(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、
上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、
上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
上記アンテナコイルは、上記磁性シートが上記筐体面側に配置される導線の一部と、該磁性シートよりも該筐体面側に配置される導線の一部とが、該磁性シートを介して、該筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
上記アンテナコイルは、プリント基板上に形成され、接続点を介して互いに逆方向に巻回された第１及び第２のコイルからなり、
上記第１のコイルは、上記第２のコイルよりも上記筐体面の外周側に配置され、上記磁性シートが該第１のコイルの開口部に差し込まれ、
上記第２のコイルは、上記第１のコイルの開口部を基準として上記筐体面の中心側に位置する導線が、上記第１のコイルの導線と該筐体面に対する垂直方向に重畳するように折り返されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナモジュール。
【請求項３】
上記第１のコイルは、該第１のコイルの上記筐体面の外周側の導線が上記発信器側になるように折り返されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナモジュール。
【請求項４】
上記プリント基板は、上記磁性シートの厚さに応じた屈曲部を有することを特徴とする請求項３記載のアンテナモジュール。
【請求項５】
上記第１のコイルは、該第１のコイルの上記筐体面の外周側を、導線が上記電子機器側となるように折り返され、
上記第２のコイルは、該第２のコイルの上記筐体面の中心部側の導線が上記発信器側となるように折り返されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナモジュール。
【請求項６】
上記アンテナコイルの導線の一部は、第１のプリント基板上に形成され、
上記アンテナコイルの導線の残りの一部は、第２のプリント基板上に形成され、
上記磁性シートは、上記第１のプリント基板と上記第２のプリント基板との間に積層され、
上記アンテナコイルは、上記第１のプリント基板上に形成された導線と、上記第２のプリント基板上に形成された導線とを接続することによって、構成されることを特徴とする請求項１記載のアンテナモジュール。
【請求項７】
上記アンテナコイルは、上記磁性シートが開口部に差し込まれた第１のコイルと、該第１のコイルよりも上記筐体面の中心側に配置され、該磁性シートが開口部に差し込まれた第２のコイルとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナモジュール。
【請求項８】
上記アンテナコイルには、上記第１のコイルと上記第２のコイルとを、直列接続又は並列接続する状態のうち何れか一方の状態を選択して、接続可能な入出力端子が設けられていることを特徴とする請求項７記載のアンテナモジュール。
【請求項９】
上記アンテナコイルは、プリント基板上の導線を用いて形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載のアンテナモジュール。
【請求項１０】
電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる通信装置において、
上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、
上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートと、
上記アンテナコイルに流れる電流により駆動し、上記発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、
上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
上記アンテナコイルは、上記磁性シートが上記筐体面側に配置される導線の一部と、該磁性シートよりも該筐体面側に配置される導線の一部とが、該磁性シートを介して、該筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールの製造方法において、
上記電子機器の上記発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、該発信器と電磁結合されるアンテナコイルを用意するステップと、
上記アンテナコイルに上記発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートを用意するステップとを有し、
上記筐体面の外周側では上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記発信器側に配置され、且つ、該筐体面の中心側では該磁性シートが該アンテナコイルよりも該発信器側に配置されるように、該アンテナコイルと該磁性シートとが、該筐体面に対する垂直方向に重畳され、
上記アンテナコイルは、上記磁性シートが上記筐体面側に配置される導線の一部と、該磁性シートよりも該筐体面側に配置される導線の一部とが、該磁性シートを介して、該筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されることを特徴とするアンテナモジュールの製造方法。
【請求項１２】
上記アンテナコイルは、プリント基板上に形成され、接続点を介して互いに逆方向に巻回された第１及び第２のコイルからなり、
上記第１のコイルは、上記第２のコイルよりも上記筐体面の外周側に配置され、上記磁性シートが該第１のコイルの開口部に差し込まれ、
上記第２のコイルは、上記第１のコイルの開口部を基準として上記筐体面の中心側に位置する導線が、上記第１のコイルの導線と該筐体面に対する垂直方向に重畳するように折り返されていることを特徴とする請求項１１記載のアンテナモジュールの製造方法。
【請求項１３】
上記アンテナコイルの導線の一部は、第１のプリント基板上に形成され、
上記アンテナコイルの導線の残りの一部は、第２のプリント基板上に形成され、
上記磁性シートは、上記第１のプリント基板と上記第２のプリント基板との間に積層され、
上記アンテナコイルは、上記第１のプリント基板上に形成された導線と、上記第２のプリント基板上に形成された導線とを接続することによって、構成されることを特徴とする請求項１１記載のアンテナモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの電子機器において、近距離非接触通信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。
【０００３】
このアンテナモジュールは、リーダライタなどの発信器に搭載されたアンテナコイルと電磁結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナモジュールは、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。
【０００４】
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。従来例に係るアンテナモジュールでは、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このループコイルでリーダライタからの磁束を受けている。
【０００５】
ところが、携帯電話機など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などの金属が、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を跳ね返してしまうため、ループコイルに届く磁束が少なくなる。ループコイルに届く磁束が少なくなってしまうため、アンテナモジュールには、必要な磁束を集めるためにある程度の開口面積を有するループコイルが必要となり、さらに磁性シートを用いて磁束を増やすことも必要となる。
【０００６】
上述したように、携帯電話機などの電子機器の基板に流れる渦電流によってリーダライタからの磁束が跳ね返されるが、電子機器の筐体表面には、基板の面方向に向いている磁界の成分がある。この成分を受けることによってアンテナとして機能させようとする技術が特許文献１に記載されている。具体的に、特許文献１では、コイルの占有面積を少なくするため、フェライトコアにコイルを巻いたアンテナ構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
