天线装置及通信终端装置制造方法

xiaoxiao2020-7-22  7

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天线装置及通信终端装置制造方法
【专利摘要】本发明的天线装置具有:供电线圈(10),该供电线圈(10)与供电电路相连接;以及线圈天线(20),该线圈天线(20)靠近供电线圈(10)进行配置,在供电线圈(10)与线圈天线(20)之间设有使用频带中的磁损耗较大的铁氧体片材(30),供电线圈(10)与线圈天线(20)经由该铁氧体片材(30)进行磁场耦合。通过该结构,能提高供电线圈(10)与线圈天线(20)之间的信号的传输效率。
【专利说明】天线装置及通信终端装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线装置及通信终端装置。尤其涉及应用于HF频带的RFID标签或读写器的天线装置、以及包括该天线装置的通信终端装置。
【背景技术】
[0002]作为收费系统或物品管理系统,RFID (Radio Frequency Identification:射频识别)系统得到了普及。在RFID系统中,利用非接触方式使读写器与RFID标签进行无线通信,在这些器件之间收发高频信号。读写器及RFID标签分别包括用于处理高频信号的RFID用IC芯片、以及用于收发高频信号的天线。作为天线,如果是例如利用13.56MHz频带的HF频带RFID系统,则使用线圈天线,读写器一侧的线圈天线与标签一侧的线圈天线经由感应磁场进行耦合。
[0003]近年来,有时将HF频带RFID系统导入移动电话等通信终端装置中,将通信终端本身用作读写器或RFID标签。在此情况下,RFID用IC芯片装载在印刷布线板上,天线粘贴在终端壳体上或设置在终端壳体内的空闲空间内,因此,RFID用IC芯片与天线经由柔性电缆或触针进行直流连接。
[0004]与之不同的是,例如,如专利文献I中公开的那样,已知有一种将与RFID用IC芯片相连接的供电线圈装载在控制基板上、并使该供电线圈与设置在天线基板上的线圈天线进行磁场耦合这样的结构。如果是该结构,能由供电线圈经由磁场向线圈天线传输高频信号,因此,无需使用柔性电缆或触针就能使RFID用IC芯片与线圈天线相连接。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利第4325621号公报
【发明内容】

[0008]发明所要解决的问题
[0009]如专利文献I中所示的天线装置那样,在使供电线圈与线圈天线进行磁场耦合、由此进行信号的传输时,在供电线圈与线圈天线之间会产生互感,因此,根据其位置关系,有时会存在阻抗发生偏移,或谐振频率发生偏移的问题。尤其是,若供电线圈与线圈天线直接进行磁场耦合、其耦合度过高,则即使使供电线圈或线圈天线的谐振频率与载波频率相一致,供电线圈与线圈天线的谐振点也会分离,因此,由供电线圈向线圈天线传输信号的效率或由线圈天线向供电线圈传输信号的效率下降,其结果是,导致通信距离缩短。
[0010]本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种供电线圈与线圈天线之间的信号的传输效率较高、通信距离较大的天线装置、以及包括该天线装置的通信终端装置。[0011 ] 解决技术问题所采用的技术方案
[0012]本发明的天线装置具有:供电线圈,该供电线圈与供电电路相连接;以及线圈天线,该线圈天线靠近所述供电线圈进行配置,所述天线装置的特征在于,在所述供电线圈与所述线圈天线之间设有磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积小于20的磁性体层,所述供电线圈与所述线圈天线经由所述磁性体层进行磁场耦合。
[0013]此外,本发明的通信装置具有:壳体;供电电路,该供电电路设置在所述壳体内;供电线圈,该供电线圈与所述供电电路相连接;以及线圈天线,该线圈天线靠近所述供电线圈进行配置,所述通信装置的特征在于,在所述供电线圈与所述线圈天线之间包括磁性体层,所述供电线圈与所述线圈天线经由所述磁性体层进行电磁场耦合。
[0014]发明的效果
[0015]根据本发明,供电线圈与线圈天线经由具有恰当确定的磁导率及厚度的磁性体层进行磁场耦合,因此,能将供电线圈与线圈天线的耦合度保持在适当的范围内,能实现信号的传输效率较高、通信距离较大的天线装置、以及包括这样的天线装置的通信终端装置。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1 (A)是实施例1的天线装置101的简要立体图,图1 (B)是包括天线装置101的通信终端装置(移动电话终端这样的移动体通信终端)的简要剖视图。
[0017]图2 (A)是天线装置101的主视图,图2 (B)是天线装置101的局部俯视图。
[0018]图3是供电线圈10的分解立体图。
[0019]图4是线圈天线20及铁氧体片材30的分解立体图。
[0020]图5 (A)是供电电路9与天线装置101相连接的状态下的等效电路图。图5 (B)是表示在通信对象一侧的天线与线圈天线20之间形成的感应磁场的图。
[0021]图6 (A)、图6 (B)均是表示与本发明的天线装置相比较对照的天线装置的感应磁场的图。
[0022]图7是表示改变铁氧体片材30的厚度时的、线圈天线及供电线圈的谐振频率的变化的图。
