CN105048075A

CN105048075A - 天线装置

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Publication number: CN105048075A
Application number: CN201510220072.1A
Authority: CN
Inventors: 友成寿绪; 麻生裕文; 小町俊文
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2015-11-11
Also published as: US10290934B2; KR101789963B1; KR20170018278A; KR20150125597A; US20150318609A1

Abstract

本发明涉及一种天线装置，其设置有基板；天线线圈，其环状或螺旋状地形成在基板上；第一金属层，其在平面图中与天线线圈的第一部分重叠；以及第二金属层，其与天线线圈的不同于第一部分的第二部分重叠。在平面图中第一金属层和第二金属层分别设置在天线线圈的内径部的中央的两侧。在平面图中在第一金属层和第二金属层之间形成的狭缝与天线线圈的内径部重叠。第一金属层和第二金属层中的至少一者连同天线线圈一起形成在基板上。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，更具体而言涉及适用于NFC(近场通信)的天线装置。

背景技术

近年来，移动电子装置诸如智能手机配备有RFID(射频识别：依靠无线电波的个体识别)系统并且还配备有用于执行与读取器/写入器等的近场通信的天线等作为RFID的通信手段。

另外，移动电子设备设置有金属屏蔽以便保护内置电路免受外部噪声，并防止在设备内部产生的噪声的不必要的辐射。特别地，近来考虑到薄度、轻重量、抗跌落冲击的耐久性、设计等，移动电子设备的外壳本身由金属而非树脂制成。金属外壳兼作金属屏蔽的情况正在增加。然而，由于通常金属屏蔽屏蔽电波，因此，当需要设置天线时，需要将天线布置在不与金属屏蔽重叠的位置。当金属屏蔽大范围地布置时，天线的布置变成严重的问题。

为了解决上述问题，在例如日本专利No.4,687,832、日本特开No.2002-111363和日本特开No.2013-162195中所公开的天线装置中，开口形成在导电层中，形成有连接开口与外边缘的狭缝，并且天线线圈布置成其内径部与开口重叠。在该配置中，电流在导电层中流动以便屏蔽通过在线圈导体中的电流的流动所产生的磁场，并且在导电层的开口周围流动的电流穿过狭缝周围，导致电流通过边缘效应也在导电层周围流动。其结果，磁场也从导电层中产生，并且导电层产生大的磁通回路，从而增加天线装置与通信方侧的设备的天线之间的通信距离。也就是说，可以使导电层充当用于提高天线线圈的通信距离的促进器。

然而，在上述常规的天线装置中，需要在导电层中形成开口和狭缝，其对天线线圈的布局的自由度施加限制。例如，如果由于设计限制而开口不能形成在期望的位置，或者如果即使开口可以被形成而不允许狭缝的形成，则不能构造天线装置。当用于使相机模块的透镜曝光的开口不能被用作天线线圈时，会出现同样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种即使当开口或狭缝不形成在设置在移动电子设备侧的导电层中时也能够增加天线线圈的通信距离的天线装置。本发明的另一个目在于提供一种能够便于频率匹配的小型天线装置。

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面的天线装置，包括基板、环状或螺旋状地形成在基板上的天线线圈、在平面图中与天线线圈的第一部分重叠的第一金属层、以及与天线线圈的不同于第一部分的第二部分重叠的第二金属层，在平面图中第一金属层和第二金属层分别设置在天线线圈的内径部的中央的两侧，在平面图中形成在第一金属层与第二金属层之间的狭缝与天线线圈的内径部重叠，并且第一金属层和第二金属层中的至少一者连同天线线圈一起形成在基板上。

根据本发明，第一金属层和第二金属层的至少一者连同天线线圈一起形成在基板上，并且形成在第一金属层与第二金属层之间的狭缝与天线线圈的内径部重叠，从而即使当开口或狭缝不形成在设置在移动电子设备侧的导电层中时，也可增加天线线圈的通信距离。具体而言，专用支撑基板或粘合剂层不介于第一金属层和第二金属层的各个与天线线圈之间，从而可以使第一金属层12A和第二金属层12B与天线线圈彼此接近。这增强了由天线线圈产生的磁通与金属层之间的磁耦合，从而增加天线的通信距离。这还消除了当第一金属层和第二金属层形成在与形成有天线线圈的基板不同的基板上时所要求的将第一金属层和第二金属层接合到天线线圈的工序，从而简化了天线装置的生产过程。

在本发明中，优选地，第一金属层和第二金属层两者连同天线线圈一起形成在基板上。根据该配置，可以使天线线圈接近第一金属层和第二金属层两者，从而可靠地增加了天线的通信距离。

在本发明中，优选地，第一金属层连同天线线圈一起形成在基板上，并且第二金属层是构成容纳有天线装置的外壳的构件。根据该配置，可以通过利用外壳侧金属体来形成第二金属层，从而降低材料成本并增加部件布局的效率。

