(57)【要約】【課題】遠方でのアンテナの結合係数を向上させて、リーダ・ライタ側アンテナ等の相手側アンテナとの通信可能距離を伸ば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】平板状のフェライトからなる磁性体コア１４ａ，１４ｂの周囲に、コイル導体が形成されたフレキシブル基板が巻き付けられて第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂがそれぞれ構成されている。コイル１３ａはコイル導体１３１，１３２，１３３・・・の複数のコイル導体が巻回されてなり、コイル１３ａ，１３ｂのループ面の法線は回路基板２１方向にそれぞれ傾斜している。そのため、コイル１３ａ，１３ｂの外側端から出入りする磁束の周回経路が大きくなって、より遠方にあるリーダ・ライタ側アンテナ２０との結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。【選択図】図２
2009206974.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前記回路基板方向にそれぞれ傾斜していることを特徴とする磁性体アンテナ。
【請求項２】
前記第１・第２のコイルは、それぞれコイル導体が複数回巻回されてなり、
前記ループ面の法線が前記回路基板方向に傾斜しているコイルは前記外側端付近に巻回された前記コイル導体によるコイル部である請求項１に記載の磁性体アンテナ。
【請求項３】
前記外側端付近に巻回されたコイル導体は、前記回路基板側とは反対面側の線幅が前記回路基板側の線幅より広く形成されている、請求項２に記載の磁性体アンテナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体アンテナと、該磁性体アンテナが実装される回路基板と、を備え、
前記第１・第２のコイルが巻回される前記磁性体コアの、前記第１・第２のコイルの前記外側端が、平面視で前記回路基板の外縁か、または外縁より外部に位置していることを特徴とするアンテナ装置。
【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 Frequency Identification）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は特許文献１に記載されるアンテナ装置の構造を示す正面図である。
【０００３】
図１（Ａ）（Ｂ）のいずれの例でも、コイル導体パターンを形成したフレキシブル基板を磁性体コア４ａ，４ｂにそれぞれ巻き付けるように取り付けて、第１のコイル部２ａ及び第２のコイル部２ｂを形成している。この二つのコイル部２ａ，２ｂを回路基板２１に所定間隔を有して配置（実装）することによってアンテナ装置を構成している。
【０００４】
図１において破線はアンテナのコイル部２ａ，２ｂが発生する磁界（磁力線）、又はこのアンテナ装置をリーダ・ライタ側のアンテナ２０に近接させた状態でアンテナのコイル部２ａ，２ｂが受ける磁界（磁力線）を表している。
【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】
このようなアンテナ装置が携帯電話端末や携帯情報端末等の携帯電子機器に実装して使用される場合には、リーダ・ライタとの通信可能距離を伸ばすために、遠方でのリーダ・ライタとアンテナの結合係数を向上させる必要がある。２つのコイル間の遠方での結合係数を向上させるためには、アンテナ単独の磁束をより遠方で周回させる必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１に示されているアンテナ装置は、磁性体コア（フェライトコア）の軸方向に対して垂直な面をループ面とするコイルが形成されていて、且つ回路基板に直接実装または非常に近い位置に配置されている。この構造によると、磁束の周回経路が最適位置より小さくなる傾向があり、そのため、通信距離を稼ぐためには不利であり、アンテナ性能が損なわれる問題があることがわかった。
【０００７】
また、図１（Ｂ）に示したように、第１・第２のコイル部２ａ，２ｂの中間位置から第１・第２のコイル部２ａ，２ｂの外側を向く、第１・第２のコイル部２ａ，２ｂのループ面の法線の方向が回路基板２１から遠ざかる方向を向いていると、上述の傾向がさらに顕著になることがわかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、リーダ・ライタ側アンテナ等の相手側アンテナとの遠方での結合係数を向上させて、通信可能距離を伸ば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】
【０００９】
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、（または第１・第２のコイルに通電したときに第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ように第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前記回路基板方向にそれぞれ傾斜するように形成する。
【００１０】
この構成により、コイルの外側端から発生する（コイルを透過する）磁束の向きは、実装先の回路基板方向を向くこととなる。そのため、磁束の周回経路が大きくなり、より遠方にあるアンテナとの結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
【００１１】
（２）前記第１・第２のコイルは、それぞれコイル導体が複数回巻回されてなり、
前記ループ面の法線が前記回路基板方向に傾斜しているコイルは前記外側端付近に巻回された前記コイル導体によるコイル部のみとしてもよい。
【００１２】
一般に複数巻回されたコイルにおいては、コイルのループ面が斜めになることによってインダクタンス値が低下するが、上記構成によれば、外側の端部付近に巻回されたコイル導体のみが傾斜することになるので、インダクタンス値の低下量が抑えられる。そのため必要なインダクタンス値を得るためのコイル巻回数及びコイル導体の線路長が長くならず、アンテナが大型化することもない。
【００１３】
（３）前記外側端付近に巻回されたコイル導体は、前記回路基板側とは反対面側の線幅が前記回路基板側の線幅より広く形成されたものとしてもよい。
【００１４】
