(57)【要約】【課題】リーダ・ライタ用アンテナとの結合量を低下させることなく、携帯電子機器同士の通信時に不必要に増大するアンテナ間の結合量を抑えて、安定した通信特性が得られるようにした磁性体アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置を構成する。【解決手段】磁性体コア１４ａの周囲に巻回されたコイル１３ａのループ面の法線はＮａ方向へ向き、磁性体コア１４ａの周囲に巻回されたコイル１３ｂのループ面の法線はＮｂ方向へ向く。この方向Ｎａ，Ｎｂは互いにほぼ平行であり、且つ図中一点鎖線で示す磁性体コアの中心軸に対してはいずれも非平行とする。この二つの磁性体アンテナ２２Ａ，２２Ｂ同士を対向配置した状態で、それぞれの第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂの内側端から外側端方向を向く、コイルのループ面の法線が互いに交差する関係とする。【選択図】図６
2009206975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体コアの周囲にそれぞれ巻回された第１・第２の少なくとも２つのコイルが回路基板に実装または近接配置されるとともに、第１・第２のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第１・第２のコイルの誘起電圧が同極性で合成されるように前記第１・第２のコイルが接続された磁性体アンテナにおいて、
前記第１・第２のコイルのコイル導体の巻回パターン同士を非面対称としたことを特徴とする磁性体アンテナ。
【請求項２】
前記磁性体コアは矩形平板状をなし、
前記第１・第２のコイルは、前記磁性体コアの同一主面同士を対向配置したとき、前記第１・第２のコイルの内側端から外側端方向を向く、前記第１・第２のコイルのループ面の法線が、互いに交差する関係にある請求項１に記載の磁性体アンテナ。
【請求項３】
前記第１・第２のコイルのループ面の法線は互いに平行で且つ磁性体コアの軸に対して非平行である請求項１に記載の磁性体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio FrequencyIdentification）システム等に用いられる磁性体アンテナ及び該磁性体アンテナを備えるアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤシステムで用いられる携帯電子機器に搭載されるアンテナが特許文献１に開示されている。図１（Ａ）は、特許文献１に記載される磁性体アンテナ２の斜視図、図１（Ｂ）は、そのフレキシブル基板５の展開平面図である。
【０００３】
図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、コイル導体パターンが形成されたフレキシブル基板５が磁性体コア４ａ，４ｂにそれぞれ巻き付けられて、第１のコイル部２ａ及び第２のコイル部２ｂが形成されている。この二つのコイル部２ａ，２ｂが回路基板２１に所定間隔を有して配置（実装）されることによってアンテナ装置が構成される。
【０００４】
フレキシブル基板５の平面視した形状は開口部８を有するコの字状である。フレキシブル基板５には、コイル導体６および接続導体７が形成されていて、フレキシブル基板５が磁性体コア４ａ，４ｂにそれぞれ巻き付けられた状態で、コイル導体の端部同士（例えば１１と１２）が接続されて、コイル部２ａ，２ｂが構成される。接続導体の両端部は突出部９にまでそれぞれ引き出されて、この突出部９のコイル導体の端部が、実装先である回路基板上の接続部に接続される。
【特許文献１】特許第３９５７０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＲＦＩＤシステムなどに用いられるアンテナ装置を備えた携帯電子機器においては、単にリーダ・ライタにかざして通信を行うだけでなく、同様の携帯電子機器同士を近接させて互いに通信するアプリケーションも可能である。ところが、従来のＲＦＩＤシステムなどに用いられる磁性体アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置においては、次に述べるような問題があった。
【０００６】
