特開 2024-107658 アンテナ基板、およびアンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107658

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】アンテナ基板、およびアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 7/00 20060101AFI20240802BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H01Q7/00

H01Q1/24 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011696

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】欅田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】滝 孝介

【テーマコード（参考）】

5J047

【Ｆターム（参考）】

5J047AA12

5J047AB11

5J047FC06

(57)【要約】

【課題】アンテナ基板およびアンテナ装置の実装面積の増大を抑制しつつ特性の向上を図る。
【解決手段】
アンテナ基板１００は、第一主面１１１と第二主面１１２とを備える基板１１０と、第一主面１１１に支持されている第一部分１２１と第二主面１１２に支持されている第二部分１２２とを含むコイル１２０と、を備える。基板１１０には、第一主面１１１と第二主面１１２とを連通する連通部Ｈが形成されている。第一部分１２１と第二部分１２２とは、連通部Ｈを通じて電気的に接続されている。第一主面１１１または第二主面１１２の法線に沿う方向から見て第一部分１２１の巻線方向と第二部分１２２の巻線方向は同じである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一主面と第二主面とを備える基板と、
前記第一主面に支持されている第一部分と前記第二主面に支持されている第二部分とを含むコイルと、
を備え、
前記基板には、前記第一主面と前記第二主面とを連通する連通部が形成されており、
前記第一部分と前記第二部分とは、前記連通部を通じて電気的に接続されており、
前記第一主面または前記第二主面の法線に沿う方向から見て前記第一部分の巻線方向と前記第二部分の巻線方向は同じである、
アンテナ基板。

【請求項2】

前記連通部は、貫通孔として形成されている、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項3】

前記第一部分および前記第二部分の少なくとも一方は、前記基板の周縁から離れるように前記連通部を迂回する迂回部を有している、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項4】

前記第一部分と前記第二部分の少なくとも一方の形状は、対称性を有している、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項5】

前記連通部は、前記対称性に基づいて規定される対称軸線上に形成されている、
請求項４に記載のアンテナ基板。

【請求項6】

前記第一部分の断面積と前記第二部分の断面積は等しい、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項7】

前記第一主面または前記第二主面の法線に沿う方向から見て前記第一部分の中心と前記第二部分の中心とは一致している、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項8】

前記第一部分と前記第二部分の形状、大きさ、および中心位置の少なくとも一つは、相違している、
請求項１に記載のアンテナ基板。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ基板と、
前記コイルを制御する制御部を支持する制御基板と、
前記アンテナ基板および前記制御基板を支持する筐体と、を備えるアンテナ装置。

【請求項10】

前記アンテナ基板の法線と前記制御基板の法線とは非平行であり、
前記制御基板は、その少なくとも一部が前記アンテナ基板の法線に沿う方向から見て前記第一部分と前記第二部分の少なくとも一方と重ならない位置に設けられている、
請求項９に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ基板およびアンテナ装置に関連する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１において開示されているアンテナ装置は、コイルが搭載された基板を備えている。当該コイルに電力が供給されることにより、アンテナとして動作する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１４５５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アンテナとして機能するコイルの基板への実装面積の増大を抑制しつつ、アンテナ特性を高めることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示により提供される態様例の一つは、アンテナ基板であって、
第一主面と第二主面とを備える基板と、
前記第一主面に支持されている第一部分と前記第二主面に支持されている第二部分とを含むコイルと、
を備え、
前記基板には、前記第一主面と前記第二主面とを連通する連通部が形成されており、
前記第一部分と前記第二部分とは、前記連通部を通じて電気的に接続されており、
前記第一主面または前記第二主面の法線に沿う方向から見て前記第一部分の巻線方向と前記第二部分の巻線方向は同じである。

【0006】

本開示により提供される態様例の一つは、アンテナ装置であって、
上記のアンテナ基板と、
前記コイルを制御する制御部を支持する制御基板と、
前記アンテナ基板および前記制御基板を支持する筐体と、を備える。