この構成により、コイルのループ面が等価的に斜めになるが、最も外側のコイル導体のみ、その半面の線幅が広くなるだけであるので、インダクタンス値が低下することなく磁束の周回経路を大きくすることができる。
【００１５】
（４）本発明のアンテナ装置は、上記構成の磁性体アンテナと、該磁性体アンテナが実装される回路基板と、を備え、前記第１・第２のコイルが巻回される前記磁性体コアの、前記第１・第２のコイルの前記外側端が、平面視で前記回路基板の外縁か、または外縁より外部に位置するようにして構成する。
【００１６】
この構成により、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が回路基板の電極（グランドパターン）に遮断されることなく、回路基板側へ向かう磁束密度が高くなり、磁束の周回経路が大きくなって、通信距離性能がより向上することになる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、コイルから発生する（コイルを透過する）磁束は、コイルの外側の端部から実装先の回路基板方向を向いて、磁束の周回経路が大きくなる。そのため、より遠方にあるアンテナとの結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す図である。
図２（Ａ）は、磁性体アンテナ２２と、それを実装する回路基板２１及びこれらによって構成されるアンテナ装置１０１の正面図である。平板状のフェライトからなる磁性体コア１４ａ，１４ｂの周囲には、コイル導体が形成されたフレキシブル基板を巻き付けられてコイル１３ａ，１３ｂがそれぞれ構成されている。
【００１９】
この第１・第２の二つのコイル１３ａ，１３ｂは、後に示すように、内側端（回路基板２１に実装した状態での略中間位置Ｃに近い側）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１３ａ，１３ｂの誘起電圧が合成されるように、この二つのコイル１３ａ，１３ｂが接続されている。
【００２０】
図２（Ｂ）はコイル１３ａの端部付近の拡大図である。コイル１３ａはコイル導体１３１，１３２，１３３・・・の複数のコイル導体が巻回されてなり、図中の破線は磁性体コア１４ａの後方端面でのコイル導体のパターンを、実線は磁性体コア１４ａの手前の端面（正面）でのコイル導体のパターンをそれぞれ表している。
【００２１】
コイル１３ｂについてもコイル１３ａと同様の構成である。但し、コイル１３ａとは左右対称形を成している。
このようにしてコイル１３ａ，１３ｂのループ面の法線Ｎは回路基板２１方向にそれぞれ傾斜している。
【００２２】
このように、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂのループ面の法線Ｎが回路基板２１方向にそれぞれ傾斜していることによって、図２（Ａ）に示すようにコイル１３ａ，１３ｂの外側端から出入りする磁束の方向は法線方向となり、リーダ・ライタ側アンテナ２０から遠ざかる方向となる。
【００２３】
また、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂが巻回される磁性体コア１４ａ，１４ｂの、外側端は、平面視で回路基板２１の外縁か、または外縁より外部に位置している（はみ出している。）。そのため、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が回路基板の電極（グランドパターン）に遮断されず、回路基板側へ向かう磁束密度が高くなり、磁束の周回経路がより大きくなる。
【００２４】
以上に述べた作用によって、磁束の周回経路が大きくなって、より遠方にあるリーダ・ライタ側アンテナ２０との結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
【００２５】
図３は、図２に示したコイル１３ａのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。図３（Ａ）はフレキシブル基板の展開した平面図、図３（Ｂ）は磁性体コア１４ａの回りに巻き付けるように折り曲げた状態での上面図、図３（Ｃ）はその正面図、図３（Ｄ）はその背面図である。図３（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）については磁性体コア１４ａ，１４ｂも含めて表している。
【００２６】
図３（Ｂ）に示したように、フレキシブル基板１５が磁性体コア１４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。
図３（Ａ）中の符号ｐ１〜ｐ４，ｑ１〜ｑ４は、フレキシブル基板１５に形成されているコイル導体１３１〜１３３の端部（接続点）であり、図３（Ｂ）に示した状態で、コイル導体１３１〜１３３の一方の端部ｐ１〜ｐ３がコイル導体１３２〜１３４の他方の端部ｑ１〜ｑ３に対してそれぞれ導通し、コイル導体１３４の一方の端部ｐ４が接続線路１３５の端部ｑ４に導通する。
【００２７】
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。このようにして、第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂ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１３ａ，１３ｂの誘起電圧が加算される極性で、この第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂが接続される。
【００２８】
このように各コイル導体１３１〜１３４のパターンは磁性体コアの上面と下面とで左右方向にずれた位置に配置されているので、上述したとおり、コイルの内側端から外側端を向くループ面の法線は回路基板方向を向くように傾斜する。
【００２９】
《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係る磁性体アンテナ２３及びアンテナ装置１０２の構成を示す正面図である。
第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂはそれぞれ複数のコイル導体１３１〜１３４を備えているが、これらのコイル導体のうち最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体１３１のみが、第１の実施形態の場合と同様に、そのループ面の法線Ｎが回路基板２１方向を向くように傾斜している。他のコイル導体１３２〜１３４については従来のコイルと同様に、それらのループ面の法線Ｎが磁性体コア１４ａ，１４ｂの軸方向を向くようにそれぞれパターンが形成されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３０】
