JP6108016B2 - アンテナ装置およびこれを備えた通信端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナコイルと、該アンテナコイルが実装された基板とを備えるアンテナ装置、およびこれを備えた通信端末装置に関する。

従来、この種のアンテナ装置として、例えば、下記特許文献１に記載のものがある。このアンテナ装置１００は、図１１に示すように、基板１０１と、アンテナコイル１０２と、ＩＣ（集積回路）１０３を備えている。アンテナコイル１０２は、自身の下面に設けられた一対の接続端子１０４ａ，１０４ｂを用いて基板１０１に実装される。ＩＣ１０３は、基板１０１に実装されたアンテナコイル１０２と、基板１０１に設けられた配線１０５ａ，１０５ｂを介して接続される。

上記アンテナコイル１０２は、図１２に示すように、略直方体状の磁性体材料からなるコア２０１と、このコア２０１の周面に螺旋状に巻回されたコイル２０２とを、少なくとも含んでいる。コイル２０２は、具体的には、複数の平面状導体パターン２０３と、複数のスルーホール導体２０４とからなる。複数の平面状導体パターン２０３は、コア２０１において互いに対向する第一主面ＭＳ１および第二主面ＭＳ２のそれぞれに形成される。複数のスルーホール導体２０４は、上記二つの主面ＭＳ１，ＭＳ２を繋ぐ第一側面ＳＳ１および第二側面ＳＳ２に形成される。

ここで、第一側面ＳＳ１には、コイル軸Ａｘに平行な方向に等間隔で複数のスルーホール導体２０４が形成される。第二側面ＳＳ２にも、同様に複数のスルーホール導体２０４が形成される。また、第一側面ＳＳ１上の各スルーホール導体２０４は、第二側面ＳＳ２上のいずれか一つのスルーホール導体２０４と、コイル軸Ａｘと直交方向に互いに正対している。

また、第一主面ＭＳ１の平面状導体パターン２０３は、コイル軸Ａｘと直交方向に正対する二つのスルーホール導体２０４の一方端同士を接続する。第二主面ＭＳ２の平面状導体パターン２０３は、第一側面ＳＳ１のスルーホール導体２０４の他方端と、このスルーホール導体２０４と斜交いに対向する第二側面ＳＳ２のスルーホール導体２０４の他方端とを接続する。

特開２００８−０４７９１７号公報

しかしながら、従来のアンテナ装置１００では、アンテナコイル１０２の放射磁界が、アンテナコイル１０２と近接配置された電子部品や導体層を通過することで、アンテナコイル１０２の特性が劣化するという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、アンテナコイルの特性劣化を抑えることが可能なアンテナ装置、およびこれを備えた通信端末装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第一局面は、実装面を有する基板と、磁性体コアと、前記基板に設けられた導体層と、前記磁性体コアの周りを旋回しながら、前記実装面と平行な方向へ進行する螺旋形状を有するコイル導体を備え、前記実装面に実装されたアンテナコイルと、を備えたアンテナ装置であって、前記アンテナコイルは、前記実装面のコーナーに設けられ、前記コイル導体以外に、前記コイル導体の巻回軸と異なる巻回軸を有するコイル導体を含んでおらず、前記基板を平面視で前記基板及び前記導体層と重なる部分を有し、前記コイル導体は、第一部分コイル導体および第二部分コイル導体を含んでおり、前記第一部分コイル導体および前記第二部分コイル導体は、前記実装面と平行に形成され、前記実装面の法線方向からの平面視で、各前記第一部分コイル導体の垂線は、前記実装面においてコーナーを構成する二辺のいずれにも交差する、アンテナ装置である。

また、本発明の第二局面は、上記第一局面に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置である。

上記局面によれば、良好な特性を有するアンテナ装置を提供することが可能となる。

一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図１のアンテナコイルの構成を示す斜視図である。 図１のアンテナコイルの構成を示す上面図（上段）および側面図（下段）である。 複数の磁性体層からなる磁性体コアを示す斜視図である。 基板でのアンテナコイルの配置位置を示すとともに、導体層の第一例を示す図である。 基板でのアンテナコイルの配置位置を示すとともに、導体層の第二例を示す図である。 基板でのアンテナコイルの配置位置を示すとともに、導体層の第三例を示す図である。 アンテナコイルと導体層の好ましい位置関係を示す図である。 アンテナコイルの他の構成を示す図である。 アンテナ装置を備えた通信端末装置を示す図である。 図８のブースターアンテナの詳細な構成を示す図である。 図８のブースターアンテナと、給電回路との等価回路を示す図である。 従来のアンテナ装置の斜視図である。 図１１のアンテナコイルの上面図（上段）と側面図（下段）である。

