JP6428989B1 - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置（１０１Ａ）は、リーダーライター機能を有するトランシーバ（ＩＣ９）に接続され、１次コイル（Ｌ１）を有する１次側回路（１）と、導電性部材（２０）と２次コイルと２次側キャパシタ（Ｃ２）とを有する２次側回路（２）と、を備える。１次コイル（Ｌ１）と２次コイル（Ｌ２）とは磁界結合する。導電性部材（２０）、２次コイル（Ｌ２）および２次側キャパシタ（Ｃ２）は、それぞれ並列接続され、並列接続の２つの分岐点（ＣＮ１，ＣＮ２）からみて、２次コイル（Ｌ２）を通る電流経路（ＣＰ）のリアクタンスは誘導性であり、２次コイル（Ｌ２）のインダクタンスは導電性部材（２０）のインダクタンスよりも大きい。導電性部材（２０）のインダクタンスと２次側キャパシタ（Ｃ２）とは２次側共振回路（ＲＣ２）を構成する。

Description

本発明は、近傍界通信で用いられるアンテナ装置およびそれを備える電子機器に関する。

所謂スマートフォンのような小型の電子機器においては、ＮＦＣ(Near Field Communication)などのＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナ装置が内蔵されている。このＨＦ帯ＲＦＩＤシステムで使われるアンテナ装置を電子機器に設けるために、金属筐体の一部などの低いインダクタンス部をループアンテナの一部として利用されることがある。

特許文献１には、上記ループアンテナに給電コイルを磁界結合させ、その給電コイルに給電回路を接続するようにしたアンテナ装置が示されている。

国際公開第２０１４／０９８０２４号

特許文献１に示されているような、金属筐体の一部などの低いインダクタンス部をループアンテナの一部として利用するアンテナにおいて、金属筐体の一部とキャパシタが直列に接続されたＬＣ共振ループに磁界結合を介して給電する構成では、トランシーバＩＣと給電コイルとの間にＥＭＩ対策用のフィルタ回路が必要になることが多い。これらのことに起因して、アンテナ装置の構造が複雑になり、占有面積が大きくなるという問題があった。

また、特許文献１に示されているような、ループアンテナ全体に磁界結合による給電を行う構成でなく、トランス等の磁界結合素子を一部に有するループアンテナにおいて、磁界結合素子の磁界結合を介してループアンテナに給電を行う構成の場合、放射特性の向上のためにループアンテナに流れる電流を大きくしようとすると、放射素子部分と磁界結合素子とが直列に接続された共振ループを構成することになるため、磁界結合素子にも大電流が流れることになってしまい、この磁界結合素子を放熱等の観点から小型化することが難いという問題もあった。

そこで、本発明の目的は、回路構成の簡略化、占有面積の削減および通信特性の向上を図ったアンテナ装置およびそれを備える電子機器を提供することにある。

（１）本発明のアンテナ装置は、近傍界通信で用いられるアンテナ装置であって、リーダーライター機能を有する通信回路に接続され、１次コイルを有する１次側回路と、導電性部材と２次コイルと２次側キャパシタとを有する２次側回路と、を備える。１次コイルと２次コイルとは磁界結合し、導電性部材、２次コイルおよび２次側キャパシタは、互いに並列接続され、２つの分岐点を有する。この並列接続の２つの分岐点からみて、２次コイルを通る電流経路のリアクタンスは誘導性であり、２次コイルのインダクタンスは導電性部材のインダクタンスよりも大きく、導電性部材のインダクタンスと２次側キャパシタとは２次側共振回路を構成する。そして、導電性部材に流れる電流により発生する磁界によって通信相手と磁界結合する。

上記構成により、簡素な構成で、インダクタンスの低い導電性部材と通信回路との整合が図れ、上記導電性部材を磁界結合アンテナとして有効に利用でき、アンテナ構造を簡素化できる。また、上記導電性部材に流れる電流を大きくでき、高い通信特性が得られる。

（２）前記１次側回路は１次側キャパシタを更に有し、この１次側キャパシタは、１次コイルに直列接続され、１次コイルと１次側キャパシタとで１次側共振回路を構成することが好ましい。

上記構成により、通信回路と１次コイルとの間に設けるＥＭＩ対策用のフィルタ回路を簡略化でき、整合回路を構成する部品の数を減らすことにより、機器に組み込み易くなる。

（３）前記近傍界通信の通信周波数帯の中心周波数は、１次側共振回路と２次側共振回路とが結合して構成される結合共振回路により生じる２つの共振周波数の間にあることが好ましい。

上記構成により、結合共振回路を帯域通過型のフィルタとして機能させることができ、通信回路が発生する高周波ノイズ成分、および、スイッチングに伴う高調波ノイズ成分の漏洩を抑制できる。また、上記導電性部材に流す電流（＝漏洩磁界）の高調波成分を含む高周波ノイズ成分を減衰させることができる。

