WO2015146298A1 - アンテナ装置、電子機器及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法 - Google Patents

アンテナ装置、電子機器及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法 Download PDF

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WO2015146298A1
WO2015146298A1 PCT/JP2015/053080 JP2015053080W WO2015146298A1 WO 2015146298 A1 WO2015146298 A1 WO 2015146298A1 JP 2015053080 W JP2015053080 W JP 2015053080W WO 2015146298 A1 WO2015146298 A1 WO 2015146298A1
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WO
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antenna
loop antenna
inductance
loop
size
Prior art date
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PCT/JP2015/053080
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English (en)
French (fr)
Inventor
折原 勝久
雅裕 幸保
憲男 斉藤
Original Assignee
デクセリアルズ株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device that is incorporated in an electronic device and communicates with an external device via an electromagnetic field signal, an electronic device in which the antenna device is incorporated, and an inductance adjustment method for the antenna device.
  • antenna modules for RFID have been used in order to incorporate a near field contactless communication (NFC) function.
  • This antenna module performs communication using an inductive coupling with an antenna coil mounted on a transmitter such as a reader / writer. That is, in the antenna device, when the antenna coil receives the magnetic field from the reader / writer, the antenna coil can convert the power into electric power and drive the IC functioning as a communication processing unit.
  • the antenna module needs to receive a magnetic flux of a certain value or more from the reader / writer with the antenna coil in order to reliably communicate. Therefore, in the antenna device according to the conventional example, a loop coil is provided in the casing of the mobile phone, and the coil receives the magnetic flux from the reader / writer.
  • the antenna module incorporated in an electronic device such as a cellular phone has a magnetic flux from the reader / writer rebounded due to an eddy current generated when a metal such as a substrate or a battery pack inside the device receives a magnetic field from the reader / writer. End up. For example, when considering the surface of a mobile phone case, the magnetic field coming from the reader / writer tends to be strong at the outer peripheral portion of the case surface and weak near the center of the case surface.
  • the loop coil In the case of an antenna using a normal loop coil, the loop coil is located at the central portion of the mobile phone where the opening portion cannot receive the magnetic field passing through the outer peripheral portion of the casing surface described above. For this reason, in the antenna using a normal loop coil, the efficiency which receives a magnetic field has deteriorated. Therefore, an antenna device in which a loop antenna is arranged on the outer peripheral portion of the surface of the casing where the magnetic field coming from the reader / writer is strong, and an antenna device in which the magnetic sheet is used to increase the magnetic flux to improve the performance have been proposed. . In these antenna devices, the loop antenna has a rectangular shape and is installed so that its long side is along the outer peripheral edge of the housing surface (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • a resonance capacitor is connected to the loop antenna to perform non-contact communication and power transmission between the reader / writer and the non-contact data carrier.
  • Patent Document 4 discloses an RFID tag that can adjust the resonance frequency of an RFID antenna having a built-in resonance circuit after being installed in an electronic device.
  • a magnetic material is attached so as to overlap with the antenna coil, or a conductor is attached inside the antenna coil, and the inductance is adjusted so that a desired resonance frequency is obtained.
  • a large antenna is used so as to enable good communication with a large reader / writer (R / W) installed in an automatic ticket gate of a station. Size is required. For this reason, smartphones often use large antennas having a coil width that is substantially the same as the width of the housing.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a novel and capable of improving the communication characteristics of NFC in order to achieve both the communication performance with a large reader / writer and a small IC tag.
  • An object is to provide an improved antenna device and electronic apparatus.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a new and improved antenna that can easily adjust its inductance even after installing a substantially strip-shaped loop antenna elongated in the longitudinal direction in an electronic device.
  • An object of the present invention is to provide a device and an inductance adjustment method for an antenna device.
  • One embodiment of the present invention is an antenna device which is incorporated in an electronic device and communicates with an external device via an electromagnetic field signal, and both edge portions thereof are at least from both edge portions in the width direction of the casing of the electronic device.
  • a loop antenna having a width of a predetermined distance and around which an antenna coil that is inductively coupled with the external device circulates, and is formed of a magnetic material, and is opposite to the surface facing the external device of the loop antenna.
  • a magnetic sheet configured to expand from both edge portions in the width direction of the loop antenna toward both edge portions in the width direction of the housing.
  • communication performance with an external device such as a large reader / writer is improved by a magnetic sheet that extends to both edges in the width direction of the casing of the electronic device, and both edges are electronic.
  • Communication performance with a small IC tag is ensured by a small loop antenna having a width having a predetermined distance from both edges of the housing of the device. Therefore, good communication characteristics can be obtained regardless of the size of the antenna of the opposing external device.
  • a first conductor facing the external device is provided inside the casing of the electronic device, and the size of the loop antenna in the width direction is the width direction of the first conductor.
  • the magnetic sheet may be configured to expand at least from both edge portions of the loop antenna to both edge portions in the width direction of the first conductor.
  • the magnetic sheet that extends to both edges in the width direction of the first conductor improves the communication performance with an external device such as a large reader / writer, and the loop antenna allows a small IC tag and Communication performance is ensured. Therefore, good communication characteristics can be obtained regardless of the size of the antenna of the opposing external device.
  • the magnetic sheet may be configured to be developed in the longitudinal direction of the loop antenna, including the insides of both edges of the loop antenna.
  • the magnetic sheet is configured to expand from one of both edges in the width direction of the loop antenna to one of both edges in the width direction of the first conductor. And a second magnetic sheet that extends from the other of the two edges in the width direction of the loop antenna to the other of the two edges in the width direction of the first conductor. It is good also as a structure provided with a magnetic sheet.
  • the first magnetic sheet and the second magnetic sheet improve communication performance with an external device such as a large reader / writer, and the loop antenna ensures communication performance with a small IC tag.
  • a hole having a predetermined size may be formed in any part of the magnetic sheet facing the opening on the center side of the loop antenna.
  • magnetic flux from an external device such as an IC tag can be collected and guided to the center side of the loop antenna by the magnetic sheet in which the hole is formed.
  • Another aspect of the present invention is an electronic device in which any of the antenna devices described above is incorporated and can communicate with an external device via an electromagnetic field signal.
  • the communication characteristics can be enhanced by utilizing the magnetic shield effect of the main metal plate of the electronic device regardless of the size of the antenna of the external device.
  • Another aspect of the present invention is an antenna device that is incorporated in an electronic device and communicates with an external device via an electromagnetic field signal, and is a substantially strip-shaped loop around which an antenna coil that is inductively coupled with the external device circulates.
  • Any surface of the loop antenna, a magnetic sheet formed of an antenna and a magnetic body, and affixed on the opposite side of the surface facing the external device of the loop antenna or penetrating the opening of the loop antenna Inductance adjustment that is bridged over both edges in the width direction of the loop antenna so as to cover the vicinity of the center of the opening formed inside the loop antenna, and that can adjust the magnitude of the inductance of the loop antenna A member.
  • an antenna device including a substantially strip-shaped loop antenna by bridging an inductance adjusting member in the vicinity of the center portion of the loop antenna and bridging both ends in the width direction of the loop antenna.
  • the inductance can be easily controlled in a state where it is mounted on an electronic device.
  • the inductance adjusting member may be capable of adjusting the size of the inductance by adjusting the size of the loop antenna in the longitudinal direction.
  • the inductance adjusting member is made of a magnetic material, and the size of the inductance can be increased by increasing the size of the loop antenna in the longitudinal direction. Also good.
  • the inductance can be increased to a desired size by increasing the size of the inductance adjusting member in the longitudinal direction of the loop antenna.
  • the inductance adjusting member may be formed of a good conductor, and the size of the inductance may be reduced by increasing the size of the loop antenna in the longitudinal direction. Good.
  • the inductance can be reduced to a desired size by increasing the longitudinal size of the inductance adjusting member in the loop antenna.
  • Another aspect of the present invention is an antenna device inductance adjustment method for adjusting an inductance of a loop antenna provided in an antenna device that communicates with an external device via an electromagnetic field signal, wherein the loop antenna has a substantially strip shape.
  • the width of the loop antenna is placed on any surface of the loop antenna so that an inductance adjusting member capable of adjusting the inductance of the loop antenna covers the vicinity of the center of the opening formed inside the loop antenna.
  • an antenna device having a substantially strip-shaped loop antenna is provided by bridging an inductance adjusting member in the vicinity of the center portion of the loop antenna so as to bridge both edges in the width direction of the loop antenna. Inductance can be easily controlled while mounted on an electronic device.
  • the inductance adjustment member in the adjustment member installation step, is formed of a magnetic material and is bridged across both edges in the width direction of the loop antenna, and the inductance adjustment step Then, it is good also as increasing the magnitude
  • the inductance can be increased to a desired size by increasing the size of the inductance adjusting member in the longitudinal direction of the loop antenna.
  • the inductance adjustment member formed from a good conductor is bridged across the both edge portions of the loop antenna, and in the inductance adjustment step, the inductance is adjusted.
  • the size of the inductance may be decreased by increasing the size of the adjustment member in the longitudinal direction of the loop antenna.
  • the inductance can be reduced to a desired size by increasing the longitudinal size of the inductance adjusting member in the loop antenna.
  • the performance of an NFC antenna built into an electronic device such as a mobile phone with respect to a small tag is greatly improved, and good communication characteristics that are not affected by the size of an opposing antenna are obtained. can get. Therefore, the NFC communication characteristics are enhanced by achieving compatibility with both the large reader / writer and the small IC tag.
  • the inductance can be easily adjusted even after a substantially strip-shaped loop antenna elongated in the longitudinal direction is installed in an electronic device. For this reason, since the optimum relationship between the inductance of the antenna device and the matching circuit can be maintained, good communication characteristics can be obtained even when the same antenna device is mounted on different electronic devices.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2A is a perspective view illustrating an example of an electronic apparatus including the antenna device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a plan view of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are plan views of modifications of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B are plan views of other modifications of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to another embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to another embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a circuit of a wireless communication system to which an antenna device according to another embodiment of the present invention is applied.
  • 7A and 7B are explanatory views showing an example of an electronic apparatus including an antenna device according to another embodiment of the present invention, FIG. 7A is a perspective view, and FIG. 7B is a plan view.
  • 8A and 8B are perspective views showing a schematic configuration of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of an antenna device as a comparative example.
  • 10A and 10B are explanatory diagrams of an evaluation method for confirming the operation and effect of the antenna device according to the embodiment of the present invention, FIG. 10A is a perspective view, and FIG. 10B is a plan view.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are graphs showing communication performance evaluation results for confirming the operation and effect of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A shows the movement of each antenna device in the X-axis direction.
  • FIG. 11B shows the evaluation result of the communication performance when each antenna device is moved in the Y-axis direction.
  • 12A and 12B are explanatory views of an evaluation method for confirming other functions and effects of the antenna device according to the embodiment of the present invention, FIG. 12A is a perspective view, and FIG. 12B is a plan view.
  • FIG. 13A and 13B are graphs showing evaluation results of communication performance for confirming other functions and effects of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A shows the movement of each antenna device in the X-axis direction.
  • FIG. 11B shows the evaluation result of the communication performance when each antenna device is moved in the Y-axis direction.
  • 12A and 12B are explanatory views of an evaluation method for confirming other
  • FIG. 13A shows each antenna device in the X-axis direction.
  • FIG. 13B shows the evaluation result of the communication performance when each antenna apparatus is moved in the Y-axis direction.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a normal rectangular antenna device as a comparative example of the antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • 15A and 15B are diagrams showing the magnetic field strength of the antenna device shown in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration of an example of an antenna apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 17A and 17B are diagrams showing the magnetic field strength of the antenna device shown in FIG. 18A and 18B are perspective views showing a schematic configuration of an antenna apparatus which is a modification of the example of the antenna apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 18A and 18B are diagrams showing the magnetic field strength of the antenna device shown in FIGS. 18A and 18B.
  • 20A and 20B are explanatory views of an embodiment of changing the width of the inductance adjusting member
  • FIG. 20A is an explanatory view of changing the width of the inductance adjusting member made of a magnetic material
  • FIG. 20B is an inductance made of a good conductor. Explanatory drawing of the width change of an adjustment member is shown.
  • FIG. 21 is a graph showing the results of an example of changing the width of the inductance adjusting member.
  • FIG. 22A and FIG. 22B are explanatory views of an embodiment of changing the position of an inductance adjusting member made of a magnetic material.
  • FIG. 23A and FIG. 23B are explanatory diagrams of an embodiment of changing the position of an inductance adjusting member made of a good conductor.
  • FIG. 24 is a graph showing the results of an example of changing the position of the inductance adjusting
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 2A is an electronic device including the antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a perspective view illustrating an example
  • FIG. 2B is a plan view of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • the antenna device 1 is a device that is incorporated in an electronic device 30 and communicates with an external device via an electromagnetic field signal.
