WO2020195553A1 - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents

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WO2020195553A1
WO2020195553A1 PCT/JP2020/008512 JP2020008512W WO2020195553A1 WO 2020195553 A1 WO2020195553 A1 WO 2020195553A1 JP 2020008512 W JP2020008512 W JP 2020008512W WO 2020195553 A1 WO2020195553 A1 WO 2020195553A1
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resonance
circuit
feeding coil
resonance circuit
feeding
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PCT/JP2020/008512
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Inventor
昌良 山本
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
    • 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 an antenna device used in an RFID system, a short-range wireless communication system, or the like, and an electronic device provided with the antenna device.
  • an antenna device configured by mounting a ferrite chip antenna in which a coil conductor pattern is formed on a ferrite chip on a circuit board has been used.
  • Patent Document 1 a ferrite chip antenna in which a coil conductor pattern is formed on a ferrite chip is arranged on a circuit board, and a loop-shaped conductor pattern is formed on the circuit board, and the loop-shaped conductor pattern is formed.
  • An antenna device in which an antenna and a ferrite chip antenna are magnetically coupled to each other is shown.
  • an object of the present invention is to provide an antenna device having a wide communication range while obtaining a high gain and an electronic device including the antenna device.
  • the antenna device as an example of the present disclosure is The first feeding coil connected to the RFIC and The second feeding coil connected to the RFIC and A first resonant circuit that magnetically couples to the first feeding coil, A second resonant circuit that magnetically couples to the second feeding coil is provided.
  • the electronic device as an example of the present disclosure is in an electronic device including an antenna device and an RFIC connected to the antenna device,
  • the antenna device is The first feeding coil connected to the RFIC and The second feeding coil connected to the RFIC and A first resonant circuit that magnetically couples to the first feeding coil,
  • a second resonant circuit that magnetically couples to the second feeding coil is provided. Resonance between the resonance frequency of the first resonance circuit and the resonance of the second resonance circuit to the extent that the frequency characteristics of the impedance magnitudes of the first resonance circuit and the second resonance circuit as viewed from the RFIC become monomodal. Equal to frequency, It is characterized by that.
  • the communicable range is expanded.
  • the resonance frequencies of the two resonant circuits are equal to the extent that the frequency characteristics of the impedance magnitudes of the two resonant circuits as seen from the feeder circuit are unifying, the two resonant circuits are well-balanced. Energy is transferred and the gain of the antenna is increased.
  • FIG. 1 is a perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment.
  • 2 (A) is a plan view of the antenna device 101
  • FIG. 2 (B) is a cross-sectional view of a portion BB in FIG. 2 (A).
  • FIG. 3 is a plan view showing a pattern of the planar conductor 10 formed on the first main surface MS1 of the substrate 1.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the current flowing through the first feeding coil 31, the second feeding coil 32, and the planar conductor 10.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the positional relationship between the antenna device 101 and the communication partner antenna 500.
  • 6 (A) and 6 (B) are circuit diagrams of a circuit composed of an antenna device 101 and a communication partner antenna 500 coupled thereto.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram showing the relationship between the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 and the resonance frequency of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2.
  • FIG. 7B is a conceptual diagram showing the relationship between the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 and the resonance frequency of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2 of the antenna device in the comparative example.
  • FIG. 8 is an actual measurement diagram showing the frequency characteristics of the real part of the impedance of the feeding side resonance circuit LC3, the first resonance circuit LC1, and the second resonance circuit LC2.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a planar conductor along a line that selectively passes through the first opening AP1 and the second opening AP2.
  • FIG. 10 is a diagram showing the distance d between the first opening AP1 and the second opening AP2.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the interval d shown in FIG. 10 and the coupling coefficients of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 102 according to the second embodiment.
  • 13 (A) is a plan view of the antenna device 103 according to the third embodiment
  • FIG. 13 (B) is a plan view showing a pattern of the planar conductor 10 formed on the substrate 1 of the antenna device 103.
  • FIG. 14 is a circuit diagram of a circuit composed of an antenna device 103 and a communication partner antenna 500 coupled thereto.
  • FIG. 1 is a perspective view of the antenna device 101 according to the first embodiment.
  • 2 (A) is a plan view of the antenna device 101
  • FIG. 2 (B) is a cross-sectional view of a portion BB in FIG. 2 (A).
  • FIG. 3 is a plan view showing a pattern of the planar conductor 10 formed on the first main surface MS1 of the substrate 1.
  • the antenna device 101 is provided in an electronic device.
  • electronic devices include, for example, mobile phone terminals such as smartphones and feature phones, wearable terminals such as smart watches and smart glasses, mobile PCs such as notebook PCs and tablet PCs, information devices such as cameras, game machines, and toys, IC tags, and SD.
  • Various electronic devices such as information media such as cards, SIM cards, and IC cards.
  • a circuit board having an antenna device partially configured is provided in the housing of the electronic device.
  • the antenna device 101 includes a substrate 1, a first feeding coil 31, a second feeding coil 32, and capacitors C11, C12, C21, and C22 arranged on the substrate 1.
  • the metal member 2, the first feeding coil 31, the second feeding coil 32, and the capacitors C11, C12, C21, and C22 are mounted on the substrate 1.
  • the substrate 1 has a first main surface MS1, and the winding axes of both the first power feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are orthogonal to the first main surface MS1.
  • the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are components in which, for example, a rectangular loop-shaped, rectangular helical-shaped, or rectangular spiral-shaped coil is formed inside a laminated body of an insulating base material layer such as magnetic ferrite. Is.
  • the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected to the feeding circuit 300 including the RFIC 310 described later.
  • the member 2 is arranged on the first main surface MS1 of the substrate 1.
  • the member 2 has a first conductive portion 21 and a second conductive portion 22 facing each other on a side surface orthogonal to the first main surface MS1.
  • the member 2 is some kind of functional component such as a metal mechanical component, a shield case, and a battery. Any of the four side surfaces of the member 2 may be a conductive portion, or the entire outer surface may be a conductive portion.
