特許 6297813 アンテナ装置及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6297813

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/24 20060101AFI20180312BHJP

   H01Q 7/06 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   H01Q1/24 C

   H01Q7/06

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-226407(P2013-226407)

(22)【出願日】2013年10月31日

(65)【公開番号】特開2015-88951(P2015-88951A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067736

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100096677

【弁理士】

【氏名又は名称】伊賀 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100106781

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 稔也

(72)【発明者】

【氏名】折原 勝久

【審査官】 米倉 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２９１３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／２４

Ｈ０１Ｑ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属物として第１の金属物及び第２の金属物が多層に配設された電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
アンテナコイルを有するループアンテナを備え、
上記アンテナコイルは、対向する上記外部機器のアンテナから上記第２の金属物までの距離より、当該外部機器のアンテナから遠い位置に配置された上記第１の金属物の内壁表面に貼り付けられた第１の磁性シートの端部に沿って上記ループアンテナの一方側部と他方側部に二分され、
上記ループアンテナの一方側部が上記第１の磁性シートと対向し、上記ループアンテナの他方側部が上記第１の金属物と対向し、
上記ループアンテナの一方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記第１の磁性シート側に位置して上記ループアンテナの一方側部と対向し、上記ループアンテナの他方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置して上記ループアンテナの他方側部と対向するように配置された第２の磁性シートを備えることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

金属物として第１の金属物及び第２の金属物が多層に配設された電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
アンテナコイルを有するループアンテナを備え、
上記アンテナコイルは、対向する上記外部機器のアンテナから上記第２の金属物までの距離より、当該外部機器のアンテナから遠い位置に配置された上記第１の金属物の内壁表面に貼り付けられた第１の磁性シートの端部に沿って上記ループアンテナの一方側部と他方側部に二分され、
上記ループアンテナの一方側部が上記第１の磁性シートと対向し、上記ループアンテナの他方側部が上記第１の金属物と対向し、
上記アンテナコイルよりも上記第１の磁性シート側に位置して上記ループアンテナの一方側部と対向するように配置された第２の磁性シート、又は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置して上記ループアンテナの他方側部と対向するように配置された第３の磁性シートを備えることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項3】

外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれ、金属物として第１の金属物及び第２の金属物が多層に配設された電子機器であって、
アンテナコイルを有するループアンテナと、
対向する上記外部機器のアンテナから上記第２の金属物までの距離より、当該外部機器のアンテナから遠い位置に配置された上記第１の金属物の内壁表面に貼り付けられた第１の磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルは、上記第１の磁性シートの端部に沿って上記ループアンテナの一方側部と他方側部に二分され、
上記ループアンテナの一方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記第１の磁性シート側に位置して上記ループアンテナの一方側部と対向し、上記ループアンテナの他方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置して上記ループアンテナの他方側部と対向するように配置された第２の磁性シートを備えることを特徴とする電子機器。

【請求項4】

外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれ、金属物として第１の金属物及び第２の金属物が多層に配設された電子機器であって、
アンテナコイルを有するループアンテナと、
対向する上記外部機器のアンテナから上記第２の金属物までの距離より、当該外部機器のアンテナから遠い位置に配置された上記第１の金属物の内壁表面に貼り付けられた第１の磁性シートとを備え、
上記アンテナコイルは、上記第１の磁性シートの端部に沿って上記ループアンテナの一方側部と他方側部に二分され、
上記アンテナコイルよりも上記第１の磁性シート側に位置して上記ループアンテナの一方側部と対向するように配置された第２の磁性シート、又は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置して上記ループアンテナの他方側部と対向するように配置された第３の磁性シートを備えることを特徴とする電子機器。

【請求項5】

上記第１の磁性シートは、上記アンテナコイルの中心ラインから上記第１の金属物の先端までを覆うように上記第１の金属物の内壁表面に貼り付けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣなどの電子機器において、近距離非接触通信の機能を搭載するため、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールが用いられている。

【0003】

このアンテナモジュールは、リーダライタなどの発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナ装置は、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するＩＣを駆動させることができる。

【0004】

アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナ装置では、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。

【0005】

携帯電話機などの電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリーパックなどの金属が、リーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタからくる磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が弱くなる傾向にある。

