CN102474009B - 天线及天线模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天线及天线模块。天线(1)具有柔性片(10),在该柔性片(10)的第一主面(12)上形成有第一线圈电极(21),在第二主面(13)上形成有第二线圈电极(31)。从不同的方向观察时,第一线圈电极(21)和第二线圈电极(31)朝相反方向卷绕形成。第一线圈电极(21)的一个端部(22A)与第二线圈电极(31)的一个端部(32A)以隔着柔性片(10)相对的形态形成,第一线圈电极(21)的另一个端部(22B)与第二线圈电极(31)的另一个端部(32B)也以隔着柔性片(10)相对的形态形成。藉此,将第一线圈电极(21)、第二线圈电极(31)作为电感器,在一个端部(22A、32A)形成电容器,在另一个端部(22B、32B)形成电容器,从而构成谐振型的天线(1)。
Description
技术领域
本发明涉及在RFID通信等利用电磁场耦合的通信中使用的天线及天线模块。
背景技术
现在,各种使用非接触IC的非接触式通信***在各种领域得到广泛利用。这样的通信***例如由包括无线通信用IC的非接触IC卡和读卡器构成,通过使非接触IC卡与读卡器接近至规定距离内来进行通信。此外,为了进行通信需要天线,该天线基于通信信号的频率设定谐振频率。这样的天线在专利文献1、专利文献2等中有所记载,基本上具有平面卷绕的线圈电极、及产生用于设定该线圈电极的电感和谐振频率的电容的结构。
例如,在专利文献1中,在绝缘片的表面侧及背面侧分别包括按规定卷绕的线圈电极。而且通过将这些线圈电极配置成相对来产生所需的电容。此时,通过增大线圈电极的宽度就能得到较大的电容。
此外,在专利文献1的现有例子中,记载了在绝缘片的表面侧形成线圈电极和电容器的一个相对电极、在背面侧形成电容器的另一个相对电极的结构。在该结构中,为了连接背面侧的相对电极和表面侧的电路图案,以机械方式在绝缘片上形成导电通孔。
此外,在专利文献2中,在绝缘片的表面侧形成有线圈电极,在背面侧形成有线圈电极和用于产生电容的静电电容调节图案。通过调节静电电容调节图案的形状(线路长度)来调节电容。
专利文献1:日本专利特开2001-84463号公报
专利文献2:日本专利特开平10-334203号公报
发明内容
然而,在上述专利文献1的结构中,由于减少线圈电极的卷绕圈数并增大宽度,因此尽管电容增大但电感会变得很小。因此,天线能够辐射的磁场减弱,能通信的距离缩短,不适合需要有规定的信号电平的数据通信。
此外,上述专利文献1的现有技术的结构中,由于对绝缘片实施机械方式的冲裁,以物理的方式将表面侧的电极图案与背面侧的电极图案导通,因而制造工序麻烦。
此外,在上述专利文献2的结构中,俯视时即沿天线表面处的磁场方向观察时,背面侧的静电电容调节图案以与表面侧的线圈电极相同的卷绕方向形成。因此,背面侧的静电电容调节图案对天线的电感没有影响,该电感仅依赖于表面侧的线圈电极的图案。因此,为了增大电感以增强辐射磁场,必须增加表面侧的线圈电极的卷绕圈数等,从而会导致大型化。
本发明鉴于上述的技术问题而作,其目的在于实现能得到规定的磁场强度、简洁且小型的天线。此外,还在于使用该天线实现通信特性优异的天线模块。
本发明涉及天线,本发明的天线包括:绝缘性基材,该绝缘性基材包括相对的第一主面及第二主面;第一线圈电极,该第一线圈电极在第一主面上形成为卷绕的形状并具有端部;以及第二线圈电极,该第二线圈电极在第二主面上形成为卷绕的形状并具有端部,且从该第二主面朝第一主面方向观察时,该第二线圈电极的卷绕方向与第一线圈电极的卷绕方向相反。此外,本发明的天线中,第一线圈电极的端部与第二线圈电极的端部形成为至少局部相对。
在该结构中,对于在绝缘性基材的相对的两个主面上形成的第一线圈电极和第二线圈电极来说,将第一线圈电极的形成面作为正面的状态下的第一线圈电极的形状与将第二线圈电极的形成面作为正面的状态下的第二线圈电极的形状为朝相反方向卷绕的形状,端部相对并交流耦合。通过该结构,第一线圈电极产生的磁场方向与第二线圈电极产生的磁场方向一致。藉此,这些磁场彼此叠加地进行作用,增强了作为天线的磁场(以与主面正交的方向为轴的磁场)。换言之,第一线圈电极与第二线圈电极起到在一定方向上连续卷绕而成的线圈那样的作用,像卷绕圈数较多的线圈产生磁场那样发挥作用。此时,作为形成工序,只要在绝缘性基材的相对的主面上形成线圈电极即可,因此能以简洁的结构和简单的工序形成天线。
此外,本发明的天线中,第一线圈电极的端部和第二线圈电极的端部中的至少一方由电极宽度比第一线圈电极及第二线圈电极大的平板电极形成。
在该结构中,通过将相对的端部做成较宽的平板电极,能将电容设定至更大的值。藉此,能扩大可以设定的电容的范围,容易设定天线的谐振频率。此外,由于电容能取得较大,因而能形成不易受外部因素引起的电容变化影响的天线。此外,通过增大端部的相对面积,能加强第一线圈电极与第二线圈电极的耦合。
此外,本发明的天线中,第一线圈电极的两个端部和第二线圈电极的两个端部由电极宽度比线圈电极及上述第二线圈电极大的平板电极形成。而且第一线圈电极的两个端部与第二线圈电极的两个端部都以相对的形态形成。
