JP5527013B2 - 近接型アンテナ及び無線通信機器 - Google Patents

Description

本発明は、近接型アンテナ及び無線通信機器に関し、特に非接触型ＩＣカード用の近接型アンテナ及び非接触型ＩＣカードを搭載する無線通信機器に関する。

ＭＩＦＡＲＥ（登録商標）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）など、非接触型ＩＣカードと呼ばれるタイプの通信機器の利用が拡大している。非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタと呼ばれる外部通信機器との間で近距離通信を行う機能を有しており、具体的には、近接型アンテナ（カップリングコイル）とメモリ付きのＩＣチップとから構成される。非接触型ＩＣカードは、近接型アンテナを介する磁気結合により、外部通信機器との間でメモリ内のデータを送受信する。従来は独立してひとつの通信機器を構成するカードタイプのものが主流であったが、近年は携帯電話など別の用途を有する機器に併合搭載されるケースも増えている。

併合搭載されるケースでは、非接触型ＩＣカードを構成する部品とそうでない部品とが隣接して配置されることになる。非接触型ＩＣカードの近傍に導電体が配置されることもあり、そのような場合、導電体に発生する渦電流によって磁界が弱められ、非接触型ＩＣカードと外部通信機器の間のカップリング特性が低下してしまうことがある。一例を挙げると、携帯電話の筐体には金属が使われる場合があり、そのような携帯電話に非接触型ＩＣカード機能を搭載すると、筐体に発生する渦電流によって磁界が弱められ、カップリング特性が低下する。

特許文献１は、リーダ／ライタの近傍ではあるが上記と同様に導電体が存在する場合に、この導電体によるカップリング特性の低下を抑制する技術を開示している。この技術では、リーダ／ライタの導電体側の表面に磁性体を貼り付けている。これにより導電体に到達する磁界が減少し、したがってカップリング特性の低下が抑制される。

特開２００２−２９８０９５号公報

しかしながら、磁性体によるカップリング特性低下の抑制効果はあまり芳しいものではなく、より効果的にカップリング特性低下を抑制できる技術が求められている。また、特に非接触型ＩＣカードは、リーダ／ライタとは異なり小型化が求められるので、磁性体のような付加部材を用いることはあまり好ましくない。

また、例えば携帯電話に非接触型ＩＣカードを併合搭載する場合を例に説明すると、非接触型ＩＣカードの近接型アンテナは筐体の背面（ＬＣＤやキーパッドが設けられる面の反対面）側に設置されることが一般的である。しかしながら、筐体の背面にはカメラレンズや電池蓋などの各種部品を設ける必要があることから、携帯電話に非接触型ＩＣカードを併合搭載する際には、これらの部品の搭載を妨げないように配慮する必要がある。このように、非接触型ＩＣカードを他の機器に併合搭載する場合、その機器固有の部品の搭載を妨げないように配慮する必要がある。

したがって、本発明の目的の一つは、非接触型ＩＣカードの近傍に配置された導電体によるカップリング特性の低下を、磁性体を貼り付ける方法以外の方法により抑制するとともに、併合搭載対象の機器に固有の部品の搭載を妨げない近接型アンテナ及び無線通信機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による近接型アンテナは、外部通信機器と磁気結合による無線通信を行うアンテナパターンと、前記アンテナパターンと絶縁した状態で該アンテナパターンの近傍に設置された導電板とを備え、前記導電板は、第１の開口部と、該第１の開口部から前記導電板の端部に至るスリットと、全周を当該導電板によって囲まれた第２の開口部とを有し、前記アンテナパターンは、前記第１の開口部の少なくとも一部及び前記スリットの少なくとも一部のうちの少なくとも一方と平面的に見て重なる位置に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、第１の開口部の周りに、近接型アンテナと外部通信機器との間に生ずる磁界を強める方向の磁界を発生する渦電流が流れるようになる。したがって、アンテナパターンの近傍に配置された導電板によるカップリング特性の低下を抑制できる。また、導電板に第２の開口部を設けたことで、併合搭載対象の機器に固有の部品の搭載を極力妨げない構造が実現されている。

また、上記近接型アンテナにおいて、前記導電板は、前記アンテナパターンと前記外部通信機器の間に配置され、前記アンテナパターンを挟んで前記導電板の反対側に配置された磁性部材をさらに有することとしてもよいし、前記導電板は、前記アンテナパターンを挟んで前記外部通信機器の反対側に配置され、前記導電板を挟んで前記アンテナパターンの反対側に配置された磁性部材をさらに有することとしてもよい。こうすれば、磁性部材を用いない場合に比べ、カップリング特性が改善される。

また、上記各近接型アンテナにおいて、前記導電板の端辺のうち少なくとも前記スリットが設けられる部分は、前記外部通信機器から離れる方向に曲がっていることとしてもよい。これによれば、近接型アンテナが外部通信機器に対して傾いている場合にも、良好なカップリング特性を得ることが可能になる。

また、上記各近接型アンテナにおいて、前記導電板は、常磁性又は反磁性で、かつ導電率が１×１０^７Ｓ／ｍ以上である材料により構成されることとしてもよい。これによれば、良好なカップリング特性を得ることが可能になる。

