天线装置以及通信终端装置 【技术领域】
本发明涉及在经由电磁场信号与外部设备进行通信的 RFID(Radio Frequency Identification， 无线射频识别 ) 系统等中使用的天线装置以及具备该天线装置的通信终 端装置。背景技术
在专利文献 1 中公开了在 RFID 系统中使用的便携式电子设备中所搭载的天线装 置。
专利文献 1 的天线装置 70 如图 1(A) 所示那样， 具备使夹着线圈 71 的卷绕区域的 中心部而相对置的 2 个位置的绕组间隔不同的非对称形状的线圈， 在绕组间隔较大侧 71a， 在与 IC 卡相对置的主面的相反侧配置磁性体 72a， 在绕组间隔较小侧 71b， 在与 IC 卡相对 置的主面配置磁性体 72b。 如图 1(B) 所示， 基于该天线装置 70 的磁场分布成为在环路线圈 71 的绕组间隔以及线宽较宽侧 71a 被强调的非对称的分布。另外， 如图 1(C) 所示， 该天线 装置 70 配置于通信终端装置 90 中的主体部 91。
先行技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 专利第 397518 号公报
发明的概要
发明要解决的课题
但是， 在将具备专利文献 1 所示的天线装置的电子设备覆盖到读写器上时， 存在 因电子设备的天线装置和读写器的天线装置所成的角度而导致不能进行通信之虞。即， 在 IC 卡和通信终端装置为平行状态下进行通信的情况下， 问题较少。 但是， 在不是和 IC 卡， 而 是和安装的读写器等进行通信的情况下， 通信终端装置和读写器的位置 ( 角度 ) 不恒定， 有 通信性能恶化的情况。
即， 图 1(B) 所示的天线装置 70 中如图 1(D) 所示， 由于配置于形成在金属框体 97 的天线收纳凹部 97a 中， 因此， 虽然在与天线装置 70 的主面垂直的方向上 ( 和读写器侧天 线所成的角度为零度的方向 )， 能确保良好的通信状态， 但在读写器侧天线和终端侧天线所 成的角度较大且各天线间的距离变大的情况下， 难于确保充分的通信。 发明内容 因此， 本发明的目的在于， 提供抑制依赖于相对于读写器等的读取面而成的角度 的通信性能的恶化， 能在宽角度范围内与读写器等进行通信的天线装置以及具备该天线装 置的通信终端装置。
为了解决上述课题， 本发明的天线装置具备 ： 天线线圈以及所述天线线圈所接近 的平面导体， 其中所述天线线圈具备 ： 具有第 1 主面以及第 2 主面的板状的磁芯、 和卷绕在 该磁芯的线圈导体， 所述天线线圈和所述平面导体隔开预定的间隔来配置， 所述线圈导体
中的接近于所述磁芯的第 1 主面的第 1 导体部分、 和接近于所述磁芯的第 2 主面的第 2 导 体部分位于在俯视透视所述磁芯的情况下不重合的位置， 所述磁芯的第 1 主面和所述平面 导体的面 ( 延长面 ) 面对面， 所述天线线圈在俯视所述平面导体以及所述天线线圈的状态 下， 按照所述第 1 导体部分位于所述平面导体的端部的附近的方式来配置。
所述间隔是所述天线线圈的主面和通信对方的天线的主面所构成的角度为例如 45°时在所述天线线圈所产生的磁通能通过的间隔。
所述平面导体例如是形成于电路基板的接地电极， 也可以在所述电路基板的接地 电极非形成区域配置有所述天线线圈。
所述平面导体例如是形成于电路基板的接地电极， 与所述平面导体相对置地配置 有所述天线线圈。
另外， 例如， 所述磁芯是成型为片状的磁粉和树脂材料的混合体、 或小片化为多个 小片的烧结磁性体。
