JP2014075775A - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナ装置は給電コイル3と面状導体2とを備えている。給電コイル3は磁性体コア32とこの磁性体コア32に巻回されたコイル状の導体31とを備えている。給電コイル3にはRFIC13が接続される。面状導体2は給電コイル3より面積が大きく、面状導体2には外縁の一部から内部へ延びるスリット2Sが形成されている。給電コイル3は巻回軸が面状導体2に対して平行となるように配置されていて、給電コイル3がスリット2Sに近接し、且つ給電コイル3のコイル開口がスリット2Sの方を向くように配置されている。
【選択図】図1
Description
前記面状導体は前記給電コイルより面積が大きく、
前記面状導体には外縁の一部から内部へ延びるスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が前記面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように、配置されていることを特徴とする。
前記面状導体は複数備え、これら複数の面状導体で互いの隣接部にスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記複数の面状導体および前記スリットの総面積は前記給電コイルの面積より大きく、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が、前記複数の面状導体のうち少なくとも前記給電コイルが最も近接する方の面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように配置されていることを特徴とする。
図1は第1の実施形態に係るアンテナ装置および通信相手側のアンテナコイルの斜視図である。アンテナ装置は給電コイル3と面状導体2とを備えている。給電コイル3は磁性体コア32とこの磁性体コア32に巻回されたコイル状の導体31とを備えている。このコイル状の導体31は、磁性体コア32に巻回された導線(巻き線導体)であってもよいし、複数の誘電体層を積層してなる積層体や複数の磁性体層を積層してなる積層体、あるいは、1または複数の誘電体層と1または複数の磁性体層とを積層してなる積層体に形成された導体パターンであってもよい。特に、小型で表面実装可能な給電コイルを構成できることから、複数の磁性体層(例えばフェライトセラミック層)を積層してなる積層体に面内導体パターンおよび層間導体パターンにてコイル状の導体31を構成したチップ型の給電コイルであることが好ましい。
このようにして面状導体2が磁界捕捉素子(放射板)として作用し、給電コイル3は面状導体2を介して通信相手側アンテナコイル4と磁界結合する。また、給電コイルを構成するコイル状導体のコイル開口面が面状導体に対面しておらず、コイル状導体の一部のみが面状導体に近接しているので、さらに言えば、コイル状導体の巻回軸方向から見たとき、コイル状導体には面状導体との距離が近い部分と遠い部分とを有しているので、給電コイル3と面状導体2との相対的な位置関係が多少変わっても、給電コイル3のインダクタンス値は大きく変化しない。ゆえに、製造ばらつきの小さなアンテナ装置を実現できる。
図3は第2の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。この例では面状導体2に形成されているスリットは、互いに直交する方向に延びるスリット部2Sa,2Sbで構成されている。すなわちスリットは曲折形状部を有している。給電コイル3aはスリット部2Saの方を向くように配置され、且つ給電コイル3aのコイル巻回軸がスリット部2Saの延在方向に直交している。したがって、給電コイル3aはスリット部2Sa部に生じる磁界と強く結合する。また、給電コイル3bはスリット部2Sbの方を向くように配置され、且つ給電コイル3bのコイル巻回軸がスリット2Sbの延在方向に直交している。したがって、給電コイル3bはスリット部2Sb部に生じる磁界と強く結合する。
図5は、第2の実施形態に係るさらに別のアンテナ装置に関し、給電コイル3と面状導体2との結合の様子を示す図である。このアンテナ装置の面状導体には互いに幅の異なるスリット2Sおよび開口2Aが形成されている。図5(A)、図5(B)、図5(C)において両端矢じりの実線は給電コイル3のコイル巻回軸方向を表している。また、図5(A)、図5(C)において両端矢じりの破線はスリット2Sの延在方向を表し、図5(B)において両端矢じりの円弧状の破線は開口2Aに沿って流れる電流の向きを表している。
図6(A)、図6(B)は第3の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図6(A)、図6(B)のいずれの例も、2つの面状導体2a,2bを備えている。そして、面状導体2aと2bの互いの隣接部にスリット2Sが形成されている。2つの面状導体2a,2bおよびスリット2Sの総面積は給電コイル3の面積より大きい。すなわち、各面状導体2a,2bの法線方向から見たとき、各面状導体2a,2bの外形寸法の総面積は、給電コイル3の外形寸法よりも大きい。
