近距離無線通信用アンテナ装置
【課題】近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内することが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナコイルと、前記アンテナコイルよりも外形が大きく、かつ前記アンテナコイルを第一主面に配置固定するフェライト部材と、前記フェライト部材の第一主面と対向する第二主面側に配置され、前記フェライト部材の外形よりも大きな導電部材と、整合用のコンデンサを備えた近距離無線通信用アンテナ装置であって、前記近距離無線通信用アンテナ装置は整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にある。
【解決手段】アンテナコイルと、前記アンテナコイルよりも外形が大きく、かつ前記アンテナコイルを第一主面に配置固定するフェライト部材と、前記フェライト部材の第一主面と対向する第二主面側に配置され、前記フェライト部材の外形よりも大きな導電部材と、整合用のコンデンサを備えた近距離無線通信用アンテナ装置であって、前記近距離無線通信用アンテナ装置は整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の小型の無線通信装置に用いられる、磁界誘導を用いた小電力無線通信：ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に基づくアンテナ装置に関し、特には１３．５６ＭＨｚの通信周波数帯を利用した近距離通信規格：ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に対応した近距離無線通信用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近接通信を行うシステムとしては、例えば、ＩＣカードシステムが広く知られている。ＩＣカードシステムにおいては、読み書き装置であるリーダ／ライタ（以下単にアンテナ装置という場合がある）のアンテナが電磁波を発生することにより、磁界が形成され、リーダ／ライタにＩＣカードが近づけると、ＩＣカードのアンテナへの電磁誘導によって電力伝送され、集積回路は電源の供給を受けるとともに、リーダ／ライタとの間で設定されたプロトコル（例えばＩＳＯ１４４４３、１５６９３、１８０９２等）でデータ伝送を行う。近年では、ＩＣカードシステムの他に携帯電話等の小型の無線通信装置にも近接通信が採用される様になって来た。
【０００３】
図１３はループアンテナを用いて構成される近距離無線通信用アンテナ装置の一般的な構成を示す平面図である。以下の説明では、近距離無線通信用アンテナ装置を単にアンテナ装置と呼ぶ場合がある。このアンテナ装置１は、フレキシブル基板３１０の面上にループ状に巻回されたアンテナコイル３０５をループアンテナとして形成して構成される。アンテナコイル３０５に高周波電流が流れるとその周囲には磁束が発生する。
【０００４】
通常、その磁束はアンテナコイル３０５が形成された面側とその反対面側とで実質的に差異は無く、磁界は均等に生じる。しかしながら通信においては一方面側のみの磁界しか寄与しない為、この様な構成にあっては、アンテナ装置は通信距離が短く、また通信に寄与しない磁界は他の通信機器に影響を与えてしまう。また、近接して配置される他の構成部品の金属導体による影響を受けて、Ｑ値やインダクタンスの低下を招き易いという問題があり、アンテナコイルのどちらか一方の面側に、透磁率の高いフェライト板や磁性金属粉末を樹脂に混合した金属樹脂シートなどの軟磁性部材を貼り付けることが行なわれている。
【０００５】
磁束を遠くまで及ばせて通信性能を高めようとすれば、アンテナコイルの外形寸法を大きく構成するのが好ましいが、アンテナコイルの近傍では強い磁界が生じるので、周囲にある金属の影響を受けやすく、例えアンテナコイルに軟磁性部材を配置しても、相互の位置関係がずれると、アンテナ装置の共振周波数が大きく変化してしまう問題があった。
【０００６】
アンテナコイルと軟磁性部材とを一体化する際に、厳密な位置合わせを行うことは多くの作業工数を必要とする。また、アンテナコイルの位置ずれによるインダクタンスの変化を共振用コンデンサによって補正し、個体ごとに共振周波数を合わせ込んで再調整することは可能だが、作業工数の増加とともに、容量値の異なる複数の共振用コンデンサを準備しなければならず、生産性が劣るとともに、アンテナ装置のコストが増加するという問題がある。
【０００７】
この様な問題に対して、特許文献１では、貼り合わせ位置が軟磁性部材の面内で多少ずれても、金属導体による影響を受けない程度に、軟磁性部材の外形寸法をアンテナコイルの外形寸法よりも十分に大きく構成することで、アンテナ装置の共振周波数を安定化させ、アンテナコイルと軟磁性部材の貼り合わせを容易とすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２５０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、携帯電話等の無線通信装置は小型化、多機能化が進み、用いられるアンテナ装置もその大きさに制限があるため、軟磁性部材の外形寸法を十分に大きく構成することは現実的な解決策では無いのが実際である。
【００１０】
この為、アンテナコイルの中心位置が所定の搭載位置から外れる場合に、共振周波数がシフトして所望の周波数範囲内に共振が得られず、通信距離が著しく減じてしまう問題は、携帯電話等の無線通信装置用のアンテナ装置においては依然残されたままであった。
【００１１】
アンテナコイルの巻径を小径とすれば、相対的にアンテナコイルの外周と軟磁性部材の外周との間を大きく取ることは可能だが、アンテナコイルの周囲に発生する磁束が及ぶ距離も短くなり通信距離に影響する問題がある。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内とすることが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置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】
【００１３】
第１の発明は、対向する主面を備えた軟磁性部材の第一主面にアンテナコイルを配置固定し、第二主面側に導電部材を配置した近距離無線通信用アンテナ装置であって、前記軟磁性部材の外形はアンテナコイルよりも大きく、前記導電部材の外形は前記軟磁性部材よりも大きく、整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を、共振周波数がその周波数範囲の下限周波数の近傍となる容量値に設定したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置である。
【００１４】
アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じた面内の位置ずれにより自己インダクタンスが変化し、位置ずれが大きいほど自己インダクタンスが低下する。その為に、整合用のコンデンサとの共振周波数はアンテナコイルの外周が軟磁性部材の外周に近づくにつれて高周波となり、位置ずれが小さいと低周波となる。その変化は有底で双曲線状に変化する。本発明においては、位置ずれ量の異なる複数の組立体の自己インダクタンスを評価し、それらの内、自己インダクタンスが最も大きい組立体を基準として用いることが出来る。
【００１５】