（実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置について詳説する。

（はじめに）
まず、いくつかの図面に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸について説明する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交する。Ｚ軸は、アンテナコイルの上下方向を示し、便宜上、Ｚ軸の正方向を上方とする。また、Ｘ軸はアンテナコイルの左右方向を示し、便宜上、その正方向をアンテナコイルの右方向とする。Ｙ軸はアンテナコイルの前後方向を示し、便宜上、その正方向をアンテナコイルの奥行き方向とする。

（アンテナ装置１０の構成）
図１において、アンテナ装置１０は、少なくとも、基板１１と、アンテナコイル１２と、ＩＣ（集積回路）１３と、導体層１６と、を備えている。

基板１１は、絶縁性基材からなるリジット基板、フレキシブル基板または部品内蔵基板等である。この基板１１は、上面視（つまり、Ｚ軸方向からの平面視）で矩形形状を有している。基板１１において、左右方向の長さ（つまり、幅）は約１１０ｍｍであり、前後方向の長さ（つまり、奥行き）は約５０ｍｍである。

このような基板１１は、ＸＹ平面と平行な実装面ＭＳ０を有する。この実装面ＭＳ０には、アンテナコイル１２、ＩＣ１３および他の電子部品が実装される。図１には、アンテナコイル１２およびＩＣ１３が基板１１の表面に実装される例が示されている。

基板１１にはさらに、これら電子部品からなる回路を構成するための配線パターンが形成されている。図１には、配線パターンの例として、アンテナコイル１２およびＩＣ１３を電気的に接続するために、基板１１の表面に形成された配線パターン１５ａ，１５ｂが示されている。

アンテナコイル１２は、図２および図３に示すように、好ましくは、磁性体コア１２１と、コイル導体１２２とを含む。

磁性体コア１２１は、例えば、所定の透磁率μａ（例えば、約１００）を有する磁性材料からなる。この種の磁性体材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトが典型的である。この磁性体コア１２１は、略直方体形状、具体的には、Ｙ軸に略平行な周面Ｆｓと、Ｙ軸と直交しかつ互いに対向する前端面および後端面とを有する。

周面Ｆｓは、第一主面ＭＳ１、第二主面ＭＳ２、第一側面ＳＳ１および第二側面ＳＳ２からなる。主面ＭＳ１，ＭＳ２はＸＹ平面に平行であり、上下方向に互いに対向する。本実施形態では例示的に、第一主面ＭＳ１は下面であり、第二主面ＭＳ２は上面である。第一側面ＳＳ１および第二側面ＳＳ２は、ＹＺ平面に平行であり、左右方向に互いに対向する。第一側面ＳＳ１は、第一主面ＭＳ１および第二主面ＭＳ２の左辺同士を接続し、第二側面ＳＳ２は、これら主面ＭＳ１，ＭＳ２の右辺同士を接続する。

上記磁性体コア１２１は、例えば、左右方向に約２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、前後方向に約３．２ｍｍ〜６．０ｍｍ、上下方向に約０．７ｍｍ〜１．０ｍｍのサイズを有する。

また、磁性体コア１２１は、最初から上記サイズを有するブロック体として作製されても構わない。他にも、図４に示すように、複数の磁性体層１２１ａを積層することで、上記のようなブロック体（つまり、磁性体コア１２１）が作製されても構わない。このように複数の磁性体層１２１ａを積層する場合には、磁性体コア１２１の高さを簡単に調整でき、さらには、脆さを抑えることもできる。

また、複数の磁性体層１２１ａの透磁率を互いに異ならせることで、磁性体コア１２１としての透磁率を容易に調整することが可能となる。また、複数の磁性体層１２１ａの透磁率を積層方向に沿って大きくするもしくは小さくすることで、アンテナコイル１２の指向性を変えることも可能となる。

再度図２および図３を参照する。上記のように、アンテナコイル１２はコイル導体１２２を含んでいる。コイル導体１２２は、導電性材料（例えば銀）からなり、磁性体コア１２１の周面Ｆｓ上を旋回しながら、実装面ＭＳ０と平行な方向（本実施形態ではＹ軸方向）へ進行するような構造を有するヘリカルコイルである。コイル導体１２２は、基本的には、ターン毎に、第一部分コイル導体１２２ａ、第二部分コイル導体１２２ｂ、第三部分コイル導体１２２ｃおよび第四部分コイル導体１２２ｄからなる。