在该结构中,在第一线圈电极及第二线圈电极的两端能产生较大的电容。藉此,能进一步扩大可以设定的电容的范围,更容易设定天线的谐振频率。此外,能形成更不易受外部因素引起的电容变化影响的天线。此外,通过增大两个端部的相对面积,能进一步加强第一线圈电极与第二线圈电极的耦合。
此外,本发明的天线中,第一线圈电极的端部和第二线圈电极的端部为卷绕形状。而且,第一线圈电极的卷绕形状的端部与第二线圈电极的卷绕形状的端部以相对的形态形成。
该结构中,能形成由第一线圈电极和第二线圈电极产生的磁场,而且在这些线圈电极的卷绕形状的端部形成较强的磁场区域。
此外,本发明的天线的卷绕形状的端部配置于由第一线圈电极及第二线圈电极所形成的区域的大致中央处。
该结构中,能在第一线圈电极和第二线圈电极所产生的磁场稀疏的区域内产生由各线圈电极的端部所引起的较强磁场区域。
此外,本发明的天线中,以与第一线圈电极相连接的形状形成于第一主面上的平面电极及以与第二线圈电极相连接的形状形成于第二主面上的平面电极中至少形成一方。
该结构中,由第一线圈电极及第二线圈电极产生的磁通在平面电极的作用下进一步朝外环绕。由此能扩大通信范围。
此外,本发明涉及天线模块。该天线模块包括:天线,该天线是上述任一项所述的天线;以及无线通信用IC,该无线通信用IC配置于绝缘性基材上而与第一线圈电极或第二线圈电极进行电连接。
该结构中示出了天线模块由天线和无线通信用IC构成的情况。通过使用上述天线,能增强天线产生的磁场,提高作为天线模块的通信信号电平,扩大通信距离。即,能提高作为天线模块的通信性能。
此外,本发明的天线模块中,无线通信用IC与第一线圈电极或第二线圈电极中卷绕且并行排列的电极组中央的电极相连接。
该结构中示出了无线通信用IC的更为具体的配置情况,由于能从并行排列的电极组中央的电极、即连续的一条线状的线圈电极的中央位置获得最大电流量,因而通过与该电极相连接,就能增大对无线通信用IC的供给电流量。
此外,本发明的天线模块包括:天线,该天线是上述任一项所述的天线;以及电磁耦合模块,该电磁耦合模块包括无线通信用IC及向该无线通信用IC供电的供电电路基板。而且,电磁耦合模块包括电感器,将电磁耦合模块配置于绝缘性基材上以使该电感器与第一线圈电极或第二线圈电极进行电磁场耦合。
该结构中示出了天线模块由天线和电磁耦合模块构成的情况。通过使用上述天线,能增强天线产生的磁场,提高对与该天线耦合的电磁耦合模块的供电及通信信号电平。藉此,能提高作为天线模块的通信信号电平,而且能扩大通信距离。即,能提高作为天线模块的通信性能。
此外,本发明的天线模块中,电磁耦合模块配置于第一线圈电极或第二线圈电极的电极上。
该结构中示出了电磁耦合模块的更为具体的配置情况,通过将电磁耦合模块配置于电极上,与使电磁耦合模块离开电极进行配置的方式相比,能提高天线与电磁耦合模块的耦合度。藉此,能提高作为天线模块的通信性能。
此外,本发明的天线模块中,电磁耦合模块配置于第一线圈电极或第二线圈电极中卷绕且并行排列的电极组中央的电极上。
该结构也示出了电磁耦合模块的更为具体的配置情况,利用在并行排列的电极组中央的电极、即连续的一条线状的线圈电极的中央位置存在电流最大点的特点,将电磁耦合模块配置于该电流最大点。藉此,能增强供给电磁耦合模块的磁场,进一步提高天线与电磁耦合模块的耦合度。
此外,本发明的天线模块中,电磁耦合模块配置成仅与第一线圈电极或第二线圈中的一条电极进行电磁场耦合。
该结构中,通过使电磁耦合模块仅与一条电极进行电磁场耦合,就不会受到在与多个电极进行电磁场耦合时产生的电极间的相位偏差的影响。藉此,能进一步提高天线与电磁耦合模块的耦合度。
此外,本发明的天线模块包括:天线,该天线是上述(4)或(5)所述的天线;以及电磁耦合模块,该电磁耦合模块包括无线通信用IC及向该无线通信用IC供电的供电电路基板。而且,电磁耦合模块包括电感器,当俯视绝缘性基材的第一主面时,电磁耦合模块配置于绝缘性基材上的与卷绕形状的端部基本一致的位置上。
在该结构中,由卷绕形状的端部产生的较强磁场提供给电磁耦合模块。藉此,能提高天线与电磁耦合模块的耦合度。
本发明的天线模块包括:天线,该天线是上述(1)至(3)的任一项所述的天线;以及底座天线,该底座天线产生与针对无线通信用IC的通信数据相对应的磁场。而且,将天线配置于离开底座天线规定间隔的位置上。
在该结构中,将上述结构的天线用作谐振用天线,能放大由底座天线辐射出来的磁场。藉此,与仅有底座天线的情况相比,能提高通信信号电平,扩大通信范围。
根据本发明,能实现产生比现有的天线强的磁场、简洁且小型的天线。而且还能使用该天线实现通信特性优异的天线模块。
附图说明
图1是表示实施方式1的天线1的结构的图。
图2是从侧面观察图1所示的天线1时模拟成等效电路的图。
图3是从第一主面12一侧观察到的表示实施方式1的其他天线1A~1C的结构的俯视图。
图4是从第一主面12一侧观察到的表示实施方式2的天线1’的结构的俯视图及模拟成等效电路的图。
图5是观察图4所示的天线1’的第一主面12一侧而得到的俯视图、及从第一主面12一侧观察第二主面13而得到的俯视图。
图6是从第一主面12一侧观察到的表示实施方式3的天线模块100的结构的俯视图、表示天线1’与无线通信用IC80的连接结构的例子的图、及从侧面观察到的模拟成等效电路的图。
图7是实施方式4的天线模块100’的外观立体图、从第一主面12一侧观察得到的俯视图、及从侧面观察到的模拟成等效电路的图。