上述したように、携帯電話機などの電子機器は基板などの比較的電気をよく流すものが使われているので、磁界を受けた基板に渦電流が発生することにより、磁束を跳ね返してしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面においては、リーダライタから放射される磁界は、筐体表面の外周部分で強くなり、筐体表面の真ん中付近で弱くなる傾向にある。
【０００９】
通常のループコイルを用いるアンテナの場合、ループコイルの開口部は、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ることができ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い。
【００１０】
また、特許文献１に記載されたアンテナ構造では、フェライトコアの断面積が磁束密度に比例するので、フェライトコアの厚みが例えば１ｍｍ以上必要になり、携帯電話機の筐体が比較的厚い構造となってしまう。このため、特許文献１に記載されたアンテナでは、薄型の携帯電話機の内部に実装するのが難しい。また、折りたたみ式の携帯電話機に搭載された液晶ディスプレイの裏側に、アンテナモジュールを組み込む場合にも、薄さが要求されるので、特許文献１に記載のアンテナ構造では実装するのが難しい。
【００１１】
また、携帯電話機などに組み込まれるアンテナモジュールは、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、アンテナコイルの巻数を増やすことにより、高い通信特性を実現することが望まれる。
【００１２】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、高い通信特性を実現することが可能なアンテナモジュール、通信装置及びアンテナモジュールの製造方法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】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、磁性シートが筐体面側に配置される導線の一部と、磁性シートよりも筐体面側に配置される導線の一部とが、磁性シートを介して、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る通信装置は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる通信装置において、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートと、アンテナコイルに流れる電流により駆動し、発信器との間で通信を行う通信処理部とを備え、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、磁性シートが筐体面側に配置される導線の一部と、磁性シートよりも筐体面側に配置される導線の一部とが、磁性シートを介して、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のアンテナモジュールの製造方法は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となるアンテナモジュールにおいて、電子機器の発信器に対向する筐体面の外周部に配置され、発信器と電磁結合されるアンテナコイルを用意するステップと、アンテナコイルに発信器から発信される磁界を引き込む磁性シートを用意するステップとを有する。筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳され、アンテナコイルは、磁性シートが筐体面側に配置される導線の一部と、磁性シートよりも筐体面側に配置される導線の一部とが、磁性シートを介して、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、筐体面の外周側ではアンテナコイルが磁性シートよりも発信器側に配置され、且つ、筐体面の中心側では磁性シートがアンテナコイルよりも発信器側に配置されるように、アンテナコイルと磁性シートとが、筐体面に対する垂直方向に重畳されることで、発信器と対向した電子機器の筐体面の外周部に生じる磁束を効率よくアンテナコイルに引き込むことができる。
【００１７】
さらに、本発明は、アンテナコイルの、少なくとも一部の導線が、筐体面に対する垂直方向に重畳されるように配置されていることで、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、筐体面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイルの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
【００１８】
したがって、本発明は、電子機器に組み込んだ際に電子機器の筐体の小型化を図りつつ、高い通信特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が適用された通信装置が組み込まれた無線通信システムの構成について説明するための分解斜視図である。
【図２】携帯電話機の筐体内部に配置される通信装置の構成について説明するための斜視図である。
【図３】（Ａ）は、比較例に係るアンテナ基板の斜視図であり、（Ｂ）は、比較例に係るアンテナ基板の断面図である。
【図４】（Ａ）は、巻数が３である比較例に係るアンテナコイルの外形形状を示す平面図であり、（Ｂ）は、巻数が６である比較例に係るアンテナコイルの外形形状を示す平面図である。
【図５】（Ａ）は、比較例において、外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、アンテナコイルの抵抗値の変化と、インダクタンスの変化とをそれぞれ示した図である。（Ｂ）は、比較例において、外形寸法を一定にした条件下でアンテナコイルの巻数を変化させたときのＱ値の変化を示す図である。
【図６】比較例において、アンテナコイルの外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の相互インダクタンスと結合係数とを示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の分解斜視図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。（Ｃ）は、通信装置を携帯電話機内の基板に実装した状態を模式的に示す図である。
【図８】第１の実施形態において、アンテナコイルの端子部の端子構造について説明するための斜視図である。（Ａ）は、コイルを並列接続した場合と示し、（Ｂ）は、コイルを直列接続した場合を示す。
【図９】第１の実施形態において、ｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅ｗを変化させたときの、アンテナコイルのＱ値の変化を示す図である。
【図１０】第１の実施形態において、ｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅ｗを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。
【図１１】第１の実施形態において、幅Ｗ及び長さＬで規定されるアンテナコイルの外形形状を、それぞれ、２０ｍｍ、２０ｍｍとして一定にした条件下で、アンテナコイルを構成する２つのコイルの重畳状態を規定する値ａについて説明するための通信装置の平面図である。
【図１２】ａ＝０［ｍｍ］とした場合であって、２つのコイルのうち、その略１／２の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の平面図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。
【図１３】ａ＝−４．２［ｍｍ］とした場合であって、２つのコイルのうち、その略１／４の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の平面図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。
【図１４】ａ＝８．２［ｍｍ］とした場合であって、２つのコイルのうち、その略３／４の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の平面図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。
【図１５】ａ＝１０．８［ｍｍ］とした場合であって、２つのコイルのうち、略完全に一致して重畳するように、磁性シート１３に差し込まれている重畳状態を説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の平面図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。