  • the substrate 1 is a circuit board on which a plurality of electronic components other than the components constituting the antenna device are mounted, and is a planar conductor 10 extending in a planar manner on the first main surface MS1. Is formed.
  • the planar conductor 10 is, for example, a copper foil attached to an insulating base material.
  • the planar conductor 10 may be a planar ground conductor or the like formed inside the substrate 1.
  • the planar conductor 10 is formed with a first opening AP1, a second opening AP2, a first slit SL1, a second slit SL2, and the like.
  • the first slit SL1 connects the first opening AP1 to the outer edge.
  • the second slit SL2 connects the second opening AP2 to the outer edge.
  • Four pad electrodes are formed inside the first opening AP1 and the second opening AP2, respectively.
  • Four terminal electrodes are formed on the lower surfaces of the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32, respectively, and are connected to the pad electrodes. Two of the four terminal electrodes of the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected to the feeding circuit formed in the substrate 1 via an interlayer connecting conductor. The other two terminal electrodes are dummy terminal electrodes for mounting.
  • Capacitors C11, C12, C21 and C22 are all chip capacitors. Capacitors C11 and C12 are mounted so as to straddle the slit SL1. Similarly, the capacitors C21 and C22 are mounted so as to straddle the slit SL2.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the current flowing through the first feeding coil 31, the second feeding coil 32, and the planar conductor 10.
  • the capacitor C1 is a resonance capacitor having the combined capacitance of the capacitors C11 and C12
  • the capacitor C2 is a resonance capacitor having the combined capacitance of the capacitors C21 and C22.
  • the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected to the feeding circuit so as to generate magnetic fluxes having the same phase as each other. Therefore, when the right-handed current flows through the first feed coil 31, the right-handed current also flows through the second feed coil 32. In this phase, a right-handed current flows through the outer circumference of the first opening AP1 (inner circumference of the planar conductor 10) at the position where the first feeding coil 31 is mounted, and the second feeding coil 32 is mounted at the position where the second feeding coil 32 is mounted. A right-handed current flows around the outer circumference of the two-opening AP2 (the inner circumference of the planar conductor 10). Along with this, a clockwise current flows mainly along the outer circumference of the slits SL1 and SL2 and the planar conductor 10.
  • the swirling direction of the current flowing through the feeding coils 31 and 32 and the swirling direction of the current flowing through the planar conductor 10 are opposite to each other.
  • the swirling direction of the current flowing through the feeding coils 31 and 32 and the swirling direction of the current flowing through the planar conductor 10 are in the same direction. Further, the current passing through the resonance capacitors C1 and C2 is dominant rather than the current flowing along the edge of the planar conductor 10.
  • the first feeding coil 31, the second feeding coil 32, and the planar conductor 10 are coupled, and the planar conductor 10 acts as a conductor that contributes to radiation. Since the planar conductor 10 has a larger area than the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32, the radiation efficiency is higher than when the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are used alone.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the positional relationship between the antenna device 101 and the communication partner antenna 500.
  • the communication partner antenna 500 is a coiled antenna wound in a plane for a plurality of turns.
  • FIGS. 6A and 6 (B) are circuit diagrams of a circuit composed of the antenna device 101 and the communication partner antenna 500 coupled thereto.
  • the inductor L31 represents the first feeding coil 31 with a circuit symbol
  • the inductor L32 represents the second feeding coil 32 with a circuit symbol.
  • FIG. 6A shows an example in which the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected in series
  • FIG. 6B shows an example in which the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected in parallel. This is an example.
  • the inductor L11 is an inductance component mainly generated in the first opening AP1 of the planar conductor 10
  • the inductor L12 is mainly the second opening AP2 of the planar conductor 10. It is an inductance component generated in.
  • the inductor L11 and the capacitors C11 and C12 constitute the first resonant circuit LC1
  • the inductor L12 and the capacitors C21 and C22 constitute the second resonant circuit LC2.
  • the inductors L13 and L14 are inductance components due to a current path mainly flowing along the outer circumference of the planar conductor 10.
  • One of the capacitors C11 and C12 is a capacitor for coarse adjustment of the resonance frequency, and the other is a capacitor for fine adjustment.
  • one of the capacitors C21 and C22 is a capacitor for coarse adjustment of the resonance frequency, and the other is a capacitor for fine adjustment.
  • the feeding side resonance circuit LC3 is configured by the inductors L31 and L32 and the capacitors C31 and C32.
  • the power supply circuit 300 is composed of the RFIC 310 and the capacitors C31, C32, C41 and C42.
  • Capacitors C31, C32, C41, and C42 constitute an impedance matching circuit MC that matches the impedance between the RFIC 310 and the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32.
  • the inductor L500 represents the communication partner antenna 500 with the circuit symbol of the inductor.
  • the inductors L11, L12, L13, and L14 are magnetically coupled with the communication partner antenna 500 (inductor L500).
  • FIG. 7A is a conceptual diagram showing the relationship between the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 and the resonance frequencies of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2.
  • FIG. 7B is a conceptual diagram showing the relationship between the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 and the resonance frequency of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2 of the antenna device in the comparative example. ..
  • the horizontal axis is the frequency
  • the vertical axis is the actual magnitude of the impedance of the feeding side resonance circuit LC3, the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2.
  • frequency characteristics are obtained by measuring the actual magnitude of the impedance of the feeding side resonance circuit, the first resonance circuit, and the second resonance circuit as viewed from the RFIC 310 in FIGS. 6 (A) and 6 (B). For example, it can be obtained by sweeping and measuring the frequency of the applied signal with a network analyzer.
  • the magnitude of the actual part of the impedance viewed from the RFIC 310 means the connection between the RFIC 310 and the capacitors C41 and C42 from two connection points, that is, in the present embodiment. It means the magnitude of the real part of the impedance to be measured, which can be measured from a point.
  • the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3 is different from the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2.
  • the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3 is 13.56 MHz.
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are both 3 MHz to 4 MHz higher than the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3.
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are both about 25% higher than the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3.
  • the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3 is 13.56MHz
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 is 3MHz to 4MHz from the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3.