在本发明中，优选地，天线线圈包括形成在基板的一个主面上的第一图案与形成在基板的另一个主面上的第二图案的组合，第一金属层形成在基板的另一个主面上，第二金属层设置成与基板的另一个主面相对，并且第二图案设置成在平面图中与第二金属层重叠。根据该配置，形成在基板的另一个主面上的第二图案和所述第一金属层的位置彼此不重叠，从而有效地将天线线圈和第一金属层布局在基板上。

在本发明中，优选地，天线装置还包括设置成在平面图中与天线线圈重叠的金属体、以及设置在天线线圈和金属体之间的磁片。根据该配置，可以确保与天线线圈互连的磁回路的磁路，从而减少了金属体的影响。

在本发明中，优选地，天线装置还包括在平面图中设置在天线线圈的内径部的中央部的中央金属层。根据该配置，两个狭缝能够设置在第一金属层与第二金属层之间，从而与设置有单个狭缝的情况相比，增加了天线线圈的通信距离。

在本发明中，优选地，天线装置还包括在平面图中与天线线圈的不同于第一部分和第二部分的第三部分重叠的第三金属层、以及在平面图中与天线线圈的不同于第一部分至第三部分的第四部分重叠的第四金属层，在平面图中第三金属层和第四金属层分别设置在天线线圈的内径部的中央的两侧。在该配置中，穿过天线线圈的内径部的磁通通过被第一至第四金属层的各个围绕的区域，使得磁通的路径可以被集中在内径部上，从而增加天线的通信距离。另外，通过额外设置各自具有相对较小的尺寸的第三金属层和第四金属层，可以增加磁通的回路尺寸同时减小与天线线圈互连的磁通的损失，从而更有效地增加通信距离。

为了解决上述问题，根据本发明的第二方面的天线装置，包括基板、环状或螺旋状地形成在基板上的天线线圈、在平面图中与天线线圈的第一部分重叠的第一金属层、以及与天线线圈的不同于第一部分的第二部分重叠的第二金属层，第二金属层的平面尺寸大于第一金属层的平面尺寸。

根据本发明，部分覆盖天线线圈的第一金属层和第二金属层增强了与天线线圈互连的磁通，使得即使当开口或狭缝不形成在设置在移动电子设备侧的导电层时，也可以增加天线线圈的通信距离。具体而言，由于第一金属层的平面尺寸相对小，并且第二金属层的平面尺寸相对大，因此可以减小与天线线圈互连的磁通的损失，从而有效地增加通信距离。此外，能够减小天线线圈与第一金属层之间的浮动电容以便于天线频率匹配。

在本发明中，优选地，第一金属层连同天线线圈一起形成在基板上，并且第二金属层是构成容纳有天线装置的外壳的构件。根据该配置，可以通过利用外壳侧金属体有效地布局第一金属层并形成第二金属层，从而降低材料成本并且增加部件布局的效率。

在本发明中，优选地，天线线圈包括形成在基板的一个主面上的第一图案和形成在基板的另一个主面上的第二图案的组合，第一金属层形成在基板的另一个主面上，第二金属层设置成与基板的另一个主面相对，并且第二图案设置成在平面图中与第二金属层重叠。根据该配置，能够将天线线圈以及第一金属层和第二金属层有效地布局在基板上。

在本发明中，在平面图中第一金属层和第二金属层分别设置在天线线圈的内径部的中央的两侧。在该配置中，穿过天线线圈的内径部的磁通通过形成在第一金属层和第二金属层之间的狭缝，使得磁通的路径可以被集中在内径部。这增强了天线线圈的磁通量，从而增加天线的通信距离。

在本发明中，优选地，第一金属层设置在基板的在基板的第一宽度方向上的一端侧，并且第二金属层设置在基板的在基板的第一宽度方向上的另一端侧。在该情况下，优选地，第一金属层的在垂直于第一宽度方向的第二宽度方向上的宽度等于或小于天线线圈的内径部的在第二宽度方向上的宽度，并且第二金属层的在第二宽度方向上的宽度大于基板的在第二宽度方向上的宽度。通过降低要形成在基板上的第一金属层的宽度，以便使磁通容易通过天线线圈的内径部，可以降低磁通的损失，从而增加通信距离。另外，能够减小天线线圈与第一金属层之间的浮动电容，以便于天线的频率匹配。另外，能够通过第二金属层来增加磁通的回路尺寸，从而有助于通信距离的增加。

在本发明中，优选地，天线装置还包括设置成在平面图中与天线线圈重叠的金属体、以及设置在天线线圈与金属体之间的磁片。根据该配置，可以确保与天线线圈互连的磁回路的磁路，从而减少金属体的影响。