また、上記各近接型アンテナにおいて、前記近接型アンテナは、無線通信機器に搭載される非接触型ＩＣカードの一部を構成し、前記導電板は、前記無線通信機器の筐体であることとしてもよい。これによれば、無線通信機器の筐体が導電体であることによるカップリング特性の低下を抑制できる。

また、上記各近接型アンテナにおいて、前記近接型アンテナは、無線通信機器に搭載される非接触型ＩＣカードの一部を構成し、前記無線通信機器は、通信用回路及びグランド層を含む回路基板を有し、前記導電板は、前記グランド層であることとしてもよい。これによれば、無線通信機器の回路基板にグランド層が含まれることによるカップリング特性の低下を抑制できる。

また、本発明による無線通信機器は、上記各近接型アンテナのいずれかを備えることを特徴とする。

本発明によれば、アンテナパターンの近傍に配置された導電板によるカップリング特性の低下を、磁性体を貼り付ける方法以外の方法により抑制できる。また、併合搭載対象の機器に固有の部品の搭載を極力妨げない構造が実現される。

本発明の第１の実施の形態による近距離通信システムのシステム構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態によるアンテナ部の平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態による携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態による近接型アンテナを構成するスパイラルコイルと、本発明の第１の実施の形態による導電板とを示す図である。（ｂ）は、開口部及びスリットを有しない導電板を用いた場合の例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態による近接型アンテナ及び導電板付近の磁界をシミュレーションした結果を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態による第２の開口部がカップリング特性に与える影響を示すためのシミュレーションに用いた導電板を示す図である。 （ａ）は、本発明の第１の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ'線断面図である。 カップリング特性の指向性の拡大効果を示すためのシミュレーションで用いる角度について説明するための説明図である。 （ａ）は、本発明の第５の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＨ−Ｈ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第６の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第７の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＪ−Ｊ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第８の変形例による導電板を有する携帯電話の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＫ−Ｋ'線断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態による近距離通信システムのシステム構成を模式的に示す図である。（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の変形例による近距離通信システムのシステム構成を模式的に示す図である。 （ａ）（ｂ）ともに、本発明の第２の実施の形態の変形例による近距離通信システムのシステム構成を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態による近距離通信システム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、近距離通信システム１は、近接型アンテナ１１、ＩＣチップ１２、及び本体部１５を有する携帯電話１０（無線通信装置）と、近接型アンテナ２１及びＣＰＵ２２を有するリーダ／ライタ２０（外部通信装置）とから構成される。携帯電話１０に搭載される近接型アンテナ１１及びＩＣチップ１２は、非接触型ＩＣカードの構成要素である。

近距離通信システム１は、例えばＭＩＦＡＲＥ（登録商標）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）などであり、リーダ／ライタ２０を使ってＩＣチップ１２内のメモリ（不図示）に記憶されるデータの読み書きを行うシステムである。

非接触型ＩＣカードとしての携帯電話１０とリーダ／ライタ２０の間の通信は、磁気結合による近距離通信によって実現される。具体的に説明すると、リーダ／ライタ２０は近接型アンテナ２１に常時電流を流しており、この電流によって近接型アンテナ２１の周囲に磁界が発生している。近接型アンテナ１１がこの磁界の中に入ると、磁気結合によって近接型アンテナ１１に起電力が発生し、この起電力を電源としてＩＣチップ１２が起動される。読み出し時には、ＩＣチップ１２は、内部のメモリ（不図示）に記憶しているデータに応じた電流を生成し、近接型アンテナ１１に流す。これにより磁界が変化し、近接型アンテナ２１に流れる電流も変化する。ＣＰＵ２２は、この電流の変化から、ＩＣチップ１２内に記憶されているデータを読み取る。書き込み時には、ＣＰＵ２２は、書き込みデータに基づいて近接型アンテナ２１に流す電流を変化させる。これにより磁界が変化し、近接型アンテナ１１に流れる電流も変化する。ＩＣチップ１２は、この電流の変化から書き込みデータを検出し、内部のメモリに書き込む。

携帯電話１０は、移動通信システムを構成する移動局装置としても機能する。移動局装置としての機能は、主として本体部１５によって実現される。本体部１５は、図示しない基地局との間で通信を行う機能や、音声入出力機能、画像入出力機能などを有する。

図１に示すように、近接型アンテナ１１は、アンテナ部１３と導電板１４ａとを含んで構成される。

図２は、アンテナ部１３の平面図である。同図に示すように、アンテナ部１３は、基板３０と、基板３０の表面に形成されたアンテナパターン３１とから構成される。図２には、アンテナパターン３１として３ターンの矩形平面スパイラルコイルを用いる例を図示しているが、アンテナパターン３１の構成はこれに限られるものではない。アンテナパターン３１の両端部３１ａ，３１ｂは、図１に示したＩＣチップ１２と接続される（不図示）。

