JP6565379B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、ＮＦＣ（Near Field Communication：近距離無線通信）に好適なアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device suitable for NFC (Near Field Communication).
近年、スマートフォン等の携帯無線機器には、電話／データ通信機能をはじめ、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、ＧＰＳ、ＮＦＣなど、さまざまな通信機能が実装されている。 In recent years, portable wireless devices such as smartphones have been implemented with various communication functions such as a telephone / data communication function, wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), GPS, and NFC.
一方、内蔵回路を外部ノイズから保護すると共に機器内で発生するノイズの不要輻射を防止するため、携帯無線機器には金属シールドが設けられている。特に最近は、薄型化、軽量化、落下等の衝撃に対する耐久性、デザイン性等を考慮して、携帯無線機器の筐体自体が樹脂製から金属製となり、金属シールドを兼ねるケースも増えてきている。しかし、一般に金属シールドは電波を妨げることから、アンテナを設ける場合には金属シールドに覆われない位置に設ける必要があり、金属シールドが広範囲に設けられているときにはアンテナの配置が問題となる。 On the other hand, in order to protect the built-in circuit from external noise and prevent unnecessary radiation of noise generated in the device, the mobile radio device is provided with a metal shield. Especially recently, considering the reduction in thickness, weight, durability against impacts such as dropping, design, etc., the case of portable wireless devices has been changed from resin to metal, and the number of cases that also serve as a metal shield has increased. Yes. However, since a metal shield generally prevents radio waves, when an antenna is provided, it must be provided at a position not covered by the metal shield. When the metal shield is provided over a wide area, the arrangement of the antenna becomes a problem.
上記問題を解決するため、例えば、特許文献１に記載のアンテナ装置は、ＲＦＩＤシステムに好適なＮＦＣ用アンテナであって、ループ状又はスパイラル状のコイル導体と、導体開口部及びこの導体開口部と連接するスリット部とを有する導体層と、導体層から見てコイル導体よりも遠くに配置された磁性シートを備え、コイル開口部が導体開口部と平面視で重なった構造を有するものである。このアンテナ装置によれば、コイル導体に電流が流れることにより生じる磁界を遮るように金属層に電流が流れ、そして金属層の開口部の周囲に流れる電流がスリットの周辺を通り、縁端効果により金属層の周囲にも電流が流れる。これにより、金属層からも磁界が生じ、金属層が磁束を大きく周回させるので、アンテナ装置と相手側アンテナとの通信距離を延ばすことができる。 In order to solve the above problem, for example, the antenna device described in Patent Document 1 is an NFC antenna suitable for an RFID system, and includes a loop-shaped or spiral-shaped coil conductor, a conductor opening, and the conductor opening. It has a structure in which a conductor layer having connected slit portions and a magnetic sheet disposed farther from the coil conductor as viewed from the conductor layer are provided, and the coil opening portion overlaps the conductor opening portion in plan view. According to this antenna device, the current flows through the metal layer so as to block the magnetic field generated by the current flowing through the coil conductor, and the current flowing around the opening of the metal layer passes through the periphery of the slit due to the edge effect. Current also flows around the metal layer. As a result, a magnetic field is also generated from the metal layer, and the metal layer largely circulates the magnetic flux, so that the communication distance between the antenna device and the counterpart antenna can be extended.
また、特許文献２に記載のアンテナ装置は、コイル導体と平面導体とで構成され、コイル導体の巻回軸が通る導体開口面が平面導体に対向するように配置されており、かつ、平面導体の外周の外側に配置されており、巻回軸方向からの平面視で、コイル導体の一部と平面導体の外周の縁端部とが少なくとも一部重なっている。そのため、所定の通信距離を確保しつつ、占有エリアの小さなアンテナ装置を実現可能である。 In addition, the antenna device described in Patent Document 2 includes a coil conductor and a planar conductor, and is disposed so that a conductor opening surface through which the winding axis of the coil conductor passes is opposed to the planar conductor. The coil conductor is partially overlapped with the edge of the outer periphery of the planar conductor in plan view from the winding axis direction. Therefore, it is possible to realize an antenna device with a small occupation area while ensuring a predetermined communication distance.
上記のように、携帯無線機器の筐体自体が金属シールドを兼ねる場合には、金属シールドに覆われない位置にアンテナを設ける必要があり、金属シールドが広範囲に設けられているときにはアンテナの配置が問題となる。すなわち、所望のアンテナ特性を確保しながら平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることが求められる。 As described above, when the casing of the portable wireless device also serves as a metal shield, it is necessary to provide an antenna at a position that is not covered by the metal shield. It becomes a problem. That is, it is required to efficiently lay out the planar coil antenna while ensuring desired antenna characteristics.
したがって、本発明の目的は、良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることが可能なアンテナ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device capable of efficiently laying a planar coil antenna in a limited space in a casing of a portable wireless device while ensuring good antenna characteristics.
上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、ループ状又はスパイラル状のコイルパターンからなる平面コイルアンテナと、前記平面コイルアンテナの一方の主面側に配置され、前記コイルパターンの一部及び前記コイルパターンに囲まれた内径部と平面視で重なる平面導体とを備え、前記平面導体が前記内径部と重なる領域の面積は、前記内径部の全面積の６２．５％未満であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an antenna device according to the present invention is provided on a planar coil antenna having a loop or spiral coil pattern, on one main surface side of the planar coil antenna, and a part of the coil pattern and A planar conductor overlapping with the inner diameter part surrounded by the coil pattern in plan view, and an area of the region where the planar conductor overlaps with the inner diameter part is less than 62.5% of the total area of the inner diameter part; Features.