近接して配置される金属導体の影響を予定し、共振周波数の変化に基づいて、アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を前記周波数範囲の下限周波数の近傍に設定すれば、共振周波数の上限に近い周波数まで組立体の位置ずれは許容される。従って、貼り合わせ位置が軟磁性部材の面内で多少ずれがある場合でも、アンテナ装置の共振周波数が大きくシフトすることを抑えて、所定の周波数範囲内に安定化させることができる。アンテナコイルの多少の位置ずれを許容するのであるから、軟磁性部材とアンテナコイルとを貼り合わせて組立体とする作業は自ずと容易になり、生産性を向上させることが出来る。
【００１６】
なお、共振周波数を上限に近い周波数は、軟磁性部材の材質特性である初透磁率の相対温度係数を考慮すれば１３．７６ｋＨｚ以上であるのが好ましく、位置ずれの無い場合の共振周波数は１３．４０ＭＨｚ以上であるのが好ましい。
【００１７】
本発明においては、前記軟磁性部材の第二主面と前記導電部材の間に、前記軟磁性部材よりも低誘電率のギャップ層を介在させて、前記ギャップ層の厚みによって共振周波数を調整するのが好ましい。ギャップ層の厚みが厚くなると前記アンテナコイルと前記導電部材との間に形成される寄生容量が小さくなり共振周波数が低下する。この様な共振周波数の挙動に着目すれば、位置ずれに基づく共振周波数のずれを整合用のコンデンサの容量値を変更する事無く、ギャップ層の厚みによって調整することが出来る。ずれ量が共振周波数の上限を満足し得る位置ずれを超える場合であっても、ギャップ層の厚みを増すことで共振周波数を所定の周波数範囲内に低下させることが可能であり、共振周波数を満足しないとして除かれるアンテナ装置を減じることが出来て、生産上の歩留まりを改善する。
【００１８】
本発明においては、前記軟磁性部材の外形は平面視で略四角形状で、前記導電部材の外形を前記軟磁性部材と近似形状とし、前記軟磁性部材の外周を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化するが、アンテナコイルの引出部が軟磁性部材を介さずに導電部材と対向しない様に、前記軟磁性部材のアンテナコイルの端部を引き出す側であって、その外周の一辺を前記導電部材の外周に近接して沿わせ、他の三辺を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化しても良い。
【００１９】
また、アンテナコイルの外周と軟磁性部材の外周との最小の間隔が０ｍｍに近づくほどにインダクタンスは大きく低下し、所望の共振周波数に調整することが困難な場合がある。それはアンテナコイルの外形によるが、実用的なアンテナコイルの外形が５０ｍｍ角を超える場合には、多少の間隔を設けて０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２０】
本発明においては、軟磁性部材の外形はアンテナコイルの外形よりも１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく構成するのが好ましい。この場合であれば、アンテナコイルと軟磁性部材の中心が一致する場合に対して±０．１ｍｍの位置ずれがあっても、アンテナコイルの配置時の位置ずれを含んだアンテナコイルと軟磁性部材との外周間隔を、０．５ｍｍ以上とすることが出来る。更に好ましくは１．５ｍｍ超４ｍｍ以下である。
【００２１】
また導電部材に窪みを設けて、軟磁性部材を窪み内に配置しても良い。この場合は導電部材と軟磁性部材との位置合わせが容易となるので好ましい。また、アンテナ装置の厚みを減じることが出来て好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内することが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例に係るアンテナ装置のａ−ａ’断面図である。
【図４】アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の位置ずれを説明するための図である。
【図５】アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の一軸方向の位置ずれによる共振周波数の変化を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の等価回路と、それに接続される整合回路の構成例を示す図である。
【図７】アンテナ装置のギャップ厚みによる共振周波数の変化を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置のｂ−ｂ’断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置のｃ−ｃ’断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置の構成を説明すいための斜視図である。
【図１２】本発明の実施例に係るアンテナ装置を用いた無線通装置を説明する為の図である。
【図１３】従来のアンテナ装置の一般的な構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図６を基に本発明のアンテナ装置について説明する。図１はアンテナ装置の平面図であり、図２はアンテナ装置の分解斜視図であり、図３はアンテナ装置のｘ−ｘ’断面図であり、図４はアンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の位置ずれを説明するための図であり、図５はアンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の一軸方向の位置ずれによる共振周波数の変化を説明するための図である。図６はアンテナ装置と整合回路とによる共振回路の構成例である。
【００２５】
アンテナ装置１の基本的な構成は、アンテナコイル１０と、前記アンテナコイル１０の非伝送面側を覆い、互いに平行となるように重ねて配置された平板状のフェライト部材などの軟磁性部材１５と、前記軟磁性部材１５と平行となるようにギャップ層３５を介して重ねられた導電部材３５を備える。
【００２６】
アンテナコイル１０は、例えばポリイミド等の絶縁材料でなるベースフィルムと、このベースフィルムの上に形成された銅又はアルミニウム等でなる１ターン以上巻回されたスパイラル状の導体４であるコイル部５と引出部６で構成されている。金属箔や金属の蒸着膜をエッチングして、フレキシブル基板にアンテナコイル１０を構成したり、導電性ペーストにてアンテナの導体パターンを印刷形成し、表面に粘着剤を設けた樹脂フィルムに導体パターンを転写したりして構成される。フレキシブル基板のベースフィルムは、ポリイミドの他に、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド類、ポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類等からなるのが好ましい。中でも、耐熱性及び誘電損失の観点から、ポリアミド類及びポリイミド類が好ましい。ここではフレキシブル基板については図示を省略している。
【００２７】