【0006】

通常のループコイルを用いるアンテナの場合、ループコイルは、その開口部が、上述した筐体表面の外周部分を通過する磁界をあまり受けることができない携帯電話機の中央部分に位置している。このため、通常のループコイルを用いるアンテナでは、磁界を受ける効率が悪くなっている。

【0007】

そこで、リーダライタからくる磁界が強い、筐体表面の外周部分にループアンテナを配置するようにしたアンテナ装置や、さらに、磁性シートを用いて磁束を増やし、性能を高めるようにしたアンテナ装置が提案されている。これらのアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許４８８３１２５号公報

【特許文献2】特許４８９４９４５号公報

【特許文献3】特許５１３５４５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本件出願人は、金属による磁界のシールド効果を利用して効率を高めたアンテナ装置として、例えば、特願２０１３−０２１６１６において、電子機器の筐体内部に設けられ、外部機器に対向する第１の金属板と、電子機器の筐体内部に設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、電子機器の筐体内部に設けられ、第１の金属板と重畳又は接触するとともに、アンテナコイルの外部機器と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２金属箔とを備えたアンテナ装置を提案している。

【0010】

このように金属による磁界のシールド効果を利用して効率を高めたアンテナ装置では、金属板の端部に近い位置にアンテナコイルを実装配置することにより、金属による磁界のシールド効果を利用して効率を高めることができ、アンテナコイルを実装配置位置が重要になる。

【0011】

しかしながら、携帯機器では、その内部構造上、金属板の端部は携帯機器そのものの端部と一致していることが多く、また、金属板や金属物が多層となることが多く、対向するアンテナから遠い層による影響で実質的に端部に配置した効果が得られないという問題があった。

【0012】

そこで、本発明は、上述の如き従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対向するアンテナから遠い側に位置する金属板とアンテナコイルの位置関係に拘わらずに、アンテナコイルとほぼ同一平面の主たるエッジを構成する金属板との位置関係でアンテナの性能が維持され、金属板による磁気シールド効果を有効に利用して、筐体の小型化と通信の安定化を図ったアンテナ装置及び電子機器を提供することにある。

【0013】

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、金属物が多層に配設された電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、対向する外部機器のアンテナから遠い位置に配置された金属物の内壁表面に貼り付けられた磁性シートの端部に沿ってループアンテナの一方側部と他方側部に二分されるアンテナコイルを備え、上記ループアンテナの一方側部が上記磁性シートと対向し、上記ループアンテナの他方側部が上記遠い位置に配置された金属物と対向することを特徴とする。

【0015】

本発明に係るアンテナ装置は、上記アンテナコイルの一方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記磁性シート側に位置し、上記アンテナコイルの一方側部と対向し、上記アンテナコイルの他方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置し、上記アンテナコイルの他方側部と対向するように配置された第２の磁性シート、あるいは、上記アンテナコイルよりも上記磁性シート側に位置し、上記アンテナコイルの一方側部と対向するように配置された第３の磁性シート、又は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置し、上記アンテナコイルの他方側部と対向するように配置された第４の磁性シートを備えるものとすることができる。

【0016】

また、本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれ、金属物が多層に配設された電子機器であって、対向する外部機器のアンテナから遠い位置に配置された金属物の内壁表面に貼り付けられた磁性シートと、上記磁性シートの端部に沿ってループアンテナの一方側部と他方側部に二分されるアンテナコイルとを備え、上記ループアンテナの一方側部が上記磁性シートと対向し、上記ループアンテナの他方側部が上記遠い位置に配置された金属物と対向することを特徴とする。

【0017】

本発明に係る電子機器において、上記磁性シートは、例えば、上記アンテナコイルの中心ラインから上記金属物の先端までを覆うように上記金属物の内壁表面に貼り付けられているものとすることができる。

【0018】

また、本発明に係る電子機器は、上記アンテナコイルの一方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記磁性シート側に位置し、上記アンテナコイルの一方側部と対向し、上記アンテナコイルの他方側部側では、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置し、上記アンテナコイルの他方側部と対向するように配置された第２の磁性シート、あるいは、上記アンテナコイルよりも上記磁性シート側に位置し、上記アンテナコイルの一方側部と対向するように配置された第３の磁性シート、又は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器側に位置し、上記アンテナコイルの他方側部と対向するように配置された第４の磁性シートを備えるものとすることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、対向するアンテナから遠い側に位置する金属板とアンテナコイルの位置関係に拘わらずに、アンテナコイルとほぼ同一平面の主たるエッジを構成する金属板との位置関係でアンテナの性能が維持され、金属板による磁気シールド効果を有効に利用して、筐体の小型化と通信の安定化を図ったアンテナ装置及び電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。

