JP2018006942A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保する。【解決手段】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１であって、その開口部１２ｂを介して幅方向に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル１２と、アンテナコイルの一端側に重畳するように設けられる環状の導電体からなる導電体枠５と、を備え、アンテナコイルは、開口部を縦断する中心線Ｌ１を介して導線が一方向に周回する一方側部１２ａ１と導線が他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分され、一方側部の何れかに導電体枠が重畳される。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器等の外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置に関する。

携帯電話機等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。このアンテナモジュールは、リーダライタ等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、このアンテナモジュールは、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。

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モジュールでは、携帯電話機等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。携帯電話機等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パック等の金属板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。基板や金属板によって跳ね返された磁束は、基板や金属板を迂回するように外周部に向かって流れるので、当該外周部の磁界が強くなり、基板や金属板の真ん中付近が弱くなる傾向にある。

特許文献１では、かかる性質を利用して電子機器に内蔵して用いるＮＦＣ（Near Field Communication）アンテナモジュールの通信効率を高めるために、機器内部の基板やバッテリパック等の金属板（第１の導電体）の端部にアンテナコイルを配置することが提案されている。また、特許文献２では、レイアウト上の制約によって基板の近くにアンテナコイルを配置出来ない場合に、基板（第１の導電体）とアンテナコイルを橋渡しするように、シート状の第２の導電体を配置することが提案されている。

特許第５１３５４５０号公報 特開２０１５−０５３５３２号公報

しかしながら、ＮＦＣアンテナを金属板の端部に実装したり、第２の導電体をＮＦＣアンテナに貼り付けてから第１の導電体と連結するためには、設置先の電子機器の構造上の制約を回避する必要があり、実施に困難を伴う場合があった。特に、小型化・多機能化が進んでいる携帯通信端末等の電子機器では、その構造上の制約を回避して、設計自由度を高める要請が大きい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保することの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、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であって、その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、前記アンテナコイルの一端側に重畳するように設けられる環状の導電体からなる導電体枠と、を備え、前記アンテナコイルは、前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部の何れかに前記導電体枠が重畳される。

本発明の一態様によれば、導電体枠による磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

このとき、本発明の一態様では、前記導電体枠は、前記電子機器に備わる金属板の内側に開口孔を設けることによって構成されることしてもよい。

このようにすれば、電子機器に備わる金属板を利用して作成した導電体枠による磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記導電体枠は、前記アンテナコイルの前記一方側部の長辺側の導線群のみと重畳することとしてもよい。

このようにすれば、アンテナコイルの導電体枠と重畳しない部分をより多く確保することによって、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記導電体枠は、導電性のワイヤを環状に設けることによって構成されることとしてもよい。

このようにすれば、より簡素な構成の導電体枠による磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記導電体枠は、前記ワイヤが前記アンテナコイルの前記開口部と重畳するように設けられることとしてもよい。

このようにすれば、ワイヤから構成される導電体枠による磁気シールド効果を確実に利用して、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルの前記導電体枠との対向面側には、金属箔が重畳されることとしてもよい。

このようにすれば、導電体枠をワイヤで構成する場合でも、より確実に導電体枠による磁気シールド効果を利用して高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記導電体枠は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体であることとしてもよい。

このようにすれば、電子機器の内部構造物を利用することによって、より高い通信性能を確保できる。

また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルの前記開口部には、磁性体から形成される磁性シートが挿入され、該磁性シートが少なくとも前記一方側部の前記外部機器との対向面側から前記開口部にかけて重畳するように設けられることとしてもよく、特に、前記導電体枠は、前記アンテナコイルの前記外部機器に対向する面と反対側の面に設けられることとしてもよい。

このようにすれば、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

以上説明したように本発明によれば、導電体枠による磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置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。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の概略構成の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の概略構成の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例の概略構成の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、図６（Ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための検証実験結果を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該検証実験結果を示す平面図である。 （Ａ）は、比較例となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。 （Ａ）は、参考例となるアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置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。

本実施形態に係るアンテナ装置１は、電子機器３０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、例えば、図１に示すようなＲＦＩＤ用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