本発明によれば、良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることができる。 According to the present invention, a planar coil antenna can be efficiently laid out in a limited space within a casing of a portable wireless device while ensuring good antenna characteristics.
本発明において、前記平面導体が前記平面コイルアンテナの前記内径部と重なる領域の面積は、前記平面コイルアンテナの前記内径部の全面積の５０％以下であることが好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。この構成によれば、平面導体が平面コイルアンテナに与える影響を確実に抑えて平面コイルアンテナの通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることができる。 In the present invention, the area of the region where the planar conductor overlaps the inner diameter portion of the planar coil antenna is preferably 50% or less of the total area of the inner diameter portion of the planar coil antenna, and preferably 12.5% or more and 50 % Or less is particularly preferable. According to this configuration, it is possible to reliably suppress the influence of the planar conductor on the planar coil antenna and extend the communication distance of the planar coil antenna, and it is possible to achieve both securing of antenna characteristics and space saving.
本発明において、前記平面導体は、前記平面コイルアンテナのコイル軸を覆わないことが好ましい。この構成によれば、平面導体の影響による平面コイルアンテナの特性の低下を確実に抑制することができる。 In the present invention, it is preferable that the planar conductor does not cover a coil axis of the planar coil antenna. According to this configuration, it is possible to reliably suppress the deterioration of the characteristics of the planar coil antenna due to the influence of the planar conductor.
本発明において、前記平面コイルアンテナは、第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向と平行に設けられており、前記平面導体は、前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の一端部から他端部に向かって延びて前記平面コイルアンテナの前記一端部を覆っており、前記平面導体のエッジは、前記第２の方向に延びて前記コイルパターンを横切っており、前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の前記他端部は、前記平面導体に覆われていないことが好ましい。この構成によれば、良好なアンテナ特性を確保しつつ、平面導体に広く覆われた筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることができる。 In the present invention, the planar coil antenna is provided in parallel with a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the planar conductor is the first direction of the planar coil antenna. Extending from one end to the other end of the planar coil antenna to cover the one end of the planar coil antenna, and an edge of the planar conductor extends in the second direction and crosses the coil pattern. It is preferable that the other end portion of the coil antenna in the first direction is not covered with the planar conductor. According to this configuration, it is possible to efficiently lay out the planar coil antenna in a limited space in the casing that is widely covered with the planar conductor while ensuring good antenna characteristics.
本発明において、前記平面コイルアンテナは携帯無線機器の筐体に収容されており、前記平面導体は前記筐体の一部であることが好ましい。携帯無線機器の筐体が金属カバー層等の平面導体で構成されている場合には、携帯無線機器の耐久性やデザイン性を向上させることができるが、平面導体のシールド効果によってアンテナ装置が通信できなくなるという問題がある。しかし、本発明によればそのような問題を解決することができ、平面導体の影響を受けることなく平面コイルアンテナを用いた無線通信を実現することができる。 In the present invention, it is preferable that the planar coil antenna is housed in a casing of a portable wireless device, and the planar conductor is a part of the casing. When the case of a portable wireless device is made of a flat conductor such as a metal cover layer, the durability and design of the portable wireless device can be improved, but the antenna device can communicate with the shield effect of the flat conductor. There is a problem that it cannot be done. However, according to the present invention, such a problem can be solved, and wireless communication using a planar coil antenna can be realized without being affected by the planar conductor.
本発明において、前記平面導体は高周波アンテナであることが好ましい。携帯無線機器の筐体内に平面コイルアンテナと高周波アンテナの両方を実装する場合、それらのレイアウトが問題となる。しかし、本発明によれば、平面コイルアンテナ及び高周波アンテナの良好のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。 In the present invention, the planar conductor is preferably a high frequency antenna. When both a planar coil antenna and a high frequency antenna are mounted in a casing of a portable wireless device, their layout becomes a problem. However, according to the present invention, both of the planar coil antenna and the high-frequency antenna can be efficiently laid out in a limited space within the casing of the portable wireless device while ensuring good antenna characteristics.
本発明によれば、良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器の筐体内の限られたスペースに平面コイルアンテナを効率よくレイアウトすることが可能なアンテナ装置を提供することできる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antenna apparatus which can lay out a planar coil antenna efficiently in the limited space in the housing | casing of a portable radio | wireless apparatus can be provided, ensuring a favorable antenna characteristic.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置を含む携帯無線機器の構成を示す略斜視図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a portable wireless device including an antenna device according to a first embodiment of the present invention.
図１に示すように、本実施形態による携帯無線機器１００は例えばスマートフォンであり、非常に薄型な筐体５０を有している。図示の携帯無線機器１００は筐体５０の背面５０ｂが上向きの状態であり、主にディスプレイが設けられている筐体５０の前面５０ａは下方を向いている。筐体５０は樹脂と金属との組み合わせからなり、筐体５０の背面５０ｂの中央部を含む広い範囲には金属カバー層５１Ｂが設けられている。また筐体５０の背面５０ｂの長手方向（Ｙ方向）の一方の端部（上端部５０ｃ）及び他方の端部（下端部５０ｄ）には樹脂カバー層５１Ａが設けられており、金属カバー層５１Ｂが設けられていない非シールド領域となっている。金属カバー層５１Ｂは、筐体の機械的強度、磁気シールド特性、デザイン性等の向上のために設けられるものである。 As shown in FIG. 1, the portable wireless device 100 according to the present embodiment is a smartphone, for example, and has a very thin housing 50. In the illustrated portable wireless device 100, the back surface 50b of the housing 50 is in an upward state, and the front surface 50a of the housing 50 in which a display is mainly provided faces downward. The housing 50 is made of a combination of resin and metal, and a metal cover layer 51B is provided in a wide range including the central portion of the back surface 50b of the housing 50. A resin cover layer 51A is provided on one end (upper end 50c) and the other end (lower end 50d) in the longitudinal direction (Y direction) of the back surface 50b of the housing 50, and a metal cover layer 51B. This is a non-shielded area where no is provided. The metal cover layer 51B is provided to improve the mechanical strength, magnetic shield characteristics, design, etc. of the housing.