アンテナパターン３１に関し、本発明では外形面積Ｓ_{ＯＵＴＥＲ}、内径面積Ｓ_{ＩＮＮＥＲ}という用語を用いる場合がある。外形面積Ｓ_{ＯＵＴＥＲ}は、アンテナパターン３１の外周によって囲まれた領域の面積、内形面積Ｓ_{ＩＮＮＥＲ}は、アンテナパターン３１の内周によって囲まれた領域の面積をそれぞれ意味する。例えば図２の例では、外周の横方向長さと縦方向長さがそれぞれＬ_ＯＸ及びＬ_ＯＹであり、したがって外形面積Ｓ_{ＯＵＴＥＲ}＝Ｌ_ＯＸ×Ｌ_ＯＹとなる。また、内周の横方向長さと縦方向長さがそれぞれＬ_ＩＸ及びＬ_ＩＹであり、したがって内形面積Ｓ_{ＩＮＮＥＲ}＝Ｌ_ＩＸ×Ｌ_ＩＹとなる。

図１に戻る。導電板１４ａは、携帯電話１０の筐体１４の一部によって構成される導電性の板であり、アンテナ部１３と並行に設置される。導電板１４ａとアンテナ部１３とは互いに絶縁されている。リーダ／ライタ２０は、導電板１４ａに対向して配置される。

なお、図１では、アンテナ部１３が筐体１４の内部にあり、したがって導電板１４ａがアンテナ部１３と近接型アンテナ２１の間に配置されるように描いているが、アンテナ部１３を筐体１４の外部に配置し、アンテナ部１３が導電板１４ａと近接型アンテナ２１の間にあるように構成しても構わない。また、ここでは導電板１４ａが筐体１４の一部であるとしているが、携帯電話１０のマザーボード（後述）に形成されるグランド層（不図示）を導電板１４ａとして使用してもよいし、携帯電話１０の携帯電話としての構成要素を利用するのではなく、非接触型ＩＣカードとしての機能専用に導電板を設け、導電板１４ａとして用いることとしてもよい。

図３（ａ）は、携帯電話１０の斜視図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ'線断面図である。なお、図３（ａ）は断面図ではないが、分かりやすくするために一部の構成について、図３（ｂ）の断面図と同様のハッチングを施している。これは、後掲の各図でも同様である。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、携帯電話１０の筐体１４は略直方体であり、その６表面のうちの１つにはＬＣＤ５０及びキーパッド５１が設けられている。携帯電話１０の内部には、アンテナ部１３及びＩＣチップ１２（図３では図示していない。）の他、多層基板５２、電池５３、カメラ５４が設けられる。多層基板５２は携帯電話１０のマザーボードを構成しており、その表面及び内部には、通信用回路及びグランド層を含む各種の電子回路が形成される。筐体１４の背面（６表面のうちＬＣＤ５０及びキーパッド５１が設けられる面の反対面）には電池蓋５３ａが設けられており、この電池蓋５３ａを設けたことによって、電池５３が取り外し可能となっている。また、カメラ５４のレンズは筐体１４の背面に露出している。アンテナ部１３及びＩＣチップ１２以外の各部は、図１に示した本体部１５に相当する。

筐体１４は導電性の金属によって構成されており、導電板１４ａは筐体１４の背面を利用して形成される。導電板１４ａは、第１の開口部ＯＰ１と、該第１の開口部ＯＰ１から導電板１４ａの端部に至るスリットＳＬと、全周を導電板１４ａによって囲まれた第２の開口部ＯＰ２とを有している。筐体１４の背面に位置するカメラ５４のレンズ及び電池蓋５３ａは、第２の開口部ＯＰ２内に設けられる。逆に言えば、導電板１４ａに第２の開口部ＯＰ２を設けたことで、携帯電話１０にカメラ５４や電池蓋５３ａなどの背面に露出する各種部品を搭載することが可能となっている。すなわち、併合搭載対象の携帯電話１０に固有の部品の搭載を極力妨げない構造が実現されている。

以下では、スリットＳＬの長さ，幅をそれぞれＬ_ＳＬ，Ｗ_ＳＬと表し、第１及び第２の開口部ＯＰ１，ＯＰ２の面積をそれぞれＳ_ＯＰ１，Ｓ_ＯＰ２と表す。また、スリットＳＬの延伸方向の導電板１４ａの長さをＬ_ＣＰ、スリットＳＬの延伸方向と直交する方向の導電板１４ａの長さをＬ_ＣＯと表す。なお、スリットＳＬの長さＬ_ＳＬは、図３（ａ）に示すように、第１の開口部ＯＰ１の中央点から導電板１４ａの端部までの長さとして定義する。また、スリットＳＬの幅Ｗ_ＳＬは、両側の導電板１４ａが導通したり、両側の導電板１４ａによってキャパシタが形成されることのない範囲で、できるだけ狭く設定される。

なお、第２の開口部ＯＰ２内の隙間（導電板１４ａとカメラ５４のレンズなどとの間の領域）は、絶縁性部材１４ｂで埋められる。スリットＳＬ及び第１の開口部ＯＰ１の内部については、図３（ａ）（ｂ）には何も埋め込まない例を示しているが、第２の開口部ＯＰ２内と同様に絶縁樹脂などの非導電性物質で埋めてもよい。非導電性物質で埋めれば、その分筐体１４の強度を確保できる。

