本发明涉及用于近距离无线通信系统等的天线装置以及具备该天线装置的电子设备。
背景技术:
在安装在移动终端的NFC(Near Field Communication:近距离无线通讯技术)等13.56MHz频带的RFID中,一般RFID用IC芯片、匹配元件安装在电路基板上,天线被粘贴在树脂制的终端壳体的内侧,并且通过弹簧销等将RFID用IC芯片与天线直流式地连接。
另一方面,最近的移动电话终端等无线通信终端不断向薄型化发展,为了应对由于薄型化而导致的强度不足,在壳体的许多范围使用金属的情况逐渐增加。但是,由于壳体的金属部导致内置于终端的天线被屏蔽,因此产生无法与对方侧装置进行通信的问题。
因此,如专利文献1那样,提出了具有如下结构的天线装置:对于天线线圈,使比天线线圈更大面积的金属板靠近天线线圈(磁场耦合),将金属板作为辐射体来使用的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2011-97657号公报
技术实现要素:
发明所要解决的技术问题
但是,在专利文献1所记载的天线装置中,存在以下所示出的需要解决的问题。
专利文献1所示出的天线装置包括线圈状导体、与线圈状导体磁场耦合的导电性构件。在导电性构件上,形成导体开口和从导体开口延伸至导电性构件的边缘部的狭缝。线圈状导体配置成其线圈开口部与导电性构件的导体开口重叠。若电流流过线圈状导体,则在导电性构件的外缘部流过方向与流过线圈状导体的电流相同的电流。但是,在线圈状导体附近的导体开口周围(内缘部),流过方向与流过线圈状导体的电流相反的电流。由此,存在电流的方向相反的区域,从而存在如下的问题:天线的电感变小,通信特性发生劣化。此外,由于线圈状导体和导电性构件的贴附位置、贴附时的线圈状导体与导电性构件的距离的偏差会导致感应电流的强度较大地变化,因此存在电感容易有偏差的问题。
本发明的目的是提供一种天线装置,该天线装置具备解决了从供电电路观察到的天线装置的电感下降及偏差的问题、并能抑制通信特性劣化及偏差的天线装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的天线装置的特征在于,包括:导电性构件;布线基板,该布线基板包含具有导电性的耦合线路;将所述导电性构件和所述耦合线路电连接的连接导体;以及供电线圈,该供电线圈设置于所述布线基板,并且与所述耦合线路磁场耦合,至少通过所述导电性构件、所述耦合线路以及所述连接导体形成电流路径。
本发明的电子设备的特征在于,具备天线装置,该天线装置包括:导电性构件;布线基板,该布线基板包含具有导电性的耦合线路;将所述导电性构件和所述耦合线路电连接的连接导体;以及供电线圈,该供电线圈设置于所述布线基板,并且与所述耦合线路磁场耦合,至少通过所述导电性构件、所述耦合线路以及所述连接导体形成电流路径。
发明效果
根据本发明,从供电电路观察到的天线装置的电感下降及偏差变少、并能抑制通信特性劣化及偏差。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的天线装置101A的立体图。
图2是示出在布线基板2上的供电线圈4的安装位置的导体图案的局部俯视图。
图3是示出供电线圈4的结构的分解立体图。
图4是第1实施方式所涉及的其他天线装置101B的立体图。
图5是第1实施方式所涉及的其他天线装置101C的立体图。
图6是第1实施方式所涉及的其他天线装置101D的立体图。
图7是第2实施方式所涉及的天线装置102A的立体图。
图8是第2实施方式所涉及的其他天线装置102B的立体图。
图9是第3实施方式所涉及的天线装置103的立体图。
图10是第4实施方式所涉及的天线装置104的立体图。
图11(A)是第5实施方式所涉及的天线装置105的立体图,图11(B)是天线装置105的正视图。
图12是第6实施方式所涉及的天线装置106的立体图。