[0023]图8 (A)是实施例2的天线装置102的简要立体图,图8 (B)是天线装置102的主视图。
[0024]图9 (A)是实施例3的天线装置103的简要立体图,图9 (B)是天线装置103的局部俯视图。
[0025]图10 (A)是包括天线装置103的通信终端装置203的简要剖视图。图10 (B)是通信终端装置203中的天线装置103的俯视图。
[0026]图11 (A)是实施例4的天线装置104的简要立体图,图11 (B)是天线装置104的主视图。
[0027]图12 (A)是实施例5的天线装置105A的简要立体图,图12 (B)是实施例5的天线装置105B的简要立体图,图12 (C)是天线装置105AU05B的局部俯视图。
[0028]图13是包括实施例6的天线装置的通信终端装置206的局部俯视图。
[0029]图14 (A)是实施例7的天线装置107的简要立体图,图14 (B)是天线装置107的主视图。
[0030]图15是表示包括天线装置107的通信终端装置207与通信对象一侧的线圈天线的角度关系的图。
[0031]图16 (A)是实施例8的天线装置108的俯视图,图16 (B)是其局部俯视图,图16(C)是图16 (B)的C-C部分的剖视图。
[0032]图17 (A)是表示铁氧体片材30 (磁性体层)的磁导率较高时、或铁氧体片材30的厚度较厚时的、天线装置的感应磁场的图,图17 (B)是表示铁氧体片材30 (磁性体层)的磁导率较低时、或铁氧体片材30的厚度较薄时的、天线装置的感应磁场的图。
[0033]图18 (A)是表示最大通信距离相对于实施例9所涉及的天线装置的铁氧体片材30的相对磁导率(实数部磁导率U ’)与厚度的乘积的关系的图,图18 (B)是表示其数值的图。
[0034]图19 (A)是实施例10所涉及的天线装置的线圈天线20的立体图,图19 (B)是其分解立体图。
[0035]图20 (A)是线圈天线20的俯视图,图20 (B)线圈天线20的等效电路图。
[0036]图21 (A)、图21 (B)分别是实施例11所涉及的线圈天线的俯视图。
[0037]图22 (A)是表示实施例12所涉及的天线装置的俯视图及主视图,图22 (B)是表示自铁氧体片材30的端部到供电线圈10的一端为止的尺寸Y与最大可通信距离的关系的图。
[0038]图23是实施例12所涉及的天线装置的主视图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的天线装置是应用于HF频带RFID系统等的天线装置,其具有与供电电路相连接的供电线圈、以及靠近供电线圈进行配置的线圈天线。此外,本发明的通信终端装置是包括上述天线装置的通信终端装置,其具有:设置在壳体内的供电电路;与供电电路相连接的供电线圈;以及靠近供电线圈进行配置的线圈天线。而且,在该天线装置及通信终端装置中,在供电线圈与线圈天线之间设有铁氧体片材等的磁性体层,供电线圈与线圈天线经由该磁性体层进行磁场耦合。
[0040]由此,供电线圈与线圈天线经由磁性体层进行磁场耦合,该磁性体层被确定为满足磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积小于20。因此,即使将供电线圈与线圈天线靠近地进行配置,其耦合度(耦合系数)也不会变得过大,能将耦合度保持在适当的范围内,能避免供电线圈与线圈天线的谐振点发生较大分离。因此,能实现一种供电电路与天线装置的阻抗相匹配、高频信号的传输效率较高、通信距离较大的小型天线装置及通信终端装置。
[0041]此处,磁性体层并未完全磁性屏蔽供电线圈和线圈天线,而是构成为使载波频率中的磁场分量部分透过。因此,在使用铁氧体烧结体那样的磁导率较大的磁性体层时,由于供电线圈与线圈天线需要经由磁性体层进行磁场耦合,因此,需要使用厚度较薄的磁性层。具体而言,要使相对磁导率与磁性层的厚度(单位:毫米)的乘积小于20。磁性体层的厚度优选为300 V- m以下。这是由于,若超过300 u m,出于与相对磁导率的关系,则难以使相对磁导率与磁性层的厚度(单位:毫米)的乘积小于20,而且,若厚度增厚,则阻碍天线装置的小型化。
[0042]在本发明中,供电电路是用于生成高频信号、并将该高频信号提供给线圈天线的功能电路,如果是RFID系统,则例如RFID用IC芯片与其相当。RFID用IC芯片是具有RF电路、存储电路、逻辑电路等的半导体集成电路。该RFID用IC芯片作为硅半导体元件或GaAs半导体元件而构成。该半导体元件既可以作为裸芯片IC而构成,也可以作为封装IC而构成。
[0043]供电线圈具有与供电电路相连接的线圈图案。该线圈图案至少通过一个线圈导体而构成。线圈图案既可以是将线圈导体卷绕成多匝的结构,也可以是仅卷绕成一匝的结构。此外,线圈图案也可以是连接多层线圈导体的层叠型的线圈图案。此外,供电线圈也可以包括由铁氧体烧结体等所构成的磁性体铁芯。在发送高频信号时,供电线圈经由磁场向线圈天线发送高频信号。在接收时,经由磁场从线圈天线接收高频信号。
[0044]从线圈天线的卷绕轴方向俯视所述供电线圈时,供电线圈与线圈天线不一定要重合,也可以靠近。不过,优选配置成供电线圈的端部中的一个端部与磁性体层的外侧重合,而另一个端部与磁性体层的内侧重合。