在本发明中，优选地，天线装置还包括在平面图中与天线线圈的不同于第一部分和第二部分的第三部分重叠的第三金属层、以及在平面图中与天线线圈的不同于第一部分至第三部分的第四部分重叠的第四金属层，在平面图中第三金属层和第四金属层分别设置在天线线圈的内径部的中央的两侧。在该情况下，第三金属层和第四金属层优选连同天线线圈和第一金属层一起形成在基板上。另外，优选地，第三金属层设置在基板的在基板的第二宽度方向上的一端侧，并且第四金属层设置在基板的在基板的第二宽度方向上的另一端侧。在该配置中，穿过天线线圈的内径部的磁通通过被第一至第四金属层的各个围绕的区域，使得磁通的路径可以被集中在内径部，从而增加天线的通信距离。另外，通过额外设置各自具有相对较小的尺寸的第三金属层和第四金属层，可以增加磁通的回路尺寸同时减小与天线线圈互连的磁通量的损失，从而更有效地增加通信距离。

根据本发明，能够提供能够增加天线线圈的通信距离并便于频率匹配的小型天线装置。

附图说明

本发明的上述特征和优点将从下面结合附图的某些优选的实施方式的描述更显而易见，其中：

图1A是示出根据本发明的第一实施方式的天线装置的配置的平面图；

图1B是当从与图1A相同的方向看时的天线线圈的透明图；

图2是沿着图1A的线Y-Y'截取的天线装置的截面图；

图3是用于说明第一金属层和第二金属层对天线线圈的作用的平面图；

图4是用于说明第一金属层和第二金属层对天线线圈的作用的截面图；

图5是示出根据本发明的第二实施方式的天线装置的配置的平面图；

图6是示出根据本发明的第二实施方式的天线装置的配置的截面图；

图7是示出根据本发明的第三实施方式的天线装置的配置的平面图；

图8是示出根据本发明的第四实施方式的天线装置的配置的平面图；

图9是示出根据本发明的第四实施方式的天线装置的配置的截面图；

图10是示出根据本发明的第五实施方式的天线装置的配置的平面图；

图11A是示出根据本发明的第六实施方式的天线装置的配置的平面图；

图11B是当从与图11A相同的方向看时的天线线圈的透明图；

图12是沿着图11A和图11B的线Y-Y'截取的天线装置的截面图；

图13A是示出根据本发明的第七实施方式的天线装置的配置的平面图；

图13B是当从与图13A相同的方向看时的天线线圈的透明图；

图14是沿着图13A的线Y-Y'截取的天线装置的截面图；

图15是用于说明第一金属层和第二金属层对天线线圈的作用的平面图；以及

图16是用于说明第一金属层和第二金属层到天线线圈的作用的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1A和图1B是各自示出根据本发明的第一实施方式的天线装置的配置的平面图。具体而言，图1B是当从与图1A相同的方向看时的天线线圈的透明图。图2是沿着图1A的线Y-Y'截取的天线装置的截面图。

如图1A和图1B以及图2所示，天线装置1包括基板10、形成在基板10上的螺旋天线线圈11、设置成在平面图中与天线线圈11重叠的第一金属层12A和第二金属层12B、以及设置在相对于天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B相对的侧的磁片14。

基板10是例如由PET树脂制成的柔性基板，并且具有40mm×50mm的平面尺寸和约30μm的厚度。天线线圈11具有大致矩形的螺旋图案11a并且主要形成在基板10的一个主面10a(下面)上。天线线圈11可以通过镀覆或通过预先形成在基板10的整个面上的金属层的蚀刻(图案化)而形成。

天线线圈11的螺旋图案11a的两端被引线部分11c和11d引到基板10的边缘。具体而言，螺旋图案11a的内周端通过跨越回路的桥接部分11e而被引到回路外。天线线圈11的两端连接于例如主电路基板。连接方法没有特别限制。例如，引线部分11c和11d可以连同由柔性材料制成的基板10一起延伸，以便连接于主电路基板。可选地，功率馈电引脚可以用作该连接。

在本实施方式中，桥接部分11e形成在通过绝缘膜诸如PET膜而形成在基板10的一个主面10a上的螺旋图案11a上。在该情况下，金属膜的双层结构部分地形成在基板10的一个主面10a侧。桥接部分11e的一端和另一端分别通过贯穿绝缘膜的通孔导体11f和11f而连接于螺旋图案11a的内周端和引线部分11d的一端。天线线圈11仅由形成在基板10的一个主面10a上的图案形成，使得可以使用基板的另一个主面10b的整个面作为第一金属层12A和第二金属层12B的形成区域。

在本实施方式中，第一金属层12A和第二金属层12B各自具有所谓的实心图案，并且形成在基板10的另一个主面10b(上面)上。第一金属层12A和第二金属层12B可以通过镀覆或通过预先形成在基板10的整个面上的金属层的蚀刻而形成。当采用镀覆时，第一金属层12A和第二金属层12B能够与天线线圈11的形成同时形成。当采用金属层的蚀刻时，可以形成各自具有与天线线圈11的厚度不同的厚度的第一金属层12A和第二金属层12B。在任一种情况下，第一金属层12A和第二金属层12B不接合于基板面，因而没有粘合剂(粘合层)介于其中，以便可以使第一金属层12A和第二金属层12B接近天线线圈11，从而增强它们之间的磁耦合，这引起通信距离的增加。

