(57)【要約】【課題】アンテナコイルの外径差が大きなアンテナコイルを有するアンテナモジュールとの間でも良好な通信特性を有する無線通信システムを提供する。【解決手段】第１のアンテナコイル５を備えた第１のアンテナモジュール２と、第２のアンテナコイル２０を備え、上記第１のアンテナモジュール２から発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、第１のアンテナコイル５及び第２のアンテナコイル２０は互いに外径が異なり、第１、第２のアンテナコイル５，２０のうち、外径の大きな一方のアンテナコイル５は、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、外径の小さな他方のアンテナコイル２０の外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている。【選択図】図３
2014123925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、
第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、
上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、
上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、外径の小さな他方のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている無線通信システム。
【請求項２】
上記外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部のアンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
上記小径アンテナ部のアンテナパターンのピッチは、上記大径アンテナ部のアンテナパターンのピッチよりも広い請求項２記載の無線通信システム。
【請求項４】
上記外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターン間のピッチが等間隔である請求項２記載の無線通信システム。
【請求項５】
上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに略矩形状をなし、
上記外径の大きな一方のアンテナコイルは、相対向する２辺のアンテナパターンにそれぞれ磁性シートが重畳されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
上記外径の大きな一方のアンテナコイルは、第１のアンテナコイルである請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、
上記第１のアンテナコイルは、上記第２のアンテナコイルよりも外径が大きく、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されているアンテナモジュール。
【請求項８】
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部のアンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている請求項７記載のアンテナモジュール。
【請求項９】
上記小径アンテナ部のアンテナパターンのピッチは、上記大径アンテナ部のアンテナパターンのピッチよりも広い請求項８記載のアンテナモジュール。
【請求項１０】
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターン間のピッチが等間隔である請求項７記載のアンテナモジュール。
【請求項１１】
上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに略矩形状をなし、
上記第１のアンテナコイルは、相対向する２辺のアンテナパターンにそれぞれ磁性シートが重畳されている請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
【請求項１２】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、
上記第１のアンテナコイルは、上記第２のアンテナコイルよりも外径が大きく、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている電子機器。
【請求項１３】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されているアンテナモジュール。
【請求項１４】
第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、
第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、
上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、
上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されている無線通信システム。
【請求項１５】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されている電子機器。
