天线装置及具备其的便携无线设备的制作方法

文档序号:11203775
天线装置及具备其的便携无线设备的制造方法

本发明涉及天线装置及具备其的便携无线设备,特别是涉及包含螺线管线圈和螺旋线圈的天线装置及具备其的便携无线设备。



背景技术:

近年来,在智能手机等便携无线设备上搭载有RFID(RadioFrequency Identification:基于无线电波的个体识别)系统,作为用于此的通信装置,搭载有用于与读写器等进行近距离无线通信的天线装置。作为这种天线装置,例如已知有专利文献1所记载的天线装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-12689号公报

发明所要解决的课题

另一方面,近年来,考虑薄型化、轻量化、针对落下等冲击的耐久性、设计性等,使用了金属制的框体的便携无线设备增加。但是,如果将专利文献1所记载的天线装置配置于被金属框体覆盖的位置,则金属框体成为对磁通的屏蔽,不能正确地进行通信。因此,需要在未被金属框体覆盖的位置配置天线装置,存在设计自由度被大幅限制的问题。



技术实现要素:

因此,本发明的目的在于,提供即使被金属层覆盖也能够正确地进行通信的天线装置及具备其的便携无线设备。

用于解决课题的技术方案

本发明提供一种天线装置,其特征在于,具备金属层、基板、卷绕于所述基板的螺线管线圈,由构成所述螺线管线圈的导体图案形成螺旋线圈的至少一部分,所述螺旋线圈的至少一部分由所述金属层覆盖。

另外,本发明的便携无线设备的特征在于,具备所述天线装置。

根据本发明,因为具有将螺旋线圈和螺线管线圈进行了组合的结构,所以能够将磁通从螺线管线圈吸入螺旋线圈。由此,即使被金属层覆盖也能够正确地进行通信。另外,即使在金属层构成便携无线设备的框体的一部分的情况下,对配置天线装置的位置的制约也减少。

本发明中,优选的是,所述螺旋线圈从所述基板看位于所述金属层的相反侧。据此,因为绕过金属层被吸入螺线管线圈的磁通的大部分通过螺旋线圈,所以能够延长通信距离。

本发明的天线装置优选的是,还具备配置于所述螺线管线圈的内径部的磁性体。据此,因为更多的磁通被吸入螺线管线圈,所以能够延长通信距离。

本发明中,优选的是,所述基板具有定义所述螺旋线圈的内径部的多边形区域,所述螺线管线圈沿着构成所述多边形区域的第一边配置。该情况下,优选的是,所述多边形区域具有未配置螺线管线圈的第二边,俯视时,所述第一边至所述金属层的对应的端部的距离比所述第二边至所述金属层的对应的端部的距离短。据此,因为螺线管线圈至金属层的对应的端部的距离短,所以能够将更多的磁通吸入螺线管线圈。

本发明中,所述金属层也可以覆盖所述螺旋线圈的整体。据此,不需要在金属层上形成缝隙等,并且配置天线装置的位置的自由度提高。或者,也可以在所述金属层上设置缝隙,所述缝隙俯视时与所述螺旋线圈的内径部重叠。据此,因为金属层作为加强磁通的加速器起作用,所以能够大幅延长通信距离。

发明效果

这样,根据本发明,即使天线装置被金属层覆盖,也能够正确地进行通信。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的天线装置10A的结构的概略俯视图。