  • the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 is 3 MHz to 4 MHz higher than the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1.
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 is close to the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit, and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 is separated from the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit. Therefore, the resonance of the feeding side resonance circuit, the resonance of the first resonance circuit LC1 and the resonance of the second resonance circuit LC2 are in an independent state (three resonance states). Therefore, a large amount of energy is transmitted from the first feeding coil 31 to the first resonant circuit LC1, but not sufficiently transmitted to the second resonant circuit LC2. Therefore, even though the two resonant circuits LC1 and LC2 are provided, the communicable range is not effectively expanded.
  • the frequency characteristic of the actual magnitude of the impedance of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2 as viewed from the RFIC 310 is monomodal.
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are equal to each other.
  • the frequency characteristics of the impedance magnitudes of the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2 as seen from the feeding circuit 300 are not bimodal, and the first to the extent that they are bimodal.
  • the resonance frequency f1 of the resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are not different.
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are close to the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3, the resonance of the feeding side resonance circuit LC3 and the first resonance This is a state in which resonance of the circuit LC1 and resonance of the second resonance circuit LC2 occur (two resonance states). Therefore, energy is transmitted from the feeding side resonance circuit LC3 to the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2 in a well-balanced manner. As a result, the communicable range is expanded.
  • FIG. 7A shows an example in which the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are higher than the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3, but the high-low relationship of these frequencies is opposite. It may be. That is, the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 may be lower than the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3. However, if the resonance frequency of any of the first resonant circuit LC1, the second resonant circuit LC2, and the feeding side resonant circuit LC3 is lower than 13.56MHz, the capacitance becomes capacitive at the feeding frequency of 13.56MHz, so that the feeding side resonance occurs.
  • the circuit LC3, the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2 are not magnetically coupled, and energy is not supplied to the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2. Therefore, for example, the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are set to 13.56 MHz, and the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 is 3 MHz to 4 MHz higher (about 25% higher) than 13.56 MHz. Let the frequency be.
  • the difference between the resonance frequency of the feeding side resonance circuit LC3 and the resonance frequency of the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2 is the coupling coefficient between the feeding side resonance circuit LC3 and the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2. Or, it may be determined in consideration of the energy transmission efficiency.
  • the communication frequency band is an HF band such as 13.56 MHz band, even if the magnetic material layers of the feeding coils 31 and 32 are magnetic material ferrite, the loss coefficient is small, so that the magnetic material layer is provided. The effect of improving the Q value of the coil antenna is high.
  • FIG. 8 is an actual measurement diagram showing the frequency characteristics of the real part of the impedance of the feeding side resonance circuit LC3, the first resonance circuit LC1, and the second resonance circuit LC2.
  • the horizontal axis is the frequency
  • the vertical axis is the actual magnitude of the impedance of the feeding side resonance circuit LC3, the first resonance circuit LC1 and the second resonance circuit LC2.
  • the resonance frequency f3 of the feeding side resonance circuit LC3 is 13.75 MHz
  • the resonance frequency f1 of the first resonance circuit LC1 and the resonance frequency f2 of the second resonance circuit LC2 are 16.90 MHz.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a planar conductor along a line that selectively passes through the first opening AP1 and the second opening AP2.
  • the currents i11 and i12 indicate the directions of the currents flowing through the planar conductor 10.
  • the magnetic fluxes ⁇ 11 and ⁇ 12 indicate the directions of the magnetic fluxes generated by the currents i11 and i12.
  • the swirling direction of the current flowing along the edges of the openings AP1 and AP2 formed in the planar conductor 10 is the same when viewed in the vertical direction (Z-axis direction) of the planar conductor 10.
  • the direction. Therefore, the directions (phases) of the magnetic fluxes entering and exiting the openings AP1 and AP2 are the same.
  • the direction of the magnetic flux exiting the opening AP1 and entering the opening AP2 is opposite to the direction of the magnetic flux exiting the opening AP2 and entering the opening AP1, so that the coupling between the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2 is weak. Therefore, the effect of expanding the communicable range is high by providing the two resonance circuits LC1 and LC2.
  • the magnetic flux generated in the first feeding coil 31 and the magnetic flux generated in the second feeding coil 32 are the first feeding coil 31 and the magnetic flux generated in the second feeding coil 32.
  • the feeding circuit 300 may be connected to the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 so as to be in phase in the coil winding axis direction of the second feeding coil 32.
  • FIG. 10 is a diagram showing the distance d between the first opening AP1 and the second opening AP2.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between this interval d and the coupling coefficients of the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2.
  • the magnetic flux entering and exiting the first opening AP1 and the magnetic flux entering and exiting the second opening AP2 are in phase.
  • the size of the first opening AP1 and the second opening AP2 is 2.5 mm ⁇ 3.4 mm (3.4 mm in the X direction). If the coupling coefficient is, for example, 3% or less, it can be said that the coupling between the first resonant circuit LC1 and the second resonant circuit LC2 is sufficiently weak and does not affect each other. Therefore, if the first opening AP1 and the second opening AP2 are separated by three times or more of their width (3.4 mm), the coupling coefficient is weak enough to be 3% or less, which is the resonance frequency of the first resonance circuit LC1. It can be set to the same frequency as the resonance frequency of the second resonance circuit LC2.
  • Second Embodiment an antenna device in which the configurations of the first feeding coil and the second feeding coil are different from the examples shown in the first embodiment is shown.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 102 according to the second embodiment.
  • the antenna device 102 includes a substrate 1, a first feeding coil 31 and a second feeding coil 32 formed on the substrate 1, and capacitors C10 and C20 mounted on the substrate 1.
  • the first feeding coil 31 is formed around the first opening AP1, and the second feeding coil 32 is formed around the second opening AP2.
  • a power supply circuit 300 is configured on the substrate 1, and the power supply circuit 300, the first power supply coil 31, and the second power supply coil 32 are connected to each other via conductor patterns 51, 52, and 53.
  • the first feeding coil 31, the second feeding coil 32, and the conductor patterns 51, 52, and 53 are electrically insulated from the planar conductor 10.