图13是第7实施方式所涉及的天线装置107的立体图。
图14是第8实施方式所涉及的天线装置108A的局部立体图。
图15是第8实施方式所涉及的其他天线装置108B的局部立体图。
图16是示出第9实施方式所涉及的无线通信装置201的壳体内部的结构的图,是在将下部壳体10与上部壳体20分离并露出内部的状态下的俯视图。
具体实施方式
以下,参照附图例举了几个具体的示例,表示用于实施本发明的多个方式。在各图中,对于相同部位标注相同标号。各实施方式为例示,当然能进行不同实施方式所示的结构的局部置换或组合。对于第2实施方式之后与第1实施方式相同的内容,省略描述,对于不同点进行说明。特别是,对于由相同的结构导致相同的作用效果,不再对每个实施方式依次提及。
《第1实施方式》
图1是第1实施方式所涉及的移动电子设备等所具备的天线装置101A的立体图。该天线装置101包括导电性构件1和布线基板2。在布线基板2上形成具有导电性的耦合线路21。导电性构件1和耦合线路21经由例如作为弹簧销的连接导体3A、3B进行电连接。
在布线基板2上安装有与耦合线路21磁场耦合的供电线圈4。此外,在布线基板2上,连接与耦合线路21串联连接的贴片电容器5。此外,在本实施方式中虽然使用贴片电容器作为与耦合线路21连接的电容器,但是也能够使用引导型电容器等。
在导电性构件1中,形成有用导体开口11和狭缝12构成的切口部。连接导体3A、3B连接至夹持(跨过)切口部(图1所示出的示例中特别是狭缝12)的位置。
图2是示出供电线圈4在布线基板2上的的安装位置的导体图案的局部俯视图。耦合线路21的一部分形成为端子22。在该耦合线路21的端子22部分的两侧(夹持耦合线路21的两侧)形成有端子23、24。如后所示,供电线圈4在安装面上具备3个端子,这3个端子连接至布线基板2的端子22、23、24。
图3是示出供电线圈4的结构的分解立体图。供电线圈4是磁性体层SH2a、SH2b、SH2c、非磁性体层SH1a、SH1b的层叠体。在磁性体层SH2c和非磁性体层SH1a上形成有多个线形导体,在磁性体层SH2a、SH2b、SH2c上形成有将线形导体彼此连接的过孔导体。上述线形导体和过孔导体是供电线圈4的线圈导体。在非磁性体层SH1a的下表面形成有输入输出端子43、44和耦合线路连接端子42。在磁性体层SH2a、SH2b、SH2c和非磁性体层SH1a上形成有过孔导体,该过孔导体将形成在磁性体层SH2c上的多个线形导体中两外侧的线形导体的端部连接至输入输出端子43、44。由此,供电线圈4构成为贴片元器件,下表面的端子42、43、44连接至图2所示的布线基板2的端子22、23、24。此外,供电线圈4的耦合线路连接端子42虽然连接至布线基板2的端子22,但是不与线圈导体导通。由此,通过端子22与耦合线路21连接,从而能确保与布线基板2较高的密接强度。
供电线圈4的线圈导体和耦合线路21进行磁场耦合。在图1中,磁通表示该磁场耦合。如图1所示,供电线圈4的卷绕轴平行于布线基板2的表面,并且与耦合线路21的靠近供电线圈4的部分大致正交。此外,耦合线路21的线宽比供电线圈4的线圈卷绕宽度TW更细。由此,由于通过供电线圈4的线圈开口的磁通高效地在耦合线路21的周围环绕,因此能提高供电线圈4的线圈导体和耦合线路21的耦合度。
由导电性构件1、耦合线路21以及连接导体3A、3B形成电流路径。在从天线装置101A进行发送时,电流流过上述电流路径。即,经由连接导体3A、3B,在导电性构件1中流过如图中用实线的箭头示出的电流(分布)。特别是电流沿着导体开口11的边缘集中。其结果,产生图中用虚线的箭头和粗箭头示出的磁场。通过该磁场与通信对象侧天线进行磁场耦合。在天线装置101A进行接收时,被导电性构件1感应出的电流被从连接导体3A、3B的连接位置提取出。
