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1. (WO2015147132) アンテナ装置および通信機器
Document

明 細 書

発明の名称 アンテナ装置および通信機器

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017  

発明の効果

0018  

図面の簡単な説明

0019  

発明を実施するための形態

0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087  

符号の説明

0088  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29  

明 細 書

発明の名称 : アンテナ装置および通信機器

技術分野

[0001]
 本発明は、近距離無線通信(NFC:Near Field Communication)システム等に用いられるアンテナ装置、およびそれを備える通信機器に関するものである。

背景技術

[0002]
 給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルに結合するブースターコイルアンテナとを備えたアンテナ装置が特許文献1に示されている。特許文献1に記載の給電コイルは、第1コイルアンテナおよび第2コイルアンテナで構成され、第1コイルアンテナは、その巻回軸方向がブースターコイルアンテナの巻回軸方向に対して直交し、第2コイルアンテナは、その巻回軸がブースターコイルアンテナの巻回軸に対して平行となるように、それぞれ配置されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開第2013/183552号パンフレット

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 特許文献1に示されているアンテナ装置においては、第1コイルアンテナおよび第2コイルアンテナのいずれもブースターコイルアンテナの角部付近の周りの磁界としか結合しない。そのため、給電コイルとブースターコイルアンテナ(コイルアンテナ)との結合度は小さい。
[0005]
 本発明の目的は、給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めて、通信性能を高めた、アンテナ装置および通信機器を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0006]
(1)本発明のアンテナ装置は、
 給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電磁界結合するコイルアンテナとを備え、
 前記給電コイルは、第1給電コイルと、第1給電コイルに接続された第2給電コイルとで構成され、
 第2給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
 コイルアンテナは第2給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
 平面視で、コイルアンテナの重心は、第2給電コイルのコイル開口内に位置し、
 第1給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、ことを特徴としている。
[0007]
 上記構成によれば、第1給電コイルはコイルアンテナの面方向(横方向)の磁束を拾い、第2給電コイルはその面に垂直方向(縦方向)の磁束を拾う。しかも、第2給電コイルとコイルアンテナとの結合度が高く、したがって、給電コイル(第1給電コイル、第2給電コイル)とコイルアンテナとの結合度が高いため、高い通信性能が得られる。
[0008]
(2)必要に応じて、前記第1給電コイルは複数の第1給電コイル部で構成されていることが好ましい。これにより、通信相手のアンテナとの結合可能な位置が増加したり、通信可能範囲が拡大したりする。
[0009]
(3)上記(2)において、前記複数の第1給電コイル部は、コイルアンテナのコイル開口を挟んで対向する2つの第1給電コイル部を含むことが好ましい。この構造により、互いに対向関係にある第1給電コイル部の間隔が大きくなり、通信可能範囲が拡大する。
[0010]
(4)上記(2)において、前記複数の第1給電コイル部は、互いの巻回軸方向が交差する2つの第1給電コイル部を含むことが好ましい。この構造により、通信可能な角度範囲が拡大する。
[0011]
(5)第2給電コイルの巻回軸とコイルアンテナの巻回軸とは、同軸関係であることが好ましい。このことにより、第2給電コイルとコイルアンテナとは、互いに沿って周回し、第2給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めることができる。
[0012]
(6)上記(1)~(5)において、給電コイルおよびコイルアンテナは基板に設けられていることが好ましい。これにより、給電コイルおよびコイルアンテナの形成が容易となり、薄型化できる。
[0013]
(7)上記基板に、タッチ操作検出用電極(タッチパッド電極)が形成されていることが好ましい。これにより、近距離無線通信用アンテナを配置する専用のスペースが不要となる。
[0014]
(8)上記(6)(7)において、第2給電コイルに対する第1給電コイルの両端部における2つの接続位置は、コイルアンテナを跨ぐ位置に配置されていることが好ましい。この構造により、コイルアンテナも第1給電コイルも同一基板上に配置されていることになり、小型化を実現しつつ、平面視で、第1給電コイルとコイルアンテナとが一部で重なっているので、第1給電コイルとコイルアンテナとの結合度を高めることができる。
[0015]
(9)上記(1)~(5)において、第1基板および第2基板を備え、給電コイルは第1基板に設けられていて、コイルアンテナは第2基板に設けられていることが好ましい。この構造により、給電コイルとコイルアンテナとは面内方向ではなく、積層方向に近接させることができ、そのことで磁界結合(誘導結合)だけでなく電界結合(容量結合)させることができ、給電コイルとコイルアンテナとの結合度をより高めることができる。
[0016]
(10)本発明の通信機器は、アンテナ装置およびこのアンテナ装置に接続された給電回路を備え、
 前記アンテナ装置は、給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと結合するコイルアンテナとを備え、
 前記給電コイルは、第1給電コイルと、第1給電コイルに対して直列接続された第2給電コイルとで構成され、
 第2給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
 コイルアンテナは第2給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
 平面視で、コイルアンテナの重心は、第2給電コイルのコイル開口内に位置し、
 第1給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、ことを特徴としている。
[0017]
 上記構成によれば、高い通信性能のもとで近距離無線通信可能となる。