携帯無線機器１００はアンテナ装置１を内蔵しており、アンテナ装置１は筐体５０の上端部５０ｃ付近に配置されている。本実施形態によるアンテナ装置１は、ＨＦ帯の無線通信に用いられる平面コイルアンテナ１０を含む。平面コイルアンテナ１０は例えばＮＦＣアンテナであり、その共振周波数は１３．５６ＭＨｚである。 The portable wireless device 100 includes the antenna device 1, and the antenna device 1 is disposed near the upper end portion 50 c of the housing 50. The antenna device 1 according to the present embodiment includes a planar coil antenna 10 used for HF band wireless communication. The planar coil antenna 10 is an NFC antenna, for example, and its resonance frequency is 13.56 MHz.
図２は、図１に示したアンテナ装置１の構成を透過的に示す平面図であって、（ａ）は筐体５０（特に金属カバー層５１Ｂ）がある状態、（ｂ）は筐体５０を省略した状態をそれぞれ示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置１の略断面図である。 2 is a plan view transparently showing the configuration of the antenna device 1 shown in FIG. 1. FIG. 2A shows a state in which the housing 50 (particularly the metal cover layer 51B) is present, and FIG. The state where is omitted is shown. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the antenna device 1 taken along the line AA in FIG.
図２（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、アンテナ装置１は、筐体５０内に収容された平面コイルアンテナ１０を備えている。筐体５０は樹脂カバー層５１Ａと金属カバー層５１Ｂとで構成されており、平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａと対向している。 As shown in FIGS. 2A, 2 </ b> B, and 3, the antenna device 1 includes a planar coil antenna 10 housed in a housing 50. The housing 50 includes a resin cover layer 51 </ b> A and a metal cover layer 51 </ b> B, and faces one main surface 10 a of the planar coil antenna 10.
平面コイルアンテナ１０は、フレキシブル基板１１の一方の主面１１ａに形成されたスパイラルパターン１０ｃからなり、本実施形態ではＸＹ平面と平行に設けられている。アンテナ設計を容易にすると共にスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの面積をできるだけ大きくするため、スパイラルパターン１０ｃは矩形スパイラルであることが好ましく、Ｘ方向の直線パターン成分とＹ方向の直線パターン成分とを含むことが好ましい。平面コイルアンテナ１０の外形サイズは例えば４０×５０（ｍｍ）である。 The planar coil antenna 10 includes a spiral pattern 10c formed on one main surface 11a of the flexible substrate 11, and is provided in parallel with the XY plane in this embodiment. In order to facilitate the antenna design and to make the area of the inner diameter portion 10d surrounded by the spiral pattern 10c as large as possible, the spiral pattern 10c is preferably a rectangular spiral, and the linear pattern component in the X direction and the linear pattern component in the Y direction. Are preferably included. The external size of the planar coil antenna 10 is 40 × 50 (mm), for example.
本実施形態において、スパイラルパターン１０ｃの両端はフレキシブル基板１１のエッジ近くまで引き出されており、特にスパイラルパターン１０ｃの内周端はスパイラルパターン１０ｃを横切って外側に引き出されている。スパイラルパターン１０ｃの両端は、例えばフレキシブル基板１１上に実装されたＮＦＣチップや携帯無線機器のメイン回路基板に接続される。 In the present embodiment, both ends of the spiral pattern 10c are drawn to the vicinity of the edge of the flexible substrate 11, and in particular, the inner peripheral end of the spiral pattern 10c is drawn to the outside across the spiral pattern 10c. Both ends of the spiral pattern 10c are connected to, for example, an NFC chip mounted on the flexible substrate 11 or a main circuit board of a portable wireless device.
フレキシブル基板１１は例えばＰＥＴ樹脂からなり、その平面サイズはスパイラルパターン１０ｃの大きさに合わせて適宜設定される。フレキシブル基板１１の厚さは例えば３０μｍである。 The flexible substrate 11 is made of, for example, PET resin, and the plane size is appropriately set according to the size of the spiral pattern 10c. The thickness of the flexible substrate 11 is, for example, 30 μm.
金属カバー層５１Ｂは筐体５０の一部をなす平面導体である。金属カバー層５１Ｂは平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａと対向しており、平面コイルアンテナ１０の上方を覆っている。金属カバー層５１Ｂは、平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられており、平面コイルアンテナ１０のスパイラルパターン１０ｃの一部とスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの一部を覆っている。また、金属カバー層５１Ｂの一辺である直線状のエッジＥはＸ方向に延びて内径部１０ｄを横切っている。 The metal cover layer 51 </ b> B is a planar conductor that forms part of the housing 50. The metal cover layer 51 </ b> B faces one main surface 10 a of the planar coil antenna 10 and covers the top of the planar coil antenna 10. The metal cover layer 51B is provided so as to overlap a part of the planar coil antenna 10 in plan view, and a part of the spiral pattern 10c of the planar coil antenna 10 and a part of the inner diameter part 10d surrounded by the spiral pattern 10c. Covering. Further, a straight edge E which is one side of the metal cover layer 51B extends in the X direction and crosses the inner diameter portion 10d.
