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CN102916248B - 天线装置及其谐振频率设定方法 - Google Patents

天线装置及其谐振频率设定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及天线装置及其谐振频率设定方法。天线线圈模块(3)的线圈导体(31)和导体层(2)至少有部分重叠。在导体层(2)中有电流流过，以阻隔因线圈导体(31)中有电流流过而产生的磁场。而且，在导体层(2)的开口部(CA)周围流过的电流通过狭缝部周边，因边缘效应而流过导体层(2)的周围。由于磁通不透过导体层(2)，因此，磁通(MF)要沿以导体层(2)的导体开口部(CA)为内侧、导体层(2)的外边缘为外侧的路径进行迂回。其结果是，磁通(MF)形成相对较大的环路，将读写器侧天线(4)的线圈导体(41)的内外进行交链。由此，天线装置(101)与读写器侧天线(4)进行磁耦合。

Description

天线装置及其谐振频率设定方法
本申请是申请日为“2009年9月18日”、申请号为“200980158920.3”、题为“天线装置及其谐振频率设定方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在通过电磁场信号和对方侧设备进行通信的RFID系统、短距离无线通信系统中使用的天线装置及天线装置的谐振频率设定方法。
背景技术
近年来，在扩大了利用的RFID系统、短距离无线通信系统中，为了在移动电话等移动电子设备彼此之间、或移动电子设备与读写器之间进行通信，在各设备上装载有通信用的天线。在专利文献1中揭示了这些天线中装载于移动电子设备的天线。
图1是表示专利文献1的移动信息终端21与读写器之间在接近时的通信的形态的图。在图1的示例中，从读写器的收发天线部26发射的电磁波中，一部分的磁场H受到终端主体22内的电池组25等金属物的影响，受到反射、吸收等引起的衰减作用。金属层30配置于比天线模块10的通信面CS更靠近电磁波的入射侧。在该金属层30的表面上，因施加外部磁场而产生感应电流(涡流)，由此产生的磁场H1使得在天线模块10的天线线圈15中产生感应电流。
在该示例中，通过将金属层30与天线模块10靠近相对配置以覆盖天线线圈15的一部分，从而读写器的收发天线部26与天线模块10的天线线圈15之间通过金属层30中产生的磁场分量H1来进行感应耦合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006－270681号公报
发明内容
本发明要解决的问题
图1所示的天线装置要解决如下问题：在与通信对方侧的天线之间的距离极其靠近时，通信特性因天线彼此的中心之间的位置偏移的大小而大幅变动。为了防止要与移动信息终端21侧的天线模块10的天线线圈15、和读写器侧的收发天线部26交链的磁通被壳体内电池组25等金属物所阻隔，设置有金属层30，以感应该磁通。因此，根据上述电池组25等遮蔽物的位置关系，不一定能得到较大的效果。
此外，在天线装置与通信对方侧的天线分开的状态下，上述金属层30不一定可有效地用于扩大通信距离。
因而，本发明的目的在于提供一种天线装置及其谐振频率设定方法，该天线装置即使比通信对方侧的天线要相对小型化，也能进行稳定的通信，并且，还能增大可通信最大距离。
用于解决问题的方法
本发明的天线装置是在电子设备中构成的天线装置，包括：
将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状的线圈导体；以及
导体层，该导体层配置于比所述线圈导体要靠近通信对方侧的天线的一侧，
所述导体层包括导体开口部、以及将所述导体开口部与外边缘之间连接的狭缝部，
当俯视所述线圈导体时，所述线圈导体与所述导体层相重叠。
本发明的天线装置的谐振频率设定方法是如下天线装置的谐振频率设定方法，该天线装置是将由基板和磁性体片材层叠而成的天线线圈模块组装到电子设备的壳体内而构成，该基板形成有将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状的线圈导体，
在比所述线圈导体要靠近通信对方侧的天线的一侧将导体层配置于所述壳体，