  • the antenna device 1 is incorporated in an RFID wireless communication system 100 as shown in FIG. Used.
  • the wireless communication system 100 includes an antenna device 1 provided in the electronic device 30 and a reader / writer 120 serving as an external device that accesses the antenna device 1.
  • the antenna device 1 and the reader / writer 120 are arranged to face each other in the XY plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system XYZ shown in FIG.
  • the reader / writer 120 functions as a transmitter that transmits a magnetic field in the Z-axis direction to the antenna devices 1 that face each other in the XY plane.
  • the reader / writer 120 includes an antenna 121 that transmits a magnetic field toward the antenna device 1.
  • a control board 122 that communicates with the antenna device 1 that is inductively coupled via the antenna 121.
  • the reader / writer 120 is provided with a control board 122 electrically connected to the antenna 121.
  • a control circuit made of electronic components such as one or a plurality of integrated circuit chips is mounted on the control board 122.
  • the control circuit executes various processes based on the data received from the antenna device 1.
  • the control circuit when transmitting data to the antenna device 1, the control circuit encodes the data, modulates a carrier wave of a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) based on the encoded data, and modulates the modulation.
  • the signal is amplified, and the antenna 121 is driven by the amplified modulation signal.
  • the control circuit When reading data from the antenna device 1, the control circuit amplifies the modulation signal of the data received by the antenna 121, demodulates the modulation signal of the amplified data, and decodes the demodulated data.
  • a coding system and a modulation system used in a general reader / writer are used.
  • a Manchester coding system or an ASK (Amplitude Shift Keying) modulation system is used.
  • ASK Amplitude Shift Keying
  • the antenna device 1 is incorporated in a housing of an electronic device 30 such as a mobile phone that is disposed so as to face the reader / writer 120 in the XY plane during communication, and communicates with an external device via an electromagnetic field signal.
  • the antenna device 1 of the present embodiment includes an antenna module 2, a metal plate 3, and a magnetic sheet 20 (see FIGS. 2A and 2B).
  • the antenna module 2 is provided inside the housing 32 (see FIG. 2A) of the electronic device 30 and communicates with the reader / writer 120 that is inductively coupled.
  • the antenna module 2 includes a loop antenna 11, a communication processing unit 13, and a connection unit 14.
  • the loop antenna 11 is provided inside the housing 32 of the electronic device 30 and has an antenna coil 12 (see FIG. 2A) that can communicate with the reader / writer 120 by being inductively coupled to the reader / writer 120 serving as an external device. Go around.
  • the loop antenna 11 is provided on the inner side of the reader / writer 120 with a predetermined distance from the outer edge 3 a of the metal plate 3.
  • the loop antenna 11 is a small antenna having a width that allows both edge portions 11 a to have a size with a predetermined distance from both edge portions 32 a of the housing 32 of the electronic device 30.
  • an antenna coil 12 formed by patterning a flexible conductive wire such as a flexible flat cable, and the antenna coil 12 and the communication processing unit 13 are electrically connected to the loop antenna 11.
  • a terminal portion 14 is mounted.
  • the loop antenna 11 has a substantially rectangular shape as shown in FIG. 2A, and one conductor wire of the antenna coil 12 is circulated along the outer shape, and the center side is an opening 12a.
  • the loop antenna 11 is arranged such that the main surface around which the antenna coil 12 circulates faces the reader / writer 120 in the XY plane shown in FIG. 1 during communication.
  • the loop antenna 11 is configured such that the size in the width direction is smaller than the size in the width direction of the metal plate 3, and inductive coupling with the reader / writer 120 serving as an external device.
  • the antenna coil 12 to be rotated is circulating. That is, the size of the loop antenna 11 in the width direction (Y direction shown in FIG. 2A) is made smaller than the width of the metal plate 3, and both the edge portions 11a of the loop antenna 11 are respectively connected to the both edge portions 3a of the metal plate 3. It is configured to have a predetermined distance.
  • the loop antenna 11 has both edge portions 11a as a predetermined distance from both edge portions 32a of the housing 32 of the electronic device 30, for example, as shown in FIGS.
  • the antenna has a width that is a size that is configured to have a distance of about 1/3 of the distance. That is, in this embodiment, the width of the loop antenna 11 is about 1 / of the width of the casing 32, in other words, the width of the metal plate 3, and the loop antenna 11 is connected to the casing 32 (metal plate 3). ) In the width direction.
  • the loop antenna 11 is small in size so as to be about 1/3 of the width of the metal plate 3 in the housing 32, and therefore communicates via an electromagnetic field signal. Good communication characteristics can be obtained for a small antenna such as a small IC tag.
  • the loop antenna 11 has a substantially rectangular shape.
  • the shape of the loop antenna 11 may be other shapes such as an ellipse as long as the antenna coil 12 circulates.
  • the antenna coil 12 When the antenna coil 12 receives a magnetic field transmitted from the reader / writer 120, the antenna coil 12 is magnetically coupled to the reader / writer 120 by inductive coupling, receives the modulated electromagnetic wave, and performs communication processing on the received signal via the terminal unit 14. To the unit 13.
  • the communication processing unit 13 is driven by a current flowing through the antenna coil 12 and communicates with the reader / writer 120. Specifically, the communication processing unit 13 demodulates the received modulation signal, decodes the demodulated data, and writes the decoded data in the internal memory of the communication processing unit 13.
  • the communication processing unit 13 reads the data to be transmitted to the reader / writer 120 from the internal memory, encodes the read data, modulates the carrier wave based on the encoded data, and is magnetically coupled by inductive coupling.
  • the radio wave modulated via the coil 12 is transmitted to the reader / writer 120.
  • the communication processing unit 13 may be driven not by power flowing through the antenna coil 12 but by power supplied from a power supply unit such as a battery pack or an external power source incorporated in the electronic device.
  • the metal plate 3 is provided in the housing 32 of the electronic device 30 and serves as a first conductor facing the reader / writer 120 serving as an external device.
  • the metal plate 3 is provided in a housing of an electronic device such as a mobile phone, a smartphone, or a tablet PC, for example, and constitutes a first conductor that faces the reader / writer 120 during communication of the antenna module 2.
  • a metal cover affixed to the inner surface of the smartphone casing, a metal casing of a battery pack stored in the smartphone, or the back surface of the liquid crystal module of the tablet PC Corresponds to a metal plate or the like.
  • the magnetic sheet 20 is formed of a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite.
  • a magnetic flux sent from the reader / writer 120 during communication of the antenna module 2 is used as a loop antenna.
  • 11 has a function of guiding toward the center side.
  • the magnetic sheet 20 is provided on the opposite side of the surface facing the reader / writer 120 as shown in FIG. 2A, and extends in the longitudinal direction (X direction) of the loop antenna 11 as shown in FIG. 2B.
  • the metal plate 3 is provided so as to expand in the width direction (X direction). That is, the magnetic sheet 20 is configured to be developed in the longitudinal direction (X direction) of the loop antenna 11 including the inside of both edge portions 11 a of the loop antenna 11.
  • the magnetic sheet 20 is configured to be deployed on the outer and inner sides of both edge portions 11a of the loop antenna 11. For this reason, for the reader / writer 120 having a large antenna, the magnetic flux from the reader / writer 120 is collected on the center side of the loop antenna 11 by the portion of the magnetic sheet 20 that is developed outside the loop antenna 11. Can be guided. On the other hand, for an IC tag or the like having a small antenna, the magnetic flux from the IC tag can be collected and guided to the center side of the loop antenna 11 by the portion of the magnetic sheet 20 that is developed inside the loop antenna 11.
  • the communication characteristics can be further improved.
  • the NFC communication characteristics can be enhanced by using the magnetic shield effect of the main metal plate 3 of the electronic device 30 without being influenced by the size of the antenna of the external device 120.
  • the magnetic sheet 20 is entirely provided below the loop antenna 11 including the inside of the opening 12a of the loop antenna 11. For this reason, regardless of the size of the IC tag, the communication performance of both the large reader / writer and the small IC tag can be compatible, and the NFC communication characteristics can be improved.
  • the magnetic sheet 20 is configured to be deployed on the outer side and the inner side of the both edge portions 11a of the loop antenna 11, but the antenna device 1 has other configurations. It is also possible to do. That is, in the antenna device 1 according to the present embodiment, the magnetic sheet 20 is provided on the opposite side of the surface facing the external device 120 of the loop antenna 11, and at least the both edges 11 a in the width direction of the loop antenna 11. What is necessary is just to become the structure expand
  • the magnetic sheet 20 only needs to be configured to expand from both edge portions 11 a in the width direction of the loop antenna 11 to both edge portions 3 a in the width direction of the metal plate 3.
  • the present invention can also be applied to the following modification examples.
  • the first magnetic sheet 21a and the second magnetic sheet 21b are respectively connected to both the metal plates 3 from both edges 11a of the loop antenna 11. It is good also as a structure expand
  • the shape of the loop antenna 11 may be other than the substantially rectangular shape as long as the antenna coil 12 is configured to circulate.
  • the shape of the loop antenna 31 is a shape that avoids the central hole 23a of the magnetic sheet 23, or a part of the loop antenna 41 is made of the magnetic sheet 24 as shown in FIG. 4B. It is good also as a shape avoided outside while approaching the center hole 24a.
  • NFC communication characteristics can be improved by achieving both performance and compatibility.
  • the main metal plate 3 such as an internal substrate / battery or other metal parts is used.
  • communication with the reader / writer 120 is performed using a large magnetic sheet 20 provided toward the outside of the loop antenna 11.
  • the width of the loop antenna 11 is set to about 1/3 of the width of the housing 32, that is, the width of the metal plate 3, and the size of the loop antenna 11 is set to the size of the IC tag 221 (see FIGS. 8A and 8B).
  • the small IC tag 221 and good communication characteristics are obtained by keeping the small size corresponding to the outer diameter.
  • the performance of the NFC antenna built into the electronic device 30 such as a mobile phone with respect to a small tag is greatly improved, and it is not affected by the size of the opposing antenna. Communication characteristics can be obtained. For this reason, the communication characteristics of both NFC and a small IC tag are compatible, and the NFC communication characteristics are improved.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of a wireless communication system to which an antenna device according to another embodiment of the present invention is applied.
  • An antenna device 201 according to the present embodiment is a device that is incorporated in an electronic device 230 and communicates with an external device via an electromagnetic field signal.
  • the antenna device 201 is incorporated in an RFID wireless communication system 300 as shown in FIG. Used.
  • the wireless communication system 300 includes an antenna device 201 provided in the electronic device 230 and a reader / writer 320 serving as an external device that accesses the antenna device 201.
  • the antenna device 201 and the reader / writer 320 are arranged to face each other in the xy plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system xyz shown in FIG.
  • the reader / writer 320 functions as a transmitter that transmits a magnetic field in the z-axis direction to the antenna devices 201 that face each other in the xy plane.
  • the reader / writer 320 includes an antenna 321 that transmits a magnetic field toward the antenna device 201 And a control board 322 that communicates with the antenna device 201 that is inductively coupled via the antenna 321.
  • the reader / writer 320 is provided with a control board 322 electrically connected to the antenna 321.
  • a control circuit made of electronic components such as one or a plurality of integrated circuit chips is mounted. The control circuit executes various processes based on the data received from the antenna device 201.
  • the control circuit when transmitting data to the antenna device 201, the control circuit encodes the data, modulates a carrier wave of a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) based on the encoded data, and modulates the modulation.
  • the signal is amplified, and the antenna 321 is driven by the amplified modulation signal.
  • the control circuit when reading data from the antenna device 201, the control circuit amplifies the modulation signal of the data received by the antenna 321, demodulates the modulation signal of the amplified data, and decodes the demodulated data.
  • a coding system and a modulation system used in a general reader / writer are used.
  • a Manchester coding system or an ASK (Amplitude Shift Keying) modulation system is used.
  • ASK Amplitude Shift Keying
  • the antenna device 201 is incorporated in a housing 232 (see FIG. 7A) of an electronic device 230 such as a mobile phone that is arranged to face the reader / writer 320 in the xy plane shown in FIG. 5 during communication. Communicates with the reader / writer 320 via an electromagnetic field signal.
  • the antenna device 201 of this embodiment includes an antenna module 202, a metal plate 203, and a magnetic sheet 220 (see FIG. 7A).
  • the antenna module 202 is provided inside the housing 232 of the electronic device 230 and communicates with the reader / writer 320 that is inductively coupled.
  • the antenna module 202 includes a loop antenna 211, a communication processing unit 213, and a terminal unit 214.
  • the loop antenna 211 is provided inside the housing 232 of the electronic device 230, and the antenna coil 211a that can communicate with the reader / writer 320 is circulated by being inductively coupled to the reader / writer 320 serving as an external device.
  • the loop antenna 211 includes, for example, an antenna coil 211a formed by patterning a flexible conductive wire such as a flexible flat cable, and a terminal unit 214 that electrically connects the antenna coil 211a and the communication processing unit 213. And have been implemented.