另外， 例如， 所述磁芯的一端比其它部分形成地粗。
本发明的通信终端装置在框体内具备上述任一项所记载的天线装置。
发明的效果 根据本发明， 在所述天线装置相对于读写器的天线所构成的角度为 0°～ 90°的 范围内， 对线圈导体进行链接的彼此相反方向的磁通不会相等， 即不会出现磁通彼此抵消 的情况， 能在 0°～ 90°的范围或以上的范围稳定地进行通信。
另外， 通过在电路基板的接地电极非形成区域来安装所述天线线圈， 能容易地构 成天线装置。
另外， 通过用被小片化的烧结磁性体来构成所述磁芯， 能使天线线圈整体具有柔 软性， 能在高自由度下将所述磁芯嵌入到通信终端装置等的嵌入目标电子设备的框体内。
另外， 通过使接近于磁芯的第 1 导体部分的部分比其它部分粗， 能降低磁阻， 提高 通信性能。
附图说明
图 1 是用于说明专利文献 1 所示的天线装置的图。
图 2 是表示第 1 实施方式的天线装置的构成的图， 图 2(A) 是天线装置 101 的俯视 图， 图 2(B) 为其俯视图， 图 2(C) 是天线线圈 21 的俯视图。
图 3 是表示将天线装置收纳于框体内的通信终端装置 201 覆盖于读写器侧天线装 置 30 的角度 θ 的立体图。
图 4 是示意性地表示在使图 3 所示的角度 θ 变化时的通过天线线圈的磁通的样 子的图。
图 5 是表示通信终端装置相对于读写器的覆盖角度 θ 和最大通信距离的关系的 图。
图 6(A) 是表示第 2 实施方式的天线线圈中具备的磁芯 1 的俯视图， 图 6(B) 是表 示第 2 实施方式的天线线圈 22 的俯视图。
图 7(A) 是表示第 3 实施方式的天线线圈中具备的磁芯 1 的俯视图， 图 7(B) 是表 示第 3 实施方式的天线线圈 22 的俯视图。图 8 是表示对通信终端装置内的天线线圈的设置状态的图。
图 9 是表示第 4 实施方式的天线装置的构成的图， 图 9(A) 是天线装置 104 的俯视 图， 图 9(B) 为其正面视图， 图 9(C) 是通信终端装置 204 的概略剖面图。
图 10 是表示第 4 实施方式的天线装置的通过天线线圈 21 的磁通的样子的图。
图 11 是表示第 4 实施方式的天线装置的、 从电路基板的接地电极到天线线圈为止 的间隔和耦合系数的关系的图。 具体实施方式
( 第 1 实施方式 )
图 2 是 表 示 第 1 实 施 方 式 的 天 线 装 置 的 构 成 的 图。 该 天 线 装 置 例 如 是 收 发 13.56MHz 这样的 HF 频带信号的天线装置。
图 2(A) 是具备天线线圈 21 以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板 20 的天 线装置 101 的俯视图。图 2(B) 是所述天线装置 101 的正面视图。图 2(C) 是天线线圈 21 的俯视图。
磁芯 1 是成形为矩形板形状的铁氧体的芯。如图 2 所示那样， 在该磁芯 1 上卷绕 线圈导体 CW。具体地， 在柔性基板 10 上形成矩形漩涡状的线圈导体 CW， 在该漩涡状的中心 部设置矩形的开口， 在该开口插入磁芯 1。
线圈导体 CW 具备接近于磁芯 1 的第 1 主面 MS1 的第 1 导体部分 11、 以及接近于磁 芯 1 的第 2 主面 MS2 的第 2 导体部分 12。通过所述磁芯 1 和线圈导体 CW 而构成天线线圈 21。
电路基板 20 具备接地电极形成区域 GA 和接地电极非形成区域 NGA。所述接地电 极形成区域 GA 的接地电极是本发明所涉及的平面导体。