図３（ａ）（ｂ）にはアンテナ部１３の設置位置も示している。図示するように、アンテナ部１３は、第１の開口部ＯＰ１の少なくとも一部とアンテナパターン３１とが平面的に見て重なる位置に配置される。

以上の構成により、導電体である導電板１４ａがあっても、非接触型ＩＣカードとしての携帯電話１０とリーダ／ライタ２０との間のカップリング特性は低下せず、むしろ導電板１４ａがない場合に比べてカップリング特性が向上する。以下、具体的に説明する。

図４（ａ）は、近接型アンテナ２１を構成するスパイラルコイルと、導電板１４ａとを示す図である。同図に示す矢印付きの線は、導電板１４ａに流れる渦電流を示している。この線によって示されるように、近接型アンテナ２１に近づくと、導電板１４ａに渦電流Ｖ１，Ｖ２が流れる。渦電流Ｖ１は導電板１４ａの縁部に沿って流れる電流（第２の開口部ＯＰ２の周囲を流れる電流）であり、渦電流Ｖ２は第１の開口部ＯＰ１の周囲を流れる電流である。なお、Ｖ１，Ｖ２は電流値ではなく、電流を識別するための識別符号である。

ここで、比較例として、第１の開口部ＯＰ１及びスリットＳＬを有しない導電板１４ａを用いた場合の例を図４（ｂ）に示す。この比較例と図４（ａ）とを比較すると理解されるように、渦電流Ｖ２は、第１の開口部ＯＰ１及びスリットＳＬが存在することによって初めて導電板１４ａに流れる電流である。つまり、スリットＳＬがあるため、渦電流Ｖ１は導電板１４ａの縁部を一周することができず、スリットＳＬを迂回することになる。そして、迂回先（スリットＳＬの内側端）には第１の開口部ＯＰ１が設けられているため、渦電流Ｖ１とは逆回りの渦電流Ｖ２が発生する。

導電板１４ａに流れる渦電流は近接型アンテナ２１から生ずる磁界によって生成されるものであるため、渦電流Ｖ１は、この磁界を弱める磁界を発生する方向に流れる。これに対し、渦電流Ｖ２は、渦電流Ｖ１とは逆方向に流れることから、近接型アンテナ２１から生ずる磁界を強める方向の磁界を発生する電流となる。したがって、渦電流Ｖ２が流れることでむしろ磁界が強められ、導電板１４ａに第１の開口部ＯＰ１とスリットＳＬを設けない場合は勿論、導電板１４ａがない場合に比べてもカップリング特性が向上することになる。

図５（ａ）（ｂ）は、近接型アンテナ２１及び導電板１４ａ付近の磁界をシミュレーションした結果を示す図である。図５（ａ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ'線断面の磁界を示しており、図５（ａ）は図４（ｂ）のＣ−Ｃ'断面の磁界を示している。

図５（ａ）（ｂ）では、色が薄い部分ほど磁界が強いことを示している。両図から理解されるように、第１の開口部ＯＰ１の周囲には、第１の開口部ＯＰ１を設けない場合には存在しない強力な磁界が発生している。これは前述した渦電流Ｖ２によって生ずるもので、第１の開口部ＯＰ１とスリットＳＬを設けた導電板１４ａを用いるとカップリング特性が向上するのは、この磁界が発生するためである。

以上説明したように、導電板１４ａに第１の開口部ＯＰ１及びスリットＳＬを設けることで、非接触型ＩＣカードとしての携帯電話１０とリーダ／ライタ２０との間のカップリング特性が向上する。

次に、第２の開口部ＯＰ２がカップリング特性に与える影響について、非接触型ＩＣカードとしての携帯電話１０とリーダ／ライタ２０との間で発生するカップリング効率をシミュレートした結果を示しながら説明する。このシミュレーションでは、変化パラメータとして第２の開口部ＯＰ２のサイズを用い、第２の開口部ＯＰ２のサイズの変化に対するカップリング効率の変化傾向を確認した。

なお、このシミュレーション及び後掲の各シミュレーションにおいて、特に断らない限り、近接型アンテナ２１のサイズは１１０ｍｍ角とし、近接型アンテナ２１とアンテナ部１３間の距離は３０ｍｍとし、導電板１４ａの厚さは３５μｍとした。また、導電板１４ａ及びアンテナパターン３１の配置は、近接型アンテナ２１、第１の開口部ＯＰ１、及びアンテナパターン３１の内周の各中央点が平面的に見て一致するように決定した。

