の実施形態についても同様である。
　図３、図４において破線の矢印はアンテナコイル２のコイル開口を通る磁束を代表的に表した曲線である。この図３、図４に表れているように、アンテナコイル２のコイル開口を通る磁束は、アンテナコイル２の内周縁と第１コイル３１の外周縁との間、およびアンテナコイル２の内周縁と第２コイル３２の外周縁との間を主に通過する。つまり、アンテナコイル２のコイル開口を通過する磁束は第１コイル３１のコイル開口や第２コイル３２のコイル開口を殆ど通過しない。したがって、アンテナコイル２と第１コイル３１とは殆ど磁界結合せず、アンテナコイル２と第２コイル３２とは殆ど磁界結合しない。
　なお、第１コイル３１および第２コイル３２のコイル開口の大部分は、平面視で、端子電極４１～４６と重なっている。つまり、第１コイル３１および第２コイル３２のコイル開口の大部分は、端子電極４１～４６で覆われている。そのため、第１コイル３１および第２コイル３２のコイル開口を通り、かつアンテナコイル２のコイル開口を通る磁束は殆ど生じない。
　ここで、比較例の複合アンテナ素子の縦断面図を図１３に示す。図１３において破線の矢印はアンテナコイル２および第１コイル５１のコイル開口を通る磁束を代表的に表した曲線である。この比較例では、第１コイル５１の形成位置が、図４に示した第１コイル３１の形成位置とは異なる。この比較例の複合アンテナ素子においては、Ｒ＜Ｔ且つＣ＜０である。この比較例の複合アンテナ素子では、アンテナコイル２のコイル開口を通る磁束は第１コイル５１のコイル開口をも多く通る。つまり、アンテナコイル２と第１コイル５１との結合係数は大きい。これに対し、本実施形態の複合アンテナ素子１０１では、図３、図４に示したとおり、アンテナコイル２のコイル開口を通る磁束は、アンテナコイル２の内周縁と第１コイル３１の外周縁との間を通るので、アンテナコイル２と第１コイル３１との結合係数は小さい。同様に、アンテナコイル２のコイル開口を通る磁束は、アンテナコイル２の内周縁と第２コイル３２の外周縁との間を通るので、アンテナコイル２と第２コイル３２との結合係数も小さい。
　なお、第１磁性体部１１の厚みＴを厚くして、第１コイル３１、第２コイル３２とアンテナコイル２との距離を大きくすれば、アンテナコイル２と第１コイル３１との結合係数、およびアンテナコイル２と第２コイル３２との結合係数はそれぞれ小さなものとなるが、複合アンテナ素子全体に大型化してしまう。
　本実施形態ではＣ＞０とすることにより、上述の結合係数が抑制される。そのうえで、Ｒ＞Ｔであると上記結合係数は更に抑制される。
　図１～図４に示した例では、アンテナコイル２の巻回軸が複数の絶縁体層Ｓ１～Ｓ１４の積層方向であるＺ軸方向となるように、各層のアンテナコイル導体パターン２ａ～２ｈを形成したが、アンテナコイル２の巻回軸は複数の絶縁体層の積層方向に平行であればよい。ここで「平行」とは、数学的な意味での平行ではなく、概ね平行であればよい。アンテナコイル２の巻回軸と複数の絶縁体層の積層方向とは、例えば０度から３０度の範囲内であればよい。
　図５は、複合アンテナ素子１０１およびそれに接続される回路の回路図である。破線で囲んだ部分が複合アンテナ素子１０１に相当する。図５において、インダクタＬ２はアンテナコイル２を回路記号で表したものである。また、インダクタＬ３１は第１コイル３１により構成されるインダクタ、インダクタＬ３２は第２コイル３２により構成されるインダクタである。インダクタＬ３１，Ｌ３２のインダクタンスは0.1μH～1.0μH程度であり、例えば0.16μHである。
　キャパシタＣ２ａ，Ｃ２ｂの直列回路とアンテナコイル（インダクタＬ２）との並列回路によって共振回路ＲＣが構成されている。そして、ＲＦＩＣ９とアンテナコイル（インダクタＬ２）との間にインピーダンス整合回路ＭＣが接続されている。
　アンテナコイル２（インダクタＬ２）は通信相手側のアンテナコイルと磁界結合する。上記共振回路ＲＣの共振周波数は、通信周波数帯または当該通信周波数帯の近傍にある。例えば13.56MHz帯などのHF帯である。HF帯であれば、図３、図４に示した第１磁性体部１１、第２磁性体部１２が磁性体フェライトであっても、損失係数が小さいので、磁性体部１１，１２を備えることによる、アンテナコイル２のＱ値の向上効果が高い。