天线线圈 21 以磁芯 1 的第 1 主面 MS1 和电路基板 20 面对面的状态被安装于电路 基板 20 的接地电极非形成区域 NGA。因此， 磁芯 1 的第 1 主面 MS1 和接地电极形成区域 GA 的面 ( 接地电极形成区域 GA 的延长面 ) 面对面。另外， 在俯视观察天线线圈 21 以及接地 电极形成区域 GA 的状态下， 天线线圈 21 配置为比接地电极形成区域 GA 的端部更靠外方。
另外， 所述线圈导体中的第 1 导体部分 11 和第 2 导体部分 12 配置为在俯视透视 磁芯 1 的情况下 ( 从磁芯 1 的第 1 主面 MS1 或第 2 主面 MS1 的法线方向观察 ) 不重合。
在如图 2(B) 所示的状态下， 天线装置 101 和读写器侧天线装置 30 平行配置 ( 覆 盖 )， 在该状态下， 读写器的磁通和天线线圈 21 的线圈导体 CW 链接， 两者磁耦合。
另外， 天线线圈 21 的线圈导体 CW 的两端连接于电路基板 20 上的预定的端子电 极。关于该连接构造省略图示。
图 3 是表示将在框体内收纳所述天线装置的通信终端装置 201 覆盖在读写器侧天 线装置 30 的角度 θ 的立体图。由于图 2 所示的电路基板 20 沿着通信终端装置的框体而 配置， 因此在使通信终端装置 201 相对于读写器侧天线装置 30 平行配置的状态下， 天线装 置 101 相对于读写器侧天线装置 30 平行而配置。此时的角度 θ 为 0°。
图 4 是示意性地表示使图 3 所示的角度 θ 变化时的通过天线线圈的磁通的样子 的图。
在 θ ＝ 0°时， 读写器的磁通在相对于磁芯 1 大致垂直的方向上通过线圈导体 CW的形成区域的中心部。
在 θ ＝ 45°时， 读写器的磁通在相对于磁芯 1 大致 45°的方向上通过线圈导体 CW 的形成区域的中心部。此时， 如图 1(B) 所示的相对于线圈导体 CW 而反方向通过的磁通 非常小。
在 θ ＝ 90°时， 读写器的磁通在磁芯 1 的面方向上通过线圈导体 CW 的形成区域 的中心部。此时， 通过线圈导体 CW 的磁通的方向相同。
因此， 不管使将通信终端装置 201 覆盖读写器侧天线装置 30 的角度 θ 为什么样 的值， 也不会产生在两个方向上通过磁芯的磁通彼此间互相抵消磁通的状况。
图 5 是表示通信终端装置相对于读写器的覆盖角度 θ 和最大通信距离的关系的 图。在图 5 中， 折线 E 是第 1 实施方式的天线装置的特性， 折线 P 是图 1 所示的现有构造的 天线装置的特性。在现有构造的天线装置中， 在角度 θ 为 30°～ 45°附近， 最大通信距离 变得极端短， 但根据本发明的天线装置， 可知在角度 θ 遍及 0°～ 90° (90°以上 ) 的全部 范围， 能较大地保持最大通信距离。
( 第 2 实施方式 )
图 6(A) 是第 2 实施方式的天线线圈中所具备的磁芯 1 的俯视图， 图 6(B) 是第 2 实施方式的天线线圈 22 的俯视图。
与图 2(C) 所示的天线线圈 21 不同的是， 磁芯 1 的一端形成得比其它的部分要粗。