  • the loop antenna 211 is arranged so that the main surface around which the antenna coil 211a circulates opposes the reader / writer 320 on the xy plane during communication.
  • the antenna coil 211 a When the antenna coil 211 a receives a magnetic field transmitted from the reader / writer 320, the antenna coil 211 a is magnetically coupled to the reader / writer 320 by inductive coupling, receives the modulated electromagnetic wave, and performs communication processing of the received signal via the terminal unit 214. To the unit 213.
  • the communication processing unit 213 is driven by a current flowing through the antenna coil 211a and communicates with the reader / writer 320. Specifically, the communication processing unit 213 demodulates the received modulation signal, decodes the demodulated data, and writes the decoded data in the internal memory included in the communication processing unit 213. The communication processing unit 213 reads data to be transmitted to the reader / writer 320 from the internal memory, encodes the read data, modulates a carrier wave based on the encoded data, and is magnetically coupled by inductive coupling. The modulated radio wave is transmitted to the reader / writer 320 through the coil 211a. Note that the communication processing unit 213 may be driven not by the power flowing through the antenna coil 211a but by power supplied from a power supply unit such as a battery pack or an external power source incorporated in the electronic device.
  • a power supply unit such as a battery pack or an external power source incorporated in the electronic device.
  • the metal plate 203 is provided in the housing of the electronic device 230 and serves as a first conductor facing the reader / writer 320 serving as an external device.
  • the metal plate 203 is provided in a housing of an electronic device such as a mobile phone, a smartphone, or a tablet PC, and constitutes a first conductor that faces the reader / writer 320 when the antenna module 202 communicates.
  • the first conductor for example, a metal cover affixed to the inner surface of the smartphone casing, a metal casing of a battery pack stored in the smartphone, or the back surface of the liquid crystal module of the tablet PC Corresponds to a metal plate or the like.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a circuit of a wireless communication system to which an antenna device according to another embodiment of the present invention is applied.
  • the loop antenna 211 that functions as the antenna circuit of the antenna device 201 includes the antenna coil 211a and the capacitor 211b.
  • the antenna coil 211a is formed in a rectangular shape, and generates a back electromotive force according to a change in magnetic flux interlinked with the antenna coil 211a among magnetic fluxes radiated from the antenna 322 of the reader / writer 320.
  • the capacitor 211b is a capacitor whose capacity can be adjusted by a control voltage output from the communication processing unit 213.
  • a variable capacity diode called a varicap or a variable capacity capacitor made of a ferroelectric material having excellent withstand voltage characteristics It is.
  • the loop antenna (antenna circuit) 211 includes an antenna coil 211a and a capacitor 211b by electrically connecting an antenna coil 211a and a capacitor 211b to form a resonance circuit, and changing the capacitance of the capacitor 211b. The resonance frequency of the resonance circuit is adjusted.
  • the communication processing unit 213 is configured by a microcomputer including a modulation / demodulation circuit 213a, a CPU 213b, and a memory 213c.
  • the modem circuit 213a performs a modulation process for generating a modulated wave in which data transmitted from the antenna circuit 211 to the reader / writer 320 is superimposed on a carrier. Also, the modem circuit 213a performs a demodulation process for extracting data from the modulated wave output from the reader / writer 320.
  • the CPU 213b reads the control voltage information stored in the memory 213c, applies the control voltage V to the capacitor 211b, and adjusts the capacitance of the capacitor 211b, thereby adjusting the resonance frequency due to the error and variation of the element at the time of manufacture. Correct the misalignment.
  • the resonance frequency of the antenna circuit 211 matches the oscillation frequency of the reader / writer 320 in consideration of the deviation between the resonance frequency of the antenna circuit 211 and the oscillation frequency at which the reader / writer 320 oscillates the magnetic field. Control voltage information for controlling the capacity of the capacitor 211b is stored.
  • the antenna 322 includes an antenna coil 321a and a capacitor 321b
  • the control board 322 includes a modulation / demodulation circuit 322a, a CPU 322b, and a memory 322c.
  • the antenna coil 321a is formed in, for example, a rectangular shape, and is magnetically coupled to the antenna coil 211a on the antenna device 201 side to transmit and receive various data such as commands and write data, and to be used in the antenna device 201. Supply power.
  • the capacitor 321b is connected to the antenna coil 321a to form a resonance circuit.
  • the modem circuit 322a performs a modulation process for generating a modulated wave in which data transmitted from the reader / writer 320 to the antenna device 201 is superimposed on a carrier. Further, the modem circuit 322a performs a demodulation process for extracting data from the modulated wave transmitted from the antenna device 201.
  • the CPU 322b controls the modulation / demodulation circuit 322a so as to send the data read from the memory 322c to the antenna device 201, and performs processing for writing the data demodulated by the modulation / demodulation circuit 322a into the memory 322c.
  • the loop antenna (antenna circuit) 211 of the antenna device 201 adjusts the capacitance of the capacitor 211b of the antenna circuit 211 by the control voltage controlled by the communication processing unit 213, thereby resonating the antenna circuit 211.
  • the frequency is matched with the oscillation frequency of the reader / writer 320 so that stable communication can be realized.
  • FIG. 7A and 7B are explanatory views showing an example of an electronic apparatus including an antenna device according to another embodiment of the present invention, FIG. 7A is a perspective view, and FIG. 7B is a plan view.
  • the antenna device 201 of the present embodiment is incorporated in the housing 232 of the electronic device 230 and communicates with the external device 320 (see FIG. 5) via an electromagnetic field signal.
  • the antenna device 201 includes a metal plate 203 as a first conductor facing the external device 320, a loop antenna 211 around which an antenna coil 211a that is inductively coupled to the external device 320, and a loop
  • the magnetic sheet 220 provided in the opposite side to the surface facing the external apparatus 320 of the antenna 211, and the inductance adjustment member 215 which can adjust the magnitude
  • the loop antenna 211 is provided in any vicinity of the outer edge portion 203a of the metal plate 203 serving as the first conductor.
  • “in the vicinity of the outer edge portion 203a of the metal plate 203” refers to a spatial region including a region near the distance from the outer edge portion 203a immediately above the outer edge portion 203a of the metal plate 203.
  • the loop antenna 211 has a substantially strip shape elongated in the longitudinal direction, and one conductor wire of the antenna coil 211a is circulated along the outer shape, and the center side thereof is an opening 212a.
  • the “longitudinal direction” of the loop antenna 211 indicates a direction in which the length or outer diameter indicates the maximum value, and in the case of a substantially rectangular shape, the long side direction, and in the case of a substantially elliptical shape, the long axis. The direction shall be indicated.
  • the magnetic sheet 220 has a function of guiding the magnetic flux sent from the reader / writer 320 during communication of the antenna module 202 to the opening 212a on the center side of the loop antenna 211 in order to enhance the communication characteristics of the antenna module 202.
  • the magnetic sheet 220 is made of a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite, and is provided on the opposite side of the loop antenna 211 from the facing surface 211d of the external device 320, that is, on the lower side of the loop antenna 211.
  • the magnetic sheet 220 is affixed to the opposite side of the surface 211d of the loop antenna 211 facing the external device 320, but the magnetic sheet 220 may be provided through the opening 212a of the loop antenna 211. Good.
  • the inductance adjusting member 215 is formed on the inner side of the loop antenna 211 facing the facing surface 211d so as to be bridged across both edge portions 211c in the width direction of the loop antenna 211 (X direction shown in FIGS. 7A and 7B). It is provided so as to cover the vicinity of the center of the opening 212a.
  • the inductance adjusting member 215 can adjust the size of the inductance L of the loop antenna 211 by adjusting the size of the loop antenna 211 in the longitudinal direction.
  • the inductance L of the antenna device 201 including the substantially strip-shaped loop antenna 211 can be easily controlled in a state where the inductance L is mounted on the electronic device 230.
  • the inductance adjusting member 215 is provided on the surface facing the external device 320. However, if it is configured to straddle at least a part of the opening 212a of the loop antenna 211, the back surface thereof. It may be provided on the side. In particular, when the magnetic sheet 220 is configured to pass through the opening 212 a of the loop antenna 211, the inductance adjusting member 215 may be provided on any surface of the loop antenna 211.
  • FIGS. 8A and 8B are perspective views showing a schematic configuration of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • the inductance adjustment member 215 is connected to the loop antenna 211, particularly when the loop antenna 211 has a substantially strip shape elongated in the longitudinal direction.
  • the inductance L is adjusted to a desired size when it is provided on any surface of the loop antenna 211, that is, on the side facing the external device 320 or on the back side thereof so as to straddle the opening 212a in the width direction. I found out that I can do it. It has also been found that the inductance L can be adjusted to a desired size by adjusting the size of the inductance adjusting member 215 in the longitudinal direction of the loop antenna 211.
  • the inductance adjusting member 215 is bridged in the vicinity of the center of the opening 212a of the loop antenna 211 over both edges 211c in the width direction of the loop antenna 211 (Y direction shown in FIGS. 8A and 8B). That is, the inductance adjusting member 215 is provided on the side facing the external device 320 so as to straddle at least a part of the opening 12a of the loop antenna 211.
  • the inductance adjusting member 215 can adjust the inductance L to a desired size by adjusting the size of the loop antenna 211 in the longitudinal direction.
  • the inductance adjustment step of adjusting the length of the inductance adjustment member 215 in the loop antenna 211 is performed. By doing so, the inductance of the loop antenna 211 can be adjusted to a desired size.
  • the inductance adjusting member 215 when the inductance adjusting member 215 is formed of a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite, the longitudinal direction of the loop antenna 211 of the inductance adjusting member 215 Is increased, the inductance of the loop antenna 211 is increased. That is, when the magnetic sheet 216 made of a magnetic material is used as the inductance adjusting member 215, the magnetic flux near the center of the opening 212a of the loop antenna 211 is linked to the antenna coil 211a via the magnetic sheet 216. As a result, the inductance L of the loop antenna 211 increases. As described above, by increasing the size of the magnetic sheet 216 in the longitudinal direction of the loop antenna 211, the inductance can be increased to a desired size.
  • a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite
  • the loop antenna 211 is increased by increasing the length of the inductance adjusting member 215 in the loop antenna 211. Reduce the magnitude of the inductance. That is, as shown in FIG. 8B, when a metal foil 217 made of a good conductor is used as the inductance adjusting member 215, the effective area of the loop antenna 211 that receives the magnetic field from the reader / writer 320 is reduced. The inductance L of the loop antenna 211 decreases. Thus, by increasing the longitudinal size of the metal foil 217 in the loop antenna 211, the inductance can be reduced to a desired size.
  • a good conductor such as copper, silver, aluminum, or iron
  • the inductance adjusting member 215 is bridged in the vicinity of the center of the opening 212a of the loop antenna 211 over both edges 211c in the width direction of the loop antenna 211. Affixed to the loop antenna 211.
  • the magnetic sheet 216 is pasted as the inductance adjusting member 215 on the facing surface 211d side of the external device 320 so as to straddle the opening 212a of the loop antenna 211.
  • the metal foil 217 as the inductance adjusting member 215 is attached to the facing surface 211 d side of the external device 320 so as to straddle the opening 212 a of the loop antenna 211.
  • the inductance of the loop antenna 211 can be adjusted by attaching the inductance adjusting member 215 so as to close the opening 212a in the short side direction, that is, the width direction of the loop antenna 211.
  • the inductance adjusting member 215 is attached to the opening 212a of the loop antenna 211, it is more resistant to an error in the attaching position if it is attached a little wider over the entire width in the short side direction of the loop antenna 211. Since it increases, it is preferable.
  • the loop antenna 211 has a substantially strip shape elongated in the longitudinal direction, the distance between both edge portions 211c in the width direction (short side direction) of the loop antenna 211 is reduced.
  • the directions of currents flowing through the antenna coil 211a at both edges 211c in the longitudinal direction (long side direction) of the loop antenna 211 are opposite to each other through the opening 212a.
  • the magnetic fields generated by the current flowing through the antenna coil 212 in the longitudinal direction reinforce each other.
  • the magnetic fields generated by the current flowing through the antenna coil 212 in the longitudinal direction are weakened.
  • the magnetic sheet 216 is used as the inductance adjusting member 215 so as to straddle the opening 212a.
  • the magnetic field generated in the opening 212a can be absorbed efficiently and the inductance can be increased.
  • the metal foil 217 as the inductance adjusting member 215 so as to straddle the opening 212a the magnetic field generated in the opening 212a can be efficiently blocked and the inductance can be reduced.
  • the antenna device 201 of the present embodiment can adjust the inductance of the loop antenna 211 to a desired size by attaching the inductance adjusting member 215 so as to straddle the opening 212a of the loop antenna 211. That is, even when the antenna device 201 is mounted on the electronic device 230, the inductance can be easily adjusted by attaching the inductance adjusting member 215 so as to straddle the opening 212a of the loop antenna 211. Therefore, even when the same antenna device 201 and loop antenna 211 are mounted on different electronic devices, the inductance can be adjusted to a desired size in the mounted state, so that good communication characteristics of the electronic device can be obtained. become.