図２は携帯電話端末などの携帯電子機器同士での通信状態を示す図である。図２（Ａ）において２００ａ，２００ｂはそれぞれ同様の携帯電子機器であり、これを図２（Ｂ）に示すように同一面（例えば表示パネル面及び操作面）同士を対向させて近接配置することによって、内蔵のアンテナ装置同士を結合させて通信できる。
【０００７】
図３は上記携帯電子機器同士で通信する状態でのアンテナ装置同士の結合の仕方について示す図である。携帯電子機器２００Ａの内部には、磁性体アンテナ２Ａと回路基板２１とによるアンテナ装置３３Ａを備え、もう一つの携帯電子機器２００Ｂには、同様に磁性体アンテナ２Ｂと回路基板２１とによるアンテナ装置３３Ｂを備えている。磁性体アンテナ２Ａ、２Ｂは磁性体コア４ａ，４ｂの周囲にコイル部２ａ，２ｂをそれぞれ備えている。
【０００８】
二つの携帯電子機器２００Ａ，２００Ｂを対向配置することによって、図中破線の曲線で示すように、アンテナ装置３３Ａ、３３Ｂは互いに磁界結合する。
【０００９】
ＲＦＩＤシステムに適用する携帯電子機器においては、その筺体のほぼ中央部とリーダ・ライタ側アンテナの中央部とをほぼ一致させて通信を行うので、携帯電子機器側のアンテナは、その筺体のほぼ中央部に配置されることになる。したがって二つの携帯電子機器同士を対向配置した状態では、図３に示したようにコイル部２ａ，２ｂ同士が重なることになり、アンテナ装置３３Ａ，３３Ｂ同士の結合量が必要以上に大きなものとなる。
【００１０】
この作用について図４を参照して説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は、二つの携帯電子機器同士を対向配置した際のアンテナ装置３３Ａ，３３Ｂ同士の結合状態を示す等価回路、図４（Ｃ）は、そのアンテナ装置３３Ａ，３３Ｂ同士の結合状態での共振周波数の関係を示す図である。
【００１１】
アンテナ装置３３Ａ，３３Ｂは等価的には図４（Ａ）（Ｂ）に示すとおりＬＣ共振回路であり、それぞれの単独の共振周波数は１３．５６ＭＨｚである。この２つのアンテナ装置３３Ａ，３３Ｂ同士の結合（エネルギーの授受）はコンデンサＣｏで表すことができ、その結合の大きさはコンデンサＣｏの容量の大きさで表すことができる。
【００１２】
２つの共振回路間でエネルギーの授受がある共振系は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、電流の流れる向きの異なる２つのモードで共振現象が生じる。図４（Ａ）のように偶モードで結合する場合には結合用のコンデンサＣｏ部に電流が流れず、図４（Ｂ）のように奇モードで結合する場合には結合用のコンデンサＣｏ部に電流が流れる。そのため、コンデンサＣｏに電流が流れない偶モードの共振周波数ｆｅは、図４（Ｃ）に示すように、結合の大きさにかかわらず変化しない。一方、コンデンサＣｏに電流が流れる奇モードでは、結合が大きくなる程、コンデンサＣｏの容量成分の増大にともなって、その共振周波数はｆｏ１からｆｏ２へ低下することになる。
【００１３】
この２つの結合モードの一方の共振周波数が一定で、他方の共振周波数がシフトすると、２つのアンテナ装置３３Ａ，３３Ｂ同士の結合状態での共振周波数は結合が大きくなる程、低域へシフトすることになる。
【００１４】
このように２つのアンテナ装置同士の結合量が大きくなりすぎると、アンテナの共振周波数が大幅に変化することにより、通信に用いる信号の中心周波数から共振周波数がずれて、アンテナ間の通信性能が低下するという問題が生じる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、リーダ・ライタ用アンテナとの結合量を低下させることなく、携帯電子機器同士の通信時に不必要に増大するアンテナ間の結合量を抑えて、安定した通信特性が得られるようにした磁性体アンテナ及びそれを備えたアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題点を解決するために、本発明は次のように構成する。
（１）磁性体コアの周囲にそれぞれ巻回された第１・第２の少なくとも２つのコイルが回路基板に実装または近接配置されるとともに、第１・第２のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第１・第２のコイルの誘起電圧が同極性で合成されるように前記第１・第２のコイルが接続された磁性体アンテナにおいて、