無線通信システム１００は、図１に示すように、電子機器３０に備わるアンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ４０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ４０とは、図１に示す三次元直交座標系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。

リーダライタ４０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４１と、アンテナ４１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４２とを備える。

すなわち、リーダライタ４０は、アンテナ４１と電気的に接続された制御基板４２が配設されている。この制御基板４２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４３が実装されている。この制御回路４３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。

例えば、制御回路４３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（例えば、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４１を駆動する。また、制御回路４３は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ４１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４３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、例えば、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。また、以下では、非接触通信システム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ものとする。

アンテナ装置１は、例えば、リーダライタ４０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３０の筐体内部に組み込まれる。本実施形態では、アンテナ装置は、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信可能となるアンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１を有するアンテナモジュール２と、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０との間で通信を行う通信処理部１３と、金属板３とを備える。

アンテナモジュール２は、電子機器３０の筐体内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信を行う。本実施形態では、図１に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナ基板１１と、通信処理部１３と、接続部１４とを備える。

アンテナ基板１１には、例えば、フレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線１２ａ（図２（Ａ）参照）が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。

アンテナコイル１２は、リーダライタ４０から発信される磁界を受けると、リーダライタ４０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１４を介して受信信号を通信処理部１３に供給する機能を有する。なお、アンテナコイル１２の構成の詳細な説明については、後述する。

通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０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４０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アンテナコイル１２を介して変調された電波をリーダライタ４０に送信する。なお、通信処理部１３は、アンテナコイル１２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。

金属板３は、電子機器３０の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ４０に対向する第１の導電体となる。金属板３は、例えば、携帯電話やスマートフォン、又はタブレット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４０に対向する第１の導電体を構成するものである。当該第１の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットＰＣの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等の内部構造物が相当する。

このような内部構造物である金属板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４０と対向した金属板３の外縁側の磁界が強いという特性を有する。このため、従来では、携帯電話機等の電子機器３０に組み込んだ際に当該電子機器３０の小型化を図りつつ、リーダライタ４０との間で良好な通信特性を確保するために、アンテナモジュール２のアンテナコイル１２を携帯電話機３０の筐体内に設けられた金属筐体等の金属板３の外縁側に設けることが行われていた。

しかしながら、携帯端末装置等の電子機器３０の小型化や多機能化に伴い、筐体内において金属板３の外縁側にアンテナコイル１２を設置するスペースが十分に確保されないために、金属板３の外縁側にアンテナコイル１２を設置できない場合がある。また、電子機器３０の小型化や多機能化に伴い、筐体内に磁気シールド効果を利用するための金属板３の面積を十分に確保したものを設置できない場合がある。すなわち、電子機器３０の小型化や多機能化に伴って、当該電子機器の構成上の制約を受けることによって、金属板３による磁気シールド効果を利用したアンテナの通信特性を十分に高められないことが懸念される。特に、小型化・多機能化が進んでいる携帯端末装置等の電子機器では、その構造上の制約を回避して、アンテナの良好な通信特性を確保できるように、設計自由度を高める要請が大きい。

本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、電子機器に備わる基板等の金属板の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して特性を上げるＮＦＣアンテナモジュールにおいて、その特性を高める目的の金属板に代わって、閉ループ状に形成された環状の導電体枠となるショートリングを用いても、より良好な磁気シールド効果によるアンテナ通信特性を確保できることを見出し、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態のアンテナ装置１は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、その開口部１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接するように巻回して設けられるアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２の外部機器４０（図１参照）に対向する面と反対側の面に設けられる環状の導電体枠５と、を備える。

本実施形態では、アンテナコイル１２は、中央側に有する開口部１２ｂを縦断する中心線Ｌ１を介して導線１２ａが一方向に周回する一方側部１２ａ１と、導線１２ａが他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分される細長い略短冊形状のコイルである。また、アンテナコイル１２は、導線１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。さらに、アンテナコイル１２の開口部１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイル１２の開口部１２ｂに直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート２０が少なくともアンテナコイル１２の一方側部１２ａ１の外部機器との対向面側から開口部１２ｂにかけて重畳するように、当該開口部１２ｂに挿入されるようにして設けられている。

