WO2007013338A1

WO2007013338A1 - アンテナユニット及び携帯通信機器

Info

Publication number: WO2007013338A1
Application number: PCT/JP2006/314295
Authority: WO
Inventors: Hajime Shimada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2008-01-29

Abstract

　非接触通信用アンテナのサイズを小型化することができ、かつ非接触通信の通信距離特性の向上を図ることができる、非接触通信システム対応のアンテナユニットを提供する。　非接触通信用のアンテナであるアンテナパターン２１を設けた基板２に、非接触通信に使用する周波数帯域での比透磁率が異なる２種類の磁性体２２、２３を積層したアンテナユニット１であって、２種類の磁性体２２、２３を基板２の非接触通信を行う面２Ａとは反対の面２Ｂに積層配置した。

Description

明細書

アンテナユニット及び携帯通信機器

技術分野

[0001] 本発明は、非接触通信を行うアンテナユニット及びこれを搭載した携帯通信機器に関する。

背景技術

[0002] 近時我々は、個人情報、例えば電話帳などのデータが記憶された電子データを携帯電話機へ複写したり、病院や薬局などでの電子カルテの読取 ·書込や住民票 ·戸籍などの電子化された住民台帳データの閲覧'請求などを行ったり、個人の趣味のデータ (音楽や画像などの各種データ)を自己の携帯電話機などへ転送 ·複写 ·記憶させたり、自動販売機などのプリペイド用として金額データを所望の電子機器へ読取つて入力したり、或いは遊園地 ·駅などでの改札通過用のパスなどとして携帯電話を使用することができる、換言すれば、通信相手を接触あるいは密着する程度まで近接させて、具体的には電界或!ヽは磁界の作用する凡そ 1 Ocm以下程度の近接領域において、電界或いは磁界を利用して通信を行う通信システム（以下、これを「近接非接触通信システム」とよぶ）の開発要求が高まってきている。

[0003] このため、近接非接触通信を行うときの相手側となる外部の近接非接触通信機器（以下、「外部近接非接触通信機器」と略す)との間で近接非接触通信を行うことのできる携帯通信機器の開発が各種検討されている。

[0004] このような近接非接触通信システムに対応した携帯通信機器の 1つとして、近接非接触通信機能を付加した携帯電話機の開発が各種検討されている。

[0005] 例えば図 11に示すように、この近接非接触通信機能を有する携帯電話機 100には、メイン筐体 101を備えた形状 (勿論、折り畳み式でも構わない)であって、メイン筐体 101内部に図示外の基地局との送受信を行う携帯電話用アンテナ 102と、外部近接非接触通信機器 300との間で近接非接触通信を行う近接非接触通信用アンテナュニット 200などを備えたものが各種提案されている。一方、この携帯電話機 100との間で近接非接触通信を行う通信相手となる前述した外部近接非接触通信機器 300 には、近接非接触通信を行うためのアンテナ 301を備えて!/ヽる。

[0006] また近接非接触通信では、通常、磁界を利用して通信を行っており、近接非接触通信用のアンテナとしては一般的にループアンテナを使用している。しかしながら、ループアンテナは、導電性物質の影響を受け易ぐループアンテナの近傍に金属板等が存在すると、近接非接触通信の際に通信距離特性が劣化することが知られている。

[0007] そこで、この近接する金属板等の影響を軽減するため、近接非接触通信に対応した携帯通信機器の近接非接触通信用アンテナユニットの 1つとして、例えば図 12〖こ示すような携帯通信機器用の近接非接触通信用アンテナユニット 400の開発が検討されている。即ち、このアンテナユニット 400には、例えば、ループアンテナ 402を表面に実装した基板 401において、その基板 401の背面に磁性体 403を配置する技術力例えば特許文献 1から特許文献 3等に記載されている。この技術によれば、金属板等による磁界の反射を抑えるので、金属板等に起因する悪影響を軽減することができる。