[0045]此外,供电线圈优选配置成其卷绕轴与线圈天线的卷绕轴交叉。更为特定的是,优选配置成供电线圈的卷绕轴与线圈天线的卷绕轴大致正交。尤其优选为,在供电线圈的至少一部分配置成与构成线圈天线的线圈导体重合时,从线圈天线的卷绕轴方向俯视时,线圈天线的卷绕轴和供电线圈的卷绕轴配置成大致正交。这是由于,相对于供电线圈与线圈天线的距离的变化耦合度是稳定的。
[0046]此外,供电线圈优选为具有如下的电感值,在这样的电感值下,该供电线圈和供电电路形成具有相当于载波频率的谐振频率的谐振电路。即,如果供电电路是IC芯片,则优选为由IC芯片自身所具有的电容和供电线圈的电感构成LC并联谐振电路,其谐振频率为相当于通信信号的载波频率的频率。由供电电路和供电线圈构成以载波频率进行谐振的谐振电路,在该状态下,天线装置的谐振频率的设计变得较容易。
[0047]在通信终端装置的壳体为具有主面、以及与该主面的端部连接的端面的形状时,供电线圈优选为以其卷绕轴大致垂直地朝向壳体的端面的状态配置在壳体内的端部附近。通过如此进行配置,磁通容易通过供电线圈的线圈开口,能增大通信距离。
[0048]线圈天线靠近供电线圈进行配置,并至少通过一个线圈导体而构成。线圈导体可以卷绕成多匝,也可以形成为多层。尤其是,线圈天线优选为具有第一主面及第二主面的平面状线圈。如果是平面状线圈,则例如能在壳体与设置在壳体内的各种元器件之间的微小的空间内设置线圈天线。此外,平面状线圈的线圈面也可以包含多个平面。
[0049]在平面状线圈的第一主面侧为朝向通信对象的天线的相对面时,磁性体层优选为以覆盖平面状线圈的第二主面的方式进行设置。通常,如印刷布线板的接地导体或电池的金属盖那样,在移动电话等通信终端装置上设有相对面积较大的金属体(相当于权利要求书中记载的“导体层”)。若在这样的金属体附近配置线圈天线,则在金属体内会流过涡电流以抵消因线圈天线所产生的磁通的变化,因此,有时会增加能量损耗(涡流损耗),无法确保足够的通信距离。因此,通过在平面状线圈的第二主面与金属体之间设置磁性体层,能控制平面状线圈与供电线圈的耦合量,而且能防止涡流损耗引起的通信距离的下降。
[0050]所述线圈天线优选为具有相当于通信信号的载波频率的谐振频率的谐振电路。例如,能由LC并联谐振电路构成线圈天线,该LC并联谐振电路包括具有规定的电感的线圈导体和具有规定的电容的芯片电容器。或者,也可以将第一线圈导体与第二线圈导体经由绝缘体层进行重合,并使流过这些线圈导体的电流为相同方向,由各线圈导体自身所具有的电感和各线圈导体之间所产生的寄生电容构成LC并联谐振电路。由于线圈天线也可以说是加强天线,因此,并非需要具有相当于通信信号的载波频率的谐振频率,但若这样在相当于载波频率的频率下进行谐振,则能减少能量损耗,增加通信距离。
[0051]该线圈天线无需是仅具有一个平面的平面状线圈,例如,也可以是至少具有第一平面和与该第一平面相连接的第二平面的平面状线圈。在此情况下,供电线圈优选为配置在由第一平面和第二平面围住的区域内。尤其是,如果通信终端装置的壳体是具有主面和端部(前端面)的形状,则优选为第一平面与壳体的主面基本平行,第二平面朝壳体的端部(前端面)方向折弯。如果是这种结构,则能扩大天线装置的方向性,即使将通信终端装置放置在来自各个方向的通信对象一侧天线上,也能在这些器件之间确保良好的通信状态。
[0052]以上对本发明的优选实施方式进行了说明,但本发明的天线装置或通信终端装置并不限定于上述实施方式。例如,本发明的天线装置并不限定于HF频带的RFID系统用天线装置,能应用于例如UHF频带的通信系统等各种频带、各种通信系统。此外,在将该天线装置用作RFID系统用的天线时,能用作读写器用天线,也能用作RFID标签用天线。
[0053]实施例1
[0054]实施例1的天线装置及通信终端装置是将13.56MHz作为载波频率的HF频带RFID系统用的天线装置、以及装载了该天线装置的移动体通信终端。图1 (A)是实施例1的天线装置101的简要立体图,图1 (B)是包括该天线装置的通信终端装置(移动电话终端这样的移动体通信终端)的简要剖视图。此外,图2 (A)是天线装置101的主视图,图2 (B)是天线装置101的局部俯视图。
[0055]如图1 (A)及图2 (A)所示,天线装置101包括:与供电电路相连接的供电线圈10 ;与供电线圈10靠近配置的线圈天线20 ;以及设置在供电线圈10与线圈天线20之间的铁氧体片材30。而且,在本例中,天线装置101还包括印刷布线板50。供电线圈10安装在印刷布线板50上。供电线圈10是在磁性体铁芯11上形成线圈图案12。具体的结构在后面表示。
[0056]铁氧体片材30的相对磁导率为50,厚度为0.3mm,相对磁导率与厚度的乘积为15(小于20)。
[0057]如图2 (A)所示,线圈天线20由基材片材21、以及形成在该基材片材21的上表面的线圈导体22a和形成在下表面的线圈导体22b所构成。
[0058]如图1 (B)所示,通信终端装置201具有大致长方体状的终端壳体60,天线装置101设置在该终端壳体60内。RFID用IC芯片90及供电线圈10配置在印刷布线板50的前端部附近。RFID用IC芯片90与供电线圈10相连接。
[0059]线圈天线20经由双面粘合片材等接合材料40粘贴在终端壳体60的背面LF —侧的内表面上。
[0060]印刷布线板50由环氧树脂等热固性树脂所构成,其平面形状呈近似矩形形状。而且,印刷布线板50包括基材51和各种导体图案。在基材51的内层形成有与印刷布线板的平面形状大致相同形状的接地导体52。该接地导体52起到内置于通信终端内的高频电路、电源电路、液晶驱动电路等各种电子元器件(未图示)的接地电极的作用。