前記第１・第２のコイルのコイル導体の巻回パターン同士を非面対称となるように、第１・第２のコイルを形成する。
【００１７】
（２）例えば、前記磁性体コアは矩形平板状をなし、前記第１・第２のコイルは、前記磁性体コアの同一主面同士を対向配置したとき、前記第１・第２のコイルの内側端から外側端方向を向く、前記第１・第２のコイルのループ面の法線が、互いに交差する関係とする。
【００１８】
（３）また、例えば、前記第１・第２のコイルのループ面の法線は互いに平行で且つ磁性体コアの軸に対して非平行とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような構成によって、同一のアンテナ同士を対向状態で近接させた際に、アンテナ同士が不必要に強く結合することがなく、アンテナの共振周波数がずれることによる通信不能状態が回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
《第１の実施形態》
図５は、第１の実施形態に係る磁性体アンテナの構成、及びそれを用いたアンテナ装置を内蔵する二つの携帯電子機器同士で通信を行う状態でのアンテナの配置関係を示す図である。
【００２１】
図５（Ａ）はフレキシブル基板の展開した平面図、図５（Ｂ）は磁性体コア１４ａの回りを取り巻くように折り曲げた状態での上面図、図５（Ｃ）はその正面図、図５（Ｄ）は左右方向に反転させた背面図である。図５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）については磁性体コア１４ａ，１４ｂも含めて表している。
【００２２】
図５ではフレキシブル基板１５の端面を単線で表しているが、実際には数１０μｍ程度の厚さを有する。フレキシブル基板１５の基材はポリイミドフィルムである。その他にガラスエポキシフィルムなどの折り曲げ可能な絶縁体フィルムを用いることもできる。また、後に詳述するコイル導体および接続導体は単線で図示しているが、実際には線幅０．５ｍｍ〜１ｍｍで、厚みは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００２３】
磁性体コア１４ａ，１４ｂとしては、それぞれ例えば主面の横方向が８ｍｍ、縦方向が１０ｍｍの矩形で厚さが１．５ｍｍのフェライト板が用いられる。
【００２４】
図５（Ｂ）に示すように、フレキシブル基板１５が磁性体コア１４ａ，１４ｂを取り巻くように折り曲げられた状態で、次のように各コイル導体同士が接続される。
【００２５】
図５（Ａ）中の符号ｐ１〜ｐ５，ｑ１〜ｑ５は、フレキシブル基板１５に形成されているコイル導体１３１〜１３５の端部（接続点）であり、図５（Ｂ）に示した状態で、コイル導体１３１〜１３４の一方の端部ｐ１〜ｐ４がコイル導体１３２〜１３５の他方の端部ｑ１〜ｑ４に対してそれぞれ導通し、コイル導体１３５の一方の端部ｐ５が接続線路１３７の端部ｑ５に導通する。
【００２６】
コイル導体１３１の一方の端部はフレキシブル基板１５の突出部９にまでそれぞれ引き出されている。この突出部９のコイル導体の端部が、実装先である回路基板上の接続部に接続される。
【００２７】
フレキシブル基板１５には補助導体１４１，１４２、１４３，１４４が形成されている。これらは、フレキシブル基板の折り曲げ位置に対して、コイル導体１３１〜１３５とともに均等（等間隔）に配置されている。仮に、フレキシブル基板の折り曲げ部分に均等（等間隔）に電極パターンが無い場合には、部分的な硬さに差が生じることになり、フレキシブル基板を垂直に折り曲げることが困難となる。これに対して、図５に示したように、折り曲げ部にコイル導体１３１〜１３５とともに補助導体が均等（等間隔）に配置されることにより、硬さが均等になり、フレキシブル基板が垂直に折り曲げられるようになる。
【００２８】
このように、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂのコイル導体の巻回パターン同士は非面対称の形状としている。
【００２９】
図６（Ａ）は磁性体アンテナ２２の一方の面から見た平面図、図６（Ｂ）は、それを左右方向に反転させた背面面である。
磁性体コア１４ａの周囲に巻回されたコイル１３ａのループ面の法線はＮａ方向へ向き、磁性体コア１４ｂの周囲に巻回されたコイル１３ｂのループ面の法線はＮｂ方向へ向く。この方向Ｎａ，Ｎｂは互いにほぼ平行であり、且つ図中一点鎖線で示す磁性体コアの中心軸に対してはいずれも非平行である。