金属体15设置在比磁片14更远离天线线圈11的位置。金属体15是例如移动电子设备诸如安装有天线装置1的智能手机的电池壳。通过将磁片14介于天线线圈11与金属体15之间，从而可以减少金属体15施加在天线线圈11上的影响，从而增加电感，这可以改善天线特性。

第一金属层12A设置在基板10的在Y方向(第一宽度方向)上的一端侧，并且第二金属层12B设置在基板10的在Y方向上的另一端侧。在平面图中第一金属层12A和第二金属层12B设置在天线线圈11的内径部11b的中央的两侧。

具有固定宽度的狭缝SL设置在第一金属层12A与第二金属层12B之间，并且第一金属层12A和第二金属层12B被狭缝SL电隔离。缝SL的宽度优选小于天线线圈11的内径部11b的在相同的方向(Y方向)上的宽度。狭缝SL设置在基板10的在其宽度方向上的中央以便跨越天线线圈11的内径部11b。也就是说，天线线圈11被布局成在平面图中其内径部11b与狭缝SL重叠。平行于狭缝SL延伸的天线线圈11的一部分优选在平面图中与第一金属层12A和第二金属层12B重叠。

图3和图4是用于说明第一金属层12A和第二金属层12B对天线线圈11的作用的视图。图3是平面图且图4是截面图。

如图3和图4所示，当逆时针电流Ia在天线线圈11中流动时，产生穿过天线线圈11的内径部11b的磁通φ。该磁通φ穿过布置在第一金属层12A与第二金属层12B之间的狭缝SL并且与第一金属层12A和第二金属层12B互连。另一方面，在抵消磁通φ的方向上由磁通产生的电流在第一金属层12A和第二金属层12B中流动。该电流通过边缘效应变成涡电流Ib，并且沿着第一金属层12A和第二金属层12B的外周流动。涡电流Ib与在天线线圈11中流动的电流Ia同样地在逆时针方向上流动。

已经通过狭缝SL的磁通φ趋向于遵循各个使设置在第一金属层12A和第二金属层12B之间的狭缝SL成为内侧并且使第一金属层12A和第二金属层12B的各个的外边缘成为外侧的迂回路线。其结果，磁通φ与读取器/写入器的天线线圈互连同时描绘较大的回路，其结果是天线装置1被磁耦合到通信方侧的设备的天线。具体而言，由于包括第一金属层12A和第二金属层12B以及狭缝SL的整个金属层的外周的平面尺寸大于天线线圈11的平面尺寸，因此能够产生大的回路磁场。另外，磁片14设置在相对于天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B相对的侧，使得可以增加电感，同时确保磁通φ的磁路径，从而改善天线特性。

如上所述，在根据本实施方式的天线装置1中，第一金属层12A和第二金属层12B使天线线圈11的磁通φ的回路大范围地传播，从而增加天线装置1的通信距离。另外，第一金属层12A和第二金属层12B各自直接形成在基板10上，即，没有粘合剂介于基板10与第一金属层12A和第二金属层12B的各个之间，以便可以使天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B彼此接近，从而增强它们之间的磁耦合，这引起通信距离的可靠增加。

图5和图6是各自示出根据本发明的第二实施方式的天线装置的配置的视图。图5是平面图并且图6是截面图。

如图5和图6所示，第二实施方式的天线装置2的特征在于，仅第一金属层12A形成在基板10上，而第二金属层12B与基板10分开地形成。具体而言，第二金属层12B设置在基板10的另一个主面10b上方以便与另一个主面10b相对。第二金属层12B优选是构成容纳有天线装置的移动电子设备诸如智能手机的外壳的构件。第二金属层12B可以形成在不同于外壳的支撑基板上。第二金属层12b的在X方向上的宽度W3大于基板10的在X方向上的宽度W4。

在本实施方式中，用于绘制回路外的天线线圈11的内周端的桥接部分11e形成在基板10的另一个主面10b上。桥接部分11e的一端和另一端通过通孔导体11f和11f而分别连接于螺旋图案11a的内周端和引线部分11d的一端。天线线圈11仅通过直接形成在基板10的一个主面10a和另一个主面10b上的图案而形成，使得不需要层叠用于桥接部分11e的形成的额外的金属层，因而便于桥接部分11e的形成。具体而言，由于第二金属层12B不形成在基板10上，因此桥接部分11e能够设置在平面图中与第二金属层12B重叠的位置，从而提供桥接部分11e的容易布局。

如上所述，天线线圈11通过形成在基板的一个主面10a上的第一图案(包括螺旋图案11a和引线部分11c和11d)与形成在另一个主面10b上的第二图案(包括桥接部分11e)的组合来形成，并且桥接部分11e形成为在平面图中与第二金属层12B重叠。根据该配置，天线线圈11以及第一金属层12A和第二金属层12B能够被有效地布局。