特許文献 1：特開平 7— 46164号公報

特許文献 2：特開 2002— 319008号公報

特許文献 3：特開 2001— 319192号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] ところで、ループアンテナの背面に配置する磁性体としては、ループアンテナに磁束を集めやすヽ、換言すれば比透磁率のインダクタンス成分（ μ a)が高ヽものを使用している。し力しながら、一般的に、この磁性体は、比透磁率のインダクタンス成分 ( μ a)を高くすると比透磁率の磁気損失成分 b)も高くなるという特性がある。このため、ループアンテナの背面に配置する磁性体において、比透磁率のインダクタンス成分（ a)を高くしすぎると、比透磁率の磁気損失成分（ b)も高くなる。その結果、磁性体とループアンテナが結合してループアンテナの Qが劣化し、ループアンテナの利得を劣化させてしまう。

[0009] 従って、ループアンテナの背面に配置する磁性体は、トレードオフの関係にある比透磁率のインダクタンス成分（ μ a)と比透磁率の磁気損失成分（ μ b)とのバランスをとりながら、ループアンテナの利得を劣化させな、程度で比透磁率のインダクタンス成分 a)が高、ものを選択せざるを得な!/、。このため、本来の自由空間上におけるループアンテナの利得より劣化した状態で使用することになる。

[0010] このような事情から、近接非接触通信用アンテナユニットでは、規定の近接非接触通信の通信距離を確保するため、近接非接触通信用アンテナの開口面積を増やすようにすると、近接非接触通信用アンテナのサイズも大きくなつてしまう。このため、近接非接触通信対応携帯通信機器のサイズも大きくなり、デザイン性が損なわれてしまうという問題も発生している。

[0011] 本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、非接触通信用アンテナを小型化することができ、かつ非接触通信の通信距離特性の向上も図ることができるアンテナユニット及びこのアンテナユニットを搭載した携帯通信機器を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明の携帯通信機器は、非接触通信用のアンテナを設けた基板に、前記非接触通信に使用する周波数帯域での比透磁率が異なる 2種類の磁性体を使用したものである。この構成により、外部近接非接触通信機器と近接非接触通信を行うために携帯通信機器などに搭載した近接非接触通信用のアンテナユニットにおいて、携帯通信機器内部などの近接非接触通信用のアンテナ近傍に存在する金属、例えば携帯通信機器用の電子部品等による影響を軽減することができる。その結果、近接非接触通信の通信距離特性の劣化を軽減することができるとともに、近接非接触通信用のアンテナの小型化を図ることができる。

[0013] また、前記 2種類の磁性体は、前記基板の、非接触通信を行う面とは反対の面に配置したものである。

[0014] また、前記磁性体のうち、比透磁率が小さ!/、方の磁性体は、前記基板の非接触通信を行う面とは反対の面に配置するとともに、前記 2種類の磁性体のうち、透磁率が大き、方の磁性体は、前記基板の前記非接触通信を行う面に配置したものである。

[0015] また、前記 2種類の磁性体のうち、比透磁率力 S小さい方の磁性体は、金属系磁性体で構成し、前記基板の前記アンテナを設けた一面とは反対の面で、前記アンテナの設置部分と位置的に重なり合う部分に設けたものである。

[0016] また、本発明の携帯通信機器は、上記に記載のアンテナユニットを有するものである。

発明の効果

[0017] 本発明によれば、非接触通信用のアンテナを設けた基板に、非接触通信に使用する周波数帯域での比透磁率が異なる 2種類の磁性体を積層することにより、所望の通信距離を確保できるのと同時に非接触通信用アンテナの小型化を図ることができる近接非接触通信用のアンテナユニットを提供できる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施形態に係るアンテナユニットの側断面図

[図 2]そのアンテナユニットの概略平面図

[図 3]そのアンテナユニットを設けた携帯通信機器及びこれと通信する外部近接非接触通信機器との相対位置関係を示す説明図

[図 4]そのアンテナユニットの変形例を示す側断面図

[図 5]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 6]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 7]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 8]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 9]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 10]そのアンテナユニットの他の変形例を示す側断面図