图2(a)是沿着图1所示的A-A线的概略剖视图,图2(b)是沿着图1所示的B-B线的概略剖视图。

图3是表示在天线装置10A上追加了磁性体的第一例的剖视图。

图4是表示在天线装置10A上追加了磁性体的第二例的剖视图。

图5是表示在天线装置10A上追加了磁性体的第三例的剖视图。

图6是表示在天线装置10A上追加了磁性体的第四例的剖视图。

图7是表示增加了螺线管线圈C1~C4的卷绕数的例子的俯视图。

图8是表示增加了螺旋线圈C0的卷绕数的例子的俯视图。

图9是表示本发明第二实施方式的天线装置10B的结构的概略俯视图。

图10是用于说明第二实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

图11是表示本发明第三实施方式的天线装置10C的结构的概略俯视图。

图12是用于说明第三实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

图13是表示本发明第四实施方式的天线装置10D的结构的概略俯视图。

图14是用于说明第四实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

图15是表示本发明第五实施方式的天线装置10E的结构的概略俯视图。

图16是用于说明第五实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

图17是表示本发明第六实施方式的天线装置10F的结构的概略俯视图。

图18是表示本发明第七实施方式的天线装置10G的结构的概略俯视图。

符号说明

10A~10G 天线装置

20 基板

20A 磁性树脂片材

21 基板的一方的表面

22 基板的另一方的表面

23~25 树脂基板

30、30A、30B 金属层

31~34 金属层的端部

41~49、51~59、71~73 导体图案

42s~44s 螺旋部分

61,62 端子电极

81,82 磁性体

C0 螺旋线圈

C1~C4 螺线管线圈

L1~L4 边

R 区域

SL1、SL2 缝隙

TH 通孔导体

磁通

具体实施方式

以下,参照附图详细说明本发明的几个实施方式。

<第一实施方式>

图1是表示本发明第一实施方式的天线装置10A的结构的概略俯视图。另外,图2(a)是沿着图1所示的A-A线的概略剖视图,图2(b)是沿着图1所示的B-B线的概略剖视图。

如图1、图2(a)及图2(b)所示,本实施方式的天线装置10A具备由PET树脂等构成的基板20、覆盖基板20的金属层30、形成于基板20的一方的表面21的导体图案41~45、形成于基板20的另一方的表面22的导体图案51~54。

如图1及图2(b)所示,导体图案41~45的规定的端部和导体图案51~54的规定的端部通过贯通基板20的通孔导体TH连接。例如,导体图案51的一端通过通孔导体TH与导体图案41的一端连接,导体图案51的另一端通过通孔导体TH与导体图案42的一端连接。

如图1所示,导体图案41~44具有沿X方向延伸的部分,X方向上的端部彼此通过导体图案51或53连接。例如,导体图案41的右侧端部经由导体图案51与导体图案42的左侧端部连接。另外,导体图案43的左侧端部经由导体图案53与导体图案44的右侧端部连接。

进而,导体图案42~45具有沿Y方向延伸的部分,Y方向上的端部彼此通过导体图案52或54连接。例如,导体图案42的下侧端部经由导体图案52与导体图案43的上侧端部连接。另外,导体图案44的上侧端部经由导体图案54与导体图案45的下侧端部连接。

导体图案41、45的端部分别构成天线装置10A的端子电极61、62。端子电极61、62与内置于便携无线设备的未图示的RF电路连接。由此,本实施方式的天线装置10A用于以例如13.56MHz的频率进行收发的近距离无线通信。

金属层30例如是内置天线装置10A的便携无线设备的框体,在本实施方式中覆盖基板20整体,特别是,在本实施方式中,具有基板20的另一方的表面22与金属层30对置的结构。换言之,具有从基板20看,导体图案41~45位于金属层30的相反侧的结构。

通过这种构造,形成一个螺旋线圈C0和四个螺线管线圈C1~C4,它们全部由金属层30进行覆盖。螺旋线圈C0为以四边形的区域R为内径部的平面线圈,沿着构成区域R的四个边L1~L4分别设置螺线管线圈C1~C4。虽然没有特别限定,但在本实施方式中,区域R为大致正方形。

螺旋线圈C0由导体图案41~45构成,其卷绕方向在以端子电极61为始点的情况下,从一方的表面21看为顺时针。

螺线管线圈C1由沿X方向延伸的导体图案41、42、51及将它们连接的通孔导体TH构成,在基板20上卷绕1周半。卷绕方向在以端子电极61为始点的情况下,从区域R看为顺时针。

螺线管线圈C2由沿Y方向延伸的导体图案42、43、52及将它们连接的通孔导体TH构成,在基板20上卷绕1周半。卷绕方向在以端子电极61为始点的情况下,从区域R看为顺时针。