  • a single capacitor C10 is connected to the slit SL1, and a single capacitor C20 is connected to the slit SL2.
  • Other configurations are the same as those of the antenna device 101 shown in the first embodiment.
  • the first opening AP1 and the second opening AP2 are, for example, 3 mm ⁇ 3 mm squares, and are separated from each other by 3 times or more of 3 mm. Further, the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are connected in series to the feeding circuit 300, and the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 feed the magnetic fluxes in the same phase with each other. It is connected to the circuit 300.
  • the first feeding coil 31 and the second feeding coil 32 are easily arranged close to each other in the first opening AP1 and the second opening AP2 in the Z-axis direction, and the total line length of the opposing portions thereof is lengthened. Therefore, it is easy to increase the coupling coefficient of the first feeding coil 31 with respect to the first resonant circuit LC1 and the coupling coefficient of the second feeding coil 32 with respect to the second resonant circuit LC2.
  • FIG. 13 (A) is a plan view of the antenna device 103 according to the third embodiment
  • FIG. 13 (B) is a plan view showing a pattern of the planar conductor 10 formed on the substrate 1 of the antenna device 103. ..
  • the antenna device 103 includes a substrate 1, a first coil coupling element 61, a second coil coupling element 62, and capacitors C11, C12, C21, and C22 arranged on the substrate 1.
  • the metal member 2, the first coil coupling element 61, the second coil coupling element 62, and the capacitors C11, C12, C21, and C22 are mounted on the substrate 1.
  • the configuration of the member 2, the capacitors C11, C12, C21, and C22 is the same as the configuration shown in the first embodiment.
  • the first coil coupling element 61 and the second coil coupling element 62 are connected to a power feeding circuit 300 including an RFIC 310 described later.
  • FIG. 14 is a circuit diagram of a circuit composed of the antenna device 103 and the communication partner antenna 500 coupled thereto.
  • the inductor L31 is the primary coil of the first coil coupling element 61
  • the inductor L32 is the primary coil of the second coil coupling element 62.
  • the inductor L11 is a secondary coil of the first coil coupling element 61
  • the inductor L12 is a secondary coil of the second coil coupling element 62. That is, the first coil coupling element 61 and the second coil coupling element 62 are elements that act as transformers in which the coils are magnetically coupled to each other.
  • the first coil coupling element 61 and the second coil coupling element 62 may be elements in which the primary coil and the secondary coil are vertically wound in a conductor pattern, or the primary coil and the secondary coil are horizontally wound. It may be an element composed of the conductor pattern of.
  • the first resonant circuit LC1 is composed of the inductor L11 and the capacitors C11 and C12
  • the second resonant circuit LC2 is composed of the inductor L12 and the capacitors C21 and C22.
  • the inductors L13 and L14 are inductance components due to a current path mainly flowing along the outer circumference of the planar conductor 10.
  • the coil coupling element may be used to couple the feeding side resonance circuit LC3 and the first resonance circuit LC1 and the feeding side resonance circuit LC3 and the second resonance circuit LC2.
  • an element configured as a balun can also be used.
  • AP1 ... 1st opening AP2 ... 2nd opening C1, C2 ... Resonant capacitors C10, C11, C12, C20, C21, C22 ... Capacitors C31, C32, C41, C42 ... Capacitors i11, i12 ... Currents L11, L12 ... Inductors L13, L14 ... Inductor L31, L32 ... Inductor L500 ... Inductor LC1 ... First resonance circuit LC2 ... Second resonance circuit LC3 ... Feed side resonance circuit MC ... Impedance matching circuit MS1 ... First main surface SL1 ... First slit SL2 ... Second slit 1 ... Substrate 2 ... Member 10 ...