在本实施方式中，狭缝SL通过基板10侧的第一金属层12A和外壳侧的第二金属层12B的组合形成并且由此构成用于天线线圈11的促进器，从而能够获得与在第一实施方式中获得的相同的效果。另外，使用金属体来排除制备专用金属层的需要，从而降低材料成本并且提高部件布局的效率。另外，通过利用第二金属层12B的尺寸，能够增加磁通的回路尺寸，从而有助于通信距离的增加。

图7是示出根据本发明的第三实施方式的天线装置的配置的平面图。

如图7所示，第三实施方式的天线装置3是第二实施方式的变形，其特征在于，第一金属层12A的在X方向(第二方向)上的宽度W1小于基板10的在X方向上的宽度W4，并且具体而言设定成等于或小于天线线圈11的内径部11b的在X方向上的宽度W2。因此，第一金属层12A的平面尺寸小于第二金属层12B的平面尺寸。其他配置与第一实施方式的那些配置相同。

在平面图中第一金属层12A与天线线圈11的第一部分P1重叠。在平面图中第二金属层12B跨越天线线圈11的内径部11b而与天线线圈11的跟第一部分P1相对的第二部分P2重叠。被第一金属层12A覆盖的天线线圈11的第一部分P1的面积小于被第二金属层12B覆盖的天线线圈11的第二部分P2的面积。

如上所述，当第一金属层12A的宽度W1等于或小于天线线圈的内径部11b的宽度W2时，线圈图案不会与金属层不必要地重叠，使得磁通的损失能够减少，从而增加通信距离。另外，第一金属层12A的平面尺寸的减小使基板10的尺寸的减小，从而增加移动电子设备的布局的自由度。另外，第一金属层12A的平面尺寸的减小能够引起第一金属层12A与天线线圈11之间的浮动电容的降低，从而便于天线频率匹配。尽管第一金属层12A的平面尺寸小，但是第二金属层12B的平面尺寸大，使得磁场的回路尺寸能够通过第二金属层12B增加。

图8和图9是各自示出根据本发明的第四实施方式的天线装置的配置的视图。图8是平面图并且图9是截面图。

如图8和图9所示，第四实施方式的天线装置的特征在于，在平面图中，中央金属层12C设置在天线线圈的内径部11b的中央部。中央金属层12C具有平行于狭缝SL延伸的细长矩形图案并且被夹在第一金属层12A与第二金属层12B之间。其结果，狭缝SL被分成第一狭缝SL1和第二狭缝SL2。在平面图中天线线圈11的内径部11b与两个狭缝SL1和SL2重叠。其他配置与第一实施方式的那些配置相同。

虽然没有特别限制，但是两个狭缝SL1和SL2优选具有相同的宽度。中央金属层12c的在Y方向上的宽度优选大于狭缝SL1和SL2的各个宽度；然而，当过大时，狭缝SL1和SL2的各个宽度变得过小，使得中央金属层12C的宽度需要设定在适当的尺寸。在分割前狭缝SL的宽度需要小于天线线圈11的内径部11b的宽度。

根据本实施方式的天线装置4能够提供与在第一实施方式中获得的相同的效果或更大的效果。也就是说，第一金属层12A和第二金属层12B以及中央金属层12C的组合使天线线圈11的磁通大范围地传播，从而增加天线装置的通信距离。本实施方式对于金属体15设置在更远离天线线圈11的位置的情况特别有效。也就是说，当在定位在相对于磁片14与天线线圈11相对的侧的金属体15较远离天线线圈11的配置中，中央金属层12C设置成将狭缝SL分为两个狭缝SL1和SL2时，与不设置中央金属层12C的情况相比，可以可靠地增加通信距离。

图10是示出根据本发明的第五实施方式的天线装置的配置的平面图。

如图10所示，第五实施方式的天线装置5的特征在于，第三金属层12D和第四金属层12E还连同天线线圈11、第一金属层12A和中央金属层12C一起形成在基板10上。其他配置与第四实施方式的那些配置相同。

在本实施方式中，第三金属层12D和第四金属层12E分别设置基板10的在X方向上的一端和另一端。在平面图中第三金属层12D和第四金属层12E设置在天线线圈11的内径部11b的中央的两侧。第三金属层12D在平面图中与天线线圈11的不同于第一部分P1和第二部分P2的第三部分P3重叠，并且第四金属层12E在平面图中与天线线圈11的不同于第一部分P1至第三部分P3的第四部分P4重叠。

根据本实施方式，除了第四实施方式获得的效果以外，还可以进一步增强天线线圈11的磁通，从而进一步改善天线特性。

图11A和图11B是各自示出根据本发明的第六实施方式的天线装置的配置的平面图。图11B是当从与图11A相同的方向看时的图11A的透明图。图12是沿着图11A和图11B的线Y-Y'截取的天线装置的截面图。