图4是第1实施方式所涉及的其他天线装置101B的立体图。与图1所示的天线装置101A的不同之处在于供电线圈4的配置位置。对于该天线装置101B,供电线圈4的卷绕轴也与布线基板2的面平行,并且与耦合线路21的靠近供电线圈4的部分大致正交。因此,与天线装置101A的情况相同,供电线圈4和耦合线路21相互磁场耦合。
图5是第1实施方式所涉及的其他天线装置101C的立体图。与第1实施方式所示的天线装置101A、101B的不同之处在于耦合线路21、供电线圈4以及贴片电容器5的配置位置。供电线圈4在俯视时与导电性构件1重叠。
对于该天线装置101C,供电线圈4的卷绕轴也与布线基板2的面平行,并且与耦合线路21的靠近供电线圈4的部分大致正交。因此,与天线装置101A、101B的情况相同,供电线圈4和耦合线路21相互磁场耦合。
图6是第1实施方式所涉及的其他天线装置101D的立体图。与图1所示的天线装置101A的不同之处在于供电线圈4的配置位置。在该天线装置101D中,供电线圈4和耦合线路21在俯视时不重叠。供电线圈4的卷绕轴与耦合线路21大致正交。因此,与天线装置101A等情况相同,供电线圈4和耦合线路21相互磁场耦合。
以上,如几个示例所示,供电线圈4配置在与耦合线路21磁场耦合的位置即可。因而,供电线圈4能够安装于布线基板2上,而不会受限于导电性构件1和切口部(导体开口11、狭缝12)的位置关系。此外,通过确定供电线圈4的配置位置,能够对供电线圈4与耦合线路21的耦合度进行最优化。此外,供电线圈4能在与耦合线路21靠近的状态下进行耦合,因此能比利用导电性构件1和切口部(11、12)进行的耦合更强地进行耦合。此外,耦合线路21为导体图案,且较薄,因此从供电线圈4产生的磁通能容易地进行交链,能发生强耦合。供电线圈4与耦合线路21能发生强耦合,因此与供电线圈4和导电性构件1、切口部(11、12)发生耦合的情况相比,作为供电线圈4,能够使用更小型且电感较低的供电线圈、或用于耦合的磁通的辐射较弱的供电线圈等。
此外,也可以考虑如下结构:将变压器的次级线圈与耦合线路21以串联方式直接电连接,并将供电电路连接至变压器的初级线圈,但是变压器内的次级线圈、变压器的磁性体会导致与导电性构件1的电感相比,耦合线路21的电感的比例变高。若耦合线路的电感比例变高,则导电性构件1作为辐射元件的性能会发生劣化。与此相对,根据本实施方式,由于能使耦合线路21的电感变小,因此能增加有助于与通信对象侧天线耦合的电感。此外,在变压器的结构中,供电电路与天线装置的(与导电性构件1的)耦合度确定,因此难以调整用于获得最佳性能的耦合度。根据本实施方式,能通过供电线圈相对于耦合线路的配置位置,来容易地确定用于获得最佳性能的耦合度。而且,由于不需要对耦合线路进行焊接等接合,因此能确保较高可靠性。
另一方面,也可以考虑以下结构:通过在规定位置经由弹簧销使导电性构件1和布线基板2导通,在布线基板上的弹簧销的附近安装供电线圈,并使弹簧销和供电线圈磁场耦合,从而向导电性构件供电,但是供电线圈的安装位置限于弹簧销的附近,而且用于和弹簧销发生强磁场耦合的供电线圈的卷绕方向的自由度较低。
《第2实施方式》
图7是第2实施方式所涉及的天线装置102A的立体图。天线装置102A包括导电性构件1和布线基板2。在布线基板2上形成有具有导电性的耦合线路21。导电性构件1和耦合线路21经由连接导体3A、3B进行电连接。在布线基板2上安装有与耦合线路21磁场耦合的2个供电线圈4A、4B。此外,在布线基板2上,连接有与耦合线路21串联连接的贴片电容器5。
上述供电线圈4A、4B的结构如图3所示。该2个供电线圈4A、4B串联连接或者并联连接来与供电电路相连。
同样地,供电线圈也可以设置3个以上。但重要的是,确定极性,使得多个供电线圈不会构成磁通的闭环。由此,通过设置多个供电线圈,能够容易地提高天线装置和供电电路的耦合度。此外,在串联连接的情况下,由于能减小供电线圈4A、4B各自的尺寸,因此能有效活用供电线圈配置位置的空间。此外,在并联连接的情况下,由于能减轻导体损耗,因此能提高天线特性。