部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂは、主面ＭＳ１，ＭＳ２上に形成される平面状導体パターンである。また、部分コイル導体１２２ｃ，１２２ｄは、側面ＳＳ１，ＳＳ２に形成される導体である。なお、図２では、都合上、参照符号１２２ａ〜１２２ｄは、１ターン分の部分コイル導体のみに付けられている。

図３に示すように、各部分コイル導体１２２ａの中心線（一点鎖線で示す）は、より詳細には、基板１１の実装面ＭＳ０に対する法線方向からの平面視（つまり上面視）で、螺旋の進行方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）と方位角θａで交差する。ここで、本実施形態では、方位角は、ある線分とＹ軸方向とがなす０°〜１８０°まで角度であって、反時計回りを正の角度とする。

また、各部分コイル導体１２２ｂは、より詳細には、各部分コイル導体１２２ａと平行に、かつ実装面ＭＳ０と基準としてＺ軸方向に相異なる高さを有する。また、各部分コイル導体１２２ｂの中心線（一点鎖線で示す）は、より詳細には、上記同様の上面視で、螺旋の進行方向と方位角θｂで交差する。

θａは０°＜θａ＜９０°であり、θｂは０°＜θｂ＜９０°であり、かつθａ≠θｂである。また、上面視で、各部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂは、｜θａ−θｂ｜の角度で交差する。

ここで、説明の便宜のため、複数の部分コイル導体１２２ａのそれぞれを、対象部分コイル導体１２２ａという。この対象部分コイル導体１２２ａの左端は、上面視で、複数の部分コイル導体１２２ｂのいずれか一つ（以下、対象部分コイル導体１２２ｂという）の左端位置と略同一である。また、対象部分コイル導体１２２ｂの右端位置は、対象部分コイル導体１２２ａとＹ軸の負方向側に隣接する部分コイル導体１２２ａの右端位置と略同一である。

また、各部分コイル導体１２２ｃ，１２２ｄは、Ｚ軸方向と平行にかつ主面ＭＳ１から主面ＭＳ２まで延在するように側面ＳＳ１，ＳＳ２に形成される。部分コイル導体１２２ｃは、特に、Ｚ軸方向に互いに正対する左端を有する部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂを接続する。また、部分コイル導体１２２ｄは、特に、Ｚ軸方向に互いに正対する右端を有する部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂを接続する。

ここで、複数の部分コイル導体１２２ｃにおいて隣り合う二つの間のＹ軸方向に沿う間隔をδｃとする。また、複数の部分コイル導体１２２ｄにおいて隣り合う二つの間のＹ軸方向に沿う間隔をδｄとする。上記の通り、θａは０°＜θａ＜９０°であり、θｂは０°＜θｂ＜９０°であり、かつθａ≠θｂであるため、δｃおよびδｄは、｜Ｗ・（１／ｔａｎθａ−１／ｔａｎθｂ）｜である。なお、Ｗは、部分コイル導体１２２ｃ，１２２ｄのＸ方向距離であり、磁性体コア１２１の幅と概ね等しい。

また、本実施形態では、部分コイル導体１２２ｃは、いずれの部分コイル導体１２２ｄともＸ軸方向に沿って正対しておらず、Ｘ軸方向に対し斜交いに対向している。

アンテナコイル１２はさらに、図２に示すように、絶縁体層１２３と、一対の外部電極１２４ａ，１２４ｂと、二個のビア導体１２５ａ，１２５ｂと、を備えている。なお、図３を見易くする観点で、図３には、絶縁体層１２３、外部電極１２４ａ，１２４ｂおよびビア導体１２５ａ，１２５ｂは図示されていない。

また、絶縁体層１２３は、絶縁材料からなる。絶縁体層１２３の上面には、コイル導体１２２が形成された磁性体コア１２１が設けられる。絶縁体層１２３の下面は、アンテナコイル１２の底面であり、この下面の前端部分および後端部分には、外部電極１２４ａ，１２４ｂが形成される。

また、外部電極１２４ａの直上には、絶縁体層１２３をＺ軸方向に沿って貫くビア導体１２５ａが形成される。同様にして、外部電極１２４ｂの直上にはビア導体１２５ｂが形成される。ビア導体１２５ａ，１２５ｂには、コイル導体１２２の一方端および他方端が電気的に接続される。

