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WO2013051684A1 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

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WO2013051684A1
WO2013051684A1 PCT/JP2012/075907 JP2012075907W WO2013051684A1 WO 2013051684 A1 WO2013051684 A1 WO 2013051684A1 JP 2012075907 W JP2012075907 W JP 2012075907W WO 2013051684 A1 WO2013051684 A1 WO 2013051684A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
metal member
opening
coil
magnetic core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/075907
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伊藤宏充
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to CN201280044961.1A priority Critical patent/CN103797642B/zh
Priority to JP2013537566A priority patent/JP5641152B2/ja
Publication of WO2013051684A1 publication Critical patent/WO2013051684A1/ja
Priority to US14/207,335 priority patent/US9577334B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07771—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card the record carrier comprising means for minimising adverse effects on the data communication capability of the record carrier, e.g. minimising Eddy currents induced in a proximate metal or otherwise electromagnetically interfering object
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2216—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in interrogator/reader equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises

Definitions

  • the present invention relates to an RFID device that communicates with a counterpart device via an electromagnetic field signal, an antenna device used in a short-range wireless communication system, and an electronic device including the antenna device.
  • Patent Document 1 discloses an antenna device in which an antenna coil is disposed on the back surface of a metal member and a conductor opening is provided in the metal member.
  • FIG. 24A is a rear view of an electronic device including the antenna device of Patent Document 1.
  • FIG. The rear surface of the electronic device is a surface facing a reader / writer side antenna which is a communication partner side.
  • FIG. 24B is a plan view of the inside of the lower housing on the back side.
  • a conductor layer 22 is formed on the outer surface of the lower housing 1.
  • the conductor layer 22 is a metal vapor deposition film such as aluminum.
  • An opening CA is formed in the conductor layer 22, and a slit SL connecting the opening CA and the outer edge is further formed.
  • the antenna coil module 3 is disposed on the inner surface of the lower housing 1 so as to partially overlap the opening CA.
  • Patent Document 2 discloses an antenna coil arranged at the end of a communication terminal so that communication is possible from either the front or back of the communication terminal.
  • the structure of the antenna device shown in Patent Document 2 has a problem that the degree of freedom in design for arranging the coil in the electronic device is low.
  • an object of the present invention is a structure in which an antenna coil is arranged on the back surface of a metal member, and the opening necessary for the metal member is reduced, and stable communication can be performed with a communication partner on the opposite side via the metal member. It is an object of the present invention to provide an antenna device and an electronic apparatus including the antenna device.
  • the antenna device of the present invention is In an antenna device including an antenna coil, a magnetic core, and a metal member,
  • the antenna coil is wound in a loop shape or a spiral shape along the magnetic core with a winding center as a coil opening,
  • the magnetic core is inserted through the coil opening,
  • the metal member has an opening, A part or all of a portion of the antenna coil that is closer to the metal member than the magnetic core is exposed from the opening of the metal member.
  • An electronic apparatus of the present invention includes the antenna device and includes the metal member as a part of a housing.
  • the opening formed in the metal member can be smaller and the communication partner And stable communication.
  • FIG. 1A is a plan view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A
  • 2A is a plan view of the flexible base material 33 and the magnetic core 39 on which the antenna coil 31 is formed
  • FIG. 2B is a plan view of a state in which the magnetic core 39 is combined with the flexible base material 33.
  • FIGS. 3A and 3B are models of two antenna devices that are comparison targets with respect to the antenna device 101 of the first embodiment
  • FIG. 3C is a model for obtaining the characteristics of the antenna device 101 of the first embodiment by simulation.
  • FIG. 4 is a diagram showing the coupling coefficient of each antenna device shown in FIGS. 3 (A), 3 (B), and 3 (C).
  • FIG. 5A is a plan view of the antenna device 102 according to the second embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 5A
  • FIG. 6 is a model for obtaining the characteristics of the antenna device 102 of the second embodiment by simulation.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in the coupling coefficient when the distance L to the outer edge of the surface side coil conductor 31A is changed in the model shown in FIG.
  • FIG. 8A is a plan view of the antenna device 103X according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a plan view of another antenna device 103Y according to the third embodiment
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a model of an antenna device as a comparative example with respect to the antenna device of the third embodiment, and FIGS. 10B and 10C simulate the characteristics of the antenna device of the third embodiment. It is a model for obtaining with.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating coupling coefficients of the models illustrated in FIGS. 10A, 10B, and 10C.
  • FIG. 12A is a plan view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.
  • FIG. 13A is a model of an antenna device as a comparative example with respect to the antenna device of the fourth embodiment.
  • FIG. 13B and 13C show the characteristics of the antenna device of the fourth embodiment. This is a model for obtaining by simulation.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating coupling coefficients of the models illustrated in FIGS. 13A, 13B, and 13C.
  • FIG. 15A is a plan view of the antenna device 105 according to the fifth embodiment, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 15A.
  • FIG. 16A is a plan view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along a line XX in FIG.
  • FIG. 17 is a plan view of the antenna device 107 of the seventh embodiment.
  • FIG. 18 is a plan view of an antenna device 108A of the eighth embodiment.
  • FIG. 19 is a plan view of another antenna device 108B of the eighth embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of the antenna device portion provided in the electronic apparatus of the ninth embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of an antenna device portion provided in another electronic apparatus of the ninth embodiment.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of an antenna device portion provided in the electronic apparatus of the tenth embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of an antenna device portion provided in the electronic apparatus of the eleventh embodiment.
  • FIG. 24A is a rear view of an electronic device including the antenna device of Patent Document 1.
  • FIG. 24B is a plan view of the inside of the lower housing on the back side of the electronic device.
  • FIGS. 1A is a plan view of the antenna device 101 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1A.
  • FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) show only the structure of the main part.
  • FIG. 2A is a plan view of the flexible base material 33 and the magnetic core 39 on which the antenna coil 31 is formed.
  • FIG. 2B is a plan view of the flexible base material 33 combined with the magnetic core 39. is there.
  • the antenna device 101 includes an antenna coil 31, a magnetic core 39, and a metal member 2.
  • the antenna coil 31 is formed on the flexible base material 33.
  • the antenna coil 31 is wound in a loop shape or a spiral shape along the magnetic core 39 with the winding center portion as a coil opening portion, and both ends are taken out as connection portions 32.
  • the flexible base material 33 has a slit-shaped opening 34 formed in the coil opening.
  • the magnetic core 39 is inserted through the slit-shaped opening 34.
  • the metal member 2 has a rectangular opening CA, and the antenna coil 31 is exposed from the opening CA of the metal member 2.
  • the antenna coil 31 is disposed close to the opening CA of the metal member 2 so that the entire main part of the antenna coil 31 can be seen from the opening CA.