图8是第2实施方式所涉及的其他天线装置102B的立体图。与图1所示的示例不同,将2个贴片电容器5A、5B串联连接至耦合线路21。
在将该天线装置102B应用于HF频带的情况下,例如通常需要耐压性较低的数千pF,但在通信时通过与对方侧的耦合,例如施加AC20V左右的较高的电压。如本实施方式,通过将多个贴片电容器串联连接,能使施加于各电容器的电压变低,从而能使用较低耐压的贴片元器件。同样地,贴片电容器也可以设置3个以上。
此外,也可以将多个贴片电容器并联连接。由此,合成电容的设定自由度较高,能进行天线装置的谐振频率的精细设定。
《第3实施方式》
图9是第3实施方式所涉及的天线装置103的立体图。天线装置103包括导电性构件1和布线基板2。在布线基板2上形成有具有导电性的耦合线路21。导电性构件1和耦合线路21经由连接导体3A、3B进行电连接。在布线基板2上安装有与耦合线路21磁场耦合的供电线圈4。此外,在布线基板2上,连接有与耦合线路21串联连接的贴片电容器5。
在布线基板2上,形成有接地图案26,在该接地图案26和耦合线路21之间设置有贴片电容器6A、6B。接地图案26形成在连接导体3A、3B和耦合线路21的连接位置的附近。
上述贴片电容器6A、6B是如下的电容器:在利用该天线装置103进行通信的通信信号的频率(例如13.56MHz)下等效地视为断开,在其他系统频率(例如UHF频带)下等效地视为短路。因而,在其他系统中,连接导体3A、3B的基部经由贴片电容器6A、6B接地。
利用该结构,导电性构件1高频接地,导电性构件1的电位稳定,静电屏蔽效果提高。因此,能使对其他系统的影响变得极小。特别是,在天线装置103与数据通信、通话用的UHF频带的天线一起组装至通信终端装置的状态下,变得难以对该UHF频带的通信造成不良影响。
《第4实施方式》
图10是第4实施方式所涉及的天线装置104的立体图。天线装置104包括导电性构件1和布线基板2。在布线基板2上形成具有导电性的耦合线路21。导电性构件1和耦合线路21经由连接导体3A、3B进行电连接。在布线基板2上安装有与耦合线路21磁场耦合的供电线圈4。此外,在布线基板2上,连接有与耦合线路21串联连接的贴片电容器5。而且,构成RFIC7和匹配电路8的匹配电路元器件连接至布线基板2。
如该示例那样,也可以将构成供电电路的RFIC7和匹配电路设置于形成有耦合线路21的布线基板2上。由此能构成供电电路一体的天线装置。
《第5实施方式》
图11(A)是第5实施方式所涉及的天线装置105的立体图,图11(B)是天线装置105的正视图。该天线装置105组装至便携式天线装置等。天线装置105包括导电性构件1和布线基板2。在布线基板2上形成具有导电性的耦合线路21。导电性构件1和耦合线路21经由连接导体3A、3B进行电连接。
在布线基板2上安装有与耦合线路21磁场耦合的供电线圈4。此外,在布线基板2上,连接有与耦合线路21串联连接的贴片电容器5。
在导电性构件1的背面,在覆盖切口部(导体开口11和狭缝12)附近、即覆盖电流密度(磁场强度)较高的部分的位置贴附有铁氧体片等磁性体片材9。
通过上述结构,在导电性构件1所产生的电感中,特别是有助于与通信对象侧天线的耦合的电感增大。由此通信性能提高。
若没有上述磁性体片材9,则由于沿着导电性构件1的切口部流过的电流产生的磁场,在形成于布线基板2的接地电极上感应出涡流,由此减少导电性构件1作为辐射元件的作用。对此,根据本实施方式,由于由沿着导电性构件1的切口部流过的电流产生的磁场被磁性体片材9屏蔽,因此还具有以下效果:能够避免上述由涡流导致的问题。
此外,磁性体片材9不限于覆盖切口部的形状,也可以是仅覆盖切口部周围的形状,即不覆盖导体开口11、狭缝12的形状。即使是磁性体片材9仅覆盖切口部周围的形状,也能在某种程度上获得抑制上述涡流的效果。
《第6实施方式》