图8是表示图7所示的天线模块100’中使用的电磁耦合模块90的结构的图。
图9是从第一主面12一侧观察到的表示实施方式4的其他天线模块100A的结构的俯视图、及从侧面观察到的模拟成等效电路的图。
图10是表示实施方式5的天线模块100B的结构的外观立体图及分解立体图。
图11是表示图10所示的天线模块100B中使用的电磁耦合模块90’的结构的外观立体图及分解层叠图。
图12是表示实施方式6的天线模块100C的结构的分解立体图及侧视图。
图13是表示包括平面电极14的天线1D的结构的外观立体图及其分解立体图。
图14是表示包括平面电极14的其他天线1E的结构的外观立体图及其分解立体图。
图15是表示包括平面电极14A的其他天线1F的结构的外观立体图及其分解立体图。
图16是表示电磁耦合模块的其他配置例的天线模块100D的俯视图。
图17是从第一主面12一侧观察到的表示其他天线1G的结构的俯视图。
具体实施方式
参照附图对本发明实施方式1的天线进行说明。
图1是表示本实施方式的天线1的结构的图,图1(A)为外观立体图,图1(B)为分解立体图,图1(C)为从天线1的第一主面12一侧观察得到的俯视图。此外,图2是从侧面观察图1所示的天线1时模拟成等效电路的图。
天线1具有柔性片10,该柔性片10由树脂等绝缘材料构成,呈平板的薄膜状。在柔性片10的第一主面12上形成有第一线圈电极21,在与第一主面12相对的第二主面13上形成有第二线圈电极31。第一线圈电极21及第二线圈电极31是由形成为卷绕形状的金属薄膜等构成的线状电极,利用粘结剂等黏贴在柔性片10上。
第一线圈电极21在最外周具有一个端部22A,在最内周具有另一个端部22B。从第一主面12一侧观察柔性片10时,第一线圈电极21具有这样的结构:即,从最外周的一个端部22A按顺时针方向依次朝内周侧卷绕,直到最内周的另一个端部22B为止连续地形成线状电极。而且,第一线圈电极21的卷绕圈数及第一线圈电极21的平面中心位置至电极组的长度是根据第一线圈电极21所要实现的电感L21(参照图2)来设定的。
第二线圈电极31在最外周具有一个端部32A,在最内周具有另一个端部32B。从第二主面13一侧观察柔性片10时,第二线圈电极31具有这样的结构:即,从最内周的另一个端部32B按逆时针方向依次朝外周侧卷绕,直到最外周的一个端部32A为止连续地形成线状电极。即,第二线圈电极31成为以与第一线圈电极21相反的卷绕方向卷绕的形状。通过如此构成,从相同的方向、例如从第一主面12观察第二主面13时,第一线圈电极21与第二线圈电极31成为连续地朝同一方向卷绕的形状。
此时,如图1(C)所示,第二线圈电极31并不一定要形成为在全长范围内都与第一线圈电极21相对。而且,第二线圈电极31的卷绕圈数及第二线圈电极31的平面中心位置至电极组的长度是根据第二线圈电极31所要实现的电感L31(参照图2)来设定的。
第一线圈电极21的一个端部22A及另一个端部22B是形成为以与第一线圈电极21的线状电极的宽度不同的规定长度为一边的大致正方形的电极,图1的例子中,由形成为以比线状电极的宽度大的长度为一边的正方形的电极构成。
第二线圈电极31的一个端部32A及另一个端部32B是形成为以与第二线圈电极31的线状电极的宽度不同的规定长度为一边的大致正方形的电极,图1的例子中,由形成为以比线状电极的宽度大的长度为一边的正方形的电极构成。
第一线圈电极21的一个端部22A与第二线圈电极31的一个端部32A形成为隔着柔性片10相对。藉此,第一线圈电极21与第二线圈电极31交流连接,且能得到与一个端部22A和一个端部32A的相对面积、柔性片10的厚度及介电常数相对应的电容C23A(参照图2)。
此外,第一线圈电极21的另一个端部22B与第二线圈电极31的另一个端部32B也形成为隔着柔性片10相对。藉此,第一线圈电极21与第二线圈电极31在此也交流连接,且能得到与另一个端部22B和另一个端部32B的相对面积、柔性片10的厚度及介电常数相对应的电容C23B(参照图2)。
如图2所示,通过这样的结构,在电感L21的电感器和电感L31的电感器的两端能够分别形成将电容C23A的电容器和电容C23B的电容器加以连接的谐振电路。通过根据通信信号的频率对该谐振电路的谐振频率进行设定,能构成利用电磁场耦合的谐振型天线。
此外,从不同的方向观察时,第一线圈电极21与第二线圈电极31朝相反的方向卷绕形成,从相同的方向观察时朝同一方向卷绕。通过使端部进行耦合就能使第一线圈电极12和第二线圈电极13的电流方向一致,第一线圈电极21产生的磁场方向与第二线圈电极31产生的磁场方向一致。藉此,这些磁场彼此叠加进行作用,增强了作为天线的磁场(以与主面正交的方向为轴的磁场)。换言之,第一线圈电极21和第二线圈电极31能作为卷绕方向中途没有变化的、连续的、卷绕圈数更多的一条线圈发挥作用。在此,环状线圈的电感器与线圈的卷绕圈数的平方成正比,卷绕圈数增加,则产生的磁场也相应地增强。
其结果是,与现有例子所示的那种实际上仅在绝缘片的一个面上形成环状线圈电极的结构相比,本发明能大幅提高产生的磁场强度,能提高作为利用电磁场耦合的天线的性能。
此时,对柔性片10不用进行开孔等机械方式的导通加工,只要使第一线圈电极21的端部与第二线圈电极31的端部以相对的形态形成就能使第一线圈电极21与第二线圈电极31交流连接,因此能以简单的工序和简洁的结构形成谐振型的天线。