【請求項１６】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されているアンテナモジュール。
【請求項１７】
第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、
第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、
上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、
上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されている無線通信システム。
【請求項１８】
第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、
上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されている電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互にスパイラルコイル状に形成されたアンテナコイルを用いて通信を行う無線通信システム、アンテナモジュール及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、無線ＬＡＮ／ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）用アンテナ、さらにはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）といった複数のＲＦアンテナが搭載されている。非接触充電方式で用いられる電力伝送方式には、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。これらは、いずれも一次側コイルと二次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、例えばＲＦＩＤのＮＦＣ（Near Field Communication）規格では、電磁誘導を利用している。
【０００３】
このような近距離無線通信システムでは、例えば、スマートフォンやタブレット等の携帯型電子機器内にアンテナモジュールを内蔵し、携帯型電子機器がトランスポンダとなって駅の改札やオフィスの入退室キー、店頭での決済端末といった外部のリーダライタからの磁界を受けてデータ通信を行うことが提案されている。あるいは、携帯型電子機器がリーダライタとなり、外部のアンテナモジュールが組み込まれたＩＣカードやＩＣタグに対して磁界を発信させ、カード情報やタグ情報を読み取ることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電磁誘導を利用した近距離無線通信システムにおいては、リーダライタ側のアンテナモジュールと、リーダライタから発信された磁界を受けて発生した電流によって駆動されるトランスポンダ側のアンテナモジュールとの間で、アンテナコイルの大きさが大きく異なる場合、通信できないおそれがある。
【０００６】
例えば、ＩＣタグが貼られたポスターなどにリーダライタとなる携帯電話をかざすことにより、そのポスターの情報（クーポン・地図・キャンペーン案内など）を取得するような場合、ＩＣタグに内蔵されたアンテナコイルは一辺が２ｃｍ角程度の大きさであるのに対して、携帯電話に内蔵されたアンテナコイルは一辺が４ｃｍ角程度と大きい。具体的に、ＮＦＣ用のアンテナモジュールにおいて、携帯電話やスマートフォンに搭載されるアンテナコイルはリーダライタとの通信距離を稼ぐため、その外径が６０ｍｍ×５０ｍｍであるのに対して、ＩＣタグ等に内蔵される小型のアンテナコイルの外径は２０ｍｍ×２５ｍｍである。
【０００７】
ここで、携帯電話側のアンテナモジュールから発信される磁界はアンテナコイルの近くで密となり、アンテナコイルから遠くなるほど磁束密度が疎となる。ＩＣタグ側のアンテナモジュールから発信される磁界も、同様である。そして、近距離無線通信では、通信を行うアンテナモジュール同士をほぼ密着させて行う。そのため、図２０（ａ）に示すように、通信を行う相互のアンテナコイルの内外径差が小さい場合は問題ないが、図２０（ｂ）に示すように、通信を行う相互のアンテナコイルの内外径差が大きくなると、一方が発信した磁束Ｆが他方に届かず、誘導結合ができないおそれがある。
【０００８】
また、近年の携帯型電子機器の小型化、薄型化の要請に伴い、携帯電話側のアンテナモジュールは、配置スペースの制約上、あるいは大径のアンテナコイルを備えたリーダライタとの通信の必要上、機器筐体の側縁に沿って巻回されることも多く、必然的に外径が大きくなってしまう。また、アンテナモジュールは、バッテリケースや補強板等の金属板と重畳して内蔵されることも多く、金属板が磁束を吸収することにより発生した渦電流により、磁束が跳ね返されてしまい、効率よく誘導結合ができないおそれもある。
【０００９】