螺线管线圈C3由沿X方向延伸的导体图案43、44、53及将它们连接的通孔导体TH构成,在基板20上卷绕1周半。卷绕方向在以端子电极61为始点的情况下,从区域R看为顺时针。

螺线管线圈C4由沿Y方向延伸的导体图案44、45、54及将它们连接的通孔导体TH构成,在基板20上卷绕1周半。卷绕方向在以端子电极61为始点的情况下,从区域R看为顺时针。

这样,四个螺线管线圈C1~C4从区域R看,卷绕方向彼此相同。因此,如图2(a)所示,从读写器产生的磁通在绕过金属层30到达基板20附近时,经由四个螺线管线圈C1~C4被吸入区域R,感应出电流。而且,流经螺线管线圈C1~C4的电流相互为同方向,因此,在端子电极61、62间流通电流,与电流重叠的信号成分由RF电路接收。

而且,被吸入螺线管线圈C1~C4的磁通的大部分如图2(a)所示通过基板20的一方的表面21侧旋转,因此,也通过由导体图案41~45构成的螺旋线圈C0感应出电流。通过螺旋线圈C0产生的电流使通过螺线管线圈C1~C4产生的电流更强,因此,在端子电极61、62之间流通更多的电流。

此外,如图2(a)所示,被吸入螺线管线圈C1~C4的磁通的一部分通过基板20的另一方的表面22侧、即金属层30侧旋转。如果考虑这一点,则也可以以通过将基板20翻过来,使导体图案41~45从基板20看位于金属层30侧的方式构成。

由此,因为将绕过金属层30的磁通高效地变换为电流,所以虽然基板20的整个面由金属层30覆盖,也能够正确地进行通信。

但是,关于另一方的表面22侧的导体图案51~54,因为流通的电流的方向为流经导体图案41~45的电流的反方向,所以向消除由螺旋线圈C0生成的磁通的方向作用。但是,沿着各边L1~L4设置的导体图案的根数均为3根,在其中的2根中沿同方向流通电流,在剩余的1根中流通反方向的电流,因此,沿同方向流通的电流具有优势,作为螺旋线圈C0正确地起作用。

图3~图6是表示对天线装置10A要追加磁性体的几个例子的剖视图。

图3是表示在螺线管线圈C1~C4的内径部选择性配置有磁性体81的例子。如果在螺线管线圈C1~C4的内径部追加磁性体81,则更多的磁通被吸入螺线管线圈C1~C4,因此,可以延长通信距离。图3所示的例子中,在基板20的另一方的表面22侧设置有磁性体81,但也可以在基板20的一方的表面21侧设置磁性体81,也可以在一方的表面21和另一方的表面22这两方设置磁性体81。

图4是表示使用磁性树脂片材20A来代替由PET树脂等构成的基板20的例子。磁性树脂片材20A是作为支承导体图案41~45、51~54的基板起作用,并且作为磁路起作用的平面片材状的磁性体,将树脂粘合剂中分散有磁性金属粉的含磁性金属粉的树脂加工成片状。

磁性金属粉可以使用坡莫合金(Fe-Ni合金)、超级坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)、铁硅铝(Fe-Si-Al合金)、Fe-Si合金、Fe-Co合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Si合金等。另外,树脂粘合剂可以使用酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚芳酯、硅树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯、聚酰亚胺等。磁性金属粉优选为纵横比大的扁平形状。如果使用纵横比大的扁平金属粉,则扁平金属粉在片材的厚度方向上重叠,因此,能够提高磁性树脂片材的面方向的实效的导磁率。

根据本例,因为磁性树脂片材20A自身构成基板,所以可以不增加零件数量而进一步延长通信距离。

图5表示在树脂基板23上形成导体图案41~45,在其它树脂基板24上形成导体图案51~54,利用这些树脂基板23、24夹持磁性体82的例子。作为树脂基板23、24的材料,可以使用PET树脂等。另一方面,作为磁性体82,例如可以使用板状的铁氧体等。在这样的结构中,也能够获得与图4所示的例子相同的效果。另外,本例中,因为不使用磁性体82作为基板,所以能够使用任意的磁性材料。