由于能以如此简洁的结构和简单的工序制造,因此不局限于上述那样的将薄膜电极黏贴到柔性片上的结构,例如也可将纸用作绝缘性基材,在纸面上通过导电性糊料形成电极,以此形成天线1。藉此,能容易地形成操作方便、耐热性优良、特性优良、小型的天线。其结果是,也能利用以往无法使用的会产生高温受热历史的产品等。而且,还能容易地进行回收和重复使用。
而且,由于是只要在柔性片10的两个主面形成第一线圈电极21和第二线圈电极31的结构,因而能在维持特性及性能的情况下不会使天线大型化,能形成得小且薄。
此外,通过增大一个端部22A和一个端部32A的相对面积、另一个端部22B和另一个端部32B的相对面积,能加强第一线圈电极21与第二线圈电极31的耦合。
此外,通过在上述这样的第一线圈电极21及第二线圈电极31的两端形成较大的电容,能抑制外部因素引起的电容变动。例如,在以往只在一个面上形成线圈电极的结构中,只要人的手指接近该线圈电极,就会在并行的电极间产生电容,从而会导致谐振频率发生变化。然而,本实施方式那样通过预先形成较大的电容,这样人的手指引起的电容变化就不会影响到天线的电容变化。
藉此,能抑制谐振频率的变动。其结果是,能将天线的谐振频率设定为极其靠近所期望的通信信号频率的频率,优选设定为极其靠近高频侧的频率,能不受通信环境变化的影响,始终使通信信号的频率与谐振频率基本相同,能实现可靠的通信。
此外,本实施方式的结构中主要利用电感来设定谐振频率。通过如此构成,即使第一线圈电极21与第二线圈电极31之间较厚也能实现谐振器。具体而言,能如上所述使用厚纸。而且在使用厚纸的情况下,只要使用30μm以上的厚纸就能抑制谐振频率的变动,而且能牢固地支承第一线圈电极21和第二线圈电极31。而现有技术的结构是利用电容来调节谐振频率的结构,需要在厚度较薄的基板的两个面上形成与谐振频率匹配的规定面积的电极。然而,难以使基板的厚度均匀。因而无法实现所期望的谐振频率。而使用本实施方式的结构就能解决这样的问题。
此外,如本实施方式的结构那样采用主要用电感来设定谐振频率的结构,两个面上形成的线圈电极彼此的相对面积不会对谐振频率产生大的影响。藉此,在第一线圈电极21及第二线圈电极31的全长范围内能将这些线圈电极相对配置。因此,能抑制没有相对的电极引发的寄生电容,还能减少谐振频率的变动。而现有技术那样的利用电容调节谐振频率的结构中,相对面积十分重要,有时所期望的相对面积会导致产生线圈电极彼此没有相对的部位。藉此,有时会产生寄生电容,还会导致谐振频率的变动。而采用本实施方式的结构就能解决这样的问题。
上述实施方式示出了第一线圈电极21与第二线圈电极31在大致全长范围内不完全相对,仅一个端部22A和一个端部32A彼此相对及另一个端部22B和另一个端部32B彼此相对的结构例,但也可以是图3所示的各种结构。图3是从第一主面12一侧观察本实施方式的其他天线1A~1C的结构的俯视图。
图3(A)所示的天线1A中,与图1的结构相比,第一线圈电极21与第二线圈电极31局部一致。而且,一个端部22A和一个端部32A由以比第一线圈电极21和第二线圈电极31的电极宽度大的长度作为一边的正方形构成并彼此相对。此外,另一个端部22B’和另一个端部32B’彼此相对,但不是一个端部22A和一个端部32A那样的正方形,只是单纯地成为了第一线圈电极21和第二线圈电极31的终端部。
在图3(B)所示的天线1B中,与图1的结构相比,一个端部22A和一个端部23A并不是在全部面积上相对,而是局部相对,另一个端部22B和另一个端部23B也不是在全部面积上相对,而是局部相对。
图3(C)所示的天线1C中,与图3(A)的结构相比,进一步增加了第一线圈电极21与第二线圈电极31相对的范围,一个端部22A’和一个端部32A’也单纯地成为了第一线圈电极21和第二线圈电极31的终端部。此外,如图3(C)所示,在第一线圈电极21与第二线圈电极31的相对面积较大时,也能使一个端部或另一个端部不相对。
对于这些结构,只要是从不同的方向观察时使第一线圈电极21与第二线圈电极31反向卷绕,而从相同的方向观察时卷绕方向相同,且至少有一方端部相对,能够设定所期望的谐振频率的结构,就能获得上述作用效果。若采用图3(A)~图3(C)的结构,第一线圈电极21与第二线圈电极31在大致全长的范围内相对,第一线圈电极21与第二线圈电极31之间在大致全长范围内形成电容,因而能进一步抑制各线圈电极的并行的电极间产生电容而使谐振频率发生变化。图3(A)~图3(C)的结构也是实现本实施方式的结构的几个例子,将它们组合后的结构也能获得上述作用效果。
此外,上述图1所示的结构中,第一线圈电极21的一个端部22A及另一个端部22B、第二线圈电极31的一个端部32A及另一个端部32B的形状为正方形,但只要具有能获得所期望的相对面积(所期望的电容)的面积,并不局限于正方形,能适当地进行设定。
下面参照附图对实施方式2的天线进行说明。
图4(A)是从第一主面12一侧观察到的表示本实施方式的天线1’的结构的俯视图,图4(B)是从侧面观察图4(A)所示的天线1’时模拟成等效电路的图。此外,图5(A)是观察图4所示的天线1’的第一主面12一侧而得到的俯视图,图5(B)是从第一主面12一侧观察图4所示的天线1’的第二主面13得到的俯视图。