如图11A和11B以及图12所示，在第六实施方式的天线装置6中，天线线圈11的一半11a₂形成在基板10的一个主面(下面)10a上，并且另一半11a₁形成在基板10的另一个主面(上面)上。一半11a₁和另一半11a₂通过穿过基板10的通孔导体11g彼此连接以构成单个连续的螺旋图案。构成天线线圈11的一半11a₁的多个半回路图案的各个端部通过通孔导体11g而连接于构成天线线圈11的另一半11a₂的多个半回路图案的各个端部。

第一金属层12A形成在基板10的一个主面(下面)10a上，并且第二金属层12B形成在基板10的另一个主面(上面)10b上。第一金属层12A与天线线圈11的一半11a₁重叠，并且第二金属层12B与天线线圈11的另一半11a₂重叠。

如上所述，根据本实施方式的天线装置6，能够获得与在第一实施方式中获得的相同的效果。也就是说，根据天线装置6，第一金属层12A和第二金属层12B使天线线圈11的磁通的回路大范围地传播，从而增加天线的通信距离。具体而言，第一金属层12A和第二金属层12B各自直接形成在基板面上，即，没有粘合剂介于基板10与第一金属层12A和第二金属层12B的各个之间，以便可以使天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B彼此接近，从而增强它们之间的磁耦合，引起通信距离的增加。

图13A和图13B是各自示出根据本发明的第七实施方式的天线装置的配置的平面图。具体而言，图13B是当从与图13A相同的方向看时的天线线圈的透明图。图14是沿着图13A的线Y-Y'截取的天线装置的截面图。

如图13A和图13B以及图14所示，天线装置7包括基板10、形成在基板10上的螺旋天线线圈11、设置成在平面图中与天线线圈11重叠的第一金属层12A和第二金属层12B、以及设置在相对于天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B相对的侧的磁片14。

天线线圈11的螺旋图案11a的两端被引线部分11c和11d引到基板10的边缘。具体而言，螺旋图案11a的内周端通过跨越螺旋的且穿过基板10的通孔导体11f的回路的桥接部分11e而被引到回路外。天线线圈11的两端连接于例如主电路基板。连接方法没有特别限制。例如，引线部分11c和11d可以连同由柔性材料制成的基板10一起延伸，以便连接于主电路基板。可选地，功率馈电引脚可以用作该连接。

在本实施方式中，桥接部分11e形成在基板10的另一个主面10b上。桥接部分11e的一端和另一端分别通过通孔导体11f和11f而连接于螺旋图案11a的内周端和引线部分11d的一端。天线线圈11仅通过直接形成在基板10的一个主面10a和另一个主面10b上的图案形成，使得不需要层叠用于桥接部分11e的形成的额外的金属层，因而便于桥接部分11e的形成。具体而言，由于第二金属层12B不形成在基板10上，因此桥接部分11e能够设置于在平面图中与第二金属层12B重叠的位置，从而提供桥接部分11e的容易布局。

在本实施方式中，第一金属层12A具有所谓的实心图案并且形成在基板10的另一个主面10b(上面)上。第一金属层12A可以通过镀覆或通过预先形成在基板10的整个面上的金属层的蚀刻而形成。当采用电镀时，第一金属层12A可以与天线线圈11的形成同时形成。当采用金属层的蚀刻时，可以形成具有与天线线圈11的厚度不同的厚度的第一金属层12A。在任一种情况下，第一金属层12A不接合于基板面，因而没有粘合剂(粘合层)介于其中，以便可以使第一金属层12A接近天线线圈11，从而增强它们之间的磁耦合，这引起通信距离的增加。

第二金属层12B设置在基板10的另一个主面10b上方以便与另一个主面10b相对。第二金属层12B优选是构成容纳有天线装置7的移动电子设备诸如智能手机的外壳的构件。第二金属层12B可以形成在不同于外壳的支撑基板上。

金属体15设置在比磁片14更远离天线线圈11的位置。金属体15是例如移动电子设备诸如安装有天线装置7的智能手机的电池壳。通过将磁片14介于天线线圈11与金属体15之间，可以减少金属体15施加在天线线圈11上的影响，从而增加电感，这能够改善天线特性。

在本实施方式中，天线线圈11由形成在基板的一个主面10a上的第一图案(包括螺旋图案11a和引线部分11c和11d)与形成在另一个主面10b上的第二图案(包括桥接部分11e)的组合形成，并且桥接部分11e形成为在平面图中与第二金属层12B重叠。根据该配置，天线线圈11以及第一金属层12A和第二金属层12B能够被有效地布局。

第一金属层12A设置在基板10的在Y方向(第一宽度方向)上在一端侧，并且第二金属层12B设置在基板10的在Y方向上的另一端侧。在平面图中第一金属层12A和第二金属层12B设置在天线线圈11的内径部11b的中央的两侧。

具有固定宽度的狭缝SL设置在第一金属层12A与第二金属层12B之间，并且第一金属层12A和第二金属层12B被狭缝SL电隔离。缝SL的宽度优选小于天线线圈11的内径部11b的在相同的方向上的宽度。狭缝SL设置在基板10的在其宽度方向上的中央且天线线圈11的内径部11b。也就是说，天线线圈11被布局成在平面图中其内径部11b与狭缝SL重叠。平行于狭缝SL延伸的天线线圈11的部分优选在平面图中分别与第一金属层12A和第二金属层12B重叠。