平面コイルアンテナ１０の他方の主面１０ｂ側には磁性シート３０が設けられている。本実施形態において、磁性シート３０は、フレキシブル基板１１の他方の主面１１ｂに貼り付けられている。磁性シート３０の厚さはその役割を果たすことができる限りにおいて特に限定されない。平面コイルアンテナ１０は図示のように携帯無線機器のバッテリーパック４０に近接して実装されることが多いが、磁性シート３０がバッテリーパック４０と平面コイルアンテナ１０との間に介在している場合には、平面コイルアンテナ１０を流れる電流によって発生する磁束の磁路を確保することができる。したがって、バッテリーパック４０を構成する金属体が平面コイルアンテナ１０に与える影響を抑えることができ、所望のアンテナ特性を得ることができる。 A magnetic sheet 30 is provided on the other main surface 10 b side of the planar coil antenna 10. In the present embodiment, the magnetic sheet 30 is attached to the other main surface 11 b of the flexible substrate 11. The thickness of the magnetic sheet 30 is not particularly limited as long as it can fulfill its role. The planar coil antenna 10 is often mounted close to the battery pack 40 of the portable wireless device as shown in the figure, but when the magnetic sheet 30 is interposed between the battery pack 40 and the planar coil antenna 10. Can secure the magnetic path of the magnetic flux generated by the current flowing through the planar coil antenna 10. Therefore, the influence which the metal body which comprises the battery pack 40 has on the planar coil antenna 10 can be suppressed, and desired antenna characteristics can be obtained.
磁性シート３０は、アスペクト比の大きな扁平形状の磁性金属粉をポリマーと結合させた複合磁性シートであることが好ましい。扁平金属粉は複合磁性シートの厚み方向に重なり、その面方向は複合磁性シートの面方向と平行となるように配向されているので、複合磁性シートの面方向の実効的な透磁率を高めることができる。これによれば、平面コイルアンテナ１０が発生させる磁場を外部から磁性シート３０内に引き込み、コイル軸Ｚ０と直交する水平方向に導くことができる。また扁平磁性粉はポリマー中に密に配列されているが、扁平磁性粉間はポリマーによって絶縁されているので渦電流の発生を防止することができる。したがって、平面コイルアンテナ１０の使用周波数帯（例えば１３．５６ＭＨｚ）において高透磁率と低磁気損失の両方を実現することができる。 The magnetic sheet 30 is preferably a composite magnetic sheet in which a flat magnetic metal powder having a large aspect ratio is combined with a polymer. The flat metal powder overlaps with the thickness direction of the composite magnetic sheet, and the surface direction is oriented so as to be parallel to the surface direction of the composite magnetic sheet, so that the effective magnetic permeability in the surface direction of the composite magnetic sheet is increased. Can do. According to this, it is possible to guide the magnetic field plane coil antenna 10 generates externally drawn into the magnetic sheet 30, the horizontal direction perpendicular to the coil axis Z 0. Further, the flat magnetic powder is densely arranged in the polymer. However, since the flat magnetic powder is insulated by the polymer, generation of eddy current can be prevented. Therefore, both high magnetic permeability and low magnetic loss can be realized in the use frequency band (for example, 13.56 MHz) of the planar coil antenna 10.
金属カバー層５１Ｂは、平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部（図中右側端部）から他端部（図中左側端部）に向かって平面コイルアンテナ１０と略平行に延びており、金属カバー層５１Ｂの一部は平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部を覆っている。平面コイルアンテナ１０と重なる金属カバー層５１ＢのＹ方向の他端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ０を覆うことなく当該コイル軸Ｚ０よりもＹ方向の一端側に位置することが好ましい。平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部は、金属カバー層５１Ｂに覆われていない。 The metal cover layer 51B extends substantially parallel to the planar coil antenna 10 from one end portion (right end portion in the figure) in the Y direction of the planar coil antenna 10 toward the other end portion (left end portion in the figure). A part of the cover layer 51B covers one end of the planar coil antenna 10 in the Y direction. The other end portion in the Y direction of the metal cover layer 51 </ b> B that overlaps with the planar coil antenna 10 is preferably positioned on one end side in the Y direction with respect to the coil axis Z 0 without covering the coil axis Z 0 of the planar coil antenna 10. . The other end of the planar coil antenna 10 in the Y direction is not covered with the metal cover layer 51B.
また図２に示すように、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域は矩形領域であり、その面積Ｓ１は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ０の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。換言すると、金属カバー層５１Ｂに覆われていない平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの露出面積は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積の３７．５％以上であることが好ましく、５０％超であることがより好ましく、５０％超８７．５％未満であることが特に好ましい。ここで、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄとは、スパイラルパターン１０ｃの最内周よりも内側の領域を指す。また平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域において金属カバー層５１Ｂはその全面が金属からなり、開口、スリット等の金属が排除された部分は存在しない。 Further, as shown in FIG. 2, the region where the metal cover layer 51B overlap at the inner diameter portion 10d in plan view of the planar coil antenna 10 is a rectangular area, the total area of the area S 1 has an inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 It is preferably less than 62.5% of S 0 , more preferably 50% or less, and particularly preferably 12.5% or more and 50% or less. In other words, the exposed area of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 that is not covered by the metal cover layer 51B is preferably 37.5% or more of the total area of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10, and is 50%. More preferably, it is more than 50% and less than 87.5%. Here, the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 refers to a region inside the innermost periphery of the spiral pattern 10c. Further, in a region overlapping the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 in plan view, the entire surface of the metal cover layer 51B is made of metal, and there are no portions from which metal such as openings and slits are excluded.