　インピーダンス整合回路ＭＣは、信号ラインにシリーズ接続されたインダクタＬ３１，Ｌ３２と、グランドに対してシャント接続されたキャパシタＣ０ａ，Ｃ０ｂと、信号ラインにシリーズ接続されたキャパシタＣ１ａ，Ｃ１ｂと、グランドに対してシャント接続されたキャパシタＣ２ａ，Ｃ２ｂと、によって構成されている。
　また、インダクタＬ３１，Ｌ３２とキャパシタＣ０ａ，Ｃ０ｂはＬＣ型ローパスフィルタを構成している。このローパスフィルタの遮断周波数は、通信周波数帯が13.56MHzである場合、17MHz以上29MHz以下の周波数帯内の周波数である。つまり、通信周波数帯より高い不要周波数帯の信号（雑音）を抑制する。
　キャパシタＣ２ａ，Ｃ２ｂはインピーダンス整合回路ＭＣの一部でもある。上記インダクタＬ３１，Ｌ３２はEMC（Electro-Magnetic Compatibility：電磁両立性）対応用のフィルタとしても作用する。
　このように、第１コイル３１、第２コイル３２をアンテナコイル２のインピーダンス整合回路の一部として使用することにより、インピーダンス整合のための素子数が削減され、複合アンテナ素子を用いる回路全体の構成が簡素化される。また、第１コイル３１、第２コイル３２を周波数フィルタの一部として使用することにより、周波数フィルタを設けるための素子数が削減され、複合アンテナ素子を用いる回路全体の構成が簡素化される。さらに、第１コイル３１、第２コイル３２をEMC対応用フィルタとして使用することにより、EMC対応用フィルタを設けるための素子数が削減され、複合アンテナ素子を用いる回路全体の構成が簡素化される。
　また、第１コイル３１、第２コイル３２を磁性体部に形成し、アンテナコイル２を非磁性体部に形成し、積層方向において、アンテナコイル２と第１コイル３１との間、およびアンテナコイル２と第２コイル３２との間に第１磁性体部１１の磁性体層が存在することで、すなわち、第１コイル３１、第２コイル３２を閉磁路構造とし、アンテナコイル２を開磁路構造とすることで、アンテナコイル２のアンテナとしての性能を損なうことなく、第１コイル３１、第２コイル３２とアンテナコイル２との間の不要結合を抑制することができる。
　また、アンテナコイル２のコイル開口の端面に第１コイル３１、第２コイル３２を含む第１磁性体部１１を配置することで、通信相手側から発生する磁界の集磁効果が高まる。また、アンテナコイル２の巻回数を少なくできるので、アンテナコイル２のQ値が高まる。
　なお、第１コイル３１、第２コイル３２等の小径コイルでインピーダンス整合回路の全部を構成してもよい。同様に、第１コイル３１、第２コイル３２等の小径コイルでフィルタの全部を構成してもよい。
　上述のとおり、第１コイル３１および第２コイル３２はアンテナコイル２と殆ど不要結合しないので、アンテナコイル２は第１コイル３１および第２コイル３２の影響を受けず、アンテナコイル２の放射効率が低下することも殆どない。また、第１コイル３１、第２コイル３２を含むインピーダンス整合回路ＭＣの特性がアンテナコイル２の影響を受けることも殆どない。
　図５では、ＲＦＩＣの入出力がダブルエンド型（平衡型）である場合の例について示したが、シングルエンド型（不平衡型）であってもよい。図６はその例を示す。この例では、キャパシタＣ２とアンテナコイル（インダクタＬ２）との並列回路によって共振回路ＲＣが構成されている。また、インピーダンス整合回路ＭＣは、信号ラインにシリーズ接続されたインダクタＬ３１と、グランドに対してシャント接続されたキャパシタＣ０と、信号ラインにシリーズ接続されたキャパシタＣ１と、グランドに対してシャント接続されたキャパシタＣ２とによって構成されている。
　なお、本実施形態によれば、非磁性体部１０を互いに挟むように第１磁性体部１１および第２磁性体部１２を備えることにより、非磁性体部１０と磁性体部１１，１２との線膨張係数の違いによる反りが防止される。また、積層体１の最外層が非磁性体部１０であるので、積層体外面の機械的強度が高い。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、第１の実施形態で示した複合アンテナ素子１０１を用いたアンテナ装置と、そのアンテナ装置と通信相手側アンテナとの関係について示す。