（４）アンテナ装置は、筐体導体部を有する筐体を更に備え、導電性部材の一部または全部は筐体導体部であることが好ましい。

上記構成により、電子機器の筐体の一部をループアンテナとして利用できるので、電子基機器に組み込まれた状態でのアンテナ装置を小型化できる。

（５）アンテナ装置は、積層型チップ部品を更に有し、１次コイルと２次コイルは、積層型チップ部品に一体的に形成され、この積層型チップ部品は磁性層を有することが好ましい。

上記構成により、１次コイルおよび２次コイルを小型化でき、小型のアンテナ装置が構成できる。また、１次コイルと２次コイルとを高い結合係数で且つ安定的に結合させることができ、特性の安定したアンテナ装置が構成できる。

（６）前記１次側回路は、高周波ノイズを遮断するインダクタを更に有することが好ましい。

上記構成により、通信回路の入出力端に重畳される高調波成分を含む高周波ノイズが抑制されて、通信回路から発生する高周波成分、および、スイッチングに伴う高調波ノイズのアンテナへの漏洩をさらに低減できる。

（７）本発明の電子機器は、近傍界通信で用いられるアンテナ装置、および筐体導体部を有する筐体を備え、前記アンテナ装置は、
リーダーライター機能を有する通信回路に接続され、１次コイルを有する１次側回路と、導電性部材と２次コイルと２次側キャパシタとを有する２次側回路と、を備える。１次コイルと２次コイルとは磁界結合し、導電性部材、２コイルおよび２次側キャパシタは、互いに並列接続され、２つの分岐点を有する。この並列接続の２つの分岐点からみて、２次コイルを通る電流経路のリアクタンスは誘導性であり、２次コイルのインダクタンスは導電性部材のインダクタンスよりも大きく、導電性部材のインダクタンスと２次側キャパシタとは２次側共振回路を構成する。そして、導電性部材に流れる電流により発生する磁界によって通信相手と磁界結合することを特徴とする。

上記構成により、小型で通信特性の高い近傍界通信用のアンテナ装置を備える電子機器が構成される。

本発明によれば、回路構成の簡略化、占有面積の削減および通信特性の向上を図ったアンテナ装置およびそれを備える電子機器が得られる。

図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１Ａの回路図である。 図２は、第１の実施形態に係る別のアンテナ装置１０１Ｂの回路図である。 図３は磁気結合素子３の外観斜視図である。 図４は磁気結合素子３の内部の１次コイルＬ１および２次コイルＬ２の形成部の拡大図である。 図５は磁気結合素子３の断面図である。 図６は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの回路図である。 図７は第２の実施形態に係る別のアンテナ装置１０２Ｂの回路図である。 図８は１次コイルＬ１に流れる電流ｉ１と導電性部材２０に流れる電流ｉ_Aの周波数特性を示す図である。 図９は第３の実施形態に係る電子機器に設けられているアンテナ装置の概略横断面図である。 図１０は筐体の金属部２０Ｆ，２１Ｆの形状を示す斜視図である。 図１１は、図１０に示した筐体の金属部とは異なる形状の筐体金属部の例を示す斜視図である。 図１２は、図１０に示した筐体の金属部とは異なる形状の筐体金属部の例を示す斜視図である。 図１３は第４の実施形態に係る電子機器に設けられているアンテナ装置１０４Ａの平面図である。 図１４は第４の実施形態に係る別の電子機器に設けられているアンテナ装置１０４Ｂの平面図である。 図１５は第５の実施形態の磁気結合素子の回路図である。 図１６は第５の実施形態の別の磁気結合素子の回路図である。 図１７は、図１６に示す磁気結合素子の断面図である。 図１８は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の回路図である。 図１９は第７の実施形態のアンテナ装置１０７の回路図である。 図２０は第８の実施形態のアンテナ装置１０８の回路図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

以降に示す各実施形態において、「アンテナ装置」とは、磁束を放射するアンテナである。アンテナ装置は、通信相手側のアンテナと磁界結合を用いた近傍界通信のために用いられるアンテナであり、例えばＮＦＣ（Near field communication）等の通信に利用される。アンテナ装置は、使用する周波数帯は例えばHF帯で使用され、特に13.56MHzまたは13.56MHz近傍の周波数で用いられる。アンテナ装置の大きさは使用する周波数における波長λに比べて十分に小さいため、使用周波数帯においては電磁波の放射特性は悪い。後述のアンテナ装置が備えるコイルアンテナのコイル導体を延ばしたときのコイル導体の長さはλ／１０以下である。なお、ここでいう「波長」とは、アンテナが形成される基材の誘電性や透磁性による波長短縮効果を考慮した実効的な波長のことである。

