TWI606636B - Antenna device, communication device - Google Patents

Description

天線裝置、通訊裝置

本發明係關於一種組裝於電子機器且可接收從發訊器發射之磁場而進行通訊之天線裝置及通訊裝置。

本申請以在日本於2011年11月29日申請之日本專利申請號特願2011-260640為基礎主張優先權，參照該申請並援引至本申請。

在行動電話等之電子機器，為了搭載近距離非接觸通訊之功能，使用RFID(Radio Frequency Identification)用之天線模組。

此天線模組，與搭載於讀寫器等之發訊器之天線線圈利用感應耦合進行通訊。亦即，此天線模組，藉由天線線圈接收來自讀寫器之磁場，將其轉換成電力而能驅動作為通訊處理部作用之IC。

天線模組為了確實地進行通訊，必須以天線線圈接收來自讀寫器之某個值以上之磁通。因此，在習知例之天線模組，在行動電話之筐體設置環狀線圈，以該線圈接收來自讀寫器之磁通。

然而，組裝於行動電話等電子機器之天線模組，因機器內部之基板或電池包等之金屬接收來自讀寫器之磁場所產生之渦電流，來自讀寫器之磁通被彈回，因此到達環狀線圈之磁通變少。如上述，由於到達環狀線圈之磁通變少， 因此天線模組為了收集必要磁通，必須要某種程度大之環狀線圈，再者，亦必須要使用磁性片增加磁通。

如上述，因流至行動電話等電子機器之基板之渦電流，來自讀寫器之磁通被彈回，但在專利文獻1已提案一種在電子機器之筐體表面有朝向基板之面方向之磁場之成分，藉由接收此成分作為天線作用者。具體而言，在專利文獻1已提案一種為了使線圈之佔有面積變少而在肥粒鐵鐵心捲繞有線圈之天線構造。

專利文獻1：日本特開2008-35464號公報

如上述，行動電話等電子機器使用基板等電氣較容易流動者，因此在已接收磁場之基板產生渦電流而彈回磁場。例如，若考量行動電話之筐體表面，來自讀寫器之磁場有在筐體表面之外周部分變強、在筐體表面之正中央附近變弱之傾向。

使用一般環狀線圈之天線之情形，環狀線圈之開口部位於幾乎無法接收通過上述筐體表面之外周部分之磁場之行動電話之中央部分。因此，在使用一般環狀線圈之天線，接收磁場之效率變差。

又，在專利文獻1記載之肥粒鐵鐵心捲繞線圈，將該線圈組裝於行動電話之天線構造，由於肥粒鐵鐵心之剖面成為使磁通集中之面積，因此肥粒鐵鐵心之厚度必須為例如1mm以上，行動電話之筐體成為較厚之構造。因此，在 較薄型之行動電話，為不易在其內部構裝之構造。又，在搭載於折疊式行動電話之液晶顯示器之背側組裝該天線模組之情形，果然必須要薄，因此在專利文獻1記載之天線構造不易確保空間。

本發明係有鑑於上述問題而構成，其目的在於提供一種可維持通訊特性並同時謀求組裝於電子機器時電子機器之筐體之小型化之通訊裝置。

為了解決上述問題，本發明之天線裝置，係組裝於電子機器且能接收從發訊器發射之磁場而進行通訊，其特徵在於，具備：天線基板，形成有與發訊器感應耦合之天線線圈；以及磁性片，將從發訊器發射之磁場引入天線線圈；磁性片***形成在天線基板上之天線線圈之中心部分，藉此磁性片之兩端在***方向較天線線圈之兩端位於接近中心部分。