图6表示使用单一的树脂基板25通过将其折弯而夹持磁性体82的例子。这样,即使在使用了单一的树脂基板25的情况,也能够通过将其折弯而夹持磁性体82。

图7及图8是表示增加了螺旋线圈C0或螺线管线圈C1~C4的卷绕数的例子的俯视图。

图7所示的例子中,通过追加导体图案46~49、55~58,构成2周半的螺线管线圈C1~C4。导体图案46~49形成于基板20的一方的表面21侧,导体图案55~58形成于基板20的另一方的表面22侧。

这样,对螺线管线圈C1~C4的卷绕数没有特别限定,如图7所示,可以将螺线管线圈C1~C4的卷绕数设为2周半,也可以设为其以上的卷绕数。另外,螺线管线圈C1~C4的卷绕数不必相互相同,一部分或全部的卷绕数也可以不同。例如,螺线管线圈C1、C3的卷绕数也可以为2周半,螺线管线圈C2、C4的卷绕数也可以为1周半。即,只要根据要求的特性或条件设定卷绕数即可。

图8所示的例子中,在螺线管线圈C1~C4的外周追加有螺旋状的导体图案71。导体图案71构成1匝的螺旋,其一端经由通孔导体TH及背面的导体图案72与导体图案49连接。导体图案71的另一端与端子电极62连接。

如果追加这种螺旋状的导体图案71,则电感增大,因此,可以进一步扩大通信距离。即,在图8所示的例子中,沿着各边L1~L4设置的导体图案的根数均为4根,在其中的3根中沿同方向流通电流,在剩余的1根中流通反方向的电流,因此,沿同方向流通的电流更具优势。对于追加的螺旋状的导体图案的匝数没有特别限定,可以为2匝以上,也可以为低于1匝(例如半匝)。另外,追加的螺旋状的导体图案不需要形成于螺线管线圈C1~C4的外周部,也可以形成于内周部。

这样,本实施方式的天线装置10A因为在边L1~L4各自之上形成有螺线管线圈C1~C4,所以能够从所有的平面方向吸入绕过金属层30的磁通,且能够将所吸入的磁通供给到螺旋线圈C0。由此,即便基板20的整个面被金属层30覆盖,也能够正确地进行通信。

<第二实施方式>

图9是表示本发明第二实施方式的天线装置10B的结构的概略俯视图。

如图9所示,本实施方式的天线装置10B在删除了螺线管线圈C2~C4这一点上与第一实施方式的天线装置10A不同。即,构成螺线管线圈C1的要素与第一实施方式的天线装置10A相同,但删除了构成螺线管线圈C2~C4的导体图案43~45、52~54,取而代之的是导体图案42自身具有螺旋部分42s。螺旋部分42s的内周端经由通孔导体TH及背面的导体图案59与导体图案73连接。导体图案73与端子电极62连接。

这样,在本发明中,不需要沿着成为螺旋线圈C0的内径部的区域R的所有的边L1~L4形成螺线管线圈C1~C4,也可以仅沿着一部分边(本实施方式中为边L1)形成螺线管线圈(C1)。该情况下,因为螺线管线圈的数量减少,所以取入磁通的能力降低,消除通过螺旋线圈产生的电流的部分(图1所示的导体图案51~54)减少,因此,可以提高螺旋线圈的特性。

图10是用于说明第二实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

如图10所示,在本实施方式中,基板20相对于金属层30向Y方向偏置配置。具体而言,以形成螺线管线圈C1的边L1位于与金属层30的对应的端部31的附近的方式进行设计。端部31是指沿X方向延伸的一端部,为最接近形成螺线管线圈C1的边L1的端部。由此,边L1至金属层30的端部31的距离比其它边L2~L4至金属层30的其它端部32~34的距离短。端部32是指沿Y方向延伸的端部,端部33是指沿X方向延伸的另一端部,端部34是指沿Y方向延伸的另一端部。如果采用这样的设计,则绕过金属层30的磁通被有效吸入螺线管线圈C1,因此,与螺线管线圈的数量少(1个)无关,能够正确地进行通信。