これに対し、内外径差の大きなアンテナコイル間で効率よく磁束を引き込むために、厚みのある磁性シートを設けることも検討されているが、電子機器に搭載されるアンテナモジュールは、小型化、薄型化の要請から、磁性シートについても薄型化を図ることが求められている。このため、通信を行う相互のアンテナコイルの内外径差が大きなアンテナモジュール間において、磁性シートの薄型化や磁性材料の使用量削減を図りつつ、誘導結合を確保し、通信特性の劣化を抑えることが望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、近距離無線通信システムにおいて、アンテナコイルの外径差が大きなアンテナコイルを有するアンテナモジュールとの間でも良好な通信特性を有する無線通信システム、アンテナモジュール及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、外径の小さな他方のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されているものである。
【００１２】
また、本発明に係るアンテナモジュールは、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、上記第１のアンテナコイルは、上記第２のアンテナコイルよりも外径が大きく、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されているものである。
【００１３】
また、本発明に係る電子機器は、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、上記第１のアンテナコイルは、上記第２のアンテナコイルよりも外径が大きく、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、上記第２のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されているものである。
【００１４】
また、本発明に係るアンテナモジュールは、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されているものである。
【００１５】
また、本発明に係る無線通信システムは、第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されている。
【００１６】
また、本発明に係る電子機器は、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが１周巻回されて構成されているものである。
【００１７】
また、本発明に係るアンテナモジュールは、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールにおいて、上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されているものである。
【００１８】
また、本発明に係る無線通信システムは、第１のアンテナコイルを備えた第１のアンテナモジュールと、第２のアンテナコイルを備え、上記第１のアンテナモジュールから発信される磁界を受けて通信可能となる第２のアンテナモジュールとを備え、上記第１のアンテナコイル及び上記第２のアンテナコイルは互いに外径が異なり、上記第１、第２のアンテナコイルのうち、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、
上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されている。
【００１９】
また、本発明に係る電子機器は、第１のアンテナコイルを備え、外部に設けられた第２のアンテナコイルとの間で誘導結合により通信を行うアンテナモジュールが内蔵された電子機器において、上記第１のアンテナコイルは、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部と、上記大径アンテナ部の上記アンテナパターンのピッチよりも広いピッチを介して、上記大径アンテナ部の内周側に設けられた小径アンテナ部とを有し、上記小径アンテナ部は、上記大径アンテナ部と直列または並列に接続されるとともに、アンテナパターンが複数周巻回されて構成されているものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外径の大きな一方のアンテナコイルは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、外径の小さな他方のアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている。これにより、第１、第2のアンテナモジュールを密着させると、外径の大きな一方のアンテナコイルは、外径の小さな他方のアンテナコイルに近接あるいは重畳し、当該外径の小さな他方のアンテナコイルとも良好な通信特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用されたアンテナモジュールを示す平面図である。
【図２】無線通信システムを示す概念図である。
【図３】本発明が適用されたアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図４】従来のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図５】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図６】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図７】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図８】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図９】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図１０】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図１１】本発明が適用された他のアンテナモジュールを、通信相手である小型アンテナコイルとともに示す平面図である。