天线1’与实施方式1的天线1相同,具有柔性片10。在柔性片10的第一主面12上形成有第三线圈电极41,在与第一主面12相对的第二主面13上形成有第四线圈电极51。
第三线圈电极41及第四线圈电极51是由形成为卷绕形状的金属薄膜等构成的线状电极,利用粘结剂等黏贴在柔性片10上。
如图5(A)所示,第三线圈电极41在最内周具有形成为卷绕形状的一个端部42A,在最外周具有另一个端部42B。此外,从第一主面12一侧观察柔性片10时,第三线圈电极41具有这样的结构:即,从最内周的一个端部42A按顺时针方向依次朝外周侧卷绕,直到最外周的另一个端部42B为止连续地形成线状电极。其中,第三线圈电极41的卷绕圈数及第三线圈电极41的平面中心位置至电极组的长度是根据第三线圈电极41所要实现的电感L41(参照图4(B))来设定的。
如图5(B)所示,第四线圈电极51在最内周具有一个端部52A,在最外周具有另一个端部52B。此外,从第二主面13一侧观察柔性片10时,第四线圈电极51具有这样的结构:即,从最外周的另一个端部52B按逆时针方向依次朝内周侧卷绕,直到最内周的一个端部52A为止连续地形成线状电极。即,第三线圈电极41成为以与第四线圈电极51相反的卷绕方向卷绕的形状。通过如此构成,从相同的方向、例如从第一主面12观察第二主面13时,第三线圈电极41与第四线圈电极51连续地朝同一方向卷绕。此时,如图4(A)所示,第四线圈电极51形成为在大致全长范围内与第三线圈电极41相对。通过这样的相对结构,能得到第三线圈电极41与第四线圈电极51之间的电容。此外,第四线圈电极51的卷绕圈数及第四线圈电极51的平面中心位置至电极组的长度是根据第四线圈电极51所要实现的电感L51(参照图4(B))来设定的。
第三线圈电极41的一个端部42A由在第三线圈电极41的形成区域的大致中央处以规定的卷绕圈数卷绕形成的线状电极形成。同样,第四线圈电极51的一个端部52A由在第四线圈电极51的形成区域的大致中央处以规定的卷绕圈数卷绕形成的线状电极形成。第三线圈电极41的一个端部42A与第四线圈电极51的一个端部52A形成为在大致全长的范围内电极彼此相对,且彼此的终端部相对。
通过如此构成,第三线圈电极41与第四线圈电极51如实施方式1的第一线圈电极21与第二线圈电极31那样以增强彼此磁场的方式进行作用,从而作为天线1’能产生较强的磁场。而且,由于一个端部42A和一个端部52A各自呈卷绕形状,因而从这一个端部42A和一个端部52A的形成区域也能产生较强的磁场。而且,通过将一个端部42A和一个端部52A配置于第三线圈电极41和第四线圈电极51的形成区域的大致中央处,能在第三线圈电极41和第四线圈电极51所引起的磁场稀疏的区域也产生较强的磁场。藉此,能形成特性比以往优良的天线。
不过,图4、图5所示的本实施方式的天线1’示出了另一个端部42B、52B没有相对的例子,但只要是以供电为目的就没有什么问题。此外,若是用于数据通信并利用谐振频率的天线,则只要利用第三线圈电极41与第四线圈电极51的相对面积、和一个端部42A与一个端部52A彼此的相对面积能获得所需的电容,另一个端部42B和另一个端部52B就不必相对。相反,在减少第三线圈电极41与第四线圈电极51的相对面积等情况下,为了获得所需的电容,也能如实施方式1那样,使另一个端部42B与另一个端部52B以规定面积相对。
下面参照附图对实施方式3的天线模块进行说明。
图6(A)是从第一主面12一侧观察到的表示本实施方式的天线模块100的结构的俯视图,图6(B)是表示天线1’与无线通信用IC80的连接结构的例子的图,图6(C)是从侧面观察图6(A)所示的天线模块100时模拟成等效电路的图。
天线模块100包括天线1”和无线通信用IC80。天线1”的卷绕圈数与实施方式1所示的天线1不同,是在大致全长的范围内第一线圈电极21与第二线圈电极31相对的结构,其他基本结构相同。
无线通信用IC80是形成有用于进行无线通信的半导体电路的封装体元件,在规定面(图6(B)中元件的下表面侧)形成有安装电极。如图6(B)所示,在天线1”的第一线圈电极21上的用于安装无线通信用IC80的位置上形成有缺口210。利用焊锡等导电性材料800将无线通信用IC80的安装电极安装到该缺口210两端的第一线圈电极21上。藉此,天线1”与无线通信用IC80进行电连接,形成由天线1”的第一线圈电极21的电感L21、第二线圈电极31的电感L31、在第一线圈电极21和第二线圈电极31的两端产生的电容C23A、C23B及无线通信用IC80内部的电容C80构成的谐振电路。其结果是,无线通信用IC80能经由天线1”实现利用电磁场耦合的谐振型通信。
此时,将无线通信用IC80与第一线圈电极21的并行卷绕的电极组中央的电极相连接,即,将无线通信用IC80与以第一线圈电极21作为一条连续的线状电极时的中央位置的电极相连接。通过如此构成,该连接位置成为第一线圈电极21的电流最大点,因此能高效地与无线通信用IC80进行通信。
因而通过针对这样的天线模块100使用上述天线1”,就能以简洁的结构且小型地形成通信特性优良的天线模块100。
尽管本实施方式示出了无线通信用IC80与第一线圈电极12串联连接的例子,但也能使用利用静电感应进行电耦合的结构。
下面参照附图对实施方式4的天线模块进行说明。
图7(A)是本实施方式的天线模块100’的外观立体图,图7(B)是从第一主面12一侧观察图7(A)所示的天线模块100’得到的俯视图,图7(C)是从侧面观察图7(A)所示的天线模块100’时模拟成等效电路的图。