発明の効果

[0018]
 本発明によれば、第1給電コイルはコイルアンテナの面方向(横方向)の磁束を拾い、第2給電コイルはその面に垂直方向(縦方向)の磁束を拾う。しかも、第2給電コイルとコイルアンテナとの結合度が高く、したがって、給電コイル(第1給電コイル、第2給電コイル)とコイルアンテナとの結合度が高いため、高い通信性能が得られる。

図面の簡単な説明

[0019]
[図1] 図1(A)は第1の実施形態に係るアンテナ装置101の斜視図、図1(B)は第1給電コイル1の実装位置の拡大斜視図、図1(C)はチップキャパシタの実装位置の拡大斜視図である。
[図2] 図2はアンテナ装置101が備える基板に形成された導体パターンを示す平面図である。
[図3] 図3は第1給電コイル1の構成を示す分解斜視図である。
[図4] 図4は第1の実施形態に係るアンテナ装置101を含む通信回路の回路図である。
[図5] 図5はアンテナ装置101とRFIDカード201との位置関係および結合の様子を示す図である。
[図6] 図6は、図4における給電回路41からアンテナ装置101側をみた反射損失の周波数特性を示す図である。
[図7] 図7(A)~(D)は、第1給電コイル1およびチップキャパシタ5の幾つかの配置位置の例を示す図である。
[図8] 図8は第2の実施形態に係るアンテナ装置102Aの斜視図である。
[図9] 図9は、第2の実施形態のアンテナ装置102Aを含む通信回路の回路図である。
[図10] 図10は2つの第1給電コイル部1A,1Bの配置例を示す図である。
[図11] 図11は第3の実施形態に係るアンテナ装置103の平面図である。
[図12] 図12は第4の実施形態に係るアンテナ装置104の平面図である。
[図13] 図13(A)は第5の実施形態に係るアンテナ装置105の平面図である。図13(B)は基板10の下面に形成されている導体パターンを示す図である。
[図14] 図14(A)は図13(A)(B)におけるA-A'部分での断面図、図14(B)は図13(A)(B)におけるB-B'部分での断面図である。
[図15] 図15は第1給電コイル1の実装位置の拡大平面図である。
[図16] 図16は、第1給電コイル1の構成を示す分解斜視図である。
[図17] 図17(A)は第6の実施形態に係るアンテナ装置106の平面図、図17(B)はアンテナ装置106の底面図、図17(C)はアンテナ装置106の断面図である。
[図18] 図18(A)は第7の実施形態に係るアンテナ装置107の平面図、図18(B)は、アンテナ装置107が備える基板10の下面に形成されている導体パターン等示す透視図である。
[図19] 図19は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の斜視図である。
[図20] 図20(A)はコイルアンテナモジュール30の平面図、図20(B)はコイルアンテナモジュール30が備える第2基板10Bの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
[図21] 図21(A)は、通信機器の筐体内に組み込まれる第1基板10Aの平面図、図21(B)は第1基板10Aの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
[図22] 図22(A)は通信機器の下部筐体の内面側の平面図、図22(B)は上部筐体側の平面図である。
[図23] 図23は通信機器301の断面図である。
[図24] 図24は第10の実施形態に係るアンテナ装置110の回路図である。
[図25] 図25は、第11の実施形態に係るアンテナ装置111Aの平面図である。
[図26] 図26は、第11の実施形態に係るアンテナ装置111Bの平面図である。
[図27] 図27は第12の実施形態に係るアンテナ装置112の底面図である。
[図28] 図28はアンテナ装置112の断面図である。
[図29] 図29はタッチパッド部にアンテナ装置112を備えたノートPCの斜視図である。