コイル部５は、平面的にスパイラル状の巻回されたコイルであれば良く、エナメル線などの線状の導体４をコイル状に加工しても良い。フレキシブル基板化したアンテナコイル１０と比べて若干厚みが増すものの、特性的に優れ、かつ安価に提供することが可能である。 用いる線状導体は単線、多芯の区別は無いが、アンテナ装置１は低背を求められることから、線状導体として単線のエナメル線を用いるのが好ましく、融着力を持つオーバーコート（融着層）がなされたエナメル線（自己融着線）がより好ましい。融着層は熱又は溶剤により活性化するものであり、自己融着コイルを用いれば組立工程における取り扱い容易と成る。またその線径は３０μｍ〜８０μｍであるのが好ましい。
【００２８】
アンテナコイル１０と軟磁性部材１５との一体化では両面テープを用いる場合が多く、その際には、図４に示す様に面内位置ずれが生じ易い。図ではアンテナコイル１０の中心が軟磁性部材１５の面内の右上方にずれた状態を示している。アンテナコイル１０が配置固定する際に多少ずれても、軟磁性部材１５の面内に収めることを考慮すれば、軟磁性部材１５の外形は必然的にアンテナコイル１０のコイル部５の外形よりも大きな面積を有するものとなる。また、軟磁性部材１５の厚みが薄いとアンテナコイル１０による磁束が下部の導電部材３５へ漏れて渦電流が増し、また厚いとアンテナ装置の厚みが増すばかりであるため、０．１ｍｍ〜２．５ｍｍとするのが好ましい。
【００２９】
アンテナコイル１０の位置ずれが大きく、アンテナコイル１０の外周が軟磁性部材１５の外周に近づくにつれ、周囲に漏洩する磁束が増すためにインダクタンスが低下する。更に軟磁性部材１５の周囲に導電部材３５を設けると、漏洩磁束により渦電流が生じるためにインダクタンスの低下がいっそう大きくなる。
【００３０】
このアンテナ装置１は、整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にある。整合回路５０を構成する整合用のコンデンサは通常チップコンデンサで構成され、アンテナコイルの両端側に設けられて、給電回路との不整合による電力反射を抑制している。ここで示した整合回路５０は平衡回路として構成されるが、不平衡回路であっても良い。アンテナ装置１は、等価的にはアンテナコイル１０によるインダククタＬと寄生抵抗Ｒｍ、及び寄生容量Ｃｃと整合用のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量Ｃｓとで表され、寄生容量Ｃｓはフレームグランドと接続する。
【００３１】
共振周波数の１３．５６ＭＨｚは近距離無線通信において規格化された周波数であり、１３．５６ＭＨｚを中心とする±２５０ｋＨｚとする周波数範囲は、発明者等が実験で求めた通信距離３ｃｍで実用的な通信が可能な状態が得られる周波数範囲である。
【００３２】
整合回路５０の各コンデンサの定数等の条件を固定して共振周波数を見れば、アンテナコイル１０の位置ずれが大きいと、共振周波数は高周波側にシフトし、小さいと低周波へシフトする。位置ずれに対する共振周波数は、図５に示す様に、位置ずれが無い場合を底とした双曲線状に変化する。軟磁性部材１５の周囲に導電部材３５があると、その変化は大きくなる。
【００３３】
この様な位置ずれに対する共振周波数の挙動に着目し、共振周波数の底となる位置ずれの無い場合の共振周波数を所定の周波数範囲内（１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚ）の下限以上とし、アンテナコイルの位置ずれを許容される最大とした場合の共振周波数を上限に近い周波数とするように整合用のコンデンサの容量値を設定すれば、許容されるアンテナコイルの位置ずれ幅が広がり、生産上、共振周波数を満足しないとして除かれるアンテナ装置を低減することが出来る。
【００３４】
軟磁性部材１５を構成する磁性材料として、Ｎｉ系、Ｍｎ系、Ｌｉ系などの軟磁性フェライトやＦｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系の磁性合金、Ｆｅ−（Ｃｏ，Ｎｉ）−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系アモルファス合金、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｂ系ナノ結晶合金なとがあげられる。１３．５６ＭＨｚにおける透磁率は３０〜２５０であるのが好ましく、金属系の磁性材料では微粉化したものを樹脂と混合してシート状にして用いる。また軟磁性フェライトであれば、ドクターブレード法等の公知のシート化技術により得たグリーンシートを所定の形状に加工し、単層のままで焼結してシート状あるいは板状としたり、複数層を積層して用いたりすることが出来る。複数層を積層する場合には、異なる軟磁性フェライトを用いたグリーンシートを用いて、層によって磁気特性を異ならせて構成することも出来る。
【００３５】
軟磁性部材１５はシート状、あるいは単板状でも良いし、それが複数に分割された状態にあっても良い。焼結フェライト板であれば、その小片は予め分割されたものを用い、並べて、プラスチックフィルムに貼付する場合や、焼結フェライト板に分割の為の溝や孔を形成し、プラスチックフィルムに貼付した状態で外力を作用させて分割する場合もある。プラスチックフィルムに貼付後に分割すると、曲げを要しない場合に小片間の間隔は実質的に生じることが無く、透磁率はほとんど劣化することが無い。これによりインダクタンスの低下も無く、インピーダンスマッチングも適正に保持されて通信特性の劣化を抑えることも出来る。
【００３６】
軟磁性部材１５と近接して設けられる導電部材３５は、シールドとして用いるものや、単にバッテリーケース等の無線通信装置内の金属構造物である場合もあり、銅、アルミニウム、ステンレスといった金属である。それらと軟磁性部材１５との間は、軟磁性部材１５よりも低誘電率のギャップ層が設けられる。ギャップ層は粘着剤層又は空気層として構成され、その厚みは２０μｍ以上２００μｍ以下であるのが好ましく、プラスチックフィルムや両面テープが用いられて、その厚みによって任意に調整することが出来る。一般的な軟磁性フェライトの比誘電率は１０〜２０程度であり、前記ギャップ層は比誘電率が５以下の樹脂であるのが好ましい。
【００３７】
図７はアンテナ装置のギャップ厚みによる共振周波数の変化を説明するための図である。ギャップ層の厚みによって、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量が変化する。ギャップ層１７の厚みが厚くなると、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量が小さくなり共振周波数が低下する。この様な共振周波数の挙動に着目すれば、位置ずれに基づく共振周波数のずれを整合用のコンデンサの容量値を変更する事無く、ギャップ層の厚みによって調整することが出来る。
【００３８】
図１１に本発明の他の実施態様を示す。これはバッテリーケースを導電部材３５とするものであって、バッテリ７４の主面上にアンテナコイル１０と軟磁性部材１５とが配置固定される。アンテナ装置１の側面には、バッテリ制御回路と接続する端子８１とアンテナコイル１０の端部ａ，ｂが接続する端子８２を備える。
【００３９】
図１２は本発明のアンテナ装置を用いた無線通装置の斜視図である。アンテナ装置１は携帯電話２００に内蔵され、携帯電話２００側のバッテリ給電回路と端子８１とが接続し、アンテナコイル１０への給電／制御回路と端子８２が接続される。アンテナ装置１は、端子８１を介して携帯電話２００に電力を供給し、端子８２により近距離無線通信の信号を携帯電話側の回路との間でやり取りする。
【００４０】