（アンテナコイル１２の製法）
ここで、上記アンテナコイル１２の製法の一例について説明する。この製法は、下記（１）〜（５）の工程からなる。

（１）例えば、焼結後に所望の透磁率μが得られるように、フェライト仮焼粉がバインダや可塑剤等と共にボールミルで混合される。これにより得られたスラリーは、ドクターブレード法等により、焼結時に所定サイズになるように成形加工され、磁性体コア１２１の基礎となる第一シート材が得られる。

（２）上記（１）で得られた第一シート材には、レーザや打ち抜きプレスを利用して、部分コイル導体１２２ｃ，１２２ｄ用のスルーホールが形成され、それらスルーホール内に例えばＡｇからなる電極ペーストが充填される。さらに、第一シート材の表面には電極ペーストがスクリーン印刷等され、これにより、部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂが形成される。このような第一シート材は、所望枚数積層される。

（３）また、絶縁体層１２３を作製するために、フェライト仮焼粉が、バインダや可塑剤等と共にボールミルで混合される。その結果得られたスラリーは、ドクターブレード法等により成形加工され、その結果、絶縁体層１２３の基礎となる第二シート材が得られる。

（４）上記（３）で得られた第二シート材には、上記第一および第二ビア導体１２５ａ，１２５ｂ用のスルーホールが形成される。このスルーホールには電極ペーストが充填される。また、焼結後に所望の厚さとなるように、電極ペーストが充填された第二シート材は必要に応じて、逐次圧着される。これにより、絶縁体層１２３が作製される。

（５）絶縁体層１２３上に磁性体コア１２１を載置し、まとめて加圧・接着させて、例えば９００℃、２時間の条件で焼成された後、ダイシングされる。その結果、上記のアンテナコイル１２が得られる。

（アンテナコイル１２の配置）
上記のようなアンテナコイル１２は、図５Ａに示すように、基板１１のコーナーに実装される。まず、コーナーとは、共通点に向かって収束する基板１１の二辺の間であって、該共通点近傍のスペースを意味する。この一例として、図５Ａには、この共通点として、実装面ＭＳ０の頂点Ｐが例示され、この頂点Ｐに向かう二辺Ａ，Ｂが例示されている。

次に、より具体的なアンテナコイル１２の配置について説明する。一般的な配置条件でもあるが、アンテナコイル１２は、自身の両端面が辺Ａと平行で、かつ両側面ＳＳ１，ＳＳ２が辺Ｂと平行であって、後端面および第一側面ＳＳ１が辺Ａ，Ｂに近接するように配置される。また、アンテナコイル１２は、第一部分コイル導体１２２ａおよび第二部分コイル導体１２２ｂの各中心線に対する垂線（一点鎖線で示す）Ｃ，Ｄが、辺Ａ，Ｂのいずれとも交差するように配置される。

（アンテナ装置１０の他の構成）
再度図１を参照する。アンテナ装置１０において、ＩＣ１３は、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等による非接触通信に用いられる集積回路である。このＩＣ１３は、前述の通り、基板１１の表面上であってアンテナコイル１２の近傍に実装され、該アンテナコイル１２と配線パターン１５ａ，１５ｂを介して電気的に接続される。また、ＩＣ１３には、アンテナコイル１２と並列にコンデンサ（図１では図示省略）が接続される。このコンデンサは、基板１１に実装されても良いし、アンテナコイル１２に実装されていても構わない。これらＩＣ１３、アンテナコイル１２およびコンデンサによって、ＮＦＣ用の給電回路が構成される。

また、導体層１６は、上面視で、自身のコーナーにアンテナコイル１２がオーバーラップするように、例えば基板１１の裏面（実装面ＭＳ０との対向面）に形成される。この種の導体層１６としては、例えばグランド電極がある。導体層１６のコーナーもまた、基板１１のコーナーと同様に、ある共通点に向かって収束する導体層１６の二辺の間であって、該共通点近傍のスペースを意味する。

導体層１６は、上面視で矩形形状を有する。具体的には、導体層１６は、図５Ａに示すように、自身のコーナーを構成する二辺Ｅ，Ｆが基板１１の辺Ａ，Ｂに近接するように形成される。