又，本發明之通訊裝置，係能接收從發訊器發射之磁場而進行通訊，其特徵在於，具備：天線基板，形成有與發訊器感應耦合之天線線圈；磁性片，將從發訊器發射之磁場引入天線線圈；以及通訊處理部，藉由流至天線線圈之電流驅動，在與發訊器之間進行通訊；磁性片***形成在天線基板上之天線線圈之中心部分，藉此天線線圈與磁性片彼此重疊成滿足磁性片在與發訊器對向之筐體面所定向之磁場之行進方向之上游側較天線線圈位於發訊器側之配置條件、與天線線圈在定向之行進方向之下游側較磁性片位於發訊器側之配置條件之兩個配置條件；磁性片，在 ***天線線圈之中心部分之方向，磁性片之兩端較天線線圈之兩端位於中心部分。

本發明，磁性片在***天線線圈之中心部分之方向，磁性片之兩端較天線線圈之兩端位於接近天線線圈之中心部分，藉此將磁通高效率地引入天線線圈之中心部分，可維持通訊特性並同時謀求組裝於電子機器時電子機器之筐體之小型化、薄型化。

以下，參照圖式詳細說明用以實施本發明之形態。此外，本發明並不僅限於以下實施形態，理所當然，在不脫離本發明之要旨範圍內，可進行各種變更。

本發明適用之通訊裝置係組裝於電子機器，為能接收從發訊器發射之磁場而進行通訊之裝置，組裝於例如圖1所示之RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)用之無線通訊系統100而使用。

無線通訊系統100由本發明適用之通訊裝置1與進行對通訊裝置1之存取之讀寫器120構成。此處，通訊裝置1與讀寫器120係配置成在三維正交座標系統xyz之xy平面彼此對向。

讀寫器120，具備：天線121，作為用以對在xy平面彼此對向之通訊裝置1在z軸方向發射磁場之發訊器，具體而言，朝通訊裝置1發射磁場；及控制基板122，係與經由天線121而感應耦合之通訊裝置1進行通訊。

即，讀寫器120，配設有與天線121電氣連接之控制基板122。在該控制基板122，構裝有由1個或複數個積體電路晶片等電子零件所構成之控制電路。該控制電路，根據從通訊裝置1接收之資料，執行各種處理。例如，控制電路，在對通訊裝置1傳送資料時，將資料編碼，根據編碼後之資料，進行既定頻率(例如13.56MHz)之載波之調變，然後將調變後之調變訊號放大，以放大後之調變訊號驅動天線121。又，控制電路，在從通訊裝置1讀出資料時，將以天線121接收之資料之調變訊號放大，將放大後之資料之調變訊號解調，然後將解調後之資料解碼。又，控制電路，係使用一般之讀寫器所使用之編碼方式及調變方式，例如，使用曼徹斯特(Manchester)編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying，振幅移位鍵控)調變方式。

通訊裝置1具備具有例如組裝於配置成與讀寫器120在xy平面對向之行動電話130之筐體131內部且構裝有能在與感應耦合之讀寫器120間進行通訊之天線線圈11a之天線基板11之天線模組1a、及藉由流過天線線圈11a之電流驅動且在與讀寫器120之間進行通訊之通訊處理部12。

在天線基板11構裝有例如對可撓性印刷基板等之可撓性之導線進行圖案化處理等而形成之天線線圈11a、與將天線線圈11a與通訊處理部12加以電氣連接之端子部11b。

天線線圈11a，在接收到從讀寫器120發射之磁場後，則與讀寫器120藉由感應耦合而形成磁耦合，接收調變後之電磁波，然後透過端子部11b將接收訊號供應至通訊處 理部12。

通訊處理部12，係藉由流過天線線圈11a之電流驅動，在與讀寫器120間進行通訊。具體而言，通訊處理部12，將接收到之調變訊號解調，將解調後之資料解碼，然後將解碼後之資料寫入至該通訊處理部12具有之內部記憶體。又，通訊處理部12，將待傳送至讀寫器120之資料從內部記憶體讀出，將已讀出之資料編碼，根據編碼後之資料將載波調變，將經由利用感應耦合而形成磁耦合之天線線圈11a調變後之電波傳送至讀寫器120。