<第三实施方式>

图11是表示本发明第三实施方式的天线装置10C的结构的概略俯视图。

如图11所示,本实施方式的天线装置10C在删除了螺线管线圈C3、C4这一点上,与第一实施方式的天线装置10A不同。即,构成螺线管线圈C1、C2的要素与第一实施方式的天线装置10A相同,但删除构成螺线管线圈C3、C4的要素即导体图案44、45、53、54,取而代之的是导体图案43其自身具有螺旋部分43s。螺旋部分43s的内周端经由通孔导体TH及背面的导体图案59与导体图案73连接。

这样,在本实施方式中,沿着两个边L1、L2形成有螺线管线圈C1、C2。因为在本实施方式中,螺线管线圈的数量也减少,所以与第一实施方式的天线装置10A相比,取入磁通的能力降低,但因为消除通过螺旋线圈产生的电流的部分(图1所示的导体图案51~54)减少,所以可以提高螺旋线圈的特性。

图12是用于说明第三实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

如图12所示,本实施方式中,将基板20配置于金属层30的角部附近。具体而言,形成螺线管线圈C1的边L1位于金属层30的端部31的附近,形成螺线管线圈C2的边L2位于金属层30的端部32的附近。由此,边L1至金属层30的端部31的距离、或边L2至金属层30的端部32的距离比其它边L3、L4至金属层30的其它端部33、34的距离短。如果采用这样的设计,则绕过金属层30的磁通被有效吸入螺线管线圈C1、C2,因此,与螺线管线圈的数量少(2个)无关,能够正确地进行通信。

<第四实施方式>

图13是表示本发明第四实施方式的天线装置10D的结构的概略俯视图。

如图13所示,本实施方式的天线装置10D在区域R为以Y方向为长度方向的长方形,并且删除了螺线管线圈C2、C4这一点上与第一实施方式的天线装置10A不同。即,构成螺线管线圈C1、C3的要素与第一实施方式的天线装置10A大致相同,但删除了构成螺线管线圈C2、C4的要素即导体图案43、45、52、54,取而代之的是导体图案42、44自身具有螺旋部分42s、44s。螺旋部分42s的内周端经由通孔导体TH与背面的导体图案53连接。另外,螺旋部分44s的内周端经由通孔导体TH及背面的导体图案59与导体图案73连接。

这样,在本实施方式中,沿着作为短边的两个边L1、L3形成有螺线管线圈C1、C3。在本实施方式中,螺线管线圈的数量也减少,因此,与第一实施方式的天线装置10A相比,取入磁通的能力降低,但因为消除通过螺旋线圈产生的电流的部分(图1所示的导体图案51~54)减少,所以可以提高螺旋线圈的特性。

图14是用于说明第四实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

如图14所示,本实施方式中,金属层30具有以X方向为长度方向的形状,金属层30的Y方向上的宽度比基板20的Y方向上的宽度稍大。由此,形成螺线管线圈C1的边L1位于金属层30的端部31的附近,形成螺线管线圈C3的边L3位于金属层30的端部33的附近。其结果,边L1至金属层30的端部31的距离、或边L3至金属层30的端部33的距离比其它边L2、L4至金属层30的其它端部32、34的距离短。如果采用这样的设计,则从Y方向绕过金属层30的磁通被有效吸入螺线管线圈C1、C3,因此,与螺线管线圈的数量少(2个)无关,能够正确地进行通信。

<第五实施方式>

图15是表示本发明第五实施方式的天线装置10E的结构的概略俯视图。

如图15所示,本实施方式的天线装置10E在区域R具有以Y方向为长度方向的长方形,并且删除了螺线管线圈C4这一点上与第一实施方式的天线装置10A不同。即,构成螺线管线圈C1~C3的要素与第一实施方式的天线装置10A相同,但删除了构成螺线管线圈C4的要素即导体图案45、54,取而代之的是导体图案44自身具有螺旋部分44s。螺旋部分44s的内周端经由通孔导体TH及背面的导体图案59与导体图案73连接。