  • Example 1 NFC antenna shown in FIG. 3A a Type 1 NFC antenna shown in FIG. 3A
  • a Type 2 NFC antenna shown in FIG. 2B a conventional large NFC antenna (Benchmark) shown in FIG.
  • Benchmark a conventional large NFC antenna shown in FIG.
  • this invention is not limited to a present Example.
  • 10A and 10B are explanatory diagrams of an evaluation method for confirming the operation and effect of the antenna device according to the embodiment of the present invention, FIG. 10A is a perspective view, and FIG. 10B is a plan view. is there.
  • FIG. 3A As an example of the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 3A, Type 1 shown in FIG. 3B, Type 2 shown in FIG. 2B, and the conventional antenna device (Benchmark) shown in FIG.
  • Benchmark As shown in FIGS. 10A and 10B, the coupling coefficient when the opposing reader / writer 120 is moved in a predetermined direction was obtained by simulation.
  • the antenna device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3A is used to make the antenna device 1 and the large antenna 121a of the reader / writer 120 (see FIG. 1) face each other.
  • the communication characteristics when the relative positional relationship between the loop antenna 11 and the large antenna 121a on the reader / writer 120 side was changed were evaluated.
  • the antenna device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2B is used to make the antenna device 1 and the large antenna 121a of the reader / writer 120 (see FIG. 1) face each other.
  • the communication characteristics when the relative positional relationship between the loop antenna 11 and the large antenna 121a on the reader / writer 120 side was changed were evaluated.
  • the loop antenna 111 and the reader / writer 120 are opposed to each other using an antenna device including a large loop antenna 111 as shown in FIG.
  • the communication characteristics when the relative positional relationship between the loop antenna 11 and the large antenna 121a on the reader / writer 120 side was changed were evaluated.
  • the communication characteristics when moved in the X and Y directions shown in FIGS. 10A and 10B were evaluated.
  • the antenna 101 of the reader / writer 120 is a two-turn coil 121a having an outer diameter defined in the xy axis direction of 70 mm.
  • the antenna size of the prior art (Benchmark) is 40 mm ⁇ 35 mm
  • the magnetic sheet (ferrite) size is 41 mm ⁇ 36 mm ⁇ 0.2 mm
  • the antenna size of Example 1 (Type 1) is the coil outer shape.
  • the antenna size of Example 2 (Type 2) was 27 mm ⁇ 35 mm for the coil outer shape and 56 mm ⁇ 36 mm ⁇ 0.2 mm for the ferrite outer shape.
  • Example 1 Example 2, and a comparative example are 4 coils, respectively. Furthermore, the distance between the large antenna 121a of the reader / writer 120 defined in the z-axis direction and the antennas of the first, second, and comparative examples was 55 mm.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are graphs showing communication performance evaluation results for confirming the operation and effect of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A shows the movement of each antenna device in the X-axis direction.
  • FIG. 11B shows the evaluation result of the communication performance when each antenna device is moved in the Y-axis direction.
  • Example 1 and Example 2 are not so different from the comparative example as compared with the prior art as a comparative example. Therefore, even if the size of the loop antenna 11 is smaller than that of the conventional large antenna, by providing a magnetic sheet that expands toward the outside of both edges 11a of the loop antenna 11, the same as the conventional large antenna is provided. It can be seen that a certain degree of communication characteristics are secured.
  • FIG. 12A and 12B are explanatory views of an evaluation method for confirming other functions and effects of the antenna device according to the embodiment of the present invention, FIG. 12A is a perspective view, and FIG. 12B is a plan view. FIG.
  • FIG. 3A As an example of the antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 3A, Type 1 shown in FIG. 3B, Type 2 shown in FIG. 2B, and the conventional antenna device (Benchmark) shown in FIG.
  • Benchmark As shown in FIGS. 10A and 10B, the coupling coefficient when the opposing reader / writer 120 is moved in a predetermined direction was obtained by simulation.
  • the antenna device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3A is used so that the antenna device 1 and the small IC tag 151 face each other, and the loop antenna 11 and the small IC. Communication characteristics when the relative positional relationship of the tag 151 was changed were evaluated.
  • the antenna device 1 and the small IC tag 151 are opposed to each other using the antenna device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. Communication characteristics when the relative positional relationship of the tag 151 was changed were evaluated.
  • the small IC tag 221 was a 5-turn coil having a pattern outer shape of 20 mm ⁇ 25 mm.
  • the antenna size of the prior art (Benchmark) is 40 mm ⁇ 35 mm
  • the magnetic sheet (ferrite) size is 41 mm ⁇ 36 mm ⁇ 0.2 mm
  • the antenna size of Example 1 (Type 1) is the coil outer shape.
  • the antenna size of Example 2 (Type 2) was 27 mm ⁇ 35 mm for the coil outer shape and 56 mm ⁇ 36 mm ⁇ 0.2 mm for the ferrite outer shape.
  • Example 1 Example 2, and a comparative example are 4 coils, respectively. Furthermore, the distance between the large antenna 121a of the reader / writer 120 defined in the z-axis direction and the antennas of the first, second, and comparative examples was 1.5 mm.
  • FIG. 13A and 13B are graphs showing evaluation results of communication performance for confirming other functions and effects of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A shows each antenna device in the X-axis direction.
  • FIG. 13B shows the evaluation result of the communication performance when each antenna apparatus is moved in the Y-axis direction.
  • Example 1 Referring to the communication performance due to movement in the X-axis direction, as shown in FIG. 13A, it can be seen that the communication characteristics of both Example 1 and Example 2 are significantly improved as compared with the conventional technique as a comparative example. In particular, it can be seen from the verification results of Example 2 that by providing the magnetic sheet 20 including the inside of the opening 12a of the loop antenna 11, the communication characteristics with the small IC tag 151 are greatly improved.
  • both the first and second embodiments are significantly more effective in the range where the amount of movement is small compared to the related art as a comparative example. It can be seen that the communication characteristics have improved. In particular, it can be seen from the verification results of Example 2 that by providing the magnetic sheet 20 including the inside of the opening 12a of the loop antenna 11, the communication characteristics with the small IC tag 151 are greatly improved. However, it can be seen that when the movement amount is increased, the communication performance of the first and second embodiments is deteriorated and deteriorated as compared with the conventional example.
  • FIGS. 15A and 15B are FIGS. It is a figure which shows the magnetic field intensity of the antenna apparatus shown to FIG. 14B.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration of the antenna device according to one embodiment of the present invention
  • FIGS. 17A and 17B are diagrams showing the magnetic field strength of the antenna device shown in FIG.
  • FIGS. 18A and 18B are perspective views showing a schematic configuration of an antenna device as a modification of the antenna device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 19A and 19B are shown in FIGS. 18A and 18B. It is a figure which shows the magnetic field intensity of an antenna apparatus.
  • a six-turn coil having an outer shape of 40 mm ⁇ 40 mm as shown in FIG. 14 is used as the loop antenna 411 of a normal rectangular antenna. Further, a ferrite sheet 420 having a thickness of 0.2 mm was attached to the back surface of the loop antenna 411 with a gap of 0.1 mm. Then, the magnetic field strength when a current of 50 mA was passed through the loop antenna 411 was calculated.
  • portions with a strong magnetic field strength are distributed along the inner and outer circumferences of the loop antenna 411 and that the magnetic field strengths on the inner and outer sides of the loop antenna 411 are low.
  • the magnetic field strength is particularly high on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the loop 411, and the magnetic field strength on the inner side and the outer side of the inner periphery is low.
  • a substantially strip-shaped antenna elongated in the longitudinal direction.
  • a 6-coil coil having an outer shape of 40 mm ⁇ 12 mm as shown in FIG. 16 was used as the loop antenna 211 of the substantially strip-shaped antenna.
  • a ferrite sheet 220 having a thickness of 0.2 mm was attached to the back surface of the loop antenna 211 with a gap of 0.1 mm. Then, the magnetic field strength when a current of 50 mA was passed through the loop antenna 211 was calculated.
  • the loop antenna 211 has a configuration in which the opening at the center of the antenna is narrowed from both edge sides. It can be seen that the magnetic field strength is increasing. From this, it can be seen that it is effective to attach an inductance adjusting sheet to the central portion where the magnetic field strength is increased.
  • the magnetic field strength distribution of the antenna having a structure in which the magnetic sheet 520 is pierced into the loop antenna 511 was verified.
  • a 6-coil coil having an outer shape of 40 mm ⁇ 12 mm as shown in FIG. 18A was used as the loop antenna 511 of a substantially strip-shaped antenna.
  • a ferrite sheet 520 having a thickness of 0.2 mm is pierced into the opening 511a of the loop antenna 511 and attached to the loop antenna 511 with a gap of 0.1 mm. .
  • the magnetic field strength when a current of 50 mA was passed through the loop antenna 511 was calculated.
  • the magnetic field intensity directly above the ferrite sheet 520 is weakened, but the opening of the loop antenna 511 is narrowed from both edge sides. Therefore, it can be seen that the magnetic field strength at the center of the loop antenna 511 is particularly strong. From this, it can be seen that it is effective to attach an inductance adjusting sheet to the central portion where the magnetic field strength is increased.
  • FIG. 20A and 20B are explanatory views of an embodiment of changing the width of the inductance adjusting member
  • FIG. 20A is an explanatory view of changing the width of the inductance adjusting member made of a magnetic material
  • FIG. 20B is an inductance made of a good conductor. Explanatory drawing of the width change of an adjustment member is shown.
  • FIG. 21 is a graph showing the results of an example of changing the width of the inductance adjusting member.
  • the adjustment effect when a sheet serving as an inductance adjusting member was attached to the surface of a 6-coil having an outer shape of 40 mm ⁇ 12 mm was confirmed.
  • a magnetic sheet (relative magnetic permeability: 100, width 14 mm) having a thickness of 100 ⁇ m is placed at a central portion of the loop antenna 211 with a gap of 0.1 mm.
  • the effect was confirmed by pasting and changing the length.
  • an aluminum foil having a thickness of 50 ⁇ m (width 14 mm) is attached to the center of the loop antenna 211 with a gap of 0.1 mm, The effect was confirmed by changing the length.
  • the inductance L can be adjusted to a desired size by adjusting the size of the inductance adjusting member 215 in the longitudinal direction of the loop antenna 211.
  • FIGS. 23A and 23B are explanatory views of an embodiment of position change of an inductance adjustment member made of a good conductor.
  • FIG. 24 is a graph showing the results of an example of changing the position of the inductance adjusting member.
  • the change in inductance depending on the position where the inductance adjusting member was attached was evaluated. Specifically, as shown in FIG. 22A, when the magnetic sheet 216 is used as the inductance adjusting member 215, the change in inductance accompanying the position change from the central portion to the end portion of the magnetic sheet 216, and FIG. As described above, when the metal foil 217 was used as the inductance adjusting member 215, the change in the inductance accompanying the change in position from the central portion to the end portion of the metal foil 217 was verified. In addition, the size of each sheet affixed at this time was 14 mm ⁇ 10 mm.
  • both the magnetic sheet 216 and the metal foil 217 show almost no change in inductance characteristics when moved about 5 mm from the center. That is, it is considered that the resistance to the attaching accuracy of the inductance adjusting member is high.
  • the magnetic sheet 216 even if the amount of movement from the central portion is increased, almost no change in the characteristics of the inductance is seen, whereas in the metal foil 217, when the amount of movement from the central portion is increased, the inductance is increased. It turns out that it falls significantly. From this, when the magnetic sheet 216 is used as the inductance adjusting member, it is possible to maintain a high resistance to the bonding accuracy. However, when the metal foil 217 is used, the magnetic sheet 216 is resistant to the bonding accuracy. Is considered to be low.