[0061]图3是供电线圈10的分解立体图。供电线圈10通过将线圈图案卷绕在由铁氧体烧结体所构成的磁性体铁芯上而成。具体而言,如图3所示,磁性体铁芯由磁性层112a和磁性层112b所构成,供电线圈的坯体具有利用非磁性层Illa和Illb夹着这些磁性层112a、112b的层叠结构。在非磁性层Illa上形成有线圈图案的一部分即面内导体121a。在磁性层112b上形成有线圈图案的一部分即面内导体121b。在磁性层112a、112b的两端面分别形成有线圈图案的一部分即端面导体122a、122b。在非磁性层Illa的下表面形成有输入输出端子123a、123b。在非磁性层Illa的内部形成有导通面内导体121a和输入输出端子123a、123b的过孔导体。端面导体122a、122b在母基板状态时是内表面形成有导体膜的通孔导体或过孔导体的一半(碎部)。
[0062]由此,通过面内导体121a、121b及端面导体122a、122b构成供电线圈的线圈图案。
[0063]磁性层112a、112b和非磁性层111a、Illb是铁氧体陶瓷烧结体层,面内导体121a、121b和端面导体(通孔导体、过孔导体)122a、122b是以印刷或填充在陶瓷烧结体层的前体即陶瓷生片上的银或铜等为主要成分的导电材料的烧结体。
[0064]由此,供电线圈10作为以层叠结构体为坯体的芯片元器件而构成,经由输入输出端子123a、123b表面安装在印刷布线板50上。如图2 (B)所示,从线圈天线20的卷绕轴方向俯视时,该供电线圈10表面安装在印刷布线板上,并使供电线圈10的线圈图案与构成线圈天线20的线圈导体重合。
[0065]图4是线圈天线20及铁氧体片材30的分解立体图。线圈天线20由PET等的基材片材21、以及形成在该基材片材21的上表面的线圈导体22a和形成在下表面的线圈导体22b所构成。线圈导体22a、22b是铜箔或铝箔之类的较薄的金属膜。在本例中,是由基材片材21及线圈导体22a、22b所构成的平面状的线圈。图4中的上方是朝向通信对象一侧的天线的第一主面,下方的面是其相反面的第二主面。
[0066]线圈导体22a和线圈导体22b是以如下方式卷绕而成的图案,在电流从各线圈导体的一端朝另一端流动时,各线圈导体中的电流的流动方向相同。此外,线圈导体22a、22b配置成从卷绕轴方向俯视它们时线圈导体22a与22b的至少一部分重合,其结果是,这些线圈导体22a和22b彼此经由电容进行耦合。
[0067]如图1 (B)所示,铁氧体片材30设置在线圈天线20与接地导体52之间,并且设置在线圈天线20与供电线圈10之间。此外,供电线圈10和线圈天线20配置成供电线圈10的卷绕轴与线圈天线20的卷绕轴大致正交,并且在俯视线圈天线20时,供电线圈10与线圈天线20部分重合,而且,供电线圈10的两个开口部(两端部)从线圈天线20的导体形成区域溢出。通过如此配置,能加强供电线圈10与线圈天线20的耦合,即使线圈天线20与供电线圈10的距离变大,也能获得稳定的通信特性。
[0068]图5 (A)是供电电路9与天线装置101相连接的状态下的等效电路图。在由供电电路9和供电线圈10所构成的供电一侧构成LC并联谐振电路,该LC并联谐振电路包括由RFID用IC芯片自身所具有的寄生电容及匹配用电容器所构成的C、以及供电线圈10的电感L。该LC并联谐振电路的谐振频率设定为与通信信号的载波频率(13.56MHz)基本相等。此外,由线圈天线20所构成的天线一侧构成LC并联谐振电路,该LC并联谐振电路包括线圈导体22a所具有的电感L1、线圈导体22b所具有的电感L2、以及形成在线圈导体22a与线圈导体22b之间的电容Cl、C2。该LC并联谐振电路的谐振频率设定为与通信信号的载波频率(13.56MHz)基本相等。而且,供电线圈10和线圈天线20经由铁氧体片材30彼此进行磁场耦合。即,供电线圈10与线圈天线20通过经由铁氧体片材的较弱的互感进行磁耦合。[0069]图5 (B)是表示在通信对象一侧的天线(未图示)与线圈天线20之间形成的感应磁场的图。在通信对象一侧的天线与线圈天线20之间所形成的感应磁场如磁通4>a所示,其大部分沿着铁氧体片材30的上侧界面进行引导。而且,如磁通0b所示,其中的一部分经由铁氧体片材30被引导到供电线圈10。此外,由于在线圈天线20与接地导体52之间存在铁氧体片材30,因此,能将接地导体52中因流过线圈天线20的电流的感应磁场而产生涡电流的情况抑制在最小限度。
[0070]图6 (A)、图6 (B)均是表示作为本发明的天线装置的比较对象的天线装置的感应磁场的图。图6 (A)是未设有铁氧体片材的天线装置,图6 (B)是在避开供电线圈10的位置上设有铁氧体片材的天线装置的示例。
[0071]在图6 (A)所示的天线装置中,由于在线圈天线20与接地导体52之间不存在铁氧体片材,因此,在接地导体52中因流过线圈天线20的电流的感应磁场而有涡电流流动,从而产生涡流损耗。而且,由于线圈天线20与供电线圈10直接相邻,因此,其耦合度较高,但线圈天线20的谐振频率与供电线圈10的谐振频率会发生分离(谐振点发生分离),导致信号能量的传输损耗增加。
[0072]此外,在图6 (B)所示的天线装置中,由于在线圈天线20与接地导体52之间的一部分存在铁氧体片材30,因此,与图6 (A)的天线装置相比,能抑制涡流损耗的产生,但无法避免未覆盖铁氧体片材30的部分处的涡流损耗的产生。此外,与图6 (A)的天线装置相同,存在谐振点分离引起的信号能量的传输损耗的问题。