【図１６】ａ［ｍｍ］の値を変化させることで、２つのコイルの重畳状態を変化させたときの、抵抗値とインダクタンス値の変化を示す図である。
【図１７】ａ［ｍｍ］の値を変化させることで、２つのコイルの重畳状態を変化させたときの、Ｑ値の変化を示す図である。
【図１８】ａ［ｍｍ］の値を変化させることで、２つのコイルの重畳状態を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。
【図１９】第１の実施形態に係る通信装置の変形例について説明するための図である。（Ａ）は、通信装置の分解斜視図であり、（Ｂ）は、通信装置の斜視図である。
【図２０】第２の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、組立前のアンテナ基板を展開した状態を示す斜視図である。
【図２１】第２の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板に磁性シートを実装した状態を示す斜視図である。
【図２２】第２の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板を折り返した状態を示す斜視図である。
【図２３】第２の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、アンテナ基板を折り重ねて通信装置として完成させた状態を示す斜視図である。
【図２４】第２の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板に実装した状態を模式的に示す図である。
【図２５】第２の実施形態と比較例において、ｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅ｗを変化させたときの特性変化について説明するための図である。
【図２６】第２の実施形態と比較例において、ｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅ｗを変化させたときの、アンテナコイルのＱ値の変化を示す図である。
【図２７】第２の実施形態と比較例において、ｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅ｗを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。
【図２８】第２の実施形態において、幅Ｗ及び長さＬで規定されるアンテナコイルの外形形状を、それぞれ、２０ｍｍ、２０ｍｍとして一定にした条件下で、アンテナコイルを構成する２つのコイルの重畳状態を規定する値ｂについて説明するための通信装置の平面図である。（Ａ）はｂ＝０ｍｍ、（Ｂ）はｂ＝１ｍｍ、（Ｃ）はｂ＝３ｍｍとした場合を示す。
【図２９】ｂ［ｍｍ］の値を変化させることで、２つのコイルの重畳状態を変化させたときの、Ｑ値の変化を示す図である。
【図３０】ｂ［ｍｍ］の値を変化させることで、２つのコイルの重畳状態を変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。
【図３１】第２の実施形態の変形例の構成について説明するための図である。（Ａ）は、展開されたプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状を示す斜視図である。（Ｂ）は、コイル上に磁性シートを載置した状態を示す斜視図である。（Ｃ）は、プリント基板の両端を磁性シートの上面側に折り返して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。
【図３２】第２の実施形態の変形例の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。
【図３３】第２の実施形態の変形例と比較例とにおいて、アンテナコイルの幅Ｗを変化させたときの、リーダライタのアンテナとの間の結合係数の変化を示す図である。
【図３４】第２の実施形態の変形例と比較例において、アンテナコイルの幅Ｗを変化させたときの、アンテナコイルのＱ値の変化を示す図である。
【図３５】第２の実施形態の変形例に係る通信装置のバリエーションを示す図である。（Ａ）は、１ｍｍ程度の厚さを有する磁性シートを用いた場合、（Ｂ）は、３ｍｍ程度の厚さを有する磁性シートを用いた場合の斜視図である。
【図３６】第２の実施形態の他の変形例を説明するための図である。（Ａ）は、展開されたプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状を示す斜視図である。（Ｂ）は、コイル上に磁性シートを載置した状態を示す斜視図である。（Ｃ）は、プリント基板の両端を磁性シートの上面側及び下面側に折り返して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。
【図３７】第２の実施形態の他の変形例の構成について説明するための図であり、携帯電話機内の基板上に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。
【図３８】第３の実施形態を説明するための図である。（Ａ）は、第１のプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状と、磁性シートと、第２のプリント基板上の導線によって形成されたコイルの形状とを示す、通信装置の分解斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）の各要素を積層して、導線を電気的に接続して通信装置を形成した状態を示す斜視図である。
【図３９】第３の実施形態に係る通信装置の構成について説明するための図であり、携帯電話機の基板上に通信装置を実装した状態を模式的に示す図である。
【図４０】（Ａ）は、外周辺１３０ｄ側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、（Ｂ）は、他の外周辺１３０ｂ側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、（Ｃ）は、他の外周辺１３０ａ側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図であり、（Ｄ）は、他の外周辺１３０ｃ側の外周部に配置されたアンテナ基板を示す斜視図である。
【図４１】（Ａ）は、外周辺１３０ｂ、１３０ｄ側の外周部に配置された２つのアンテナ基板を示す斜視図であり、（Ｂ）は、外周辺１３０ａ、１３０ｃ側の外周部に配置された２つのアンテナ基板を示す斜視図である。
【図４２】（Ａ）は、外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｄ側の外周部に配置された３つのアンテナ基板を示す斜視図であり、（Ｂ）は、外周辺１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｄ側の外周部に配置された２つのアンテナ基板を示す斜視図である。
【図４３】外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ側の外周部に配置された４つのアンテナ基板を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、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。
【００２１】
＜全体構成＞
本発明が適用された通信装置は、電子機器に組み込まれ、発信器から発信される磁界を受けて通信可能となる装置であって、例えば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。
【００２２】
無線通信システム１００は、本発明が適用された第１の実施形態に係る通信装置１と、通信装置１に対するアクセスを行うリーダライタ１２０とからなる。ここで、通信装置１とリーダライタ１２０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。
【００２３】
リーダライタ１２０は、ｘｙ平面において互いに対向する通信装置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、通信装置１に向けて磁界を発信するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して電磁結合された通信装置１と通信を行う制御基板１２２とを備える。
【００２４】