此外,图8是表示本实施方式的天线模块100’中使用的电磁耦合模块90的结构的图,图8(A)是外观立体图,图8(B)是分解层叠图。
天线模块100’包括天线1”和电磁耦合模块90。天线1”的卷绕圈数与实施方式1所示的天线1不同,是在大致全长的范围内第一线圈电极21与第二线圈电极31相对的结构,其他基本结构相同。
如图8所示,电磁耦合模块90包括供电基板91、及安装在该供电基板91上的无线通信用IC80。供电基板91由通过将表面形成有电极图案的介质层层叠而成的层叠电路基板形成。例如,如图8(B)所示,由八个介质层911~918层叠的结构构成。在最上层的介质层911上形成有无线通信用IC80的安装用焊盘941A、941B,在该安装用焊盘941A、941B上分别形成有表面电极图案951A、951B。在第二层至第八层的介质层922~928上分别形成有第一C环状图案电极922~928、及第二C环状图案电极932~938。
第一C环状图案电极922~928经由过孔进行电连接,形成以层叠方向为轴向的第一线圈。该第一线圈的两端分别经由过孔与设于最上层的介质层911上的安装用焊盘941A、941B相连接。此外,第二C环状图案电极932~938经由过孔进行电连接,形成以层叠方向为轴向的第二线圈。该第二线圈的两端分别经由过孔与设于最上层的介质层911上的表面电极图案951A、951B的端部相连接。
这样,电磁耦合模块90在供电基板91内具有两个线圈,利用该两个线圈与外部电路进行电磁场耦合,对无线通信用IC80供电并实现无线通信用IC80与外部电路的无线通信。
如图7所示,这样的电磁耦合模块90配置在天线1”的第一线圈电极21上,并利用绝缘性的粘结剂等加以固定。藉此,能形成将电磁耦合模块90与天线1”进行电磁场耦合的天线模块100’。
此时,由于天线1”与电磁耦合模块90耦合,形成由天线1”的第一线圈电极21的电感L21、第二线圈电极31的电感L31、在第一线圈电极21和第二线圈电极31的两端产生的电容C23A、C23B以及电磁耦合模块90的内部电容C90构成的图7(C)所示的谐振电路,因此电磁耦合模块90的无线通信用IC80能经由天线1”实现利用电磁场耦合的谐振型通信。
通过针对这样的天线模块100’使用上述天线1”,就能以简洁的结构且小型地形成通信特性优良的天线模块100’。
此时,将电磁耦合模块90设置成电磁耦合模块90的长边方向即两个线圈排列的方向与电磁耦合模块90正下方的第一线圈电极21的延伸方向(与宽度方向正交的方向)一致。通过设定成这样的设置方向,能利用两个线圈高效地进行电磁场耦合,因此能构成通信性能更为优良的天线模块100’。
而且,如图7所示,通过将电磁耦合模块90设于第一线圈电极21上,与设于离开第一线圈电极21的位置上的情况相比,电磁耦合模块90与第一线圈电极21的耦合度得到提高,能构成通信性能更佳的天线模块100’。
此外,如图7所示,将电磁耦合模块90设于形成第一线圈电极21的卷绕的电极组中央的电极上。由于该位置成为将第一线圈电极21作为一条连续的线状电极时的中央位置,因而成为第一线圈电极21的电流最大点,因此,能进一步提高电磁耦合模块90与第一线圈电极21的耦合度。藉此,能进一步构成通信性能优良的天线模块100’。
而且,通过将电磁耦合模块90配置成仅与形成第一线圈电极21的卷绕的电极组的一条电极耦合,能抑制与多个电极耦合时产生的相位偏移所引起的损耗。即使通过这样的结构也能构成通信性能优良的天线模块100’。
虽然本实施方式如上所述示出了将电磁耦合模块90配置于第一线圈电极21上的例子,但也可以如图9所示,将电磁耦合模块90接近第一线圈电极21进行电磁场耦合。
图9(A)是从第一主面12一侧观察到的表示本实施方式的天线模块100A的结构的俯视图,图9(B)是从侧面观察图9(A)所示的天线模块100A时模拟成等效电路的图。
这样将电磁耦合模块90配置成接近第一线圈电极21的情况下,对天线1A’的第一线圈电极21设置弯曲部200,将电磁耦合模块90配置于由该弯曲部200形成的区域内。此时,通过配置成电磁耦合模块90的长边方向与配置电磁耦合模块90的位置上的第一线圈电极的宽度方向正交,能高效地进行电磁场耦合。即使是如此结构,也能形成由天线1A’的第一线圈电极21的电感L21、第二线圈电极31的电感L31、在第一线圈电极21和第二线圈电极31的两端产生的电容C23A、C23B以及电磁耦合模块90的电感器与第一线圈电极21之间的互感构成的图9(B)所示的谐振电路,因此,电磁耦合模块90的无线通信用IC80能经由天线1A’实现利用电磁场耦合的谐振型通信。
下面参照附图对实施方式5的天线模块进行说明。
图10(A)是表示本实施方式的天线模块100B的结构的外观立体图,图10(B)是分解立体图。此外,图11(A)是表示本实施方式中使用的电磁耦合模块90的结构的外观立体图,图11(B)是分解层叠图。
天线模块100B包括天线1’和电磁耦合模块90’。天线1’是实施方式2所示的天线。