　図７は、第２の実施形態のアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との位置関係を示す斜視図である。また、図８はアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００との結合の仕方について示す図である。
　アンテナ装置３０１は、電子機器に設けられている。この電子機器は例えばスマートフォンやフィーチャーフォン等の携帯電話端末、スマートウォッチやスマートグラス等のウェアラブル端末、ノートＰＣやタブレットＰＣ等の携帯ＰＣ、カメラ、ゲーム機、玩具等の情報機器、ＩＣタグ、ＳＤカード、ＳＩＭカード、ＩＣカード等の情報媒体等、様々な電子機器を指す。
　アンテナ装置３０１は、面状導体１１１が形成された基板１１０と、この基板１１０に実装された複合アンテナ素子１０１とで構成されている。面状導体１１１には、一部に導体開口ＯＰと、この導体開口ＯＰと外縁とを連接するスリットＳＬとが形成されている。スリットＳＬには、このスリットＳＬを跨ぐようにキャパシタＣ１０が接続されている。
　通信相手アンテナ５００は平面内に複数ターン巻回されたコイル状のアンテナである。
　図８において、複合アンテナ素子１０１のアンテナコイル２と面状導体１１１とは結合係数ｋ１２で結合し、面状導体１１１と通信相手アンテナ５００とは結合係数ｋ２３で結合する。更に、アンテナコイル２と通信相手アンテナ５００とは結合係数ｋ１３で結合する。
　複合アンテナ素子１０１のアンテナ性能と第１コイル３１および第２コイル３２のインダクタ性能は次のとおりである。ここで、図１に示した複合アンテナ素子１０１の各部の寸法は次のとおりである。
　Ｌ：3.2mm
　Ｗ：2.5mm
　Ｈ：0.8mm
〈アンテナ性能〉
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　　　　　　　　　　　ｋ１２　　　ｋ２３　　　　ｋ１３
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アンテナコイルのみ　０．３２　　０．０３０　　０．０１０
小径コイル有り　　　０．３２　　０．０３０　　０．０１０
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〈小径コイルのインダクタ性能〉
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　　　　　　インダクタンス［μＨ］　　Ｑ値　　インダクタ間結合係数
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小径コイル　　　　０．１６　　　　　　３０　　　　０．０００
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　このように、小径コイル（第１コイル３１、第２コイル３２）の存在によるアンテナ性能の劣化は無い。また、第１コイル３１および第２コイル３２は使用可能なインダクタンスおよびＱ値が得られ、第１コイル３１と第２コイル３２との不要結合も実質的に無い。
　図９は、図７に示したアンテナ装置３０１と通信相手アンテナ５００とで構成される回路の回路図である。図９において、インダクタＬ１１１は面状導体１１１の導体開口ＯＰ周囲の導体部分で構成されるインダクタンスに相当する。このインダクタＬ１１１とキャパシタＣ１０とで共振回路が構成されている。インダクタＬ５００は通信相手アンテナ５００をインダクタの回路記号で表したものである。また、図９において、符号Ｍは結合を表している。
　本実施形態において、複合アンテナ素子１０１が備える第１コイル３１および第２コイル３２は、平面視でアンテナコイル２のコイル開口内に配置されているので、第１コイル３１および第２コイル３２は、面状導体１１１の導体開口ＯＰの内周縁から離れている。そのため、第１コイル３１および第２コイル３２とインダクタＬ１１１との不要結合は殆ど生じない。