[0073]图7是表示在实施例1所示的天线装置101的结构中改变铁氧体片材30的厚度时的、线圈天线及供电线圈的谐振频率的变化的图。获得图7 (A)?(D)的结果的条件如下。
[0074][铁氧体片材]{(A)?⑶与图7(A)?⑶相对应}
[0075](A)实数部磁导率U ’ = 70、厚度5 = 50u m[磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积=3.5]
[0076](B)实数部磁导率U ’ = 70、厚度S = IOOiim[磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积=7]
[0077](C)实数部磁导率U ’ = 70、厚度5 = 500 iim[磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积=35]
[0078](D)无铁氧体片材
[0079][供电线圈]
[0080]电感0.74 U H
[0081][线圈天线]
[0082]平面尺寸:40mmX40mm
[0083]厚度:100um
[0084][RFID 用 IC 芯片]
[0085]NXP 公司制 PN-544
[0086][读写器]
[0087]VIVOtech 公司制 VIV05000
[0088]在图7 (A)?⑶中,曲线s是供电线圈10单独状态下的频率特性,曲线d是供电线圈10与线圈天线20进行耦合的状态下的频率特性。线圈天线20单独状态下的频率特性也与曲线s等同。
[0089]在图7 (A)或图7(B)所示的示例中,尽管因为供电线圈10与线圈天线20的耦合而使退化解除、谐振点发生分离,但获得的最大通信距离为37mm。与之不同的是,在图7(C)所示的示例中,供电线圈10与线圈天线20未进行耦合,所获得的最大通信距离仅为25mm。此外,如图7 (D)所示,若未设有铁氧体片材,则因供电线圈10与线圈天线20的耦合而使退化较大程度地得到解除,谐振点发生较大的分离,而且在接地导体52中产生涡流损耗,因此,最大通信距离为20mm。
[0090]在实施例1中,如图5 (B)等所示,供电线圈10和线圈天线20配置成供电线圈10的卷绕轴与线圈天线20的卷绕轴大致正交,并且在俯视线圈天线20时,供电线圈10与线圈天线20部分重合,而且,供电线圈10的开口部(端部)从线圈天线20的导体形成区域溢出,因此,即使线圈天线20与供电线圈10的距离变大,也能保持磁通与线圈天线20交链、磁通0b与供电线圈10交链的关系,因此,能获得稳定的通信特性。
[0091]另外,如图2 (A)所示,接地导体(导体层)52设置成与线圈天线20夹着供电线圈10,但该接地导体52沿着供电线圈10所包括的线圈图案12的卷绕轴延伸。接地导体52配置成俯视时覆盖供电线圈10且至少一部分位于线圈天线20的线圈导体的内周的内侧。在图2 (A)中,WlO表示供电线圈10的宽度,D20表示线圈天线20的线圈导体的内周。
[0092]通过上述结构,线圈天线20引起的磁通沿着接地导体52,因此,该磁通容易与供电线圈10进行交链。因此,通过接地导体52的存在,供电线圈10与线圈天线20的耦合度得到提高。该结构在供电线圈10的尺寸特别小的时候、或者供电线圈10与线圈天线20的距离较大时等也要提高供电线圈10与线圈天线20的耦合度的情况下是有效的。
[0093]实施例2
[0094]图8 (A)是实施例2的天线装置102的简要立体图,图8 (B)是天线装置102的主视图。在该实施例2中,供电线圈10装载在印刷布线板50上,并使其卷绕轴方向与线圈天线20的线圈卷绕轴为相同方向。除了供电线圈10的装载位置不同以外,与实施例1的天线装置101的结构相同。
[0095]实施例2的天线装置102能确保与实施例1的天线装置101大致同等的通信距离,但若供电线圈10与线圈天线20的距离增大、或其位置关系发生偏离,或者线圈天线20的谐振频率发生偏差,则有时天线装置的谐振频率会发生变动。
[0096]实施例3
[0097]图9 (A)是实施例3的天线装置103的简要立体图,图9 (B)是天线装置103的局部俯视图。图10 (A)是包括天线装置103的通信终端装置203的简要剖视图。此外,图10 (B)是通信终端装置203中的天线装置103的俯视图。
[0098]在实施例3的天线装置103及通信终端装置203中,从终端壳体60的背面LF进行观察时,线圈天线20配置成位于终端壳体60的大致中央。而且,供电线圈10配置成其线圈开口面靠近终端壳体60的侧端部SE。因此,即使将线圈天线20配置在终端壳体60的大致中央,也能使通过供电线圈10的磁通转到终端壳体60的侧端部SE方向。S卩,在发送时,来自供电线圈10的磁通环绕到侧端部SE方向,而在接收时,来自通信对象的磁通主要指向侧端部SE方向以避开印刷布线板50。因此,例如,在与侧端部SE方向正交的方向上配置各种电子元器件71或电池组72等金属体时,能抑制通过供电线圈10的磁通与金属体的碰撞。因此,能避免通信距离的下降。