如图11所示,电磁耦合模块90’由将无线通信用IC80设于由介质层911’~914’层叠而成的层叠电路基板内的结构构成。在介质层911’~914’上分别形成有由卷绕的电极组构成的供电线圈电极921’~924’。供电线圈电极921’~924’经由过孔进行电连接而形成供电线圈。该供电线圈的两端经由过孔分别与形成于介质层912’上的安装用焊盘932’、942’相连接。此外,无线通信用IC80以安装于安装用焊盘932’、942’上的状态封装于层叠电路基板内。
如此形状的电磁耦合模块90’配置在天线1’的一个端部42A和一个端部52A上,并利用粘结剂等加以固定。藉此,天线1’的卷绕形状的一个端部42A及一个端部52A与电磁耦合模块90的由供电线圈电极921’~924’构成的供电线圈进行电磁场耦合,由此发挥天线模块100B的作用。
而且,将电磁耦合模块90’配置在天线1’的卷绕形状的一个端部42A和一个端部52A上,由该一个端部42A和一个端部52A增强的磁场使天线1’与电磁耦合模块90’进行电磁场耦合,从而实现较大的耦合度。因此能形成通信性能优良的天线模块。
在实施方式4、实施方式5的天线模块中,电磁耦合模块的谐振频率与天线的谐振频率相差规定的频率,从而能扩大通信频带。具体而言,将电磁耦合模块的谐振频率设定为与通信信号的频率相同的13.5MHz,将天线的谐振频率设定为比13.5MHz要高规定频率(例如1MHz左右)。藉此,在反射特性上由电磁耦合模块的谐振频率和天线的谐振频率形成两个低谷,在这些低谷及周围频带能形成低反射频带的反射特性,能扩大通频带。
此外,通过使电磁耦合模块与天线的耦合度为0.5以下,能将电磁耦合模块的谐振点与天线的谐振点错开,使整体成为宽频带。
而且,上述电磁耦合模块是极小的元件,谐振频率基本不会因外部因素而发生变化,由于天线也如上所述其谐振频率基本不因外部因素而发生变化,因而包括电磁耦合模块和天线的天线模块的反射特性也基本没有变化。因此,不仅能实现低损耗的通信,而且还能形成不易受外部影响的天线模块。
以下参照附图对实施方式6的天线模块进行说明。
图12(A)是表示本实施方式的天线模块100C的结构的分解立体图,图12(B)是侧视图。
本实施方式的天线模块100C与上述各实施方式的天线模块不同,不是将天线1直接用于辐射,而是用于对从其他底座天线辐射出来的磁场进行放大。
天线模块100C包括利用通信信号进行磁场辐射的底座天线73。底座天线73包括柔性片70和形成于该柔性片70的一个主面上的底座线圈电极71。在底座天线73的柔性片70的与底座线圈电极71相反一侧的面上设有磁性体片72。底座天线73隔着该磁性体片72安装于需安装该天线模块100C的电子设备的底座电路基板74上。
谐振用天线1R由与上述实施方式1所示的天线1相同的结构构成,谐振用天线1R配置于与底座天线73的底座线圈电极71侧的面分开规定距离的位置。该谐振用天线1R例如如图12所示通过安装于电子设备的壳体75的内表面等而得到固定。
作为这样的结构,如实施方式1所示,根据通信信号的通信频率对谐振用天线1R的谐振频率进行设定,从底座天线73辐射出基于通信信号的磁场。当进行这样的辐射时,辐射出的磁场被谐振用天线1R放大,能够到达若只有底座天线73则无法到达的、壳体75外部的规定距离的区域。藉此,与仅包括底座天线73的结构相比,能扩大通信距离和通信范围,提高通信性能。
此外,即使是如此结构的天线模块,如上所述,通过适当设定底座天线73的谐振频率和谐振用天线1R的谐振频率,能扩大实现低损耗通信的频带,能形成不易受外部影响的天线模块。
上述实施方式所示的各天线都是包括由线状电极构成的线圈电极的结构,但也能如图13~图15所示,进一步包括平面电极14。图13(A)是表示包括平面电极14的天线1D的结构的外观立体图,图13(B)是其分解立体图。此外,图14(A)是表示由与图13不同的结构构成的、包括平面电极14的天线1E的结构的外观立体图,图14(B)是其分解立体图。此外,图15(A)是表示由与图13和图14不同的结构构成的、包括平面电极14A的天线1F的结构的外观立体图,图14(B)是其俯视图。
如图13所示,天线1D在柔性片10D的第一主面12侧形成有平面电极14。平面电极14以与第一线圈电极21的最外周相连接的形状形成。平面电极14形成有两个,在第一主面12上,第一线圈电极21配置于这两个平面电极14之间。通过如此构成,由第一线圈电极21和第二线圈电极31产生的磁通在平板电极14的作用下朝外大范围地环绕。由此能扩大通信距离和通信范围。这样的结构只要增大柔性片10D的面积并形成平面电极14即可,能以简洁并容易形成的结构提高通信性能。
图14所示的天线1E在柔性片10的第一主面12(第一线圈电极21侧的面)上形成两个平面电极14中的一个,在第二主面13(第二线圈电极31侧的面)上形成另一个平面电极14。此时,第一主面12上的平面电极14与第二主面13上的平面电极14以夹着第一线圈电极21和第二线圈电极31的形成区域而相对的形态形成。即使是这样的结构也能与图13的天线1D相同地提高通信性能。
图15所示的天线1F仅在柔性片10的第一主面12上形成有平面电极14。即使是这样的结构也能提高通信性能。当然也能仅在第二主面13上形成平面电极14。而且,图15所示的天线1F中,平面电极14上设有缺失了电极而成的缺口部15。此时,缺口部15设置成从平面电极14的一边朝向中心延伸。通过如此构成,能防止平面电极14中产生涡电流。藉此,能实现通信性能良好的天线。
而且这些平面电极14、14A也可与第一线圈电极21或第二线圈电极31之间留有稍许间隙地进行连接。