このように構成することによって、複数のコイル導体のうち殆どはそれぞれのループ面が磁性体コア１４ａ，１４ｂの軸方向に対して垂直に（ループ面の法線が磁性体コアの軸方向を）向くので、コイルのインダクタンス値を低下させることなく、磁束の周回経路を大きくすることができる。
【００３１】
このようにコイル１３ａ，１３ｂの外側の端部付近に位置するコイル導体によるループ面を透過する磁束は回路基板２１側を向くとともに回路基板２１の電極（グランドパターン）に影響されずに磁束の周回経路が大きく広がることになる。
【００３２】
また、外側の端部付近に巻回されたコイル導体のみが傾斜することになるので、インダクタンス値の低下量が抑えられる。そのため必要なインダクタンス値を得るためのコイル巻回数及びコイル導体の線路長が長くならず、アンテナが大型化することもない。
【００３３】
《第３の実施形態》
図５は第３の実施形態に係る磁性体アンテナ２４及びアンテナ装置１０３の構成を示す正面図である。
第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂはそれぞれ複数のコイル導体１３１〜１３４を備えているが、これらのコイル導体のうち最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体１３１は、回路基板２１側とは反対面側の線幅が回路基板２１側の線幅より広く形成されている。他のコイル導体１３２〜１３４については従来のコイルと同様に、回路基板２１側とその反対面側についても同じ線幅のパターンが形成されている。
【００３４】
図６は、図５に示したコイル１３ａのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。図６（Ａ）はフレキシブル基板の展開した平面図、図６（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６（Ｃ）はその正面図、図６（Ｄ）はその背面図である。図６（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）については磁性体コア１４ａ，１４ｂも含めて表している。
【００３５】
図６（Ｂ）に示したように、フレキシブル基板１５が磁性体コア１４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。図６（Ａ）中の符号ｐ１〜ｐ４，ｑ１〜ｑ４は、フレキシブル基板１５に形成されているコイル導体１３１〜１３３の端部（接続点）であり、図６（Ｂ）に示した状態で、コイル導体１３１〜１３３の一方の端部ｐ１〜ｐ３がコイル導体１３２〜１３４の他方の端部ｑ１〜ｑ３に対してそれぞれ導通し、コイル導体１３４の一方の端部ｐ４が接続線路１３５の端部ｑ４に導通する。
【００３６】
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。
【００３７】
このように、最も外側の端部付近のコイル導体１３１については、回路基板２１側とは反対側の線幅が回路基板２１側の線幅より広いため、この最も外側のコイル導体１３１によるループ面は、等価的にはその法線が回路基板２１側を向くようになる。その結果、図５に示すように磁束の周回経路が大きくなって、より遠方にあるリーダ・ライタ側アンテナ２０との結合量が多くなり、通信距離性能が向上する。
【００３８】
《第４の実施形態》
図７は第４の実施形態に係る磁性体アンテナ２５及びアンテナ装置１０４の構成を示す正面図である。
第１・第２のコイル１３ａ，１３ｂはそれぞれ複数のコイル導体１３１〜１３４を備えている。これらのコイル導体１３１〜１３４の構成は図４に示した第２の実施形態の場合と同様に、最も外側の端部付近に巻回されたコイル導体１３１が、そのループ面の法線Ｎが回路基板２１方向を向くように傾斜している。
【００３９】
図４に示した構成と異なるのは、磁性体コア１４ａ，１４ｂの外側の端面が回路基板２１側へ傾斜している点である。このような磁性体コア１４ａ，１４ｂを用いることによって、コイルの外側の端部から回路基板側を向く磁束が、より効果的に回路基板２１方向へ向くことになり、磁束の周回経路がより大きくなる。
【００４０】
なお、図３・図６に示した例では第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。
【００４１】
また、各実施形態では相手側アンテナがリーダ・ライタ側アンテナである例を示したが、本発明はＲＦＩＤシステムのリーダ・ライタ側アンテナとの通信に限らず、同様のアンテナを備えた携帯電子機器同士の通信を行うアンテナにも適用できる。
【００４２】
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】
【００４３】
【図１】特許文献１に記載されるアンテナ装置の構造を示す正面図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示したコイル１３ａのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す正面図である。
【図５】第３の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す正面図である。
【図６】図５に示したコイル１３ａのフレキシブル基板上のパターンの例を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る磁性体アンテナ及びアンテナ装置の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
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
２０…リーダ・ライタ側アンテナ
２１…回路基板
２２〜２５…磁性体アンテナ
１０１〜１０４…アンテナ装置
１３１〜１３４…コイル導体
１３５…接続線路
Ｎ…法線
【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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