コイルアンテナが有するコイル導体の両端には、使用周波数帯（HF帯、特に13.56MHz近傍）を操作する給電回路に接続される。よって、コイル導体には、コイル導体に沿って、つまり電流の流れる方向において、ほぼ一様な大きさの電流が流れ、コイル導体の長さが波長と同程度以上のときのように、コイル導体に沿った電流分布は生じ難い。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１Ａの回路図である。このアンテナ装置１０１Ａは近傍界通信で用いられるアンテナ装置であって、例えばＮＦＣで通信を行うＲＦＩＤシステムにおけるリーダーライターに用いられる。または、リーダーライター機能を有する電子機器に用いられる。

アンテナ装置１０１Ａは、トランシーバＩＣ９に接続される１次側回路１と、２次側回路２と、を備える。トランシーバＩＣ９はリーダーライター制御機能を有する。１次側回路１は１次コイルＬ１を有する。２次側回路２は、導電性部材２０と２次コイルＬ２と２次側キャパシタＣ２とを有する。図１において、インダクタＬ２０は導電性部材２０によるインダクタンスを回路素子として表したものである。この導電性部材は例えば、実質的に１ターンのループアンテナとなる電子機器の筐体導体部である。トランシーバＩＣ９は本発明に係る「通信回路」の一例である。

１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とは互いに磁界結合する。すなわち、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とで磁気結合素子（トランス）３が構成されている。導電性部材２０、２次コイルＬ２および２次側キャパシタＣ２は、互いに並列接続され、２つの分岐点を有する。

導電性部材２０のインダクタンスと２次側キャパシタＣ２とは２次側共振回路ＲＣ２を構成している。

上記並列接続の２つの分岐点（接続点）ＣＮ１，ＣＮ２からみて、２次コイルＬ２の電流経路ＣＰのリアクタンスは誘導性である。図１では、電流経路ＣＰには、コイルＬ２のみが挿入されており誘導性である。また、コイルＬ２に対して直列にキャパシタが接続される場合には、分岐点ＣＮ１，ＣＮ２から２次コイルＬ２を視た回路の誘導性リアクタンスをωＬ、容量性リアクタンスを１／ωＣで表すと、ωＬ＞１／ωＣの関係にある誘導性となる。

また、２次コイルＬ２のインダクタンスは導電性部材２０のインダクタンスよりも大きい。つまり、２次コイルＬ２のインダクタンスをＬ２で表し、導電性部材２０のアンテナループとしてのインダクタンスをＬ_Aで表すと、Ｌ２＞Ｌ_A、すなわちＬ_A／Ｌ２＜１の関係にある。

上述のとおり、２次コイルＬ２に対して、導電性部材２０によるインダクタＬ２０と２次側キャパシタＣ２とが並列接続されていて、導電性部材２０によるインダクタＬ２０と２次側キャパシタＣ２とで２次側共振回路ＲＣ２が構成されている。この２次側共振回路ＲＣ２の作用は次のとおりである。

先ず、導電性部材２０によるインダクタＬ２０に比べて２次コイルＬ２のインダクタンスが大きいことにより、２次コイルＬ２よりインダクタＬ２０の方へ電流が流れやすい。そのため、２次コイルＬ２に流れる電流ｉ２に比べて２次側共振回路ＲＣ２に流れる電流ｉ_A が大きい。

また、２次側共振回路ＲＣ２に流れる電流ｉ_A は共振電流であるので、後に示すように、２次側共振回路ＲＣ２のＱ値に応じた大きな電流とすることができる。さらに、２次側共振回路ＲＣ２のＱ値を高くする（例えば、Ｑ値を５以上とする）ことで、２次側共振回路ＲＣ２内でのエネルギーの消費を抑えることができる。

また、２次コイルＬ２の自己インダクタンスを導電性部材２０のインダクタンスＬ_Aより十分大きな値とすることにより、２次側共振回路ＲＣ２のインピーダンスに対する２次コイルＬ２の影響を小さくすることができる。これにより、２次側共振回路ＲＣ２の駆動周波数付近でのインピーダンス特性（たとえば、共振周波数）を、主に導電性部材２０および２次側キャパシタＣ２の特性で定めることができる。

ここで、
導電性部材２０によるアンテナループのインダクタンス： L_A
アンテナループの抵抗値：R_A
アンテナループのQ 値：Q_A（＝ωL_A / R_A）
２次側キャパシタの容量： C₂
２次コイルＬ２のインダクタンス： L₂
電流増幅率：G₂
２次側共振回路ＲＣ２の両端電圧：V_A
２次コイルＬ２に流れる電流：i₂
アンテナループに流れる電流：i_A
２次側キャパシタＣ２に流れる電流：i_C
アンテナループと２次側キャパシタＣ２による共振周波数：ω_A
でそれぞれ表すと、
それらは次の関係で表される。