此外,上述说明中示出了将电磁耦合模块设于第一线圈电极上或使电磁耦合模块接近第一线圈电极的结构,但也能采用图16所示的配置于第一线圈电极的环内规定位置的结构。图16是表示电磁耦合模块的其他配置例的天线模块100D的俯视图。如图16所示,该天线模块100D包括上述的天线1”和电磁耦合模块90。电磁耦合模块90配置于第一线圈电极21的环内侧区域,且与第一线圈电极21折弯的角部接近配置。此时,电磁耦合模块90的长边方向及短边方向配置成分别与靠近长边及短边的第一线圈电极21的角部附近的长度方向平行。通过如此构成,电磁耦合模块0的供电基板的供电线圈电极的磁通方向与第一线圈电极21的磁通方向一致。藉此,能提高电磁耦合模块90与天线1”的耦合。
此外,上述实施方式所示的电磁耦合模块中示出了对安装于供电基板表面上的无线通信用IC进行安装的结构,但也可以是将无线通信用IC内置于供电基板的结构。
此外,上述各实施方式中,线圈电极形成为俯视时外形呈卷绕成大致正方形的形状,但也可以是图17所示的卷绕成长方形的形状。图17是从第一主面12一侧观察到的表示其他天线1G的结构的俯视图。图17中,仅图示了第一主面12侧,而第二主面13侧与上述各实施方式相同,与在第一主面12形成的第一线圈电极21’对应地形成。
图17所示的天线1G的柔性片10F俯视时呈长方形。第一线圈电极21’是俯视时卷绕成外形形状为长方形的电极。第一线圈电极21’在最外周具有一个端部22A,在最内周具有另一个端部22B。一个端部22A、另一个端部22B形成为比第一线圈电极21’的卷绕部分的电极宽度大的形状。
此外,第一线圈电极21’形成为卷绕部分中的角部不是直角而分别是钝角的多次折弯形状。即,俯视时,外形形状形成为类似倒角处理后的形状。图17中,相对的两个角形成为该多次折弯的形状,但只要将至少一个角设定为该形状即可。通过如此构成,即使例如来自外部读写器的磁场的产生区发生偏移,也能容易地接收该存在偏移的磁场。
此外,上述各实施方式中,示出了第一线圈电极的端部的面积与第二线圈电极的端部的面积大致相同的情况。然而,相对的端部电极中的一方也可以形成为比另一方的面积大。通过做成这样的形状,即使在片材的两个面上分别形成第一线圈电极和第二线圈电极时产生位置偏差,也能容易地确保规定的相对面积。藉此,不易受电容变化的影响。
附图标记
1、1’、1”、1A~1F、1A’天线
1R谐振用天线
10、10D、10F柔性片
12第一主面
13第二主面
14、14A平面电极
15缺口部
21、21’第一线圈电极
22A、22A’第一线圈电极21的一个端部
22B、22B’第一线圈电极21的另一个端部
31第二线圈电极
32A、32A’第二线圈电极31的一个端部
32B、32B’第二线圈电极31的另一个端部
41第三线圈电极
42A第三线圈电极41的一个端部
42B第三线圈电极41的另一个端部
51第四线圈电极
52A第四线圈电极51的一个端部
52B第四线圈电极51的另一个端部
70柔性片
71底座线圈电极
72磁性体片
73底座天线
74底座电路基板
75壳体
80无线通信用IC
90、90’电磁耦合模块
91供电基板
100、100’、100A、100B、100C、100D天线模块
210第一线圈电极21的缺口
800导电性材料
911~918、911’~914’介质层
922~928第一C环状图案电极
932~938第二C环状图案电极
921’~924’供电线圈电极
932’、942’、941A、941B安装用焊盘
951A、951B表面电极图案
Claims (2)
1.一种天线模块,其特征在于,包括:
天线,该天线具有:绝缘性基材,该绝缘性基材包括相对的第一主面及第二主面;第一线圈电极,该第一线圈电极设置在所述第一主面一侧,由卷绕的线状电极形成;以及第二线圈电极,该第二线圈电极设置在所述第二主面一侧,由从所述第二主面朝所述第一主面方向观察时在与所述第一线圈电极相反的卷绕方向上卷绕的线状电极形成;以及
电磁耦合模块,该电磁耦合模块包括无线通信用IC及与该无线通信用IC连接的供电线圈,
俯视时,该电磁耦合模块配置于所述绝缘性基材的所述第一主面上,仅与所述第一线圈电极中卷绕且并行排列的电极组中的一条电极相重叠,并且所述供电线圈与所述第一线圈电极进行电磁场耦合,
所述供电线圈小于所述第一线圈电极和所述第二线圈电极。
2.一种天线模块,其特征在于,包括:
天线,该天线具有:绝缘性基材,该绝缘性基材包括相对的第一主面及第二主面;第一线圈电极,该第一线圈电极设置在所述第一主面一侧,由卷绕的线状电极形成;以及第二线圈电极,该第二线圈电极设置在所述第二主面一侧,由从所述第二主面朝所述第一主面方向观察时在与所述第一线圈电极相反的卷绕方向上卷绕的线状电极形成;以及
电磁耦合模块,该电磁耦合模块包括无线通信用IC及与该无线通信用IC连接的供电线圈,
俯视时,该电磁耦合模块配置于所述绝缘性基材的所述第一主面上,与所述第一线圈电极中卷绕且并行排列的电极组中的最内圈电极的内侧相邻,并且所述供电线圈与所述第一线圈电极进行电磁场耦合,
所述供电线圈小于所述第一线圈电极和所述第二线圈电极,
所述供电线圈与最内圈电极的一部分相邻配置。
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