表１は、シミュレーションに用いた６パターンの導電板１４ａについて、各パラメータの具体的な値を示したものである。同表において、各パラメータの下に示す記号（ｍｍなど）は、各パラメータの単位を示している。この点は、後掲する各表でも同様である。６パターンのうちパターン（ｘ）は、要するに導電板１４ａを用いない場合の例である。他のパターン（ａ）〜（ｅ）にかかる導電板１４ａについては、図６（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ平面図を示している。パターン（ａ）は、導電板１４ａから開口部及びスリットを取り去った例である。パターン（ｂ）〜（ｄ）については、この順で第２の開口部ＯＰ２の面積Ｓ_ＯＰ２が大きくなっている。パターン（ｃ）（ｄ）における第２の開口部ＯＰ２のサイズは、導電板１４ａの外周と第２の開口部ＯＰ２の外周との間に残る導電体の幅が１ｍｍとなるように決定されている。特にパターン（ｄ）では、スリットＳＬ部分を除く導電板１４ａの４辺すべてにおいて導電体の幅を１ｍｍとしている。これにより、導電板１４ａとして用いる導電体の量を低減するとともに、第２の開口部ＯＰ２の面積を広く取ることができるので、携帯電話１０に固有の部品を搭載するための領域をより広く確保することが可能になっている。また、後に図１２を参照しながら説明する第５の変形例のように、絶縁性の筐体１４に導電パターンを嵌め込むことによって導電板１４を形成する場合、パターン（ｄ）のようにすれば、筐体１４の背面の縁部に沿って導電板１４ａを設けるようにすることができるので、デザイン性を損なわないというメリットが得られる。パターン（ｅ）は、パターン（ｄ）と比べてスリットＳＬの幅Ｗ_ＳＬを大きくし、第１の開口部ＯＰ１の幅と同じとした例である。パターン（ｅ）では、パターン（ｄ）に比べるとカップリング効率の面では劣る一方で、形状が単純であるために加工しやすくなっている。なお、パターン（ａ）ではＬ_ＣＰが他のパターンの２倍の値となっているが、これはシミュレーションの都合であり、結果に大きな影響を与えるものではない。

表２は、表１に示したパターンごとに、シミュレーションの結果を示したものである。この結果から理解されるように、パターン（ｂ）において最もカップリング特性がよく、パターン（ａ）において最もカップリング特性が悪くなっている。この結果は、導電板１４ａに第１の開口部ＯＰ１及びスリットＳＬを設けた効果を示している。第２の開口部ＯＰ２を設けたパターン（ｂ）〜（ｄ）を見ると、第２の開口部ＯＰ２が大きいほどカップリング特性が悪くなっている。また、幅Ｗ_ＳＬを大きくしたパターン（ｅ）では、パターン（ｂ）〜（ｄ）のいずれよりもカップリング特性が悪くなっている。とはいえ、パターン（ｅ）でも、導電板１４ａのないパターン（ｘ）に比べれば良好なカップリング特性を有している。

以上の結果から、第２の開口部ＯＰ２を設けても、第１の開口部ＯＰ１及びスリットＳＬを設けたことによるカップリング特性の向上効果は十分に得られると言える。ただし一方で、第２の開口部ＯＰ２はあまり大きくない方がよい。これは、第２の開口部ＯＰ２が大きすぎると、渦電流Ｖ１が流れるための導電体の幅が狭くなりすぎ、渦電流Ｖ１の流れが妨げられるためであると考えられる。言い換えれば、第２の開口部ＯＰ２を形成する導電体幅は太いほうが好ましい、とも言える。

また、パターン（ｄ）に比べてパターン（ｃ）の方がよい結果となるのは、パターン（ｄ）では第１の開口部ＯＰ１付近の導電体面積が小さくなりすぎ、渦電流Ｖ２の流れが妨げられているためであると考えられる。したがって、第１の開口部ＯＰ１付近にある程度の導電体面積を確保するため、第２の開口部ＯＰ２と第１の開口部ＯＰ１とは、できるだけ離すことが好ましいと言える。

次に、導電板１４ａの好ましい材料について説明する。

表３は、導電板１４ａの好ましい材料を示すためのシミュレーションにおいてシミュレートした導電板１４ａの材料、その導電率Ｃ_１４ａ、及びその他のパラメータの具体的な値を示している。このシミュレーションでは、様々な材料によって構成された導電板１４ａを用い、各材料の導電率の違いに対するカップリング効率の変化傾向を確認した。

シミュレーションの結果（不図示）によれば、材料がＦｅである１点（導電率Ｃ_１４ａ＝１．０３０×１０^７Ｓ／ｍ）を除き、カップリング効率は、導電率Ｃ_１４ａが高いほど大きくなり、導電率が１×１０^７Ｓ／ｍ以上である場合に安定することが示される。一方、材料がＦｅである場合のカップリング効率は、ほぼ同じ導電率の他の材料を用いる場合に比べて大幅に低下することが示される。これは、Ｆｅが強磁性体である（他の材料は常磁性体又は反磁性体）ことによるものであると考えられる。したがって、導電板１４ａとしては、常磁性又は反磁性で、かつ導電率Ｃ_１４ａが１×１０^７Ｓ／ｍ以上である材料を用いることが好ましいと言える。