次に、アンテナコイル１２と導体層１６の位置関係について詳説する。図５Ａに示すように、上面視で、アンテナコイル１２の両端面が辺Ｅと平行であり、両側面ＳＳ１，ＳＳ２が辺Ｆと平行であり、さらに、後端面および第二側面ＳＳ２が辺Ｅおよび辺Ｆに近接する。また、アンテナコイル１２の垂線（一点鎖線で示す）Ｃ，Ｄは、辺Ｅ，Ｆのいずれとも交差する。

なお、導体層１６のコーナーは、図５Ａの例に限らず、図５Ｂおよび図５Ｃに例示するように、矩形形状の頂点部分が基板１１のコーナー近傍の部分で切り欠かれた形状を有していても構わない。この場合も、導体層１６は、自身のコーナーを構成する主要な二辺Ｅ，Ｆが基板１１の辺Ａ，Ｂに近接するように形成される。また、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、上面視で、アンテナコイル１２の全部または一部が切り欠き部分とオーバーラップしていても構わない。しかし、アンテナコイル１２と導体層１６の位置関係は、アンテナコイル１２の垂線（一点鎖線で示す）Ｃ，Ｄは、辺Ｅ，Ｆのいずれとも交差する。なお、図５Ｂおよび図５Ｃの場合、導体層１６の頂点部分が切り欠かれている関係上、垂線Ｃ，Ｄは、辺Ｅおよび辺Ｆの頂点方向への延長線と交差するように、アンテナコイル１２は配置されていても構わない。

次に、アンテナコイル１２と導体層１６のより好ましい位置関係について詳説する。図６において、螺旋の進行方向（つまり、Ｙ軸方向）に沿って一方端側（つまり、Ｙ軸の負方向側の端）にある第一部分コイル導体１２２ａに注目する。この部分コイル導体１２２ａの垂直二等分線を引く。この垂直二等分線において、部分コイル導体１２２ａの中点から、導体層１６のコーナーを構成する二辺Ｅ，Ｆのうち近い方の辺Ｆまでの距離をｄ１とする。次に、螺旋の進行方向に沿って他方端側（つまり、Ｙ軸の正方向側の端）の第一部分コイル導体１２２ａに注目する。この垂直二等分線において、他方端側の部分コイル導体１２２ａの中点から、導体層１６のコーナーを構成する二辺Ｅ，Ｆのうち近い方の辺Ｆまでの距離をｄ２とする。ｄ１は、ｄ２と極力同一であることが好ましい。

なお、本実施形態では、第一部分コイル導体１２２ａについてｄ１≒ｄ２と説明したが、第二部分コイル導体１２２ｂについても同様の位置関係となるようにしても構わない。

（アンテナ装置１０の動作の概要）
図１に示すアンテナ装置１０は、ＮＦＣによる非接触通信時に以下のように動作する。まず、通信相手へのデータ送信時について説明する。ＩＣ１３は、送信すべきデータ（ベースバンド信号）で１３．５６ＭＨｚ帯の搬送波を変調して、高周波信号を生成する。アンテナコイル１２およびコンデンサを含む並列共振回路は、１３．５６ＭＨｚの共振周波数を有するよう設計される。ＩＣ１３は、生成した高周波信号（高周波電流）をこの並列共振回路に与えて共振させる。アンテナコイル１２は、データ送信時、ＩＣ１３からの高周波電流により、自身の近傍に磁界を誘起する。アンテナコイル１２からの磁界は、好ましくはアンテナコイル１２の近傍に配置されたブースターアンテナ（図示せず）と鎖交する。これによって、アンテナコイル１２とブースターアンテナとは磁界結合して、その結果、ブースターアンテナを構成するコイルに誘導電流が流れる。この誘導電流により、ブースターアンテナは磁界を発生する。ここで、ブースターアンテナのサイズは、アンテナコイル１２のそれよりも大きいので、ブースターアンテナで発生した磁界強度は大きく、これにより、アンテナ装置１０の通信距離を補っている。このブースターアンテナの磁界が通信相手側のアンテナ装置と磁界結合し、データ送信が行われる。

次に、通信相手からのデータ受信時について説明する。通信相手側で発生した磁界がブースターアンテナを鎖交すると、該ブースターアンテナのコイルには誘導電流が流れる。この誘導電流により、ブースターアンテナは磁界を発生する。ブースターアンテナの磁界がアンテナコイル１２に鎖交する。これによって、アンテナコイル１２とブースターアンテナとは磁界結合し、アンテナコイル１２の外部電極１２４ａ，１２４ｂの間には誘導起電力が発生して、ＩＣ１３には高周波電流（高周波信号）が流れる。ＩＣ１３は、受信高周波信号を復調してデータ受信を行う。