すなわち、リーダライタ１２０には、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、１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、通信装置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、通信装置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、通信装置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。
【００２５】
通信装置１は、例えば、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１３０の筐体１３１の内部に組み込まれる。通信装置１は、電磁結合されたリーダライタ１２０との間で通信可能となるアンテナコイル１１ａが実装されたアンテナ基板１１と、アンテナコイル１１ａ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通信処理部１２とを備える。
【００２６】
アンテナ基板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ニング処理などをすることによって形成されるアンテナコイル１１ａと、アンテナコイル１１ａと通信処理部１２とを電気的に接続する端子部１１ｂとが実装されている。
【００２７】
アンテナコイル１１ａ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と電磁結合によって結合され、変調された電磁波を受信して、端子部１１ｂを介して受信信号を通信処理部１２に供給する。
【００２８】
通信処理部１２は、アンテナコイル１１ａに流れる電流により駆動され、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１２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１２が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１２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、電磁誘導によって結合されたアンテナコイル１１ａを介して変調された電波をリーダライタ１２０に送信する。
【００２９】
以上のような構成からなる無線通信システム１００において、本実施形態に係る通信装置１と、比較例に係る通信装置２０１との構成について説明する。
【００３０】
本実施形態に係る通信装置１及び比較例に係る通信装置２０１は、リーダライタ１２０との通信特性を維持する必要がある。さらに、携帯電話機１３０などの電子機器に通信装置１，２０１を組み込んだ際に当該電子機器の小型化、薄型化を実現する観点から、例えば、図２に示すようなｘｙ平面上であって、携帯電話機１３０の筐体１３１内の基板１３２上に配置される。図２では、基板１３２の一部の領域に、携帯電話機１３０を駆動するための電池パックを覆うように磁性シート１３３が配置されているものとする。
【００３１】
後述する通信装置２０１のアンテナコイル２１１ａは、リーダライタ１２０との通信特性を維持するため、リーダライタ１２０からの磁界の強度が強いところに配置されることが好ましい。ここで、携帯電話機１３０の基板１３２は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ１２０と対向するように配置される携帯電話機１３０の筐体１３１の面における４つの外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄの磁界が強い傾向にある。
【００３２】
このような携帯電話機１３０の筐体１３１内部の磁界強度の傾向を利用して、本実施形態に係る通信装置１及び比較例に係る通信装置２０１は、図２に示すように、上述した磁界が強い外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄのうち、例えば、外周辺１３０ｄ側の外周部１３４に配置される。このようにして、通信装置１、２０１は、携帯電話機１３０の基板１３２上の磁界強度が比較的強い部位に配置することができる。
【００３３】
＜比較例＞
まず、本実施形態に係る通信装置１の説明に先立ち、比較例に係る通信装置２０１の具体的な構成について説明する。
【００３４】
比較例に係る通信装置２０１が配置される外周部１３４の磁界は、基板１３２の面方向の磁界成分、具体的には、基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへ向かうｙ軸方向の磁界成分が大きい。この通信装置２０１は、このような基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへ向かう磁界の成分を効率よくアンテナコイル２１１ａに引き込ませるため、図３に示すように配置され、アンテナコイル２１１ａに重畳される磁性シート２１３を備える。
【００３５】
ここで、図３（Ａ）は、ｘｙ平面上において磁性シート２１３が差し込まれたアンテナ基板２１１の斜視図であり、図３（Ｂ）は、ｘｙ平面上において、ｙ軸と平行になるような差込方向に、磁性シート２１３が差し込まれたアンテナ基板２１１の断面図である。なお、図３に示す通信装置２０１では、アンテナコイル２１１ａの巻数を１とした。
【００３６】
図３（Ｂ）に示すように、比較例に係る通信装置２０１では、磁性シート２１３がアンテナ基板２１１上に形成されたアンテナコイル２１１ａの中心部２１１ｃに差し込まれる。基板１３２の中央部１３２ａ側では磁性シート２１３がアンテナコイル２１１ａよりもリーダライタ１２０側に位置するように配置される。基板１３２の外周辺１３０ｄ側では、アンテナコイル２１１ａが磁性シート２１３よりもリーダライタ１２０側に位置するように配置される。
【００３７】
ここで、アンテナ基板２１１は、上述したようにフレキシブルプリント基板やリジットプリント基板などが用いられる。特に、フレキシブルプリント基板を用いることで、アンテナコイル２１１ａの中央部に切れ込みを入れて、開口部を容易に形成することができ、この開口部に磁性シート２１３を容易に差し込むことができる。通信装置２０１は、容易に磁性シート２１３をアンテナ基板２１１に差し込むという観点から、フレキシブルプリント基板を用いてアンテナ基板２１１とすることが好ましい。同様にして、後述する本実施形態に係る通信装置１、２は、容易に磁性シートをアンテナ基板に差し込むという観点から、フレキシブルプリント基板を用いてアンテナ基板とすることが好ましい。すなわち、フレキシブルプリント基板を用いることで、当該通信装置２０１及び後述する本実施形態に係る通信装置１、２、３を容易に製造することができる。
【００３８】
通信装置２０１は、基板１３２の中央部１３２ａ側では、磁性シート２１３がアンテナコイル２１１ａよりもリーダライタ１２０側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺１３０ｄ側ではアンテナコイル２１１ａがリーダライタ１２０側に位置するように配置される。これによって、外周部１３４に生じる磁界を効率よくアンテナコイル２１１ａに引き込ませることができる。
【００３９】
外周部１３４に生じる磁界を効率よくアンテナコイル２１１ａに引き込ませることができるのは、基板１３２の中央部１３２ａから外周辺１３０ｄへの磁界成分が、アンテナコイル２１１ａの開口部を効率よく通過するように、磁性シート２１３が配置されているからである。
【００４０】
ここで、アンテナコイルの通信特性を向上させるためには、通常、コイルの巻数（以下、単に「巻数」ともいう。）を多くすることが考えられる。比較例に係る通信装置２０１のアンテナコイル２１１ａでは、上述したように、外周辺１３０ｄ側の外周部１３４に配置される点を考慮すると、アンテナコイルの外形寸法を大きくすることが難しいので、この外形寸法を一定にした条件下で、巻数を多くすることが必要となる。
【００４１】
このような条件下で巻数を変化させた場合の、アンテナコイル２１１ａの抵抗値、自己インダクタンス（以下、単に「インダクタンス」ともいう。）値、Ｑ値について、図４及び図５を参照して説明する。Ｑ値とは、アンテナコイルの評価指標の一つであって、ωを通信周波数に対応する角周波数、Ｌをインダクンス、Ｒを抵抗としたとき、Ｑ＝ωＬ／Ｒで表される値である。
【００４２】
まず、図４（Ａ）は、巻数が２であるアンテナコイル２１１ａの外形形状を示す図であり、図４（Ｂ）は、巻数が６であるアンテナコイル２１１ａの外形形状を示す図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）で示されるアンテナコイル２１１ａの外形形状は、ｙ軸方向で規定される幅Ｗが１２ｍｍ、ｘ軸方向で規定される長さＬが４０ｍｍであるものとする。外形寸法を一定にした条件下で、巻数を増やすと、導線の線幅が狭くなり、図５に示す結果から明らかなように抵抗値が高くなってしまう。