導電部材３５であるバッテリ７４、アンテナコイル１０、軟磁性部材１５を、予め一体化することで、アンテナ装置１を携帯電話２００に収容しても、他の金属部品との位置関係も予め分かっているので、それを見込んで各部材の関係を決定することが可能で、収容前後での共振周波数の変化を小さく出来る。
【００４１】
（実施例）
実施例のアンテナ装置の斜視図を図８に、図９にそのｂ−ｂ’断面図を、図１０にｃ−ｃ’断面図を示す。このアンテナ装置は図１等で説明したものと基本的な構成は同じであるので、対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
アンテナ装置１は、線幅０．５ｍｍ、線間０．５ｍｍで２ターンに巻回された厚み３５μｍのＣｕ箔をエッチングしてなる導線で構成されたアンテナコイル１０を有する。アンテナコイル１０のコイル部５は平面視で矩形状に構成され、長手方向と短手方向を備え、長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向としている。外周縁において、Ｘ方向の一辺を５０ｍｍとし、Ｙ方向の一辺を４２ｍｍとした。アンテナコイル１０はフレキシブル基板として構成されるが、ベースフィルムの図示は省略した。なおその厚みは３０μｍであった。アンテナコイル１０の端部ａ、ｂは引出部６にて軟磁性部材１５の外周縁を越えて引き出される。
【００４３】
軟磁性部材１５として、Ｎｉ系フェライトで厚みが０．２２ｍｍの焼結フェライト板を用いた。以下、フェライト部材１５と呼ぶ。このフェライト部材１５には、Ｆｅ２Ｏ３；４６．５ｍｏｌ％，ＺｎＯ；２０．０ｍｏｌ％，ＮｉＯ；２２．５ｍｏｌ％，ＣｕＯ；１１．０ｍｏｌ％の組成であり、初透磁率が１１０、比誘電率εｒが１０であるフェライト材料を用いた。その形状は平面視で矩形状に構成され、外周縁において、Ｘ方向の一辺を５２ｍｍとし、Ｙ方向の一辺を４４ｍｍとし、アンテナコイル１０に対してＸ方向、Ｙ方向で共に２ｍｍ大きいサイズである。
【００４４】
導電部材３５として、厚みが０．８ｍｍで、Ｘ方向の一辺が１５０ｍｍでＹ方向の一辺が１００ｍｍの矩形状に構成されたステンレス（ＳＵＳ３０４）板を用いた。その一部にアンテナコイル１０を備えたフェライト部材１５を配置するための、深さｔ２が０．３ｍｍとなる窪みＳが形成されている。
【００４５】
フェライト部材１５の第１面に、アクリル系粘着層を備えた両面テープを介してアンテナコイル１０を貼り付けた。アンテナコイル１０の中心とフェライト部材１５の中心とが一致する様に配置して、各辺での間隔を１ｍｍと均等に形成、あるいは他の試料としてＸ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｘ方向とＹ方向でアンテナコイル１０の中心をずらしたものを作製した。
【００４６】
さらに、フェライト部材１５の第２面に、粘着層３１として厚みが１５μｍのアクリル系粘着層を備えた両面テープを貼付し、そこにプラスチックフィルム３２として厚みが１５μｍのＰＥＴフィルムを貼付けた。更にＰＥＴフィルムに厚みが３０μｍのアクリル系粘着層を備えた両面テープを貼り付けて、アンテナコイル１０を備えたフェライト部材１５を導電部材３５の窪みに収め、フェライト部材１５と一辺と導電部材３５の一辺が一致する様に固定してアンテナ装置を作製した。ＰＥＴフィルムと両面テープの合計厚みによってギャップ層の厚みが決定され、ＰＥＴフィルムや両面テープによる比誘電率は２〜３である。
【００４７】
更に、導電部材３５とフェライト部材１５との間隔ｔ１で規定されるギャップ層の厚みを、プラスチックフィルム３２の厚みを代えて異ならせたアンテナ装置を作製した。
【００４８】
得られた試料を図６に示した評価回路にて、ｐｏｒｔ１、２側から見たインピーダンスＺｉの周波数特性についてインピーダンスアナライザを用いて評価した。試料Ｎｏ．１〜１１までは、整合回路５０のコンデンサはＣ１＝Ｃ２＝６８ｐＦ、Ｃ３＝Ｃ４＝１８０ｐＦで構成した。この定数は、アンテナコイル１０とフェライト部材１５の位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなる様に設定されたものである。また試料Ｎｏ．１２〜１３ではコンデンサの容量値を、Ｃ１＝Ｃ２＝６８ｐＦ、Ｃ３＝Ｃ４＝１８８ｐＦとした。また、ギャップ層厚み ｔ１は、試料Ｎｏ．１〜７、１２〜１４を６０μｍとし、試料Ｎｏ．８は１１０μｍ、試料Ｎｏ．９〜１１は１６０μｍとした。評価結果を表１に示す。表中、共振周波数Ｆｒが１３．５６±２５０ＫＨｚを超える試料には、そのＮｏに符号＊を付した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなる様に共振回路のコンデンサの定数が設定された場合、位置ずれが大きい試料Ｎｏ．５，７の試料では、所定の周波数範囲を超えるが、ギャップ層の厚みの調整や、コンデンサの定数を位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚよりも低い周波数とすることで、インダクンスの変化を確実に相殺出来て所定の周波数範囲内とすることが出来た。
以上の結果よれば、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内することが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置を提供することが出来る。
【符号の説明】
【００５１】
１ 近距離無線通信用アンテナ
４ 導体
５ コイル部
６ 引出部
１０ アンテナコイル
１５ フェライト部材
１７ ギャップ層
３１ 粘着層
３５ 導電部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の小型の無線通信装置に用いられる、磁界誘導を用いた小電力無線通信：ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に基づくアンテナ装置に関し、特には１３．５６ＭＨｚの通信周波数帯を利用した近距離通信規格：ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）に対応した近距離無線通信用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近接通信を行うシステムとしては、例えば、ＩＣカードシステムが広く知られている。ＩＣカードシステムにおいては、読み書き装置であるリーダ／ライタ（以下単にアンテナ装置という場合がある）のアンテナが電磁波を発生することにより、磁界が形成され、リーダ／ライタにＩＣカードが近づけると、ＩＣカードのアンテナへの電磁誘導によって電力伝送され、集積回路は電源の供給を受けるとともに、リーダ／ライタとの間で設定されたプロトコル（例えばＩＳＯ１４４４３、１５６９３、１８０９２等）でデータ伝送を行う。近年では、ＩＣカードシステムの他に携帯電話等の小型の無線通信装置にも近接通信が採用される様になって来た。
【０００３】
図１３はループアンテナを用いて構成される近距離無線通信用アンテナ装置の一般的な構成を示す平面図である。以下の説明では、近距離無線通信用アンテナ装置を単にアンテナ装置と呼ぶ場合がある。このアンテナ装置１は、フレキシブル基板３１０の面上にループ状に巻回されたアンテナコイル３０５をループアンテナとして形成して構成される。アンテナコイル３０５に高周波電流が流れるとその周囲には磁束が発生する。
【０００４】