  • the outer shape of the magnetic core 39 is along the inner periphery of the opening CA of the metal member 2.
  • the flexible substrate 33 is, for example, a polyimide film, and the antenna coil 31 is, for example, a copper foil patterned.
  • the magnetic core 39 is, for example, ferrite formed into a sheet shape.
  • the metal member 2 is, for example, an aluminum plate, and is a part of a housing of an electronic device, a heat dissipation frame, or the like.
  • the antenna coil 31 includes a front-side coil conductor 31A that is closer to the opening CA of the metal member 2 than the magnetic core 39, and a back-side coil conductor 31B that is located on the opposite side of the opening CA of the metal member 2 with respect to the magnetic core 39. It has.
  • the front-side coil conductor 31A and the back-side coil conductor 31B are wound so as not to overlap each other in plan view.
  • broken arrows ⁇ a and ⁇ i represent magnetic fluxes emitted from the antenna of the reader / writer that is the communication partner. Since the surface side coil conductor 31A is on the opening CA side from the magnetic core 39, the magnetic flux ⁇ a is linked to the surface side coil conductor 31A. On the other hand, since the back side coil conductor 31B is on the back side of the magnetic core 39, the magnetic flux ⁇ i is not linked to the back side coil conductor 31B. Therefore, the antenna coil 31 is magnetically coupled to the antenna of the reader / writer that is the communication partner without being canceled by the coupling of both the magnetic fluxes ⁇ a and ⁇ i.
  • connection portion 32 of the antenna coil 31 is electrically connected by, for example, a method of contacting a connection pin protruding from a circuit board in the electronic device.
  • the resonance frequency is determined by the inductance determined by the antenna coil 31 and the magnetic core 39 and the capacitance of the capacitor. For example, when the HF band having a center frequency of 13.56 MHz is used, the resonance frequency is set to 13.56 MHz. However, the resonance frequency in a state where the antenna coil 31 and the magnetic core 39 are not close to the metal member 2 is set in advance lower than the center frequency of the use frequency band. When the antenna coil 31 is brought close to the metal member 2, the inductance value of the antenna coil 31 becomes small, so that the resonance frequency of the antenna device 101 increases. Therefore, the antenna device 101 may be designed so that the resonance frequency of the antenna device 101 substantially matches the center frequency of the use frequency band in a state where the antenna device 101 is incorporated in the electronic device.
  • FIG. 3C is a model for obtaining the characteristics of the antenna device 101 of the first embodiment by simulation.
  • the dimensional ratio of each part is different from the example shown in FIGS.
  • FIGS. 3A and 3B are models of two antenna devices to be compared.
  • FIG. 3B shows a case where a magnetic core is disposed on the back surface of a flexible base material on which a planar and spiral antenna coil is formed.
  • FIG. 3A shows an antenna coil and a magnetic core of the type shown in FIG. 3B, and the metal member 2 has no opening CA.
  • FIG. 4 is a diagram showing the coupling coefficient of each antenna device shown in FIGS. 3 (A), 3 (B), and 3 (C).
  • A is the coupling coefficient of the antenna apparatus shown in FIG. 3A
  • B is the coupling coefficient of the antenna apparatus shown in FIG. 3B
  • C is FIG. 3C.
  • the antenna device of the communication partner is composed of an antenna coil having a diameter of 70 mm, a coil winding number of 4 turns, a coil line width of 1.5 mm, and a line interval of 0.3 mm, 2.5 mm away from the metal member 2 in the vertical direction, and The maximum value of the coupling coefficient from the position where the metal member 2 and the antenna coil of the communication partner antenna device were made parallel was obtained.
  • the antenna coil can be formed even if the opening CA is formed in the metal member 2. Since the magnetic flux is linked at each of the parts, the coupling is canceled. That is, since the magnetic fluxes corresponding to the magnetic fluxes ⁇ a and ⁇ i in FIG. 1B are linked to the antenna coil, the coupling is canceled. Therefore, a high coupling coefficient cannot be obtained as shown by “B” in FIG. On the other hand, according to the antenna device according to the first embodiment of the present invention, as shown by “C” in FIG. 4, the coupling coefficient is higher than that of the antenna device to be compared shown in FIG. can get.
  • FIG. 5A is a plan view of the antenna device 102 according to the second embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 5A.
  • FIGS. 5A and 5B show only the configuration of the main part.
  • the antenna device 102 includes an antenna coil 31, a magnetic core 39, and a metal member 2.
  • the antenna coil 31 is formed on the flexible base material 33.
  • the antenna coil 31 is wound in a loop shape or a spiral shape with the winding center as a coil opening.
  • the configurations of the antenna coil 31, the magnetic core 39, and the metal member 2 are the same as those shown in the first embodiment. The difference is the position of the antenna coil 31 and the magnetic core 39 with respect to the opening CA of the metal member 2.
  • the entire antenna coil 31 and the magnetic core 39 are displaced (moved) in the direction in which the surface side coil conductor 31A of the antenna coil 31 approaches the center of the opening CA. That is, the distance L from the edge of the opening CA of the metal member 2 to the outer edge of the surface side coil conductor 31A has a certain large value.
  • the back side coil conductor 31B of the antenna coil 31 protrudes from the opening CA in plan view. That is, the back side coil conductor 31 ⁇ / b> B is hidden by the metal member 2 in plan view.
  • FIG. 6 is a model for obtaining the characteristics of the antenna device 102 of the second embodiment by simulation. However, the dimensional ratio of each part is different from the example shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in the coupling coefficient when the distance L to the outer edge of the surface side coil conductor 31A is changed in the model shown in FIG.
  • the conditions for obtaining the coupling coefficient are the same as in the first embodiment.
  • the relationship between A to I and the distance L is as follows.
  • L 0mm
  • L 1mm
  • L 2mm
  • L 3mm
  • L 4mm
  • L 5mm
  • G: L 6mm
  • H: L 7mm
  • L 8mm
  • the coupling coefficient increases as the surface side coil conductor 31 ⁇ / b> A approaches the center of the opening CA of the metal member 2.
  • the coupling coefficient tends to decrease. This is because as the surface-side coil conductor 31 is further away from the metal member 2, the magnetic flux ⁇ a collides with the metal member 2, thereby reducing the influence of inhibiting the magnetic flux ⁇ a from interlinking with the surface-side coil conductor 31 ⁇ / b> A.
  • the presence of the metal member 2 is achieved by the fact that the magnetic flux linkage with the surface side coil conductor 31A is effective for coupling with the antenna of the communication partner, and the surface side coil conductor 31A is arranged at the center of the opening CA. It can be seen that a high coupling coefficient can be obtained by suppressing the influence of the above.