（作用・効果）
ここで、図１１および図１２を再度参照する。前述の通り、従来のアンテナ装置１００には、アンテナコイル１０２の放射磁界が、アンテナコイル１０２と近接配置された電子部品や導体層を通過することで、アンテナコイル１０２の特性が劣化するという問題点があった。以下、この問題点の具体例を説明する。

一般的に、基板１０１は上面視で矩形形状を有する。アンテナコイル１０２は、基板１０１の各辺とアンテナコイル１０２の各側面（両側面ＳＳ１，ＳＳ２を含む）とが平行になるように、基板１０１のコーナーに実装されることが一般的である。

このアンテナコイル１０２の近傍に、他の電子部品（例えばＩＣ１０３）が配置されることがある。また、アンテナコイル１０２には交流信号が印加される。これに応じて、アンテナコイル１０２からは磁界が放射される。この放射磁界が周囲の電子部品を通過すると、アンテナコイル１０２と周囲の電子部品とが不必要に結合することになる。

ここで、従来のアンテナ装置１００では、図１１および図１２から明らかなように、アンテナコイル１０２では、主面ＭＳ１側の平面状導体パターン２０３が基板１０１の辺と直交または平行となるため、アンテナコイル１０２から放射される磁力線が、上面視で基板１０１を前後方向または左右方向に横切ってしまうため、アンテナコイル１０２と基板上の電子部品との不要な結合が生じる可能性が高くなる。このように、従来のアンテナ装置１００によれば、アンテナコイル１０２の特性が劣化しやすくなる。

それに対して、本アンテナ装置１０によれば、各部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂの中心線（一点鎖線で示す）は、上面視で、螺旋の進行方向（つまり、Ｙ軸方向）に対し方位角θａ，θｂを有する（図３参照）。θａは０°＜θａ＜９０°であり、θｂは０°＜θｂ＜９０°であり、かつθａ≠θｂである。また、上面視で、各部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂは、｜θａ−θｂ｜の角度で交差する。

上記に加え、アンテナコイル１２は、部分コイル導体１２２ａ，１２２ｂの各中心線に対する垂線（一点鎖線で示す）Ｃ，Ｄが、基板１１のコーナーを構成する辺Ａ，Ｂのいずれとも交差するように配置される（図５Ａ〜図５Ｃを参照）。

上記のような構成および配置を採用した結果、アンテナコイル１２から放射される磁力線の多くは、図５Ａ〜図５Ｃから明らかなように、垂線Ｃ，Ｄに平行または略平行となり、かつＺ軸と平行な面内で基板１１のコーナーを周回する。このような磁力線によれば、基板１１のコーナー部分を横切る距離が短くなり、直ぐに基板１１外に出る。したがって、アンテナコイル１２の周囲に配置される電子部品（ＩＣ１３を含む）を通過する磁力線が減り、アンテナコイル１２と電子部品との不必要な結合を減らすことが可能となる。これによって、アンテナコイル１２の特性が劣化を抑えることが可能となる。

次に、アンテナコイル１０２の特性劣化に関する別の具体例を説明する。図１１に示すように、基板１０１には導体層（典型的には金属板）１０６が設けられている場合がある。この種の導体層１０６としては、基板１０１の裏面に設けられたグランドパターンがある。この放射磁界が導体層１０６を通過すると、導体層１０６の表面には、放射磁界を打ち消すように誘導電流（つまり、渦電流）が発生する。その結果、アンテナ装置１００から放射される磁界が弱まる。ここで、アンテナコイル１０２において、主面ＭＳ１側の平面状導体パターン２０３が基板１０１の辺と直交または平行となるため、アンテナコイル１０２からの放射磁界が導体層１０６において通過する領域が大きくなる。その結果、渦電流が多く発生し、アンテナコイル１０２の特性が劣化してしまう。

それに対し、本アンテナ装置１０では、上記のような構成および配置が採用される。その結果、図５Ａ〜図５Ｃから明らかなように、前後両端の部分コイル導体１２２ａから導体層１６の辺Ｅ，Ｆまでの距離を短くすることができる。部分コイル導体１２２ｂに関しても同様である。言い換えると、アンテナコイル１２からの放射磁界が導体層１６において通過する領域が減ることになる。その結果、渦電流が生じ難くなるため、アンテナ装置１０からの放射磁界が弱まりにくくなる。このように、本アンテナ装置１０によれば、アンテナコイル１２の特性が劣化を抑えることが可能となる。