【0007】

コイルのインダクタンスを高めることによりアンテナ特性が向上することが知られている。インダクタンスを高めるためには、コイルの断面積と巻き数の少なくとも一方を増大させればよい。他方、アンテナ装置の大型化を抑制する観点から、アンテナ基板の面積を小さくすることが求められている。アンテナ基板の面積の縮小は、アンテナ基板へのコイルの実装面積の縮小を意味する。すなわち、コイルの断面積と巻き数の少なくとも一方を増大させることが困難になる。

【0008】

本実施形態例に係る構成によれば、コイルが第一部分と第二部分に分けられ、それぞれ基板の第一主面と第二主面に分散配置されている。しかしながら、第一部分への電力供給により生じる磁界の向きと第二部分への電極供給により生じる磁界の向きとは一致している。

【0009】

これにより、第一主面と第二主面の各々においてコイルの断面積と巻き数の低減抑制を図ることができる。一例として、基板の面積とコイルの断面積の少なくとも一方を維持したまま、コイルの巻き数を増やすことができる。別例として、コイルの巻き数を維持したまま、基板の面積とコイルの断面積の少なくとも一方を縮小できる。結果として、アンテナとして機能するコイルの基板への実装面積の増大を抑制しつつ、アンテナ特性の向上を図ることができる。

【0010】

ひいては、上記のように構成されたアンテナ基板を備えるアンテナ装置の大型化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係るアンテナ装置を例示している。

【図2】一実施形態に係るアンテナ基板の第一主面の構成を例示している。

【図3】一実施形態に係るアンテナ基板の第二主面の構成を例示している。

【図4】第二主面の構成の別例を示している。

【図5】第二主面の構成の別例を示している。

【図6】第二主面の構成の別例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0012】

添付の図面を参照しつつ、実施形態例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いられる各図面においては、例示された各要素を認識可能な大きさとするために、縮尺が適宜に変更されている。

【0013】

添付の図面において、矢印Ｆは、図示された構造の前方向を示している。矢印Ｂは、図示された構造の後方向を示している。矢印Ｂは、図示された構造の後方向を示している。矢印Ｕは、図示された構造の上方向を示している。矢印Ｄは、図示された構造の下方向を示している。矢印Ｒは、図示された構造の右方向を示している。矢印Ｌは、図示された構造の左方向を示している。これらの方向に係る表現は、説明の便宜のために用いることを意図しており、当該構造の実使用時における姿勢を限定することを意図してはいない。

【0014】

図１は、一実施形態に係るアンテナ装置１を例示している。アンテナ装置１は、アンテナ基板１００と制御基板２００を備えている。

【0015】

アンテナ基板１００は、基板１１０を備えている。基板１１０は、電気的絶縁性を有する材料により形成されている。基板１１０は、第一端子１０１と第二端子１０２を備えている。第一端子１０１と第二端子１０２の各々は、導電性材料により形成されている。

【0016】

アンテナ基板１００は、コイル１２０を備えている。コイル１２０は、基板１１０上に導電性材料で巻線パターンが形成されることにより平面コイルとして実現されている。コイル１２０は、第一端子１０１および第二端子１０２と電気的に接続されている。

【0017】

制御基板２００は、制御部２１０を備えている。制御部２１０は、アンテナ基板１００の第一端子１０１および第二端子１０２と電気的に接続されている。制御部２１０は、第一端子１０１および第二端子１０２を通じてコイル１２０に供給される電力を制御するための回路を含んでいる。コイル１２０は、電力が供給されると平面アンテナとして動作するように構成されている。

【0018】

図２と図３に例示されるように、基板１１０は、第一主面１１１と第二主面１１２を備えている。本明細書において用いられる「基板の主面」という語は、当該基板において最も大きい面積を有する面を意味する。本例においては、第一主面１１１と第二主面１１２は、反対方向を向いている。

【0019】

基板１１０には、貫通孔Ｈが形成されている。貫通孔Ｈは、第一主面１１１と第二主面１１２を連通している。貫通孔Ｈは、連通部の一例である。貫通孔Ｈの内周壁と各主面における貫通孔Ｈの周囲には導電層が形成されている。

【0020】

図２に例示されるように、コイル１２０は、第一部分１２１を含んでいる。第一部分１２１は、第一主面１１１に支持されている。第一部分１２１の一端は、第一端子１０１と電気的に接続されている。第一部分１２１の他端は、貫通孔Ｈの周囲に形成された導電層と電気的に接続されている。