また、［数１］から電流増幅率|G₂|は、

通常、駆動周波数ωは、アンテナループと２次側キャパシタＣ２とによる共振周波数ω_A に近く設定するので、ω≒ω_A として分母の第一項を無視すると、電流増幅率は次式で表される。

すなわち、導電性部材２０に流れる電流は、２次コイルＬ２に流れる電流の約Q_A 倍増幅される。

上記導電性部材２０に流れる電流ｉ_Aにより発生する磁界によって通信相手と磁界結合によって通信がなされるので、ＮＦＣ通信に適したアンテナ装置として利用できる。

１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との結合係数ｋは、１未満であり、より好適には、０．４以上０．９以下である。磁気結合素子３の１次コイルＬ１側の電流を効率よく２次コイルＬ２側に供給する（電流ｉ２をなるべく大きくする）ためには、上記結合係数ｋをできるだけ大きくすることが重要である。但し、後に示すように、１次側共振回路を共振させるためには、磁気結合素子３の漏れインダクタンスが必要である。

上記２次コイルＬ２の自己インダクタンスは例えば５μＨ、１次コイルＬ１の自己インダクタンスは例えば２μＨである。２次側共振回路ＲＣ２に流れる電流は、２次コイルＬ２の自己インダクタンスと導電性部材２０のインダクタンスＬ_Aとの逆数比に従って分流される。導電性部材２０に大きな電流を流したいので、２次コイルＬ２の自己インダクタンスは導電性部材２０のインダクタンスＬ_A例えば０．０５μＨより十分大きな値（少なくとも５倍以上）とすることが好ましい。但し、２次コイルＬ２の自己インダクタンスを大きくすることと、磁気結合素子３を小型化することとはトレードオフの関係であるので、例えば、Ｌ_Aの１００倍程度である５μＨ程度にとどめることが好ましい。

また、トランシーバＩＣ９と２次側共振回路ＲＣ２とを整合させるためには、通常、２次コイルＬ２の自己インダクタンスに対して１次コイルＬ１の自己インダクタンスを小さくする。上述のとおり、２次コイルＬ２の自己インダクタンスは例えば５μＨ、１次コイルＬ１の自己インダクタンスは例えば２μＨである。そのことによって、必要な電流をトランシーバＩＣ９から引き出せるようにする。なお、トランシーバＩＣの仕様に応じてＬ１とＬ２の大小関係は変化する場合がある。

図２は、第１の実施形態に係る別のアンテナ装置１０１Ｂの回路図である。図１に示したアンテナ装置１０１Ａとは、２次側回路２の構成が異なる。１次側回路１はアンテナ装置１０１Ａの１次側回路１と同じであるが、図２では、トランシーバＩＣを高周波の電圧源９Ｅとして表している。

図２に示す例では、２次コイルＬ２に生じる寄生容量Ｃｓを図示している。また、この例では、２次コイルＬ２の電流経路ＣＰにキャパシタＣ２１を備えている。このように電流経路ＣＰに対し直列にキャパシタＣ２１が挿入されている場合、この電流経路ＣＰのリアクタンスを誘導性に設定する。

１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とで磁気結合素子３が構成されている。また、寄生容量Ｃｓ、キャパシタＣ２１および２次側キャパシタＣ２によってπ型の容量結合回路４が構成される。

導電性部材２０に、より大きな電流を流すためには、２次コイルＬ２の誘導電圧を大きくして、２次側共振回路ＲＣ２に、より高い電圧を印加することが重要である。そのために、１次コイルＬ１および２次コイルＬ２の相互インダクタンス、および特に２次コイルＬ２の自己インダクタンスを大きくする。

ところが、２次コイルＬ２の自己インダクタンスを大きくすると、２次コイルＬ２の構造上、寄生容量Ｃｓが大きくなる場合がある。特に、インダクタンスを大きくするために多数のコイル導体を高密度に配置して磁気結合素子を小型化すると、導体が近接して寄生容量が増加し、寄生容量の影響が無視できなくなる。

図２に示したように、２次コイルＬ２の電流経路に直列にキャパシタＣ２１を挿入すると、寄生容量Ｃｓの影響で、２次側共振回路ＲＣ２の共振周波数特性が急峻になったり、損失が増大したりする場合がある。これは、上記容量結合回路４が構成されるためである。

直列キャパシタＣ２１のキャパシタンスを大きくして、２次コイルＬ２の電流経路ＣＰのリアクタンスを誘導性にすると、寄生容量の影響を軽減することができ、２次側共振回路ＲＣ２と磁気結合素子３（２次コイルＬ２）との結合を高めることができる。