  • Planar conductor 21 ... First conductive portion 22 ... Second conductive portion 31 ... First feeding coil 32 ... Second feeding coil 51, 52, 53 ... Conductor pattern 61 . First coil coupling element 62 ... Second coil coupling elements 101, 102, 103 ... Antenna device 300 ... Feeding circuit 310 ... RFIC 500 ... Communication partner antenna

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Abstract

アンテナ装置（１０１）は、給電回路に接続される第１給電コイル（３１）と、給電回路に接続される第２給電コイル（３２）と、第１給電コイル（３１）に磁界結合する、導体パターンで形成される第１電流経路を含む第１共振回路と、第２給電コイル（３２）に磁界結合する、導体パターンで形成される第２電流経路を含む第２共振回路と、を備える。第１共振回路の共振周波数と第２共振回路の共振周波数とは、給電回路から視た第１共振回路及び第２共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に等しい。

Description

アンテナ装置及び電子機器
　本発明は、ＲＦＩＤシステムや近距離無線通信システム等に用いられるアンテナ装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。
　従来、フェライトチップにコイル導体パターンが形成されてなるフェライトチップアンテナを回路基板に実装することで構成されるアンテナ装置が用いられている。
　例えば、特許文献１には、フェライトチップにコイル導体パターンが形成されてなるフェライトチップアンテナを回路基板上に配置し、また、回路基板にループ状の導体パターンを形成し、このループ状の導体パターンとフェライトチップアンテナとを互いに磁界結合させたアンテナ装置が示されている。
国際公開第２０１７／１２２７６４号
　特許文献１に記載のアンテナ装置では、フェライトチップアンテナを回路基板の１箇所に配置するだけでは、広範囲での通信が難しかった。そのため、例えば、ＲＦＩＤタグを備えるカードと通信を行う場合に、つまり、相対的に大きなサイズのアンテナを備えるカードと通信を行う場合に、カードを規定位置にかざさないと、適正な通信が困難な場合があった。
　また、回路基板上に複数のフェライトチップアンテナを配置することで、通信可能なエリアを拡げることが考えられるが、共振周波数の設定によっては、高い利得が得られない。
　そこで、本発明の目的は、高利得を得つつ通信可能範囲を拡げたアンテナ装置及びそれを備える電子機器を提供することにある。
　本開示の一例としてのアンテナ装置は、
　ＲＦＩＣに接続される第１給電コイルと、
　前記ＲＦＩＣに接続される第２給電コイルと、
　前記第１給電コイルに磁界結合する第１共振回路と、
　前記第２給電コイルに磁界結合する第２共振回路と、を備え、
　前記ＲＦＩＣから視た、前記第１共振回路及び前記第２共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、前記第１共振回路の共振周波数と前記第２共振回路の共振周波数とが等しい、
　ことを特徴とする。
　本開示の一例としての電子機器は、
　アンテナ装置と、このアンテナ装置に接続されたＲＦＩＣとを備えた電子機器において、
　前記アンテナ装置は、
　ＲＦＩＣに接続される第１給電コイルと、
　前記ＲＦＩＣに接続される第２給電コイルと、
　前記第１給電コイルに磁界結合する第１共振回路と、
　前記第２給電コイルに磁界結合する第２共振回路と、を備え、
　前記ＲＦＩＣから視た、前記第１共振回路及び前記第２共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、前記第１共振回路の共振周波数と前記第２共振回路の共振周波数とが等しい、
　ことを特徴とする。
　本発明によれば、少なくとも２つの給電コイルと、それらにそれぞれ磁界結合する共振回路とを備えるので、通信可能範囲が拡大される。しかも、給電回路から視た、２つの共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、２つの共振回路の共振周波数が等しいので、給電回路から２つの共振回路へバランス良くエネルギーが伝達され、アンテナの利得が高まる。
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。 図２（Ａ）はアンテナ装置１０１の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＢ－Ｂ部分の断面図である。 図３は基板１の第１主面ＭＳ１に形成されている面状導体１０のパターンを示す平面図である。 図４は、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２、及び面状導体１０に流れる電流を概略的に示す図である。 図５はアンテナ装置１０１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６（Ａ）、図６（Ｂ）は、アンテナ装置１０１及びそれに結合する通信相手アンテナ５００で構成される回路の回路図である。 図７（Ａ）は、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数と、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数と、の関係を示す概念図である。図７（Ｂ）は、比較例におけるアンテナ装置の、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数と、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数と、の関係を示す概念図である。 図８は、給電側共振回路ＬＣ３、第１共振回路ＬＣ１、及び第２共振回路ＬＣ２についての、インピーダンスの実部の周波数特性を示す実測図である。 図９は、第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２を選択的に通るラインでの、面状導体の部分断面図である。 図１０は第１開口ＡＰ１と第２開口ＡＰ２との間隔ｄを示す図である。 図１１は、図１０に示す間隔ｄと第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の結合係数との関係を示す図である。 図１２は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図である。 図１３（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の平面図であり、図１３（Ｂ）はアンテナ装置１０３の基板１に形成された面状導体１０のパターンを示す平面図である。 図１４は、アンテナ装置１０３及びそれに結合する通信相手アンテナ５００で構成される回路の回路図である。
　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。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、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又は組み合わせは可能である。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しない。
《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。図２（Ａ）はアンテナ装置１０１の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＢ－Ｂ部分の断面図である。図３は基板１の第１主面ＭＳ１に形成されている面状導体１０のパターンを示す平面図である。
　アンテナ装置１０１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、様々な電子機器である。典型的には、一部にアンテナ装置が構成された回路基板が電子機器の筐体内に設けられる。
　アンテナ装置１０１は、基板１と、この基板１に配置された、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２、及びキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２を備える。本実施形態では、金属物である部材２、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２、及びキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２は基板１に実装されている。