また、図６を参照して説明したように、ｄ１およびｄ２は極力同一にされることが好ましい。このように、ｄ１およびｄ２を同一にすると、導体層１６においてｄ１側を通過する磁力線と、ｄ２側を通過する磁力線の量とを互いに近づけることが可能となる。これにより、渦電流に起因するアンテナコイル１２の特性劣化をより抑えることが可能となる。

（付記）
なお、上記実施形態では、好ましい例として、アンテナコイル１２は磁性体コア１２１を含んでいた。しかし、アンテナコイル１２は、磁性体コア１２１に代えて、誘電体コア等を含んでいても構わない。

また、上記実施形態では、ＩＣ１３としてＮＦＣによる非接触通信用の集積回路を例示した。しかし、ＩＣ１３は、他にも、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）等の１３．５６ＭＨｚ帯の非接触通信用の集積回路でも構わないし、他の周波数帯の非接触通信用の集積回路でも構わない。

また、上記実施形態では、図４に示すように、複数の磁性体層１２１ａからなる磁性体コア１２１を例示した。しかし、アンテナコイル１２は、このような磁性体コア１２１に代えて、図７に示すようなコア１２１ｂを備えていても構わない。このコア１２１ｂは、複数の樹脂層１２１ｄからなる積層体１２１ｃと、該積層体１２１ｃに内蔵された磁性体層１２１ｅとを含んでいる。この構成によれば、磁性体層１２１ｅとして、磁性損の小さい焼結体が使用できる。この場合、コイル導体１２２を加熱または焼成しなくとも良くなるので、コイル導体１２２として、銅等の導体損の小さな材料を用いることが可能となる。

また、図７に示す構成の場合、コイル導体１２２が放射する磁界のほぼ全てが磁性体層１２１ｅをＹ軸と平行に通過することになる。この場合、磁性体層１２１ｅの上方または下方の樹脂層１２１ｄに、コンデンサ等を構成するパターン導体を形成しても、磁界がパターン導体を殆ど通過しない。この構成によれば、アンテナコイル１２の特性劣化を良好に抑えつつ、モジュール化されたアンテナ装置１０を提供することが可能となる。

また、上記実施形態では、図４に示すように、複数の磁性体層１２１ａからなる磁性体コア１２１を例示した。しかし、これに代えて、磁性体コア１２１は、磁性体層および誘電体層が混在した積層体であっても構わない。

また、上記実施形態では、アンテナコイル１２およびＩＣ１３が基板１１の表面に実装される構成を例示した。しかし、これに限らず、アンテナコイル１２および／またはＩＣ１３が基板１１に内蔵されても構わない。

なお、上記実施形態では、導体層１６は、基板１１の裏面に形成されると説明した。しかし、これに限らず、基板１１が多層基板からなる場合は、導体層１６は、基板１１の層間に形成されても構わない。

（アンテナ装置１０の応用例）
上記アンテナ装置１０は、例えば、１３．５６ＭＨｚ帯のＮＦＣに対応した通信端末装置に応用される。ここで、図８には、筐体カバー３１を開けた時の通信端末装置３０の筐体３２に収容された各種部品や各種部材が示されている。この通信端末装置３０は、典型的には携帯電話やスマートフォンであり、筐体３２の内部に、上記アンテナ装置１０に加え、ブースターアンテナ３３と、を備えている。なお、アンテナ装置１０の基板１１には、アンテナコイル１２およびＩＣ１３以外にも、カメラや各種回路素子が高密度に実装・配置されているが、これらについては本発明の要部では無いので、説明を省略する。

アンテナコイル１２は、図８、図９に示すように、基板１１に実装される。また、図１０の等価回路に示すように、アンテナコイル１２の両端にＩＣ１３が接続され、ＩＣチップ１３には、アンテナコイル１２と並列にコンデンサ３４が接続される。これらアンテナコイル１２、ＩＣ１３およびコンデンサ３４は給電回路３５を構成する。ここで、アンテナコイル１２のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ３４の容量値をＣ１とすると、給電回路３５の共振周波数は、Ｌ１およびＣ１に基づき決まる。なお、図１０には、アンテナコイル１２の抵抗成分Ｒ１も示されている。なお、アンテナコイル１２とＩＣ１３の間には整合回路が接続される場合もある。