【図2】無線通信システムにおけるアンテナ基板及び金属板を示す斜視図である。

【図3】無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、筐体内部に貼付されたメタルカバーを用いた場合を示す。

【図4】無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、バッテリーパックの金属筐体を用いた場合を示す。

【図5】無線通信システムにおける電子機器の内部の一例を示す斜視図であり、第１の導電体として、液晶モジュールの裏面に設けられた金属板を用いた場合を示す。

【図6】電子機器内に組み込まれたアンテナ装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。

【図7】金属箔がアンテナ基板の一方側を、長手方向の全幅に亘って重畳する状態を示す斜視図である。

【図8】本発明を適用したアンテナ装置の構成例を模式的に示す斜視図である。

【図9】上記アンテナ装置の要構成を模式的に示す縦断側面図であり、（Ａ）は全体構成を示す縦断側面図、（Ｂ）はアンテナコイル部分を拡大して示す縦断側面図である。

【図10】上記アンテナ装置における磁性シートの大きさを変えた状態（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示す平面図である。

【図11】上記アンテナ装置において、対向するリーダライタのアンテナをＹ方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を示す図である。

【図12】上記アンテナ装置における磁性シートの他の配置例（Ａ），（Ｂ）を示す模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0022】

本発明が適用されたアンテナ装置は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、たとえば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

【0023】

無線通信システム１００は、アンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行うリーダライタ１２０とからなる。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ１２０とは、三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面において互いに対向するように配置されているものとする。

【0024】

リーダライタ１２０は、ＸＹ平面において互いに対向するアンテナ装置１に対して、Ｚ軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して誘導結合されたアンテナ装置１と通信を行う制御基板１２２とを備える。

【0025】

すなわち、リーダライタ１２０は、アンテナ１２１と電気的に接続された制御基板１２２が配設されている。この制御基板１２２には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。たとえば、制御回路は、アンテナ装置１に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ１２１を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ１２１で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、たとえば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。

【0026】

なお、以下では、上記非接触通信システム１００におけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるのは言うまでもない。

【0027】

アンテナ装置１は、通信時にリーダライタ１２０とＸＹ平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器の筐体の内部に組み込まれる。アンテナ装置１は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行うアンテナモジュール２と、電子機器の筐体内に設けられ、リーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる金属板３と、電子機器の筐体内に設けられ、金属板３と重畳又は接触するとともに、アンテナモジュール２のループアンテナ１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体となる金属箔４とを備える。

【0028】

アンテナモジュール２は、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信可能となるループアンテナ１１と、ループアンテナ１１に流れる電流により駆動し、リーダライタ１２０との間で通信を行う通信処理部１３とを備える。

【0029】

ループアンテナ１１には、たとえばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理などをすることによって形成されるアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２と通信処理部１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。

【0030】

ここでは、ループアンテナ１１は、図２に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２の１本の導線が周回されている基本的な構造のものとして、アンテナ装置１の構成を説明する。

【0031】

ループアンテナ１１は、アンテナコイル１２が周回する主面が、通信時にリーダライタ１２０とＸＹ面において対向するように配置される。また、ループアンテナ１１は、アンテナコイル１２の中心部１２ａを境に、アンテナコイル１２の導線を、長手方向に沿う電流の向きが同一方向に流れる方向を周回の方向とするループアンテナ１１の一方側部１１ａと、アンテナコイル１２の導線を長手方向に沿う電流の向きが逆方向に流れる周回の方向とするループアンテナ１１の他方側部１１ｂとを有する。そして、ループアンテナ１１は、長手方向に沿う一側縁を金属板３側に向けて、すなわち、一方側部１１ａ又は他方側部１１ｂを金属板３側に向けて配置される。

【0032】

ループアンテナ１１は、リーダライタ１２０から発信される磁界を受けると、リーダライタ１２０と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部を介して受信信号を通信処理部１３に供給する。

【0033】

通信処理部１３は、ループアンテナ１１に流れる電流により駆動し、リーダライタ１２０との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部１３が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１３は、リーダライタ１２０に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたループアンテナ１１を介して変調された電波をリーダライタ１２０に送信する。