  • FIG. 8A is a plan view of the antenna device 103X according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 8A
  • FIG. 9A is a plan view of another antenna device 103Y according to the third embodiment
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 9A.
  • FIG. 8A and 8B differs from the antenna device 102X shown in FIG. 5 in the shape of the magnetic core 39.
  • FIG. In the third embodiment, the magnetic core 39 is also formed in a region from the outer edge of the portion of the antenna coil closer to the metal member 2 than the magnetic core 39 (front-side coil conductor 31A) to the inner edge of the opening CA of the metal member 2. Is extended.
  • the antenna device 103Y shown in FIGS. 9A and 9B has an antenna coil 31 and a magnetic body so that the antenna coil 31 and the magnetic core 39 are accommodated in the opening CA of the metal member 2 in plan view. A core 39 is formed.
  • FIG. 10B and FIG. 10C are models for obtaining the characteristics of the antenna device of the third embodiment by simulation.
  • the dimensional ratio of each part is different from the example shown in FIG.
  • FIG. 10A shows a model of an antenna device as a comparative example, which is the antenna device shown in FIG. 6 in the second embodiment.
  • FIG. 10B is a model of the antenna device shown in FIG. 8, and the magnetic core 39 is extended as described above in the model shown in FIG.
  • FIG. 10C is a model of the antenna device shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing the coupling coefficient of each model shown in FIGS. 10 (A), 10 (B), and 10 (C).
  • the conditions for obtaining the coupling coefficient are the same as in the first embodiment.
  • the coupling coefficient is further improved by extending the magnetic core 39 to the region up to the inner edge of the opening CA of the metal member 2. .
  • the coupling coefficient slightly decreases, but as shown in FIG. It can be seen that a higher coupling coefficient is obtained compared to the other types.
  • FIG. 12A is a plan view of the antenna device 104 according to the fourth embodiment
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.
  • FIG. 12A and 12B is different from the antenna device 103Y shown in FIG. 9 in the dimensions of the antenna coil 31 and the magnetic core 39.
  • FIGS. 13B and 13C are models for obtaining the characteristics of the antenna device of the fourth embodiment by simulation.
  • FIG. 13A illustrates a model of an antenna device as a comparative example, which is the same as the antenna device illustrated in FIG.
  • FIG. 13B is a model of the antenna device 104 shown in FIG.
  • FIG. 13C is a model of the antenna device shown in FIG. 13B in which the magnetic core 39 has no portion protruding outside the edge of the opening CA.
  • the dimension of each part is as follows.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating coupling coefficients of the models illustrated in FIGS. 13A, 13B, and 13C. The conditions for obtaining the coupling coefficient are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 15A is a plan view of the antenna device 105 according to the fifth embodiment
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 15A.
  • the basic configuration is the same as that of the antenna device 103Y shown in FIG.
  • the antenna coil 31 and the magnetic core 39 are not provided with a metal member (including a printed circuit board) different from the metal member 2 on the surface opposite to the metal member 2. It is explicit.
  • broken arrows ⁇ as and ⁇ is represent magnetic fluxes that enter from the opening CA among the magnetic fluxes that emerge from the antenna of the reader / writer that is the communication partner.
  • dashed arrows ⁇ ab and ⁇ ib represent magnetic fluxes that enter from the back side of the magnetic fluxes emitted from the antenna of the reader / writer that is the communication partner.
  • the magnetic flux ⁇ as is linked to the surface side coil conductor 31A.
  • the back-side coil conductor 31B is on the back side of the magnetic core 39, the magnetic flux ⁇ is does not interlink with the back-side coil conductor 31B. Therefore, the antenna coil 31 magnetically couples with the antenna of the reader / writer that is the communication partner by the magnetic flux entering from the opening CA.
  • the back side coil conductor 31B is on the back side of the magnetic core 39 as viewed from the back side of the antenna coil, the back side coil conductor 31B is interlinked with the magnetic flux ⁇ ab entering from the back side.
  • the front-side coil conductor 31A is on the back side of the magnetic core 39 when viewed from the back side of the antenna coil, the magnetic flux ⁇ ib does not interlink with the front-side coil conductor 31A. Therefore, the antenna coil 31 magnetically couples with the antenna of the reader / writer that is the communication partner by the magnetic flux entering from the back side.
  • the antenna coil 31 and the magnetic core 39 are not provided with a metal member (including a printed circuit board) different from the metal member 2 on the surface opposite to the metal member 2. It also couples with the magnetic flux entering from either side of the. Therefore, the antenna device 105 can communicate with the reader / writer as the communication partner from both sides of the antenna device 105.
  • FIG. 16A is a plan view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along a line XX in FIG.
  • the opening CA of the metal member 2 included in the antenna device 106 is non-rectangular.
  • the opening CA is elliptical. Since the opening CA may be a window through which magnetic flux passes, it may be non-rectangular in this way.
  • FIG. 17 is a plan view of the antenna device 107 of the seventh embodiment.
  • the magnetic core 39 provided in the antenna device 107 has an opening MA. This structure is effective when a camera module (not shown) is built in the housing of the electronic device and the lens of the camera module is exposed from the opening CA of the metal member 2. That is, the opening MA of the magnetic core 39 can be used as an imaging window of the camera module or as a cylinder into which the camera module lens is inserted.
  • FIG. 18 is a plan view of an antenna device 108A of the eighth embodiment.
  • the antenna coil 31 provided in the antenna device 108A has two axes (X axis and Y axis) in which the opening CA of the metal member 2 is orthogonal to the plane direction in the opening surface. And the center of winding of the antenna coil 31 is deviated from the center of the opening CA in any of two axes (X axis and Y axis).
  • the antenna device 108 ⁇ / b> A is perpendicular to the conductor portion that is opposed to one of the conductor portions 31 ⁇ / b> AS parallel to the insertion direction (axial direction) of the magnetic core 39 and the insertion direction (axial direction) of the magnetic core 39.
  • a conductive portion facing the one side 31AA of the conductive portion is hidden behind the metal member 2 in plan view.
  • both the conductor portion 31AA and the conductor portion 31AS of the antenna coil 31 act as effective flux linkage portions.
  • the pointing direction of the antenna is inclined from the X axis, and is directed in the direction indicated by the arrow in FIG. In this way, the directivity can be controlled by the deviation direction of the antenna coil 31.
  • FIG. 19 is a plan view of another antenna device 108B of the eighth embodiment.
  • the antenna coil 31 included in the antenna device 108B has a curved portion inside the opening CA when viewed in a direction perpendicular to the opening CA of the metal member 2 (in a plan view). 31C is provided. The curved portion 31C is not parallel to any side of the opening CA.