図４は、平面コイルアンテナ１０を覆う平面導体（金属カバー層５１Ｂに相当）の被覆割合と平面コイルアンテナ１０の通信距離との関係を示すグラフであり、下側の横軸は平面コイルアンテナ１０の形成領域の全面積に対する平面導体の被覆面積の割合（被覆率）（％）、上側の横軸は平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積に対する平面導体の被覆面積の割合（被覆率）（％）、縦軸は平面コイルアンテナのいわゆるカードモードにおける最大通信距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。平面コイルアンテナ１０の形成領域とは、スパイラルパターン１０ｃの最外周よりも内側の領域を指し、実際にスパイラルパターン１０ｃが形成されている領域のみならず、隣接するスパイラルパターン１０ｃ間のスペースや内径部１０ｄを含む。また、平面コイルアンテナのカードモードにおける最大通信距離とは、テスト用リーダライタからテスト信号を送信し、平面コイルアンテナ１０がテスト信号を受信してその変調信号を送信し、この変調信号をサーチコイルで受信したときの受信信号の電圧レベルが閾値レベルを満たすときの平面コイルアンテナ１０からリーダライタまでの距離の最大値のことをいう。平面コイルアンテナ１０の外形サイズは４０ｍｍ×５０ｍｍ、ターン数は３ターンである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the coverage of the planar conductor (corresponding to the metal cover layer 51B) covering the planar coil antenna 10 and the communication distance of the planar coil antenna 10, and the lower horizontal axis represents the planar coil antenna 10. The ratio of the covering area of the planar conductor to the entire area of the formation region (covering ratio) (%), and the upper horizontal axis is the ratio of the covering area of the planar conductor to the entire area of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 (covering ratio). The vertical axis represents the maximum communication distance (mm) in the so-called card mode of the planar coil antenna. The formation region of the planar coil antenna 10 refers to a region inside the outermost periphery of the spiral pattern 10c, and includes not only the region where the spiral pattern 10c is actually formed, but also the space between the adjacent spiral patterns 10c and the inner diameter portion. Including 10d. Further, the maximum communication distance in the card mode of the planar coil antenna means that a test signal is transmitted from the test reader / writer, the planar coil antenna 10 receives the test signal and transmits the modulation signal, and the modulation signal is transmitted to the search coil. The maximum value of the distance from the planar coil antenna 10 to the reader / writer when the voltage level of the received signal satisfies the threshold level. The planar coil antenna 10 has an outer size of 40 mm × 50 mm and a turn number of 3 turns.
図４に示すように、平面コイルアンテナ１０の通信距離は平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が０％のときに約４０ｍｍであり、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が１０％のときに最大の約４８ｍｍである。その後、被覆率が５０％に達するまで平面コイルアンテナ１０の通信距離の低下は緩やかであり、被覆率が５０％のときの通信距離は約４４ｍｍとなる。しかし、被覆率が５０％を超えたところから通信距離の低下率は大きくなり、被覆率が６０％のときの通信距離は４０ｍｍとなり、被覆率が０％のときと同じレベルまで低下する。さらに、被覆率が８０％のときの通信距離は約２８ｍｍとなる。 As shown in FIG. 4, the communication distance of the planar coil antenna 10 is about 40 mm when the coverage of the formation area of the planar coil antenna 10 is 0%, and the coverage of the formation area of the planar coil antenna 10 is 10%. Sometimes the maximum is about 48 mm. Thereafter, the reduction in the communication distance of the planar coil antenna 10 is gentle until the coverage reaches 50%, and the communication distance when the coverage is 50% is about 44 mm. However, when the coverage ratio exceeds 50%, the reduction rate of the communication distance increases, and when the coverage ratio is 60%, the communication distance becomes 40 mm, which decreases to the same level as when the coverage ratio is 0%. Further, the communication distance when the coverage is 80% is about 28 mm.
ここで、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率と平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率との関係は次のようになっている。まず平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が１０％未満であるとき、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率は０％である。その後、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率の増加に合わせて平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率も増加し、平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が４０％、５０％、及び６０％であるときの平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率はそれぞれ３７．５％、５０％、及び６２．５％となる。さらに平面コイルアンテナ１０の形成領域の被覆率が９０％であるときの平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの被覆率は１００％となる。 Here, the relationship between the coverage of the formation area of the planar coil antenna 10 and the coverage of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 is as follows. First, when the coverage of the formation area of the planar coil antenna 10 is less than 10%, the coverage of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 is 0%. Thereafter, the coverage of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 increases with the increase of the coverage of the formation region of the planar coil antenna 10, and the coverage of the formation region of the planar coil antenna 10 is 40%, 50%, and The coverage of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 when it is 60% is 37.5%, 50%, and 62.5%, respectively. Furthermore, when the coverage of the formation area of the planar coil antenna 10 is 90%, the coverage of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 is 100%.