在以上構成之無線通訊系統100，以下，說明天線模組1a之構成。

天線模組1a之天線線圈11a，從謀求組裝於行動電話130等之電子機器時該電子機器之小型化並同時在與讀寫器120之間實現良好之通訊特性之觀點觀之，例如，配置在圖2(A)所示之三維正交座標系統xyz之xy平面上且設在行動電話130之筐體131內部之電池包133與筐體131之內周壁131a之間隙132。

此外，天線模組1a，不僅如上述設在電池包133與筐體131之內周壁131a之間隙132，設在例如積體電路基板等之配置在筐體131內部之導電體與筐體之內周壁之間隙。本實施例中，天線模組方便上作為板狀之導電體說明成配置在圖2(B)所示之電池包133之金屬筐體即與讀寫器120對向之金屬板133a之端部133b與筐體131之內周壁131a之間。

此處，如圖2(B)之剖面圖所示，作為與讀寫器120對向之筐體面之具體例，配置在行動電話130之電池包133之金屬筐體即金屬板133a，由於電氣較容易流動，因此若從外部施加交流磁場則產生渦電流，將磁場彈回。調查此種從外部施加交流磁場時之磁場分布，則具有與讀寫器120對向之電池包133之金屬板133a之端部133b之磁場較強之特性。具體而言，用以配置天線模組1a之間隙132之磁場，y軸方向之成分大。天線模組1a，為了使此種在y軸方向成分大之磁場高效率地引入天線線圈11a，具備配置成如圖3所示且重疊於天線線圈11a之磁性片13。

此處，圖3(A)係在xy平面上***有磁性片13之天線基板11之立體圖，圖3(B)係在xy平面上***有磁性片13之天線基板11之剖面圖。

如圖3(B)所示，在天線模組1a，以磁性片13在與讀寫器120對向之金屬板133a所定向之磁場之行進方向之上游側較天線線圈11a位於讀寫器120側之配置、與天線線圈11a在定向之磁場之行進方向之下游側較磁性片13位於讀寫器120側之配置之方式，磁性片13***形成在天線基板11上之天線線圈11a之中心部分11c。

此處，天線基板11，如上述雖使用可撓性印刷基板或硬性印刷基板等，但尤其是藉由使用可撓性印刷基板，能在天線線圈11a之中央部容易地形成缺口部，能在此缺口部容易地***磁性片13。如上述，天線模組1a，從容易將磁性片13***天線基板11之觀點觀之，較佳為，使用可撓 性印刷基板作為天線基板11。又，藉由使用可撓性印刷基板，能容易地製造該天線模組1a。

如上述，天線模組1a，在與讀寫器120對向之金屬板133所定向之磁場之行進方向之上游側，磁性片13配置成較天線線圈11a位於讀寫器120側，在此定向之磁場之行進方向之下游側，天線線圈11a配置成較磁性片13位於讀寫器120側，藉此能使在間隙132產生之磁場高效率地引入天線線圈11a。

再者，天線模組1a捲繞成天線線圈11a之開口部、亦即中心部分11c位於間隙132，因此可謀求組裝於行動電話130等之電子機器時筐體130之小型化。

如上述，能使在間隙132產生之磁場高效率地引入天線線圈11a之原因在於，藉由以上述方式配置磁性片13，從金屬板133之端部133b往筐體131之內周壁131a之磁場成分高效率地通過天線線圈11a之開口部。

再者，天線模組1a，從兼顧後述性能評估所示之良好通訊特性與小型化之觀點觀之，如圖4(a)及圖4(b)所示，在***天線線圈11a之中心部分11c之y軸方向，大致T字形狀之磁性片13之兩方之端部13a,13b分別較天線線圈11a之兩方之端部11d,11e位於接近中心部分11c地***天線線圈11a。如上述，在天線模組1a，在磁性片13與天線線圈11a***之方向，使磁性片13之寬度W13較天線線圈11a之寬度W11短，藉此可實現較例如圖5所示之比較例之天線模組2a良好之通訊特性。