【００４３】
図５（Ａ）は、外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときの、アンテナコイル２１１ａの抵抗値Ｒの変化と、インダクタンスＬの変化とをそれぞれ示した図である。図５（Ｂ）は、外形寸法を一定にした条件下でアンテナコイル２１１ａの巻数を変化させたときの、通信装置２０１のＱ値の変化を示す図である。
【００４４】
図５から明らかなように、アンテナコイル２１１ａの外形寸法を一定にした条件下では、巻数を増やすとインダクタンスＬが大きくなるが、抵抗値Ｒも大きくなるため、Ｑ値が高くならない。
【００４５】
さらに、アンテナコイル２１１ａの外形寸法を一定にした条件下で巻数を変化させたときに、通信装置２０１とリーダライタ１２０のアンテナ１２１との間の相互インダクタンスと結合係数の変化を図６に示す。図６から明らかなように、相互インダクタンスＬは、巻数が増えると大きくなるが、結合係数ｋは、巻数が増えても変化しない。
【００４６】
このように、アンテナコイル２１１ａの外形寸法を一定にした条件下では、巻数を増やしても、通信特性の向上を図ることが難しく、アンテナコイルの外形形状を小型化して通信特性の向上を図ることが難しい。
【００４７】
＜第１の実施形態＞
このような比較例に係る通信装置２０１に対して、第１の実施形態として、通信装置１では、アンテナコイルの導線の線幅を狭くすることなく巻数を増やすことで通信特性の向上を図るため、図７に示すように、アンテナコイル１１ａが、２つのコイル１１ａ１、１１ａ２から構成される。コイル１１ａ１、１１ａ２は、互いに、同一形状であって、その巻数が２であるものとする。
【００４８】
通信装置１では、まず、図７（Ａ）に示すように、コイル１１ａ１の開口部１１ｃ１に、磁性シート１３が差し込まれる。基板１３２の中央部１３２ａ側では磁性シート１３がコイル１１ａ１よりもリーダライタ１２０側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺１３０ｄ側ではコイル１１ａ１が磁性シート１３よりもリーダライタ１２０側に位置するように配置される。そして、通信装置１では、図７（Ａ）に示すようにコイル１１ａ１が差し込まれた磁性シート１３が、さらに、コイル１１ａ２の開口部１１ｃ２に差し込まれる。基板１３２の中央部１３２ａ側では磁性シート１３がコイル１１ａ２よりもリーダライタ１２０側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺１３０ｄ側ではコイル１１ａ２が磁性シート１３よりもリーダライタ１２０側に位置するように配置される。ここで、コイル１１ａ１、１１ａ２は、図７（Ｃ）の断面図に示すように、基板１３２の面方向で規定される形状において、その半分の領域が、互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれているものとする。
【００４９】
通信装置１では、コイル１１ａ１と、コイル１１ａ２とを直列又は並列に接続することで、１つのアンテナコイル１１ａとして機能するが、通信処理部１２と接続される端子部１１ｂとして、次に示すような端子構造を採用してもよい。すなわち、端子部１１ｂは、図８（Ａ）に示すように、コイル１１ａ１とコイル１１ａ２とを並列接続する端子ＣＯＮ１１、ＣＯＮ１２からなる入出力端子構造を有する。また、図８（Ｂ）に示すような、コイル１１ａ１とコイル１１ａ２とを直列接続する端子ＣＯＮ１１、ＣＯＮ１２からなる入出力端子構造を有する。
【００５０】
ここで、コイル１１ａ１の導線の端部を端子Ｐ１１、Ｐ１２、コイル１１ａ２の導線の端部を端子Ｐ２１、Ｐ２２とすると、直列接続、並列接続では、次のように接続される。すなわち、並列接続の場合、コイル１１ａ１、１１ａ２は、図８（Ａ）に示すように、端子Ｐ１１と端子Ｐ２１とが端子ＣＯＮ１１に接続され、端子Ｐ１２と端子Ｐ２２とが端子ＣＯＮ１２に接続される。また、直列接続の場合、コイル１１ａ１、１１ａ２は、図８（Ｂ）に示すように、端子Ｐ１１が端子ＣＯＮ２１と接続され、端子Ｐ１２と端子Ｐ２１とが接続され、端子Ｐ２２が端子ＣＯＮ２２と接続される。
【００５１】
通信装置１では、端子部１１ｂの端子構造として、上記のような端子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２からなる４端子構造を採用することで、コイル１１ａ１、１１ａ２は、互いに電気的に接続される。更に、接続状態を、直列接続又は並列接続のうち何れか一方を選択して接続可能とすることで、アンテナコイル１１ａに接続される通信処理部１２の信号増幅特性などに応じて、アンテナコイル１１ａのインダクタンスを２段階で選択可能とする。
【００５２】
以上のようにして、通信装置１は、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、コイル１１ａ２が、コイル１１ａ１よりも基板１３２の中央部１３２ａ側に配置された構造からなるアンテナコイル１１ａを有する。
【００５３】
ここで、基板１３２のｘｙ平面で規定されるアンテナコイル１１ａの外形形状と、巻数とを同一とした条件下において、通信装置１のアンテナコイル１１ａと、比較例に係る通信装置２０１のアンテナコイル２１１ａとの性能を評価する。
【００５４】
図９は、アンテナコイル１１ａの幅Ｗを変化させたときの、アンテナコイルのＱ値の変化を示す図である。また、図１０は、アンテナコイルの幅Ｗを変化させたときの、アンテナコイル１１ａとリーダライタ１２０のアンテナ１２１との間の結合係数の変化を示す図である。
【００５５】
この図９及び図１０の結果から明らかなように、比較例に係る通信装置２０１と比べると、通信装置１では、コイルの線幅を平均的に広くでき、抵抗値を小さくすることができる。このため、Ｑ値を高くすることができ、さらに結合係数も高くすることができるので、結果として通信特性の向上を図ることができる。
【００５６】
このような構成からなる通信装置１では、磁性シート１３が基板１３２側に配置されるコイル１１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置されるコイル１１ａ１の導線の一部とが、基板１３２に対する垂直方向に重畳されるように配置される。これによって、導線の線幅を狭くすることなく、巻数を多くすることができる。このようにして、通信装置１では、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、基板１３２の面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイル１１ａの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
【００５７】
通信装置１では、少なくとも、コイル１１ａ２の導線の一部と、コイル１１ａ１の導線の一部とが、基板１３２に対する垂直方向に重畳されるように配置されればよい。例えば、図７（Ｃ）で示したように、コイル１１ａ１、１１ａ２が、基板１３２の面方向で規定される外形形状のうち、各々の半分の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれることが特に好ましい。すなわち、通信装置１は、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル１１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置される、コイル１１ａ１の導線の一部とが、磁性シート１３を介して重畳されることが、通信特性上好ましい。
【００５８】
ここで、図１１に示すように、幅Ｗ及び長さＬで規定されるアンテナコイル１１ａの外形形状を、それぞれ、２０ｍｍ、２０ｍｍとして一定にする。そして、次に示すように、コイル１１ａ１、１１ａ２の重畳位置を幅Ｗの方向に規定されるａ［ｍｍ］の値で表すものとする。すなわち、コイル１１ａ１の開口部１１ｃ１の中央部１３２ａ側の端辺ａ１をｙ軸方向の原点としたときの、コイル１１ａ２の外周辺１３０ｄ側の端辺ａ２の位置をａ［ｍｍ］とする。
【００５９】
ここで、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ａ＝０［ｍｍ］とした場合であって、コイル１１ａ１、１１ａ２のうち、その略１／２の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
【００６０】
また、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、ａ＝−４．２［ｍｍ］とした場合であって、コイル１１ａ１、１１ａ２のうち、その略１／４の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
【００６１】