以上の結果から、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ１は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ０の６２．５％未満であることが好ましく、マージンを考慮すれば５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましいことが分かる。この構成によれば、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０に与える影響を抑えて平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることができる。 From the above results, the area S 1 of a region where the metal cover layer 51B overlap at the inner diameter portion 10d in plan view of the planar coil antenna 10 is less than 62.5% of the total area S 0 of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 It is preferable that it is preferably 50% or less in consideration of the margin, and more preferably 12.5% or more and 50% or less. According to this configuration, the influence of the metal cover layer 51 </ b> B on the planar coil antenna 10 can be suppressed, the communication distance of the planar coil antenna 10 can be extended, and both securing of antenna characteristics and space saving can be achieved.
以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１は、平面コイルアンテナ１０と、平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なる金属カバー層５１Ｂとを備え、金属カバー層５１Ｂが平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと重なる領域の面積は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積の６２．５％未満であるので、平面コイルアンテナ１０の良好のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器１００の筐体５０内の限られたスペースに平面コイルアンテナ１０を効率よくレイアウトすることができる。 As described above, the antenna device 1 according to the present embodiment includes the planar coil antenna 10 and the metal cover layer 51B that overlaps a part of the planar coil antenna 10 in plan view, and the metal cover layer 51B is the planar coil antenna 10. Since the area of the region overlapping the inner diameter portion 10d of the flat coil antenna 10 is less than 62.5% of the total area of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10, the portable wireless device 100 is secured while ensuring good antenna characteristics of the planar coil antenna 10. The planar coil antenna 10 can be efficiently laid out in a limited space in the casing 50.
図５は、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略断面図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
図５に示すように、このアンテナ装置２は、第１の実施の形態によるアンテナ装置１の変形例であって、筐体５０が樹脂カバー層５１Ａのみで構成されており、樹脂カバー層５１Ａの内側表面に金属膜５３（平面導体）が形成されていることを特徴としている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。本実施形態によるアンテナ装置２も第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。 As shown in FIG. 5, the antenna device 2 is a modification of the antenna device 1 according to the first embodiment, and the housing 50 includes only the resin cover layer 51A. A metal film 53 (planar conductor) is formed on the inner surface. Other configurations are the same as those of the first embodiment. The antenna device 2 according to the present embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment.
図６は、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成を透過的に示す平面図であって、（ａ）は高周波アンテナがある状態、（ｂ）は高周波アンテナを省略した状態をそれぞれ示している。また、図７は、図６のＡ−Ａ線に沿ったアンテナ装置の略断面図である。 FIG. 6 is a plan view transparently showing the configuration of the antenna device according to the third embodiment of the present invention, where (a) shows a state where a high-frequency antenna is present, and (b) shows a state where the high-frequency antenna is omitted. Each is shown. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the antenna device along the line AA in FIG.
図６（ａ）、（ｂ）及び図７に示すように、このアンテナ装置３は、平面コイルアンテナ１０の一部を覆う平面導体が筐体５０の金属カバー層５１Ｂではなく、ＵＨＦ帯の無線通信に用いられる高周波アンテナ２０であることを特徴としている。筐体５０に金属カバー層５１Ｂは設けられておらず、樹脂カバー層５１Ａのみで構成されている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。 As shown in FIGS. 6A, 6 </ b> B, and 7, in the antenna device 3, the planar conductor that covers a part of the planar coil antenna 10 is not the metal cover layer 51 </ b> B of the housing 50, but the UHF band radio. The high-frequency antenna 20 is used for communication. The casing 50 is not provided with the metal cover layer 51B, and is constituted only by the resin cover layer 51A. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
高周波アンテナ２０は矩形の平面導体（ベタパターン）からなり、その裏面には給電ライン２１が接続されている。高周波アンテナ２０は金属平板や金属シートであってもよく、支持基板の表面に形成された金属箔であってもよい。高周波アンテナ２０は平面コイルアンテナ１０の一方の主面１０ａ側に配置されており、平面コイルアンテナ１０の上方を覆っている。高周波アンテナ２０のＺ軸方向の位置は、平面コイルアンテナ１０と筐体５０との間である。高周波アンテナ２０は、平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なるように設けられており、平面コイルアンテナ１０のスパイラルパターン１０ｃの一部とスパイラルパターン１０ｃに囲まれた内径部１０ｄの一部を覆っている。また、高周波アンテナ２０の一辺である直線状のエッジＥはＸ方向に延びて内径部１０ｄを横切っている。 The high-frequency antenna 20 is formed of a rectangular planar conductor (solid pattern), and a power supply line 21 is connected to the back surface thereof. The high-frequency antenna 20 may be a metal flat plate or a metal sheet, or may be a metal foil formed on the surface of the support substrate. The high frequency antenna 20 is disposed on the one main surface 10 a side of the planar coil antenna 10 and covers the upper side of the planar coil antenna 10. The position of the high frequency antenna 20 in the Z-axis direction is between the planar coil antenna 10 and the housing 50. The high-frequency antenna 20 is provided so as to overlap a part of the planar coil antenna 10 in plan view, and a part of the spiral pattern 10c of the planar coil antenna 10 and a part of the inner diameter part 10d surrounded by the spiral pattern 10c are provided. Covering. A straight edge E that is one side of the high-frequency antenna 20 extends in the X direction and crosses the inner diameter portion 10d.