そして、アンテナコイル１２は、一方側部１２ａ１の何れかに導電体枠５が重畳するようにして、当該導電体枠５の端部側に設けられている。すなわち、導電体枠５は、アンテナコイル１２の一端側に重畳するように設けられている。導電体枠５は、銅やアルミニウム等の導電性材質から閉ループ状に形成された環状のショートリングである。本実施形態では、導電体枠５は、電子機器に備わる金属板３（図１参照）の内側に開口孔６を設けることによって構成される。

このように、本実施形態では、電子機器に備わる金属板３を利用して作成した導電体枠５による磁気シールド効果を利用することによって、細長い短冊形状のアンテナコイル１２でも良好な通信性能を確保できる。このため、小型化が進み、かつ、カメラや録音機等の各種機能素子を備えることによって、設置スペース等の構造上の制約を受ける場合でも、当該各種機能素子を設置可能な開口孔６を内側に備えた導電体枠５の何れかの端部側にアンテナコイル１２を重畳させて設けることによって、より高い通信性能を確保できる。

すなわち、金属のシールド効果を発揮させるためのショートリングとなる導電体枠５をアンテナコイル１２と重畳するように配置することによって、等価的に金属板３のエッジ部がアンテナコイル１２と重なる位置に配置される構造が実現できる。このように、導電体枠５による磁気シールド効果を利用することによって、実装制約の少ない高性能のＮＦＣアンテナモジュールを実現できる。

なお、本実施形態では、アンテナ装置１は、磁性シート２０がアンテナコイル１２の開口部１２ｂに挿入されることによって、外部機器からの磁束をアンテナコイル１２の開口部１２ｂに直接誘導し易くして、通信性能を高めているが、磁性シート２０を設けていない場合にも適用可能である。

例えば、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、内側に開口孔１０６を有する導電体枠１０５の何れかの端部側に、開口部１１２ｂに磁性シートが挿入されていないアンテナコイル１１２を重畳させる構成としても、上述した作用・効果を奏する。本実施形態では、導電体枠１０５は、アンテナコイル１１２の一方側部１１２ａ１の長辺側の導線群のみと重畳する構成としている。このような構成とすることによって、アンテナコイル１１２の導電体枠１０５と重畳しない部分をより多く確保できるので、外部機器からの磁束をアンテナコイル１１２の開口部１１２ｂに導入し易くすることによって、より高い通信性能を確保できるようになる。

次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図４（Ａ）は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態のアンテナ装置２０１は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、その開口部２１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線２１２ａが互いに近接するように巻回して設けられるアンテナコイル２１２と、アンテナコイル２１２の外部機器４０（図１参照）に対向する面と反対側の面に設けられる環状の導電体枠２０５と、を備える。

本実施形態では、アンテナコイル２１２は、中央側に有する開口部２１２ｂを縦断する中心線を介して導線２１２ａが一方向に周回する一方側部２１２ａ１と、導線２１２ａが他方向に周回する他方側部２１２ａ２に二分される細長い略短冊形状のコイルである。また、アンテナコイル２１２は、導線２１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。さらに、アンテナコイル２１２の開口部２１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート２２０が少なくともアンテナコイル１２の一方側部２１２ａ１の外部機器との対向面側から開口部２１２ｂにかけて重畳するように、当該開口部２１２ｂに挿入されるようにして設けられている。

そして、アンテナコイル２１２は、一方側部２１２ａ１の何れかに導電体枠２０５が重畳するようにして、当該導電体枠２０５の端部側に設けられている。すなわち、導電体枠２０５は、アンテナコイル２１２の一端側に重畳するように設けられている。本実施形態では、導電体枠２０５は、銅やアルミニウム等の導電性材質からなるワイヤを環状に設けることによって形成されたショートリングである。ワイヤから構成される導電体枠２０５による磁気シールド効果を確実に利用して、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保するために、導電体枠５は、ワイヤがアンテナコイル２１２の開口部２１２ｂと重畳するように設けられることが好ましい。