以下、本実施の形態による導電板１４ａの変形例を列挙する。

図７（ａ）は、第１の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ'線断面図である。第１の変形例による導電板１４ａでは、第２の開口部ＯＰ２が、電池蓋５３ａに対応する第２の開口部ＯＰ２−１と、カメラ５４のレンズに対応する第２の開口部ＯＰ２−２に分割されている。別の見方をすれば、第１の変形例による導電板１４ａは、第２の開口部ＯＰ２（電池蓋５３ａに対応する開口部）に加え、第３の開口部（カメラ５４のレンズに対応する開口部）を有しているとも言える。これにより、絶縁性部材１４ｂを用いる必要がなくなり、第２の開口部ＯＰ２の総面積Ｓ_ＯＰ２を小さくすることが可能になっている。なお、ここでは第２の開口部ＯＰ２を２つに分割しているが、第２の開口部ＯＰ２の分割数は、筐体１４の背面に配置される部品の点数に応じて適宜決定すればよい。また、分割後の第２の開口部ＯＰ２の形状は、その中に配置される部品の形状に応じて決定すればよい。

図８（ａ）は、第２の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ'線断面図である。本変形例による導電板１４ａは、第２の開口部ＯＰ２−１，ＯＰ２−２を有する点で第１の変形例による導電板１４ａと同様である一方、第２の開口部ＯＰ２−２が四角形である点で第１の変形例による導電板１４ａと相違している。本実施の形態ではカメラ５４のレンズを丸型としていることから、第２の開口部ＯＰ２内に隙間が生ずるが、この隙間は絶縁性部材１４ｂで埋められている。このように隙間を埋める絶縁性部材１４ｂを用いることで、第２の開口部ＯＰ２内に配置される部品の形状を意識せずに導電板１４ａを製造することが可能になる。したがって、導電板１４ａの製造工程を簡素化できる。

図９（ａ）は、第３の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＦ−Ｆ'線断面図である。図９（ａ）と図３（ａ）とを比較すると理解されるように、本変形例では、図３（ａ）の例に比べて第２の開口部ＯＰ２の面積Ｓ_ＯＰ２が大きくなっている。図６（ｃ）と図６（ｄ）にそれぞれ示した導電板１４ａについて前掲したシミュレーション結果からも明らかなように、図９（ａ）のように第２の開口部ＯＰ２の面積Ｓ_ＯＰ２を大きくしても、導電板１４ａがない場合などに比べれば良好なカップリング特性が得られる。したがって、この変形例による導電板１４ａのように、比較的大きな第２の開口部ＯＰ２を有する導電板１４ａを採用することも可能である。

図１０（ａ）は、第４の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ'線断面図である。本変形例による導電板１４ａは、背面に加え、背面から幅Ｗ_Ｂ分だけ筐体１４の各側面にも広がっている。言い換えれば、導電板１４ａの端辺は、リーダ／ライタ２０（図１）から離れる方向に、曲げ幅Ｗ_Ｂの分だけ曲がっている。スリットＳＬも側面に延伸して導電板１４ａの端部まで設けられており、したがってリーダ／ライタ２０から離れる方向に曲がっている。

このように端辺を曲げた導電板１４ａを用いることで、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、電池蓋５３ａを側面にまで広げることが可能になる。したがって、携帯電話１０のデザインの自由度が高められる。また、カップリング特性の指向性拡大という効果も得られる。後者の効果について、以下で詳しく説明する。

図１１は、シミュレーションで用いる角度θについて説明するための説明図である。同図に示す携帯電話１０の断面図は、図１０（ｂ）に示した断面図を傾けたものである。実際の使用シーンでは、図１１に示すように、携帯電話１０とリーダ／ライタ２０の近接型アンテナ２１とは、必ずしも平行とはならず、角度θ（≠０°）の傾きをもって配置されることになる。このシミュレーションでは、この角度θを変化パラメータとして用い、角度θの変化に対するカップリング効率の変化傾向を確認した。

本シミュレーションの目的は、端辺を曲げた導電板１４ａを用いることの効果を示す点にある。そこで、曲げ幅Ｗ_Ｂ＝０ｍｍ，３ｍｍのそれぞれについて、シミュレーションを行った。また、比較のために、導電板１４ａが存在しない場合（導電板１４ａに相当する部分を含む携帯電話１０の筐体１４が、非導電性の材料によって構成されている場合）についても、併せてシミュレーションを行った。

表４は、本シミュレーションにおける各パラメータの具体的な値を示している。スペースの都合上表５中に示していないが、Ｌ_ＯＸ，Ｌ_ＯＹ，Ｌ_ＩＸ，Ｌ_ＩＹはそれぞれ６ｍｍ，６ｍｍ，２．６ｍｍ，２．６ｍｍとした。このシミュレーションでは、導電板１４ａに対するアンテナ部１３の配置を、第１の開口部ＯＰ１の中央点とアンテナパターン３１の内周の中央点とが平面的に見て一致するように決定した。導電板１４ａが存在しない場合についても、同じ位置にアンテナ部１３を配置した。また、近接型アンテナ２１に対する携帯電話１０の配置を、近接型アンテナ２１の中央点とアンテナパターン３１の内周の中央点とが平面的に見て一致し、さらにこれらの最小距離Ｄ_１（図１１を参照）が一定値となるように決定した。