　基板１は第１主面ＭＳ１を有し、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２は、いずれも巻回軸が第１主面ＭＳ１に直交する。第１給電コイル３１、第２給電コイル３２は、例えば、矩形ループ状、矩形ヘリカル状、又は矩形スパイラル状のコイルが、磁性体フェライト等の絶縁基材層の積層体の内部に構成された部品である。第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２は、後に示すＲＦＩＣ３１０を含む給電回路３００に接続される。
　部材２は基板１の第１主面ＭＳ１上に配置されている。部材２は、第１主面ＭＳ１に対して直交する側面に、互いに対向する第１導電部２１及び第２導電部２２を有する。部材２は、例えば金属製の機構部品、シールドケース、バッテリー等、何らかの機能部品である。部材２の四側面のいずれもが導電部であってもよいし、外面全面が導電部であってもよい。
　図３に表れているように、基板１は、例えばアンテナ装置を構成する部品以外の複数の電子部品が実装される回路基板であり、第１主面ＭＳ１に、面状に拡がる面状導体１０が形成されている。この面状導体１０は、例えば、絶縁基材に張り付けられた銅箔である。面状導体１０は、基板１の内部に形成された面状のグランド導体等であってもよい。面状導体１０には、第１開口ＡＰ１、第２開口ＡＰ２、第１スリットＳＬ１及び第２スリットＳＬ２等が形成されている。第１スリットＳＬ１は第１開口ＡＰ１を外縁に連接する。また、第２スリットＳＬ２は第２開口ＡＰ２を外縁に連接する。第１開口ＡＰ１、第２開口ＡＰ２の内部には四つのパッド電極がそれぞれ形成されている。第１給電コイル３１、第２給電コイル３２の下面にはそれぞれ四つの端子電極が形成されていて、上記パッド電極に接続される。第１給電コイル３１、第２給電コイル３２それぞれの４つの端子電極のうち二つの端子電極は層間接続導体を介して基板１内に形成されている給電回路に接続されている。その他の二つの端子電極は実装のためのダミーの端子電極である。
　キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２はいずれもチップコンデンサである。キャパシタＣ１１，Ｃ１２はスリットＳＬ１を跨ぐように実装されている。同様に、キャパシタＣ２１，Ｃ２２はスリットＳＬ２を跨ぐように実装されている。
　図４は、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２、及び面状導体１０に流れる電流を概略的に示す図である。図４において、キャパシタＣ１は上記キャパシタＣ１１，Ｃ１２の合成容量を有する共振キャパシタであり、キャパシタＣ２は上記キャパシタＣ２１，Ｃ２２の合成容量を有する共振キャパシタである。
　第１給電コイル３１と第２給電コイル３２は、互いに同相の磁束を生じるように上記給電回路に接続される。したがって、第１給電コイル３１に右旋の電流が流れるとき、第２給電コイル３２にも右旋の電流が流れる。この位相で、第１給電コイル３１が実装された位置の第１開口ＡＰ１の外周（面状導体１０の内周）に右旋の電流が流れ、第２給電コイル３２が実装された位置の第２開口ＡＰ２の外周（面状導体１０の内周）に右旋の電流が流れる。また、これに伴い、スリットＳＬ１，ＳＬ２及び面状導体１０の主に外周に沿って右回りの電流が流れる。
　ちなみに、スリットＳＬ１，ＳＬ２に共振キャパシタＣ１，Ｃ２を配置しない場合は、給電コイル３１，３２に流れる電流の旋回方向と面状導体１０に流れる電流の旋回方向とは逆の関係になるが、本実施形態では、共振キャパシタＣ１，Ｃ２があるので、給電コイル３１，３２に流れる電流の旋回方向と面状導体１０に流れる電流の旋回方向とは同方向である。また、面状導体１０の縁端に沿って流れる電流よりも、共振キャパシタＣ１，Ｃ２を経由する電流が支配的である。
　このようにして、第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２と面状導体１０とが結合して、面状導体１０は放射に寄与する導体として作用する。面状導体１０は第１給電コイル３１、第２給電コイル３２より広面積であるので、第１給電コイル３１、第２給電コイル３２を単体で用いる場合より放射効率が高い。
　図５はアンテナ装置１０１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。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６（Ａ）、図６（Ｂ）は、アンテナ装置１０１及びそれに結合する通信相手アンテナ５００で構成される回路の回路図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）において、インダクタＬ３１は第１給電コイル３１を回路記号で表したものであり、インダクタＬ３２は第２給電コイル３２を回路記号で表したものである。図６（Ａ）は、第１給電コイル３１と第２給電コイル３２とを直列接続した例であり、図６（Ｂ）は、第１給電コイル３１と第２給電コイル３２とを並列接続した例である。
　図６（Ａ），図６（Ｂ）において、インダクタＬ１１は、面状導体１０の主に第１開口ＡＰ１に生じるインダクタンス成分であり、インダクタＬ１２は、面状導体１０の主に第２開口ＡＰ２に生じるインダクタンス成分である。インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１，Ｃ１２とで第１共振回路ＬＣ１が構成されていて、インダクタＬ１２とキャパシタＣ２１，Ｃ２２とで第２共振回路ＬＣ２が構成されている。インダクタＬ１３，Ｌ１４は面状導体１０の主に外周に沿って流れる電流経路によるインダクタンス成分である。キャパシタＣ１１，Ｃ１２の一方は共振周波数の粗調整用キャパシタであり、他方は微調整用のキャパシタである。同様に、キャパシタＣ２１，Ｃ２２の一方は共振周波数の粗調整用キャパシタであり、他方は微調整用のキャパシタである。
　インダクタＬ３１，Ｌ３２及びキャパシタＣ３１，Ｃ３２によって、給電側共振回路ＬＣ３が構成されている。
　ＲＦＩＣ３１０及びキャパシタＣ３１，Ｃ３２，Ｃ４１，Ｃ４２によって給電回路３００が構成されている。キャパシタＣ３１，Ｃ３２，Ｃ４１，Ｃ４２によって、ＲＦＩＣ３１０と第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２との間でインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路ＭＣ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。インダクタＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４は通信相手アンテナ５００（インダクタＬ５００）と磁界結合する。
　図７（Ａ）は、上記給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数と、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数と、の関係を示す概念図である。また、図７（Ｂ）は、比較例におけるアンテナ装置の、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数と、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数と、の関係を示す概念図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）において、横軸は周波数、縦軸は、給電側共振回路ＬＣ３、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２のインピーダンスの実部の大きさである。これらの周波数特性は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中のＲＦＩＣ３１０から視た、給電側共振回路、第１共振回路及び第２共振回路のインピーダンスの実部の大きさを測定したものであり、例えば、ネットワークアナライザで印加信号の周波数を掃引して測定することで得られる。ここで、「ＲＦＩＣ３１０から視た・・・インピーダンスの実部の大きさ」とは、ＲＦＩＣ３１０と測定対象との２つの接続点から、つまり本実施形態においては、ＲＦＩＣ３１０とキャパシタＣ４１，Ｃ４２との接続点から測定され得る、測定対象のインピーダンスの実部の大きさを意味する。
　図７（Ａ）に示す本実施形態では、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３と、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２とは異なる。この例では、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３は13.56MHzである。また、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２は、いずれも給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３から3MHz～4MHz高い。割合としては、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２は、いずれも給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３から約25％高い。