このように、本実施形態では、より簡素な構成の導電体枠２０５による磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。このため、小型化が進み、かつ、カメラや録音機等の各種機能素子を備えることによって、設置スペース等の構造上の制約を受ける場合でも、これら各種機能素子を設置可能な開口孔２０６を内側に備えるようにワイヤを環状にして形成した導電体枠２０５の何れかの端部側にアンテナコイル２１２を重畳させて設けることによって、より高い通信性能を確保できる。

すなわち、金属のシールド効果を発揮させるためのショートリングとなる導電体枠２０５をワイヤで形成した場合でも、導電体枠２０５をアンテナコイル２１２と重畳するように配置することによって、等価的に金属板３（図１参照）のエッジ部がアンテナコイル２１２と重なる位置に配置される構造が実現できる。このように、ワイヤから形成される導電体枠２０５による磁気シールド効果を利用することによって、さらに実装制約の少ない設計自由度の高い高性能のＮＦＣアンテナモジュールを実現できる。

なお、本実施形態では、導電体枠２０５が外径の細いワイヤで形成されているため、アンテナコイル２１２との重畳がずれることによって、導電体枠２０５による磁気シールド効果を十分に得られないことが懸念される。このため、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、アンテナコイル３１２の導電体枠３０５との対向面側に、銅やアルミニウム等の導電体からなる金属箔３１３が重畳されるように設ける構成としてもよい。

具体的には、図５（Ｂ）に示すように、アンテナコイル３１２が実装されたアンテナ基板３１１と導電体枠３０５との間に金属箔３１３を介在させるようにして設ける。このように、アンテナ基板３１１と導電体枠３０５との間に金属箔３１３を介在させることによって、導電体枠３０５を細いワイヤで構成する場合でも、アンテナコイル３１２との重畳がずれても、金属箔３１３を介して導電体枠３０５との導通が図れるので、より確実に導電体枠３０５による磁気シールド効果を利用して、高い通信性能を確保できるようになる。

また、導電体枠４０５は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、電子機器に備わるメタルカバーやバッテリパックの金属筐体等の金属板４０３からなる第１の導電体と、アンテナコイル４１２とを架橋する第２の導電体に適用してもよい。すなわち、金属板４０３（第１の導電体）に直接開口孔を設けなくても、第１の導電体の端部側にアンテナコイル４１２を重畳させた導電体枠４０５を重畳させることによって、同様にして、導電体枠４０５による磁気シールド効果を利用して、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。このように、電子機器の内部構造物を利用することによって、より高い通信性能を確保できる。

特に、本実施形態では、電子機器３０の内部構造物となる金属板４０３に直接、開口孔を設けずに、金属板４０３とアンテナコイル４１２とを架橋する第２導電体を導電体枠４０５とする構成としている。このため、電子機器３０の内部構造物となる金属板４０３に直接、開口孔を設けないので、これら内部構造物の強度を低下させることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。

なお、前述した本発明の一実施形態及び他の一実施形態では、アンテナコイル１２、２１２、４１２には、それぞれ磁性シート２０、２２０、４２０が設けられているが、当該磁性シート２０、２２０、４２０が設けられていない場合でも、上述した作用・効果を奏する。すなわち、金属のシールド効果を発揮させるためのショートリングとなる導電体枠５、２０５、４０５をアンテナコイル１２、２１２、４１２と重畳するように配置する構成となっていれば、同様にして、導電体枠５、２０５、４０５による磁気シールド効果を利用した実装制約が少なく、かつ、高い通信性能を確保した高性能なＮＦＣアンテナモジュールを実現できる。

次に、本発明の各実施形態に係るアンテナ装置の検討評価の実施例について、図面を使用しながら説明する。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置における作用・効果を以下の実施例、参考例、及び比較例を用いて検証した。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。

図７（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための検証実験結果を示す斜視図であり、図７（Ｂ）は、当該検証実験結果を示す平面図である。図８（Ａ）は、比較例となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。図９（Ａ）は、参考例となるアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。図１０（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）は、当該評価方法を示す平面図である。図１１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

まず、図７（Ａ）に示すように、対向する外部機器（リーダライタ）４０のアンテナ４１の磁界により、金属板５０５に誘起される電流を観察した。具体的には、直径７０ｍｍの２ターン円形コイルに１３．５６ＭＨｚ、 ０．６Ｗの電力を印加して、４０ｍｍの距離にある４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．０５ｍｍのアルミ箔上の表面電流密度を電磁界シミュレーションで評価した。その結果、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、金属板５０５となるアルミ箔上の電流は、外周部に集中して、金属板５０５の中央部には、電流が流れていないことが分かった。