[0099]另外,在该通信终端装置203中,构成通信终端装置203的各种电子元器件71作为表面安装元器件装载在配置在终端壳体60内的印刷布线板50上。而且,电池组72配置在线圈天线20的附近。在线圈天线20的第二主面一侧,铁氧体片材30粘贴在线圈天线20的整个第二主面上。因此,即使将接地导体52以外的金属体(例如,各种电子元器件71或电池组72)配置在线圈天线20的附近,也不易产生这些金属体引起的涡流损耗。此外,基于同样的理由,线圈天线20的谐振频率的变动量也较小。
[0100]实施例4
[0101]图11 (A)是实施例4的天线装置104的简要立体图,图11 (B)是天线装置104的主视图。在实施例4的天线装置104中,从线圈天线20的卷绕轴方向俯视时,供电线圈10配置在不与铁氧体片材30重合的位置上。即使在此情况下,由于供电线圈10相对于包含铁氧体片材30的平面配置在线圈天线20的相反侧,因此,供电线圈10与线圈天线20经由铁氧体片材30进行磁场耦合。即,供电线圈10与线圈天线20通过透过铁氧体片材30而来的磁通进行磁场耦合。
[0102]实施例5
[0103]图12 (A)是实施例5的天线装置105A的简要立体图,图12 (B)是实施例5的天线装置105B的简要立体图,图12 (C)是天线装置105AU05B的局部俯视图。在实施例5的天线装置105AU05B中,从线圈天线20的卷绕轴方向俯视时,供电线圈10配置在线圈天线20的线圈开口的大致中央部。供电线圈10既可以如图12 (A)所示地配置成供电线圈10的卷绕轴与线圈天线20的线圈导体的卷绕轴大致正交,也可以如图12 (B)所示地配置成供电线圈10的卷绕轴与线圈天线20的线圈导体的卷绕轴大致平行、甚至两个卷绕轴相同。
[0104]实施例6
[0105]图13是包括实施例6的天线装置的通信终端装置206的局部俯视图。在该通信终端装置206中,线圈天线20及铁氧体片材30以避开照相机模块73或扬声器74的方式进行配置。
[0106]由此,线圈天线20或铁氧体片材30如其它实施例那样无需具有矩形形状的外形,也可以具有凹部、凸部。
[0107]实施例7
[0108]图14 (A)是实施例7的天线装置107的简要立体图,图14 (B)是天线装置107的主视图。此外,图15是表示包括天线装置107的通信终端装置207与通信对象一侧的线圈天线的角度关系的图。
[0109]在该天线装置107中,如图14 (A)、图14(B)所示,线圈天线20是具有第一平面FS1、以及与该第一平面FSl相连接的第二平面FS2的平面状的线圈。铁氧体片材30也同样,具有第一平面FSl和第二平面FS2,并设置成完全覆盖线圈天线20的线圈导体及其开口面。而且,供电线圈10配置在由线圈天线20及铁氧体片材30的第一平面FSl和第二平面FS2围住的区域内。第一平面FSl是与终端壳体60的主面基本平行的面,第二平面FS2沿着终端壳体60的前端FE的面折弯。[0110]如果是这样的结构,则即使在以下的任一种情况下也能进行通信,这些情况包括:如图15 (A)所示,终端壳体60的主面与通信对象一侧线圈天线301的线圈开口面基本平行的情况;如图15 (B)所示,终端壳体60的主面与通信对象一侧线圈天线301的线圈开口面大致成45°的角度的情况;以及如图15 (C)所示,终端壳体60的主面与通信对象一侧线圈天线301的线圈开口面大致成直角的情况。
[0111]另外,在本实施例中,第一平面FSl与第二平面FS2所构成的角度大致为90°,但可以是例如120°这样的钝角,也可以是45°这样的锐角。此外,第一平面FSl与第二平面FS2可以利用曲面来进行连接,也可以利用一个曲面来构成相当于第一平面FSl和第二平面FS2的部分,以取代第一平面FSl与第二平面FS2呈规定的折弯角度而构成。
[0112]实施例8
[0113]图16是实施例8的天线装置108的俯视图,图16 (B)是其局部俯视图,图16 (C)是图16 (B)的C-C部分的剖视图。在该天线装置108中,从线圈天线20的线圈导体的卷绕轴方向俯视时,供电线圈10配置在线圈天线20的线圈导体22 (22a、22b)的形成区域的外侧。不过,在线圈导体22 (22a、22b)的外缘端的一部分形成有延设部22E,供电线圈10配置在与该延设部22E重合的位置上。对于铁氧体片材30也以与延设部22E重合的方式延伸设置。
[0114]若供电线圈10配置在线圈导体22 (22a、22b)的外侧,则有时供电线圈10与线圈天线20的耦合度变得过小,但如本实施例那样,优选为将延设部设置在线圈天线20的一部分及铁氧体片材30的一部分上以与供电线圈10重叠。
[0115]实施例9
[0116]在实施例9中示出了与磁性体层的磁导率、厚度及通信距离的关系。
[0117]图17 (A)是表示铁氧体片材30 (磁性体层)的磁导率较高时、或者铁氧体片材30的厚度较厚时的、天线装置的感应磁场的图。图17 (B)是表示铁氧体片材30 (磁性体层)的磁导率较低时、或者铁氧体片材30的厚度较薄时的、天线装置的感应磁场的图。
[0118]在铁氧体片材30 (磁性体层)的相对磁导率与厚度的乘积较大时,尽管如图17 (A)所示,来自通信对象的磁通0 a与线圈天线20的磁场耦合变大,但线圈天线20与供电线圈10的、由磁通013所示的磁场耦合变小。其结果是,最大可通信距离较短。
[0119]在相反的情况下,尽管如图17 (B)所示,供电线圈10与线圈天线20的、由磁通
b所示的磁场耦合变大,但来自通信对象的磁通a容易通过铁氧体片材,从而容易与