  • the antenna coil 31 since the antenna coil 31 only needs to have a magnetic flux effective interlinkage part, the antenna coil 31 may be partially or entirely constituted by a curved part.
  • FIG. 20 and 21 are cross-sectional views of the antenna device portion provided in the electronic apparatus.
  • the outer peripheral portion of the magnetic core 39 is attached to the outer peripheral portion of the opening CA of the metal member 2 via an adhesive material (for example, double-sided tape) 41.
  • an antenna module composed of a flexible base material 33 on which an antenna coil is formed and a magnetic core 39 is attached to a resin sheet material 42 with an adhesive material (for example, double-sided tape) 41.
  • the metal member 2 is pasted around the opening CA. In this way, the constituent members including the metal member 2 may be integrated.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the antenna device portion provided in the electronic apparatus.
  • an antenna body composed of a flexible base material 33 having an antenna coil and a magnetic core 39 is mounted on a printed wiring board 43 which is a metal member different from the metal member 2.
  • the metal member 2 is a part of the casing of the electronic device, and the antenna main body faces the opening CA by accommodating the printed wiring board 43 in the casing.
  • the metal member 2 and the antenna body may be provided separately.
  • the antenna main body is not limited to the printed wiring board.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of an antenna device portion provided in an electronic device.
  • a power supply module including the magnetic core 13 and the excitation coil 12 is mounted on the printed wiring board 43.
  • the excitation coil 12 is wound around the magnetic core 13 in a direction with the left-right direction of FIG.
  • the magnetic core 13 of the power supply module is close to the back side coil conductor 31B of the antenna coil 31 and is electromagnetically coupled (mainly magnetic field coupled) to each other.
  • the antenna coil 31 has basically the same configuration as the antenna coil of the antenna device shown so far, but there is no connection portion 32 and a closed loop is configured.
  • the antenna coil 31 constitutes an LC parallel resonance circuit.
  • the capacitance component of the LC parallel resonant circuit is a capacitance generated between the conductor patterns of the antenna coil. Moreover, you may provide the electrode for capacity
  • the metal member (metal member 2) according to the present invention is not limited to a metal plate.
  • a metal film is formed on the outer surface of the housing by vapor deposition or the like.
  • the metal film may also be used as the metal member.
  • the number of turns (number of turns) of the antenna coil 31 may be determined by the outer size and the required inductance. If it is one turn, it will simply be a looped coil conductor.
  • CA opening MA ... magnetic core opening 2 ... metal member 12 ... excitation coil 13 ... magnetic core 31 ... antenna coil 31A ... front side coil conductor 31B ... back side coil conductor 31C ... curved portion 31AA ... magnetic core insertion
  • One conductor portion 31AS perpendicular to the direction ...

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Abstract

　アンテナ装置（１０１）は、アンテナコイル（３１）、磁性体コア（３９）および金属部材（２）を備えている。アンテナコイル（３１）はフレキシブル基材（３３）に形成されている。このアンテナコイル（３１）は巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状に巻回されている。磁性体コア（３９）はフレキシブル基材（３３）のスリット状開口部に挿通されている。金属部材（２）には矩形の開口（ＣＡ）が形成されていて、アンテナコイル（３１）は金属部材（２）の開口（ＣＡ）から露出している。表面側コイル導体（３１Ａ）は磁性体コア（３９）より開口（ＣＡ）側にあるので、この表面側コイル導体（３１Ａ）に対して磁束φａが鎖交する。

Description

アンテナ装置および電子機器
　この発明は、相手側機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤシステムや近距離無線通信システムに用いられるアンテナ装置及びそれを備えた電子機器に関するものである。