[図 11]従来のアンテナユニットを設けた携帯通信機器及びこれと通信する外部近接非接触通信機器との相対位置関係を示す説明図

[図 12]従来のアンテナユニットを示す側断面図

符号の説明

[0019] 1 1A〜： LG アンテナユニット

10 携帯通信機器

11 メイン筐体 12 携帯電話用アンテナ

2 アンテナ基板 (基板）

2A 表面

2B 裏面

21 アンテナパターン（アンテナ）

22 磁性体 (比透磁率が小さい）

23 磁性体 (比透磁率が大きい）

300 外部近接非接触通信機器

T 近接非接触通信用アンテナパターンと磁性体との距離

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図 1は本発明の実施形態に係る近接非接触通信用のアンテナユニット 1を示すものであり、このアンテナユニット 1には、基板 (以下、「アンテナ基板」とよぶ） 2を備えており、この一面（以下、表面とよぶ） 2Aには近接非接触通信用のアンテナを構成するァンテナパターン 21を設けているとともに、このアンテナ基板 2の表面とは反対面（以下、裏面とよぶ） 2Bに 2種類の磁性体、つまり磁性体 22と磁性体 23とを設けている。

[0021] このうち、アンテナパターン 21は、前述したように、近接非接触通信用のアンテナとして機能するものであり、本実施形態では、図 2に示すように、一般的に使用されるループアンテナのパターンで構成している。また、ここでは、アンテナパターン 21を 3ターンとして記載している力このターン数に限るものではなぐ 3ターン以上でも 3ターン以下でも構わないものとする。また、図 2ではアンテナパターン 21をアンテナ基板 2 の 1面で構成している力アンテナ基板 2として複数の層からなる基板を使用する場合は、複数の層に亙っていても構わない。なお、図 2では、アンテナ基板 2のアンテナパターン 11の設置面とは反対面にある磁性体 23を透力した状態で示している。

[0022] 一方、磁性体 22は、アンテナ基板 2の裏面 2Bにおいて、アンテナパターン 21とは正反対の位置、つまりアンテナパターン 21と位置的に重なり合う部分に設置されている。一方、磁性体 23は、アンテナ基板 2の裏面 2Bにおいて、アンテナパターン 21と位置的に重なり合わな、部分に設置されて!、る。

[0023] ここで、磁性体 22と磁性体 23は、以下のような関係を有している。

μ a ^ μ a · · · l)

1 2

但し、 μ Ά；磁性体 22の比透磁率のインダクタンス成分

1

；磁性体 23の比透磁率のインダクタンス成分

2

また、上記の（1)式より、一般的には以下の関係が成り立つ。

b < ;z b · · · (2)

1 2

但し、 /z b；磁性体 22の比透磁率の磁気損失成分

1

b；磁性体 23の比透磁率の磁気損失成分

2

しカゝしながら、比透磁率の磁気損失成分の関係は、この磁性体 22と磁性体 23の比透磁率のインダクタンス成分の関係と比べ、絶対条件ではないため、ここでは特定しないものとする。

[0024] これにより、アンテナパターン 21と重なり合う（磁性体 22に相当する）部分では、ァンテナパターン 21との結合を抑えることができる程度の比透磁率の磁気損失成分（ / b )に設定し (一般的には 5以下）、かつ前述の条件（1)の中で比透磁率のインダクタンス成分 a )が最大となるように、磁性体 22を構成している。

一方、アンテナパターン 21と位置的に重なり合わな、 (磁性体 23に相当する）部分では、図 1、図 2で示す間隔の寸法 Tが lmm以上を確保していれば、アンテナパターン 21との結合は大きく軽減されるため、比透磁率の磁気損失成分 b )を気にする

2

ことなぐ比透磁率のインダクタンス成分 a )が大きい磁性体 23とすることで、近接

2

非接触通信時の磁界の反射を減らし磁束を大きく集めることができる。

[0025] また、磁性体 22および磁性体 23は、近接非接触通信用のアンテナユニット 1の一部として、図 3に示す携帯通信機器 10のメイン筐体 11内に配置したときに、メイン筐体 11内にある携帯通信機器 10の部品（以下、「携帯通信機器部品」とよぶ)が近接非接触通信アンテナの特性に及ぼす影響 (磁界の反射や渦電流発生等を指す)を軽減することができ、近接非接触通信時の通信距離特性を安定させることができる。また、磁性体 22は、携帯通信機器部品の影響を軽減するため、一般的には、金属系磁性体を使用する。ここで、実際に aが 70と 35の 2種の磁性体にて取得したデータは、以下の表 1のようになる