比較例之天線模組2a，如圖5所示，在***天線線圈21a之中心部分21c之y軸方向，天線線圈21a之兩方之端部21d,21e較磁性片23之兩方之端部23a,23b分別位於接近中心部分21c地***天線線圈21a。亦即，在天線模組2a，在磁性片23與天線線圈21a***之方向，使天線線圈21a之寬度W21較磁性片23之寬度W23短。

首先，作為性能評估，使天線模組1a,2a與讀寫器120對向，針對使x軸方向之相對位置關係變化時之通訊特性進行評估。

作為具體之評估條件，如下述。在讀寫器120使用Sony公司製461C。磁場之發射頻率為13.56MHz。又，天線模組1a之天線線圈11a與天線模組2a之磁性片23之外形形狀，分別固定成以xy平面規定之50mm×8.5mm之矩形狀。

如上述，W11與W23固定成8.5mm，使天線線圈與磁性片之寬度之差、亦即W11-W13從0mm變化至8.5mm，W23-W21變化至0~3mm為止時之通訊距離之變化係顯示於圖6。

從圖6之結果可知，在天線模組1a，在磁性片13與天線線圈11a***之方向，使磁性片13之寬度W13較天線線圈11a之寬度W11短，藉此可實現良好之通訊特性。又，若W11-W13較4mm大，則通訊距離變小。因此，較佳為，磁性片13之寬度W13相對於天線線圈11a之寬度w11之比(W13/W11)為大致1/2~未滿1。

如上述，天線模組1a，若使磁性片13之寬度相對於天 線線圈11a狹窄，則能使天線模組整體寬度變窄。亦即，天線模組1a，可謀求通訊特性之提升並同時使模組整體更細。

再者，天線模組1a，較佳為，使磁性片13與天線線圈11a，如圖7所示，維持透過積層在天線基板11及磁性片13之至少一方之表面之黏著層14彼此重疊之狀態。此處，圖7(A)係以與磁性片13之端部13a,13b大致一致之方式將黏著層14積層在天線基板11之表面者，圖7(B)係以與天線線圈11之端部11d,11e大致一致之方式將黏著層14積層在天線基板11之表面者。

如此，天線模組1a，即使磁性片13之端部裂開散落，亦可以黏著層14承接，其結果，可防止異物在行動電話130內部飛散。尤其是，作為磁性片13，磁氣特性較高之肥粒鐵為燒結構件，容易因外力裂開散落，因此更合適。再者，從高效率地防止磁性片13之散落之觀點觀之，圖7(B)所示之與天線線圈11之寬度大致一致之方式將黏著層14積層在天線基板11之表面者，尤其較佳。

又，藉由滿足天線線圈11a由具有可撓性之天線基板11形成及磁性片13具有柔軟性中之至少一方之條件，因易於***可進一步降低粉塵落下之風險，此點較佳。再者，透過上述黏著層14，即使平面度偏向亦可追隨一方之表面，藉此可更確實地維持彼此重疊之狀態，此點較佳。

此外，本發明適用之天線模組，不一定要配置在間隙132，例如天線模組1a之一部分重疊於與讀寫器120對向之金屬板133a亦可，藉由配置在金屬板133a之外周部，能將 金屬板133a所定向之磁場高效率地引入至天線線圈11a。 再者，本發明適用之天線模組，磁性片與天線基板之配置並不限於以上述與讀寫器之關係規定之配置條件，藉由採用磁性片之兩端在磁性片***天線線圈之中心部分之方向較天線線圈之兩端位於接近天線線圈之中心部分之構成，能將磁通高效率地引入天線線圈之中心部分，可維持通訊特性並同時謀求組裝於電子機器時電子機器之筐體之小型化、薄型化。