　近年、利用が拡大しているＲＦＩＤシステムや近距離無線通信システム等、非接触通信を行うシステムにおいては、携帯電話等の携帯電子機器同士または携帯電子機器とリーダ・ライタとで通信を行うために、各々の機器に通信用のアンテナが搭載されている。
　このような非接触通信用アンテナは、金属部材の裏面に実装された場合、金属部材により磁界が遮蔽されるため、金属部材に対してアンテナとは反対側にあるリーダ・ライタ等と通信を行うことができない。
　一方、金属部材の裏面にアンテナコイルが配置され、金属部材に導体開口が設けられたアンテナ装置が特許文献１に開示されている。
　図２４（Ａ）は特許文献１のアンテナ装置を備える電子機器の背面図である。電子機器の背面は通信相手側であるリーダ・ライタ側アンテナに向ける面である。図２４（Ｂ）は前記背面側の下部筐体の内側の平面図である。
　図２４（Ａ）に示すように、下部筐体１の外面には導体層２２が形成されている。導体層２２は例えばアルミニウム等の金属蒸着膜である。この導体層２２には開口ＣＡが形成されていて、さらにこの開口ＣＡと外縁との間を連接するスリットＳＬが形成されている。図２４（Ｂ）に示すように、下部筐体１の内面には前記開口ＣＡに部分的に重なるようにアンテナコイルモジュール３が配置されている。
　またその他の例として、アンテナコイルを通信端末の端部に配置し、通信端末の表裏どちらからでも通信可能にしたものが特許文献２に開示されている。
特許第４６８７８３２号公報 特許第４６２６４１３号公報
　特許文献１に示されているアンテナ装置では、金属部材にスリットを設ける必要があるので、単純な形状の金属部材を備える場合に適用できない。また、構造材である金属部材を利用する場合に、開口と共にスリットを形成すると、そのアンテナ装置を備える電子機器の構造上の強度が損なわれる。また、放熱材である金属部材を利用する場合に、開口と共にスリットを形成すると、その放熱性が低下するおそれがある。
　また、特許文献２に示されているアンテナ装置の構造では、コイルを電子機器内に配置するうえでの設計上の自由度が低いという問題がある。
　そこで、この発明の目的は、金属部材の裏面にアンテナコイルを配置する構造で、金属部材に必要な開口を小さくし、且つ、金属部材を介して反対側にある通信相手と安定した通信を行えるようにしたアンテナ装置およびそれを備えた電子機器を提供することにある。
　本発明のアンテナ装置は、
　アンテナコイル、磁性体コアおよび金属部材を備えたアンテナ装置において、
　前記アンテナコイルは巻回中心部をコイル開口部として、前記磁性体コアに沿うようにループ状または渦巻き状に巻回されていて、
　前記磁性体コアは前記コイル開口部に挿通されていて、
　前記金属部材は開口を備えていて、
　前記アンテナコイルのうち前記磁性体コアより前記金属部材に近接する部分の一部または全部が前記金属部材の開口から露出していることを特徴とする。
　本発明の電子機器は、前記アンテナ装置を備え、前記金属部材を筐体の一部として備えるものである。
　本発明によれば、金属部材の開口から入る磁束がアンテナコイルと効果的に鎖交し、通信相手のアンテナ装置と強く結合するので、金属部材に形成する開口は、より小さくて済み、通信相手と安定した通信を行える。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図２（Ａ）はアンテナコイル３１が形成されたフレキシブル基材３３および磁性体コア３９の平面図、図２（Ｂ）はフレキシブル基材３３に磁性体コア３９を組み合わせた状態の平面図である。 図３（Ａ），図３（Ｂ）は、第１の実施形態のアンテナ装置１０１に対する比較対象である二つのアンテナ装置のモデルである。図３（Ｃ）は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。 図４は図３（Ａ），図３（Ｂ），図３（Ｃ）に示した各アンテナ装置の結合係数を示す図である。 図５（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図６は第２の実施形態のアンテナ装置１０２の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。 図７は、図６に示したモデルにおいて、表面側コイル導体３１Ａの外縁までの距離Ｌを変化させたときの、結合係数の変化を示す図である。 図８（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３Ｘの平面図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図９（Ａ）は第３の実施形態に係る別のアンテナ装置１０３Ｙの平面図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図１０（Ａ）は第３の実施形態のアンテナ装置に対する比較例としてのアンテナ装置のモデルであり、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は第３の実施形態のアンテナ装置の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。 図１１は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示した各モデルの結合係数を示す図である。 図１２（Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の平面図、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図１３（Ａ）は、第４の実施形態のアンテナ装置に対する比較例としてのアンテナ装置のモデルであり、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）は第４の実施形態のアンテナ装置の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。 図１４は、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）に示した各モデルの結合係数を示す図である。 図１５（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の平面図、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図１６（Ａ）は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の平面図、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。 図１７は第７の実施形態のアンテナ装置１０７の平面図である。 図１８は第８の実施形態のアンテナ装置１０８Ａの平面図である。 図１９は第８の実施形態の別のアンテナ装置１０８Ｂの平面図である。 図２０は第９の実施形態の電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。 図２１は第９の実施形態の別の電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。 図２２は第１０の実施形態の電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。 図２３は第１１の実施形態の電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。 図２４（Ａ）は特許文献１のアンテナ装置を備える電子機器の背面図である。図２４（Ｂ）はその電子機器の背面側の下部筐体の内側の平面図である。
《第１の実施形態》
　第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１について図１～図４を参照して説明する。
　図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。但し、図１（Ａ），図１（Ｂ）では主要部の構成のみを表している。
　図２（Ａ）はアンテナコイル３１が形成されたフレキシブル基材３３および磁性体コア３９の平面図、図２（Ｂ）はフレキシブル基材３３に磁性体コア３９を組み合わせた状態での平面図である。
　このアンテナ装置１０１は、アンテナコイル３１、磁性体コア３９および金属部材２を備えている。アンテナコイル３１はフレキシブル基材３３に形成されている。このアンテナコイル３１は、巻回中心部をコイル開口部として、磁性体コア３９に沿うようにループ状または渦巻き状に巻回されていて、両端は接続部３２として取り出されている。