这样,在本实施方式中,沿着三个边L1~L3形成有螺线管线圈C1~C3。在本实施方式中,螺线管线圈的数量也减少,因此,与第一实施方式的天线装置10A相比,取入磁通的能力降低,但因为消除通过螺旋线圈产生的电流的部分(图1所示的导体图案51~54)减少,所以可以提高螺旋线圈的特性。

图16是用于说明第五实施方式的基板20和金属层30的优选的位置关系的俯视图。

如图16所示,在本实施方式中,金属层30具有以X方向作为长度方向的形状,金属层30的Y方向上的宽度比基板20的Y方向上的宽度稍大,且基板20沿X方向偏置配置。由此,消除螺线管线圈C1的边L1位于金属层30的端部31的附近,形成螺线管线圈C2的边L2位于金属层30的端部32的附近,形成螺线管线圈C3的边L3位于金属层30的端部33的附近。其结果,边L1至金属层30的端部31的距离、边L2至金属层30的端部32的距离、以及边L3至金属层30的端部33的距离比其它边L4至金属层30的其它端部34的距离短。如果采用这样的设计,则从Y方向绕过金属层30的磁通、或从X方向上的单侧(图16所示的右侧)绕过的磁通被有效吸入螺线管线圈C1~C3,因此,与螺线管线圈的数量少(3个)无关,能够正确地进行通信。

<第六实施方式>

图17是表示本发明第六实施方式的天线装置10F的结构的概略俯视图。

如图17所示,本实施方式的天线装置10F在使用两个金属层30A、30B这一点上与第一实施方式的天线装置10A不同。金属层30A、30B沿X方向并排配置,由此,形成有沿Y方向延伸的缝隙SL1。缝隙SL1被设置于横断螺旋线圈C0的内径部的位置,由此,缝隙SL1和螺旋线圈C0的内径部俯视时具有重叠。图17所示的例子中,形成于基板20的导体图案的结构与第一实施方式的天线装置10A相同,但也可以使用与第二~第五实施方式的天线装置10B~10E相同的导体图案。

根据这种结构,从读写器放射的磁通的一部分通过缝隙SL1入射到螺旋线圈C0的内径部。而且,通过从读写器放射的磁通中的入射到金属层30A、30B的磁通产生的涡流在消除所入射的磁通的方向上产生新的磁通,该磁通经由缝隙SL1入射到螺旋线圈C0的内径部。这样,金属层30A、30B作为增强磁通的加速器起作用,因此,能够大幅延长通信距离。

<第七实施方式>

图18是表示本发明第七实施方式的天线装置10G的结构的概略俯视图。

如图18所示,本实施方式的天线装置10G在于金属层30形成有缝隙SL2这一点上与第一实施方式的天线装置10A不同。缝隙SL2沿Y方向延伸,两者俯视时具有重叠,以横断螺旋线圈C0的内径部。在图18所示的例子中,形成于基板20的导体图案的结构与第一实施方式的天线装置10A相同,但也可以使用与第二~第五实施方式的天线装置10B~10E相同的导体图案。根据这种结构,能够获得与上述的第六实施方式相同的效果。而且,因为金属层30未被分成两层,所以缝隙SL2在X方向上的宽度也没有偏差。

以上,说明了本发明的优选的实施方式,但本发明不限于上述的实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更,这些不用说也包含在本发明的范围内。

例如,上述的各实施方式中,螺旋线圈C0的形状为四边形,但本发明不限于此,也可以是三角形、六边形、八边形等四边形以外的多边形形状,也可以是圆形或椭圆形。在为四边形以外的多边形形状的情况下,只要在连结成为螺旋线圈的内径部的多边形区域的分别对应的两个顶点的位置配置一个以上的螺线管线圈即可。

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