また、ブースターアンテナ３３は、図８、図９に示すように、筐体３２を筐体カバー３１で閉じた時にアンテナコイル１２の上方に配置されるように筐体カバー３１に取り付けられている。このブースターアンテナ３３は、図９の例では、平面的なスパイラルコイル等である。ブースターアンテナ３３の開口サイズ（横サイズ×縦サイズ）は、アンテナコイル１２の開口サイズ（横サイズ×高さ）よりも大きく、これによって、アンテナコイル１２の通信距離を伸ばしている。

ブースターアンテナ３３は、図９の右側に示すように、まず、絶縁シート材３６と、第一平面コイル導体３７と、第二平面コイル導体３８と、を備えている。絶縁シート材３６の表面および裏面には、互いに逆巻きに巻回された第一平面コイル導体３７および第二平面コイル導体３８が形成される。

また、絶縁シート材３６の下面には、両平面コイル導体３７，３８から放射される磁界による渦電流の発生を抑える等のために、磁性体シート材３９が貼り付けられることが好ましい。

また、平面コイル導体３７，３８の間には線間容量が生じる。よって、図９に示すように、平面コイル導体３７，３８は、等価的に、コンデンサ３１０，３１１を介して接続される。ここで、平面コイル導体３７のインダクタンス値をＬ２、平面コイル導体３８のインダクタンス値をＬ３、コンデンサ３１０の容量値をＣ２、コンデンサ３１１の容量値をＣ３とする。この場合、ブースターアンテナ３３の共振周波数は、Ｌ２、Ｌ３、Ｃ２、Ｃ３に基づき決まる。

本発明に係るアンテナ装置および通信端末装置は、アンテナコイルの特性劣化を抑えることが可能であり、携帯電話やスマートフォン等の通信端末装置等に好適である。

１０ アンテナ装置
１１ 基板
１２ アンテナコイル
１２１ 磁性体コア
１２２ コイル導体
１２２ａ 第一部分コイル導体
１２２ｂ 第二部分コイル導体
１３ ＩＣ
１６ 導体層
３０ 通信端末装置
３３ ブースターアンテナ

Claims (10)

1. 実装面を有する基板と、
   磁性体コアと、
   前記基板に設けられた導体層と、
   前記磁性体コアの周りを旋回しながら、前記実装面と平行な方向へ進行する螺旋形状を有するコイル導体を備え、前記実装面に実装されたアンテナコイルと、
   を備えたアンテナ装置であって、
   前記アンテナコイルは、前記実装面のコーナーに設けられ、前記コイル導体以外に、前記コイル導体の巻回軸と異なる巻回軸を有するコイル導体を含んでおらず、前記基板を平面視で前記基板及び前記導体層と重なる部分を有し、
   前記コイル導体は、第一部分コイル導体および第二部分コイル導体を含んでおり、
   前記第一部分コイル導体および前記第二部分コイル導体は、前記実装面と平行に形成され、
   前記実装面の法線方向からの平面視で、各前記第一部分コイル導体の垂線は、前記実装面においてコーナーを構成する二辺のいずれにも交差する、アンテナ装置。
2. 前記アンテナコイルは矩形状であって、
   前記実装面のコーナーを構成する二辺と、前記アンテナコイルの両端面および両側面とはそれぞれ略平行である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第一部分コイル導体の各々は前記矩形状の短辺に対して第１角度をなす第１方向に延び、
   前記第二部分コイル導体の各々は前記矩形状の短辺に対して前記第１角度よりも大きい第２角度をなす第２方向に延びる、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記コイル導体は、前記第一部分コイル導体および前記第一部分コイル導体とともに巻回体を形成するべく前記磁性体コアの厚み方向に形成された複数のスルーホール導体をさらに含む、請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナコイルから放射される磁界は、各前記垂線に略平行で、かつ前記実装面に対する法線と平行な面内で前記基板のコーナーを周回する磁力線を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記基板において、前記アンテナコイルの周辺に電子部品が実装されている、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記螺旋の進行方向に沿って一方端側の前記第一部分コイル導体の所定位置から、前記導体層のコーナーを構成する二辺のうち近い方までの距離をｄ１とし、前記螺旋の進行方向に沿って他方端側の前記第一部分コイル導体の所定位置から、前記導体層のコーナーを構成する二辺のうち近い方までの距離をｄ２とするとき、ｄ１は、ｄ２と概ね同一である、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記磁性体コアは多層構造を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた通信端末装置。
10. 前記アンテナ装置に近接配置されたブースターアンテナを、さらに備えた請求項９に記載の通信端末装置。

Images