【００３０】
図６（Ｃ）は、二つの磁性体アンテナ２２Ａ，２２Ｂ同士を対向配置した状態での、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂのループ面の法線の関係を示している。一方の磁性体アンテナ２２Ａは図６（Ａ）に示した向きであり、他方の磁性体アンテナ２２Ｂは図６（Ｂ）に示した向きであり、この例では磁性体アンテナ２２Ａの手前に磁性体アンテナ２２Ｂを配置している。
【００３１】
このように、二つの磁性体アンテナ同士を対向配置した状態で、それぞれの第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂの内側端から外側端方向を向くコイルのループ面の法線は互いに交差する関係となる。
【００３２】
図７は、携帯電子機器同士で通信を行う状態でのアンテナ装置同士の結合の仕方について示す図である。携帯電子機器２０１Ａの内部には磁性体アンテナ２２Ａとそれを実装する回路基板２１とによるアンテナ装置４３Ａを備え、もう一つの携帯電子機器２０１Ｂには、磁性体アンテナ２２Ｂとそれを実装する回路基板２１とによるアンテナ装置４３Ｂを備えている。この二つの携帯電子機器２０１Ａ，２０１Ｂを対向配置することによって、図中破線の曲線で示すように、磁性体アンテナ２２Ａ，２２Ｂは互いに磁界結合する。しかし、図３に示した従来構造のアンテナ装置を備えたものと異なり、それぞれの第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂの内側端から外側端方向を向くコイルのループ面の法線は互いに交差するので、磁性体アンテナ２２Ａ，２２Ｂ同士の結合量が必要以上に大きくならない。
【００３３】
そのため、対向するアンテナ同士が不必要に強く結合することがなく、アンテナの共振周波数がずれることによる通信不能状態が回避できる。
【００３４】
《第２の実施形態》
図８・図９は第２の実施形態に係る磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。ここでフレキシブル基板のベース部分は図示せず、フレキシブル基板に形成されたコイル導体・接続線路及び磁性体コアについて図示している。図５・図６に示した磁性体アンテナと異なり、コイル導体１３１〜１３６の巻回数を６としている。また、磁性体コア１４ａ，１４ｂの外側端を断面Ｌ字状に屈曲した形状としている。この屈曲した外側端を回路基板の縁よりはみ出すように配置することによって磁束の集磁効果を高めることができる。
【００３５】
また図９の例では、磁性体コア１４ａ，１４ｂの主面に沿って延びるコイル導体１３１〜１３６を途中で部分的に屈曲させて、二つのコイル１３ａ，１３ｂ同士を非面対称の関係としている。
【００３６】
なお、図８・図９においては二つのコイル１３ａ，１３ｂの間を、接続線路１３０，１３７を介して閉ループとして表しているが、この閉ループを接続線路１３０，１３７のいずれかの位置で開放して、その開放部を回路基板上の接続部に接続すればよい。
【００３７】
《第３の実施形態》
図１０〜図１２は第３の実施形態に係る磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。ここでフレキシブル基板のベース部分は図示せず、フレキシブル基板に形成されたコイル導体・接続線路及び磁性体コアについて図示している。
【００３８】
第１・第２の実施形態では、いずれもコイル１３ａ，１３ｂを線幅一定のコイル導体の巻回パターンによって形成したが、第３の実施形態では、部分的に線幅の異なったコイル導体を形成して、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂを非面対称としている。
【００３９】
図１０の例では、第１のコイル１３ａのコイル導体１３２〜１３６が屈曲していないのに対し、第２のコイル１３ｂのコイル導体１３２〜１３６は途中で屈曲している。これによって第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂを非面対称としている。
【００４０】
なお、第１のコイル１３ａと第２のコイル１３ｂの外側のコイル導体１３１をそれぞれ太くして、外側端のコイル導体のループ面から外側を向く法線が磁性体コアの屈曲部（図における下方向）を向くようにしている。これにより集磁効果を更に高めることができる。