所述导体层包括导体开口部、以及将所述导体开口部与外边缘之间连接的狭缝部，
当俯视所述基板时，所述线圈开口部和所述导体开口部配置成至少有部分重叠的关系，
将在所述导体层不存在的状态下的谐振频率设定成低于利用频带的中心频率，将在所述天线线圈模块组装到所述电子设备的壳体内的状态下的谐振频率设定于利用频带的中心频率。
发明的效果
根据本发明，在导体层中有电流流过，以阻隔因线圈导体中有电流流过而产生的磁场。而且，在导体层的开口部周围流过的电流通过狭缝部周边，电流因边缘效应而流过导体层周围。由此，由导体层产生磁场，能延长通信距离。
此外，由于导体层增大了磁通的环绕路径，因此，磁通从天线装置到达通信对方侧的天线、或从通信对方侧的天线到达天线装置，增大天线装置与通信对方侧天线之间的可通信最大距离。
附图说明
图1是表示专利文献1的移动信息终端21与读写器之间在接近时的通信的形态的图。
图2(A)是包括实施方式1所涉及的天线装置的电子设备的后视图。图2(B)是上述背面侧的下部壳体的内侧的俯视图。
图3(A)是上述天线线圈模块3的俯视图，图3(B)是其主视图。
图4(A)是表示上述天线装置101与读写器侧天线之间的磁耦合状态的剖视图。图4(B)是作为比较例、表示上述导体层2不存在的状态的剖视图。
图5是与实施方式2所涉及的天线装置相关的图。图5(A)是观察电子设备的下部壳体1的内表面侧而得到的俯视图。而图5(B)是在下部壳体1的内表面安装有天线线圈模块3的状态下的俯视图。
图6是实施方式3所涉及的天线装置103的俯视图。特别是，图6(A)表示在线圈导体31中流过的电流，图6(B)表示在导体层2中流过的电流I。
图7(A)是实施方式4所涉及的天线线圈模块13的俯视图，图7(B)是其主视图。
图8是实施方式5所涉及的天线装置104的俯视图。
具体实施方式
《实施方式1》
参照图2～图4，说明实施方式1所涉及的天线装置及其谐波频率设定方法。
图2(A)是包括实施方式1所涉及的天线装置的电子设备的后视图。电子设备的背面是朝向通信对方侧即读写器侧天线的面。图2(B)是上述背面侧的下部壳体的内侧的俯视图。但是，在图2(A)、图2(B)中，仅表示主要部分的结构。
如图2(A)所示，在下部壳体1的外表面形成导体层2。导体层2例如是铝等的金属蒸镀膜。在该导体层2形成导体开口部CA，还形成将该导体开口部CA与外边缘之间连接的狭缝SL。
如图2(B)所示，在下部壳体1的内表面将天线线圈模块3配置成与上述导体开口部CA有部分重叠。
另外，在本示例中，在导体开口部CA部分安装有照相机模块。由于照相机模块的透镜需要从壳体的开口部露出到外部，因此，通过将导体开口部与像这样设置于壳体的开口部对应设置，从而无需因设置导体层2而设计特别的壳体。
此外，在设计上使壳体的外表面的一部分为金属制的情况下，通过蒸镀等在壳体的外表面形成金属膜，但也可以将该金属膜兼用作为上述导体层。
通过像这样在电子设备的内表面或外表面形成导体层2，从而无需确保用于配置导体层2的特别空间，且能配置大面积的导体层2。
图3(A)是上述天线线圈模块3的俯视图，图3(B)是其主视图。天线线圈模块3包括矩形板状的柔性基板33、和同样矩形板状的磁性体片材39。在柔性基板33上形成有将卷绕中心部作为线圈开口部CW的螺旋状线圈导体31、及用于与外部电路进行连接的连接部32。磁性体片材39是例如成形为片材状的铁氧体。
另外，线圈导体31的卷绕数(匝数)由需要的电感量来决定。若是单匝，则仅成为环状的线圈导体。
对上述天线线圈模块3进行配置，使其像图2(B)所示的那样安装于电子设备的下部壳体1的内表面，且在与上部壳体重叠时，使安装于上部壳体侧的电路基板的规定引脚与上述连接部32相接触。
在电路基板侧包括与上述连接部32并联连接的电容器。通过由天线线圈模块3的线圈导体31及磁性体片材39决定的电感量、以及上述电容器的电容量来决定谐振频率。例如，在利用中心频率为13.56MHz的HF频带的情况下，将上述谐振频率定为13.56MHz。
图4(A)是表示上述天线装置101与读写器侧天线之间的磁耦合状态的剖视图。此外，图4(B)是作为比较例、表示上述导体层2不存在的状态的剖视图。但是，对于电子设备的壳体部分，省略了图示。