【0021】

図３に例示されるように、コイル１２０は、第二部分１２２を含んでいる。第二部分１２２は、第二主面１１２に支持されている。第二部分１２２の一端は、第二端子１０２と電気的に接続されている。第二部分１２２の他端は、貫通孔Ｈの周囲に形成された導電層と電気的に接続されている。

【0022】

したがって、第一部分１２１と第二部分１２２は、貫通孔Ｈを通じて電気的に接続されている。

【0023】

図２に例示されるように、第一部分１２１は、反時計回りに巻き回された導電パターンにより形成されている。他方、図３に例示されるように、第二部分１２２は、時計回りに巻き回された導電パターンにより形成されている。すなわち、いずれかの主面の法線に沿う方向から見ると、第一部分１２１の巻線方向と第二部分１２２の巻線方向は同じである。したがって、第一部分１２１への電力供給により生じる磁界の向きと第二部分１２２への電極供給により生じる磁界の向きとが一致する。

【0024】

コイルのインダクタンスを高めることによりアンテナ特性が向上することが知られている。インダクタンスを高めるためには、コイルの断面積と巻き数の少なくとも一方を増大させればよい。なお本明細書において用いられる「コイルの断面積」という語は、巻線パーンの内側に位置する領域の面積を意味する。

【0025】

他方、アンテナ装置の大型化を抑制する観点から、アンテナ基板の面積を小さくすることが求められている。アンテナ基板の面積の縮小は、アンテナ基板へのコイルの実装面積の縮小を意味する。すなわち、コイルの断面積と巻き数の少なくとも一方を増大させることが困難になる。

【0026】

本実施形態例に係る構成によれば、コイル１２０が第一部分１２１と第二部分１２２に分けられ、それぞれ基板１１０の第一主面１１１と第二主面１１２に分散配置されている。したがって、第一主面１１１と第二主面１１２の各々においてコイルの断面積と巻き数の低減抑制を図ることができる。

【0027】

一例として、基板１１０の面積とコイル１２０の断面積の少なくとも一方を維持したまま、コイル１２０の巻き数を増やすことができる。別例として、コイル１２０の巻き数を維持したまま、基板１１０の面積とコイル１２０の断面積の少なくとも一方を縮小できる。結果として、アンテナとして機能するコイル１２０の基板１１０への実装面積の増大を抑制しつつ、アンテナ特性の向上を図ることができる。

【0028】

ひいては、上記のように構成されたアンテナ基板１００を備えるアンテナ装置１の大型化を抑制できる。

【0029】

図１に例示されるように、アンテナ装置１においては、アンテナ基板１００の法線Ｎと制御基板２００の法線Ｎ’とは非平行に延びている。なお、本例においては、アンテナ基板１００の法線Ｎの向きは、基板１１０の第一主面１１１および第二主面１１２の各々の法線の向きと一致している。

【0030】

図２に例示されるように、制御基板２００は、アンテナ基板１００の法線Ｎに沿う方向から見てコイル１２０の第一部分１２１と重ならないように配置されている。この場合、第一部分１２１への給電により形成される磁界に対して制御基板２００が及ぼす影響を抑制できる。

【0031】

図３に例示されるように、制御基板２００は、アンテナ基板１００の法線Ｎに沿う方向から見てコイル１２０の第二部分１２２と重ならないように配置されている。この場合、第二部分１２２への給電により形成される磁界に対して制御基板２００が及ぼす影響を抑制できる。

【0032】

制御基板２００が及ぼす影響を実質的に無視できるのであれば、制御基板２００の配置は、その少なくとも一部がアンテナ基板１００の法線Ｎに沿う方向から見て第一部分１２１と第二部分１２２の少なくとも一方と重ならないように定められうる。

【0033】

前述の通り、本実施形態例においては、アンテナ基板１００におけるコイル１２０の第一部分１２１と第二部分１２２は、貫通孔Ｈを通じて電気的に接続されている。この場合、電気的接続を確保する場所についての任意性が高まるので、コイル１２０のレイアウトに係る自由度を高めることができる。