図６に示すように、高周波アンテナ２０のＸ方向の幅Ｗ２は平面コイルアンテナ１０のＸ方向の幅Ｗ１よりも広く、これにより高周波アンテナ２０は平面コイルアンテナ１０のＸ方向の全体を覆っているが、後述するようにＸ方向の一部を覆っていてもよい（図８参照）。高周波アンテナ２０の大きさはその共振周波数に応じて適宜設定することができる。 As shown in FIG. 6, the width W 2 in the X direction of the high frequency antenna 20 is wider than the width W 1 in the X direction of the planar coil antenna 10, so that the high frequency antenna 20 covers the entire X direction of the planar coil antenna 10. However, as described later, a part of the X direction may be covered (see FIG. 8). The size of the high-frequency antenna 20 can be appropriately set according to the resonance frequency.
高周波アンテナ２０は、平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部（図中左側端部）から他端部（図中右側端部）に向かって平面コイルアンテナ１０と略平行に延びており、高周波アンテナ２０の一部は平面コイルアンテナ１０のＹ方向の一端部を覆っている。平面コイルアンテナ１０と重なる高周波アンテナ２０のＹ方向の他端部は、平面コイルアンテナ１０のコイル軸Ｚ０を覆うことなく当該コイル軸Ｚ０よりもＹ方向の一端側に位置することが好ましい。平面コイルアンテナ１０のＹ方向の他端部は、高周波アンテナ２０に覆われていない。 The high-frequency antenna 20 extends substantially parallel to the planar coil antenna 10 from one end portion (left end portion in the figure) of the planar coil antenna 10 toward the other end portion (right end portion in the figure). A part of 20 covers one end of the planar coil antenna 10 in the Y direction. The other end portion in the Y direction of the high-frequency antenna 20 that overlaps the planar coil antenna 10 is preferably positioned on one end side in the Y direction with respect to the coil axis Z 0 without covering the coil axis Z 0 of the planar coil antenna 10. The other end of the planar coil antenna 10 in the Y direction is not covered with the high frequency antenna 20.
また図６に示すように、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと平面視で重なる領域の面積Ｓ２は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積Ｓ０の６２．５％未満であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、１２．５％以上５０％以下であることが特に好ましい。この構成によれば、第１の実施の形態と同様、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０に与える影響を抑えて平面コイルアンテナ１０の通信距離を延ばすことができ、アンテナ特性の確保と省スペース化を両立させることができる。 Further, as shown in FIG. 6, the inner diameter portion 10d and the area S 2 of the area overlapping in a plan view of the high frequency antenna 20 is planar coil antenna 10, 62.5% of the total area S 0 of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10 Is preferably less than 50%, more preferably 50% or less, and particularly preferably 12.5% or more and 50% or less. According to this configuration, similarly to the first embodiment, the influence of the high-frequency antenna 20 on the planar coil antenna 10 can be suppressed, and the communication distance of the planar coil antenna 10 can be extended, ensuring antenna characteristics and saving space. Can be made compatible.
以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置３は、平面コイルアンテナ１０と、平面コイルアンテナ１０の一部と平面視で重なる高周波アンテナ２０とを備え、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄと重なる領域の面積は、平面コイルアンテナ１０の内径部１０ｄの全面積の６２．５％未満であるので、平面コイルアンテナ１０及び高周波アンテナ２０の良好のアンテナ特性を確保しつつ、携帯無線機器１００の筐体５０内の限られたスペースに両者を効率よくレイアウトすることができる。 As described above, the antenna device 3 according to the present embodiment includes the planar coil antenna 10 and the high-frequency antenna 20 that overlaps a part of the planar coil antenna 10 in plan view, and the high-frequency antenna 20 has an inner diameter of the planar coil antenna 10. Since the area of the region overlapping with the portion 10d is less than 62.5% of the total area of the inner diameter portion 10d of the planar coil antenna 10, the portable wireless communication is ensured while ensuring good antenna characteristics of the planar coil antenna 10 and the high frequency antenna 20. Both can be efficiently laid out in a limited space in the casing 50 of the device 100.
図８は、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略平面図であって、特に高周波アンテナ２０のレイアウトの変形例を示す図である。 FIG. 8 is a schematic plan view showing the configuration of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention, and in particular, a diagram showing a modification of the layout of the high-frequency antenna 20.
図８に示すように、このアンテナ装置４は、第３の実施の形態によるアンテナ装置３の変形例であって、高周波アンテナ２０が平面コイルアンテナ１０に対してＸ方向にオフセットされており、平面コイルアンテナ１０のＸ方向の一部と重なっていることを特徴としている。その他の構成は第３の実施の形態と同様である。このように、高周波アンテナ２０のＸ方向の中心の位置は必ずしも平面コイルアンテナ１０と揃っていなくてもよい。本実施形態によるアンテナ装置４も第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。 As shown in FIG. 8, the antenna device 4 is a modification of the antenna device 3 according to the third embodiment, and the high-frequency antenna 20 is offset in the X direction with respect to the planar coil antenna 10. It is characterized by overlapping with a part of the coil antenna 10 in the X direction. Other configurations are the same as those of the third embodiment. As described above, the center position in the X direction of the high-frequency antenna 20 is not necessarily aligned with the planar coil antenna 10. The antenna device 4 according to the present embodiment can also achieve the same effects as those of the third embodiment.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、上記各実施形態においては、平面コイルアンテナ１０が数ターンのスパイラルパターンで構成されているが、１ターン未満のループパターンであってもよい。すなわち、平面コイルアンテナ１０は、ループ状又はスパイラル状の平面コイルパターンであればよい。なお１ターン未満のループパターンの場合、そのターン数は３／４ターン以上であることが好ましく、ループの直径によって定義される円内を平面コイルアンテナ１０の内径部とすることができる。 For example, in each of the above embodiments, the planar coil antenna 10 is configured with a spiral pattern of several turns, but may be a loop pattern of less than one turn. In other words, the planar coil antenna 10 may be a loop or spiral planar coil pattern. In the case of a loop pattern of less than 1 turn, the number of turns is preferably 3/4 or more, and a circle defined by the diameter of the loop can be used as the inner diameter portion of the planar coil antenna 10.