在本实施方式中，第一金属层12A的在X方向(第二方向)上的宽度W1小于基板10的在X方向上的宽度W4，并且具体而言被设定成等于或小于天线线圈11的内径部11b的在X方向上的宽度W2。因此，第一金属层12A的平面尺寸小于第二金属层12B的平面尺寸。

为了通过增加磁通的回路尺寸来增加通信距离，优选尽可能地增加第一金属层12A和第二金属层12B的平面尺寸。然而，当使用图案在基板10上形成第一金属层12A时，第一金属层12A的平面尺寸不能增加，除非基板尺寸增加。当尝试使第一金属层12A的平面尺寸随受限的基板尺寸增加时，天线线圈11被第一金属层12A大范围覆盖而阻止了磁通的通道，使得天线特性未必得到改善。因此，使要形成在基板10上的第一金属层12A的宽度变小来减小第一金属层12A的平面尺寸，以便使磁通容易地穿过天线线圈11的内径部11b，由此减小磁通的损失来增加通信距离。

在第一金属层12A和第二金属层12B两者的平面尺寸大的常规的天线装置中，在天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B的各个之间产生大的浮动电容，由于频率匹配的电容的增加难以实现目标频率(例如，13.56MHz)的匹配。然而，当减小第一金属层12A的平面尺寸时，可以减小天线线圈11与第一金属层12A之间的浮动电容，从而便于天线频率匹配。

另一方面，第二金属层12B的在X方向上的宽度W3大于基板10的在X方向上的宽度W4。通过利用第二金属层12B的尺寸，能够增加磁通的回路尺寸，从而有助于通信距离的增加。

图15和图16是用于说明第一金属层12A和第二金属层12B对天线线圈11的作用的视图。图15是平面图并且图16是截面图。

如图15和图16所示，当逆时针电流Ia在天线线圈11中流动时，产生穿过天线线圈11的内径部11b的磁通φ。该磁通φ经过布置在第一金属层12A与第二金属层12B之间的狭缝SL并且与第一金属层12A和第二金属层12B互连。另一方面，在抵消磁通φ的方向上由磁通产生的电流在第一金属层12A和第二金属层12B中流动。该电流通过边缘效应变成涡电流Ib，并且沿着第一金属层12A和第二金属层12B的外周流动。涡电流Ib与在天线线圈11中流动的电流Ia同样地在逆时针方向上流动。

已经通过狭缝SL的磁通φ趋向于遵循迂回路线，使设置在第一金属层12A和第二金属层12B之间的狭缝SL处于内侧并且使第一金属层12A和第二金属层12B的外边缘处于外侧。其结果，该磁通φ与读取器/写入器的天线线圈互连同时描绘较大的回路，其结果是天线装置7被磁耦合到通信方侧的设备的天线。具体而言，由于包括第一金属层12A和第二金属层12B以及狭缝SL的整个金属层的外周的平面尺寸大于天线线圈11的平面尺寸，因此能够产生大的回路磁场。另外，磁片14设置在相对于天线线圈11与第一金属层12A和第二金属层12B相对的侧，使得可以增加电感，同时确保磁通φ的磁路径，从而改善天线特性。

如上所述，根据本实施方式的天线装置7中，第一金属层12A和第二金属层12B能够将磁通φ集中在天线线圈11的内径部11b，从而增加通信距离。具体而言，与基板10分开设置的第二金属层12B的面积较大，使得可以大范围地传播磁通φ的回路，从而增加天线装置7的通信距离。另外，形成在基板10上的第一金属层12A的面积相对小，使得可以减小穿过天线线圈11的内径部11b的磁通的损失，从而增加通信距离。

显而易见，本发明并不限定于上述实施方式，而是可以在不脱离本发明的范围和实质的情况下进行修改和改变。

例如，在上述第一实施方式中，天线线圈11的桥接部分11e设置在基板10的一个主面10a上以便与螺旋图案重叠。然而，可选地，桥接部分11e可以设置在基板10的另一个主面10b侧的避开第一金属层12A和第二金属层12B的形成区域的位置例如布置在第一金属层12A与第二金属层12B之间的狭缝SL中。桥接部分11e不是大范围形成的图案，而是最多跨过螺旋图案的小图案，使得其对经过天线线圈的内径部11b的磁通φ的影响有限。

另外，尽管在第七实施方式中的平面图中，第一金属层12A和第二金属层12B设置在天线线圈11的内径部11b的中央的两侧，但是第一金属层12A的位置不受限制。因此，例如第一金属层12A可以设置在对应于图10中所示的第三金属层12D或第四金属层12E的位置。也就是说，仅需要形成第一金属层12A、第三金属层12D和第四金属层12E中的至少一者作为基板10上的金属层。另外，中央金属层12C可以任意地与基板10上的金属层结合。此外，虽然第一至第四金属层12A、12B、12D和12E以及中央金属层12C形成在基板10上，但是它们可以形成在不同于基板10的支撑基板上。