由于天线线圈模块3的线圈导体31与导体层2至少有部分重叠，因此，在导体层中有电流流过，以阻隔因线圈导体中有电流流过而产生的磁场。而且，在导体层的开口部周围流过的电流通过狭缝部周边，因边缘效应而流过导体层周围。另外，电流也流过导体层平面部。由此，虽然在导体层2产生磁场，但由于磁通不透过导体层2，因此，磁通MF要沿以导体层2的导体开口部CA为内侧、导体层2的外边缘为外侧的路径进行迂回。其结果是，磁通MF形成相对较大的环路，将读写器侧天线4的线圈导体41的内外进行交链。即，天线装置101与读写器侧天线4进行磁耦合。
此外，通过使得在俯视线圈导体31时，线圈开口部CW与导体开口部CA至少有部分重叠，从而要与线圈导体31、对方侧天线进行交链的磁通能通过线圈开口部CW及导体开口部CA进行环绕。特别是，若在俯视线圈导体31时，线圈开口部CW和导体开口部CA在整个周边大体重叠，则能使线圈导体31所产生的磁场高效地发射。
此外，通过使导体层2的面积大于线圈导体31的形成区域的面积，能产生较大的磁场环路。
此外，通过在柔性基板33的、离通信对方侧的天线较远的一侧的表面上层叠磁性体片材39，能使天线的方向性向通信对方侧的天线方向更拓宽。
这样，由于磁通指向导体层2拓宽的方向，因此，即使将天线装置101的(天线线圈模块3的)中心和读写器侧天线4的中心配置在同轴上而使两者接近，也能进行稳定的通信。
此外，由于通过对导体层2设置狭缝SL，从而在导体层2中没有形成导体环路，因此，在磁通MF像图4(A)所示的那样环绕导体层2的导体开口部CA和外边缘时，能防止在导体层2中产生涡流，可抑制涡流所导致的损耗。其结果是，能确保天线装置101与读写器侧天线4之间的可通信最大距离。
与此不同的是，如图4(B)所示，若不存在上述导体层2，则通过线圈开口部CW的磁通MF为图4(B)所示的方向而不会向左右方向(在俯视天线线圈模块3的状态下拓宽的方向)拓宽，与读写器侧天线4的耦合量较小。因而，产生越接近、通信倒越不稳定的现象。
此外，在本发明的天线装置中，由于导体层增大了磁通的环绕路径，因此，磁通从天线装置到达通信对方侧的天线、或从通信对方侧的天线到达天线装置，增大天线装置与通信对方侧天线之间的可通信最大距离。
下表是使天线线圈模块3的大小变化时、对在包括各天线线圈模块3的天线装置101与通信对方侧天线之间可进行通信的距离范围进行测定的结果。
例如，对于包括大小为22.5mm×18mm的天线线圈模块3的天线装置，若没有导体层，则可通信最大距离为19mm，若有导体层，则可通信最大距离扩大到41mm。此外，对于包括例如大小为22.5mm×17mm以下的天线线圈模块3的天线装置的情况，若没有导体层，则无论是什么距离，都不能通信。与此不同的是，若有导体层，则即使构成包括例如大小为22.5mm×16mm的非常小型的天线线圈模块3的天线装置，也能在从0到38mm的大范围内进行通信。
上述天线装置101的中心频率的设定如下那样进行。
将在图2(B)所示的天线线圈模块3不接近导体层2的状态、即不安装于下部壳体1的单体状态(其中，将谐振用电容器进行并联连接的状态)下的谐振频率预先设定成低于利用频带的中心频率。若将天线线圈模块3像图2(B)及图4(A)所示的那样接近导体层2的导体开口部CA，则由于天线线圈模块3的电感量的值变小，因此，天线装置101的谐振频率上升。因而，确定上述天线线圈模块3单体的电感量的值，使得在将天线线圈模块3组装到电子设备的壳体内、而构成天线装置101的状态下，该天线装置101的谐振频率与利用频带的中心频率大体一致。
此外，利用狭缝SL的长度和宽度，也能改变天线装置的电感量。例如，若增大狭缝SL，则可抑制使导体层2接近天线线圈模块3时的电感量的值的减少(谐振频率的上升)程度。因此，对狭缝SL的长度及宽度进行设定，以得到所希望的电感量的值。
此外，由于利用天线线圈模块3与导体层2的位置关系、导体层2的导体开口部CA的形状和大小，也能改变天线装置的电感量，因此，对天线线圈模块3与导体层2的位置关系、导体层2的导体开口部CA的形状和大小进行设定，以得到所希望的电感量的值。
由于磁通环路像这样因导体层而拓宽，因此，也可以缩小线圈导体31的线圈开口部CW，天线线圈模块能实现小型化。此外，随着缩小线圈开口部CW，能增加线圈的匝数，从而能增加可取得天线线圈模块的电感量的值。其结果是，容易设定谐振频率。