このように、寄生容量の影響を実質的に無くすことで、２次側共振回路ＲＣ２に、より高い電圧を印加でき、導電性部材２０に、より大きな電流を流すことができる。

次に、磁気結合素子３の構成について示す。

図３は磁気結合素子３の外観斜視図である。図４は磁気結合素子３の内部の１次コイルＬ１および２次コイルＬ２の形成部の拡大図であり、特に積層方向に伸長させて表している。図５は磁気結合素子３の断面図である。

磁気結合素子３は直方体形状の積層型チップ部品であり、その底面に１次コイルＬ１の両端が導通する端子と、２次コイルＬ２の両端が導通する端子と、が形成されている。磁気結合素子３はこれらの端子を実装端子として、回路基板に表面実装される。

磁気結合素子３は、１次コイルＬ１および２次コイルＬ２が積層型チップ部品として一体的に形成された素子である。この磁気結合素子３はインダクタンスを高くするために磁性層を有する。例えば、１次コイルＬ１、２次コイルＬ２の形成層および１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間の層は磁性フェライトの層であり、その他の層は非磁性フェライトの層である。なお、非磁性層を形成しない構成でもよい。

図４において、ループ状またはその部分形状のパターンはコイル導体パターンであり、縦方向に延伸するパターンは層間接続導体である。この図４に表れているように、１次コイルＬ１は複数の１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６と、これらを層間接続する層間接続導体と、を備える。同様に、２次コイルＬ２は複数の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４と、これらを層間接続する層間接続導体と、を備える。

１次コイルＬ１は約５ターンのヘリカル状コイルであり、２次コイルＬ２は約４ターンのヘリカル状コイルである。

図４、図５に示すように、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とは近接して積層されていて、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２のコイル開口は重なり、１次コイルＬ１の巻回軸と２次コイルＬ２の巻回軸は同軸関係にある。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では１次側共振回路を備えたアンテナ装置の例を示す。図６は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの回路図である。図７は第２の実施形態に係る別のアンテナ装置１０２Ｂの回路図である。いずれも、図１に示した例とは、１次側回路１の構成が異なる。

図６に示すアンテナ装置１０２Ａは、トランシーバＩＣ９に接続される１次側回路１と、２次側回路２と、を備える。トランシーバＩＣ９は送信信号出力ポートＴｘと受信信号入力ポートＲｘとを有する。１次側回路１は１次コイルＬ１、１次側キャパシタＣ１１，Ｃ１２およびインダクタＬｆ１，Ｌｆ２を有する。１次コイルＬ１、インダクタＬｆ１，Ｌｆ２および１次側キャパシタＣ１１，Ｃ１２によって１次側共振回路ＲＣ１が構成されている。１次側キャパシタＣ１１，Ｃ１２を挿入することにより、トランシーバＩＣ９から視たインピーダンスを所定のインピーダンス（例えば２０Ω以上〜８０Ω以下のインピーダンス）に設定でき、そのことでトランシーバＩＣ９とアンテナとの間のインピーダンス整合が図れる。

図７に示すアンテナ装置１０２Ｂでは、１次側回路１は１次コイルＬ１および１次側キャパシタＣ１０を有する。１次コイルＬ１および１次側キャパシタＣ１０によって１次側共振回路ＲＣ１が構成されている。その他の構成は、図６または図１に示したアンテナ装置と同じである。トランシーバＩＣ９の送信信号出力ポートＴｘを平衡回路としているが、不平衡回路の場合には、１次コイルＬ１の一端をグランド導体に接続してもよい。

１次側共振回路ＲＣ１と２次側共振回路ＲＣ２とは結合して一つの結合共振回路が構成されている。近傍界通信の通信周波数は、この結合共振回路により生じる２つの共振周波数の間にある。

上記インダクタＬｆ１，Ｌｆ２は、トランシーバＩＣ９の２つのＴｘポートに重畳されるノーマルモード電圧、および、コモンモード電圧の高調波成分を含む高周波ノイズを遮断する。これらインダクタは基本的に不要であるが、高周波ノイズをさらに低減したい場合など、必要に応じて追加すればよい。通常、１次コイルＬ１のインダクタンスよりも小さな値に設定する。

図８は１次コイルＬ１に流れる電流ｉ１と導電性部材２０に流れる電流ｉＡの周波数特性を示す図である。いずれも周波数ｆ１，ｆ２にピークを有する双峰性を示す。この２つのピーク周波数ｆ１，ｆ２は、１次側共振回路ＲＣ１と２次側共振回路ＲＣ２とが結合して生じる結合共振回路の共振周波数である。１次側共振回路ＲＣ１と２次側共振回路ＲＣ２の共振周波数は通信周波数ｆｏｐにほぼ等しいが、両者が結合することによって、その結合係数に応じて２つのピーク周波数が分離する。結合係数が１であると双峰性を示さないので、既に述べたように、結合係数ｋは例えば０．４以上０．９以下に定める。