【図１２】実施例を説明するための斜視図である。
【図１３】実施例及び比較例に係るアンテナモジュールと小型アンテナコイルとの通信特性を示すグラフである。
【図１４】実施例及び比較例に係るアンテナモジュールと小型アンテナコイルとの結合係数Ｋを示すグラフである。
【図１５】アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを４０ｍｍとした実施例を示す平面図である。
【図１６】アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを１０ｍｍとした実施例を示す平面図である。
【図１７】アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを変化させたときの、小型アンテナコイルとの結合係数Ｋを示すグラフである。
【図１８】アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを２５ｍｍとした実施例を示す平面図である。
【図１９】アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを３０ｍｍとした実施例を示す平面図である。
【図２０】アンテナコイルの内外径の違いによる通信性能を説明するための図であり、（ａ）は内外径差が小さく通信可能な状態を示し、（ｂ）は内外径差が大きく通信不可能な状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明が適用された無線通信システム、アンテナモジュール及び電子機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２３】
［無線通信システム］
本発明が適用された無線通信システムは、携帯電話やタブレット端末等の各種携帯型の電子機器に組み込まれたアンテナモジュール２と、当該電子機器の外部に設けられた外部機器に組み込まれたアンテナモジュールとの間で、電磁誘導を利用した近距離無線通信を行うものである。電磁誘導を利用した近距離無線通信システムにおいては、リーダライタ側のアンテナモジュールと、リーダライタから発信された磁界を受けて発生した電流によって駆動されるトランスポンダ側のアンテナモジュールとの間で通信を行う。
【００２４】
携帯型電子機器に組み込まれたアンテナモジュール２は、内蔵バッテリから電力の供給を受けてリーダライタとして駆動し、外部に設けられたＩＣタグに内蔵された小型アンテナモジュールとの間で近距離無線通信を行う。また、携帯型電子機器に組み込まれたアンテナモジュール２は、トランスポンダとしても機能し、外部に設けられたリーダライタからの磁界を受けて、当該リーダライタと誘導結合して、携帯型電子機器の記憶媒体であるメモリモジュールに信号を供給する。
【００２５】
具体的に、図１に示すように、アンテナモジュール２は、ＮＦＣ等のＲＦＩＤ用のモジュールであり、磁性材料により形成されたシート状の磁性シート４と、磁性シート４上に設けられ、面状に巻回されたスパイラルコイル状のアンテナコイル５とを備える。
【００２６】
先ず、アンテナモジュール２による近距離無線通信機能について説明する。例えば図２に示すように、アンテナモジュール２は、例えば携帯電話６０の筐体６１内部に組み込まれ、ＲＦＩＤ用の無線通信システム７０として使用される。
【００２７】
無線通信システム７０は、リーダライタ７１が、アンテナモジュール２とともに携帯電話６０に組み込まれたメモリモジュール７３に対してアクセスするものである。ここで、アンテナモジュール２とリーダライタ７１とは、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。
【００２８】
リーダライタ７１は、ＸＹ平面において互いに対向するアンテナモジュール２のアンテナコイル５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、アンテナコイル５に向けて磁界を発信するアンテナ７２と、メモリモジュール７３と通信を行う制御基板７４とを備える。
【００２９】
すなわち、リーダライタ７１は、アンテナ７２と電気的に接続された制御基板７４が配設されている。この制御基板７４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、アンテナコイル５を介してメモリモジュール７３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、メモリモジュール７３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７２を駆動する。また、制御回路は、メモリモジュール７３からデータを読み出す場合、アンテナ７２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。
【００３０】
アンテナモジュール２は、アンテナコイル５が、リーダライタ７１から発信される磁界を受けリーダライタ７１と誘導結合して、携帯電話６０に組み込まれた記憶媒体であるメモリモジュール７３に信号を供給する。