　図２（Ａ）に表れているように、フレキシブル基材３３にはコイル開口部内にスリット状開口部３４が形成されている。磁性体コア３９はスリット状開口部３４に挿通される。
　図１（Ａ）、図１（Ｂ）に表れているように、金属部材２には矩形の開口ＣＡが形成されていて、アンテナコイル３１は金属部材２の開口ＣＡから露出している。この例では、アンテナコイル３１の主要部の全体が開口ＣＡから見えるように、アンテナコイル３１は金属部材２の開口ＣＡに近接配置されている。また、磁性体コア３９の外形は金属部材２の開口ＣＡの内周に沿っている。
　前記フレキシブル基材３３は例えばポリイミドフィルムであり、アンテナコイル３１は例えば銅箔をパターン化したものである。磁性体コア３９は例えばシート状に成形されたフェライトである。また、前記金属部材２は例えばアルミニウム板であり、電子機器の筐体の一部や放熱用のフレームなどである。
　アンテナコイル３１は、磁性体コア３９より金属部材２の開口ＣＡに近接する表面側コイル導体３１Ａと、磁性体コア３９に対し金属部材２の開口ＣＡの反対側に位置する裏面側コイル導体３１Ｂとを備えている。そして、表面側コイル導体３１Ａと裏面側コイル導体３１Ｂとは、平面視で互いが重ならないように巻回されている。
　図１（Ｂ）において、破線の矢印φａ，φｉは通信相手であるリーダ・ライタのアンテナから出る磁束を表している。表面側コイル導体３１Ａは磁性体コア３９より開口ＣＡ側にあるので、この表面側コイル導体３１Ａに対して磁束φａが鎖交する。一方、裏面側コイル導体３１Ｂは磁性体コア３９の裏面側にあるので、この裏面側コイル導体３１Ｂに対して磁束φｉは鎖交しない。したがって、磁束φａ，φｉ双方の結合で相殺されることなく、アンテナコイル３１は通信相手であるリーダ・ライタのアンテナと磁界結合する。
　前記アンテナコイル３１の接続部３２には、例えば電子機器内の回路基板から突設された接続用ピンを当接させるなどの方法により電気的に接続される。
　回路基板側には前記接続部３２に対して並列接続されるキャパシタが備えられている。そして、アンテナコイル３１および磁性体コア３９によって定まるインダクタンスと前記キャパシタのキャパシタンスとによって共振周波数が定められる。例えば中心周波数１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯を利用する場合には、前記共振周波数を１３．５６ＭＨｚに定める。但し、アンテナコイル３１および磁性体コア３９が金属部材２に近接しない状態での共振周波数を予め利用周波数帯域の中心周波数より低く設定しておく。アンテナコイル３１を金属部材２に近接させると、アンテナコイル３１のインダクタンス値が小さくなるので、アンテナ装置１０１の共振周波数が上昇する。そのため、アンテナ装置１０１を電子機器内に組み込んだ状態で、そのアンテナ装置１０１の共振周波数が利用周波数帯域の中心周波数とほぼ一致するように設計すればよい。
　図３（Ｃ）は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。但し、各部の寸法比率は図１、図２に示した例とは異なる。図３（Ａ），図３（Ｂ）は比較対象である二つのアンテナ装置のモデルである。図３（Ｂ）は平面状かつ渦巻き状のアンテナコイルを形成したフレキシブル基材の裏面に磁性体コアを配置したものである。図３（Ａ）は、図３（Ｂ）に示したタイプのアンテナコイルおよび磁性体コアを備え、且つ金属部材２に開口ＣＡを形成していないものである。
　前記モデルの各部の寸法は次のとおりである。
　開口ＣＡのサイズ：25.9mm×20.1mm
　アンテナコイルの形成領域の幅：2.9mm
　アンテナコイルの巻き数：6ターン
　アンテナコイルの導体パターンのピッチ：
　　　　　　　0.5mm(ライン幅0.4mm、ライン間隔0.1mm)
　アンテナコイルの外形サイズ：25.5mm×19.7mm
　磁性体コアの外形サイズ：25.5mm×19.7mm
　アンテナコイルと金属部材との厚み方向の間隔：0.1mm
　図４は図３（Ａ），図３（Ｂ），図３（Ｃ）に示した各アンテナ装置の結合係数を示す図である。図４中の“Ａ”は図３（Ａ）に示したアンテナ装置の結合係数、“Ｂ”は図３（Ｂ）に示したアンテナ装置の結合係数、“Ｃ”は図３（Ｃ）に示した本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の結合係数である。通信相手のアンテナ装置は、直径７０ｍｍ、コイルの巻き数４ターン、コイルのライン幅１．５ｍｍ、ライン間隔０．３ｍｍのアンテナコイルで構成され、金属部材２の垂直方向に２．５ｍｍ離れ、かつ金属部材２と通信相手のアンテナ装置のアンテナコイルが平行になるようにされた位置からの結合係数の最大値を求めた。
　金属部材２に開口ＣＡが形成されていなければ、図４中の“Ａ”で示すとおり、全く結合しない。図３（Ｂ）に示した比較対象のアンテナ装置では、渦巻き状のアンテナコイルの全体が磁性体コアの表面に配置されているので、金属部材２に開口ＣＡが形成されていても、アンテナコイルの各部で磁束が鎖交するので、結合が相殺される。すなわち、図１（Ｂ）の磁束φａ，φｉに相当する磁束が、ともにアンテナコイルに鎖交するので、結合が相殺される。そのため、図４中で“Ｂ”に示すように高い結合係数は得られない。これに対し、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置によれば、図４中で“Ｃ”に示すように、図３（Ｂ）に示した比較対象のアンテナ装置より高い結合係数が得られる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２について図５～図７を参照して説明する。
　図５（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の平面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。但し、図５（Ａ），図５（Ｂ）では主要部の構成のみを表している。
　このアンテナ装置１０２は、アンテナコイル３１、磁性体コア３９および金属部材２を備えている。アンテナコイル３１はフレキシブル基材３３に形成されている。このアンテナコイル３１は、巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状に巻回されている。
　アンテナコイル３１、磁性体コア３９および金属部材２の構成は第１の実施形態で示したものと同じである。異なるのは、金属部材２の開口ＣＡに対するアンテナコイル３１および磁性体コア３９の位置である。第２の実施形態では、アンテナコイル３１のうち表面側コイル導体３１Ａが開口ＣＡの中央に近づく方向に、アンテナコイル３１および磁性体コア３９の全体が偏位（移動）している。すなわち、金属部材２の開口ＣＡの縁から表面側コイル導体３１Ａの外縁までの距離Ｌがある程度大きな値となっている。また、アンテナコイル３１のうち裏面側コイル導体３１Ｂは平面視で、開口ＣＡからはみ出ている。すなわち、裏面側コイル導体３１Ｂは金属部材２で平面視で隠れている。
　図６は第２の実施形態のアンテナ装置１０２の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。但し、各部の寸法比率は図５に示した例とは異なる。
　図７は、図６に示したモデルにおいて、表面側コイル導体３１Ａの外縁までの距離Ｌを変化させたときの、結合係数の変化を示す図である。結合係数を求める条件は第１の実施形態の場合と同じである。図７において、Ａ～Ｉと前記距離Ｌとの関係は次のとおりである。
　Ａ：Ｌ＝０ｍｍ
　Ｂ：Ｌ＝１ｍｍ
　Ｃ：Ｌ＝２ｍｍ
　Ｄ：Ｌ＝３ｍｍ
　Ｅ：Ｌ＝４ｍｍ
　Ｆ：Ｌ＝５ｍｍ
　Ｇ：Ｌ＝６ｍｍ
　Ｈ：Ｌ＝７ｍｍ
　Ｉ：Ｌ＝８ｍｍ
　ここで、Ｌ＝７ｍｍの状態は、表面側コイル導体３１Ａの内縁が開口ＣＡの中央に位置する状態である。また、Ｌ＝８ｍｍの状態は、表面側コイル導体３１Ａが開口ＣＡの中央に位置する状態である。
　図７から明らかなように、表面側コイル導体３１Ａが金属部材２の開口ＣＡの中央に近づくほど、結合係数が高まる。しかし、表面側コイル導体３１Ａの内縁が開口ＣＡの中央を超えると（図７中のＩの状態）、結合係数は低下傾向となる。これは表面側コイル導体３１が金属部材２から離れるほど、金属部材２に磁束φａが衝突することによって磁束φａが表面側コイル導体３１Ａと鎖交するのを阻害する影響が少なくなるからである。このことから、表面側コイル導体３１Ａに対する磁束の鎖交が通信相手のアンテナとの結合に有効であること、および表面側コイル導体３１Ａが開口ＣＡの中央に配置することで、金属部材２の存在による影響を抑え、高い結合係数が得られることが分かる。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態に係るアンテナ装置について図８～図１１を参照して説明する。