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Abstract

 大型のリーダライタ及び小型のICタグとの通信性能の双方との両立を図って、NFCの通信特性を高める。電子機器(30)に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、その両縁部(11a)が少なくとも電子機器の筐体(32)の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル(12)が周回するループアンテナ(11)と、磁性体から形成され、ループアンテナの外部機器との対向面と反対側に設けられ、少なくともループアンテナの幅方向における両縁部から筐体の幅方向における両縁部(32a)に向けて展開する構成となっている磁性シート(20)と、を備える。

Description

アンテナ装置、電子機器及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法
 本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、このアンテナ装置が組み込まれた電子機器、及び当該アンテナ装置のインダクタンス調整方法に関する。本出願は、日本国において2014年3月28日に出願された日本特許出願番号特願2014-069501、及び特願2014-069502を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願を参照することにより、本出願に援用される。
 従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットPC等の電子機器において、近距離非接触通信(NFC: Near Field Communication )の機能を搭載するため、RFID(Radio Frequency Identification)用のアンテナモジュールが用いられている。このアンテナモジュールは、リーダライタ等の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナ装置は、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するICを駆動させることができる。
 アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナ装置では、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。携帯電話機等の電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパック等の金属がリーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタから来る磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が弱くなる傾向にある。
 通常のループコイルを用いるアンテナの場合では、ループコイルは、その開口部が上述した筐体表面の外周部分を通過する磁界をあまり受けられない携帯電話機の中央部分に位置している。このため、通常のループコイルを用いるアンテナでは、磁界を受ける効率が悪くなっている。そこで、リーダライタからくる磁界が強い筐体表面の外周部分にループアンテナを配置するようにしたアンテナ装置や、磁性シートを用いて磁束を増やして性能を高めるようにしたアンテナ装置が提案されている。これらのアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
 また、このような非接触通信が適用された通信システムでは、リーダライタと非接触データキャリアとの間で非接触の通信と電力伝送を行うためループアンテナに共振用コンデンサを接続し、ループアンテナと共振用コンデンサの定数LCで決まる共振周波数をシステムの規定周波数に合わせることでリーダライタと非接触データキャリアの安定な通信を行って、通信距離を最大にしている。すなわち、携帯端末装置に内蔵するNFC等のRFIDアンテナモジュールは、制御用のLSIと接続して機能するが、共振回路を基本とするマッチング回路を適正にすることで通信性能を維持している。
 しかしながら、ループアンテナと共振用コンデンサのLCの定数はいくつかの変動要因を持っており、必ずしも想定した値にはならない。例えば、NFCアンテナを別の筺体内部に実装した場合、特に金属部品等の周囲の部品の影響でインダクタンスが変化するため、同一のアンテナであってもマッチング回路を変更しなくてはならない問題があった。特許文献4には、共振回路を内蔵するRFIDアンテナの共振周波数を電子機器に設置後に調整可能とするRFID用タグが開示されている。当該RFID用タグでは、アンテナコイルと重複するように磁性材を貼付するか、アンテナコイルの内部に導電体を貼付して、所望の共振周波数になるように、インダクタンスを調整している。
特許4883125号公報 特許4894945号公報 特許5135450号公報 特開2003-188765号公報
 携帯端末装置に内蔵するNFC等のRFID用アンテナモジュールでは、例えば、駅の自動改札等に設置されている大型のリーダライタ(R/W)と良好な通信が可能となるように、大型のアンテナサイズが求められる。このため、スマートフォンでは、筐体の幅と略同一なコイル幅の大型のアンテナを用いることが多い。
 また、近年では、キーホルダー型やリストバンド型等の各種形状に加工可能な小型のNFC対応ICタグが普及し、例えば、アミューズメント施設の入館管理やガソリンスタンドのID認証等の用途に利用されている。スマートフォン等に備わる大型のアンテナを用いた場合、大型のR/Wとの通信では、良好な通信性能が得られる反面、小型のICタグの読み取りでは、アンテナサイズが大きく異なることから、その通信性能を維持することが困難なことが多い。
 すなわち、スマートフォン等の電子機器の筐体の幅と略同一な大型のアンテナ装置では、大型のリーダライタとの通信性能と、小型のICタグとの通信性能の両立が図れていないことが問題となっていた。特許文献1乃至3のアンテナ装置では、基板等の金属板を利用して特性を高めているものの、大型のリーダライタ及び小型のICタグの双方との通信性能の両立を図ることに関しては、言及していない。
 また、電子機器の小型化、多機能化が進むにつれて、アンテナ装置の設計自由度を高めるために、ループアンテナが長手方向に細長い略短冊形状のものが開発されるようになっている。しかしながら、ループアンテナが略短冊形状となると、幅方向に対向する両辺の内側に展開される磁界が互いに強め合い、かつ、幅方向に対向する両辺の外側に展開される磁界が互いに相殺する。このため、ループアンテナのインダクタンス調整が容易に行えないようになっている。特許文献4に開示されているRFID用タグは、RFIDアンテナの共振周波数を電子機器に設置後に調整可能とするが、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンス調整に関しては、言及していない。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大型のリーダライタ及び小型のICタグとの通信性能の双方との両立を図って、NFCの通信特性を高めることの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長手方向に細長い略短冊形状のループアンテナを電子機器に設置後でも、そのインダクタンスを容易に調整可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及びアンテナ装置のインダクタンス調整方法を提供することを目的とする。
 本発明の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、その両縁部が少なくとも前記電子機器の筐体の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するループアンテナと、磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に設けられ、少なくとも前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部から前記筐体の幅方向における両縁部に向けて展開する構成となっている磁性シートと、を備える。
 本発明の一態様によれば、電子機器の筐体の幅方向における両縁部まで展開する磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、その両縁部が電子機器の筐体の両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有する程度の小型のループアンテナによって、小型のICタグとの通信性能が確保される。このため、対向する外部機器のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。
 このとき、前記電子機器の筐体内部には、前記外部機器に対向する第1の導電体が設けられ、前記ループアンテナは、その幅方向における大きさが前記第1の導電体の前記幅方向の大きさより小さく構成され、前記磁性シートは、少なくとも前記ループアンテナの前記両縁部から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部まで展開する構成となっていることとしてもよい。
 このようにすれば、第1の導電体の幅方向における両縁部まで展開する磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、ループアンテナによって、小型のICタグとの通信性能が確保される。このため、対向する外部機器のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。
 また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記両縁部の内側も含めて、該ループアンテナの長手方向に展開される構成となっていることとしてもよい。
 このようにすれば、ループアンテナの両縁部の内側も含めて展開される磁性シートによって、ICタグ等の小型アンテナを有する外部機器からの磁束を集めて、ループアンテナの中心側に誘導できる。このため、ICタグの大きさに関わらず、大型のリーダライタ及び小型のICタグとの通信性能の双方との両立を図って、NFCの通信特性を高められる。
 また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の一方から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部の一方まで展開する構成となっている第1の磁性シートと、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の他方から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部の他方まで展開する構成となっている第2の磁性シートと、を備える構成となっていることとしてもよい。
 このようにすれば、第1の磁性シートと第2の磁性シートによって、大型のリーダライタ等の外部機器との通信性能が向上され、ループアンテナによって、小型のICタグとの通信性能が確保される。
 また、本発明の一態様では、前記磁性シートの前記ループアンテナの中心側に有する開口部に対向する部位の何れかに所定の大きさの孔部が形成されていることとしてもよい。
 このようにすれば、孔部が形成された磁性シートによって、ICタグ等の外部機器からの磁束を集めて、ループアンテナの中心側に誘導できる。
 また、本発明の他の態様は、前述した何れかのアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器である。
 本発明の他の態様によれば、外部機器のアンテナの大きさに関わらず、電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して通信特性を高めることができる。
 本発明の他の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する略短冊形状のループアンテナと、磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に貼付又は前記ループアンテナの開口部を貫通させて設けられる磁性シートと、前記ループアンテナの何れかの面に設けられ、前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋され、前記ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材と、を備える。
 本発明の他の一態様によれば、ループアンテナの中心部近傍に該ループアンテナの幅方向の両縁部にかけてインダクタンス調整部材を架橋させて設けることによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。
 このとき、本発明の他の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整可能とすることとしてもよい。
 このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。
 また、本発明の他の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、磁性体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大可能とすることとしてもよい。
 このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。
 また、本発明の他の一態様では、前記インダクタンス調整部材は、良導体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少可能とすることとしてもよい。
 このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。
 また、本発明の他の態様は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置に備わるループアンテナのインダクタンスを調整するアンテナ装置のインダクタンス調整方法であって、前記ループアンテナを略短冊形状として、該ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材を前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように、前記ループアンテナの何れかの面に前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋する調整部材設置工程と、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整するインダクタンス調整工程と、を含む。
 本発明の他の態様によれば、ループアンテナの中心部近傍に該ループアンテナの幅方向の両縁部にかけてインダクタンス調整部材を架橋させて設けることによって、略短冊形状のループアンテナを備えるアンテナ装置のインダクタンスを電子機器に実装した状態で容易に制御できる。
 また、本発明の他の態様では、前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、磁性体から形成されるものを前記ループアンテナの前記幅方向の両縁部にかけて架橋し、前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大させることとしてもよい。
 このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。
 また、本発明の他の態様では、前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、良導体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少させることとしてもよい。
 このようにすれば、インダクタンス調整部材のループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。
 以上説明したように本発明の一態様によれば、携帯電話等の電子機器に内蔵したNFCアンテナの小型のタグに対する性能が大きく改善され、対向するアンテナの大きさに左右されない良好な通信特性が得られる。このため、大型のリーダライタ及び小型のICタグとの通信性能の双方との両立を図って、NFCの通信特性を高める。
 また、本発明の他の一態様によれば、長手方向に細長い略短冊形状のループアンテナを電子機器に設置後でも、そのインダクタンスを容易に調整できる。このため、アンテナ装置のインダクタンスとマッチング回路の最適関係が維持出来るため、同じアンテナ装置を異なった電子機器に実装した場合でも、良好な通信特性が得られるようになる。
図1は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 図2Aは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す斜視図であり、図2Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。 図3A及び図3Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の平面図である。 図4A及び図4Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例の平面図である。 図5は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 図6は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの回路の概略構成を示す図である。 図7A及び図7Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、図7Aは斜視図、図7Bは平面図である。 図8A及び図8Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図9は、比較例となるアンテナ装置の一例を示す平面図である。 図10A及び図10Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、図10Aは、斜視図であり、図10Bは、平面図である。 図11A及び図11Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、図11Aは、各アンテナ装置をX軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、図11Bは、各アンテナ装置をY軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。 図12A及び図12Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、図12Aは、斜視図であり、図12Bは、平面図である。 図13A及び図13Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、図13Aは、各アンテナ装置をX軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、図13Bは、各アンテナ装置をY軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。 図14は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例となる通常の矩形のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図15A及び図15Bは、図14に示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 図16は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の概略構成を示す斜視図である。 図17A及び図17Bは、図16示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 図18A及び図18Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例の変形例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図19A及び図19Bは、図18A及び図18Bに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。 図20A及び図20Bは、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の説明図であり、図20Aは、磁性体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示し、図20Bは、良導体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示す。 図21は、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の結果を示すグラフである。 図22A及び図22Bは、磁性体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図である。 図23A及び図23Bは、良導体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図である。 図24は、インダクタンス調整部材の位置変更の実施例の結果を示すグラフである。
