(57)【要約】 【課題】  携帯端末による両面での近距離無線通信を実現することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を搭載した携帯端末を提供する。【解決手段】  アンテナ装置は、金属部材、ループアンテナ、給電点及び無給電素子を具備する。ループアンテナは、前記金属部材と略平行な第１の面に、線路の一部が前記金属部材から外側にはみ出るように形成される。給電点は、前記ループアンテナ上に形成され、前記ループアンテナに電流を供給する。無給電素子は、前記ループアンテナと同一の形状であり、前記金属部材と略平行、かつ、前記第１の面と前記金属部材に対して反対の第２の面に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、
前記金属部材と略平行な第１の面に、線路の一部が前記金属部材から外側にはみ出るように形成されるループアンテナと、
前記ループアンテナ上に形成され、前記ループアンテナに電流を供給する給電点と、
前記ループアンテナと同一の形状であり、前記金属部材と略平行、かつ、前記第１の面と前記金属部材に対して反対の第２の面に配置される無給電素子と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記ループアンテナは、前記給電点から供給される電流により磁界を発生し、
前記無給電素子は、前記ループアンテナの磁界により電流が誘起され、前記誘起された電流により磁界を発生することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記金属部材からはみ出す前記ループアンテナ及び前記無給電素子の線路の一部は、少なくとも前記ループアンテナの線路及び前記無給電素子の線路の少なくとも１／４程度の長さであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記ループアンテナ及び前記無給電素子の間の距離は、７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記金属部材の前記無給電素子側には磁性体が重ねられることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記磁性体は、前記ループアンテナ及び前記無給電素子よりも小さいことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
金属部材に取り付けられるアンテナ装置において、
前記金属部材と略平行な第１の面に、線路の一部が前記金属部材から外側にはみ出るように形成されるループアンテナと、
前記ループアンテナ上に形成され、前記ループアンテナに電流を供給する給電点と、
前記ループアンテナと同一の形状であり、前記金属部材と略平行、かつ、前記第１の面と前記金属部材に対して反対の第２の面に配置される無給電素子と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
回路基板及びディスプレイのうち少なくともいずれかを含む金属部材と、
前記金属部材と略平行な第１の面に、線路の一部が前記金属部材から外側にはみ出るように形成されるループアンテナと、
前記ループアンテナ上に形成され、前記ループアンテナに電流を供給する給電点と、
前記ループアンテナと同一の形状であり、前記金属部材と略平行、かつ、前記第１の面と前記金属部材に対して反対の第２の面に配置される無給電素子と
を具備することを特徴とする携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、近距離無線通信を行うためのアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵する携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、非接触ＩＣチップを用いた技術が広く普及している。その中で、Ｆｅｌｉｃａ及びＮＦＣといった非接触ＩＣチップを内蔵した携帯端末も多く利用されている。一般に、プラスチックカードからなる非接触ＩＣカードは表裏同等に通信が可能である。一方、非接触ＩＣ用アンテナを搭載した携帯端末は、基板及びディスプレイ等の他の部品の影響でアンテナ配置面とは逆側の通信が困難である。このため、この種の携帯端末では、片面のみの通信に限定されるものが大多数である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、非接触ＩＣ用アンテナを搭載した従来の携帯端末では、両面で近距離無線通信を行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、目的は、携帯端末による両面での近距離無線通信を実現することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を搭載した携帯端末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、アンテナ装置は、金属部材、ループアンテナ、給電点及び無給電素子を具備する。ループアンテナは、前記金属部材と略平行な第１の面に、線路の一部が前記金属部材から外側にはみ出るように形成される。給電点は、前記ループアンテナ上に形成され、前記ループアンテナに電流を供給する。無給電素子は、前記ループアンテナと同一の形状であり、前記金属部材と略平行、かつ、前記第１の面と前記金属部材に対して反対の第２の面に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のアンテナ装置の一点鎖線における断面図を示す図である。
【図３】図１のアンテナ装置の電流の方向を示す図である。
【図４】図１のアンテナ装置に電流を供給した際の磁界分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図１のアンテナ装置に電流を供給した際の磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】実施形態のアンテナ装置において、ループアンテナ及び無給電素子が金属部材からはみ出す部分を変化させた際の磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図６のシミュレーションを実施する際のモデルを示す図である。