如上所述，本发明利用磁场无法进入导体层的特性，而利用导体层来改变使用频率下的磁场的发射图案。
根据本发明的天线装置101，即使天线装置101和读写器侧天线4的大小有多种，也能进行稳定的通信。即，在读写器侧天线4较大的情况下，因导体层2的存在而增大了磁通的环绕路径，来自天线装置101的磁通到达读写器侧天线101，在读写器侧天线4较小的情况下，磁通到达的距离因导体层2的存在而延长。
《实施方式2》
图5是与实施方式2所涉及的天线装置102相关的图。图5(A)是观察电子设备的下部壳体1的内表面侧而得到的俯视图。而图5(B)是在下部壳体1的内表面安装有天线线圈模块3的状态下的俯视图。
在该实施方式2中，在下部壳体1的内表面设置导体层2。导体层2通过蒸镀铝等的金属膜或粘贴金属箔来构成。这样，导体层也可以设置于壳体的内表面。
另外，在图5所示的示例中，将导体层2的狭缝SL设置于从导体开口部CA到外边缘的距离较短的部分。
上述导体层2也可以连接到电子设备内部的电路的接地。由此，也能将上述导体层2兼用作电子设备的屏蔽用的导体层。
《实施方式3》
图6(A)、图6(B)都是实施方式3所涉及的天线装置103的俯视图。图6(A)表示在线圈导体31中流过的电流，图6(B)表示在导体层2中流过的电流I。该天线装置103包括天线线圈模块3和导体层2。天线线圈模块3将形成有螺旋状的线圈导体31的柔性基板和磁性体片材进行层叠而构成。基本上与图3所示的相同。但是，在本示例中，将线圈导体的两端从柔性基板引出，在远离线圈导体31的位置设置连接部。
导体层2包括导体开口部CA、以及将导体开口部CA与外边缘之间连接的狭缝SL。
在俯视线圈导体31及导体层2时，线圈开口部CW和导体开口部CA同轴且在整个周边大体重叠。通过这种结构，在俯视线圈导体31时，能使全部线圈导体31与导体层2相重叠。由此，由于由线圈导体31产生的磁通全都要与导体层2交链，因此，在导体层2中产生方向与线圈导体31中流过的电流的方向相反的大电流，以阻隔该磁通。在导体开口部CA的周围流过的大电流I通过狭缝SL的周围，沿导体层平面流过，并因边缘效应而沿导体层周围流过。由此，由导体层2产生强磁场，能进一步延长通信距离。此外，更有效地扩大了通过导体开口部CA及线圈开口部CW、环绕导体层2的磁通的环路。因此，无论将包括天线装置103的电子设备相对于读写器侧天线的表面是以面内方向的哪个方向罩上，都能进行稳定的通信。
《实施方式4》
图7(A)是实施方式4所涉及的天线线圈模块13的俯视图，图7(B)是其主视图。该天线线圈模块13与实施方式1的情况相同，与图2所示的导体层靠近配置。通过这样进行靠近配置，在导体层2中产生大电流，从而产生强磁场。
天线线圈模块13包括矩形板状的柔性基板34、和同样矩形板状的磁性体片材39。在柔性基板34上形成有将卷绕中心部作为线圈开口部CW的螺旋状线圈导体31、及用于与外部电路进行连接的连接部32。上述线圈导体31跨越柔性基板34的两层而形成。层间由过孔导体进行连接。磁性体片材39是例如成形为片材状的铁氧体。
这样，通过使线圈导体31跨越多层而进行卷绕，从而由线圈导体产生强磁场，其结果是，能使导体层中流过大电流。此外，能使线圈导体集中于沿导体开口部的内边缘的位置。因此，由于线圈导体31中产生的集中磁通要与导体层交链，因此，能使导体层中流过大电流。
《实施方式5》
图8是实施方式5所涉及的天线装置104的俯视图。该天线装置104包括天线线圈模块3和导体层2。天线线圈模块3将形成有螺旋状的线圈导体31的柔性基板和磁性体片材进行层叠。该结构与图6所示的相同。但是，在本示例中，线圈开口部CW形成得比导体开口部CA略小一些。
由于线圈导体31的一部分与导体层2相重叠，因此，通过该结构，因由线圈导体31产生的磁通而在导体层2中有电流流过。
另外，在以上所示的各实施方式中，是在壳体的外表面或内表面形成导体层，但也可以在壳体的内部配置导体层。此外，在壳体本身是金属的情况下，也可以将该壳体用作为上述导体层。
此外，在以上所示的各实施方式中，是将包括线圈导体31的柔性基板33和由铁氧体形成的磁性体片材39进行层叠而构成天线线圈模块3，但在对于在天线线圈模块3的背面形成磁通环路没有不良影响的环境下，也可以不一定设置磁性体片材。
标号说明
CA…导体开口部
CW…线圈开口部
MF…磁通
SL…狭缝