　図８（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３Ｘの平面図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。図９（Ａ）は第３の実施形態に係る別のアンテナ装置１０３Ｙの平面図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。
　図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すアンテナ装置１０３Ｘと図５に示したアンテナ装置１０２と異なるのは、磁性体コア３９の形状である。第３の実施形態では、アンテナコイルのうち磁性体コア３９より金属部材２に近接する部分（表面側コイル導体３１Ａ）の外縁から金属部材２の開口ＣＡの内縁までの領域にも磁性体コア３９が延在している。
　図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すアンテナ装置１０３Ｙは、平面視で、金属部材２の開口ＣＡの内部にアンテナコイル３１および磁性体コア３９が収まるように、アンテナコイル３１および磁性体コア３９を形成したものである。
　図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は第３の実施形態のアンテナ装置の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。但し、各部の寸法比率は図５に示した例とは異なる。図１０（Ａ）は比較例としてのアンテナ装置のモデルであり、第２の実施形態で図６に示したアンテナ装置である。図１０（Ｂ）は図８に示したアンテナ装置のモデルであり、図１０（Ａ）に示すモデルにおいて磁性体コア３９を前述のとおり延出したものである。図１０（Ｃ）は図９に示したアンテナ装置のモデルである。
　図１１は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示した各モデルの結合係数を示す図である。結合係数を求める条件は第１の実施形態の場合と同じである。
　図１１中の“Ａ”と“Ｂ”を比較すれば明らかなように、金属部材２の開口ＣＡの内縁までの領域にも磁性体コア３９が延在することにより、結合係数はさらに向上する。また、図１１中の“Ｂ”と“Ｃ”を比較すれば明らかなように、開口ＣＡ内に裏面側コイル導体３１Ｂが露出すると、結合係数は若干低下するが、図１０（Ａ）に示したタイプに比べて高い結合係数が得られることが分かる。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態に係るアンテナ装置について図１２～図１４を参照して説明する。
　図１２（Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の平面図、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。
　図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すアンテナ装置１０４と図９に示したアンテナ装置１０３Ｙと異なるのは、アンテナコイル３１および磁性体コア３９の寸法である。図９に示したアンテナ装置１０３Ｙでは、アンテナコイル３１の全体が金属部材２の開口ＣＡの内部に露出していていたが、図１２に示すアンテナ装置１０４は、アンテナコイル３１のうち、磁性体コア３９の挿通方向（軸方向）に対して平行な導体部分３１Ｓが開口ＣＡの外側に位置している。
　図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）は第４の実施形態のアンテナ装置の特性をシミュレーションで求めるためのモデルである。図１３（Ａ）は、比較例としてのアンテナ装置のモデルであり、図１０（Ｃ）に示したアンテナ装置と同じである。図１３（Ｂ）は図１２に示したアンテナ装置１０４のモデルである。図１３（Ｃ）は図１３（Ｂ）に示したアンテナ装置において、磁性体コア３９のうち開口ＣＡの縁より外側にはみ出す部分を無くしたアンテナ装置のモデルである。ここで、各部の寸法は次のとおりである。
　図１３（Ｂ）（Ｃ）のモデルの外形サイズ：31.5mm×11.3mm
　図１３（Ｂ）のモデルの磁性体コア３９の外形サイズ：31.5mm×19.7mm
　図１３（Ｃ）のモデルの磁性体コア３９の外形サイズ：：25.3mm×19.7mm
　図１４は、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）に示した各モデルの結合係数を示す図である。結合係数を求める条件は第１の実施形態の場合と同じである。
　図１４中の“Ａ”と“Ｂ”を比較すれば明らかなように、磁性体コア３９の挿通方向（軸方向）に対して平行な導体部分３１Ｓが金属部材２で隠れることにより、結合係数はさらに向上する。また、図１４中の“Ｂ”と“Ｃ”を比較すれば明らかなように、磁性体コア３９のうち開口ＣＡの縁より外側にはみ出す部分を無くしても、結合係数には殆ど影響が無いことが分かる。
《第５の実施形態》
　第５の実施形態では金属部材２の両面方向に利得を有するアンテナ装置について示す。図１５（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の平面図、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。基本的な構成は図９に示したアンテナ装置１０３Ｙと同じである。第５の実施形態は、アンテナコイル３１および磁性体コア３９の、金属部材２とは反対側の面に金属部材２とは別の金属部材（プリント基板なども含む）が設けられていないことを明示的するものである。
　図１５（Ｂ）において、破線の矢印φａｓ，φｉｓは通信相手であるリーダ・ライタのアンテナから出る磁束のうち開口ＣＡから入る磁束を表している。また、破線の矢印φａｂ，φｉｂは通信相手であるリーダ・ライタのアンテナから出る磁束のうち裏面側から入る磁束を表している。
　表面側コイル導体３１Ａは磁性体コア３９より開口ＣＡ側にあるので、この表面側コイル導体３１Ａに対して磁束φａｓが鎖交する。一方、裏面側コイル導体３１Ｂは磁性体コア３９の裏面側にあるので、この裏面側コイル導体３１Ｂに対して磁束φｉｓは鎖交しない。したがって、アンテナコイル３１は開口ＣＡから入る磁束で、通信相手であるリーダ・ライタのアンテナと磁界結合する。
　また、裏面側コイル導体３１Ｂはアンテナコイルの裏面側からみて磁性体コア３９の裏面側にあるので、この裏面側コイル導体３１Ｂに対しては、裏面側から入る磁束φａｂが鎖交する。一方、表面側コイル導体３１Ａはアンテナコイルの裏面側からみて磁性体コア３９の裏面側にあるので、この表面側コイル導体３１Ａに対して磁束φｉｂは鎖交しない。したがって、アンテナコイル３１は裏面側から入る磁束で、通信相手であるリーダ・ライタのアンテナと磁界結合する。
　このように、アンテナコイル３１および磁性体コア３９の、金属部材２とは反対側の面に金属部材２とは別の金属部材（プリント基板なども含む）が設けられていないことにより、アンテナコイルの両面のいずれから入る磁束とも結合する。したがって、アンテナ装置１０５では、アンテナ装置１０５の両面から通信相手であるリーダ・ライタと通信することができる。
《第６の実施形態》
　図１６（Ａ）は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の平面図、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＸ－Ｘ部分の断面図である。以上の各実施形態で示したアンテナ装置と異なり、アンテナ装置１０６が備える金属部材２の開口ＣＡは非矩形である。この例では開口ＣＡは楕円形である。開口ＣＡは磁束が透過する窓であればよいので、このように非矩形であってもよい。
《第７の実施形態》
　図１７は第７の実施形態のアンテナ装置１０７の平面図である。以上の各実施形態で示したアンテナ装置と異なり、アンテナ装置１０７が備える磁性体コア３９は開口部ＭＡを備えている。この構造は、電子機器の筐体内にカメラモジュール（図示せず）を内蔵し、金属部材２の開口ＣＡからカメラモジュールのレンズを露出させる場合に有効である。すなわち、磁性体コア３９の開口部ＭＡをカメラモジュールの撮像用の窓として、またはカメラモジュールのレンズを挿入する筒として利用できる。