発明を実施するための形態

[0020]
 以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及はしない。
[0021]
《第1の実施形態》
 図1(A)は第1の実施形態に係るアンテナ装置101の斜視図、図1(B)は第1給電コイル1の実装位置の拡大斜視図、図1(C)はチップキャパシタの実装位置の拡大斜視図である。また、図2はアンテナ装置101が備える基板に形成された導体パターンを示す平面図である。
[0022]
 図1(A)、図2に表れているように、基板10の上面に第2給電コイル2およびコイルアンテナ3が、例えば銅箔パターンにより形成されている。コイルアンテナ3は基板10の外縁に沿って形成されている。第2給電コイル2はコイルアンテナ3の内周に沿って形成されている。第2給電コイル2には第1給電コイル接続電極21,22およびRFIC接続電極23,24が形成されている。コイルアンテナ3にはスリット部SLが形成されている。
[0023]
 第1給電コイル接続電極21,22には第1給電コイル1が実装されていて、RFIC接続電極23,24にはRFIC4が実装されている。また、コイルアンテナ3のスリット部SLにチップキャパシタ5が実装されている。
[0024]
 このように、アンテナ装置101は、第1給電コイル1と、第2給電コイル2と、コイルアンテナ3とを備えている。第2給電コイル2は面状に拡がるコイル開口CA2を有し、コイルアンテナ3は第2給電コイル2のコイル開口CA2と同一面に沿って面状に拡がるコイル開口CA3を有している。
[0025]
 図3は第1給電コイル1の構成を示す分解斜視図である。第1給電コイル1は、磁性体層SH2a,SH2b,SH2c、非磁性体層SH1a,SH1bの積層体である。磁性体層SH2cおよび非磁性体層SH1aには複数の線条導体が形成されていて、磁性体層SH2a,SH2b,SH2cには、線条導体同士を接続するビア導体が形成されている。非磁性体層SH1aの下面には端子11,12が形成されている。磁性体層SH2a,SH2b,SH2cおよび非磁性体層SH1aには、磁性体層SH2cに形成された複数の線条導体のうち両外側の線条導体の端部を端子11,12に接続するビア導体が形成されている。このように第1給電コイル1はチップ部品として構成されている。
[0026]
 第1給電コイル1の巻回軸は基板10の面方向にあり、コイルアンテナ3の巻回軸は基板10の面に垂直方向にある。すなわち、第1給電コイル1の巻回軸方向はコイルアンテナ3の巻回軸方向と交差し、コイルアンテナ3の巻回軸方向に基板10を平面視したとき、給電コイル1の巻回軸は第1コイルアンテナ3の開口を横切る。
[0027]
 第2給電コイル2はコイルアンテナ3に沿っているので、第2給電コイル2はコイルアンテナ3と電界結合する。また、第2給電コイル2の巻回軸はコイルアンテナ3の巻回軸と同軸であるので、第2給電コイル2はコイルアンテナ3と磁界結合する。また、図1(B)に表れているように、第1給電コイル1の巻回軸方向は、コイルアンテナ3と鎖交する向きであるので、図1(A)中に磁束φで示すように、第1給電コイル1はコイルアンテナ3と磁界結合する。
[0028]
 図4は本実施形態に係るアンテナ装置101を含む通信回路の回路図である。アンテナ装置101の第1給電コイル1は第2給電コイル2と直列接続されていて、コイルアンテナ3は第1給電コイル1および第2給電コイル2と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ3はキャパシタ5とLC共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
[0029]
 第1給電コイル1および第2給電コイル2の直列回路には、RFIC4が接続されている。RFIC4は、給電回路41、マッチング回路43,44およびキャパシタ42を含んでいる。マッチング回路43,44およびキャパシタ42は、アンテナ装置101と給電回路41とを整合させる。また、キャパシタ42は第1給電コイル1および第2給電コイル2とともに共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
[0030]
 後に示すように、コイルアンテナ3およびキャパシタ5による共振回路と、第1給電コイル1、第2給電コイル2およびキャパシタ42による共振回路とは結合して複共振する。
[0031]
 図4に示す例では、通信相手はRFIDカード201である。RFIDカード201は、給電回路91、コイルアンテナ95、マッチング回路93,94およびキャパシタ92を備えている。アンテナ装置101のコイルアンテナ3もしくは第1給電コイル1はRFIDカード201のコイルアンテナ95と磁界結合する。または、コイルアンテナ3および第1給電コイル1の両方がRFIDカード201のコイルアンテナ95と磁界結合する。