1‧‧‧通訊裝置

1a,2a‧‧‧天線模組

11‧‧‧天線基板

11a,21a‧‧‧天線線圈

11b‧‧‧端子部

11c,21c‧‧‧中心部分

11d,11e,13a,13b,21d,21e,23a,23b‧‧‧端部

12‧‧‧通訊處理部

13,23‧‧‧磁性片

14‧‧‧黏著層

100‧‧‧無線通訊系統

120‧‧‧讀寫器

121‧‧‧天線

122‧‧‧控制基板

130‧‧‧行動電話

131‧‧‧筐體

131a‧‧‧內周壁

132‧‧‧間隙

133‧‧‧電池包

133a‧‧‧金屬板

133b‧‧‧端部

圖1係用以說明組裝有本發明適用之通訊裝置之無線通訊系統之構成之圖。

圖2(A)、圖2(B)係用以說明配置在行動電話之筐體內部之通訊裝置之構成之圖。

圖3(A)係天線模組之立體圖，圖3(B)係天線模組之剖面圖。

圖4(A)及圖4(B)係用以說明在本發明適用之天線模組中磁性片之兩方端部與天線線圈之兩方端部之位置關係之圖。

圖5係用以說明在比較例之天線模組中磁性片之兩方端部與天線線圈之兩方端部之位置關係之圖。

圖6係用以說明使天線線圈與磁性片之寬度之差變化時之通訊特性之變化之圖。

圖7(A)係以與磁性片之寬度大致一致之方式將黏著層 積層在天線基板之表面之圖，圖7(B)係以與天線線圈之寬度大致一致之方式將黏著層積層在天線基板11之表面之圖。

1a‧‧‧天線模組

11a‧‧‧天線線圈

11c‧‧‧中心部分

11d,11e,13a,13b‧‧‧端部

13‧‧‧磁性片

Claims (7)

1. 一種天線裝置，係組裝於電子機器且能接收從發訊器發射之磁場進行通訊，其特徵在於，具備：天線基板，形成有與該發訊器感應耦合之天線線圈；以及磁性片，將從該發訊器發射之磁場引入該天線線圈；該磁性片***形成在該天線基板上之天線線圈之中心部分，在該***方向，該磁性片之兩端較該天線線圈之兩端位於接近該天線線圈之中心部分；該磁性片***形成在該天線基板上之該天線線圈之中心部分，藉此該天線線圈與該磁性片彼此重疊成滿足下述配置條件，亦即，在被與該發訊器對向之筐體面定向之磁場之行進方向之上游側該磁性片較該天線線圈位於該發訊器側之配置條件、與在該定向之行進方向之下游側該天線線圈較該磁性片位於該發訊器側之配置條件之兩個配置條件。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，在該磁性片***該天線線圈之中心部分之方向，該磁性片之寬度對該天線線圈之寬度之比，約為1/2~不滿1。
3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該磁性片與該天線線圈係透過黏著層維持彼此重疊之狀態。
4. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，滿足該天線線圈由具有可撓性之天線基板形成之條件及該磁性片為具有柔軟性者之條件中之至少一方之條件。
5. 一種通訊裝置，能接收從發訊器發射之磁場進行通訊，其特徵在於，具備：天線基板，形成有與該發訊器感應耦合之天線線圈；磁性片，將從該發訊器發射之磁場引入該天線線圈；以及通訊處理部，係被流至該天線線圈之電流驅動，在與該發訊器之間進行通訊；該磁性片***形成在該天線基板上之該天線線圈之中心部分，藉此該天線線圈與該磁性片彼此重疊成滿足下述配置條件，亦即，在被與該發訊器對向之筐體面定向之磁場之行進方向之上游側該磁性片較該天線線圈位於該發訊器側之配置條件、與在該定向之行進方向之下游側該天線線圈較該磁性片位於該發訊器側之配置條件之兩個配置條件；該磁性片，在***該天線線圈之中心部分之方向，該磁性片之兩端較該天線線圈之兩端位於接近該中心部分。
6. 如申請專利範圍第5項之通訊裝置，其中，該天線線圈捲繞成該天線線圈之開口部位於該電子機器之筐體內部之與發訊器對向之導電體之端部與該筐體之內周壁之間隙。
7. 如申請專利範圍第5項之通訊裝置，其中，該天線基板與該磁性片係配置在與該發訊器對向之筐體面之外周部。