　本実施形態では、主にＮＦＣ等の磁界結合を利用した通信システムにおけるアンテナ装置および電子機器について説明したが、本実施形態に示すアンテナ装置および電子機器は、磁界結合を利用した非接触電力伝送システム（電磁誘導方式、磁界共鳴方式）にも同様に適用できる。例えば、上述の実施形態におけるアンテナ装置は、ＨＦ帯、特に6.78MHzまたは6.78MHz近傍の周波数で使用される磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムの受電装置の受電アンテナ装置としてや、送電装置の送電アンテナ装置として適用できる。この場合、アンテナ装置のコイルアンテナが有するコイル導体の両端は、使用周波数帯（HF帯、特に6.78MHz近傍）を操作する受電回路や送電回路に接続される。その場合でも、アンテナ装置は受電アンテナ装置や送電アンテナ装置として機能する。受電回路には、例えば、受電コイルアンテナからの電力を負荷（二次電池等）に供給するために、整流回路、平滑回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ等が含まれ、これらの回路が受電コイルアンテナと負荷との間に縦続接続される。また、送電回路には商用電源から送電コイルアンテナに電力を供給するために、整流回路、平滑回路、ＤＣ／ＡＣインバータとして機能するスイッチ回路等が含まれ、これらの回路が商用電源と送電コイルアンテナとの間に縦続接続される。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、第１コイルと第２コイルの位置が第１の実施形態で示した複合アンテナ素子１０１とは異なる複合アンテナ素子１０３について示す。
　図１０は第３の実施形態に係る複合アンテナ素子１０３の各絶縁体層に形成されている導体パターンを示す図である。図１１、図１２はいずれも複合アンテナ素子１０３の縦断面図である。図１１、図１２は第１の実施形態で示した図３、図４に対応する位置での断面図である。
　図１０において、絶縁体層Ｓ１は最下層の絶縁体層であり、絶縁体層Ｓ１４は最上層の絶縁体層である。各導体パターンは絶縁体層の下面に形成されている。図１０は各絶縁体層の下面図である。
　図１０において丸パターンはビア導体であり、二点鎖線は、隣接層の導体パターンとビア導体との接続関係または隣接層のビア導体同士の接続関係を表している。
　図１０において、絶縁体層Ｓ１，Ｓ４～Ｓ１１，Ｓ１４はいずれも非磁性体層である。絶縁体層Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１２，Ｓ１３はいずれも磁性体層である。絶縁体層Ｓ２，Ｓ３は、図１１、図１２に示す第１磁性体部１１に相当し、絶縁体層Ｓ１２，Ｓ１３は、図１１、図１２に示す第２磁性体部１２に相当する。
　第１の実施形態とは異なり、第２コイル導体パターン３２ａ，３２ｂは絶縁体層Ｓ１２，Ｓ１３にそれぞれ形成されている。
　アンテナコイル２の内周縁からアンテナコイル２の内周方向への第１コイル３１の外周縁までの間隔をＣで表すと、Ｃ＞０である。同様に、アンテナコイル２の内周縁からアンテナコイル２の内周方向への第２コイル３２の外周縁までの間隔をＣで表すと、Ｃ＞０である。
　また、第１磁性体部１１の厚みをＴ、積層体１の側面から第１コイル３１までの、平面視での距離をＲで表すと、Ｒ＞Ｔの関係にある。同様に、積層体１の側面から第２コイル３２までの、平面視での距離をＲで表すと、Ｒ＞Ｔの関係にある。
　本実施形態においても、アンテナコイル２と第１コイル３１との結合係数、およびアンテナコイル２と第２コイル３２との結合係数は小さい。
　特に、本実施形態では、第１コイル３１が第１磁性体部１１に形成され、第２コイル３２が第２磁性体部１２に形成されているので、第１コイル３１と第２コイル３２とが離れて、第１コイルと第２コイルとの不要結合が抑制される。
　最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。
　例えば、各実施形態では、アンテナコイル２を構成する、各層のアンテナコイル導体パターンのコイル開口は二つの層を除いて同じとしたが、各層のアンテナコイル導体パターンのコイル開口は一定でなくてもよい。「アンテナコイル２の主たるコイル開口」は、アンテナコイル２を構成する、各層のアンテナコイル導体パターンのコイル開口の統計値から定まる。例えば、コイル開口の最大値、最小値、平均値（重心）、中央値、最頻値のいずれかに決定すればよい。
　また例えば、各実施形態では小径コイルとして第１コイル３１と第２コイル３２を備えた複合アンテナ素子の例を示したが、小径コイルは１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