图12是第6实施方式所涉及的天线装置106的立体图。天线装置106与第1实施方式所示出的天线装置101A、101B等不同,将接地导体用作为电流路径的一部分。在图12中,耦合线路21的一部分或者端部连接至布线基板2的接地导体,连接导体3A也连接至布线基板2的接地导体。因而,由导电性构件1、连接导体3A、3B、耦合线路21以及接地导体构成电流路径。
根据本实施方式,不需要对形成在布线基板2上的耦合线路21进行走线,从而能使耦合线路21在布线基板2上的实质占有面积缩小。此外,在布线基板2的整个面上形成接地导体的情况下,导电性构件1、耦合线路21能经由连接导体3A、3B在导电性构件1的任意位置与接地导体连接。由此,连接导体3A、3B、耦合线路21、供电线圈4、贴片电容器5的配置自由度提高。此外,能利用导电性构件1、连接导体3A、3B、耦合线路21以及接地导体形成任意形状的电流路径,并能提高与天线装置的辐射特性相关的设计自由度。
《第7实施方式》
图13是第7实施方式所涉及的天线装置107的立体图。天线装置107与第1实施方式所示出的天线装置101A、101B不同,不在导电性构件1上形成导体开口11和狭缝12。
由此,导体开口11和狭缝12并非必须。根据本实施方式的天线装置107,在天线装置107进行发送时,从由耦合线路21、连接导体3A、3B、以及导电性构件1构成的电流路径所形成的环路辐射出磁通。此外,在天线装置107进行接收时,从通信对象侧天线产生的磁通通过由耦合线路21、连接导体3A、3B、导电性构件1构成的电流路径所形成的环路,从而通信对象侧天线与该电流路径的环路发生耦合。
《第8实施方式》
图14是第8实施方式所涉及的天线装置108A的部分立体图。天线装置108A包括2个导电性构件1A、1B。导电性构件1A、1B是将布线基板2收纳在内部的壳体的一部分。导电性构件1A构成壳体的主要部分,导电性构件1B构成壳体的主面和两侧面的一部分、以及端面。在布线基板2上形成有耦合线路21A、21B。在布线基板2上,供电线圈4安装(载放)在与耦合线路21A耦合的位置,贴片电容器5串联连接至耦合线路21B。此外,导电性构件1A和1B的形状不限于在图14中图示的形状,也可以是角部带有圆弧的形状。
耦合线路21A、21B经由连接导体3A、3B导通至导电性构件1A,经由连接导体3C、3D导通至导电性构件1B。因而,由耦合线路21A、21B以及导电性构件1A、1B构成电流路径。
图15是第8实施方式所涉及的其他天线装置108B的部分立体图。天线装置108B包括2个导电性构件1A、1C。导电性构件1A、1C是将布线基板2收纳在内部的壳体的一部分。导电性构件1A构成壳体的主要部分,导电性构件1B构成壳体的两侧面的一部分以及端面。在布线基板2上形成有耦合线路21A、21B。在布线基板2上,供电线圈4安装(载放)在与耦合线路21A耦合的位置,贴片电容器5串联连接至耦合线路21B。
耦合线路21A、21B经由连接导体3A、3B与导电性构件1A导通。此外,耦合线路21A、21B连接至导电性构件1C。因而,由耦合线路21A、21B以及导电性构件1A、1C构成电流路径。
由此,也可以将多个导电性构件用作电流路径的一部分。导电性构件1A、1B、1C是例如搭载天线装置108B的无线通信装置的金属壳体。此外,导电性构件1B、1C也可以利用起到无线通信装置的UHF频带等驻波型天线作用的辐射元件。此外,驻波型天线是指以辐射元件进行谐振,电压/电流的驻波进行分布并辐射电磁波的天线,包含倒F型天线、单极型天线、单波长环形天线、倒L型天线、板状倒F型天线(PIFA)等贴片天线、狭缝天线、切口天线等。
《第9实施方式》
图16是示出本发明的天线装置的一个示例即第6实施方式所涉及的无线通信装置201的壳体内部的结构的图,是在将下部壳体10与上部壳体20分离并露出内部的状态下的俯视图。布线基板2、81以及电池组83等收纳在上部壳体20的内部。在布线基板2上,形成有耦合线路21,并且安装(连接)有弹簧销即连接导体3A、3B、供电线圈4、贴片电容器5、RFIC等。摄像模块85等也搭载在该布线基板2上。此外,布线基板81上还搭载有UHF频带天线82等。布线基板2和布线基板81经由同轴电缆84进行连接。