【0034】

なお、通信処理部１３は、ループアンテナ１１に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリーパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。

【0035】

金属板３は、たとえば携帯電話やスマートフォン、あるいはタブレットＰＣ等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ１２０に対向する第１の導電体を構成するものである。この第１の導電体は、たとえば図３に示すスマートフォン１３０の筐体１３１の内面に貼付されたメタルカバー１３２や、図４に示すスマートフォン１３３内に収納されたバッテリーパック１３４の金属筐体１３５、あるいは、図５に示すタブレットＰＣ１３６の液晶モジュールの裏面に設けられた金属板１３７等が相当する。以下では、主に電子機器としてスマートフォン１３３を例に、このスマートフォン１３３に収納されたバッテリーパック１３４の金属筐体１３５において、通信時にリーダライタ１２０に対向される主面を、第１の導電体を構成する金属板３として説明する。

【0036】

アンテナモジュール２のループアンテナ１１は、スマートフォン１３３に組み込んだ際に、当該スマートフォン１３３の小型化を図りつつ、リーダライタ１２０との間で良好な通信特性を実現する観点から、図６の（Ａ）に示すような三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面上であって、たとえばスマートフォン１３３の外筐体１４１内部に設けられたバッテリーパック１３４と外筐体１４１の内周壁１４１ａとの空間１４２に配置される。具体的に、ループアンテナ１１は、図６の（Ｂ）に示すようなバッテリーパック１３４の金属筐体１３５のリーダライタ１２０に対向した金属板３の端部３ａと、外筐体１４１の内周壁１４１ａとの間に配置されている。

【0037】

ここで、図６の（Ｂ）の断面図で示すように、スマートフォン１３３に配置されたバッテリーパック１３４の金属筐体を構成する金属板３は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ１２０と対向したバッテリーパック１３４の金属板３の端部３ａの磁界が強いという特性を有する。

【0038】

このようなスマートフォン１３０の筐体１３１内部の磁界強度の特性を利用して良好な通信特性を実現するため、例えば図２に示すように、Ｚ軸と平行な中心部１２ａが、金属板３の端部３ａと外筐体１４１の内周壁１４１ａとの空間１４２を通過し、長手方向の一側縁を金属板３の端部３ａ側に向けて、すなわち、一方側部１１ａを金属板３の端部３ａ側に向けて配置される。

【0039】

このとき、ループアンテナ１１は、金属板３の端部３ａと接することなく、離間した位置に設けられていてもよい。このように、アンテナ装置１は、電子機器の筐体内のレイアウト上の制約から金属板３とループアンテナ１１とを離間して配置した場合にも、金属板３とループアンテナ１１とに亘って金属箔４を重畳させることで良好な通信特性を得ることができる。

【0040】

なお、ループアンテナ１１は、金属板３と接していてもよい。さらに、ループアンテナ１１は、金属板３と重畳していてもよい。このとき、ループアンテナ１１は、後述する金属箔４が重畳する一方側部１１ａと金属板３とが重畳すればよく、他方側部１１ｂまで金属板３と重畳しないように設けられる。他方側部１１ｂと金属板３とが重畳すると却って他方側部１１ｂとリーダライタ１２０の磁束との誘導結合が阻害されるおそれがある。

【0041】

ループアンテナ１１と金属板３との間には、金属板３（第１の導電体）と重畳又は接触するとともに、ループアンテナ１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と、少なくとも一部が重畳するシート状の第２の導電体となる金属箔４が設けられている。金属箔４は、ループアンテナ１１の一部に重畳することにより、重畳するループアンテナ１１の一部において磁界を跳ね返すことにより重畳する領域における誘導結合を抑制し、また、重畳していない領域への磁束の集中を促し、通信性能の向上を図る。

【0042】

すなわち、ループアンテナ１１を通過するリーダライタからの磁束が、コイルの導線が一方向に周回する一方側部１１ａとコイルの導線が他方向に周回する他方側部１１ｂとで、反対方向の電流を生じさせ、その結果、効率よく結合させることができない。