また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、ａ＝８．２［ｍｍ］とした場合であって、コイル１１ａ１、１１ａ２のうち、その略３／４の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
【００６２】
また、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、ａ＝１０．８［ｍｍ］とした場合であって、コイル１１ａ１、１１ａ２が、略完全に一致して重畳するように、磁性シート１３に差し込まれているものの平面図及び斜視図である。
【００６３】
次に、ａ［ｍｍ］の値を変化させることで、コイル１１ａ１、１１ａ２の重畳状態を変化させたときの、抵抗値ＲとインダクタンスＬの変化を図１６に示す。
【００６４】
図１６から明らかなように、ａの値が正になる、すなわち、コイル１１ａ１、１１ａ２の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略１／２よりも大きくなると、インダクタンスＬが略一定であるのに対して、抵抗値が大きくなる。
【００６５】
コイル１１ａ１、１１ａ２の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略１／２よりも大きくなると、磁性シート１３が基板１３２側に配置されるコイル１１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置されるコイル１１ａ１の導線の一部とが、磁性シート１３を介することなく重畳される。このため、これらの導線間に近接効果が生じることによって電流が流れにくくなるので抵抗値が大きくなる。
【００６６】
これに対して、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル１１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置される、コイル１１ａ１の導線の一部とが、磁性シート１３を介して重畳している場合には、上述のような電流が流れにくくなるような作用が発生しない。これらの導線で発生する電磁波を磁性シート１３が吸収するからである。
【００６７】
また、ａ［ｍｍ］の値を変化させることで、コイル１１ａ１、１１ａ２の重畳状態を変化させたときの、Ｑ値の変化と、リーダライタ１２０のアンテナ１２１との間の結合係数ｋの変化とをそれぞれ、図１７と図１８に示す。
【００６８】
これら図１６ないし図１８の結果から明らかなように、コイル１１ａ１、１１ａ２のうち、その略１／２以下の領域が互いに重畳するようにすることが、通信特性上好ましい。
【００６９】
換言すれば、通信装置１では、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル１１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置される、コイル１１ａ１の導線の一部とが、磁性シート１３を介して重畳されることで、抵抗値を小さくし、高いＱ値を実現するため、通信特性上好ましい。特に、高いＱ値を実現しつつ外形形状の小型化を図る観点から、ａ＝０［ｍｍ］、すなわち、コイル１１ａ１、１１ａ２のうち、その略１／２の領域が互いに重畳するように、磁性シート１３に差し込まれていることが好ましい。
【００７０】
なお、第１の実施形態に係る通信装置１では、２つのコイル１１ａ１、１１ａ２を用いたが、更に多くのコイルを用いるようにしてもよく、例えば、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示すように、３つのコイル１１ａ１、１１ａ２、１１ａ３を磁性シート１３に差し込むようにしてもよく、これによって、抵抗値の増加をできるだけ抑えつつ、巻数を増加することによるインダクタンスの増加により、高い通信特性を実現できる。
【００７１】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る通信装置の構成について、図２０乃至図２３を参照して具体的に説明する。
【００７２】
第２の実施形態に係る通信装置２は、例えば、図２０に示すような、１つのプリント基板からなるアンテナ基板２１上に形成され、互いに逆方向に巻回された２つのコイル２１ａ１、２１ａ２を接続点Ｃで接続したアンテナコイル２１ａを有する。ここで、コイル２１ａ１、２１ａ２が逆方向に巻回されているとは、具体的には、図２０に示すように、コイル２１ａ１の入力端ＩＮから接続点Ｃを介してコイル２１ａ２の出力端ＯＵＴに向かって電流を流したときに、Ｑ１を中心とするコイル２１ａ１の電流の向きと、Ｑ２を中心とするコイル２１ａ２の電流の向きとが互いに逆になることをいう。なお、コイル２１ａ１、２１ａ２の中心点をそれぞれ芯Ｑ１、Ｑ２とする。
【００７３】
このようなアンテナコイル２１ａを有する通信装置２では、まず、図２１に示すように、コイル２１ａ１が、コイル２１ａ２よりも基板１３２の外周辺１３０ｄ側に配置される。また、基板１３２の中央部１３２ａ側では、コイル２１ａ１の開口部２１ｃ１が、磁性シート１３に差し込まれる。そして、コイル２１ａ１が磁性シート１３よりも基板１３２側に位置するように配置され、基板１３２の外周辺１３０ｄ側では、磁性シート１３がコイル２１ａ１よりも基板１３２側に位置するように配置される。
【００７４】
そして、通信装置２では、図２１に示すように、コイル２１ａ１の開口部２１ｃ１に磁性シートが差し込まれる。図２２に示すようにして、コイル２１ａ２のうち、当該コイル２１ａ２の開口部２１ｃ２を基準として、基板１３２の中央部１３２ａ側に位置する導線部２３を、ｙ軸方向、すなわち、基板１３２の外周辺１３０ｄ側に折り返す。このように折り返すことによって、通信装置２では、図２３に示すように、基板１３２の中央部１３２ａ側に位置する導線部２３と、コイル２１ａ１の導線とを、基板１３２に対して垂直方向に重畳させる。
【００７５】
以上のようにして、通信装置２では、図２４に示すように、コイル２１ａ２が折り返されることで、コイル２１ａ２とコイル２１ａ１との巻回方向が同一方向となる。また、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル２１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置される、コイル２１ａ１の導線の一部とが、磁性シート１３を介して重畳される。
【００７６】
ここで、基板１３２のｙ軸方向で規定されるアンテナコイル２１ａの幅Ｗを変化させたときの特性変化について図２５を参照して説明する。
【００７７】
図２５は、基板１３２のｙ軸方向で規定されるアンテナコイル２１ａの幅Ｗを変化させたときの抵抗値Ｒ、インダクタンス値Ｌを示す図である。この図２５から明らかなように、アンテナコイル２１ａの特性は、幅Ｗによって、殆ど変化しない。
【００７８】
また、基板１３２のｘｙ平面で規定されるアンテナコイル２１ａの外形形状と、巻数とを同一とした条件下において、通信装置２のアンテナコイル２１ａと、比較例に係る通信装置２０１のアンテナコイル２１１ａとの性能を評価する。
【００７９】
図２６は、基板１３２のｙ軸方向で規定されるアンテナコイルの幅Ｗを変化させたときの、アンテナコイル２１ａ、２１１ａのＱ値の変化を示す図である。また、図２７は、基板１３２のｙ軸方向で規定されるアンテナコイル２１ａ，２１１ａの幅Ｗを変化させたときの、リーダライタ１２０のアンテナ１２１との間の結合係数ｋの変化を示す図である。
【００８０】
この図２６及び図２７の結果から明らかなように、比較例に係る通信装置２０１と比べると、通信装置２では、コイルの線幅を平均的に広くでき、抵抗値を小さくすることができるため、Ｑ値が高く、さらに結合係数も高くなるので、結果として通信特性の向上を図ることができる。
【００８１】
このような構成からなる通信装置２では、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル２１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置される、コイル２１ａ１の導線の一部とが、基板１３２に対する垂直方向に重畳されるように配置されることで、導線の線幅を狭くすることなく、巻数を多くすることができる。特に、通信装置２では、１つのプリント基板からなるアンテナ基板２１上に形成され、接続点Ｃを介して互いに逆方向に巻回された２つのコイル２１ａ１、２１ａ１を用いて、上記のような重畳構造を実現できる。このため、第１の実施形態に係る通信装置１のアンテナコイル１１ａよりも容易に作成可能という点で好ましい。このようにして、通信装置２では、導線の線幅に応じた抵抗値の増大と、基板１３２の面方向のコイル面積の増大とを互いに抑えながら、アンテナコイル２１ａの巻数を増やすことが可能なので、高い通信特性を実現することができる。