《第８の実施形態》
　図１８は第８の実施形態のアンテナ装置１０８Ａの平面図である。以上の各実施形態で示したアンテナ装置と異なり、アンテナ装置１０８Ａが備えるアンテナコイル３１は、金属部材２の開口ＣＡは開口面内を平面方向に直交する２つの軸（Ｘ軸とＹ軸）を有し、アンテナコイル３１の巻回中心を開口ＣＡの中心から２つの軸（Ｘ軸とＹ軸）のいずれの方向へも偏位させている。アンテナ装置１０８Ａは、磁性体コア３９の挿通方向（軸方向）に対して平行な導体部分の片方３１ＡＳと対向関係にある導体部分、および磁性体コア３９の挿通方向（軸方向）に対して垂直な導体部分の片方３１ＡＡと対向関係になる導体部分が金属部材２に平面視で隠れている。
　そのため、アンテナコイル３１のうち、導体部分３１ＡＡと、導体部分３１ＡＳのいずれも磁束有効鎖交部として作用する。その結果、アンテナの指向方向がＸ軸から傾き、図１８中に矢印で示す方向を指向することになる。このようにして、アンテナコイル３１の偏位方向によって指向性を制御することもできる。
　図１９は第８の実施形態の別のアンテナ装置１０８Ｂの平面図である。以上の各実施形態で示したアンテナ装置と異なり、アンテナ装置１０８Ｂが備えるアンテナコイル３１は、金属部材２の開口ＣＡに対して垂直方向に視て（平面視で）、開口ＣＡの内部に湾曲部３１Ｃを備えている。この湾曲部３１Ｃは開口ＣＡのいずれの辺にも平行でない。
　アンテナコイル３１は磁束有効鎖交部を備えていればよいので、このようにアンテナコイル３１は、その一部または全部が湾曲部で構成されていてもよい。
《第９の実施形態》
　第９の実施形態では、電子機器に備えるアンテナ装置の取り付け構造および電子機器の構成について示す。
　図２０、図２１は電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。図２０の例では、磁性体コア３９の外周部を金属部材２の開口ＣＡの外周部に粘着材（例えば両面テープ）４１を介して貼付している。図２１の例では、アンテナコイルを形成したフレキシブル基材３３および磁性体コア３９で構成されるアンテナモジュールを粘着材（例えば両面テープ）４１で樹脂シート材４２に貼付し、その樹脂シート材４２を金属部材２の開口ＣＡの周囲に貼付している。
　このようにして、金属部材２を含む各構成部材を一体化してもよい。
《第１０の実施形態》
　第１０の実施形態では、金属部材２とは一体化しないアンテナ装置の取り付け構造および電子機器の構成について示す。
　図２２は電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。この例では、アンテナコイルを形成したフレキシブル基材３３および磁性体コア３９で構成されるアンテナ本体を金属部材２とは別の金属部材であるプリント配線板４３に搭載している。金属部材２は電子機器の筐体の一部であり、この筐体内にプリント配線板４３を収めることで、前記アンテナ本体が開口ＣＡに対向する。
　このように、金属部材２とアンテナ本体とは別体に設けてもよい。
　なお、アンテナ本体が搭載されるのはプリント配線板に限らない。例えばプリント配線板上に配置された支持台上などに配置しても構わない。
《第１１の実施形態》
　第１１の実施形態では、アンテナコイル３１に対する特殊な給電構造および電子機器の構成について示す。
　図２３は電子機器に設けたアンテナ装置部分の断面図である。図２３において、プリント配線板４３には磁性体コア１３および励振コイル１２による給電モジュールが搭載されている。励振コイル１２は図２３の左右方向を巻回軸とする方向に、磁性体コア１３に巻回されている。この給電モジュールの磁性体コア１３はアンテナコイル３１の裏面側コイル導体３１Ｂに近接していて、互いに電磁界結合（主に磁界結合）する。
　アンテナコイル３１は、これまでに示したアンテナ装置のアンテナコイルと基本的には同様の構成であるが、接続部３２は無く、閉ループが構成されている。そして、このアンテナコイル３１でＬＣ並列共振回路が構成されている。このＬＣ並列共振回路のキャパシタンス成分はアンテナコイルの導体パターン間に生じる容量である。また、アンテナコイル３１とともに、必要に応じて、容量形成用の電極を設けてもよい。
《他の実施形態》
　本発明に係る金属部材（金属部材２）は金属板に限らず、例えば筐体の外面の一部を意匠上メタリックにするような場合に、筐体の外面に蒸着などによって金属膜が形成されるが、その金属膜を前記金属部材として兼用してもよい。
　なお、アンテナコイル３１の巻回数（ターン数）は外形サイズと必要なインダクタンスによって定めればよい。ワンターンであれば単にループ状のコイル導体となる。
ＣＡ…開口
ＭＡ…磁性体コアの開口部
２…金属部材
１２…励振コイル
１３…磁性体コア
３１…アンテナコイル
３１Ａ…表面側コイル導体
３１Ｂ…裏面側コイル導体
３１Ｃ…湾曲部
３１ＡＡ…磁性体コア挿通方向に対して垂直な導体部分の片方
３１ＡＳ…磁性体コア挿通方向に対して平行な導体部分の片方
３１Ｓ…磁性体コア挿通方向に対して平行な導体部分
３２…接続部
３３…フレキシブル基材
３４…スリット状開口部
３９…磁性体コア
４２…樹脂シート材
４３…プリント配線板
１０１，１０２…アンテナ装置
１０３Ｘ，１０３Ｙ…アンテナ装置
１０４～１０７…アンテナ装置
１０８Ａ，１０８Ｂ…アンテナ装置

Claims (11)

  1. 　アンテナコイル、磁性体コアおよび金属部材を備えたアンテナ装置において、
    　前記アンテナコイルは巻回中心部をコイル開口部として、前記磁性体コアに沿うようにループ状または渦巻き状に巻回されていて、
    　前記磁性体コアは前記コイル開口部に挿通されていて、
    　前記金属部材は開口を備えていて、
    　前記アンテナコイルのうち前記磁性体コアより前記金属部材に近接する部分の一部または全部が前記金属部材の開口から露出していることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 　前記アンテナコイルのうち前記磁性体コアより前記金属部材に近接する部分が前記金属部材の開口の中央に近づく方向に、前記アンテナコイルの巻回中心は前記開口の中心より偏位している、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記磁性体コアの外形は前記金属部材の開口に沿っている、請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記金属部材の開口に対して垂直方向に視て、前記磁性体コアは、前記アンテナコイルのうち前記磁性体コアより前記金属部材に近接する部分の外縁から前記金属部材の開口の内縁までの領域にも延在している、請求項１～３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 　前記アンテナコイルのうち前記磁性体コアの挿通方向に対して平行な導体部分が前記開口の外側に位置する、請求項１～４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 　前記アンテナコイルおよび前記磁性体コアの、前記金属部材とは反対側の面に前記金属部材とは別の金属部材が設けられていない、請求項１～５のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 　前記金属部材の開口に対して垂直方向に視た前記コイル開口部内で、前記磁性体コアに孔が形成された、請求項１～６のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8. 　前記アンテナコイルのうち、前記金属部材の開口に対して垂直方向に視て、前記開口と重なる位置に湾曲部を備えている、請求項１～７のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 　前記金属部材の開口は開口面を平面方向に直交する２つの軸を有し、前記アンテナコイルの巻回中心を前記開口の中心から前記２つの軸のいずれの方向へも偏位させた、請求項１～８のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載のアンテナコイル、磁性体コアおよび金属部材を備え、
    　前記アンテナコイルは共振回路の少なくとも一部を構成し、
    　前記アンテナコイルに電磁界結合する励振コイルを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載のアンテナ装置を備え、前記金属部材は筐体の一部である電子機器。
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