通常、その磁束はアンテナコイル３０５が形成された面側とその反対面側とで実質的に差異は無く、磁界は均等に生じる。しかしながら通信においては一方面側のみの磁界しか寄与しない為、この様な構成にあっては、アンテナ装置は通信距離が短く、また通信に寄与しない磁界は他の通信機器に影響を与えてしまう。また、近接して配置される他の構成部品の金属導体による影響を受けて、Ｑ値やインダクタンスの低下を招き易いという問題があり、アンテナコイルのどちらか一方の面側に、透磁率の高いフェライト板や磁性金属粉末を樹脂に混合した金属樹脂シートなどの軟磁性部材を貼り付けることが行なわれている。
【０００５】
磁束を遠くまで及ばせて通信性能を高めようとすれば、アンテナコイルの外形寸法を大きく構成するのが好ましいが、アンテナコイルの近傍では強い磁界が生じるので、周囲にある金属の影響を受けやすく、例えアンテナコイルに軟磁性部材を配置しても、相互の位置関係がずれると、アンテナ装置の共振周波数が大きく変化してしまう問題があった。
【０００６】
アンテナコイルと軟磁性部材とを一体化する際に、厳密な位置合わせを行うことは多くの作業工数を必要とする。また、アンテナコイルの位置ずれによるインダクタンスの変化を共振用コンデンサによって補正し、個体ごとに共振周波数を合わせ込んで再調整することは可能だが、作業工数の増加とともに、容量値の異なる複数の共振用コンデンサを準備しなければならず、生産性が劣るとともに、アンテナ装置のコストが増加するという問題がある。
【０００７】
この様な問題に対して、特許文献１では、貼り合わせ位置が軟磁性部材の面内で多少ずれても、金属導体による影響を受けない程度に、軟磁性部材の外形寸法をアンテナコイルの外形寸法よりも十分に大きく構成することで、アンテナ装置の共振周波数を安定化させ、アンテナコイルと軟磁性部材の貼り合わせを容易とすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２５０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、携帯電話等の無線通信装置は小型化、多機能化が進み、用いられるアンテナ装置もその大きさに制限があるため、軟磁性部材の外形寸法を十分に大きく構成することは現実的な解決策では無いのが実際である。
【００１０】
この為、アンテナコイルの中心位置が所定の搭載位置から外れる場合に、共振周波数がシフトして所望の周波数範囲内に共振が得られず、通信距離が著しく減じてしまう問題は、携帯電話等の無線通信装置用のアンテナ装置においては依然残されたままであった。
【００１１】
アンテナコイルの巻径を小径とすれば、相対的にアンテナコイルの外周と軟磁性部材の外周との間を大きく取ることは可能だが、アンテナコイルの周囲に発生する磁束が及ぶ距離も短くなり通信距離に影響する問題がある。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内とすることが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置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】
【００１３】
第１の発明は、対向する主面を備えた軟磁性部材の第一主面にアンテナコイルを配置固定し、第二主面側に導電部材を配置した近距離無線通信用アンテナ装置であって、前記軟磁性部材の外形はアンテナコイルよりも大きく、前記導電部材の外形は前記軟磁性部材よりも大きく、整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を、共振周波数がその周波数範囲の下限周波数の近傍となる容量値に設定したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置である。
【００１４】
アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じた面内の位置ずれにより自己インダクタンスが変化し、位置ずれが大きいほど自己インダクタンスが低下する。その為に、整合用のコンデンサとの共振周波数はアンテナコイルの外周が軟磁性部材の外周に近づくにつれて高周波となり、位置ずれが小さいと低周波となる。その変化は有底で双曲線状に変化する。本発明においては、位置ずれ量の異なる複数の組立体の自己インダクタンスを評価し、それらの内、自己インダクタンスが最も大きい組立体を基準として用いることが出来る。
【００１５】
近接して配置される金属導体の影響を予定し、共振周波数の変化に基づいて、アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を前記周波数範囲の下限周波数の近傍に設定すれば、共振周波数の上限に近い周波数まで組立体の位置ずれは許容される。従って、貼り合わせ位置が軟磁性部材の面内で多少ずれがある場合でも、アンテナ装置の共振周波数が大きくシフトすることを抑えて、所定の周波数範囲内に安定化させることができる。アンテナコイルの多少の位置ずれを許容するのであるから、軟磁性部材とアンテナコイルとを貼り合わせて組立体とする作業は自ずと容易になり、生産性を向上させることが出来る。
【００１６】
なお、共振周波数を上限に近い周波数は、軟磁性部材の材質特性である初透磁率の相対温度係数を考慮すれば１３．７６ｋＨｚ以上であるのが好ましく、位置ずれの無い場合の共振周波数は１３．４０ＭＨｚ以上であるのが好ましい。
【００１７】
本発明においては、前記軟磁性部材の第二主面と前記導電部材の間に、前記軟磁性部材よりも低誘電率のギャップ層を介在させて、前記ギャップ層の厚みによって共振周波数を調整するのが好ましい。ギャップ層の厚みが厚くなると前記アンテナコイルと前記導電部材との間に形成される寄生容量が小さくなり共振周波数が低下する。この様な共振周波数の挙動に着目すれば、位置ずれに基づく共振周波数のずれを整合用のコンデンサの容量値を変更する事無く、ギャップ層の厚みによって調整することが出来る。ずれ量が共振周波数の上限を満足し得る位置ずれを超える場合であっても、ギャップ層の厚みを増すことで共振周波数を所定の周波数範囲内に低下させることが可能であり、共振周波数を満足しないとして除かれるアンテナ装置を減じることが出来て、生産上の歩留まりを改善する。
【００１８】
本発明においては、前記軟磁性部材の外形は平面視で略四角形状で、前記導電部材の外形を前記軟磁性部材と近似形状とし、前記軟磁性部材の外周を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化するが、アンテナコイルの引出部が軟磁性部材を介さずに導電部材と対向しない様に、前記軟磁性部材のアンテナコイルの端部を引き出す側であって、その外周の一辺を前記導電部材の外周に近接して沿わせ、他の三辺を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化しても良い。
【００１９】
また、アンテナコイルの外周と軟磁性部材の外周との最小の間隔が０ｍｍに近づくほどにインダクタンスは大きく低下し、所望の共振周波数に調整することが困難な場合がある。それはアンテナコイルの外形によるが、実用的なアンテナコイルの外形が５０ｍｍ角を超える場合には、多少の間隔を設けて０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２０】
本発明においては、軟磁性部材の外形はアンテナコイルの外形よりも１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下大きく構成するのが好ましい。この場合であれば、アンテナコイルと軟磁性部材の中心が一致する場合に対して±０．１ｍｍの位置ずれがあっても、アンテナコイルの配置時の位置ずれを含んだアンテナコイルと軟磁性部材との外周間隔を、０．５ｍｍ以上とすることが出来る。更に好ましくは１．５ｍｍ超４ｍｍ以下である。