また、上記実施形態においては、アンテナ装置１が内蔵される携帯無線機器１００としてスマートフォンを挙げたが、携帯無線機器の種類は特に限定されず、タブレット端末、ノートＰＣ、腕時計型ウエアラブル端末等であってもよい。 In the above embodiment, a smart phone is used as the portable wireless device 100 in which the antenna device 1 is built. However, the type of the portable wireless device is not particularly limited, and may be a tablet terminal, a notebook PC, a wristwatch type wearable terminal, or the like. May be.
１〜４ アンテナ装置
１０ 平面コイルアンテナ
１０ａ 平面コイルアンテナの一方の主面
１０ｂ 平面コイルアンテナの他方の主面
１０ｃ スパイラルパターン
１０ｄ 平面コイルアンテナの内径部
１１ フレキシブル基板
１１ａ フレキシブル基板の一方の主面
１１ｂ フレキシブル基板の他方の主面
２０ 高周波アンテナ
２１ 給電ライン
３０ 磁性シート
４０ バッテリーパック
５０ 筐体
５０ａ 筐体の前面
５０ｂ 筐体の背面
５０ｃ 筐体の上端部
５０ｄ 筐体の下端部
５１Ａ 樹脂カバー層
５１Ｂ 金属カバー層
５３ 金属膜
１００ 携帯無線機器
Ｅ エッジ
Ｓ０ 平面コイルアンテナの内径部の全面積
Ｓ１ 金属カバー層が平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積
Ｓ２ 高周波アンテナが平面コイルアンテナの内径部と重なる領域の面積
Ｗ１ 平面コイルアンテナのＸ方向の幅
Ｗ２ 高周波アンテナのＸ方向の幅
Ｚ０ コイル軸
1-4 Antenna Device 10 Planar Coil Antenna 10a One Main Surface 10b of Planar Coil Antenna Other Main Surface 10c of Planar Coil Antenna Spiral Pattern 10d Inner Diameter 11 of Planar Coil Antenna Flexible Substrate 11a One Main Surface 11b of Flexible Substrate Flexible The other main surface 20 of the substrate High-frequency antenna 21 Feed line 30 Magnetic sheet 40 Battery pack 50 Case 50a Case front 50b Case back 50c Case upper end 50d Case lower end 51A Resin cover layer 51B Metal cover Layer 53 Metal film 100 Portable wireless device E Edge S 0 Total area S of the inner diameter part of the planar coil antenna S 1 Area of the region where the metal cover layer overlaps the inner diameter part of the planar coil antenna S 2 overlapping region area W 1 plane coil Width Z 0 coil axis of the width W 2 of the high frequency antenna X direction in the X direction of the antenna
Claims (7)
前記平面コイルアンテナの一方の主面側に配置され、前記コイルパターンの一部及び前記コイルパターンに囲まれた内径部と平面視で重なる平面導体とを備え、
前記平面導体が前記内径部と重なる領域の面積は、前記内径部の全面積の６２．５％未満であり、
前記平面コイルアンテナは、第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向と平行に設けられており、
前記平面導体は、前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の一端部から他端部に向かって延びて前記平面コイルアンテナの前記一端部を覆っており、
前記平面導体のエッジは、前記第２の方向に延びて前記コイルパターンを横切っており、
前記平面コイルアンテナの前記第１の方向の前記他端部は、前記平面導体に覆われていないことを特徴とするアンテナ装置。 A planar coil antenna comprising a loop or spiral coil pattern;
A planar conductor disposed on one main surface side of the planar coil antenna and overlapping a part of the coil pattern and an inner diameter portion surrounded by the coil pattern in a plan view;
Area of a region in which the planar conductor is overlapped with the inner diameter portion, Ri less than 62.5% der of the total area of the inner diameter portion,
The planar coil antenna is provided in parallel with a first direction and a second direction orthogonal to the first direction,
The planar conductor extends from one end portion in the first direction of the planar coil antenna toward the other end portion and covers the one end portion of the planar coil antenna;
An edge of the planar conductor extends in the second direction and crosses the coil pattern;
The antenna device according to claim 1, wherein the other end portion of the planar coil antenna in the first direction is not covered with the planar conductor .
前記平面コイルアンテナの一方の主面側に配置され、前記コイルパターンの一部及び前記コイルパターンに囲まれた内径部と平面視で重なる平面導体とを備え、
前記平面導体が前記内径部と重なる領域の面積は、前記内径部の全面積の６２．５％未満であり、
前記平面導体は高周波アンテナであることを特徴とするアンテナ装置。 A planar coil antenna comprising a loop or spiral coil pattern;
A planar conductor disposed on one main surface side of the planar coil antenna and overlapping a part of the coil pattern and an inner diameter portion surrounded by the coil pattern in a plan view;
Area of a region in which the planar conductor is overlapped with the inner diameter portion, Ri less than 62.5% der of the total area of the inner diameter portion,
The antenna device, wherein the planar conductor is a high-frequency antenna .
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