図7は第4の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。第1の実施形態で図1に示したアンテナ装置と異なり、スリット2Sの外側の端部付近に、スリット2Sを跨ぐようにキャパシタ5を接続している。キャパシタ5は例えばチップコンデンサである。
図10は第5の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。面状導体2にはスリット2Sおよび開口2Aが形成されている。スリット2Sはメアンダライン状に形成されている。すなわち導体部が互いに入り込む櫛歯状に形成されている。したがって、このスリット2Sのキャパシタンス成分が増大する。一方、開口2Aの内周縁でインダクタンス成分が生じ、このインダクタンス成分とスリット2Sのキャパシタンス成分とで共振回路が構成されている。この構成によれば、別部品としてのチップコンデンサ等が不要となる。前記メアンダライン状のスリット2Sはエッチングを含むパターン形成法で作成できるので、必要なキャパシタンスが高精度に得られる。
図12(A)、図12(B)は第6の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図12(A)、図12(B)のいずれの例も、2つの面状導体2a,2bを備えている。そして、面状導体2aと2bの互いの隣接部にスリット2Sが形成されている。このスリット2Sの端部付近にキャパシタ5a,5bがそれぞれ接続されている。面状導体2a,2bの共振周波数の決定に寄与するインダクタンス成分はスリット2Sの内周端縁で定まる。このインダクタンス成分と2つのキャパシタ5a,5bのキャパシタンスとで共振回路が構成されている。その他は第3の実施形態で図6に示したアンテナ装置と同じである。
図13は第7の実施形態に係るアンテナ装置を備えた無線通信装置の筐体内部の構造を示す平面図である。この無線通信装置は、スマートフォンに代表される通信端末装置であり、筐体91の内部には回路基板71,81、バッテリーパック83等が収められている。回路基板71には通信回路を備えたRFIC60、給電コイル3、キャパシタ5等が実装されている。この回路基板71にはUHF帯アンテナ72、カメラモジュール76等も搭載されている。また、回路基板81にはUHF帯アンテナ82等が搭載されている。回路基板71と回路基板81とは同軸ケーブル84を介して接続されている。
図15は第8の実施形態に係るアンテナ装置を備えた無線通信装置の筐体内部の構造を示す図であり、上部筐体91と下部筐体92とを分離して内部を露出させた状態での平面図である。この例では、下部筐体92は樹脂製であるが、その内面に金属膜による面状導体2が形成されている。フレキシブル基板に面状導体が貼り付けられていてもよいし、下部筺体の内面にレーザーダイレクトストラクチャリング(LDS)によって描画されていてもよい。面状導体2にはスリット部2Sa,2Sbおよび開口2Aが形成されている。開口2Aに対応する筐体の部分にも開口が形成されていて、この部分にカメラモジュール76のレンズが光学的に露出するように、これらが配置されている。
図16(A)は第9の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図、図16(B)はその正面図である。この例では、2つの面状導体2a,2bを備えている。面状導体2aは例えば回路基板に形成されたグランド導体であり、面状導体2bは通信端末の筺体の一部を構成する金属筐体部である。面状導体2bは、2つの面状の壁部と各壁部間の主面部とを有する。面状導体2aはグランド導体であって、回路基板の表層または内層に設けられている。回路基板の表層には給電コイル3がチップ型部品として実装されている。回路基板はプリント配線板であって、図示しないが、セルラー用RF回路や表示装置の駆動回路等、各種の実装部品が搭載されている。
図18(A)は第10の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図、図18(B)はその正面図である。図19は、アンテナ装置の側面図である。この例では、第9の実施形態と同様に2つの面状導体2a,2bを備えているが、スリット2Sa,2Sbを跨ぐようにして接続部2b1,2b2,2b3,2b4を設け、面状導体2aと面状導体2bとの一部を接続している点で第9の実施形態と相違する。
図20は、第11の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。この例では、回路基板2cには、面状導体2aとは非導通の電極パターン2a3,2a4がさらに形成されている。電極パターン2a2,2a3と面状導体2aとは、インダクタ8a,8bにより導通している。また、電極パターン2a4と面状導体2aとは、キャパシタ5dにより導通している。
図21は、第12の実施形態に係るアンテナ装置に用いる給電コイルの分解斜視図である。第12の実施形態に係る給電コイル3cは、インダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有している。具体的には、図21に示すように、給電コイル3cは、コイルパターンの一部である面内導体321a,321bが形成された非磁性体層311aおよび磁性体層311bと、複数の磁性体層312とを有し、複数の磁性体層312が非磁性体層311aおよび磁性体層311bに挟まれた積層構造となっている。複数の磁性体層312の側面には、図示しないが、非磁性体層311aおよび磁性体層311bの面内導体321a,321bを接続する側面ビアが形成されている。