【図８】実施形態のアンテナ装置において、ループアンテナ及び無給電素子の位置を金属部材から垂直方向に変化させた際の磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図８のシミュレーションを実施する際のモデルを示す図である。
【図１０】図１のアンテナ装置を内蔵するストレート型の携帯端末の例を示す図である。
【図１１】図１のアンテナ装置を内蔵するクラムシェル型の携帯端末の第１の例を示す図である。
【図１２】図１のアンテナ装置を内蔵するクラムシェル型の携帯端末の第２の例を示す図である。
【図１３】図１のアンテナ装置を内蔵するクラムシェル型の携帯端末の第３の例を示す図である。
【図１４】図１のアンテナ装置を内蔵するスライド型の携帯端末の第１の例を示す図である。
【図１５】図１のアンテナ装置を内蔵するスライド型の携帯端末の第２の例を示す図である。
【図１６】図１のアンテナ装置を内蔵するスライド型の携帯端末の第３の例を示す図である。
【図１７】図１のアンテナ装置を内蔵するスイーベル型の携帯端末の第１の例を示す図である。
【図１８】図１のアンテナ装置を内蔵するスイーベル型の携帯端末の第２の例を示す図である。
【図１９】図１のアンテナ装置を内蔵するスイーベル型の携帯端末の第３の例を示す図である。
【図２０】実施形態に係るアンテナ装置のその他の構成を示す図である。
【図２１】図２０のアンテナ装置の一点鎖線における断面図を示す図である。
【図２２】図２０のアンテナ装置に電流を供給した際の磁界分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】図２０のアンテナ装置に電流を供給した際の磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】図２０のアンテナ装置のループアンテナ及び無給電素子が、磁性体よりも小さい場合の磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す概略図である。また、図２は、図１のアンテナ装置１０の一点鎖線における断面図を示す概略図である。
【００１０】
図１に示すアンテナ装置１０は、金属部材１１、ループアンテナ１２及び無給電素子１３を具備する。
【００１１】
金属部材１１は、例えば、回路基板及びディスプレイ等の携帯端末の部品を示す。
【００１２】
ループアンテナ１２は、線路１２１上に給電点１２２が形成されて成る。ループアンテナ１２は、線路１２１の一部が金属部材１１から外側にはみ出すような形状に形成される。ループアンテナ１２は、金属部材１１から所定の間隔を隔てた平行な第１の面に配置される。なお、本実施形態において「平行」という用語は、厳密に「平行」状態ではなくても、その目的を達して課題の解決に寄与する程度に略「平行」であるといえる場合を含むものである。
【００１３】
また、ループアンテナ１２は、給電点１２１から電流が供給される。ループアンテナ１２は、供給された電流により磁界を発生する。
【００１４】
無給電素子１３は、線路１３１から成り、ループアンテナ１２と同一の形状をしている。無給電素子１３は、金属部材１１から所定の間隔を隔てた平行な第２の面に配置される。第２の面は、金属部材１１に対して第１の面と反対の位置に位置する。
【００１５】
ループアンテナ１２に磁界が発生すると、ループアンテナ１２の磁界により、無給電素子１３に電流が誘起される。これにより、無給電素子１３にも磁界が発生することとなる。このとき、ループアンテナ１２と無給電素子１３とには、図３で示すように、同一方向の電流が発生する。
【００１６】
なお、以下では、ループアンテナ１２が配置される第１の面を表面とし、無給電素子１３が配置される第２の面を裏面と称する。
【００１７】
図４及び図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の給電点１２２から電流を供給した際のシミュレーション結果を示す図である。図４（ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置１０の磁界分布のシミュレーション結果を示し、図４（ｂ）は無給電素子１３が無い状態のアンテナ装置１０の磁界分布のシミュレーション結果を示す。図５は、ループアンテナ１２と無給電素子１３との中心からの距離（図４（ａ），（ｂ）において実線で示す位置からの距離）に対する磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。図５において、△は本実施形態に係るアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示し、◇は無給電素子１３が無い状態のアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す。
【００１８】
図４及び図５によれば、本実施形態に係るアンテナ装置１０では表裏で同等の磁界強度の磁界が発生することがわかる。一方、無給電素子１３が無い状態では、裏面の磁界の磁界強度は、表面の磁界の磁界強度よりも大幅に小さいことがわかる。
【００１９】
次に、金属部材１１からはみ出すループアンテナ１２及び無給電素子１３の一部について説明する。
【００２０】
図６は、ループアンテナ１２及び無給電素子１３が金属部材１１からはみ出す部分を変化させた際の、ループアンテナ１２と無給電素子１３との中心からの距離に対する磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。図６において、△は図７（ａ）に示すようにループアンテナ１２及び無給電素子１３の２辺が金属部材１１からはみ出ているとき、×は図７（ｂ）に示すようにループアンテナ１２及び無給電素子１３の１辺が金属部材１１からはみ出ているとき、◇は図７（ｃ）に示すようにループアンテナ１２及び無給電素子１３が金属部材１１からはみ出ていないときのシミュレーション結果を示す。なお、図７において、ループアンテナ１２と無給電素子１３とのサイズは同一である。
【００２１】