【００２１】
また導電部材に窪みを設けて、軟磁性部材を窪み内に配置しても良い。この場合は導電部材と軟磁性部材との位置合わせが容易となるので好ましい。また、アンテナ装置の厚みを減じることが出来て好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内することが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例に係るアンテナ装置のａ−ａ’断面図である。
【図４】アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の位置ずれを説明するための図である。
【図５】アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の一軸方向の位置ずれによる共振周波数の変化を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係るアンテナ装置の等価回路と、それに接続される整合回路の構成例を示す図である。
【図７】アンテナ装置のギャップ厚みによる共振周波数の変化を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置のｂ−ｂ’断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置のｃ−ｃ’断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置の構成を説明すいための斜視図である。
【図１２】本発明の実施例に係るアンテナ装置を用いた無線通装置を説明する為の図である。
【図１３】従来のアンテナ装置の一般的な構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図６を基に本発明のアンテナ装置について説明する。図１はアンテナ装置の平面図であり、図２はアンテナ装置の分解斜視図であり、図３はアンテナ装置のｘ−ｘ’断面図であり、図４はアンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の位置ずれを説明するための図であり、図５はアンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる面内の一軸方向の位置ずれによる共振周波数の変化を説明するための図である。図６はアンテナ装置と整合回路とによる共振回路の構成例である。
【００２５】
アンテナ装置１の基本的な構成は、アンテナコイル１０と、前記アンテナコイル１０の非伝送面側を覆い、互いに平行となるように重ねて配置された平板状のフェライト部材などの軟磁性部材１５と、前記軟磁性部材１５と平行となるようにギャップ層３５を介して重ねられた導電部材３５を備える。
【００２６】
アンテナコイル１０は、例えばポリイミド等の絶縁材料でなるベースフィルムと、このベースフィルムの上に形成された銅又はアルミニウム等でなる１ターン以上巻回されたスパイラル状の導体４であるコイル部５と引出部６で構成されている。金属箔や金属の蒸着膜をエッチングして、フレキシブル基板にアンテナコイル１０を構成したり、導電性ペーストにてアンテナの導体パターンを印刷形成し、表面に粘着剤を設けた樹脂フィルムに導体パターンを転写したりして構成される。フレキシブル基板のベースフィルムは、ポリイミドの他に、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド類、ポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類等からなるのが好ましい。中でも、耐熱性及び誘電損失の観点から、ポリアミド類及びポリイミド類が好ましい。ここではフレキシブル基板については図示を省略している。
【００２７】
コイル部５は、平面的にスパイラル状の巻回されたコイルであれば良く、エナメル線などの線状の導体４をコイル状に加工しても良い。フレキシブル基板化したアンテナコイル１０と比べて若干厚みが増すものの、特性的に優れ、かつ安価に提供することが可能である。 用いる線状導体は単線、多芯の区別は無いが、アンテナ装置１は低背を求められることから、線状導体として単線のエナメル線を用いるのが好ましく、融着力を持つオーバーコート（融着層）がなされたエナメル線（自己融着線）がより好ましい。融着層は熱又は溶剤により活性化するものであり、自己融着コイルを用いれば組立工程における取り扱い容易と成る。またその線径は３０μｍ〜８０μｍであるのが好ましい。
【００２８】
アンテナコイル１０と軟磁性部材１５との一体化では両面テープを用いる場合が多く、その際には、図４に示す様に面内位置ずれが生じ易い。図ではアンテナコイル１０の中心が軟磁性部材１５の面内の右上方にずれた状態を示している。アンテナコイル１０が配置固定する際に多少ずれても、軟磁性部材１５の面内に収めることを考慮すれば、軟磁性部材１５の外形は必然的にアンテナコイル１０のコイル部５の外形よりも大きな面積を有するものとなる。また、軟磁性部材１５の厚みが薄いとアンテナコイル１０による磁束が下部の導電部材３５へ漏れて渦電流が増し、また厚いとアンテナ装置の厚みが増すばかりであるため、０．１ｍｍ〜２．５ｍｍとするのが好ましい。
【００２９】
アンテナコイル１０の位置ずれが大きく、アンテナコイル１０の外周が軟磁性部材１５の外周に近づくにつれ、周囲に漏洩する磁束が増すためにインダクタンスが低下する。更に軟磁性部材１５の周囲に導電部材３５を設けると、漏洩磁束により渦電流が生じるためにインダクタンスの低下がいっそう大きくなる。
【００３０】
このアンテナ装置１は、整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にある。整合回路５０を構成する整合用のコンデンサは通常チップコンデンサで構成され、アンテナコイルの両端側に設けられて、給電回路との不整合による電力反射を抑制している。ここで示した整合回路５０は平衡回路として構成されるが、不平衡回路であっても良い。アンテナ装置１は、等価的にはアンテナコイル１０によるインダククタＬと寄生抵抗Ｒｍ、及び寄生容量Ｃｃと整合用のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量Ｃｓとで表され、寄生容量Ｃｓはフレームグランドと接続する。
【００３１】
共振周波数の１３．５６ＭＨｚは近距離無線通信において規格化された周波数であり、１３．５６ＭＨｚを中心とする±２５０ｋＨｚとする周波数範囲は、発明者等が実験で求めた通信距離３ｃｍで実用的な通信が可能な状態が得られる周波数範囲である。
【００３２】
整合回路５０の各コンデンサの定数等の条件を固定して共振周波数を見れば、アンテナコイル１０の位置ずれが大きいと、共振周波数は高周波側にシフトし、小さいと低周波へシフトする。位置ずれに対する共振周波数は、図５に示す様に、位置ずれが無い場合を底とした双曲線状に変化する。軟磁性部材１５の周囲に導電部材３５があると、その変化は大きくなる。
【００３３】