另外，尽管在上述实施方式中天线线圈11由具有若干匝的螺旋图案构成，但是环形图案的匝数可以小于一匝。也就是说，天线线圈11仅需要是环形或螺旋形平面线圈图案。

Claims

1.一种天线装置，包括：

基板；

天线线圈，其环状或螺旋状地形成在所述基板上；

第一金属层，其在平面图中与所述天线线圈的第一部分重叠；以及

第二金属层，其与所述天线线圈的不同于所述第一部分的第二部分重叠，

在平面图中所述第一金属层和所述第二金属层分别设置在所述天线线圈的内径部的中央的两侧，

在平面图中形成在所述第一金属层与所述第二金属层之间的狭缝与所述天线线圈的所述内径部重叠，并且

所述第一金属层和所述第二金属层中的至少一者连同所述天线线圈一起形成在所述基板上。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

所述第一金属层和所述第二金属层两者连同所述天线线圈一起形成在所述基板上。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

所述第一金属层连同所述天线线圈一起形成在所述基板上，并且

所述第二金属层是构成容纳有所述天线装置的外壳的构件。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，

所述天线线圈包括形成在所述基板的一个主面上的第一图案与形成在所述基板的另一个主面上的第二图案的组合，

所述第一金属层形成在所述基板的所述另一个主面上，

所述第二金属层设置成与所述基板的所述另一个主面相对，并且

所述第二图案设置成在平面图中与所述第二金属层重叠。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的天线装置，其中，

还包括：

设置成在平面图中与所述天线线圈重叠的金属体；以及

设置在所述天线线圈与所述金属体之间的磁片。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的天线装置，其中，

还包括在平面图中设置在所述天线线圈的所述内径部的中央部的中央金属层。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的天线装置，其中，

还包括：

在平面图中与所述天线线圈的不同于所述第一部分和所述第二部分的第三部分重叠的第三金属层；以及

在平面图中与所述天线线圈的不同于所述第一部分至所述第三部分的第四部分重叠的第四金属层，

在平面图中所述第三金属层和所述第四金属层分别布置在所述天线线圈的所述内径部的中央的两侧。

8.一种天线装置，包括：

基板；

天线线圈，其环状或螺旋状地形成在所述基板上；

第二金属层，其在平面图中与所述天线线圈的不同于所述第一部分的第二部分重叠，

所述第二金属层的平面尺寸大于所述第一金属层的平面尺寸。

9.根据权利要求8所述的天线装置，其中，

所述第一金属层连同所述天线线圈一起形成在所述基板上。

10.根据权利要求8所述的天线装置，其中，

所述第二金属层是构成容纳有所述天线装置的外壳的构件。

11.根据权利要求8所述的天线装置，其中，

所述第一金属层形成在所述基板的所述另一个主面上，

所述第二图案设置成在平面图中与所述第二金属层重叠。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的天线装置，其中，

在平面图中所述第一金属层和所述第二金属层分别设置在所述天线线圈的内径部的中央的两侧。

13.根据权利要求12所述的天线装置，其中，

所述第一金属层设置在所述基板的在所述基板的第一宽度方向上的一端侧，并且

所述第二金属层设置在所述基板的在所述基板的所述第一宽度方向上的另一端侧。

14.根据权利要求13所述的天线装置，其中，

所述第一金属层的在垂直于所述第一宽度方向的第二宽度方向上的宽度等于或小于所述天线线圈的所述内径部的在所述第二宽度方向上的宽度，并且

所述第二金属层的在所述第二宽度方向上的宽度大于所述基板的在所述第二宽度方向上的宽度。

15.根据权利要求8至11中的任一项所述的天线装置，其中，

还包括设置在所述天线线圈的所述内径部的中央部的中央金属层。

16.根据权利要求8至11中的任一项所述的天线装置，其中，

还包括：

在平面图中所述第三金属层和所述第四金属层分别设置在所述天线线圈的所述内径部的中央的两侧。

17.根据权利要求16所述的天线装置，其中，

所述第三金属层和所述第四金属层连同所述天线线圈和所述第一金属层一起形成在所述基板上。

18.根据权利要求16所述的天线装置，其中，

所述第三金属层设置在所述基板的在所述基板的第二宽度方向上的一端侧，并且

所述第四金属层设置在所述基板的在所述基板的所述第二宽度方向上的另一端侧。

19.一种天线装置，包括：

基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；

线圈图案，其形成在所述基板的所述第一面上；以及

平面金属图案，其形成在所述基板的所述第二面上，以便与介于所述基板其中的所述线圈图案的一部分重叠。

20.根据权利要求19所述的天线装置，其中，

所述基板的所述第一面包括被所述线圈图案围绕的内径部，并且

所述平面金属图案还与所述内径部重叠。