　図７（Ｂ）に示す比較例では、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３は13.56MHzであり、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１は、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３から3MHz～4MHz高い。そして、第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２は、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１からさらに3MHz～4MHz高い。
　比較例のアンテナ装置では、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１が給電側共振回路の共振周波数ｆ３に近く、第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２は給電側共振回路の共振周波数ｆ３から離れているので、給電側共振回路の共振、第１共振回路ＬＣ１の共振及び第２共振回路ＬＣ２の共振がそれぞれ独立した状態（３共振状態）となる。そのため、第１給電コイル３１から第１共振回路ＬＣ１に多くのエネルギーが伝送されるが、第２共振回路ＬＣ２には十分伝送されない。そのため、２つの共振回路ＬＣ１，ＬＣ２を備えているにもかかわらず、通信可能範囲は効果的に拡がらない。
　本実施形態のアンテナ装置では、図７（Ａ）に示されるように、ＲＦＩＣ３１０から視た、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２のインピーダンスの実部の大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１と第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２とが等しい。言い換えれば、給電回路３００から視た、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２のインピーダンスの大きさの周波数特性が双峰性となっておらず、また、双峰性となる程度に第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１と第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２とが異なってはいない。そして、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２が給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３に近接しているので、給電側共振回路ＬＣ３の共振と、第１共振回路ＬＣ１の共振及び第２共振回路ＬＣ２の共振とが生じる状態（２共振状態）となる。そのため、給電側共振回路ＬＣ３から第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２にバランスよくエネルギーが伝送される。その結果、通信可能範囲が拡大される。
　図７（Ａ）では、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２が給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数より高い例を示したが、この周波数の高低関係は逆であってもよい。つまり、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２が給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数より低くてもよい。ただし、第１共振回路ＬＣ１、第２共振回路ＬＣ２及び給電側共振回路ＬＣ３のいずれについても、共振周波数が13.56MHzより低いと、給電の周波数である13.56MHzにおいて容量性となるので、給電側共振回路ＬＣ３と第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２とが磁界結合せず、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２にエネルギーが供給されない。したがって、例えば、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２を13.56MHzとし、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数を13.56MHzより3MHz～4MHz高い（約25％高い）周波数とする。
　給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数と、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数との差は、給電側共振回路ＬＣ３と第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２との結合係数や、エネルギーの伝送効率を考慮して定めればよい。
　なお、通信周波数帯が例えば13.56MHz帯などのHF帯であれば、給電コイル３１，３２の磁性体層が磁性体フェライトであっても、損失係数が小さいので、磁性体層を備えることによる、コイルアンテナのＱ値の向上効果は高い。
　図８は、給電側共振回路ＬＣ３、第１共振回路ＬＣ１、及び第２共振回路ＬＣ２についての、インピーダンスの実部の周波数特性を示す実測図である。図８において、横軸は周波数、縦軸は、給電側共振回路ＬＣ３、第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２のインピーダンスの実部の大きさである。この例では、給電側共振回路ＬＣ３の共振周波数ｆ３は13.75MHzであり、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数ｆ１及び第２共振回路ＬＣ２の共振周波数ｆ２は16.90MHzである。
　次に、第１共振回路ＬＣ１が発生する磁束と第２共振回路ＬＣ２が発生する磁束との位相関係について示す。図９は、第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２を選択的に通るラインでの、面状導体の部分断面図である。図９において、電流ｉ１１，ｉ１２は、面状導体１０に流れる電流の方向を示している。また、磁束φ１１，φ１２は、電流ｉ１１，ｉ１２によって発生される磁束の方向を示している。
　図９に表れているように、面状導体１０に形成された開口ＡＰ１，ＡＰ２の縁に沿って流れる電流の旋回方向は、面状導体１０の垂直方向（Ｚ軸方向）に視て、同方向である。そのため、開口ＡＰ１，ＡＰ２を出入りする磁束の方向（位相）は等しい。例えば、開口ＡＰ１から出て開口ＡＰ２へ入る磁束の方向と、開口ＡＰ２から出て開口ＡＰ１へ入る磁束の方向とは逆であるので、第１共振回路ＬＣ１と第２共振回路ＬＣ２との結合は弱い。そのため、２つの共振回路ＬＣ１，ＬＣ２を備えていることによる、通信可能範囲の拡大効果が高い。
　開口ＡＰ１，ＡＰ２の縁に沿って流れる電流の旋回方向を上記のとおりとするためには、第１給電コイル３１に生じる磁束と第２給電コイル３２に生じる磁束とが、第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２のコイル巻回軸方向で同相となるように、第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２に給電回路３００を接続すればよい。
　次に、第１給電コイル３１と第２給電コイル３２との位置関係と第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の結合係数との関係を示す。
　図１０は第１開口ＡＰ１と第２開口ＡＰ２との間隔ｄを示す図である。図１１は、この間隔ｄと第１共振回路ＬＣ１及び第２共振回路ＬＣ２の結合係数との関係を示す図である。ここで、第１開口ＡＰ１に出入りする磁束と第２開口ＡＰ２に出入りする磁束とは同相である。
　このシミュレーションでは、第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２のサイズは、2.5mm×3.4mm（Ｘ方向に3.4mm）である。結合係数が例えば３％以下であれば、第１共振回路ＬＣ１と第２共振回路ＬＣ２との結合は十分に弱く、互いに影響を及ぼしあわないと言える。したがって、第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２は、それらの幅（3.4mm）の３倍以上離れていれば、結合係数は３％以下、と充分に弱く、第１共振回路ＬＣ１の共振周波数と第２共振回路ＬＣ２の共振周波数とは同じ周波数に設定できる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、第１給電コイル及び第２給電コイルの構成が第１の実施形態で示した例とは異なるアンテナ装置について示す。