在下部壳体10上,形成有导体开口11和狭缝12。导体开口11形成在与上述摄像模块85相对的位置。连接导体3A、3B抵接在横跨该下部壳体10的狭缝12的位置上。此外,也可以在导体开口11上配置按键、扬声器等其他设备。
通过上述结构,下部壳体10起到辐射元件的作用。
《其他实施方式》
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了将耦合线路21形成在布线基板2的表面(供电线圈4的安装面)的示例,但是耦合线路21也可以形成在与供电线圈4的安装面不同的层上。例如,在图1中,也可以将供电线圈4配置在布线基板2的背面。此外,也可以将布线基板2设为多层基板,从而在内层形成耦合线路21。
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了供电线圈4的线圈导体与1个耦合线路21进行磁场耦合的示例,但是也可以构成为形成多匝的平面状线圈图案,供电线圈4的线圈导体与多根耦合线路进行磁场耦合。此外,也可以构成为将布线基板2设为多层基板,利用布线基板的多层来形成多匝的耦合线路21,供电线圈4的线圈导体与多个耦合线路磁场耦合。
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了耦合线路21中,与供电线圈4的线圈导体耦合的部分和不与供电线圈4的线圈导体耦合的部分为相同的线宽的示例,但是也可以是不同的线宽。例如,也可以通过将耦合线路21中与供电线圈4耦合的部分的线路宽度设为较细,不耦合的部分的线宽设为较粗,从而减小耦合线路的电感和电阻。此外,也可以通过增加不耦合部分的线数、层数,从而减小耦合线路的电感和电阻。
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了耦合线路为U字形的示例,但并不限于此,也可以是简单的线段形。此外,也可以是曲线形。
在以上所示出的各实施方式中,形成于导电性构件1的导体开口11为与摄像模块相对的开口,但是也可以将壳体的侧面的操作按键用的孔、耳机插孔用的孔用作导电性构件1的导体开口。
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了具备形成有切口部的导电性构件1的天线装置,但是切口部并非必须。也可以将连接导体3A、3B连接至没有切口部的导电性构件的2个部位。在该情况下,由于边缘效应,电流沿着导电性构件1的边缘集中。在进行发送时,通过分布电流流过导电性构件1,来从导电性构件1辐射出磁场,在进行接收时,由导电性构件1感应出的电流被从连接导体3A、3B的连接位置提取出。
在以上所示出的各实施方式中,虽然示出了使用弹簧销作为连接耦合线路和导电性构件的示例,但是该部分也可以是经由金属螺钉、柔性基板、电缆等来连接。
标号说明
SH1a、SH1b…非磁性体层
SH2a、SH2b、SH2c…磁性体层
TW…线圈卷绕宽度
1…导电性构件
2…布线基板
2、81…布线基板
3A、3B…连接导体
4、4A、4B…供电线圈
5、5A、5B…贴片电容器
6A、6B…贴片电容器
7…RFIC
8…匹配电路
9…磁性体片材
10…下部壳体
11…导体开口
12…狭缝
(11、12)…切口部
20…上部壳体
21、21A、21B…耦合线路
22、23、24…端子
26…接地图案
40…线圈状导体
42…耦合线路连接端子
43、44…输入输出端子
81…布线基板
82…UHF频带天线
83…电池组
84…同轴电缆
85…摄像模块
101…天线装置
101A~101D…天线装置
102A、102B…天线装置
103~108A、108B…天线装置
201…无线通信装置