この様な位置ずれに対する共振周波数の挙動に着目し、共振周波数の底となる位置ずれの無い場合の共振周波数を所定の周波数範囲内（１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚ）の下限以上とし、アンテナコイルの位置ずれを許容される最大とした場合の共振周波数を上限に近い周波数とするように整合用のコンデンサの容量値を設定すれば、許容されるアンテナコイルの位置ずれ幅が広がり、生産上、共振周波数を満足しないとして除かれるアンテナ装置を低減することが出来る。
【００３４】
軟磁性部材１５を構成する磁性材料として、Ｎｉ系、Ｍｎ系、Ｌｉ系などの軟磁性フェライトやＦｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系の磁性合金、Ｆｅ−（Ｃｏ，Ｎｉ）−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系アモルファス合金、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｂ系ナノ結晶合金なとがあげられる。１３．５６ＭＨｚにおける透磁率は３０〜２５０であるのが好ましく、金属系の磁性材料では微粉化したものを樹脂と混合してシート状にして用いる。また軟磁性フェライトであれば、ドクターブレード法等の公知のシート化技術により得たグリーンシートを所定の形状に加工し、単層のままで焼結してシート状あるいは板状としたり、複数層を積層して用いたりすることが出来る。複数層を積層する場合には、異なる軟磁性フェライトを用いたグリーンシートを用いて、層によって磁気特性を異ならせて構成することも出来る。
【００３５】
軟磁性部材１５はシート状、あるいは単板状でも良いし、それが複数に分割された状態にあっても良い。焼結フェライト板であれば、その小片は予め分割されたものを用い、並べて、プラスチックフィルムに貼付する場合や、焼結フェライト板に分割の為の溝や孔を形成し、プラスチックフィルムに貼付した状態で外力を作用させて分割する場合もある。プラスチックフィルムに貼付後に分割すると、曲げを要しない場合に小片間の間隔は実質的に生じることが無く、透磁率はほとんど劣化することが無い。これによりインダクタンスの低下も無く、インピーダンスマッチングも適正に保持されて通信特性の劣化を抑えることも出来る。
【００３６】
軟磁性部材１５と近接して設けられる導電部材３５は、シールドとして用いるものや、単にバッテリーケース等の無線通信装置内の金属構造物である場合もあり、銅、アルミニウム、ステンレスといった金属である。それらと軟磁性部材１５との間は、軟磁性部材１５よりも低誘電率のギャップ層が設けられる。ギャップ層は粘着剤層又は空気層として構成され、その厚みは２０μｍ以上２００μｍ以下であるのが好ましく、プラスチックフィルムや両面テープが用いられて、その厚みによって任意に調整することが出来る。一般的な軟磁性フェライトの比誘電率は１０〜２０程度であり、前記ギャップ層は比誘電率が５以下の樹脂であるのが好ましい。
【００３７】
図７はアンテナ装置のギャップ厚みによる共振周波数の変化を説明するための図である。ギャップ層の厚みによって、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量が変化する。ギャップ層１７の厚みが厚くなると、アンテナコイル１０と導電部材３５との間に形成される寄生容量が小さくなり共振周波数が低下する。この様な共振周波数の挙動に着目すれば、位置ずれに基づく共振周波数のずれを整合用のコンデンサの容量値を変更する事無く、ギャップ層の厚みによって調整することが出来る。
【００３８】
図１１に本発明の他の実施態様を示す。これはバッテリーケースを導電部材３５とするものであって、バッテリ７４の主面上にアンテナコイル１０と軟磁性部材１５とが配置固定される。アンテナ装置１の側面には、バッテリ制御回路と接続する端子８１とアンテナコイル１０の端部ａ，ｂが接続する端子８２を備える。
【００３９】
図１２は本発明のアンテナ装置を用いた無線通装置の斜視図である。アンテナ装置１は携帯電話２００に内蔵され、携帯電話２００側のバッテリ給電回路と端子８１とが接続し、アンテナコイル１０への給電／制御回路と端子８２が接続される。アンテナ装置１は、端子８１を介して携帯電話２００に電力を供給し、端子８２により近距離無線通信の信号を携帯電話側の回路との間でやり取りする。
【００４０】
導電部材３５であるバッテリ７４、アンテナコイル１０、軟磁性部材１５を、予め一体化することで、アンテナ装置１を携帯電話２００に収容しても、他の金属部品との位置関係も予め分かっているので、それを見込んで各部材の関係を決定することが可能で、収容前後での共振周波数の変化を小さく出来る。
【００４１】
（実施例）
実施例のアンテナ装置の斜視図を図８に、図９にそのｂ−ｂ’断面図を、図１０にｃ−ｃ’断面図を示す。このアンテナ装置は図１等で説明したものと基本的な構成は同じであるので、対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
アンテナ装置１は、線幅０．５ｍｍ、線間０．５ｍｍで２ターンに巻回された厚み３５μｍのＣｕ箔をエッチングしてなる導線で構成されたアンテナコイル１０を有する。アンテナコイル１０のコイル部５は平面視で矩形状に構成され、長手方向と短手方向を備え、長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向としている。外周縁において、Ｘ方向の一辺を５０ｍｍとし、Ｙ方向の一辺を４２ｍｍとした。アンテナコイル１０はフレキシブル基板として構成されるが、ベースフィルムの図示は省略した。なおその厚みは３０μｍであった。アンテナコイル１０の端部ａ、ｂは引出部６にて軟磁性部材１５の外周縁を越えて引き出される。
【００４３】
軟磁性部材１５として、Ｎｉ系フェライトで厚みが０．２２ｍｍの焼結フェライト板を用いた。以下、フェライト部材１５と呼ぶ。このフェライト部材１５には、Ｆｅ２Ｏ３；４６．５ｍｏｌ％，ＺｎＯ；２０．０ｍｏｌ％，ＮｉＯ；２２．５ｍｏｌ％，ＣｕＯ；１１．０ｍｏｌ％の組成であり、初透磁率が１１０、比誘電率εｒが１０であるフェライト材料を用いた。その形状は平面視で矩形状に構成され、外周縁において、Ｘ方向の一辺を５２ｍｍとし、Ｙ方向の一辺を４４ｍｍとし、アンテナコイル１０に対してＸ方向、Ｙ方向で共に２ｍｍ大きいサイズである。
【００４４】
導電部材３５として、厚みが０．８ｍｍで、Ｘ方向の一辺が１５０ｍｍでＹ方向の一辺が１００ｍｍの矩形状に構成されたステンレス（ＳＵＳ３０４）板を用いた。その一部にアンテナコイル１０を備えたフェライト部材１５を配置するための、深さｔ２が０．３ｍｍとなる窪みＳが形成されている。
【００４５】
フェライト部材１５の第１面に、アクリル系粘着層を備えた両面テープを介してアンテナコイル１０を貼り付けた。アンテナコイル１０の中心とフェライト部材１５の中心とが一致する様に配置して、各辺での間隔を１ｍｍと均等に形成、あるいは他の試料としてＸ方向のみ、Ｙ方向のみ、Ｘ方向とＹ方向でアンテナコイル１０の中心をずらしたものを作製した。
【００４６】
さらに、フェライト部材１５の第２面に、粘着層３１として厚みが１５μｍのアクリル系粘着層を備えた両面テープを貼付し、そこにプラスチックフィルム３２として厚みが１５μｍのＰＥＴフィルムを貼付けた。更にＰＥＴフィルムに厚みが３０μｍのアクリル系粘着層を備えた両面テープを貼り付けて、アンテナコイル１０を備えたフェライト部材１５を導電部材３５の窪みに収め、フェライト部材１５と一辺と導電部材３５の一辺が一致する様に固定してアンテナ装置を作製した。ＰＥＴフィルムと両面テープの合計厚みによってギャップ層の厚みが決定され、ＰＥＴフィルムや両面テープによる比誘電率は２〜３である。