　図１２は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図である。アンテナ装置１０２は、基板１と、この基板１に形成された第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２、基板１に実装されたキャパシタＣ１０，Ｃ２０を備える。
　本実施形態では、第１給電コイル３１は、第１開口ＡＰ１の周囲に形成されていて、第２給電コイル３２は、第２開口ＡＰ２の周囲に形成されている。基板１には給電回路３００が構成されていて、この給電回路３００、第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２は、導体パターン５１，５２，５３を介して接続されている。第１給電コイル３１、第２給電コイル３２及び導体パターン５１，５２，５３は面状導体１０から電気的に絶縁されている。なお、スリットＳＬ１には単一のキャパシタＣ１０が接続されていて、スリットＳＬ２には単一のキャパシタＣ２０が接続されている。その他の構成は第１の実施形態で示したアンテナ装置１０１と同様である。
　第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２は例えば3mm×3mmの方形であり、互いの間隔を3mmの３倍以上離している。また、第１給電コイル３１と第２給電コイル３２とは給電回路３００に対して直列接続されていて、第１給電コイル３１と第２給電コイル３２とが、互いに同相の磁束を生じるように給電回路３００に接続されている。
　本実施形態によれば、第１開口ＡＰ１及び第２開口ＡＰ２に第１給電コイル３１及び第２給電コイル３２をそれぞれＺ軸方向に近接配置しやすく、且つ両者の対向部の総線長を長くできるので、第１共振回路ＬＣ１に対する第１給電コイル３１の結合係数、第２共振回路ＬＣ２に対する第２給電コイル３２の結合係数、をそれぞれ高めやすい。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、給電側共振回路のインダクタ、第１共振回路側及び第２共振回路側のインダクタをコイル結合素子で構成したアンテナ装置について例示する。
　図１３（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の平面図であり、図１３（Ｂ）はアンテナ装置１０３の基板１に形成された面状導体１０のパターンを示す平面図である。
　アンテナ装置１０３は、基板１と、この基板１に配置された、第１コイル結合素子６１、第２コイル結合素子６２、及びキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２を備える。本実施形態では、金属物である部材２、第１コイル結合素子６１、第２コイル結合素子６２、及びキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２は基板１に実装されている。
　部材２、キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の構成は第１の実施形態で示した構成と同様である。第１コイル結合素子６１及び第２コイル結合素子６２は、後に示すＲＦＩＣ３１０を含む給電回路３００に接続される。
　図１４は、アンテナ装置１０３及びそれに結合する通信相手アンテナ５００で構成される回路の回路図である。図１４において、インダクタＬ３１は第１コイル結合素子６１の一次コイルであり、インダクタＬ３２は第２コイル結合素子６２の一次コイルである。また、インダクタＬ１１は第１コイル結合素子６１の二次コイルであり、インダクタＬ１２は第２コイル結合素子６２の二次コイルである。つまり、第１コイル結合素子６１、第２コイル結合素子６２はコイル同士が磁界結合するトランスとして作用する素子である。第１コイル結合素子６１及び第２コイル結合素子６２は、一次コイルと二次コイルとが縦巻きの導体パターンで構成された素子であってもよいし、一次コイルと二次コイルとが横巻きの導体パターンで構成された素子であってもよい。
　図１４において、第１共振回路ＬＣ１は、インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１，Ｃ１２とで構成されていて、第２共振回路ＬＣ２は、インダクタＬ１２とキャパシタＣ２１，Ｃ２２とで構成されている。インダクタＬ１３，Ｌ１４は面状導体１０の主に外周に沿って流れる電流経路によるインダクタンス成分である。
　その他の構成は第１の実施形態で示したとおりである。このように、コイル結合素子を用いて、給電側共振回路ＬＣ３と第１共振回路ＬＣ１との結合、及び給電側共振回路ＬＣ３と第２共振回路ＬＣ２との結合を行ってもよい。なお、コイル結合素子としては、バランとして構成された素子を用いることもできる。
　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及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
ＡＰ１…第１開口
ＡＰ２…第２開口
Ｃ１，Ｃ２…共振キャパシタ
Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２０，Ｃ２１，Ｃ２２…キャパシタ
Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ４１，Ｃ４２…キャパシタ
ｉ１１，ｉ１２…電流
Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタ
Ｌ１３，Ｌ１４…インダクタ
Ｌ３１，Ｌ３２…インダクタ
Ｌ５００…インダクタ
ＬＣ１…第１共振回路
ＬＣ２…第２共振回路
ＬＣ３…給電側共振回路
ＭＣ…インピーダンス整合回路
ＭＳ１…第１主面
ＳＬ１…第１スリット
ＳＬ２…第２スリット
１…基板
２…部材
１０…面状導体
２１…第１導電部
２２…第２導電部
３１…第１給電コイル
３２…第２給電コイル
５１，５２，５３…導体パターン
６１…第１コイル結合素子
６２…第２コイル結合素子
１０１，１０２，１０３…アンテナ装置
３００…給電回路
３１０…ＲＦＩＣ
５００…通信相手アンテナ

Claims (6)

  1. 　ＲＦＩＣに接続される第１給電コイルと、
    　前記ＲＦＩＣに接続される第２給電コイルと、
    　前記第１給電コイルに磁界結合する第１共振回路と、
    　前記第２給電コイルに磁界結合する第２共振回路と、を備え、
    　前記ＲＦＩＣから視た、前記第１共振回路及び前記第２共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、前記第１共振回路の共振周波数と前記第２共振回路の共振周波数とが等しい、
    　アンテナ装置。
  2. 　第１開口、当該第１開口から外縁まで延びる第１スリット、第２開口、及び当該第２開口から外縁まで延びる第２スリットを有する平面導体と、
    　前記第１スリットを渡るように前記平面導体に接続される第１キャパシタと、
    　前記第２スリットを渡るように前記平面導体に接続される第２キャパシタと、
    　を備え、
    　前記第１共振回路は、前記第１開口及び前記第１スリットで構成されるインダクタと、前記第１キャパシタとで構成され、
    　前記第２共振回路は、前記第２開口及び前記第２スリットで構成されるインダクタと、前記第２キャパシタとで構成される、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第１開口と前記第２開口とは、前記第１開口及び前記第２開口の最大幅の３倍以上離れている、
    　請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記第１給電コイル及び前記第２給電コイルに接続されるキャパシタを備え、
    　前記キャパシタ、前記第１給電コイル及び前記第２給電コイルによって、給電側共振回路が構成され、
    　前記給電側共振回路の共振周波数は、前記第１共振回路及び前記第２共振回路の周波数とは異なる、
    　請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第１給電コイル及び前記第２給電コイルに対する前記ＲＦＩＣの接続関係は、前記第１給電コイルに生じる磁束と前記第２給電コイルに生じる磁束とが、前記第１給電コイル及び前記第２給電コイルのコイル巻回軸方向で同相となる関係である、
    　請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 　アンテナ装置と、このアンテナ装置に接続されたＲＦＩＣとを備えた電子機器において、
    　前記アンテナ装置は、
    　ＲＦＩＣに接続される第１給電コイルと、
    　前記ＲＦＩＣに接続される第２給電コイルと、
    　前記第１給電コイルに磁界結合する第１共振回路と、
    　前記第２給電コイルに磁界結合する第２共振回路と、を備え、
    　前記ＲＦＩＣから視た、前記第１共振回路及び前記第２共振回路のインピーダンスの大きさの周波数特性が単峰性となる程度に、前記第１共振回路の共振周波数と前記第２共振回路の共振周波数とが等しい、
    　ことを特徴とする電子機器。
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