このように、１次側共振回路ＲＣ１と２次側共振回路ＲＣ２との結合により構成される結合共振回路は帯域通過特性を示す。トランシーバＩＣ９で発生する高周波ノイズ成分は、結合共振回路を通過する際に減衰し、アンテナとして機能する導電性部材から放射されにくくなる。すなわち、結合共振回路がフィルタ特性を示すので、トランシーバＩＣ９と磁気結合素子３との間に設けるＥＭＩ対策用のフィルタ回路を簡略化でき、整合回路の部品点数を減らすことにより、機器に組み込み易くなる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、電子機器の幾つかの構成例を示す。

図９は電子機器に設けられているアンテナ装置の概略横断面図である。筐体は金属部２０Ｆ，２１Ｆを備える。この金属部２０Ｆは本発明に係る「導電性部材」に対応する。

図１０は上記筐体の金属部２０Ｆ，２１Ｆの形状を示す斜視図である。金属部２０Ｆは例えばスマートフォンの一つの端部に位置する。

本実施形態では、回路基板５にトランシーバＩＣ９、１次側キャパシタＣ１１，Ｃ１２、磁気結合素子３および２次側キャパシタＣ２が形成されていて、この回路基板５が筐体内に収容されている。２次側キャパシタＣ２の一端は回路グランドに接続されていて、他端はピン端子（プローブピン）等を介して筐体の金属部２０Ｆの一部に接続されている。また、金属部２０Ｆの他部は別のピン端子（プローブピン）等を介して回路基板５のグランド導体に接続されている。この構造により、筐体の金属部２０Ｆの一部と回路基板５のグランド導体の一部とで、図中に破線のループで示すような電流経路が構成され、これがループアンテナとして作用する。

図１１、図１２は、図１０に示した筐体の金属部とは異なる形状の筐体金属部の例を示す斜視図である。図１１に示す例では、筐体金属部２０Ｆは平板ではなく、図１１におけるＸ軸方向の両端およびＹ軸方向の一端にも形成され、接続されている。図１２に示す例では、筐体金属部２０Ｆは、Ｙ方向から視て、コの字状（Ｕ字状）の導体である。

このような形状であっても、筐体金属部２０Ｆをループアンテナの一部として利用できる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、導電性部材の構成がこれまでに示した例とは異なる電子機器の幾つかの例を示す。

図１３は電子機器に設けられているアンテナ装置１０４Ａの平面図である。このアンテナ装置１０４Ａはループ導体２０Ｌを備える。このループ導体２０Ｌは本発明に係る「導電性部材」に対応する。

図１４は電子機器に設けられているアンテナ装置１０４Ｂの平面図である。このアンテナ装置１０４Ｂはループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２を備える。このループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２は本発明に係る「導電性部材」に対応する。

上記ループ導体２０Ｌ，２０Ｌ１，２０Ｌ２は例えば回路基板や筐体に形成された導体パターンである。このように、パターン形成された導体を「導電性部材」に用いてもよい。

図１４に示したように２つのループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２を設けることで、これらループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２それぞれをループアンテナとして作用させることができる。このことで、通信範囲の自由度が向上する。

図１４に示した例では、２つのループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２を同一面に配置したが、２つのループ導体を基板の表裏に形成してもよい。また、２つのループ導体を３次元的に配置してもよい。例えば一方のループ導体を筐体や基板の表面または裏面に形成し、他方のループ導体を筐体や基板の側面に形成してもよい。

また、図１４に示した例では、２つのループ導体２０Ｌ１，２０Ｌ２を並列接続したが、これらを直列接続してもよい。また、３つ以上のループ導体を設けてもよい。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、磁気結合素子の構成例を示す。

図１５は第５の実施形態の磁気結合素子の回路図である。この例では１次コイルＬ１の中点をグランドに接続している。この構成によれば、トランシーバＩＣのスイッチング動作に伴って生じる高周波ノイズ（特にコモンモードノイズ成分）が低減される。なお、トランシーバＩＣの出力回路は平衡回路であることを想定している。

図１６は第５の実施形態の別の磁気結合素子の回路図である。また、図１７はこの磁気結合素子の断面図である。１次コイルＬ１および２次コイルＬ２は、図３、図４、図５に示した磁気結合素子と同様に、磁性体フェライトの積層体に形成されたヘリカル状の導体パターンである。１次コイルＬ１の形成層と２次コイルＬ２の形成層との間に、それらの導体パターン間を遮蔽するシールド導体ＳＣの層が設けられている。上記積層体の下面（実装面）には１次コイルＬ１および２次コイルＬ２の端子（図１７中の端子Ｔ１，Ｔ２等）以外にグランド端子ＴＧが形成されていて、シールド導体ＳＣはグランド端子ＴＧに接続されている。