[0032]
 図5はアンテナ装置101とRFIDカード201との位置関係および結合の様子を示す図である。アンテナ装置101の基板10に対してRFIDカード201が平行にかざされたとき、RFIDカード201のコイルアンテナ95はアンテナ装置101の主にコイルアンテナ3と磁束φ2で結合する。アンテナ装置101の基板10に対してRFIDカード201が垂直に、または傾斜して、かざされたとき、RFIDカード201のコイルアンテナ95はアンテナ装置101の主に第1給電コイル1と磁束φ1で結合する。
[0033]
 このようにして、RFIDカード201のコイルアンテナ95は、コイルアンテナ3だけでなく、第1給電コイル1とも結合するが、第1給電コイル1とコイルアンテナ3が拾う磁束の位置や向きが互い異なるので、RFIDカード201をラフにかざしたり置いたりしても通信できる。
[0034]
 図6は、図4における給電回路41からアンテナ装置101側をみた反射損失の周波数特性を示す図である。前述のとおり、コイルアンテナ3およびキャパシタ5による共振回路と、第1給電コイル1、第2給電コイル2およびキャパシタ42による共振回路とは結合する。この結合による複共振化により、広帯域に亘って反射損失が小さくなる。そのため、RFIDカードなどの通信相手のコイルアンテナの共振周波数が多少ずれていても、通信可能となる。
[0035]
 本実施形態によれば、第1給電コイル1と第2給電コイル2とが直列接続されているので、合成インダクタンスを大きくすることができ、所定の共振周波数への設定が容易となる。また、第1給電コイル1のインダクタンスは、小型でありながら、第2給電コイル2のインダクタンスに比べて大きいので、第1給電コイル1でインダクタンス値を高めることができる。
[0036]
 図1、図2に示した例では、矩形状の第2給電コイル2の1つの長辺の中央に第1給電コイル1を接続するようにしたが、第1給電コイル1の配置位置はこれに限らない。また、コイルアンテナ3の形成するスリット部SLの位置(チップキャパシタ5の実装位置)も図1、図2に示した位置に限らない。図7(A)~(D)はそれらの他の配置位置の例を示す図である。図7(A)に示すように、チップキャパシタ5は、矩形状のコイルアンテナ3の1つの短辺の中央に配置してもよい。また、図7(A)(B)に示すように、第1給電コイル1はコイルアンテナ3のいずれの長辺に配置してもよい。また、図7(C)に示すように、第1給電コイル1とチップキャパシタ5は対向する辺に配置してもよい。さらに、図7(D)に示すように、第1給電コイル1とチップキャパシタ5は同一辺に配置してもよい。
[0037]
《第2の実施形態》
 図8は第2の実施形態に係るアンテナ装置102Aの斜視図である。基板10の上面に第2給電コイル2およびコイルアンテナ3が、例えば銅箔パターンにより形成されている。コイルアンテナ3は基板10の外縁に沿って形成されている。第2給電コイル2はコイルアンテナ3の内周に沿って形成されている。この例では、第1給電コイルは2つの第1給電コイル部1A,1Bで構成されている。この2つの第1給電コイル部1A,1Bは、コイルアンテナ3の2つの長辺の中央にそれぞれ配置されている。
[0038]
 図9は、本実施形態のアンテナ装置102Aを含む通信回路の回路図である。アンテナ装置102Aの第1給電コイル部1A,1Bは第2給電コイル2と直列接続されていて、コイルアンテナ3は第1給電コイル部1A,1Bおよび第2給電コイル2と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ3はキャパシタ5とLC共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
[0039]
 第1給電コイル部1A,1Bおよび第2給電コイル2の直列回路には、RFIC4が接続されている。RFIC4は、給電回路41、マッチング回路43,44およびキャパシタ42を含んでいる。マッチング回路43,44およびキャパシタ42は、アンテナ装置102Aと給電回路41とを整合させる。また、キャパシタ42は第1給電コイル部1A,1Bおよび第2給電コイル2とともに共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
[0040]
 図9に示す例で、通信相手であるRFIDカード201は、給電回路91、コイルアンテナ95、マッチング回路93,94およびキャパシタ92を備えている。アンテナ装置102Aのコイルアンテナ3、第1給電コイル部1A、第1給電コイル部1Bのいずれか1つ、幾つかの組み合わせ、もしくは全て、はRFIDカード201のコイルアンテナ95と磁界結合する。
[0041]