図６によれば、アンテナ装置１０が図７（ａ）、（ｂ）に示す状態であれば、アンテナ装置１０の表裏で同等の磁界強度の電磁界が発生することがわかる。一方、ループアンテナ１２及び無給電素子１３が金属部材１１よりも小さい図７（ｃ）の状態では、裏面よりも表面の方が磁界強度が大きくなる。
【００２２】
これにより、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の少なくとも１／４程度が、金属部材１１から外側にはみ出していれば、アンテナ装置１０の表裏で同等の磁界強度の電磁界が発生することがわかる。
【００２３】
次に、ループアンテナ１２と無給電素子１３との間の距離について説明する。
【００２４】
図８は、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の位置を金属部材１１から垂直方向に変化させた際の、ループアンテナ１２と無給電素子１３との中心からの距離に対する磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。図８において、◇はアンテナ装置１０に無給電素子１３が設置されていないとき、□は図９の距離Ｄが３ｍｍであるとき、△は図９の距離Ｄが７ｍｍであるとき、×は図９の距離Ｄが１０ｍｍであるときである。なお、図９では、金属部材１１は、ループアンテナ１２と無給電素子１３との間の中央に位置する。つまり、金属部材１１とループアンテナ１２との距離と、金属部材１１と無給電素子１３との距離は同一である。また、本シミュレーションにおける回路基板、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の各パラメータは、図４及び図５のものと同様の値である。
【００２５】
図８によれば、距離Ｄが３ｍｍである場合はアンテナ装置１０の裏面の磁界の方が表面の磁界よりも磁界強度が大きくなり、距離Ｄが７ｍｍである場合はアンテナ装置１０の表裏で同等の磁界強度の電磁界が発生することがわかる。一方、距離Ｄが１０ｍｍである場合は、裏面よりも表面の方が磁界強度が大きくなる。これは、ループアンテナ１２と無給電素子１３との間の距離が大きくなると、無給電素子１３に電流が誘起されにくくなるためである。
【００２６】
これにより、ループアンテナ１２と無給電素子１３との間の距離が７ｍｍ以下である場合には、アンテナ装置１０の裏面で十分な磁界強度の磁界が発生することがわかる。
【００２７】
次に、アンテナ装置１０を搭載する携帯端末について説明する。
【００２８】
図１０〜図１９は、本実施形態に係るアンテナ装置１０を内蔵する携帯端末の例を示す模式図である。なお、図１０〜１９において、回路基板１４及びディスプレイ１５は、図１の金属部材１１に該当する。
【００２９】
図１０は、アンテナ装置１０を内蔵するストレート型の携帯端末の例を示す図である。図１０では、携帯端末の筐体Ｃ１に搭載される回路基板１４及びディスプレイ１５を挟み込むようにループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。
【００３０】
図１１〜図１３は、アンテナ装置１０を内蔵するクラムシェル型の携帯端末の例を示す図である。図１１〜図１３の携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。図１１では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５を挟み込むように、上側筐体Ｃ２にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、ディスプレイ１５前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３１】
図１２では、下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４を挟み込むように、下側筐体Ｃ３にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、回路基板１４前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３２】
図１３では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５と下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４とが、端末が閉まっている状態でループアンテナ１２及び無給電素子１３により挟み込まれるように、上側筐体Ｃ２及び下側筐体Ｃ３それぞれにループアンテナ１２及び無給電素子１３の一方を配置する。これにより、端末が閉まっている状態で、端末前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３３】
図１４〜図１６は、アンテナ装置１０を内蔵するスライド型の携帯端末の例を示す図である。図１４〜図１６の携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。図１４では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５を挟み込むように、上側筐体Ｃ２にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、ディスプレイ１５前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３４】
図１５では、下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４を挟み込むように、下側筐体Ｃ３にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、回路基板１４前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３５】
図１６では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５と下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４とが、端末が閉まっている状態でループアンテナ１２及び無給電素子１３により挟み込まれるように、上側筐体Ｃ２及び下側筐体Ｃ３それぞれにループアンテナ１２及び無給電素子１３の一方を配置する。これにより、端末が閉まっている状態で、端末前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３６】