【0043】

そこで、アンテナ装置１は、金属箔４をループアンテナ１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳領域における磁界を跳ね返して重畳領域における誘導結合を抑制し、重畳していない領域において発生した電流を効率よく送電することができる。また、アンテナ装置１は、金属箔４をループアンテナ１１のリーダライタ１２０と対向する面と反対側の面と一部重畳させることで、重畳していない領域に磁束を集中させ、当該領域における効率のよい発電を促すことができる。

【0044】

また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳又は接触することにより、金属板３からの磁束を漏らさずに、金属箔４が重畳していないループアンテナ１１の領域へ誘導することができ、効率のよい誘導結合を行うことができる。また、アンテナ装置１は、金属箔４が金属板３とも重畳することにより、金属板３からの漏れ磁束によって金属箔４が重畳する一部において誘導結合による電流の発生を防止することができる。

【0045】

金属箔４は、たとえば銅箔等の良導体が好ましく用いられるが、必ずしも良導体でなくともよい。また、金属箔４は、アンテナ装置１とリーダライタ１２０との通信周波数に応じて適宜厚さが決められ、たとえば通信周波数１３．５６ＭＨｚにおいては、２０μｍ〜３０μｍ厚の金属箔を用いることができる。

【0046】

なお、金属箔４は、金属板３やループアンテナ１１と重畳していれば必ずしも接している必要はない。ただし、金属箔４は、金属板３やループアンテナ１１に近接するほど結合係数にとって有利となるため、近接あるいは接触していることが好ましい。

【0047】

図７に示すように、金属箔４は、ループアンテナ１１の一方側部１１ａの端部からアンテナコイル１２の中心部１２ａまで重畳することが好ましい。これにより、金属箔４は、ループアンテナ１１の一方側部１１ａにおける結合を抑制して、他方側部１１ｂにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くするとともに、ループアンテナ１１の一方側部１１ａから他方側部１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側部１１ｂにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。

【0048】

また、図７に示すように、金属箔４は、ループアンテナ１１の一方側部１１ａの長手方向以上の幅を有し、ループアンテナ１１の一方側部１１ａを長手方向に亘って全て重畳することが好ましい。これによっても、金属箔４は、ループアンテナ１１の一方側部１１ａにおける誘導結合を抑制し、他方側部１１ｂにおいて発生する電流と反対の向きの電流量を相対的に低くするとともに、ループアンテナ１１の一方側部１１ａから他方側部１１ｂへ磁束を誘導させ、他方側部１１ｂにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。

【0049】

ここで、以上の説明では、無線通信システム１００に備えられたアンテナ装置１にループアンテナ１１は、図２に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２の導線が周回されている基本的な構造のものとして、アンテナ装置１の構成を説明したが、スマートフォン１３０などの携帯機器では、その内部構造上、金属板の端部は携帯機器そのものの端部と一致していることが多く、また、金属板や金属物が多層となることが多く、対向するアンテナから遠い層による影響で実質的に端部に配置した効果が得られないので、本発明を適用したアンテナ装置１では、対向する上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１から遠い位置に配置された金属物１１１の表面に磁性シート１１０を配置したものとされる。

【0050】

すなわち、本発明を適用したアンテナ装置１におけるループアンテナ１１のアンテナコイル１２は、例えば図８に示すように、金属物１１１や金属板１１２が多層に配設された電子機器例えばスマートフォン１３０に適用され、対向する上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１から遠い位置に配置された金属物、例えば非磁性金属からなるカバー１１１の内壁表面に磁気シールド機能を有する金属シートからなる磁性シート１１０が貼り付けられている。上記磁性シート１１０は、上記ループアンテナ１１のアンテナコイル１２の中心ラインから上記非磁性金属からなるカバー１１１の先端まで覆うことが好ましい。

【0051】

上記アンテナコイル１２は、図９に示すように、その中心部１２ａが上記磁性シート１１０の端部１１０Ａに位置することにより、その中心ラインで上記ループアンテナ１１の一方側部１１ａと他方側部１１ｂに二分され、上記ループアンテナ１１の一方側部１１ａが上記磁性シート１１０と対向し、上記ループアンテナ１１の他方側部１１ｂが他の金属板１１２等を介して上記非磁性金属からなるカバー１１１と対向する状態となっている。

【0052】

このように対向する上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１から遠い位置に配置された金属物１１１の表面に磁性シート１１０を配置してなるアンテナ装置１では、図９に示すように、上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１から発信される磁界Ｈを、上記磁性シート１１０に上記アンテナコイル１２の中央開口部を介して、確実に引き込むことができる。