通过使用这样的形状的磁芯 1， 通过磁芯 1 的磁通变强， 能加强与通信对方的天线 的磁场耦合， 可通信最长距离越长， 则通信性能就越提高。在图 6(B) 中， 使磁芯 1 的粗的部 分接近于第 1 导体部分 11 而构成天线线圈 22， 但也可以使磁芯 1 的粗的部分接近于第 2 导 体部分 12 来形成天线线圈。磁芯 1 的变粗的部分 ( 宽幅的部分 ) 并不限定于是接近于第 1 导体部分 11 的部分还是接近于第 2 导体部分 12 的部分。如此， 通过使磁芯 1 的一端比其 它部分要粗， 能提高聚磁效果。因此， 即使在倾斜方向上配置读写器侧天线， 也能获得高的 通信性能。 另外， 通过使成为接地导体的端部侧的磁芯的端部变粗， 能使接地导体的端部附 近的磁阻变低， 提高聚磁效果。
另外， 在图 6 所示的天线线圈 22 中， 磁芯 1 的一个端部的整体形成得较宽 ( 粗 )， 但该部分也可以是越到外侧越宽的梯形。另外， 也可以是从磁芯 1 的中央到两端部， 宽度都 变宽的蝶形。
( 第 3 实施方式 )
图 7(A) 是第 3 实施方式的天线线圈中所具备的磁芯 1 的俯视图，
图 7(B) 是第 3 实施方式的天线线圈 23 的俯视图。该天线线圈 23 具备矩形板形 状的磁芯 1 和形成有线圈导体的柔性基板 10。和图 6(B) 所示的天线线圈 22 不同的是磁芯 1 的构造。
图 7(A) 所示的磁芯 1 将铁氧体粉等的磁粉和树脂材料的混合体成型为片状， 进 而将使其小片化为多片后的小片进行烧结从而作成烧结磁性体， 在多个小片的两面层压 (laminate) 薄膜而形成。图 7 中的用虚线划分的部分表示烧结磁性体的小片。通过这样的 构成， 磁芯 1 整体具有柔软性。
另外， 在图 7(B) 中， 使磁芯 1 的粗的部分接近于第 1 导体部分 11 来构成天线线圈 22， 但如第 2 实施方式所述那样， 磁芯 1 的变粗的部分 ( 宽度变宽的部分 ) 并不限定于接近
于第 1 导体部分 11 的部分、 或接近于第 2 导体部分 12 的部分。如此， 通过使磁芯 1 的一端 比其它部分要粗， 能提高在电路基板的远离接地电极形成区域 GA 的位置的聚磁效果， 提高 了通信性能。
图 8 是表示对通信终端装置内的天线线圈的设置状态的图。在该例子中， 天线线 圈 23 贴在通信终端装置的框体 200 的内表面。 由于天线线圈 23 具有柔软性， 因此框体内并 不限于单一平面， 能沿着框体的内表面来设置。因此， 能容易地组装入各种形状的框体内。 另外， 通过将天线线圈 23 贴在框体 200 的内表面， 能分离出从电路基板的接地电极直到天 线线圈 23 为止的距离， 增加了磁通的通过区域， 因此， 能确保更加良好的通信状态。
( 第 4 实施方式 )
图 9 是表示第 4 实施方式的通信终端装置 204 以及其所具备的天线装置 104 的构 成的图。图 9(A) 是天线装置 104 的俯视图， 图 9(B) 是其正面视图。另外， 图 9(C) 是通信 终端装置 204 的概略剖面图。
如图 9(A) 所示， 电路基板 20 以环氧树脂等热硬化性树脂为基材， 在其内层设置作 为平面导体的接地电极形成区域 GA。另外， 虽未图示， 但在电路基板 20 的表面和背面除了 连接于天线线圈 21 的供电电路之外， 还搭载了用于构成通信终端装置的各种各样的电子 部件。 另外， 天线线圈 21 在俯视接地电极形成区域 GA 的接地电极以及天线线圈 21 的状 态下， 配置为第 1 导体部分 11 位于接地电极的端部的附近。线圈导体 CW 和接地电极形成 区域 GA 的接地电极隔开间隔 G 而配置。通过如此使用在内层形成有接地电极形成区域 GA 的电路基板 20， 能获得线圈导体 CW 和接地电极的间隔 G， 即使在将通信终端装置 201 覆盖 读写器侧天线装置 30 的角度 θ 较小的情况下， 也能提高通信特性。