 以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
 まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図であり、図2Aは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す斜視図であり、図2Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。
 本実施形態に係るアンテナ装置1は、電子機器30に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図1に示すようなRFID用の無線通信システム100に組み込まれて使用される。
 無線通信システム100は、図1に示すように、電子機器30に備わるアンテナ装置1と、アンテナ装置1に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ120とを含む。ここで、アンテナ装置1とリーダライタ120とは、図1に示す三次元直交座標系XYZのXY平面において互いに対向するように配置されているものとする。
 リーダライタ120は、XY平面において互いに対向するアンテナ装置1に対して、Z軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置1に向けて磁界を発信するアンテナ121と、アンテナ121を介して誘導結合されたアンテナ装置1と通信を行う制御基板122とを備える。
 すなわち、リーダライタ120は、アンテナ121と電気的に接続された制御基板122が配設されている。この制御基板122には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置1から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。
 例えば、制御回路は、アンテナ装置1に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数(例えば、13.56MHz)の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ121を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置1からデータを読み出す場合、アンテナ121で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。
 なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Qi(チー)等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。
 アンテナ装置1は、通信時にリーダライタ120とXY平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器30の筐体の内部に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する。本実施形態のアンテナ装置1は、アンテナモジュール2と、金属板3と、磁性シート20(図2A、図2B参照)とを備える。
 アンテナモジュール2は、電子機器30の筐体32(図2A参照)の内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ120との間で通信を行う。本実施形態では、図1に示すように、アンテナモジュール2は、ループアンテナ11と、通信処理部13と、接続部14とを備える。
 ループアンテナ11は、電子機器30の筐体32の内部に設けられ、外部機器となるリーダライタ120と誘導結合されることにより当該リーダライタ120と通信可能となるアンテナコイル12(図2A参照)が周回する。本実施形態では、ループアンテナ11は、図2Aに示すように、リーダライタ120から見て、金属板3の外縁部3aから所定の間隔を介して、その内側に設けられる。すなわち、ループアンテナ11は、その両縁部11aが電子機器30の筐体32の両縁部32aから所定の距離を介する大きさとなる幅を有する程度の小型のアンテナとなっている。また、ループアンテナ11には、例えばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理等することによって形成されるアンテナコイル12と、アンテナコイル12と通信処理部13とを電気的に接続する端子部14とが実装されている。
 ループアンテナ11は、図2Aに示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル12の1本の導線が周回されており、その中心側が開口部12aとなっている。ループアンテナ11は、アンテナコイル12が周回する主面が通信時にリーダライタ120と図1に示すXY平面において対向するように配置される。
 本実施形態では、ループアンテナ11は、図2A、図2Bに示すように、その幅方向における大きさが金属板3の幅方向の大きさより小さく構成され、外部機器となるリーダライタ120と誘導結合されるアンテナコイル12が周回している。すなわち、ループアンテナ11の幅方向(図2Aに示すY方向)における大きさを金属板3の幅より小さくして、当該ループアンテナ11の両縁部11aがそれぞれ金属板3の両縁部3aと所定の大きさの距離を有するように構成される。具体的には、ループアンテナ11は、その両縁部11aが電子機器30の筐体32の両縁部32aから所定の距離として、例えば、図2A及び図2Bに示すように、筐体幅の1/3程度の大きさの距離を介する構成となる大きさとなる幅を有するアンテナとなっている。すなわち、本実施形態では、ループアンテナ11の幅は、筐体32の幅、換言すると金属板3の幅の1/3程度の大きさとなっており、ループアンテナ11が筐体32(金属板3)の幅方向の略中央に配置されるように構成されている。
 このように、本実施形態では、ループアンテナ11は、筐体32内の金属板3の幅の1/3程度の大きさになるように小さい構成とするので、電磁界信号を介して通信する小型ICタグ等の小型アンテナに対して、良好な通信特性が得られる。なお、本実施形態では、ループアンテナ11は、略矩形状をなしているが、その形状は、アンテナコイル12が周回する構成であれば、楕円等の他の形状としてもよい。
 アンテナコイル12は、リーダライタ120から発信される磁界を受けると、リーダライタ120と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部14を介して受信信号を通信処理部13に供給する。
 通信処理部13は、アンテナコイル12に流れる電流により駆動し、リーダライタ120との間で通信を行う。具体的に、通信処理部13は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部13が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部13は、リーダライタ120に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル12を介して変調された電波をリーダライタ120に送信する。なお、通信処理部13は、アンテナコイル12に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。
 金属板3は、電子機器30の筐体32内に設けられ、外部機器となるリーダライタ120に対向する第1の導電体となる。金属板3は、例えば、携帯電話やスマートフォン、又はタブレットPC等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール2の通信時にリーダライタ120に対向する第1の導電体を構成するものである。当該第1の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットPCの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。
 磁性シート20は、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成され、アンテナモジュール2の通信特性を高めるために、当該アンテナモジュール2の通信時にリーダライタ120から送られる磁束をループアンテナ11の中心側に向けて誘導する機能を有する。本実施形態では、磁性シート20は、図2Aに示すように、リーダライタ120との対向面と反対側に設けられ、図2Bに示すように、ループアンテナ11の長手方向(X方向)に亘って、金属板3の幅方向(X方向)に展開するように設けられている。すなわち、磁性シート20は、ループアンテナ11の両縁部11aの内側も含めて、当該ループアンテナ11の長手方向(X方向)に展開される構成となっている。
 このように、本実施形態では、磁性シート20がループアンテナ11の両縁部11aの外側及び内側に展開される構成となっている。このため、大きなアンテナを有するリーダライタ120等に対しては、磁性シート20のループアンテナ11の外側に展開される部位によって、当該リーダライタ120からの磁束を集めて、ループアンテナ11の中心側に誘導できる。一方、小型アンテナを有するICタグ等に対しては、磁性シート20のループアンテナ11の内側に展開される部位によって、当該ICタグからの磁束を集めて、ループアンテナ11の中心側に誘導できる。
 すなわち、ループアンテナ11の中心側に導かれた磁束によって、アンテナコイル12には、大きな起電力を生じるので、通信特性をより向上させることができる。換言すると、大型アンテナを有するリーダライタ120と、小型アンテナを有するICタグの双方と良好な通信性能の両立を図って、NFCの通信特性を高めることができる。このため、アンテナ装置1と対向する外部機器120のアンテナの大きさに左右されずに、良好な通信特性が得られる。換言すると、外部機器120のアンテナの大きさに左右されずに、電子機器30の主要な金属板3による磁気シールド効果を利用して、そのNFCの通信特性を高めることができる。
 特に、本実施形態では、ループアンテナ11の開口部12aの内部も含めて、全面的に磁性シート20をループアンテナ11の下側に設けている。このため、ICタグの大きさに関わらず、大型のリーダライタと小型のICタグの双方との通信性能の両立を図って、NFCの通信特性を高められる。
 前述した本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1では、磁性シート20がループアンテナ11の両縁部11aの外側及び内側に展開される構成となっているが、アンテナ装置1を他の構成とすることも可能である。すなわち、本実施形態のアンテナ装置1は、磁性シート20がループアンテナ11の外部機器120との対向面と反対側に設けられ、少なくともループアンテナ11の幅方向における両縁部11aから電子機器30の筐体32の幅方向における両縁部32aに向けて展開する構成となっていればよい。具体的には、磁性シート20が少なくともループアンテナ11の幅方向における両縁部11aから、金属板3の幅方向における両縁部3aまで展開する構成となっていればよい。換言すると、搭載される電子機器30の仕様に応じて、下記の変形例の場合でも適用可能である。
 例えば、磁性シートの設計自由度を高めるために、図3Aに示すように、ループアンテナ11の両縁部11aから、第1の磁性シート21aと第2の磁性シート21bがそれぞれ金属板3の両縁部3aに向けて展開する構成としてもよい。すなわち、第1の磁性シート21aは、ループアンテナ11の幅方向における一方の両縁部11a1から金属板3の幅方向における一方の両縁部3a1まで展開する構成となっている。一方、第2の磁性シート21bは、ループアンテナ11の幅方向における他方の両縁部11a2から金属板3の幅方向における他方の両縁部3a2まで展開する構成となっている。アンテナ装置1をこのような構成とすれば、第1の磁性シート21aと第2の磁性シート21bによって、大型のリーダライタ等の外部機器120との通信性能が向上され、ループアンテナ11によって、小型のICタグとの通信性能が確保される。
 また、図3Bに示すように、磁性シート22のループアンテナ11の中心側に有する開口部12aに対向する部位の何れかに、所定の大きさの孔部22aが形成されていても、小型タグとの良好な通信特性を確保できる。
 さらに、前述したように、本実施形態では、ループアンテナ11の形状は、アンテナコイル12が周回する構成であれば、略矩形状以外の他の形状としてもよい。例えば、図4Aに示すように、ループアンテナ31の形状が磁性シート23の中央の孔部23aを外側に避ける形状としたり、図4Bに示すように、ループアンテナ41の一部が磁性シート24の中央の孔部24aに近接しながら外側に避ける形状としてもよい。すなわち、ループアンテナ31、41の実装部位に応じて、適宜、その形状を変更しても、外部機器120のアンテナの大きさに関わらず、大型のリーダライタと小型のICタグの双方との通信性能の両立を図って、NFCの通信特性を高められる。
 以上説明したように、携帯電話等の電子機器30にNFCアンテナ等の本発明の一実施形態のアンテナ装置1を内蔵する場合には、内部の基板・バッテリーその他金属部品等の主たる金属板3の影響を低減させるため、ループアンテナ11の外側に向けて設けた大型の磁性シート20を用いて、リーダライタ120との通信を行う。一方、ループアンテナ11の幅を筐体32の幅、すなわち金属板3の幅の1/3程度の大きさにして、ループアンテナ11の大きさをICタグ221(図8A、図8B参照)の外径相当の小さなサイズに留めることによって、小型のICタグ221と良好な通信特性を得るようにしている。
 このようにして、大型のアンテナとの通信特性を確保しながら、携帯電話等の電子機器30に内蔵したNFCアンテナの小型のタグに対する性能が大きく改善され、対向するアンテナの大きさに左右されない良好な通信特性が得られる。このため、大型のリーダライタ及び小型のICタグとの通信性能の双方との両立を図って、NFCの通信特性が改善されるようになる。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図5は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。本実施形態に係るアンテナ装置201は、電子機器230に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図5に示すようなRFID用の無線通信システム300に組み込まれて使用される。
 無線通信システム300は、図5に示すように、電子機器230に備わるアンテナ装置201と、アンテナ装置201に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ320とを含む。ここで、アンテナ装置201とリーダライタ320とは、図5に示す三次元直交座標系xyzのxy平面において互いに対向するように配置されているものとする。
 リーダライタ320は、xy平面において互いに対向するアンテナ装置201に対して、z軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置201に向けて磁界を発信するアンテナ321と、アンテナ321を介して誘導結合されたアンテナ装置201と通信を行う制御基板322とを備える。
 すなわち、リーダライタ320は、アンテナ321と電気的に接続された制御基板322が配設されている。この制御基板322には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置201から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。
 例えば、制御回路は、アンテナ装置201に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数(例えば、13.56MHz)の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ321を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置201からデータを読み出す場合、アンテナ321で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。
 なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Qi(チー)等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。
 アンテナ装置201は、通信時にリーダライタ320と図5に示すxy平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器230の筐体232(図7A参照)の内部に組み込まれ、外部機器となるリーダライタ320と電磁界信号を介して通信する。本実施形態のアンテナ装置201は、アンテナモジュール202と、金属板203と、磁性シート220(図7A参照)とを備える。
 アンテナモジュール202は、電子機器230の筐体232の内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ320との間で通信を行う。本実施形態では、図5に示すように、アンテナモジュール202は、ループアンテナ211と、通信処理部213と、端子部214とを備える。
 ループアンテナ211は、電子機器230の筐体232の内部に設けられ、外部機器となるリーダライタ320と誘導結合されることにより当該リーダライタ320と通信可能となるアンテナコイル211aが周回する。ループアンテナ211には、例えば、フレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理等によって形成されるアンテナコイル211aと、アンテナコイル211aと通信処理部213とを電気的に接続する端子部214とが実装されている。ループアンテナ211は、アンテナコイル211aが周回する主面が通信時にリーダライタ320とxy平面において対向するように配置される。
 アンテナコイル211aは、リーダライタ320から発信される磁界を受けると、リーダライタ320と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部214を介して受信信号を通信処理部213に供給する。