 図8に示した例では、2つの第1給電コイル部1A,1Bを、それらの巻回軸方向が一致する向きに配置したが、例えば図10に示すアンテナ装置102Bのように、2つの第1給電コイル部1A,1Bを、それらの巻回軸方向が交差(図10の例では直交)する向きに配置してもよい。
[0042]
 本実施形態によれば、第1給電コイルを複数の第1給電コイル部で構成することにより、通信相手のアンテナとの結合可能な位置が増加したり、通信可能範囲が拡大したりする。また、複数の第1給電コイル部がコイルアンテナ3のコイル開口CA3を挟んで対向する構造により、互いに対向関係にある第1給電コイル部の間隔が大きくなり、通信可能範囲が拡大する。さらに、複数の第1給電コイル部の巻回軸方向が互いに交差する構造により、通信可能な角度範囲が拡大する。
[0043]
《第3の実施形態》
 図11は第3の実施形態に係るアンテナ装置103の平面図である。第1・第2の実施形態では、コイルアンテナ3の内周に沿って第2給電コイル2を形成したが、本実施形態では、コイルアンテナ3の外周に沿って第2給電コイル2を形成している。
[0044]
 このように、第2給電コイル2はコイルアンテナ3の外側にあってもよい。
[0045]
《第4の実施形態》
 図12は第4の実施形態に係るアンテナ装置104の平面図である。第1~第3の実施形態では、コイルアンテナ3の線幅W0内に第1給電コイル1を配置したが、本発明はこれに限らない。図12に示すように、第1給電コイル1の少なくとも一部が、コイルアンテナ3の線幅より第1給電コイル1一個分程度太い幅W1内に入っていれば、第1給電コイルとコイルアンテナ3との十分な結合を期待できる。
[0046]
《第5の実施形態》
 図13(A)は第5の実施形態に係るアンテナ装置105の平面図である。図13(B)は基板10の下面に形成されている導体パターンを示す図である。図14(A)は図13(A)(B)におけるA-A'部分での断面図、図14(B)は図13(A)(B)におけるB-B'部分での断面図である。図15は第1給電コイル1の実装位置の拡大平面図である。図16は、第1給電コイル1の構成を示す分解斜視図である。ダミーの端子13が形成されていること以外は、図3に示した第1給電コイル1と同じである。
[0047]
 これらの図から明らかなように、基板10の上面の導体パターン2A、基板10の下面の導体パターン2Bおよび層間接続導体(ビア導体)2Vにより、矩形ループ状の第2給電コイル2が形成されている。
[0048]
 図15において、破線は第1給電コイル1の実装位置を示している。第1給電コイル1の端子は第1給電コイル接続電極21,22に接続される。このようにして、第1給電コイル1は、コイルアンテナ3の一部を跨いだ状態で、第2給電コイル2と接続されてもよい。
[0049]
 本実施形態によれば、コイルアンテナ3も第1給電コイル1も同一基板上に配置されていることにより、コンパクト化を実現しつつ、平面視で、第1給電コイル1とコイルアンテナ3が一部重なっているので、第1給電コイル1とコイルアンテナ3との結合度を向上させることができる。
[0050]
《第6の実施形態》
 図17(A)は第6の実施形態に係るアンテナ装置106の平面図、図17(B)はアンテナ装置106の底面図、図17(C)はアンテナ装置106の断面図である。
[0051]
 基板10の上面には、外縁に沿ってコイルアンテナ3が形成されている。コイルアンテナ3のスリット部SLにはチップキャパシタ5が実装されている。基板10の下面には、外縁に沿って第2給電コイル2が形成されている。基板10の下面には第1給電コイル1およびRFIC4が実装されている。これらは第2給電コイル2に対して直列接続されている。
[0052]
 このように、第1給電コイル1、第2給電コイル2が、基板を挟んでコイルアンテナ3の反対面に形成されてもよい。
[0053]
 本実施形態によれば、平面視で、第1給電コイル1とコイルアンテナ3が重なるので、第1給電コイル1とコイルアンテナ3との結合度を高めることができる。また、第2給電コイル2は、コイルアンテナ3の近傍(基板10を介して反対面)にあり、また、第2給電コイル2の線幅は、コイルアンテナ3の線幅と略同じで、外形の大きさも略同じにできるので、コイルアンテナ3と第2給電コイル2とは近接する領域が大きくなり、磁界結合だけでなく電界結合もより強く生じ、結合度をより一層高めることができる。
[0054]
 第2給電コイル2とコイルアンテナ3は、線幅・外形がまったく同じでなくても、平面視で、コイルアンテナ3と第2給電コイル2が少なくとも一部重なっていても上記作用効果を奏する。
[0055]
 なお、コイルアンテナ3と第2給電コイル2は、別体の基板で形成して近接させてもよい。
[0056]
《第7の実施形態》