図１６、図１７に示した磁気結合素子を用いる場合も、トランシーバＩＣのスイッチング動作に伴って生じる高周波ノイズ（特にコモンモードノイズ成分）が低減される。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、トランシーバＩＣに対する受信信号の入力構造がこれまでに示した例とは異なるアンテナ装置について示す。

図１８は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の回路図である。このアンテナ装置１０６に接続されるトランシーバＩＣ９は受信信号を差動入力する２つのＲｘ端子を有する。この２つのＲｘ端子には、１次コイルＬ１の両端が接続される。

本実施形態によれば、受信信号が１次コイルＬ１からトランシーバＩＣ９に差動で入力されるので、コモンモードノイズの影響を受けにくくなり、受信信号のＳＮＲ（signal-to-noise ratio）を高められる。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、２次側共振回路ＲＣ２の構成がこれまでの例とは異なるアンテナ装置について示す。

図１９は第７の実施形態のアンテナ装置１０７の回路図である。このアンテナ装置１０７に接続されるトランシーバＩＣ９は、２次側共振回路ＲＣ２の共振周波数を調整するための制御信号を出力する端子を有する。２次側共振回路ＲＣ２は、インダクタＬ２０、２次側キャパシタＣ２および可変容量素子Ｃ２０で構成されている。

可変容量素子Ｃ２０は、トランシーバＩＣ９から与えられる制御信号に応じてキャパシタンスが定まる。この可変容量素子Ｃ２０は、具体的には、複数ビットの制御信号をアナログ電圧信号に変換する抵抗回路によるＤＡコンバータ回路と、このアナログ電圧が印加される強誘電体キャパシタとで構成される。

本実施形態によれば、２次側キャパシタＣ２のキャパシタンスのばらつきや、アンテナ装置への金属の近接による共振周波数特性の変化があっても、２次側共振回路ＲＣ２の共振周波数を能動的に最適化される。そのため通信距離の低下が抑制できる。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では、磁気結合素子３の構成が異なるアンテナ装置の例を示す。

図２０は第８の実施形態のアンテナ装置１０８の回路図である。このアンテナ装置１０８に接続されるトランシーバＩＣ９はシングルエンドのトランシーバＩＣである。磁気結合素子３はオートトランス型の素子であり、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２１，Ｌ２２を備える。但し、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２１とは同じコイルである。

１次側回路１は１次コイルＬ１および１次側キャパシタＣ１０を有する。１次コイルＬ１および１次側キャパシタＣ１０によって１次側共振回路が構成されている。インダクタＬｆはトランシーバＩＣ９のＴｘポートに重畳される、高調波成分を含む高周波ノイズを遮断する。２次側回路２は、導電性部材２０と２次コイル（Ｌ２１，Ｌ２２）と２次側キャパシタＣ２とを有する。

本実施形態のように、磁気結合素子３はオートトランス型の素子であってもよい。また、これまでに示した絶縁型のトランス構造であってもよい。

《他の実施形態》
以上の各実施形態では、通信用のアンテナ装置を主として述べたが、例えばＮＦＣよりも低周波数帯を利用する無線電力伝送システムに用いられる回路を備えた電子機器に本発明のアンテナ装置が混載されてもよい。その場合、アンテナ装置には上述のフィルタ機能を有することにより、無線電力伝送システムの高周波磁界（例えば、6.78MHz）をアンテナ装置で受電した場合であっても、ＮＦＣ用回路（トランシーバＩＣ９等）の破壊を防止できる。

図３〜図５、図１７では、コイルパターンが積層体内に形成されたトランス構造の磁気結合素子を示したが、本発明の磁気結合素子はこれに限らず、巻線型のトランスであってもよい。

また、磁気結合素子を構成する積層体の全層が磁性層であってもよいし全層が非磁性層であってもよい。

図６、図７等に示した例では、磁気結合素子３の２次側からトランシーバＩＣ９へ受信信号を入力するように構成したが、磁気結合素子３の１次側から受信信号を取り出してもよい。また、Ｒｘポートとの間に必要に応じてインピーダンス整合回路（抵抗、キャパシタなど）を設けてもよい。

上述の実施形態において、筐体金属部２０Ｆは、筐体を構成する金属部分であれば、どのような形状であってもよく、図１０〜図１２に示すような形状（コの字形状等）に限られない。また、単一の部材である必要もなく、複数の部材により構成された筐体の金属部分であってもよい。