シミュレーションの結果（不図示）によれば、曲げ幅Ｗ_Ｂが３ｍｍである場合には、特に角度θが６０°以上である場合に、他の場合に比べて角度θの増大に対するカップリング効率の低下の度合いが小さくなることが示される。このことは、端辺を曲げた導電板１４ａを用いることにより、カップリング特性の指向性が広くなっていることを示している。

なお、本変形例における第２の開口部ＯＰ２−１は筐体１４の背面と側面に跨って設けられているが、携帯電話１０は、側面のみに設けられた第２の開口部ＯＰ２を有することとしてもよい。こうすることで、筐体１４の背面にジャックや充電端子などを設けることが可能となる。

図１２（ａ）は、第５の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＨ−Ｈ'線断面図である。また、図１３（ａ）は、第６の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＩ−Ｉ'線断面図である。第５及び第６の変形例及び後述する第７及び第８の変形例では、筐体１４が絶縁性の材料で構成されており、導電板１４ａは筐体１４の背面に嵌め込まれた導体パターンによって構成される。

第５及び第６の変形例による導電板１４ａの構造はそれぞれ、第３及び第１の変形例による導電板１４ａと同様である。つまり、筐体１４が絶縁性の材料で構成されている場合には、筐体１４の背面に導体パターンを嵌め込むことによって、筐体１４が導電性の材料で構成されている場合と同様の構造を得ることが可能になっている。なお、嵌め込むことに代え、導体パターンを貼り付けることによって実現してもよいのはもちろんである。

図１４（ａ）は、第７の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＪ−Ｊ'線断面図である。本変形例は、カメラ５４のレンズ位置がこれまでの例に比べて携帯電話１０の上側に近く、そのためにこれまで説明してきたような第１の開口部ＯＰ１を形成するスペースが取れない場合の例を示している。

図１４（ａ）（ｂ）に示すように、第７の変形例では、第１の開口部ＯＰ１内にカメラ５４のレンズを設置している。また、アンテナ部１３は、スリットＳＬの少なくとも一部とアンテナパターン３１とが平面的に見て重なる位置に配置される。上述した渦電流Ｖ２はスリットＳＬの両サイドにも流れるので、このようにしても、導電板１４ａによるカップリング特性の低下を抑制できる。

図１５（ａ）は、第８の変形例による導電板１４ａを有する携帯電話１０の斜視図である。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＫ−Ｋ'線断面図である。本変形例は、カメラ５４のレンズ位置がこれまでの例に比べて携帯電話１０の上側にさらに近く、そのためにこれまで説明してきたようなスリットＳＬを形成するスペースさえも取れない場合の例を示している。

図１５（ａ）（ｂ）に示すように、第８の変形例では、スリットＳＬ内にカメラ５４のレンズを設置している。こうすることでスリットＳＬの幅Ｗ_ＳＬがカメラ５４のレンズの幅と同程度に広くなるが、図６（ｅ）に示した導電板１４ａに関するシミュレーション結果からも理解されるように、スリットＳＬの幅Ｗ_ＳＬが広くても、導電板１４ａによるカップリング特性の低下を抑制することは可能である。

図１６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態による近距離通信システムのシステム構成を模式的に示す図である。本実施の形態による近距離通信システムは、磁性シート４０を用いる点で第１の実施の形態による近距離通信システム１と異なっており、その他の点は第１の実施の形態と同一である。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に、詳しく説明する。なお、以下の説明及び図面において、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付している。

図１６（ａ）に示すように、本実施の形態では、アンテナパターン３１を挟んで導電板１４ａの反対側に、磁性シート４０が配置される。磁性シート４０は、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体をシート状に形成してなる磁性部材であり、アンテナパターン３１の表面に絶縁性の糊（不図示）を介して貼付される。磁性シート４０は、アンテナパターンとほぼ同等かやや大きく、導電板１４ａよりも小さい。

図１６（ａ）に示す構成によれば、導電体１４ａから生ずる磁場のうちアンテナパターン３１方向に生ずるものが、アンテナパターン３１通過後に、磁性シート４０によってアンテナパターン３１方向に閉じ込められる。これにより、カップリング効率が改善される。

表５は、磁性シート４０の効果を示すためのシミュレーションに用いた近距離通信システム１の各パラメータを示している。磁性シート４０は、アンテナ部の基板３０と同じ大きさの７ｍｍ×７ｍｍの大きさとした。表６は、磁性シート４０を用いる場合と用いない場合のそれぞれについて、磁性シート４０以外の構成を同一にしてカップリング効率（ｄＢ）をシミュレートした結果の一例を示している。表６から明らかなように、磁性シート４０を用いることによってカップリング効率（ｄＢ）は改善している。

なお、第１の実施の形態で説明したように、アンテナパターン３１は携帯電話１０の筐体１４の外部、すなわち導電板１４ａのリーダ／ライタ２０側に配置してもよい。図１６（ｂ）は、この場合の磁性シート４０の配置例を示している。同図に示すように、この場合の磁性シート４０は、導電板１４ａを挟んでアンテナパターン３１の反対側に配置される。この場合、磁性シート４０は、導電板１４ａの表面に絶縁性の糊（不図示）を介して貼付される。