 図18(A)は第7の実施形態に係るアンテナ装置107の平面図、図18(B)は、アンテナ装置107が備える基板10の下面に形成されている導体パターン等示す透視図である。(底面図ではない。)
 本実施形態では、第2給電コイル2を複数ターンとしている。この例では、基板10の上下面に2つのスパイラル状の導体パターン2A,2Bを形成することで、これらスパイラル状の導体パターン2A,2Bで第2給電コイルを構成している。スパイラル状の導体パターン2A,2Bそれぞれに流れる電流の向きは、平面視で同方向になるように形成されている。そのため、2つのスパイラル状の導体パターン2A,2Bの少なくとも一部が重なることで、これら2つのパターン2A,2B同士は電界結合する。
[0057]
 このように、第2給電コイルをスパイラル状にしたり、対向する2つのパターンで構成したりすることで、所定のインダクタンス値を容易に得ることができる。また、電界結合の結合度、つまり容量値、を調整することもできる。これらにより、共振周波数を調整することができる。
[0058]
 本実施形態では、導体パターン2Bに第1給電コイル1とRFIC4を接続するとともにマッチング回路6A,6Bおよびマッチング用のキャパシタ6Cを接続している。このように、第2給電コイル2に対してRFIC4用のマッチング回路を接続してもよい。
[0059]
 なお、コイルアンテナ3を複数ターンに構成してもよい。
[0060]
《第8の実施形態》
 図19は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の斜視図である。本実施形態のアンテナ装置108においては、第1基板10Aに第2給電コイル2が形成されていて、この第1基板10Aに第1給電コイル1が実装されている。そして、第2給電コイル2に近接するコイルアンテナモジュール30を備えている。
[0061]
 図20(A)は上記コイルアンテナモジュール30の平面図、図20(B)はコイルアンテナモジュール30が備える第2基板10Bの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
[0062]
 コイルアンテナモジュール30は、第2基板10Bの上下面に2つのスパイラル状の導体パターン3A,3Bが形成されたものである。2つのスパイラル状の導体パターン3A,3Bそれぞれに流れる電流の向きは平面視で同方向になるように形成されている。そのため、2つのスパイラル状の導体パターン3A,3Bの少なくとも一部が重なることで、これら2つのパターン3A,3B同士は電界結合する。そのため、キャパシタを別途設けなくてもLC共振回路を構成できる。
[0063]
 このように、コイルアンテナモジュールが構成された基板(コイルアンテナモジュール30)と、第1給電コイル1および第2給電コイル2が設けられる基板とが別体であってもよい。このことで、設計の自由度が向上する。
[0064]
 なお、スパイラル状パターン1つのみでコイルアンテナを構成してもよい。その場合には、スパイラル状パターンの両端を、第2基板10Bに設けた層間接続導体と、第2基板10Bの下面に形成した配線とを介して接続し、スパイラル状パターンの途中にキャパシタを接続すればよい。
[0065]
 このように、コイルアンテナを、スパイラル状パターンで構成したり、2つのパターンで構成したりすることでインダクタンス値の設定が容易となり、所定の共振周波数に設定できる。
[0066]
《第9の実施形態》
 第9の実施形態では通信機器の例について示す。
[0067]
 図21(A)は、通信機器の筐体内に組み込まれる第1基板10Aの平面図、図21(B)は第1基板10Aの下面に形成されている導体パターンを示す透視図である。
[0068]
 第1基板10Aの上下面に2つのスパイラル状の導体パターン2A,2Bを形成することで、これらスパイラル状の導体パターン2A,2Bで第2給電コイルを構成している。スパイラル状の導体パターン2A,2Bそれぞれに流れる電流の向きは、平面視で同方向になるように形成されている。そのため、2つのスパイラル状の導体パターン2A,2Bの少なくとも一部が重なることで、これら2つの導体パターン2A,2B同士は電界結合する。導体パターン2Aには第1給電コイル1とRFIC4が接続されるとともにマッチング回路6A,6Bおよびマッチング用のキャパシタ6Cが接続されている。
[0069]
 図22(A)は通信機器の下部筐体の内面側の平面図、図22(B)は上部筐体側の平面図である。図23は通信機器301の断面図である。
[0070]