接地导体52进行耦合。其结果是,在接地导体52中产生的涡电流增大,通信特性变差。
[0120]图18 (A)是表示最大通信距离相对于铁氧体片材30的相对磁导率(实数部磁导率U’)与厚度的乘积的关系的图。图18 (B)是其数值表。获得该结果的条件如下。
[0121][线圈天线]
[0122]外形40mmX40mm
[0123]3匝X双面
[0124]线宽=Imm
[0125]线间=Imm
[0126][铁氧体片材]
[0127]尺寸与线圈天线的外形相同[0128][通信对象的卡]
[0129]IS014443A标准的一般的卡(80mmX 50mm左右的大小)
[0130]如图18 (A)、图18(B)所示,如果铁氧体片材30的相对磁导率与厚度的乘积小于20,则能确保最大可通信距离为30mm。最大可通信距离为30mm以上时、在将天线装置配置在终端壳体内部并经由终端壳体的厚度进行通信时、以及与通信对象之间产生稍许的间隙时也能进行稳定的通信。
[0131]实施例10
[0132]在实施例10中示出了线圈天线的线圈导体的图案的优化。图19 (A)是线圈天线20的立体图,图19 (B)是其分解立体图。此外,图20 (A)是线圈天线20的俯视图,图20(B)线圈天线20的等效电路图。
[0133]在线圈天线20中,在PET等的基材片材21的第一主面(上表面)上形成有第一线圈导体22a,在第二主面(下表面)上形成有第二线圈导体22b。第一线圈导体22a的卷绕方向与第二线圈导体22b的卷绕方向相反(在透视状态下为相同),因此,等效电路如图20(B)所示。
[0134]在图20 (B)中,电感器L1、L2与线圈导体22a、22b相对应,电容器Cl是主要在线圈导体22a、22b的外周端附近彼此产生的电容,电容器C2是主要在线圈导体22a、22b的内周端附近彼此产生的电容。此处,若通过增大线圈导体22a、22b的外周端附近的相对面积、减小线圈导体22a、22b的内周端附近的相对面积来设计成C1?C2 N 0,则电容器C2部分大致为开路状态,因此,在C2附近的电极中基本上没有电流流过。即,电场为最大。相反,离开电容器C2附近的电极最远的电容器Cl附近的电极成为电流最大点。也就是说,流过线圈导体22a、22b的电流量成为外侧较多、内侧较少这样的分布。
[0135]其结果是,磁场发生区域为线圈天线20的最外侧,这表示等效的天线尺寸较大,因此,能获得辐射效率良好的天线。
[0136]实施例11
[0137]在实施例11中示出了线圈天线的线圈导体的另外两个图案。图21(A)、图21(B)分别是线圈天线的俯视图。无论哪个示例均为越是线圈导体22a、22b的外侧电容越大,越是内侧电容越小。
[0138]在图21 (A)的示例中,逐渐改变线圈导体的线宽来调节电容。即,使线圈导体22a的线宽相同,使线圈导体22b的线宽从外周朝向内周变细。在图21 (B)的示例中,使线圈导体22a与22b的相对部分的线宽从线圈外周朝向内周变细(增大偏差量)。
[0139]实施例12
[0140]在实施例12中示出了供电线圈10的一端同铁氧体片材的位置关系与最大可通信距尚的关系。
[0141]图22 (A)是天线装置的俯视图及主视图,图22 (B)是表示自铁氧体片材30的端部到供电线圈10的一端为止的尺寸Y与最大可通信距离的关系的图。获得该结果的条件如下。
[0142][线圈天线]
[0143]平面尺寸:40mmX40mm
[0144]厚度:50lim[0145]6匝X双面
[0146]线宽=Imm
[0147]线间=0.5mm
[0148][铁氧体片材]
[0149]平面尺寸:40mmX40mm
[0150]厚度:100um
[0151]相对磁导率:约130
[0152][印刷布线板]
[0153]平面尺寸:50mmXIlOmm
[0154][供电线圈]
[0155]平面尺寸:5_X5_
[0156]厚度:0.8 ii m
[0157][铁氧体片材与印刷布线板之间的间隔]
[0158]1.2mm
[0159]如图22 (B)所示,在自铁氧体片材30的端部到供电线圈10的一端为止的尺寸Y为0mm、35?40mm时,能获得最佳的特性。
[0160]Y = 0mm、35mm是供电线圈10的一端与铁氧体片材30的端部相接触的状态,Y =40mm是供电线圈10的另一端与铁氧体片材30的端部相接触的状态。
[0161]图23是天线装置的主视图。如图23 (A)所示,在供电线圈10的开口部从线圈天线20的外形突出时,来自供电线圈10的磁通环绕线圈天线20的外侧,因此,成为与线圈天线20的开口部交链的分布。由此,能进一步加强供电线圈10与线圈天线20的耦合。另一方面,如图23 (B)所示,在供电线圈10的开口部未从线圈天线20的外形突出时,来自供电线圈10的磁通受铁氧体片材30的影响而成为不与线圈天线20的开口部交链的分布。因此,供电线圈10与线圈天线20的耦合比上述情况稍弱。
[0162]由此,从线圈天线20俯视时,配置成供电线圈10与线圈天线20部分重合,而且供电线圈10的开口部(端部)从线圈天线20的外形溢出,从而加强供电线圈10与线圈天线20的耦合,即使线圈天线20与供电线圈10的距离变大也能获得稳定的通信特性。
[0163]另外,在以上所示的各实施例中,以“导体层”是印刷布线板的接地导体的示例为主进行了表示,但也可以将液晶面板、电池组、屏蔽壳体这样的导体板等用作“导体层”。
[0164]工业上的实用性