【００３１】
アンテナコイル５は、リーダライタ７１から発信される磁界を受けると、リーダライタ７１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８ａ、８ｂを介して受信信号をメモリモジュール７３に供給する。
【００３２】
メモリモジュール７３は、アンテナコイル５に流れる電流により駆動し、リーダライタ７１との間で通信を行う。具体的に、メモリモジュール７３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、当該メモリモジュール７３が有する内部メモリに書き込む。また、メモリモジュール７３は、リーダライタ７１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５を介して変調された電波をリーダライタ７１に送信する。
【００３３】
［リーダライタ機能］
また、アンテナモジュール２は、リーダライタとしても機能し、例えば、ＩＣタグを備えたポスターや電化製品に携帯電話６０をかざすことにより、そのポスターの情報（クーポン・地図・キャンペーン案内など）を取得したり、電化製品の情報（消費電力や各種設定状態など）を取得し、あるいは設定の変更等を行う。この場合、アンテナモジュール２は、携帯電話６０に内蔵されたバッテリパック８１より電力が供給されることによりリーダライタとして機能する。リーダライタであるアンテナモジュール２とＩＣタグとの近距離無線通信は、上述したリーダライタ７１とアンテナモジュール２との通信と同様である。
【００３４】
［アンテナモジュール]
次いで、このような近距離無線通信システム１に用いられるアンテナモジュール２の構成について説明する。上述したように、アンテナモジュール２は、磁性材料により形成されたシート状の磁性シート４と、磁性シート４上に設けられ、面状に巻回されたスパイラルコイル状のアンテナコイル５とを備える（図１参照）。
【００３５】
磁性シート４は、例えば、ＮｉＺｎ系フェライトの焼結体からなる。磁性シート４は、予め薄くシート状に塗布したフェライト粒子を高温環境下で焼結させることによりシート化し、その後、所定の形状に型抜きすることにより形成される。あるいは、磁性シート４は、予め最終形状と同形状にフェライト粒子をシート状に塗布し、焼結することにより形成することもできる。その他、磁性シート４は、長方形断面を持った型に、フェライト粒子を詰め込み、平面視矩形状の直方体にフェライト粒子を焼結し、この焼結体を薄くスライスすることにより、所定の形状を得ることもできる。
【００３６】
なお、磁性シート４は、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合材としての樹脂とを含んでいてもよい。
【００３７】
また、磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、センダスト、パーマロイ等のＦｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子を用いることができる。
【００３８】
なかでも、ＮＦＣ等のＲＦＩＤ用アンテナモジュール２に用いられる磁性シート４は、磁性材料として上述したＮｉＺｎ系フェライトが好適に用いられる。
【００３９】
結合材は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いることができる。結合材としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等の周知の材料を用いることができる。なお、結合材は、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整剤、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
【００４０】
なお、磁性シート４は、単一の磁性材料で構成する場合のみに限らず、２種類以上の磁性材料を、混合して用いてもよく、あるいは多層に積層して形成してもよい。また、磁性シート４は、同一の磁性材料であっても、磁性粒子の粒径及び／又は形状を複数選択して混合してもよく、あるいは多層に積層して形成してもよい。
【００４１】
［アンテナコイル］
アンテナコイル５は、ポリイミド等によるフレキシブル基板にＣｕ箔等からなる導電パターンがスパイラルコイル状に形成されてなる。アンテナコイル５は、外形が、略矩形状、円又は楕円形状等に形成されている。以下では、一例として略矩形状に形成されたアンテナコイル５を用いて説明する。
【００４２】
アンテナコイル５は、アンテナパターン幅及び／又はアンテナパターン間のピッチを広げることにより、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、ＩＣタグに設けられた小型アンテナモジュールのアンテナコイル２０の外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている。
【００４３】
［作用効果］
ここで、ＩＣタグに設けられたアンテナコイルは、携帯電話６０に内蔵されたアンテナモジュール２のアンテナコイル５よりも小さい。例えば、アンテナコイル２の外径が６０ｍｍ×５０ｍｍであるのに対して、ＮＦＣ規格におけるＩＣタグ等に内蔵される小型のアンテナコイルの外径は２０ｍｍ×２５ｍｍである。
【００４４】