図１７〜図１９は、アンテナ装置１０を内蔵するスイーベル型の携帯端末の例を示す図である。図１７〜図１９の携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。図１７では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５を挟み込むように、上側筐体Ｃ２にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、ディスプレイ１５前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３７】
図１８では、下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４を挟み込むように、下側筐体Ｃ３にループアンテナ１２及び無給電素子１３が配置される。これにより、端末が開いている状態で、回路基板１４前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３８】
図１９では、上側筐体Ｃ２に搭載されるディスプレイ１５と下側筐体Ｃ３に搭載される回路基板１４とが、端末が閉まっている状態でループアンテナ１２及び無給電素子１３により挟み込まれるように、上側筐体Ｃ２及び下側筐体Ｃ３それぞれにループアンテナ１２及び無給電素子１３の一方を配置する。これにより、端末が閉まっている状態で、端末前後の近距離無線通信が可能となる。
【００３９】
以上のように、上記実施形態に係るアンテナ装置では、ループアンテナ１２及び無給電素子１３を、金属部材１１を挟み込むように配置する。また、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の一部が金属部材１１からはみ出るようにしている。これにより、ループアンテナ１２に発生した磁界により、無給電素子１３に電流が誘起され、無給電素子１３でも磁界が発生することとなる。つまり、アンテナ装置の表面のみに給電した場合であっても、両面に磁界が発生することとなる。
【００４０】
また、上記実施形態では、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の線路長の少なくとも１／４が金属部材１１からはみ出ていればよい。これにより、ループアンテナ１２及び無給電素子１３を、金属部材１１よりも小さい面積で実装することが可能となる。すなわち、携帯端末のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００４１】
したがって、本実施形態に係るアンテナ装置によれば、携帯端末による両面での近距離無線通信を実現することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では、金属部材１１をループアンテナ１２及び無給電素子１３で挟み込む形状のアンテナ装置の例について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定される訳ではない。例えば、図２０及び図２１に示すように、金属部材１１の無給電素子１３側に磁性体１６を重ねるようにしても構わない。なお、図２１は、図２０の一転鎖線での断面図を示す。
【００４３】
図２２及び図２３は、図２０及び図２１の給電点１２２から電流を供給した際のシミュレーション結果を示す図である。図２２（ａ）は図２０及び図２１のアンテナ装置１０の磁界分布のシミュレーション結果を示し、図２２（ｂ）は磁性体１６が無い状態のアンテナ装置１０の磁界分布のシミュレーション結果を示す。図２３は、ループアンテナ１２と無給電素子１３との中心からの距離に対する磁界強度のシミュレーション結果を示す図である。図２３において、◇は図２０及び図２１のアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示し、△は磁性体１６が無い状態のアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示す。
【００４４】
なお、本シミュレーションにおいて、磁性体１６の各パラメータは図４及び図５の金属部材１１のものと同様である。また、その他の各パラメータは図４及び図５のパラメータと同様である。
【００４５】
図２２及び図２３によれば、無給電素子１３側に磁性体１６を配置することにより、アンテナ装置１０の裏面の磁界の磁界強度が増加することがわかる。つまり、無給電素子１３側に磁性体１６を配置することで、表面のみに給電しても、裏面での近距離無線通信の有効範囲を延ばすことが可能となる。
【００４６】
なお、ループアンテナ１２及び無給電素子１３が磁性体１６よりも小さい場合、図２４に示すようなシミュレーション結果が得られる。図２４によると、裏面の磁界の磁界強度は小さく、また、通信距離も伸びない。これは、無給電素子１３に逆相の電流が乗ることによる。この結果から、磁性体１６は、ループアンテナ１２及び無給電素子１３よりも小さくなければならないことがわかる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、ループアンテナ１２及び無給電素子１３が四角形状を有する例について説明した。しかしながら、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の形状はこれに限定されるものではない。例えば、ループアンテナ１２及び無給電素子１３の形状は、金属部材１１から一部がはみ出ていれば円形であっても構わない。
【００４８】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…アンテナ装置
１１…金属部材
１２…ループアンテナ
１２１，１３１…線路
１２２…給電点
１３…無給電素子
１４…回路基板
１５…ディスプレイ
１６…磁性体
【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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