 上部筐体81側に上記第1基板10Aが備えられている。図21に示したように、この第1基板10Aには第1給電コイル1、第2給電コイルの導体パターン2A,2Bおよびその他の回路が構成されている。上部筐体81側には、UHF帯での通信用アンテナが実装された基板10Cやバッテリーパック83が備えられている。下部筐体82には、コイルアンテナモジュール30が設けられている。図20(A)(B)に示したコイルアンテナモジュールと同様に、第2基板10Bの上下面に2つのスパイラル状パターンが形成されたものである。
[0071]
 上部筐体81と下部筐体82とを嵌合させた状態で、図23に示すように、コイルアンテナモジュール30は第1給電コイル1および第2給電コイルのスパイラル状の導体パターン2A,2Bに対向し、これらによってアンテナ装置が構成される。
[0072]
 なお、コイルアンテナ3は第2給電コイル2と磁界結合だけでなく電界結合も行うので、より強く結合される。
[0073]
 図22に示した例では、平面視で、コイルアンテナ3と第2給電コイル2とは全体が重なるように構成したが、平面視で、コイルアンテナ3と第2給電コイル2とが一部で重なるようにそれらを配置してもよい。
[0074]
《第10の実施形態》
 図24は第10の実施形態に係るアンテナ装置110の回路図である。アンテナ装置110の第1給電コイル1は第2給電コイル2と並列接続されていて、コイルアンテナ3は第1給電コイル1および第2給電コイル2と電界結合または磁界結合する。コイルアンテナ3はキャパシタ5とLC共振回路を構成し、近距離無線通信の周波数帯で共振する。
[0075]
 第1給電コイル1および第2給電コイル2の並列回路には、RFIC4が接続されている。RFIC4の構成は図4に示した例と同じである。このように、第1給電コイル1および第2給電コイル2は並列接続されていてもよい。また、複数の第1給電コイルを設ける場合に、それらの第1給電コイルを並列接続してもよい。
[0076]
 本実施形態によれば、給電回路に接続される回路のインダクタンスを減らすことができ、そのことで共振周波数の設定を行うことができる。また、給電回路に接続される回路の抵抗値を下げ、損失の低下やQ値を上昇させることができる。
[0077]
《第11の実施形態》
 図25、図26は、第11の実施形態に係るアンテナ装置111A,111Bの平面図である。アンテナ装置111A,111Bのいずれも、コイルアンテナ3、第1給電コイル1、第2給電コイル2、RFIC4、チップキャパシタ5を備えている。
[0078]
 図25、図26に示すように、第2給電コイル2はその全長に亘ってコイルアンテナ3の内周に沿っている必要はなく、部分的に近接していてもよい。このことで、コイルアンテナ3と第2給電コイル2との結合度を定めてもよい。また、コイルアンテナ3と第2給電コイル2との間に生じる空間に他の部品を配置してもよい。
[0079]
《第12の実施形態》
 第12の実施形態では、タッチパッドを備えたアンテナ装置の例を示す。
[0080]
 図27は本実施形態に係るアンテナ装置112の底面図、図28はアンテナ装置112の断面図である。図29はタッチパッド部に上記アンテナ装置112を備えたノートPCの斜視図である。
[0081]
 図27に表れているように、アンテナ装置112は、タッチパッド基板70に、コイルアンテナ3、第1給電コイル1、第2給電コイル2、RFIC4、チップキャパシタ5、マッチング回路6A,6Bおよびマッチング用のキャパシタ6Cを備えている。
[0082]
 図28に表れているように、タッチパッド基板70は、基板70a、絶縁シート70b、電極シート70c,70d、保護シート70eを備えている。電極シート70c,70dにはタッチ操作検出用電極71,72が形成されている。
[0083]
 このように、タッチパッド基板にアンテナ装置用の各種電極を形成し、チップ部品を実装することで、タッチパッドに近距離無線通信用のアンテナを組み込むことができる。
[0084]
 図29に示すノートPCのタッチパッド部に例えばRFIDカードをかざすか、載置することで、ノートPCはRFIDカードと通信できる。
[0085]
 また、コイルアンテナ3、第2給電コイル2をタッチ操作検出用電極71や72と同じ電極層に形成してもよい。それにより、タッチパッドにアンテナ装置を備えながら薄さを維持できる。
[0086]
 本実施形態では、ノートPCのタッチパッド部にアンテナ装置を備えた例を示したが、スマートフォンやタブレット端末等の表示パネルやタッチパネル等にも同様に近距離無線通信用のアンテナを組み込むことができる。
[0087]
《他の実施形態》
 以上に示した各実施形態では、コイルアンテナ3は第2給電コイル2のコイル開口CA2と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口CA3を有する例を示したが、第2給電コイル2のコイル開口CA2を平面視して、コイルアンテナ3の幾何学的重心(密度を考慮しない重心)は、第2給電コイル2のコイル開口CA2内に位置していればよい。