次に、この検証実験結果に基づいて、本発明の一実施形態のアンテナ装置に適用した導電体枠であるショートリングの効果について、金属板の場合と比較して評価した。

具体的には、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、アンテナコイル５１２に重畳させる金属板もショートリングもない従来例と、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、金属板６０３の端部側にアンテナコイル６１２を重畳させた参考例と、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、導電体枠５の端部側にアンテナコイル１２を重畳させた本発明の一実施形態のアンテナ装置１に対応する実施例について、それぞれリーダライタとの通信特性の指標となる結合係数の変動を評価した。

これらの評価試験では、それぞれのアンテナコイル５１２、６１２、１２に対して、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）に示すように、リーダライタ４０をＸ軸方向に移動させて、その際におけるリーダライタとの結合係数の変動を評価した。なお、本評価試験における実施例、参考例、及び比較例のＮＦＣアンテナは、３０ｍｍ×１０ｍｍの４巻のアンテナコイルを使用し、当該ＮＦＣアンテナとリーダライタ４０との結合係数を２０ｍｍの距離で評価した。

これらの評価試験における評価結果を図１１に示す。図１１に示すように、従来例に対して、実施例及び参考例とも大幅に結合係数ｋが増加したことが分かった。また、実施例と参考例では、図１１に示すように、結合係数ｋのピークに多少のずれがあるものの、結合係数ｋの値の大きさには、大差がないことから、磁気シールド効果に基づく改善効果に差がないことが分かった。このことから、内側に開口孔を有する導電体枠でも、金属板と同様に磁気シールド効果による通信性能の改善が見られることから、より良好な通信性能を確保できることが分かった。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３、４０３、６０３ 金属板（第１の導電体）、５、１０５、２０５、３０５、４０５ 導電体枠（ショートリング）、６、１０６、２０６、３０６、４０６ 開口孔、１１、１１１、２１１、３１１、４１１ アンテナ基板、１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ アンテナコイル、１２ａ、１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ、４１２ａ 導線、１２ａ１、１１２ａ１、２１２ａ１、３１２ａ１、４１２ａ１ 一方側部、１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２、３１２ａ２、４１２ａ２ 他方側部、１２ｂ、１１２ｂ、２１２ｂ、３１２ｂ、４１２ｂ 開口部、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０、２２０、４２０、 磁性シート、３０ 電子機器、４０ リーダライタ（外部機器）、４１ アンテナ、４２ 制御基板、４３ 制御回路、Ｌ１ 中心線

Claims (9)

1. 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、
   その開口部を介して幅方向に対向する導線が互いに近接するように巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルの一端側に重畳するように設けられる環状の導電体からなる導電体枠と、を備え、
   前記アンテナコイルは、前記開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部の何れかに前記導電体枠が重畳されるアンテナ装置。
2. 前記導電体枠は、前記電子機器に備わる金属板の内側に開口孔を設けることによって構成される請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記導電体枠は、前記アンテナコイルの前記一方側部の長辺側の導線群のみと重畳する請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記導電体枠は、導電性のワイヤを環状に設けることによって構成される請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記導電体枠は、前記ワイヤが前記アンテナコイルの開口部と重畳するように設けられる請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナコイルの前記導電体枠との対向面側には、金属箔が重畳される請求項４に記載のアンテナ装置。
7. 前記導電体枠は、前記電子機器に備わる金属板からなる第１の導電体と前記アンテナコイルとを架橋する第２の導電体である請求項１乃至６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナコイルの前記開口部には、磁性体から形成される磁性シートが挿入され、該磁性シートが少なくとも前記一方側部の前記外部機器との対向面側から前記開口部にかけて重畳するように設けられる請求項１乃至７の何れか１項に記載のアンテナ装置。
9. 前記導電体枠は、前記アンテナコイルの前記外部機器に対向する面と反対側の面に設けられる請求項８に記載のアンテナ装置。