【0053】

ここで、図９に示すループアンテナ１１では、アンテナコイル１２の中央開口部に磁性シート２０が差し込まれている。すなわち、ループアンテナ１１の一方側部１１ａではアンテナコイル１２が磁性シート２０よりもリーダライタ１２０側に位置し、他方側部１１ｂでは磁性シート２０がアンテナコイル１２よりもリーダライタ１２０側に位置するように、磁性シート２０が、アンテナコイル１２の中心部１２ａに形成された中央開口部に差し込まれている。

【0054】

このループアンテナ１１は、アンテナコイル１２の中心部１２ａに長手方向に亘って中央開口部が形成され、この開中央口部に磁性シート２０が差し込まれた構造となっている。すなわち、上記磁性シート２０が、プリント基板上に形成された上記アンテナコイル１２の中心部１２ａに差し込まれることで、上記リーダライタ１２０と対向する中央開口部側では該磁性シート２０が上記アンテナコイル１２よりも上記リーダライタ１２０側に位置する配置条件と、上記磁性シート１１０側では該アンテナコイル１２が該磁性シート２０よりも該リーダライタ１２０側に位置する配置条件との両方の配置条件を満たすようにして、該アンテナコイル１２と該磁性シート２０とが互いに重畳されている。

【0055】

このようにアンテナコイル１２の中央開口部に磁性シート２０を挿入することにより、アンテナ１２１から発信される磁界Ｈをさらに効率よく引き込むことができ、導かれた磁界によって、アンテナコイル１２には大きな起電力を生じるので、通信特性をより向上させることができる。

【0056】

ここで、このような構成のアンテナ装置１について、図１０の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように磁性シート１１０の大きさを変えて、対向するリーダライタ１２０のアンテナ１２１をＹ方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を図１１に示す。

【0057】

このシミュレーションにおいて、リーダライタ１２０のアンテナ１２１は外形６６ｍｍ×１００ｍｍの２巻コイルである。上記リーダライタ１２０のアンテナ１２１から遠い位置に配置された金属物１１１は、１２０ｍｍ×６０ｍｍ×０．３ｍｍ厚のステンレスとした。ＮＦＣアンテナコイルすなわちループアンテナ１１のアンテナコイル１２は４０ｍｍ×８ｍｍである。上記金属物１１１からリーダライタ１２０のアンテナ１２１までの距離は５ｍｍである。そして、上記金属物１１１の内壁表面に貼り付け磁性シート１１０の大きさを、図１０の（Ａ）に示す１０ｍｍ×６０ｍｍとしたサンプル１、（Ｂ）に示す３０ｍｍ×６０ｍｍとしたサンプル２、（Ｃ）に示す５０ｍｍ×６０ｍｍとしたサンプル３について、評価した。

【0058】

上記サンプル１〜３について対向するリーダライタ１２０のアンテナ１２１をＹ方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた結果を図１１に示すように、上記金属物１１１の先端からＮＦＣアンテナコイルすなわちループアンテナ１１のアンテナコイル１２の中心までの長さの磁性シート１１０を配置することにより、最も良好な特性を得ることができる。

【0059】

なお、アンテナコイル１２の中央開口部に磁性シート２０を挿入する代わりに、図１２の（Ａ）に示すように、上記アンテナコイル１２よりも上記磁性シート１１０側に位置し、上記アンテナコイル１２の一方側部１１ａと対向するように配置された磁性シート２０ａ、又は、図１２の（Ｂ）に示すように、アンテナコイル１２よりもリーダライタ１２０側に位置し、上記アンテナコイル１２の他方側部１１ｂと対向するように配置された磁性シート２０ｂを備える構造であっても、上記アンテナ１２１から発信される磁界Ｈをアンテナコイル１２に効率よく引き込むことができ、通信特性をより向上させることができる。

【符号の説明】

【0060】

１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３ 金属板、４ 金属箔、１１ ループアンテナ、１２ アンテナコイル、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０，２０ａ，２０ｂ 磁性シート、１１０ 磁性シート、１１０Ａ 端部、 １１１ 金属物、１１２ 金属板、 リーダライタ、１２１ アンテナ、１４１ 外筐体、１４１ａ 内周壁、１４２ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】