符号の説明

[0088]
CA2,CA3…コイル開口
SH1a,SH1b…非磁性体層
SH2a,SH2b,SH2c…磁性体層
SL…スリット部
1…第1給電コイル
1A,1B…第1給電コイル部
2…第2給電コイル
2A,2B…導体パターン
3…コイルアンテナ
3A,3B…導体パターン
4…RFIC
5…チップキャパシタ
6A,6B…マッチング回路
6C…キャパシタ
10…基板
10A…第1基板
10B…第2基板
10C…基板
11,12,13…端子
21,22…第1給電コイル接続電極
23,24…RFIC接続電極
30…コイルアンテナモジュール
41…給電回路
42…キャパシタ
43,44…マッチング回路
70…タッチパッド基板
70a…基板
70b…絶縁シート
70c,70d…電極シート
70e…保護シート
71,72…タッチ操作検出用電極
81…上部筐体
82…下部筐体
83…バッテリーパック
91…給電回路
92…キャパシタ
93,94…マッチング回路
95…コイルアンテナ
101…アンテナ装置
102A,102B…アンテナ装置
103~110…アンテナ装置
111A,111B…アンテナ装置
112…アンテナ装置
201…RFIDカード
301…通信機器

請求の範囲

[請求項1]
 給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電界結合または磁界結合するコイルアンテナとを備え、
 前記給電コイルは、第1給電コイルと、第1給電コイルに接続された第2給電コイルとで構成され、
 第2給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
 コイルアンテナは第2給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
 第2給電コイルのコイル開口の平面視で、コイルアンテナの幾何学的重心は、第2給電コイルのコイル開口内に位置し、
 第1給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、
ことを特徴とするアンテナ装置。
[請求項2]
 前記第1給電コイルは複数の第1給電コイル部で構成された、請求項1に記載のアンテナ装置。
[請求項3]
 前記複数の第1給電コイル部は、前記コイルアンテナのコイル開口を挟んで対向する2つの第1給電コイル部を含む、請求項2に記載のアンテナ装置。
[請求項4]
 前記複数の第1給電コイル部は、互いの巻回軸方向が交差する2つの第1給電コイル部を含む、請求項2に記載のアンテナ装置。
[請求項5]
 前記第2給電コイルの巻回軸と前記コイルアンテナの巻回軸とは、同軸関係である、請求項1~4のいずれかに記載のアンテナ装置。
[請求項6]
 基板を備え、前記給電コイルおよび前記コイルアンテナは前記基板に設けられている、請求項1~5のいずれかに記載のアンテナ装置。
[請求項7]
 前記基板に、タッチ操作検出用電極が形成された、請求項6に記載のアンテナ装置。
[請求項8]
 前記第2給電コイルに対する前記第1給電コイルの両端部における2つの接続位置は、前記コイルアンテナを跨ぐ位置に配置されている、請求項6または7に記載のアンテナ装置。
[請求項9]
 第1基板および第2基板を備え、
 前記給電コイルは第1基板に設けられていて、
 前記コイルアンテナは前記第2基板に設けられている、請求項1~5のいずれかに記載のアンテナ装置。
[請求項10]
 アンテナ装置および前記アンテナ装置に接続された給電回路を備えた通信機器において、
 前記アンテナ装置は、前記給電回路に接続される給電コイルと、この給電コイルと電界結合または磁界結合するコイルアンテナとを備え、
 前記給電コイルは、第1給電コイルと、第1給電コイルに対して直列接続された第2給電コイルとで構成され、
 第2給電コイルは面状に拡がるコイル開口を有し、
 コイルアンテナは第2給電コイルのコイル開口と同一面または平行な面に沿って面状に拡がるコイル開口を有し、
 平面視で、コイルアンテナの幾何学的重心は、第2給電コイルのコイル開口内に位置し、
 第1給電コイルの巻回軸方向はコイルアンテナの巻回軸方向と交差している、
ことを特徴とする通信機器。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]

[ 図 27]

[ 図 28]

[ 図 29]