 通信処理部213は、アンテナコイル211aに流れる電流により駆動し、リーダライタ320との間で通信を行う。具体的に、通信処理部213は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部213が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部213は、リーダライタ320に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル211aを介して変調された電波をリーダライタ320に送信する。なお、通信処理部213は、アンテナコイル211aに流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。
 金属板203は、電子機器230の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ320に対向する第1の導電体となる。金属板203は、例えば携帯電話やスマートフォン、あるいはタブレットPC等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール202の通信時にリーダライタ320に対向する第1の導電体を構成するものである。当該第1の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットPCの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システム300の回路の概略構成について、図面を使用しながら説明する。図6は、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの回路の概略構成を示す図である。
 上述したように、アンテナ装置201のアンテナ回路をとして機能するループアンテナ211は、アンテナコイル211aと、コンデンサ211bとを備える。アンテナコイル211aは、矩形状に形成されており、リーダライタ320のアンテナ322より放射された磁束のうち、アンテナコイル211aと鎖交する磁束の変化に応じて逆起電力を発生させる。コンデンサ211bは、通信処理部213から出力される制御電圧によって容量を調整可能なコンデンサであって、例えば、バリキャップと呼ばれる可変容量ダイオードや、耐圧特性に優れた強誘電材料からなる可変容量のコンデンサである。
 ループアンテナ(アンテナ回路)211は、アンテナコイル211aとコンデンサ211bとが電気的に接続され、共振回路を構成しており、コンデンサ211bの容量が可変されることで、アンテナコイル211a及びコンデンサ211bを含む共振回路の共振周波数が調整される。
 通信処理部213は、変復調回路213aと、CPU213bと、メモリ213cとを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。変復調回路213aは、アンテナ回路211からリーダライタ320へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成する変調処理を行う。また、変復調回路213aは、リーダライタ320から出力された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。CPU213bは、メモリ213cに記憶された制御電圧情報を読み出して、制御電圧Vをコンデンサ211bに印加して、コンデンサ211bの容量を調整することで、製造時の素子の誤差やバラツキに起因した共振周波数のズレを補正する。メモリ213cには、アンテナ回路211の共振周波数と、リーダライタ320が磁界を発振する発振周波数とのズレを考慮して、アンテナ回路211の共振周波数が、リーダライタ320の発振周波数と一致するようにコンデンサ211bの容量を制御する制御電圧情報が記憶されている。
 上記の構成を有するアンテナ装置201と通信を行うリーダライタ320では、アンテナ322が、アンテナコイル321aとコンデンサ321bとを備え、制御基板322が変復調回路322aとCPU322bとメモリ322cとを備える。
 アンテナコイル321aは、例えば矩形状に形成されており、アンテナ装置201側のアンテナコイル211aと磁気的に結合することで、コマンドや書込みデータなどの各種データを送受信し、さらにアンテナ装置201で使用する電力を供給する。コンデンサ321bは、アンテナコイル321aと接続されて共振回路を構成している。
 変復調回路322aは、リーダライタ320からアンテナ装置201へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成するための変調処理を行う。また、変復調回路322aは、アンテナ装置201から送出された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。CPU322bは、メモリ322cから読み出したデータをアンテナ装置201に送出するように変復調回路322aを制御し、また、変復調回路322aで復調されたデータをメモリ322cに書き込む処理を行う。
 以上のようにして、アンテナ装置201のループアンテナ(アンテナ回路)211は、通信処理部213によって制御される制御電圧により、アンテナ回路211のコンデンサ211bの容量を調節することによって、アンテナ回路211の共振周波数を、リーダライタ320の発振周波数と一致させて、安定した通信を実現できるようにしている。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例について、図面を使用しながら説明する。図7A及び図7Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、図7Aは斜視図、図7Bは平面図である。
 本実施形態のアンテナ装置201は、電子機器230の筐体232の内部に組み込まれ、外部機器320(図5参照)と電磁界信号を介して通信する。アンテナ装置201は、図7Aに示すように、外部機器320に対向する第1の導電体となる金属板203と、外部機器320と誘導結合されるアンテナコイル211aが周回するループアンテナ211と、ループアンテナ211の外部機器320との対向面と反対側に設けられる磁性シート220と、ループアンテナ211のインダクタンスLの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材215と、を備える。
 本実施形態では、ループアンテナ211は、図7A、図7Bに示すように、第1の導電体となる金属板203の外縁部203aの近傍の何れかに設けられる。なお、本明細書中における「金属板203の外縁部203aの近傍」とは、金属板203の外縁部203aの直上から当該外縁部203aから距離的に近い領域を含む空間領域をいう。
 また、ループアンテナ211は、図7Aに示すように、長手方向に細長い略短冊形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル211aの1本の導線が周回されており、その中心側が開口部212aとなっている。なお、本明細書中でループアンテナ211の「長手方向」とは、その長さや外径が最大値を示す方向を示し、略矩形状の場合では長辺方向、略楕円形の場合では長軸方向を示すものとする。
 磁性シート220は、アンテナモジュール202の通信特性を高めるために、当該アンテナモジュール202の通信時にリーダライタ320から送られる磁束をループアンテナ211の中心側の開口部212aに誘導する機能を有する。磁性シート220は、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成され、ループアンテナ211の外部機器320との対向面211dと反対側、すなわち、ループアンテナ211の下側に設けられる。なお、本実施形態では、磁性シート220は、ループアンテナ211の外部機器320との対向面211dと反対側に貼付されているが、ループアンテナ211の開口部212aを貫通させて設けられる構成としてもよい。
 インダクタンス調整部材215は、ループアンテナ211の幅方向(図7A及び図7Bに示すX方向)の両縁部211cにかけて架橋する構成となるように、当該ループアンテナ211の対向面211d側の内側に形成される開口部212aの中心近傍を覆うように設けられる。インダクタンス調整部材215は、ループアンテナ211における長手方向の大きさを調整することによって、ループアンテナ211のインダクタンスLの大きさを調整可能とする。このように、インダクタンス調整部材215を設けることによって、略短冊形状のループアンテナ211を備えるアンテナ装置201のインダクタンスLを電子機器230に実装した状態で容易に制御できるようになる。
 なお、本実施形態では、インダクタンス調整部材215は、外部機器320との対向面側に設けられているが、ループアンテナ211の開口部212aの少なくとも一部を跨ぐ構成となっていれば、その裏面側に設けてもよい。特に、磁性シート220がループアンテナ211の開口部212aを貫通させて設けられる構成とした場合では、インダクタンス調整部材215は、ループアンテナ211の何れかの面に設けられていればよい。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図8A及び図8Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
 本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特に、ループアンテナ211の形状が長手方向に細長い略短冊形状の場合に、インダクタンス調整部材215をループアンテナ211の幅方向に開口部212aを跨がせるように、ループアンテナ211の何れかの面、すなわち、外部機器320との対向面側又はその裏面側に設けると、インダクタンスLを所望の大きさに調整できることを見出した。また、インダクタンス調整部材215のループアンテナ211における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスLを所望の大きさに調整できることを見出した。
 本実施形態では、ループアンテナ211の開口部212aの中心近傍に、当該ループアンテナ211の幅方向(図8A及び図8Bに示すY方向)の両縁部211cにかけてインダクタンス調整部材215を架橋させる。すなわち、インダクタンス調整部材215は、ループアンテナ211の開口部12aの少なくとも一部を跨ぐようにして、外部機器320との対向面側に設けられる。そして、インダクタンス調整部材215は、ループアンテナ211における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスLを所望の大きさに調整可能としている。
 換言すると、ループアンテナ211の開口部212aの中心近傍にインダクタンス調整部材215を設置する調整部材設置工程を経てから、インダクタンス調整部材215のループアンテナ211における長手方向の大きさを調整するインダクタンス調整工程を行うことによって、ループアンテナ211のインダクタンスを所望の大きさに調整できる。
 具体的には、図8Aに示すように、インダクタンス調整部材215が酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成されている場合には、インダクタンス調整部材215のループアンテナ211における長手方向の大きさを増大させることによって、当該ループアンテナ211のインダクタンスの大きさを増大させる。すなわち、インダクタンス調整部材215として、磁性体で形成された磁性シート216を使用した場合には、ループアンテナ211の開口部212aの中心近傍の磁束が磁性シート216を経由してアンテナコイル211aと鎖交して、ループアンテナ211のインダクタンスLが増加する。このように、磁性シート216のループアンテナ211における長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに増大できる。
 一方、インダクタンス調整部材215が銅や銀、 アルミニウム、鉄等の良導体から形成されている場合には、インダクタンス調整部材215のループアンテナ211における長手方向の大きさを増大させることによって、当該ループアンテナ211のインダクタンスの大きさを減少させる。すなわち、図8Bに示すように、インダクタンス調整部材215として、良導体で形成された金属箔217を使用した場合には、リーダライタ320からの磁界を受けるループアンテナ211の実効的な面積を減少させるので、ループアンテナ211のインダクタンスLが減少する。このように、金属箔217のループアンテナ211における長手方向の大きさを増大させることによって、インダクタンスを所望の大きさに減少できる。
 以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置201では、ループアンテナ211の開口部212aの中心近傍に、当該ループアンテナ211の幅方向の両縁部211cにかけてインダクタンス調整部材215を架橋させるように、ループアンテナ211に張り付ける。ループアンテナ211のインダクタンスを増加させる場合には、インダクタンス調整部材215として磁性シート216をループアンテナ211の開口部212aを跨ぐように、外部機器320との対向面211d側に貼り付ける。一方、ループアンテナ211のインダクタンスを減少させる場合には、インダクタンス調整部材215として金属箔217をループアンテナ211の開口部212aを跨ぐように、外部機器320との対向面211d側に貼り付ける。
 このように、ループアンテナ211の短辺方向すなわち幅方向の開口部212aを塞ぐように、インダクタンス調整部材215を貼り付けることによって、ループアンテナ211のインダクタンスの大きさを調整できる。インダクタンス調整部材215をループアンテナ211の開口部212aに張り付ける際には、ループアンテナ211の短辺方向の全幅に渡って、少し広めに貼り付けた方が貼り付け位置の誤差に対して耐性が高まるので、好ましい。
 特に、ループアンテナ211が長手方向に細長い略短冊形状の場合では、ループアンテナ211の幅方向(短辺方向)における両縁部211cの距離が近くなる。また、ループアンテナ211の長手方向(長辺方向)における両縁部211cのアンテナコイル211aに流れる電流の向きが開口部212aを介して互いに逆方向となる。
 このため、ループアンテナ211の内側の開口部212aでは、長手方向のアンテナコイル212に流れる電流によって発生する磁界が互いに強め合う。一方、ループアンテナ211の外側では、長手方向のアンテナコイル212に流れる電流によって発生する磁界が互いに弱め合う。
 このことから、ループアンテナ211がその幅方向(短辺方向)における両縁部211cの距離が近い略短冊形状の場合では、開口部212aを跨がせるようにインダクタンス調整部材215として磁性シート216を貼り付けることによって、効率よく開口部212aに発生した磁界を吸収して、インダクタンスを増加させるように調整できる。一方、開口部212aを跨がせるようにインダクタンス調整部材215として、金属箔217を貼り付けることによって、効率よく開口部212aに発生した磁界を遮断して、インダクタンスを減少させるように調整できる。
 このように、本実施形態のアンテナ装置201は、インダクタンス調整部材215をループアンテナ211の開口部212aを跨ぐように張り付けることによって、ループアンテナ211のインダクタンスを所望の大きさに調整できる。すなわち、アンテナ装置201を電子機器230に実装した状態でも、ループアンテナ211の開口部212aを跨ぐようにインダクタンス調整部材215を貼り付けることによって、容易にインダクタンスを調整できる。このことから、同一のアンテナ装置201、ループアンテナ211を異なった電子機器に実装した場合でも、実装状態でインダクタンスを所望の大きさに調整できるので、当該電子機器の良好な通信特性が得られるようになる。
<本発明の一実施形態に係る実施例>
 まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1に磁性シート20をループアンテナ11に取り付けた際における作用・効果を以下の実施例1、実施例2、及び比較例を用いて検証する。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1の実施例として、図3Aに示すType1のNFCアンテナと、図2Bに示すType2のNFCアンテナと、図9に示す従来の大型のNFCアンテナ(Benchmark)とを比較した結果について、図面を使用しながら説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。図10A及び図10Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、図10Aは、斜視図であり、図10Bは、平面図である。
 ここでは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1の実施例として、図3Aに示すType1、図2Bに示すType2、及び図9に示す従来のアンテナ装置(Benchmark)のそれぞれに対して、図10A、図10Bに示すように、対向するリーダライタ120を所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。
 すなわち、Type1のNFCアンテナの実施例では、図3Aに示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1を用いて、アンテナ装置1とリーダライタ120(図1参照)の大型アンテナ121aとを対向させて、ループアンテナ11とリーダライタ120側の大型アンテナ121aの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
 また、Type2のNFCアンテナの実施例では、図2Bに示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1を用いて、アンテナ装置1とリーダライタ120(図1参照)の大型アンテナ121aとを対向させて、ループアンテナ11とリーダライタ120側の大型アンテナ121aの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
 一方、比較例となる従来技術(Benchmark)では、図9に示すような大型のループアンテナ111を備えるアンテナ装置を用いて、ループアンテナ111とリーダライタ120(図1参照)とを対向させて、ループアンテナ11とリーダライタ120側の大型アンテナ121aの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。なお、各実施例及び比較例では、図10A、図10Bに示すX方向、Y方向のそれぞれに移動させたときの通信特性を評価した。
 具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ120のアンテナ101は、xy軸方向で規定される外形直径が70mmの2巻コイル121aとした。また、従来技術(Benchmark)のアンテナサイズは、コイル外形を40mm×35mm、磁性シート(フェライト)サイズは、41mm×36mm×0.2mmとし、実施例1(Type1)のアンテナサイズは、コイル外形を27mm×35mm、フェライト外形を23mm×36mm×0.2mmを2枚、実施例2(Type2)のアンテナサイズは、コイル外形を27mm×35mm、フェライト外形を56mm×36mm×0.2mmとした。また、実施例1、実施例2、及び比較例は、それぞれ4巻のコイルである。さらに、z軸方向で規定されるリーダライタ120の大型アンテナ121aと実施例1、実施例2、及び比較例のアンテナとの距離は、55mmとした。
 図11A及び図11Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、図11Aは、各アンテナ装置をX軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、図11Bは、各アンテナ装置をY軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。図11A及び図11Bに示すように、比較例となる従来技術と比べると、実施例1及び実施例2は、比較例とそれ程、大きな差異が無いことが分かる。このことから、ループアンテナ11の大きさを従来の大型なものより小さくしても、ループアンテナ11の両縁部11aの外側に向けて展開する磁性シートを設けることによって、従来の大型アンテナと同程度の通信特性が確保されることが分かる。