1…下部壳体
2…导体层
3、13…天线线圈模块
4…读写器侧天线
31…线圈导体
32…连接部
33、34…柔性基板
39…磁性体片材
41…线圈导体
101～104…天线装置

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状的线圈导体；以及
导体层，该导体层配置于比所述线圈导体要靠近通信对方侧的天线的一侧，
所述导体层包括导体开口部、以及将所述导体开口部与外边缘之间连接的狭缝部，
所述导体层的面积大于所述线圈导体的形成区域的面积，
当俯视所述线圈导体时，所述线圈导体的所述线圈开口部与所述导体层的所述导体开口部相重叠，
所述天线装置具有沿所述线圈导体配置的磁性体层，该磁性体层配置于比所述线圈导体要远离通信对方侧的天线的一侧，
所述磁性体层配置在比所述线圈导体要远离所述导体层的一侧的表面，
当俯视所述线圈导体时，从所述导体层的外边缘到所述线圈导体的外边缘为止的距离大于从所述导体开口部的边缘到所述线圈导体的内边缘为止的距离，并且，除了与所述狭缝部重叠的部分以外，使所述线圈导体全部与所述导体层相重叠。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
当俯视所述线圈导体时，所述线圈开口部和所述导体开口部至少有部分重叠。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述线圈导体和所述导体层靠近配置。
4.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述线圈导体跨越多层而进行卷绕。
5.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
当俯视所述线圈导体时，所述线圈开口部和所述导体开口部在整个周边大体重叠。
6.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述导体层形成于组装对象的电子设备的壳体的内表面或外表面。
7.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述线圈导体形成于基板，在所述基板的远离所述通信对方侧的天线的一侧的表面上层叠有磁性体片材，利用所述基板和所述磁性体片材来构成天线线圈模块。
8.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，
将在所述导体层不存在的状态下的谐振频率设定成低于利用频带的中心频率，将在所述天线线圈模块组装到所述电子设备的壳体内的状态下的谐振频率设定于利用频带的中心频率。
9.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述导体层是组装对象的电子设备的金属壳体。
10.一种天线装置的谐振频率设定方法，该天线装置是将由基板和磁性体片材层叠而成的天线线圈模块组装到电子设备的壳体内而构成，该基板形成有将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状的线圈导体，其特征在于，
在比所述线圈导体要靠近通信对方侧的天线的一侧将导体层配置于所述壳体，
所述导体层包括导体开口部、以及将所述导体开口部与外边缘之间连接的狭缝部，
所述导体层的面积大于所述线圈导体的形成区域的面积，
当俯视所述基板时，所述线圈导体的所述线圈开口部和所述导体层的所述导体开口部配置成重叠的关系，
将在所述导体层不存在的状态下的谐振频率设定成低于利用频带的中心频率，将在所述天线线圈模块组装到组装对象电子设备的壳体内的状态下的谐振频率设定于利用频带的中心频率，
具有沿所述线圈导体配置的磁性体层，该磁性体层配置于比所述线圈导体要远离通信对方侧的天线的一侧，
所述磁性体层配置在比所述线圈导体要远离所述导体层的一侧的表面，
当俯视所述线圈导体时，从所述导体层的外边缘到所述线圈导体的外边缘为止的距离大于从所述导体开口部的边缘到所述线圈导体的内边缘为止的距离，并且，除了与所述狭缝部重叠的部分以外，使所述线圈导体全部与所述导体层相重叠。
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