【0034】

しかしながら、基板１１０の周縁部に形成された切欠きや溝を通じて第一部分１２１と第二部分１２２が電気的に接続されてもよい。この場合、当該切欠きや溝は、連通部の一例である。

【0035】

図２に例示されるように、コイル１２０の第一部分１２１は、基板１１０における第一主面１１１の周縁に沿って延びるように巻き回されている。第一部分１２１は、迂回部１２１ａを含んでいる。迂回部１２１ａは、基板１１０の周縁から離れるように貫通孔Ｈを迂回している。

【0036】

このような構成によれば、特に第一部分１２１と第二部分１２２の電気的接続が貫通孔Ｈを通じてなされる場合において、第一部分１２１における迂回部１２１ａ以外の部分を基板１１０の周縁の近くに配置できる。したがって、第一部分１２１の断面積の減少を抑制できる。

【0037】

図３に例示されるように、コイル１２０の第二部分１２２は、基板１１０における第二主面１１２の周縁に沿って延びるように巻き回されている。第二部分１２２は、迂回部１２２ａを含んでいる。迂回部１２２ａは、基板１１０の周縁から離れるように貫通孔Ｈを迂回している。

【0038】

このような構成によれば、特に第一部分１２１と第二部分１２２の電気的接続が貫通孔Ｈを通じてなされる場合において、第二部分１２２における迂回部１２２ａ以外の部分を基板１１０の周縁の近くに配置できる。したがって、第二部分１２２の断面積の減少を抑制できる。

【0039】

貫通孔Ｈを迂回するために、必ずしも第一部分１２１と第二部分１２２の双方が迂回部を有することを要しない。第一部分１２１と第二部分１２２の少なくとも一方が迂回部を有する構成もまた採用されうる。

【0040】

図２に例示されるように、コイル１２０の第一部分１２１は、対称軸Ｘ１について実質的な線対称形状を有している。この場合、第一部分１２１への電力供給により形成される磁界の分布に対称性をもたらすことが容易になる。

【0041】

図３に例示されるように、コイル１２０の第二部分１２２は、対称軸Ｘ２について実質的な線対称形状を有している。この場合、第二部分１２２への電力供給により形成される磁界の分布に対称性をもたらすことが容易になる。

【0042】

なお本明細書で用いられる「実質的な対称形状」という語は、厳密な対称形状を要求するのではなく、磁界の分布における所望の対称性に影響を及ぼさない程度の非対称性を許容する意味である。

【0043】

図２に例示されるように、貫通孔Ｈは、第一部分１２１の形状の対称性を規定する対称軸Ｘ１上に形成されている。この場合、貫通孔Ｈの存在に対して第一部分１２１の形状の実質的対称性を維持することが容易になる。

【0044】

図３に例示されるように、貫通孔Ｈは、第二部分１２２の形状の対称性を規定する対称軸Ｘ２上に形成されている。この場合、貫通孔Ｈの存在に対して第二部分１２２の形状の実質的対称性を維持することが容易になる。

【0045】

本実施形態例においては、第一部分１２１の断面積と第二部分１２２の断面積とが等しくなるようにコイル１２０が構成されている。

【0046】

このような構成によれば、コイル１２０への電力供給により形成される磁界の分布に対称性をもたらすことが容易になる。

【0047】

図２に例示される符号Ｏ１は、第一部分１２１の中心を表している。中心Ｏ１は、第一部分１２１に外接する円の中心に対応している。図３に例示される符号Ｏ２は、第二部分１２２の中心を表している。中心Ｏ２は、第二部分１２２に外接する円の中心に対応している。

【0048】

このような構成によっても、コイル１２０への電力供給により形成される磁界の分布に対称性をもたらすことが容易になる。

【0049】

コイル１２０は、第一部分１２１と第二部分１２２の形状、大きさ、および中心位置の少なくとも一つが相違するように構成されうる。形状、大きさ、および中心位置の変更は、断面積が変化するようになされてもよいし、断面積を維持するようになされてもよい。

【0050】

一例として、第一部分１２１の構成をそのままに、第二部分１２２の形状が図４に示されるように変更されうる。同図に示される例においては、迂回部１２２ａの形状が図３に示された例から変更されている。結果として、第一部分１２１の形状と第二部分１２２の形状が相違している。図示を省略するが、巻き数の変更がなされてもよい。巻き数の変更もまた形状の変更の一例である。