[0026] [表 1]

[0027] なお、近接非接触通信距離の差は、図 12の構成で/ z aが 35の磁性体 403を使用した時を基準としており、アンテナ 2は全て同一のものを使用している。また、本発明の実施形態は、上記表 1の（3)の態様であり、従来の実施で一般的に使用されている例は、（1)の態様である。上記結果より、本発明の効果が分かる。

[0028] また、図 1のアンテナユニット 1では、アンテナ基板 2において、磁性体 22および磁性体 23を、近接非接触通信を行う表面 2Aとは反対の裏面 2Bに配置している力特にこれに限定されるものではな!/、。

[0029] 例えば、図 4に示すように、アンテナユニット 1Aとして、アンテナパターン 21とは正反対の重なり合う位置に配置する磁性体 22は、アンテナ基板 2に対して図 1に示す構成と同様に近接非接触通信面とは反対の裏面（図 4で下方向）に配置するが、アンテナパターン 21よりも内側に配置する磁性体 23は、近接非接触通信面側、つまりァンテナ基板 2の表側に配置しても構わな、。

[0030] また、図 5に示すように、アンテナユニット 1Bとして、アンテナ基板 2に対して、アンテナパターン 21の下面に配置する磁性体 22を近接非接触通信面である表面 2Aとは反対に裏面 2B (図 5では下面）に配置するとともに、アンテナパターン 21よりも内側に配置する磁性体 23を表面 2A (近接非接触通信面）に配置し、さらに磁性体 22 をアンテナパターン 21の下だけではなく、アンテナパターン 21よりも内側まで、つまり図 1のアンテナユニット 1にお!/、て、磁性体 23の設置部分に対応する領域まで配置した構成のものであっても構わな、。

[0031] また、図 6に示すように、アンテナユニット 1Cとして、アンテナ基板 2において、この裏面側のアンテナパターン 21と正反対の位置的に重なり合う部分に磁性体 22を配置する一方、アンテナパターン 21との間の寸法 Tが lmm以上確保されていれば、ァンテナパターン 21よりも内側およびアンテナパターン 21よりも外側の部分に、磁性体 23を配置しても構わない。

[0032] さらに、このアンテナユニットは、図 7乃至図 10に示すような構成でも構わない。

即ち、例えば図 7に示すアンテナユニット 1Dのように、図 4に示すアンテナユニット 1 Aと同様の構成のものにおいて、アンテナパターン 21との間の寸法 Tが lmm以上確保されていれば、アンテナ基板 2の表面のアンテナパターン 21よりも外側部分に磁性体 23を配置しても構わな、。

また、図 8に示すアンテナユニット 1Eのように、図 4に示すアンテナユニット 1Aと同様の構成のものにぉ、て、アンテナパターン 21との間の寸法 Tが lmm以上確保されていれば、アンテナ基板 2の裏面の、アンテナパターン 21よりも外側に相当する部分にも磁性体 23を配置しても構わな、。

また、図 9に示すアンテナユニット 1Fのように、図 5に示すアンテナユニット 1Bと同様の構成のものにぉ、て、アンテナパターン 21との間の寸法 Tが lmm以上確保されていれば、アンテナ基板 2の表面の、アンテナパターン 21よりも外側部分にも磁性体 23を配置しても構わない。

また、図 10に示すアンテナユニット 1Eのように、図 5に示すアンテナユニット 1Bと同様の構成のものにぉ、て、アンテナパターン 21との間の寸法 Tが lmm以上確保されていれば、アンテナ基板 2の裏面の、アンテナパターン 21よりも外側に相当する部分にも磁性体 23を配置しても構わな、。

[0033] このように、上記のような構成の本実施形態によれば、近接非接触通信用アンテナユニットを構成する磁性体を、比透磁率の異なる 2種類の磁性体 22、 23で構成することで、近接非接触通信用アンテナユニット 1のアンテナ利得が向上し、近接非接触通信用アンテナユニット 1を小型化できるとともに、携帯通信機器 10を小型化できるという利点を有する。