図１６（ｂ）に示す構成によれば、導電体１４ａから生ずる磁場のうちアンテナパターン３１とは逆方向に生ずるものが、磁性シート４０によってアンテナパターン３１方向に閉じ込められる。これにより、カップリング効率が改善される。

表７は、図１６（ｂ）の例において、磁性シート４０を用いる場合と用いない場合のそれぞれについて、磁性シート４０以外の構成を同一にしてカップリング効率（ｄＢ）をシミュレートした結果の一例を示している。このシミュレーションに用いた各パラメータは、表５に示したものと同様である。表７から明らかなように、図１６（ｂ）の例でも、磁性シート４０を用いることによってカップリング効率（ｄＢ）は改善している。

以上説明したように、本実施の形態による近距離通信システムによれば、磁性シート４０を用いていることから、磁性シート４０を用いない場合に比べ、カップリング効率（ｄＢ）を改善することが可能になっている。

なお、上記実施の形態では、リーダ／ライタ２０から最も遠い位置に磁性シート４０を配置したが、リーダ／ライタ２０から最も近い位置に磁性シート４０を配置してもよい。図１７（ａ）（ｂ）は、このような配置の具体例を示している。図１７（ａ）はアンテナパターン３１が導電板１４ａのリーダ／ライタ２０側に配置される場合の例であり、これによれば、図１６（ａ）の構成と同様、導電体１４ａから生ずる磁場のうちアンテナパターン３１方向に生ずるものが、アンテナパターン３１通過後に、磁性シート４０によってアンテナパターン３１方向に閉じ込められる。したがって、カップリング効率が改善される。また、図１７（ｂ）は導電板１４ａがアンテナパターン３１がリーダ／ライタ２０側に配置される場合の例であり、これによれば、図１６（ｂ）の構成と同様、導電体１４ａから生ずる磁場のうちアンテナパターン３１とは逆方向に生ずるものが、磁性シート４０によってアンテナパターン３１方向に閉じ込められる。したがって、カップリング効率が改善される。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、導電板１４ａは、絶縁体である筐体に導電箔や導電板を貼り付けたり、印刷することによって作製してもよい。

また、上記各実施の形態ではスリットの例として一定幅の直線状のもののみを挙げたが、スリットＳＬは一定幅の直線状でなければならないわけではない。例えば曲線状でもよいし、場所によって異なる幅を有する形状（台形状、楔状、エンタシス状など）としてもよい。

また、上記各実施の形態では導電板１４ａとアンテナ部１３とが互いに絶縁されているとしたが、導電板１４ａがグランド層によって構成される場合には、接地端を介して導電板１４ａとアンテナ部１３とが電気的に接続されていてもよい。

また、上記各実施の形態では携帯電話に非接触ＩＣカードを搭載する例を挙げて説明したが、本発明は携帯電話のみに適用されるものではなく、無線通信機器を含む通信機器一般に広く適用可能である。

１ 近距離通信システム
１０ 携帯電話
１１ 近接型アンテナ
１２ ＩＣチップ
１３ アンテナ部
１４ 筐体
１４ａ 導電板
１４ｂ 絶縁性部材
１５ 本体部
２０ リーダ／ライタ
２１ 近接型アンテナ
３０ 基板
３１ アンテナパターン
３１ａ，３１ｂ 両端部
４０ 磁性シート
５１ キーパッド
５２ 多層基板
５３ 電池
５３ａ 電池蓋
５４ カメラ
ＯＰ１ 第１の開口部
ＯＰ２ 第２の開口部
ＳＬ スリット

Claims (6)

1. 外部通信機器と磁気結合による無線通信を行うアンテナパターンと、
   前記アンテナパターンと絶縁した状態で該アンテナパターンの近傍に設置された導電板とを備え、
   前記導電板は、第１の開口部と、該第１の開口部から前記導電板の端部に至るスリットと、全周を当該導電板によって囲まれた第２の開口部とを有し、
   前記アンテナパターンは、前記第１の開口部の少なくとも一部及び前記スリットの少なくとも一部のうちの少なくとも一方と平面的に見て重なる位置に配置され、
   当該近接型アンテナは、無線通信機器に搭載される非接触型ＩＣカードの一部を構成し、
   前記導電板は、前記無線通信機器の筐体であることを特徴とする近接型アンテナ。
2. 前記導電板は、前記アンテナパターンと前記外部通信機器の間に配置され、
   前記アンテナパターンを挟んで前記導電板の反対側に配置された磁性部材をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接型アンテナ。
3. 前記導電板は、前記アンテナパターンを挟んで前記外部通信機器の反対側に配置され、
   前記導電板を挟んで前記アンテナパターンの反対側に配置された磁性部材をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接型アンテナ。
4. 前記導電板の端辺のうち少なくとも前記スリットが設けられる部分は、前記外部通信機器から離れる方向に曲がっている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の近接型アンテナ。
5. 前記導電板は、常磁性又は反磁性で、かつ導電率が１×１０^７Ｓ／ｍ以上である材料により構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の近接型アンテナ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の近接型アンテナを備えることを特徴とする無線通信機器。

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