上述したように、携帯電話側のアンテナモジュールから発信される磁界はアンテナコイルの近くで密となり、アンテナコイルから遠くなるほど磁束密度が疎となる。ＩＣタグ側のアンテナモジュールから発信される磁界も、同様である。そして、近距離無線通信では、携帯電話６０をＩＣタグにかざすことにより、アンテナモジュール２とＩＣタグ側のアンテナコイルとの距離が数ｍｍまで密着させて行う。そのため、図４に示すように、通信を行うアンテナコイル５の内径と、ＩＣタグ側の小型アンテナコイル２０の外径との内外径差が大きくなると、一方が発信した磁束が他方に届かず、誘導結合ができないおそれがある（図２０参照）。
【００４５】
そのため、携帯電話６０側のアンテナモジュール２は、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、ＩＣタグに設けられた小型アンテナモジュールのアンテナコイルの外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている。これにより、図３に示すように、携帯電話６０をＩＣタグにかざすと、アンテナコイル５は、ＩＣタグ側のアンテナモジュールの小型アンテナコイル２０に近接あるいは重畳し、小型アンテナコイル２０とも通信を行うことができる。
【００４６】
［アンテナパターン］
アンテナコイル５は、全周に亘って均等にアンテナパターンの線幅及び／又はアンテナパターン間のピッチを広げることにより、開口部６の面積を調整することができる。図１は、図４に示す従来のアンテナモジュール３０におけるアンテナコイル３１に対して、アンテナパターンの線幅は変えず、アンテナパターン間のピッチを広げることで、開口部６の面積を調整したものである。なお、アンテナコイル５は、従来のアンテナモジュール３０のアンテナコイル３１（図４）に対して、アンテナパターンの線幅及びアンテナパターン間のピッチを広げることで、開口部６の面積を調整してもよい。
【００４７】
［大径アンテナ部５ａ／小径アンテナ部５ｂ］
また、アンテナコイル５は、図５及び図６に示すように、アンテナパターンが複数巻回された大径アンテナ部５ａと、大径アンテナ部５ａのパターンピッチよりも広いピッチを介して、大径アンテナ部５ａの内周側に設けられた小径アンテナ部５ｂとを有するようにしてもよい。
【００４８】
大径アンテナ部５ａは、従来のアンテナコイル３１と同様に、磁性シート４の外側縁に沿ってアンテナパターンが複数巻回されている。大径アンテナ部５ａは、アンテナモジュール２が外部に設けられたリーダライタからの磁界を受けて駆動されるトランスポンダとして機能する際に、専らリーダライタとの通信に用いられるものである。
【００４９】
大径アンテナ部５ａの内側には小径アンテナ部５ｂが設けられ、大径アンテナ部５ａと小径アンテナ部５ｂとの間には、大径アンテナ部５ａのアンテナパターンのピッチよりも広いピッチＰが介在されている。
【００５０】
小径アンテナ部５ｂは、アンテナモジュール２がリーダライタとして機能する際に、専ら外部に設けられたＩＣタグ等に内蔵された小型アンテナコイル２０との通信に用いられるものである。小径アンテナ部５ｂは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積の１２０％以内の大きさに形成されている。
【００５１】
図５に示すアンテナモジュール２は、小径アンテナ部５ｂが大径アンテナ部５ａと直列に接続され、アンテナパターンが１周巻回されることにより、小型アンテナコイル２０の外径よりも狭い開口部６が形成されている。
【００５２】
図６に示すアンテナモジュール２は、小径アンテナ部５ｂが大径アンテナ部５ａと直列に接続され、アンテナパターンが複数周巻回されることにより、小型アンテナコイル２０の外径よりも狭い開口部６が形成されている。図６に示す小径アンテナ部５ｂは、大径アンテナ部５ａのパターンピッチよりも広いパターンピッチでアンテナパターンが形成されている。
【００５３】
なお、小径アンテナ部５ｂは、図７に示すように大径アンテナ部５ａのアンテナパターンのパターンピッチと同じピッチで、複数周巻回されてもよい。あるいは、小径アンテナ部５ｂは、図８に示すようにターン毎にピッチを変えて、複数周巻回されてもよい。
【００５４】
また、大径アンテナ部５ａと小径アンテナ部５ｂとは、図５や図６に示すように直列に接続されていてもよく、あるいは並列に接続されていてもよい。
【００５５】
［磁性シート］
磁性シート４は、アンテナコイル５の外径以上の外径を有し、アンテナコイル５が形成されたフレキシブル基板に貼着されることにより、アンテナコイル５の全領域と重畳される。
【００５６】
なお、アンテナモジュール２は、図９に示すように、磁性シート４を、左辺２ａ、右辺２ｂに沿って形成されたアンテナパターンとのみ重畳させてもよい。これにより、磁性シート４をアンテナコイル５の全領域に重畳させる場合に比して、磁性シート４を小型化でき、磁性材料の使用量を大幅に削減することができる。一方で、磁性シート４が左辺２ａ、右辺２ｂに沿って形成されたアンテナパターンと重畳されることで、外部に設けられたリーダライタからの磁束を効率よく受信することができ、アンテナコイル５の全面に亘って重畳される場合と同等の通信特性を奏する。
【００５７】
なお、アンテナコイル５として、大径アンテナ部５ａ及び小径アンテナ部５ｂを有するアンテナモジュールにおいては、磁性シート４は、図１０、図１１に示すように、左辺２ａ、右辺２ｂに沿って形成された大径アンテナ部５ａとのみ重畳させるようにすることが好ましい。