[0165]如上所述,本发明能应用于天线装置及通信终端装置、尤其是应用于HF频带的RFID标签或读写器等的天线装置、以及包括该天线装置的通信终端装置,并且对用于进行收费或物品管理的RFID系统等是有用的。
[0166]标号说明
[0167]FE 前端
[0168]FSl 第一平面
[0169]FS2 第二平面
[0170]LF 背面
[0171]TF 表面[0172]SE 侧端部
[0173]9 供电电路
[0174]10 供电线圈
[0175]11 磁性体铁芯
[0176]12 线圈图案
[0177]20 线圈天线
[0178]21 基材片材
[0179]22 线圈导体
[0180]22a第一线圈导体
[0181]22b第二线圈导体
[0182]22E延设部
[0183]30 铁氧体片材
[0184]40 接合材料
[0185]50 印刷布线板
[0186]51 基材
[0187]52 接地导体
[0188]60 终端壳体
[0189]71 电子元器件
[0190]72 电池组
[0191]73 照相机模块
[0192]74 扬声器
[0193]90 RFID 用 IC 芯片
[0194]101?104 天线装置
[0195]105AU05B 天线装置
[0196]107、108 天线装置
[0197]11 la、11 Ib 非磁性层
[0198]112a、112b 磁性层
[0199]121a、121b 面内导体
[0200]122a、122b 端面导体
[0201]123a、123b输入输出端子
[0202]201、203、206、207 通信终端装置
[0203]301通信对象一侧线圈天线
【权利要求】
1.一种天线装置,其具有:供电线圈,该供电线圈与供电电路相连接;以及线圈天线,该线圈天线靠近所述供电线圈进行配置,所述天线装置的特征在于, 在所述供电线圈与所述线圈天线之间设有磁性体的相对磁导率与厚度(单位:毫米)的乘积小于20的磁性体层,所述供电线圈与所述线圈天线经由所述磁性体层进行磁场耦合。
2.如权利要求1所述的天线装置,其特征在于,所述线圈天线是具有朝向通信对象一侧的天线的面即第一主面、以及该第一主面的相反面即第二主面的平面状的线圈,所述磁性体层以覆盖所述线圈天线的第二主面的方式进行设置。
3.如权利要求2所述的天线装置,其特征在于,所述线圈天线由形成在第一主面上的平面状的第一线圈导体及形成在第二主面上的平面状的第二线圈导体所构成, 通过所述第一线圈导体的电感、所述第二线圈导体的电感、以及在所述第一线圈导体与所述第二线圈导体之间产生的电容来构成LC并联谐振电路, 俯视所述线圈天线时,所述第一线圈导体与所述第二线圈导体的相对面积在第一线圈导体及第二线圈导体的外周端部附近最大,在内周端部最小。
4.如权利要求2或3所述的天线装置,其特征在于,所述天线装置具有导体层,所述磁性体层设置在所述线圈天线的所述第二主面与所述导体层之间。
5.如权利要求1至4的任一项所述的天线装置,其特征在于,俯视所述线圈天线时,所述供电线圈配置成其至少一部分与所述磁性体层重合。
6.如权利要求1至5 的任一项所述的天线装置,其特征在于,所述供电线圈配置成其卷绕轴与所述线圈天线的卷绕轴大致正交。
7.如权利要求1至6的任一项所述的天线装置,其特征在于,所述线圈天线是具有实质上相当于通信信号的载波频率的谐振频率的谐振电路。
8.如权利要求1至7的任一项所述的天线装置,其特征在于,由所述供电线圈和所述供电电路构成谐振电路,该谐振电路在相当于通信信号的载波频率的频率下进行谐振。
9.如权利要求1至8的任一项所述的天线装置,其特征在于,所述线圈天线是至少具有第一平面、以及与所述第一平面相连接的第二平面的平面状的线圈,所述供电线圈配置在由所述第一平面和所述第二平面围住的区域内。
10.如权利要求1至9的任一项所述的天线装置,其特征在于,所述磁性体层的厚度为300 u m以下。
11.一种通信终端装置,其具有:壳体;供电电路,该供电电路设置在所述壳体内;供电线圈,该供电线圈与所述供电电路相连接;以及线圈天线,该线圈天线靠近所述供电线圈进行配置,所述通信终端装置的特征在于, 在所述供电线圈与所述线圈天线之间包括磁性体层,所述供电线圈与所述线圈天线经由所述磁性体层进行电磁场耦合。
12.如权利要求11所述的通信终端装置,其特征在于,所述供电线圈以所述供电线圈的卷绕轴大致垂直地朝向所述壳体的端面的状态配置在所述壳体内的端部附近。
13.如权利要求11或12所述的通信终端装置,其特征在于,所述线圈天线是至少具有第一平面、以及与所述第一平面相连接的第二平面的平面状的线圈,所述第一平面与所述壳体的主面大致平行,所述第二平面向所述壳体的端部方向折弯。
14.如权利要求11至13的任一项所述的通信终端装置,其特征在于,所述通信终端装置包括导体层,该导体层和所述线圈天线夹着所述供电线圈,并沿着所述供电线圈的卷绕轴进行延伸,俯视时,所述导体层配置成覆盖供电线圈且至少一部分位于所述线圈天线的线圈导体的内周的内侧。
【文档编号】G06K19/077GK103503234SQ201280021203
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2011年6月13日
【发明者】中野信一, 加藤登, 用水邦明 申请人:株式会社村田制作所

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