 次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1のループアンテナ11を従来より小さくした際における作用・効果の検証結果について、図面を使用しながら説明する。図12A及び図12Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための評価方法の説明図であり、図12Aは、斜視図であり、図12Bは、平面図である。
 ここでは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1の実施例として、図3Aに示すType1、図2Bに示すType2、及び図9に示す従来のアンテナ装置(Benchmark)のそれぞれに対して、図10A、図10Bに示すように、対向するリーダライタ120を所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。
 すなわち、Type1のNFCアンテナの実施例では、図3Aに示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1を用いて、アンテナ装置1と小型ICタグ151とを対向させて、ループアンテナ11と小型ICタグ151の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
 また、Type2のNFCアンテナの実施例では、図2Bに示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置1を用いて、アンテナ装置1と小型ICタグ151とを対向させて、ループアンテナ11と小型ICタグ151の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。
 一方、比較例となるBenchmarkでは、図5に示すような大型のループアンテナ111を備えるアンテナ装置を用いて、ループアンテナ111と小型ICタグ151とを対向させて、ループアンテナ11と小型ICタグ151の相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。なお、各実施例及び比較例では、図10A、図10Bに示すX方向、Y方向のそれぞれに移動させたときの通信特性を評価した。
 具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、小型ICタグ221は、パターン外形が20mm×25mmの5巻コイルとした。また、従来技術(Benchmark)のアンテナサイズは、コイル外形を40mm×35mm、磁性シート(フェライト)サイズは、41mm×36mm×0.2mmとし、実施例1(Type1)のアンテナサイズは、コイル外形を27mm×35mm、フェライト外形を23mm×36mm×0.2mmを2枚、実施例2(Type2)のアンテナサイズは、コイル外形を27mm×35mm、フェライト外形を56mm×36mm×0.2mmとした。また、実施例1、実施例2、及び比較例は、それぞれ4巻のコイルである。さらに、z軸方向で規定されるリーダライタ120の大型アンテナ121aと実施例1、実施例2、及び比較例のアンテナとの距離は、1.5mmとした。
 図13A及び図13Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフであり、図13Aは、各アンテナ装置をX軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示し、図13Bは、各アンテナ装置をY軸方向に移動した場合の通信性能の評価結果を示す。
 X軸方向の移動による通信性能を見ると、図13Aに示すように、比較例となる従来技術と比べると、実施例1及び実施例2は、共に大幅に通信特性が向上したことが分かる。特に、実施例2の検証結果から、磁性シート20をループアンテナ11の開口部12aの内側も含めて設けることによって、小型ICタグ151との通信特性が大幅に向上することが分かる。
 一方、Y軸方向の移動による通信性能を見ると、図13Bに示すように、移動量が小さい範囲では、比較例となる従来技術と比べると、実施例1及び実施例2は、共に大幅に通信特性が向上したことが分かる。特に、実施例2の検証結果から、磁性シート20をループアンテナ11の開口部12aの内側も含めて設けることによって、小型ICタグ151との通信特性が大幅に向上することが分かる。しかしながら、移動量が大きくなると、実施例1及び実施例2の通信性能が低下して、従来例より劣化することが分かる。
<本発明の他の一実施形態に係る実施例>
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置201のループアンテナ211の形状の変化に基づく、磁界強度の検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図14A及び図14Bは、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置の比較例となる通常の矩形のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図15A及び図15Bは、図14A及び図14Bに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。また、図16は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図17A及び図17Bは、図16示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。さらに、図18A及び図18Bは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例となるアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図19A及び図19Bは、図18A及び図18Bに示すアンテナ装置の磁界強度を示す図である。
 まず、通常の矩形形状のアンテナの磁界強度の分布について検証した。本実施例では、通常の矩形形状のアンテナのループアンテナ411として、図14に示すような外形40mm×40mmの6巻コイルを使用した。また、ループアンテナ411の裏面には、厚さが0.2mmのフェライトシート420を0.1mmの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ411に50mAの電流を流した場合の磁界強度を計算した。
 図15Aの平面図に示すように、磁界強度の強い部分がループアンテナ411の内周と外周に沿って分散していること、及びループアンテナ411の内側と外側の磁界強度が低いことが分かる。また、図15Bの断面図に示すように、ループ411の内周側及び外周側が特に磁界強度が高く、当該内周より内側と当該外周より外側の磁界強度が低いことが分かる。
 次に、同様の評価を長手方向に細長い略短冊形状のアンテナの磁界強度分布について検証した。本実施例では、略短冊形状のアンテナのループアンテナ211として、図16に示すような外形40mm×12mmの6巻コイルを使用した。また、ループアンテナ211の裏面には、厚さが0.2mmのフェライトシート220を0.1mmの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ211に50mAの電流を流した場合の磁界強度を計算した。
 図17Aの平面図、及び図17Bの断面図に示すように、ループアンテナ211がアンテナ中央の開口部が両縁部側から狭まった構成となっているため、特に、ループアンテナ211の中央部の磁界強度が強まっていることが分かる。このことから、磁界強度が強まっている当該中央部にインダクタンス調整用のシートを貼り付けると効果的であることが分かる。
 また、ループアンテナ511に磁性シート520を突き刺した構造のアンテナの磁界強度分布についても検証した。本実施例では、略短冊形状のアンテナのループアンテナ511として、図18Aに示すような外形40mm×12mmの6巻コイルを使用した。また、ループアンテナ511の開口部511aには、図18A及び図18Bに示すように、厚さが0.2mmのフェライトシート520を突き刺して、当該ループアンテナ511と0.1mmの隙間で貼り付けた。そして、当該ループアンテナ511に50mAの電流を流した場合の磁界強度を計算した。
 図19Aの平面図、及び図19Bの断面図に示すように、フェライトシート520の直上の磁界強度は弱まるが、ループアンテナ511がアンテナ中央の開口部が両縁部側から狭まった構成となっているため、特に、ループアンテナ511の中央部の磁界強度が強まっていることが分かる。このことから、磁界強度が強まっている当該中央部にインダクタンス調整用のシートを貼り付けると効果的であることが分かる。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置201のループアンテナ211の幅を変更した際におけるループアンテナのインダクタンスの検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図20A及び図20Bは、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の説明図であり、図20Aは、磁性体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示し、図20Bは、良導体からなるインダクタンス調整部材の幅変更の説明図を示す。また、図21は、インダクタンス調整部材の幅変更の実施例の結果を示すグラフである。
 本実施例では、インダクタンスの調整の効果を検証するために、外形が40mm×12mmの6巻コイルの表面に、インダクタンス調整部材となるシートを貼り付けた場合の調整効果を確認した。ループアンテナ211のインダクタンスを増大させる場合には、図20Aに示すように、厚さが100μmの磁性シート(比透磁率:100、幅14mm)をループアンテナ211の中央部に0.1mmのギャップで貼り付けて、その長さを変えて効果を確認した。また、ループアンテナ211のインダクタンスを減少させる場合には、図20Bに示すように、厚さが50μmのアルミ箔(幅14mm)をループアンテナ211の中央部に0.1mmのギャップで貼り付けて、その長さを変えて効果を確認した。
 図21に示すように、インダクタンス調整部材215として磁性シート216を貼り付ける場合には、その長さに比例して、インダクタンスが増加することが分かる。また、インダクタンス調整部材215としてアルミ製の金属箔217を貼り付ける場合には、その長さに比例して、インダクタンスが減少することが分かる。このことから、インダクタンス調整部材215のループアンテナ211における長手方向の大きさを調整することによって、インダクタンスLを所望の大きさに調整できることが実証される。
 次に、本発明の他の一実施形態に係るアンテナ装置201のループアンテナ211の位置を変更した際におけるループアンテナのインダクタンスの検証結果を示す実施例について、図面を使用しながら説明する。図22A及び図22Bは、磁性体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図であり、図23A及び図23Bは、良導体からなるインダクタンス調整部材の位置変更の実施例の説明図であり、図24は、インダクタンス調整部材の位置変更の実施例の結果を示すグラフである。
 本実施例では、インダクタンス調整部材の貼り付け位置によるインダクタンスの変化を評価した。具体的には、図22Aに示すように、インダクタンス調整部材215として磁性シート216を使用した場合において、磁性シート216の中央部から端部への位置変化に伴うインダクタンスの変化と、図23Aに示すように、インダクタンス調整部材215として金属箔217を使用した場合において、金属箔217の中央部から端部への位置変化に伴うインダクタンスの変化をそれぞれ検証した。なお、このときの貼り付けた各シートのサイズは、それぞれ14mm×10mmとした。
 図24に示すように、磁性シート216と金属箔217とも、中央部から5mm程度の移動では、インダクタンスの特性の変化が殆ど見られない。すなわち、インダクタンス調整部材の貼り付け精度に対して耐性が高いと考えられる。一方、磁性シート216では、中央部からの移動量を増やしても、インダクタンスの特性の変化が殆ど見られないのに対して、金属箔217では、中央部からの移動量を増やすと、インダクタンスが大幅に下がることが分かる。このことから、インダクタンス調整部材として磁性シート216を使用した場合には、貼り付け精度に対して耐性が高い状態を維持できるが、金属箔217を使用した場合には、貼り付け精度に対して耐性が低くなると考えられる。
 なお、上記のように本発明の一実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
 例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置、及び電子機器の構成、動作も本発明の一実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
1 アンテナ装置、2 アンテナモジュール、3 金属板(第1の導電体)、3a (金属板の)両縁部、11、31、41 ループアンテナ、11a (ループアンテナの)両縁部、12 アンテナコイル、12a 開口部、13 通信処理部、14 端子部、20、22、23、24 磁性シート、21a 第1の磁性シート、21b 第2の磁性シート、22a、23a、24a 孔部、30 電子機器、32 筐体、32a (筐体の)両縁部、120 リーダライタ(外部機器)、121 アンテナ、122 制御基板
201 アンテナ装置、202 アンテナモジュール、203 金属板(第1の導電体)、203a (金属板の)両縁部、211、231、241 ループアンテナ、211a アンテナコイル、211b コンデンサ、211c (ループアンテナの)両縁部、211d 対向面、212a 開口部、213 通信処理部、214 端子部、215 インダクタンス調整部材、216 磁性シート(インダクタンス調整部材)、217 金属箔(インダクタンス調整部材)、220、222、223、224 磁性シート、221a 第1の磁性シート、221b 第2の磁性シート、222a、223a、224a 孔部、230 電子機器、232 筐体、320 リーダライタ(外部機器)、321 アンテナ、322 制御基板

Claims (13)

  1.  電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
     その両縁部が少なくとも前記電子機器の筐体の幅方向における両縁部から所定の距離を介する大きさとなる幅を有し、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するループアンテナと、
     磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に設けられ、少なくとも前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部から前記筐体の幅方向における両縁部に向けて展開する構成となっている磁性シートと、を備えるアンテナ装置。
  2.  前記電子機器の筐体内部には、前記外部機器に対向する第1の導電体が設けられ、
     前記ループアンテナは、その幅方向における大きさが前記第1の導電体の前記幅方向の大きさより小さく構成され、
     前記磁性シートは、少なくとも前記ループアンテナの前記両縁部から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部まで展開する構成となっている請求項1に記載のアンテナ装置。
  3.  前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記両縁部の内側も含めて、該ループアンテナの長手方向に展開される構成となっている請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
  4.  前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の一方から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部の一方まで展開する構成となっている第1の磁性シートと、前記ループアンテナの前記幅方向における両縁部の他方から前記第1の導電体の前記幅方向における両縁部の他方まで展開する構成となっている第2の磁性シートと、を備える構成となっている請求項2に記載のアンテナ装置。
  5.  前記磁性シートの前記ループアンテナの中心側に有する開口部に対向する部位の何れかに所定の大きさの孔部が形成されている請求項3に記載のアンテナ装置。
  6.  電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
     前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回する略短冊形状のループアンテナと、
     磁性体から形成され、前記ループアンテナの前記外部機器との対向面と反対側に貼付又は前記ループアンテナの開口部を貫通させて設けられる磁性シートと、
     前記ループアンテナの何れかの面に設けられ、前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋され、前記ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材と、を備えるアンテナ装置。
  7.  前記インダクタンス調整部材は、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整可能とする請求項6に記載のアンテナ装置。
  8.  前記インダクタンス調整部材は、磁性体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大可能とする請求項7に記載のアンテナ装置。
  9.  前記インダクタンス調整部材は、良導体から形成され、前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少可能とする請求項7に記載のアンテナ装置。
  10.  請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器。
  11.  外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置に備わるループアンテナのインダクタンスを調整するアンテナ装置のインダクタンス調整方法であって、
     前記ループアンテナを略短冊形状として、該ループアンテナのインダクタンスの大きさを調整可能なインダクタンス調整部材を前記ループアンテナの内側に形成される開口部の中心近傍を覆うように、前記ループアンテナの何れかの面に前記ループアンテナの幅方向の両縁部にかけて架橋する調整部材設置工程と、
     前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを調整することによって、前記インダクタンスの大きさを調整するインダクタンス調整工程と、を含むアンテナ装置のインダクタンス調整方法。
  12.  前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、磁性体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、
     前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを増大させる請求項11に記載のアンテナ装置のインダクタンス調整方法。
  13.  前記調整部材設置工程では、前記インダクタンス調整部材として、良導体から形成されるものを前記ループアンテナの前記両縁部にかけて架橋し、
     前記インダクタンス調整工程では、前記インダクタンス調整部材の前記ループアンテナにおける長手方向の大きさを増大させることによって、前記インダクタンスの大きさを減少させる請求項11に記載のアンテナ装置のインダクタンス調整方法。
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