【００８２】
通信装置２では、磁性シート１３が基板１３２側に配置される、コイル２１ａ２の導線の一部と、磁性シート１３よりも基板１３２側に配置され、折り返された、コイル２１ａ１の導線の一部とが、基板１３２に対して垂直方向に重畳されるように配置されればよい。特に、例えば、図２８（Ａ）で示したように、コイル２１ａ１と、折り返されたときのコイル２１ａ２とが、基板１３２の面方向で規定される外形形状のうち、各々の半分の領域が互いに重畳することが好ましい。
【００８３】
ここで、図２８に示すように、幅Ｗ及び長さＬで規定されるアンテナコイル２１ａの外形形状を、それぞれ、２０ｍｍ、２０ｍｍとして一定にした条件下で、次に示すような、コイル２１ａ１、２１ａ２の重畳位置をＷ方向に規定されるｂの値で表すものとする。すなわち、コイル２１ａ１の開口部２１ｃ１において、中央部１３２ａ側の端辺ｂ１から、コイル２１ａ２の導線部２３の端辺ｂ２までの長さをｂ［ｍｍ］とする。
【００８４】
図２８（Ａ）では、ｂの値が０［ｍｍ］であり、端辺ｂ１と、端辺ｂ２とが、厚さ方向に一致していることを示している。換言すれば、コイル２１ａ１と、折り返されたときのコイル２１ａ２とが、基板１３２の面方向で規定される形状において、その半分の領域が互いに重畳している状態である。
【００８５】
また、図２８（Ｂ）では、ｂの値が１［ｍｍ］である場合の、コイル２１ａ１と、折り返されたときのコイル２１ａ２とが、基板１３２に対する垂直方向に重畳された状態を示している。
【００８６】
さらに、図２８（Ｃ）では、ｂの値が３［ｍｍ］である場合の、コイル２１ａ１と、折り返されたときのコイル２１ａ２とが、基板１３２に対する垂直方向に重畳された状態を示している。換言すれば、コイル２１ａ１と、折り返されたときのコイル２１ａ２とが、基板１３２の面方向で規定される形状において、その１／４の領域が互いに重畳している状態である。
【００８７】
次に、ｂ［ｍｍ］の値を変化させることで、コイル２１ａ１、２１ａ２の重畳状態を変化させたときの、Ｑ値の変化と、リーダライタ１２０のアンテナ１２１との間の結合係数ｋの変化とをそれぞれ、図２９及び図３０に示す。
【００８８】
これら図２９及び図３０の結果によれば、コイル２１ａ１、２１ａ２の外形形状のうち、互いに重畳する領域が略１／２以下の場合には、通信特性が殆ど変化しないことを示している。
【００８９】
＜第２の実施形態の変形例＞
本発明のアンテナモジュールを搭載する電子機器の要求としては、小型化、薄型化が一般的ではあるが、薄型化に対応するために薄い磁性シートを用いた場合には、所望の磁気特性を十分発揮することができない場合がある。そのような場合に、ある程度厚みのある磁性シートを用いる必要がある。しかしながら、上述したアンテナモジュールの構成では、厚みのある磁性シートを用いると、アンテナ基板を大きく折り曲げなければならず、また、磁性シートをアンテナ基板の開口部に挿通させなければならず、製造が困難であり、量産性に乏しいという問題を生ずる。なお、磁性シートには、フィルム状の基材に磁性粉末を塗布したもののほかに、たとえば焼成技術等を用いて、ある程度厚みのある板状に成形したものも含むものとする。
【００９０】
そこで、図３１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、フレキシブルプリント基板のような可撓性のあるアンテナ基板上に導線を形成し、それぞれ逆方向に巻回されたコイル２１ａ１とコイル２１ａ２とを接続点Ｃで接続したアンテナコイル２１ａを用いる。コイル２１ａ１には、開口部２１ｃ１が形成され、その中心が芯Ｑ１である。同様にコイル２１ａ２には、開口部２１ｃ２が形成されて、その中心が芯Ｑ２である。コイル２１ａ１の導線の開放端は端子２１ｂ１となり、コイルの導線の開放端は、端子２１ｂ２となる。導線内に書き入れられた矢印は、ある瞬間における電流の向きを示す。ここで、図３１（Ａ）に示すように、アンテナ基板２１には、磁性シート１３を実装した際の磁性シート１３の厚みに応じて、コイル２１ａ１の屈曲部ｄ１及びコイル２１ａ２の屈曲部ｄ２が設けられる。屈曲部ｄ１は、コイル２１ａ１の開口部２１ｃ１の外周辺１３０ｄ側の縁から開口している側に磁性シート１３の厚さ分だけアンテナ基板２１に沿って設けられる。屈曲部ｄ２は、コイル２１ａ２の開口部２１ｃ２の外周辺１３０ｄ側から磁性シート１３の厚さ分だけアンテナ基板２１に沿って設けられる。なお、コイルを逆方向に巻回するとは、図２０の場合と同様に、コイル２１ａ１の入力端の端子２１ｂ１から接続点Ｃを介して出力端の端子２１ｂ２へ電流を流したときに、芯Ｑ１を中心とするコイル２１ａ１の電流の向きと、芯Ｑ２を中心とする電流の向きとが互いに逆になることをいう。なお、以下に説明する図３１（Ｂ）及び図３１（Ｃ）では、アンテナコイル２１ａの状態をより明りょうに示すために、アンテナ基板２１を省略して図示した。
【００９１】
このような、アンテナ基板と、磁性シート１３とを用いて以下のようにして、通信装置２を組み立てる。
【００９２】
図３１（Ｂ）に示すように、磁性シート１３は、コイル２１ａ１及びコイル２１ａ２からなるアンテナコイル２１ａ上に載置される。磁性シート１３を載置する位置は、磁性シート１３の一方の端辺が屈曲部ｄ１に突き当たる位置とする。そして、磁性シート１３の反対側の端辺が屈曲部ｄ２に突き当たるように、磁性シート１３を載置する。
【００９３】
次に、図３１（Ｃ）に示すように、外周辺１３０ｄ側のコイル２１ａ１の端及び中央部１３２ａ側のコイル２１ａ２の端を、それぞれ屈曲部ｄ１、ｄ２に従って折り返して、磁性シート１３の上面を覆うようにアンテナ基板２１を折り曲げて通信装置２が完成する。
【００９４】
図３２に示すように、通信装置２は、折り返されたコイル２１ａ１の端にある導線が、外周辺１３０ｄ側で磁性シート１３よりもリーダライタ１２０側に位置するようになる。また、基板１３２の中央部１３２ａ側では、磁性シート１３がコイル２１ａ２の導線よりもリーダライタ１２０側に位置することとなる。ここで、折り返されたコイル２１ａ２の端にある導線は、コイル２１ａ１の基板１３２側の導線と重畳して、リーダライタ１２０側の導線と基板１３２側の導線とが、基板１３２の面方向で、その半分が重畳するようにするのが好ましい。
【００９５】
次に、図３１（Ｃ）における通信装置の幅Ｗを変化させたときの通信装置２の通信特性について評価した結果を図３３及び図３４に示す。図３３には、通信装置２の幅Ｗに対する結合係数の変化を、比較例に係る通信装置２０１と比較して示す。いずれの幅Ｗにおいても、比較例に係る通信装置２０１に対して、良好な結合係数を示すことがわかる。図３４には、幅Ｗに対するＱ値の変化を、比較例に係る通信装置２０１と比較して示す。いずれの幅ＷにおいてもＱ値が同等であることが示される。結果として、通信装置２は、通信装置２０１に比較して通信特性の向上が図られる。
【００９６】
図３５（Ａ）に示すように、屈曲部ｄ１、ｄ２を適切に設定することによって、より厚い、例えば１ｍｍ厚の磁性シートを用いることができる。図３５（Ｂ）に示すように、屈曲部ｄ１、ｄ２をさらに拡大すれば、さらに厚い、例えば３ｍｍ厚の磁性シートを用いることができる。
【００９７】
本変形例においては、アンテナコイル２１ａの導線を配置したアンテナ基板２１を磁性シート１３の厚さに応じて折り曲げることによって、アンテナ基板２１を曲面状に屈曲させる必要がない。このため、プリント基板には、あらかじめ屈曲部ｄ１、ｄ２の折り曲げ部分に切れ込み等を形成することによって、フレキシブルプリント基板に限らずリジッド基板を用いることも可能である。また、屈曲部ｄ１，ｄ２を磁性シート１３の位置決めに用いることができるので、自動化も可能であり製造工程が容易になる。また、アンテナ基板２１の大きさを、磁性シート１３よりも大きく設定することによって、磁性シート１３をアンテナ基板２１によって完全に包み込むようにすることができる。アンテナ基板２１の材料として、ポリイミド、ＰＥＴ等の可撓性のあるプラスチック材料を用いることによって、磁性シート１３をアンテナ基板２１の内部に密閉することができる。特に磁性材料としてフェライト等のセラミック材料を用いた場合に、本発明の通信装置２を電子機器内に実装した場合に、セラミックの粉落ちを防止することができる。
【００９８】
さらに、他の変形例として、図３６に示すように、アンテナ基板２１上にアンテナコイル２１ａを構成する導線が形成され、それぞれ逆方向に巻回されたコイル２１ａ１とコイル２１ａ２とを接続点Ｃで接続するように形成する。コイル２１ａ１とコイル２１ａ２との間には、磁性シートを挿通するスリットｓが開口されている。図３１に示すような構成においては、アンテナ基板２１の両端を同一の方向に折り返して磁性体を包み込むように通信装置を構成したのに対して、本変形例では、図３６（Ｂ）に示すように、アンテナ基板２１の両端を上下反対の方向に折り返して通信装置２を構成する点が相違する。なお、以下に説明する図３６（Ｂ）及び図３６（Ｃ）では、アンテナコイル２１ａの状態をより明りょうに示すために、アンテナ基板２１を省略している。