【実施例１】
【００５８】
次いで、本発明が適用されたアンテナモジュール２（図１、図５、図６）、及び従来のアンテナモジュール３０（図４）の各通信特性を比較した実施例について説明する。本実施例では、実施例及び比較例に係るアンテナモジュールについて、自身がリーダライタとなって、外部に設けられた小型アンテナコイル２０との間で通信を行う際の結合係数Ｋをシミュレーションによって求めた。
【００５９】
小型アンテナコイル２０は、外形が２５ｍｍ×２０ｍｍで、１ｍｍピッチで５巻きのコイルである。実施例及び比較例に係るアンテナモジュール２，３０のアンテナコイル５，３１と小型アンテナコイル２０との距離は密着させた。
【００６０】
＜比較例＞
比較例に係る従来のアンテナモジュール３０は、アンテナパターンとして、外形が６０ｍｍ×５０ｍｍで、０．８ｍｍピッチの４巻きコイルが形成されている。また、比較例に係るアンテナモジュール３０は、図１２に示すように、磁性シートとして、アンテナコイル３１の全面に亘って、厚さ０．２ｍｍ、比透磁率１２０のフェライトシート３２が重畳されている。また、比較例に係る従来のアンテナモジュール３０は、バッテリに見立てた５０ｍｍ×６０ｍｍ×５ｍｍの矩形状のアルミブロック３３と重畳されるとともに、アルミブロック３３を介して、電子機器の外筐体に見立てた１２０ｍｍ×６０ｍｍ×０．３ｍｍの矩形状のステンレス板３４と重畳されている。アルミブロック３３とアンテナパターンとの距離は０．５ｍｍである。
【００６１】
比較例に係るアンテナコイル３１と、小型アンテナコイル２０とを、図１２に示すＸＹ平面上に重畳させ、同図に示すアンテナコイルと小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態（ｏｆｆ＿Ｘ＝０．０ｍｍ）から、小型アンテナコイル２０をＸ方向へ移動させたときの結合係数Ｋを求めた。同様に、アンテナコイル３１と小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態（ｏｆｆ＿Ｙ＝０．０ｍｍ）から、小型アンテナコイル２０をＹ方向へ移動させたときの結合係数Ｋを求めた。
【００６２】
＜実施例１＞
実施例１に係るアンテナモジュール２は、外形が小型アンテナコイル２０と相似形の５３ｍｍ×４８ｍｍで、２．２ｍｍピッチの８巻きコイルである。実施例１に係るアンテナモジュール２は、図１に示すように、全周に亘って均等にアンテナパターンのピッチが形成され、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積よりも狭い。なお、実施例１に係るアンテナモジュール２は、比較例１と同様に、フェライトシート３２がアンテナコイル５の全面に亘って重畳されると共に、アルミブロック３３、ステンレス板３４と重畳されている。
【００６３】
そして、実施例１に係るアンテナモジュール２においても、比較例１と同様に、アンテナコイル５と、小型アンテナコイル２０とを、ＸＹ平面上に重畳させ、アンテナコイル５と小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態から、小型アンテナコイル２０をＸ方向とＹ方向へ移動させたときの結合係数Ｋを求めた。
【００６４】
＜実施例２＞
実施例２に係るアンテナモジュール２は、外形が小型アンテナコイル２０と相似形の５３ｍｍ×４８ｍｍで、図５に示すように、０．８ｍｍピッチの４巻きコイルからなる大径アンテナ部５ａと、この大径アンテナ部５ａと直列に接続された１巻きコイルからなる小径アンテナ部５ｂが形成されている。実施例２に係る小径アンテナ部５ｂは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積よりも狭い。なお、実施例２に係るアンテナモジュール２も、比較例１と同様に、フェライトシート３２がアンテナコイル５の全面に亘って重畳されると共に、アルミブロック３３、ステンレス板３４と重畳されている。
【００６５】
そして、実施例２に係るアンテナモジュール２においても、比較例１と同様に、アンテナコイル５と、小型アンテナコイル２０とを、ＸＹ平面上に重畳させ、アンテナコイル５と小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態から、小型アンテナコイル２０をＸ方向とＹ方向へ移動させたときの結合係数Ｋを求めた。
【００６６】
＜実施例３＞
実施例３に係るアンテナモジュール２は、外形が小型アンテナコイル２０と相似形の５３ｍｍ×４８ｍｍで、図６に示すように、０．８ｍｍピッチの３巻きコイルからなる大径アンテナ部５ａと、この大径アンテナ部５ａと直列に接続された５．０ｍｍピッチの３巻きコイルからなる小径アンテナ部５ｂが形成されている。
【００６７】
実施例３に係る小径アンテナ部５ｂは、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積よりも狭い。なお、実施例３に係るアンテナモジュール２も、比較例１と同様に、フェライトシート３２がアンテナコイル５の全面に亘って重畳されると共に、アルミブロック３３、ステンレス板３４と重畳されている。
【００６８】
そして、実施例３に係るアンテナモジュール２においても、比較例１と同様に、アンテナコイル５と、小型アンテナコイル２０とを、ＸＹ平面上に重畳させ、アンテナコイル５と小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態から、小型アンテナコイル２０をＸ方向とＹ方向へ移動させたときの結合係数Ｋを求めた。