[0034] 次に、本発明の実施形態に係る近接非接触通信機能を有する携帯通信機器 10および外部近接非接触通信機器 300について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の携帯通信機器 10は、通常の携帯電話機としての携帯電話機能と、携帯通信機器としての近接非接触通信機能との 2つの通信機能を有するものであり、図 3に示すように、筐体部分が、図示外の操作キーや LCDなどを備えたメイン筐体 11 (本実施形態ではストレート状の構造を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなぐ勿論、折り畳み形状でも構わない)からなる構造となっており、このメイン筐体 11には、携帯電話用アンテナ 12を備えている。この携帯電話用アンテナ 12 は、通常の携帯電話用のアンテナであって、この携帯電話用のアンテナ 12により、図示外の基地局との間で通話もしくはデータ通信を行うようになっている。また、メイン筐体 11には、先の実施形態の近接非接触通信用のアンテナユニット 1も備えている

[0035] この近接非接触通信用のアンテナユニット 1は、メイン筐体 11内部において、できるだけ近接非接触通信面寄り（本実施形態では同図において上面寄り）に配置されており、外部近接非接触通信機器 300の近接非接触通信用アンテナ 301との間で近接非接触通信を行う。

[0036] 一方、外部近接非接触通信機器 300は、「背景技術」において図 11で示したものと同じ構成のものであって、近接非接触通信機能を有する本実施形態の携帯通信機器 10との間で近接非接触通信を行うため、外部近接非接触通信機器 300の内部には、携帯通信機器 10に対向する面 (図 2では下面に相当する部分)寄りに近接非接触通信用アンテナ 301を設置して!/ヽる。

[0037] なお、ここで、「近接非接触通信」とは、「背景技術」でも述べたように、電界或いは磁界を利用して通信するものであり、周知のように、磁力および電気力は、クーロンの法則に従う力の一種であって、距離の 2乗に反比例する（逆 2乗則に従う）といった特徴を有するので、ショートレンジで急激にその力が減少する。このため、本発明での「近接非接触通信」とは、電界或いは磁界の作用する専ら 10cm以下程度の近接領域において成立する通信のことを指すものとする。

[0038] なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなぐその要旨を逸脱しな、範囲にぉ、て種々の形態で実施し得るものである。

[0039] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

[0040] 本出願は、 2005年 7月 29日出願の日本特許出願 (特願 2005— 221537)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明のアンテナユニットは、基板のアンテナ設置面とは反対側の面においてそのアンテナと重なり合う部分、つまりアンテナとは正反対の位置と、基板のアンテナとは重なり合わない部分とに、近接非接触通信に使用する周波数帯域で比透磁率のインダクタンス成分 a)が異なる 2種類の磁性体を配置することにより、所望の通信距離の確保と同時に小型化が実現でき、その結果、近接非接触通信用アンテナが小型化できるようになり、近接非接触通信システムに対応した携帯通信機器等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 非接触通信用のアンテナを設けた基板に、前記非接触通信に使用する周波数帯域での比透磁率が異なる 2種類の磁性体を使用したアンテナユニット。

[2] 前記 2種類の磁性体は、前記基板の非接触通信を行う面とは反対の面に配置した請求項 1記載のアンテナユニット。

[3] 前記 2種類の磁性体のうち、比透磁率力小さい方の磁性体は、前記基板の非接触通信を行う面とは反対の面に配置するとともに、

前記 2種類の磁性体のうち、比透磁率が大きい方の磁性体は、前記基板の前記非接触通信を行う面に配置した請求項 1記載のアンテナユニット。

[4] 前記 2種類の磁性体のうち、比透磁率力 S小さい方の磁性体は、金属系磁性体で構成し、前記基板の前記アンテナを設けた一面とは反対の面で、前記アンテナの設置部分と位置的に重なり合う部分に設けた請求項 1から 3のいずれ力 1項に記載のアンテナユニット。

[5] 請求項 1から 4の何れか 1項に記載のアンテナユニットを有する携帯通信機器。