【００４７】
更に、導電部材３５とフェライト部材１５との間隔ｔ１で規定されるギャップ層の厚みを、プラスチックフィルム３２の厚みを代えて異ならせたアンテナ装置を作製した。
【００４８】
得られた試料を図６に示した評価回路にて、ｐｏｒｔ１、２側から見たインピーダンスＺｉの周波数特性についてインピーダンスアナライザを用いて評価した。試料Ｎｏ．１〜１１までは、整合回路５０のコンデンサはＣ１＝Ｃ２＝６８ｐＦ、Ｃ３＝Ｃ４＝１８０ｐＦで構成した。この定数は、アンテナコイル１０とフェライト部材１５の位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなる様に設定されたものである。また試料Ｎｏ．１２〜１３ではコンデンサの容量値を、Ｃ１＝Ｃ２＝６８ｐＦ、Ｃ３＝Ｃ４＝１８８ｐＦとした。また、ギャップ層厚み ｔ１は、試料Ｎｏ．１〜７、１２〜１４を６０μｍとし、試料Ｎｏ．８は１１０μｍ、試料Ｎｏ．９〜１１は１６０μｍとした。評価結果を表１に示す。表中、共振周波数Ｆｒが１３．５６±２５０ＫＨｚを超える試料には、そのＮｏに符号＊を付した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなる様に共振回路のコンデンサの定数が設定された場合、位置ずれが大きい試料Ｎｏ．５，７の試料では、所定の周波数範囲を超えるが、ギャップ層の厚みの調整や、コンデンサの定数を位置ずれが無い状態で共振周波数が１３．５６ＭＨｚよりも低い周波数とすることで、インダクンスの変化を確実に相殺出来て所定の周波数範囲内とすることが出来た。
以上の結果よれば、近距離無線通信用のアンテナ装置において、アンテナコイルと軟磁性部材の配置位置にずれがある場合であっても、共振周波数を所定の周波数範囲内することが出来て、厳密な位置合わせを行わなくても済み、生産性に優れたアンテナ装置を提供することが出来る。
【符号の説明】
【００５１】
１ 近距離無線通信用アンテナ
４ 導体
５ コイル部
６ 引出部
１０ アンテナコイル
１５ フェライト部材
１７ ギャップ層
３１ 粘着層
３５ 導電部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する主面を備えた軟磁性部材の第一主面にアンテナコイルを配置固定し、第二主面側に導電部材を配置した近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の外形はアンテナコイルよりも大きく、前記導電部材の外形は前記軟磁性部材よりも大きく、
整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、
アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を、共振周波数がその周波数範囲の下限周波数の近傍となる容量値に設定したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の第二主面と前記導電部材の間に前記軟磁性部材よりも低誘電率のギャップ層を設けて、前記ギャップ層の厚みによって共振周波数を調整することを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の外形は平面視で略四角形状であって、前記導電部材の外形が前記軟磁性部材と近似形状であり、
前記アンテナコイルの端部を引き出す側であって、前記軟磁性部材の外周の一辺を前記導電部材の外周に近接して沿わせ、他の三辺を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記アンテナコイルの外周と前記軟磁性部材の外周との最小の間隔を０．５ｍｍ以上とすることを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
軟磁性部材の外形寸法は前記アンテナコイルの外形寸法よりも１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下大きいことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材を前記導電部材に設けられた窪み内に配置することを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項１】
対向する主面を備えた軟磁性部材の第一主面にアンテナコイルを配置固定し、第二主面側に導電部材を配置した近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の外形はアンテナコイルよりも大きく、前記導電部材の外形は前記軟磁性部材よりも大きく、
整合用のコンデンサとの共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±２５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、
アンテナコイルを軟磁性部材に配置固定する際に生じる位置ずれを最小とした組立体を基準として、前記整合用のコンデンサの容量値を、共振周波数がその周波数範囲の下限周波数の近傍となる容量値に設定したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の第二主面と前記導電部材の間に前記軟磁性部材よりも低誘電率のギャップ層を設けて、前記ギャップ層の厚みによって共振周波数を調整することを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材の外形は平面視で略四角形状であって、前記導電部材の外形が前記軟磁性部材と近似形状であり、
前記アンテナコイルの端部を引き出す側であって、前記軟磁性部材の外周の一辺を前記導電部材の外周に近接して沿わせ、他の三辺を前記導電部材の外周よりも内側に位置して一体化したことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記アンテナコイルの外周と前記軟磁性部材の外周との最小の間隔を０．５ｍｍ以上とすることを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
軟磁性部材の外形寸法は前記アンテナコイルの外形寸法よりも１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下大きいことを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の近距離無線通信用アンテナ装置であって、
前記軟磁性部材を前記導電部材に設けられた窪み内に配置することを特徴とする近距離無線通信用アンテナ装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７０３６９（Ｐ２０１３−７０３６９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９６９１５（Ｐ２０１２−１９６９１５）
【出願日】平成２４年９月７日（２０１２．９．７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月７日（２０１２．９．７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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