2…面状導体
2A…開口
2a…面状導体(第1導体面)
2b…面状導体(第2導体面)
2b1…接続部(第1接続部)
2b3…接続部(第2接続部)
2S…スリット
2Sa,2Sb…スリット(スリット部)
2SP…内周縁部
3,3a,3b,3c…給電コイル
4…アンテナコイル
5,5a,5b,5c,5d…キャパシタ
6…スプリングピン
7…容量形成用電極
11…磁性体積層部
12…積層部
13,14…RFIC
21…第1コイル導体
31…コイル状導体
32…磁性体コア
60…RFIC
61…チップ部品
71,81…回路基板
72…UHF帯アンテナ
76…カメラモジュール
82…UHF帯アンテナ
83…バッテリーパック
84…同軸ケーブル
91…筐体(上部筐体)
92…下部筐体
Claims (12)
- コイル状の導体を備える給電コイルと面状に広がる面状導体とを有するアンテナ装置において、
前記面状導体は前記給電コイルより面積が大きく、
前記面状導体には外縁の一部から内部へ延びるスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が前記面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように、配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 - コイル状の導体を備える給電コイルと面状導体とを有するアンテナ装置において、
前記面状導体は複数備え、これら複数の面状導体で互いの隣接部にスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記複数の面状導体および前記スリットの総面積は前記給電コイルの面積より大きく、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が、前記複数の面状導体のうち少なくとも前記給電コイルが最も近接する方の面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記複数の面状導体は直流的に接続されていて同電位である、請求項2に記載のアンテナ装置。
- 前記複数の面状導体は互いに対向する第1導体面および第2導体面を有し、
前記第1導体面と前記第2導体面とを電気的に直接接続する第1接続部と、
前記第1導体面と前記第2導体面とを容量を介して接続する第2接続部と、
を備えた請求項2に記載のアンテナ装置。 - 前記給電コイルは、インダクタを形成する導体が形成された複数の絶縁体層と、キャパシタを形成する導体が形成された複数の絶縁体層とが積層された積層構造であり、
前記容量は、前記給電コイルが有する前記キャパシタである、請求項4に記載のアンテナ装置。 - 前記スリットは少なくとも1つの曲折形状部を有する、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記給電コイルの巻回軸は、前記スリットの延在方向または前記開口の周縁の一部に対して直交するように配置されている、請求項1〜6のいずれかに記載のアンテナ装置。
- 前記面状導体は、主に前記スリットまたは前記開口の周縁部により構成される共振回路を有し、前記共振回路の共振周波数は、前記給電コイルを含む回路の共振周波数とほぼ等しい、請求項1〜7のいずれかに記載のアンテナ装置。
- 前記面状導体の少なくとも一部は金属筺体である、請求項1〜8のいずれかに記載のアンテナ装置。
- 前記面状導体の少なくとも一部は回路基板に形成されたグランド導体である、請求項1〜9のいずれかに記載のアンテナ装置。
- アンテナ装置とこのアンテナ装置に接続される通信回路とを備えた無線通信装置において、
前記アンテナ装置は、コイル状の導体を備える給電コイルと面状導体とを有し、
前記面状導体は前記給電コイルより面積が大きく、
前記面状導体には外縁の一部から内部へ延びるスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が前記面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように、配置されていることを特徴とする無線通信装置。 - アンテナ装置とこのアンテナ装置に接続される通信回路とを備えた無線通信装置において、
前記アンテナ装置は、コイル状の導体を備える給電コイルと面状導体とを有し、
前記面状導体は複数備え、これら複数の面状導体で互いの隣接部にスリットまたはスリットとともに当該スリットに繋がる開口が形成されていて、
前記複数の面状導体および前記スリットの総面積は前記給電コイルの面積より大きく、
前記給電コイルは、前記コイル状導体の巻回軸方向が、前記複数の面状導体のうち少なくとも前記給電コイルが最も近接する方の面状導体の法線方向とは異なるように配置されていて、
前記給電コイルは、前記コイル状導体のコイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部に近接し、且つ前記コイル開口が前記スリットまたは前記開口の周縁の一部の方を向くように配置されていることを特徴とする無線通信装置。
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