　また、図２、図３、図４では、非磁性体部１０を互いに挟むように第１磁性体部１１および第２磁性体部１２を備えた例を示したが、第２磁性体部１２を設けない構造であってもよい。
　また、端子電極４１～４６は、積層体１の第２磁性体部１２側の外面に形成してもよい。つまり、積層体１の第２磁性体部１２側を実装面としてもよい。
　また、複合アンテナ素子にチップ部品を搭載または内蔵して、アンテナコイルと他の回路とを含むモジュールを構成してもよい。
　また、第１コイル３１や第２コイル３２のような小径コイルはアンテナコイルと他のコイルとの接続部におけるインピーダンス整合回路のインダクタとして用いることに限らない。例えば、アンテナコイルのインダクタンス調整用のインダクタとして用いることもできる。また例えば、上記他の回路の一部を構成するようにしてもよい。
Ｃ０，Ｃ０ａ，Ｃ０ｂ…キャパシタ
Ｃ１０…キャパシタ
Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ…キャパシタ
Ｃ２，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ…キャパシタ
Ｌ１１１…インダクタ
Ｌ２…インダクタ
Ｌ３１，Ｌ３２…インダクタ
Ｌ５００…インダクタ
ＭＣ…インピーダンス整合回路
ＯＰ…導体開口
ＲＣ…共振回路
Ｓ１～Ｓ１４…絶縁体層
ＳＬ…スリット
１…積層体
２…アンテナコイル
２ａ～２ｈ…アンテナコイル導体パターン
９…ＲＦＩＣ
１０…非磁性体部
１１…第１磁性体部
１２…第２磁性体部
３１…第１コイル（小径コイル）
３１ａ，３１ｂ…第１コイル導体パターン
３２…第２コイル（小径コイル）
３２ａ，３２ｂ…第２コイル導体パターン
４１～４６…端子電極
５１…第１コイル
１０１，１０３…複合アンテナ素子
１１０…基板
１１１…面状導体
３０１…アンテナ装置
５００…通信相手アンテナ

Claims (7)

  1. 　複数の絶縁体層が積層されることで形成された、第１磁性体部および非磁性体部を有する積層体と、
    　前記非磁性体部に形成されたアンテナコイルと、
    　前記第１磁性体部に形成された第１コイルと、を備え、
    　前記複数の絶縁体層の積層方向において、前記アンテナコイルと前記第１コイルとの間に前記第１磁性体部の磁性体層が存在し、
    　前記アンテナコイルの巻回軸は前記積層方向に平行であり、
    　前記積層方向から視て、前記第１コイルの外周の全てが前記アンテナコイルのコイル開口内に配置される、
    　ことを特徴とする、複合アンテナ素子。
  2. 　前記積層方向から視て、前記第１コイルと前記積層体の側面との最小距離は前記第１磁性体部の厚みより大きい、
    　請求項１に記載の複合アンテナ素子。
  3. 　前記積層体はさらに、第２磁性体部を含み、
    　前記積層方向において、前記非磁性体部は前記第１磁性体部と前記第２磁性体部との間に位置する、
    　請求項１または２に記載の複合アンテナ素子。
  4. 　前記第１磁性体部に形成された第２コイルを備え、
    　前記積層方向において前記アンテナコイルと前記第２コイルとの間に前記第１磁性体部の磁性体層が存在し、
    　前記積層方向から視て、前記第２コイルの外周の全てが前記アンテナコイルのコイル開口内に配置される、
    　請求項１から３のいずれかに記載の複合アンテナ素子。
  5. 　前記第２磁性体部に形成された第２コイルを備え、
    　前記積層方向において前記アンテナコイルと前記第２コイルとの間に前記第２磁性体部が存在し、
    　前記積層方向から視て、前記第２コイルの外周の全てが前記アンテナコイルのコイル開口内に配置される、
    　請求項３に記載の複合アンテナ素子。
  6. 　前記第１コイルは、インピーダンス整合回路の少なくとも一部である、
    　請求項１から５のいずれかに記載の複合アンテナ素子。
  7. 　前記第１コイルは、フィルタ回路の少なくとも一部である、
    　請求項１から５のいずれかに記載の複合アンテナ素子。
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