【0051】

別例として、第一部分１２１の構成をそのままに、第二部分１２２の大きさが図５に示されるように変更されうる。同図に示される例においては、第二部分１２２の形状が維持されたまま、大きさのみが図３に示された例から変更されている。結果として、第一部分１２１の形状と第二部分１２２の大きさが相違している。

【0052】

別例として、第一部分１２１の構成をそのままに、第二部分１２２の中心Ｏ２の位置が図６に示されるように変更されうる。同図に示される例においては、第二部分１２２の形状と大きさが維持されたまま、中心位置のみが図３に示された例から変更されている。結果として、第一部分１２１の形状と第二部分１２２の中心位置が相違している。

【0053】

このような構成によれば、第一部分１２１への給電により形成される磁界の分布と第二部分１２２への給電により形成される磁界の分布を積極的に相違させることができる。すなわち、コイル１２０を第一部分１２１と第二部分１２２とに分けて個別に設計を変更できるので、アンテナ装置１に要求される仕様に応じたアンテナ特性の細かな調整を容易化できる。

【0054】

これまで説明した各構成は、本開示の理解を容易にするための例示にすぎない。各構成例は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や他の構成との組合せがなされうる。

【0055】

アンテナ基板１００の基板１１０において、コイル１２０の巻線パターンの内側に位置する部分の少なくとも一部は、空隙とされてもよい。

【0056】

以下に列挙される構成もまた、本開示の一部を構成する。
（１）：
第一主面と第二主面とを備える基板と、
前記第一主面に支持されている第一部分と前記第二主面に支持されている第二部分とを含むコイルと、
を備え、
前記基板には、前記第一主面と前記第二主面とを連通する連通部が形成されており、
前記第一部分と前記第二部分とは、前記連通部を通じて電気的に接続されており、
前記第一主面または前記第二主面の法線に沿う方向から見て前記第一部分の巻線方向と前記第二部分の巻線方向は同じである
アンテナ基板。
（２）：
前記連通部は、貫通孔として形成されている、
（１）に記載のアンテナ基板。
（３）：
前記第一部分および前記第二部分の少なくとも一方は、前記基板の周縁から離れるように前記連通部を迂回する迂回部を有している、
（１）または（２）に記載のアンテナ基板。
（４）：
前記第一部分と前記第二部分の少なくとも一方の形状 は、対称性を有している、
（１）から（３）のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
（５）：
前記連通部は、前記対称性に基づいて規定される対称軸線上に形成されている、
（４）に記載のアンテナ基板。
（６）：
前記第一部分の断面積と前記第二部分の断面積は等しい、
（１）から（５）のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
（７）：
前記第一主面または前記第二主面の法線に沿う方向から見て前記第一部分の中心と前記第二部分の中心とは一致している、
（１）から（６）のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
（８）：
前記第一部分と前記第二部分との形状、断面積の大きさ、および中心位置の少なくとも一つは、相違している、
（１）から（７）のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
（９）：
（１）から（８）のいずれか一項に記載のアンテナ基板と、
前記コイルを制御する制御部を支持する制御基板と、
前記アンテナ基板および前記制御基板を支持する筐体と、を備えるアンテナ装置。
（１０）：
前記アンテナ基板の法線と前記制御基板の法線とは非平行であり、
前記制御基板は、その少なくとも一部が前記アンテナ基板の法線に沿う方向から 見て前記第一部分と前記第二部分の少なくとも一方と重ならない位置に設けられている、
（９）に記載のアンテナ装置。

【符号の説明】

【0057】

１ アンテナ装置、１００ アンテナ基板、１０１ 第一端子、１０２ 第二端子、１１０ 基板、１１１ 第一主面、１１２ 第二主面、１２０ コイル、１２１ 第一部分、１２２ 第二部分、１２１ａ，１２２ａ 迂回部、２００ 制御基板、２１０ 制御部、Ｈ 貫通孔（連通部）、Ｘ１，２ 対称軸、Ｏ１，Ｏ２ 中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】