【００９９】
図３６（Ｂ）に示すように、磁性シート１３の略１／２を覆うようにコイル２１ａ１を磁性シート１３上に載置し、磁性シート１３をスリットに挿通して、磁性シート１３の残りの１／２の下方にコイル２１ａ２を載置するようにする。
【０１００】
次に、図３６（Ｃ）に示すように、コイル２１ａ１の端を下方に折り返して、磁性シート１３の下面に平行に重ね合わせる。また、コイル２１ａ２の端を上方に折り返して磁性シート１３の上面に平行になるように重ね合わせる。
【０１０１】
本変形例において、磁性シートとして、厚みのある磁性シートを用いてもよい。
【０１０２】
コイル２１ａ１とコイル２１ａ２とを別のプリント基板に形成しておいて、コイル２１ａ１を磁性シート１３の上面に置いた後、コイル２１ａ１の端を下方に折り返し、コイル２１ａ２を磁性シートの下面に置いた後、コイル２１ａ２の端を上方に折り返して、その後、コイル２１ａ１とコイル２１ａ２とを接続点Ｃにおいて接続するようにしてもよい。
【０１０３】
図３７に示すように、通信装置２は、基板１３２の側に折り返された、コイル２１ａ１の端にある導線が、外周辺１３０ｄ側で磁性シート１３よりも基板１３２側に位置するようになる。また、中央部１３２ａ側では、リーダライタ１２０側に折り返された、コイル２１ａ２の端にある導線は、磁性シート１３よりもリーダライタ１２０側に位置することとなる。ここで、折り返されたコイル２１ａ２の端にある導線は、コイル２１ａ１の基板１３２側の導線と重畳して、リーダライタ１２０側の導線と基板１３２側の導線とが、基板１３２の面方向で、その半分が重畳するようにするのが好ましい。
【０１０４】
本変形例では、アンテナ基板２１を展開した場合のアンテナコイル２１ａの導体パターン及びアンテナ基板２１の折り返し位置を接続点Ｃ、スリットｓに対して線対称とすることができるので、パターン設計、基板設計が容易となる。また、これに起因して製造工程も簡便にすることが可能である。
【０１０５】
＜第３の実施形態＞
アンテナコイルを形成するプリント基板と磁性シートとを積層することによって、より製造工程を簡単化することが可能である。
【０１０６】
図３８（Ａ）に示すように、第１のプリント基板３１ｄ１には、コイル３１ａ１の一部とコイル３１ａ２の一部とが形成されている。例えば、筐体面のより外周辺１３０ｄ側に配置されるべき導線がコイル３１ａ１の一部であり、より中央部１３２ａ側に配置されるべき導線がコイル３１ａ２を構成する。第２のプリント基板３１ｄ２にも、コイル３１ａ１の一部とコイル３１ａ２の一部とが形成されている。例えば、筐体面のより中央部１３２ａ側に配置されるべき導線がコイル３１ａ２を構成し、より外周辺１３０ｄ側に配置されるべき導線がコイル３１ａ１を構成する。コイル３１ａ１，３１ａ２を構成する導線に流れる電流の向きは、図３８（Ａ）の矢印で示すように、第１及び第２のプリント基板３１ｄ１、３１ｄ２内では全て同じ向きであり、第１のプリント基板３１ｄ１の導線に流れる電流と、第２のプリント基板３１ｄ２に流れる電流とは逆方向となる。
【０１０７】
第１のプリント基板３１ｄ１と第２のプリント基板３１ｄ２との間に磁性シート１３が挿入される。より具体的には、位置決めされた第２のプリント基板３１ｄ２の上面に磁性シート１３が、例えば第２のプリント基板３１ｄ２の特定の位置に対して位置決めされて載置される。さらに、位置決めされた第２のプリント基板３１ｄ２と磁性シート１３の上面に第１のプリント基板３１ｄ１が位置決めされて載置される。続いて、図３８（Ｂ）に示すように、第１のプリント基板３１ｄ１上の導線と、第２のプリント基板３１ｄ２上の導線とを、電気的に接続して第１及び第２のコイル３１ａ１，３１ａ２を形成する。なお、図３８（Ｂ）では、コイル３１ａ１，３１ａ２の状態をより明りょうに示すために、プリント基板３１ｄ１，３１ｄ２を省略して図示している。
【０１０８】
図３９に示すように、基板１３２の外周辺１３０ｄ側では、第１のコイル３１ａ１の導線が磁性シート１３よりもリーダライタ１２０側となり、中央部１３２ａ側では、第２のコイル３１ａ２の導線が磁性シート１３よりも基板１３２側とすることができる。また、第１のコイル３１ａ１と第２のコイル３１ａ２とをそれぞれ１／２ずつ垂直方向に重畳させることができる。これによって、リーダライタ１２０からの磁界を効率よく磁性シート１３に引き込むことができ、通信特性を向上させることができる。
【０１０９】
薄い磁性シートに限らず、厚みのある磁性シートを用いることももちろん可能である。
【０１１０】
また、第１及び第２のプリント基板３１ｄ１，３１ｄ２の面積を磁性シート１３の面積よりも大きく設定することによって、磁性シート１３全体を第１及び第２のプリント基板３１ｄ１，３１ｄ２で覆うことができる。第１及び第２のプリント基板３１ｄ１，３１ｄ２の基材としてポリイミド、ＰＥＴ等の可撓性のあるプラスチック材料を用いることによって、磁性シート１３を第１及び第２のプリント基板３１ｄ１，３１ｄ２の内部に密閉することができる。特に磁性材料としてフェライト等のセラミック材料を用いた場合に、本発明のアンテナモジュールを電子機器内に実装した場合に、セラミックの粉落ちを防止することができる。第１及び第２のプリント基板として、リジッド基板を用いることももちろん可能であり、リジッド基板を用いてアンテナモジュールを構成することによって、フレキシブルプリント基板の場合よりも機械的強度を強くすることができる。
【０１１１】
＜他の実施形態＞
また、本発明が適用された通信装置１，２，３は、図４０（Ａ）に示すように、アンテナ基板１１、２１を、外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄのうち、外周辺１３０ｄ側の外周部１３４に配置される以外にも、例えば、図４０（Ｂ）に示すように、外周辺１３０ｂ側の外周部１３４に配置されるようにしたり、図４０（Ｃ）に示すように、外周辺１３０ａ側の外周部１３４に配置されるようにしたり、図４０（Ｄ）に示すように、外周辺１３０ｃ側の外周部１３４に配置されるようにしてもよい。
【０１１２】
また、本発明が適用された通信装置１，２，３は、上述したように、アンテナコイルの面積を小さくすることができるので、複数のアンテナ基板１１，２１を配置してもよく、例えば図４１（Ａ）に示すように、外周辺１３０ｂ、１３０ｄ側の外周部１３４にそれぞれアンテナ基板１１、２１を配置したり、図４１（Ｂ）に示すように、外周辺１３０ａ、１３０ｃ側の外周部１３４にそれぞれアンテナ基板１１、２１を配置して、これらのアンテナ基板１１、２１のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
【０１１３】
本発明が適用された通信装置１，２，３は、例えば、図４２（Ａ）に示すように、外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｄ側の外周部１３４にそれぞれアンテナ基板１１、２１を配置したり、図４２（Ｂ）に示すように、外周辺１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｄ側の外周部１３４にそれぞれアンテナ基板１１、２１を配置して、これらのアンテナ基板１１、２１のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
【０１１４】
本発明が適用された通信装置は、例えば、図４３に示すように、外周辺１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ側の外周部１３４にそれぞれアンテナ基板１１、２１を配置して、これらのアンテナ基板１１、２１のアンテナコイルと通信処理部を電気的に接続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１、２、３  通信装置、１１、２１  アンテナ基板、１１ａ、２１ａ  アンテナコイル、１１ａ１、１１ａ２、２１ａ１、２１ａ２、３１ａ１、３１ａ２  コイル、１１ｂ、２１ｂ１、２１ｂ２、３１ｂ１、３１ｂ２  端子部、１１ｃ１、１１ｃ２、２１ｃ１、２１ｃ２  開口部、２３  導線部、１２  通信処理部、１３、１３３、２１３  磁性シート、１００  無線通信システム、１２０  リーダライタ、１２１  アンテナ、１２２  制御基板、１３０  携帯電話機、１３０ａ−１３０ｄ  外周辺、１３１  筐体、１３２  基板、１３２ａ  中央部、１３４  外周部、２０１  通信装置、２１１  アンテナ基板、２１１ａ  アンテナコイル、２１１ｃ  中心部、２１３  磁性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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