なお、上述の実施形態では、主にＮＦＣ等の磁界結合を利用した通信システムにおけるアンテナ装置および電子機器について説明したが、上述の実施形態におけるアンテナ装置および電子機器は、磁界結合を利用した非接触電力伝送システム（電磁誘導方式、磁界共鳴方式）にも同様に適用できる。例えば、上述の実施形態におけるアンテナ装置は、ＨＦ帯、特に6.78MHzまたは6.78MHz近傍の周波数で使用される磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムの受電装置の受電アンテナ装置としてや、送電装置の送電アンテナ装置として適用できる。この場合、アンテナ装置のコイルアンテナが有するコイル導体の両端は、使用周波数帯（HF帯、特に6.78MHz近傍）を操作する受電回路や送電回路に接続される。その場合でも、アンテナ装置は受電アンテナ装置や送電アンテナ装置として機能する。受電回路には、例えば、受電コイルアンテナからの電力を負荷（二次電池等）に供給するために、整合回路、平滑回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ等が含まれ、これらの回路が受電コイルアンテナと負荷との間に縦続接続される。また、送電回路には商用電源から送電コイルアンテナに電力を供給するために、整流回路、平滑回路、ＤＣ／ＡＣインバータとして機能するスイッチ回路等が含まれ、これらの回路が商用電源と送電コイルアンテナとの間に縦続接続される。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２…１次側キャパシタ
Ｃ２…２次側キャパシタ
Ｃ２０…可変容量素子
Ｃ２１…キャパシタ
ＣＮ１，ＣＮ２…分岐点
ＣＰ…電流経路
Ｃｓ…寄生容量
Ｌ１…１次コイル
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６…１次コイル導体パターン
Ｌ２…２次コイル
Ｌ２０…導電性部材２０によるインダクタ
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４…２次コイル導体パターン
Ｌｆ，Ｌｆ１，Ｌｆ２…インダクタ
ＲＣ１…１次側共振回路
ＲＣ２…２次側共振回路
Ｒｘ…受信信号入力ポート
ＳＣ…シールド導体
Ｔ１，Ｔ２…端子
ＴＧ…グランド端子
Ｔｘ…送信信号出力ポート
１…１次側回路
２…２次側回路
３…磁気結合素子
４…容量結合回路
５…回路基板
９…トランシーバＩＣ
２０…導電性部材
２０Ｆ，２１Ｆ…金属部
２０Ｌ，２０Ｌ１，２０Ｌ２…ループ導体
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０６，１０７，１０８…アンテナ装置

Claims (7)

1. 近傍界通信で用いられるアンテナ装置であって、
   リーダーライター機能を有する通信回路に接続され、１次コイルを有する１次側回路と、
   導電性部材と２次コイルと２次側キャパシタとを有する２次側回路と、
   を備え、
   前記１次コイルと前記２次コイルとは磁界結合し、
   前記導電性部材、前記２次コイルおよび前記２次側キャパシタは、互いに並列接続されて、２つの分岐点を有し、
   前記並列接続の前記２つの分岐点からみて、前記２次コイルを通る電流経路のリアクタンスは誘導性であり、
   前記２次コイルのインダクタンスは前記導電性部材のインダクタンスよりも大きく、
   前記導電性部材のインダクタンスと前記２次側キャパシタとは２次側共振回路を構成し、
   前記導電性部材に流れる電流により発生する磁界によって通信相手側アンテナと磁界結合する、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記１次側回路は１次側キャパシタを更に有し、
   前記１次側キャパシタは、前記１次コイルに直列接続され、
   前記１次コイルと前記１次側キャパシタとで１次側共振回路を構成する、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記近傍界通信の通信周波数帯の中心周波数は、前記１次側共振回路と前記２次側共振回路とが結合して構成される結合共振回路により生じる２つの共振周波数の間にある、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 筐体導体部を有する筐体を更に備え、
   前記導電性部材の一部または全部は前記筐体導体部である、
   請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 積層型チップ部品を更に有し、
   前記１次コイルと前記２次コイルは、前記積層型チップ部品に一体的に形成され、
   前記積層型チップ部品は磁性層を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記１次側回路は、高周波ノイズを遮断するインダクタを更に有する、
   請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 近傍界通信で用いられるアンテナ装置、および筐体導体部を有する筐体を備える電子機器であって、
   前記アンテナ装置は、
   リーダーライター機能を有する通信回路に接続され、１次コイルを有する１次側回路と、
   前記筐体導体部を含む導電性部材と２次コイルと２次側キャパシタとを有する２次側回路と、
   を備え、
   前記１次コイルと前記２次コイルとは磁界結合し、
   前記導電性部材、前記２次コイルおよび前記２次側キャパシタは、互いに並列接続されて、２つの分岐点を有し、
   前記並列接続の２つの分岐点からみて、前記２次コイルを通る電流経路のリアクタンスは誘導性であり、
   前記２次コイルのインダクタンスは前記導電性部材のインダクタンスよりも大きく、
   前記導電性部材のインダクタンスと前記２次側キャパシタとは２次側共振回路を構成し、
   前記導電性部材に流れる電流により発生する磁界によって通信相手側アンテナと磁界結合する、
   ことを特徴とする電子機器。

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