另外， 天线线圈 21 配置为线圈导体 CW 中第 1 导体部分 11 成为比起第 2 导体部分 12 更接近于接地电极形成区域 GA 的位置。
进而， 天线线圈 21 配置为线圈导体 CW 的第 1 导体部分 11 位于框体 200 的长边方 向的端部 E 的附近。该框体 200 的长边方向的端部是在使通信终端装置向成为纵长的方向 来把持的状态下成为上端部的部分。
在该通信终端装置 204 中， 后面所示的图 9(C) 中示出的角度 θ 遍及宽的范围， 具 有良好的指向性。因此， 在将框体 200 的长边方向的端部 ( 所述上端部 )E 朝向读写器等的 通信对方来与通信对方进行无线通信时， 能在宽的角度范围与通信对方进行通信。
图 10 是示意性地表示使图 9(C) 所示的角度 θ 变化时的通过天线线圈 21 的磁通 的样子的图。
在 θ ＝ 45°时， 磁通 Φs 如图 10(A)、 10(B) 中的虚线的箭头线所示那样通过。 即， 磁通 Φs 从磁芯 1 的第 2 主面 MS2 进入到磁芯 1， 朝向接地电极形成区域 GA 的侧方而穿过。 如此， 在 θ ＝ 45°时， 磁通通过线圈导体的卷绕中心部。
在 θ ＝ 90°时， 与图 4 所示的 90°的例子相同， 磁通从磁芯 1 的外侧的端部进入 到磁芯 1， 穿过内侧的端部。如此， 在 θ ＝ 90°时， 磁通也通过线圈导体的卷绕中心部。
图 11 是求取从电路基板的接地电极到天线线圈为止的间隔和耦合系数的关系的 结果。纵轴是如图 9(C) 所示的读写器侧天线和天线装置 104 的耦合系数。读写器侧天线 和天线装置 104 的间隔与 θ 无关而为恒定。
如图 11 所示， 在 θ ＝ 90°下， 耦合系数不受从电路基板的接地电极到天线线圈 为止的间隔的影响， 但在 θ ＝ 0°、 θ ＝ 45°下， 从接地电极到天线线圈为止的间隔越大， 则耦合系数也越大。在 θ ＝ 0°下， 该倾向变得明显。若从接地电极到天线线圈为止的间 隔为约 2mm 以上， 则 θ ＝ 45°时的耦合系数达到 θ ＝ 90°时的耦合系数， 因此， 在θ＝ 45°～ 90°的范围内使用的情况下， 优选从接地电极到天线线圈为止的间隔为 2mm 以上。 另外， 若从接地电极到天线线圈为止的间隔为约 7.5mm 以上， 则 θ ＝ 0°时的耦合系数达到 θ ＝ 90°时的耦合系数， 因此在 θ ＝ 0°～ 90°的范围使用的情况下， 优选从接地电极到 天线线圈为止的间隔为 7.5mm 以上。
( 其它的实施方式 )
另外， 在以上所示的各实施方式中， 以平面导体的例子来表示基板的接地电极， 但 也能将配置于液晶显示面板的背面的屏蔽板、 形成于框体的内表面的导体膜或导体箔、 进 而将电池包视作平面导体来构成天线装置。 另外， 平面导体并不限于矩形形状的导体， 也可 以是各种形状的平面形状。另外， 平面导体并不限于单层， 也可以为多层。进而， 平面导体 只要其主要部分为平面状即可， 其它的部分也可以是弯曲部分。
符号的说明
CW 线圈导体 GA 接地电极形成区域 MS1 磁芯的第 1 主面 MS2 磁芯的第 2 主面 NGA 接地电极非形成区域 1 磁芯 10 柔性基板 11 第 1 导体部分 12 第 2 导体部分 20 电路基板 21、 22、 23 天线线圈 30 读写器侧天线装置 101、 104 天线装置 200 框体 201、 204 通信终端装置