【００４１】
図１１に示す例では、第１のコイル１３ａの外側のコイル導体１３１を面状に広がるパターンとし、第２のコイル１３ｂの内側のコイル導体１３６を面状に広がるパターンとしている。
【００４２】
また、図１２に示す例では、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂのコイル導体１３１〜１３６によるループ面が同方向に斜めを向くようにして、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂを非面対称とし、第１のコイル１３ａについては外側のコイル導体１３１を面状に広がるパターンとしている。
【００４３】
なお、各実施形態では第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂを直列に接続した例を示したが、第１・第２のコイルの内側端と外側端との間を磁束が透過するときに生じる第１・第２のコイルの誘起電圧が加算（合成）される極性であれば、両者を並列に接続してもよい。
【００４４】
また、各実施形態では、磁性体コア１４ａ，１４ｂが左右個別に対を成すように配置したが、単一の長形矩形板状のフェライトコアの左右端に第１・第２のコイルを配置してもよい。
【００４５】
さらに、磁性体アンテナは回路基板に直接実装する形態に限らず、回路基板に近接配置するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】特許文献１に記載される磁性体アンテナ２の斜視図及びそのフレキシブル基板５の展開平面図である。
【図２】携帯電話端末などの携帯電子機器同士での通信状態を示す図である。
【図３】上記携帯電子機器同士で通信を行う状態でのアンテナ装置同士の結合の仕方について示す図である。
【図４】二つの携帯電子機器同士を対向配置した際に、アンテナ装置同士が強く結合することによるアンテナ装置の共振周波数の変化の例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る磁性体アンテナの構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る磁性体アンテナを用いたアンテナ装置を内蔵する二つの携帯電子機器同士で通信を行う状態での磁性体アンテナの配置関係を示す図である。
【図７】携帯電子機器同士で通信を行う状態でのアンテナ装置同士の結合の仕方について示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。
【図９】第２の実施形態に係る別の磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態に係る磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。
【図１１】第３の実施形態に係る別の磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。
【図１２】第３の実施形態に係るさらに別の磁性体アンテナの主要部の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
９…突出部
１３ａ，１３ｂ…コイル
１４ａ，１４ｂ…磁性体コア
１５…フレキシブル基板
２１…回路基板
２２…磁性体アンテナ
３３…アンテナ装置
４３…アンテナ装置
１３０，１３７…接続線路
１３１〜１３６…コイル導体
１４１〜１４４…補助導体
２００Ａ，２００Ｂ…携帯電子機器
２０１Ａ，２０１Ｂ…携帯電子機器
Ｎａ，Ｎｂ…法線方向
【図１】
2009206975.tif 000003
【図２】
2009206975.tif 000004
【図３】
2009206975.tif 000005
【図４】
2009206975.tif 000006
【図５】
2009206975.tif 000007
【図６】
2009206975.tif 000008
【図７】
2009206975.tif 000009
【図８】
2009206975.tif 000010
【図９】
2009206975.tif 000011
【図１０】
2009206975.tif 000012
【図１１】
2009206975.tif 000013
【図１２】
2009206975.tif 000014