【００６９】
小型アンテナコイル２０をＸ方向へ移動させたときの実施例及び比較例に係るアンテナコイル５，３１との結合係数Ｋの推移を図１３に示し、小型アンテナコイル２０をＹ方向へ移動させたときの実施例及び比較例に係るアンテナコイル５，３１との結合係数Ｋの推移を図１４に示す。
【００７０】
図１３、図１４に示すように、実施例に係るアンテナモジュール２によれば、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積と同等以下としているため、小型アンテナコイル２０の外径との内外径差が小さく、良好な通信特性を有する。一方、比較例に係るアンテナモジュール３０によれば、アンテナパターンの最内周の径と小型アンテナコイル２０の外径との差が大きく、通信性能は劣る。
【００７１】
ここで、各実施例に係るアンテナコイル５と小型アンテナコイル２０との結合係数Ｋは、アンテナコイル５の自己インダクタンスをＬ１、小型アンテナコイル２０の自己インダクタンスをＬ２、相互インダクタンスをＭとすると、
Ｋ＝Ｍ／√（Ｌ１・Ｌ２）
で表される。小型アンテナコイル２０は外径が一定であるため、自己インダクタンスＬ２は一定となる。したがって、実施例に係るアンテナコイル５の自己インダクタンスＬ１が下がることにより結合係数Ｋを向上することができる。このため、アンテナコイル５は、アンテナパターンのピッチが粗くなるほど自己インダクタンスＬ１が下がることから、実施例１の構成が、最も結合係数Ｋが高い。
【００７２】
一方で、リーダライタに搭載された大径のアンテナコイルとの通信特性を考えた場合、大径アンテナ部５ａを有する実施例２や３の構成が有利である。これより、実施例３の構成は、リーダライタ及び小型アンテナコイル２０との位置ずれに対するロバスト性も良好なことから、比較的通信特性のバランスが良いといえる。
【実施例２】
【００７３】
次いで、全周に亘って均等にアンテナパターンのピッチが形成されたアンテナモジュール２について、アンテナパターンの最内周の径を変えて、上記小型アンテナコイル２０との結合係数Ｋを評価した。具体的に、本実施例に係るアンテナモジュール２では、アンテナパターンの最内周の長辺側の長さを、４０ｍｍ（図１５）から、１０ｍｍ（図１６）まで変化させた。
【００７４】
使用したアンテナモジュール２は、外形が小型アンテナコイル２０と相似形の５３ｍｍ×４８ｍｍで、パターン幅０．５ｍｍの４巻きコイルを用いた。また、本実施例に係るアンテナモジュール２も、比較例１と同様に、フェライトシート３２がアンテナコイル５の全面に亘って重畳されると共に、アルミブロック３３、ステンレス板３４と重畳されている。
【００７５】
そして、本実施例に係るアンテナモジュール２においても、比較例１と同様に、アンテナコイル５と、小型アンテナコイル２０とを、ＸＹ平面上に重畳させ、アンテナコイル５と小型アンテナコイル２０との各中心を一致させた状態での結合係数Ｋを求めた。
【００７６】
図１７に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナパターンの最内周より内側の開口部６の面積が、小型アンテナコイル２０の外径とほぼ一致するとき、すなわち、アンテナパターンの最内周の長辺の長さが２５ｍｍ（図１８）の近辺で通信特性が急激に改善する。
【００７７】
実用的には、アンテナパターンの最内周の長辺の長さが３０ｍｍ（図１９）以下であれば、良好な通信特性が得られる。すなわち、アンテナモジュール２は、アンテナパターンの最内周より内側の開口部の面積が、小型アンテナコイル２０の外径面積の１．２倍（１２０％）以内であれば、良好な通信特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
２，３０  アンテナモジュール、４  磁性シート、５，３１  アンテナコイル、５ａ  大径アンテナ部、５ｂ  小径アンテナ部、６  開口部、２０  小型アンテナコイル、３２  フェライトシート、３３  アルミブロック、３４  ステンレス板、６０  携帯電話、７０  無線通信システム、７１  リーダライタ、７２  アンテナ、７３  メモリモジュール、７４  制御基板、８１  バッテリパック
【図１】
2014123925.tif 000003
【図２】
2014123925.tif 000004
【図３】
2014123925.tif 000005
【図４】
2014123925.tif 000006
【図５】
2014123925.tif 000007
【図６】
2014123925.tif 000008
【図７】
2014123925.tif 000009
【図８】
2014123925.tif 000010
【図９】
2014123925.tif 000011
【図１０】
2014123925.tif 000012
【図１１】
2014123925.tif 000013
【図１２】
2014123925.tif 000014
【図１３】
2014123925.tif 000015
【図１４】
2014123925.tif 000016
【図１５】
2014123925.tif 000017
【図１６】
2014123925.tif 000018
【図１７】
2014123925.tif 000019
【図１８】
2014123925.tif 000020
【図１９】
2014123925.tif 000021
【図２０】
2014123925.tif 000022