天线装置及通信装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种天线装置及通信装置。本发明包括：在卡片模式和读写器模式下对Tx端子的内部阻抗进行切换的RFIC(10)；连接至Tx端子的天线电路(12)；在施加有控制电压时其电容会发生变化，从而使天线电路(12)的谐振频率发生变化的可变电容元件(C22)；连接在Tx端子和天线电路(12)之间，对Tx端子和天线电路(12)之间进行阻抗匹配的匹配电路(11)；以及将与Tx端子上产生的电压相应的控制电压施加到可变电容元件(C22)上的整流电路(13)。在从Tx端子输出信号的情况下，为了将天线电路(12)的谐振频率设为与读写器模式相对应的谐振频率(13.56MHz)，整流电路(13)输出施加到可变电容元件(C22)上的控制电压。
【专利说明】
天线装置及通信装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用可变电容元件来使天线电路的谐振频率变化的天线装置、以及具备该天线装置的通信装置。
【背景技术】
[0002]近年来,移动电话机等电子设备具有NFC(Near Field Communicat1n:近场通信)等近距离无线通信功能。这种电子设备通常具有以下两种模式:根据来自通信对象的读写器装置的请求被动地收发数据的模式(以下称为卡片模式)；以及以有源方式进行动作，本身成为读写器装置，主动地向通信对象发送数据的模式(以下称为读写器模式)。
[0003]在具有这两种模式的情况下，为实现电子设备的小型化，通常在一个天线线圈中实现两种模式。在这种情况下，与天线线圈相连接的控制IC根据模式来进行切换发送端子(Tx端子)的内部阻抗的切换控制。例如，控制IC在卡片模式下将Tx端子置为开路，在读写器模式下将Tx端子短路。因此，在卡片模式和读写器模式下连接至天线线圈的电路阻抗不同，从而无法在各模式下设定相同的谐振频率。
[0004]专利文献I中公开了以下发明，即:将可变电容元件与天线线圈相连接，利用控制器来改变可变电容元件的电容值，从而调整天线线圈的谐振频率。根据该专利文献1，即使在上述不同的模式下，也能设定相同的谐振频率。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特表2009 - 543442号公报
【发明内容】
[0008]发明所要解决的技术问题
[0009]然而，在专利文献I中，需要设置用于改变可变电容元件的电容值的控制器，还需要对该控制器安装控制程序。因此，在专利文献I中，控制器的安装需要耗费时间精力以及成本。
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种不耗费时间精力以及成本、且能够防止通信特性恶化的天线装置以及具备该天线装置的通信装置。
[0011 ] 解决技术问题所采用的技术方案
[0012]本发明所涉及的天线装置的特征在于，包括:阻抗切换电路，该阻抗切换电路具有输入输出信号的输入输出端子，在从所述输入输出端子输入信号的输入模式和从所述输入输出端子输出信号的输出模式下，对所述输入输出端子的内部阻抗进行切换；天线电路，该天线电路连接至所述输入输出端子；可变电容元件，该可变电容元件在施加有控制电压时其电容会发生变化，从而使所述天线电路的谐振频率发生变化；匹配电路，该匹配电路连接在所述输入输出端子与所述天线电路之间，对所述输入输出端子与所述天线电路之间进行阻抗匹配；以及控制电压施加电路，该控制电压施加电路将与所述输入输出端子上产生的电压相应的控制电压施加到所述可变电容元件上，在从所述输入输出端子输出信号的情况下，为了将所述天线电路的谐振频率设为与所述输出模式相对应的谐振频率，所述控制电压施加电路输出施加到所述可变电容元件的控制电压。
[0013]在输出模式下，可以通过增加匹配电路来改变天线电路的谐振频率，但根据上述结果，通过将天线电路的谐振频率设为与输出模式相对应的谐振频率，在输入模式和输出模式的任一种模式下都可以高效地进行通信。此外，施加到用于调整天线电路的谐振频率的可变电容元件上的控制电压是根据阻抗切换电路的输入输出端子上生成的电压而生成的。因此，无需设置用于施加控制电压的控制器，从而节省了形成电路所要耗费的时间和精力。
[0014]优选所述控制电压施加电路是对所述输入输出端子上产生的电压进行整流的整流电路。
[0015]根据这种结构，能够通过简单的电路来控制可变电容元件的电容值。
[0016]发明效果
[0017]根据本发明，无需安装控制可变电容元件的电容变化的控制器这样需要耗费的精力和成本，在输入模式和输出模式的任一种模式下，均能高效地进行通信。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是实施方式I所涉及的天线装置的电路图。
[0019]图2是可变电容元件的电路图。
[0020]图3是表示读写器模式和卡片模式下的磁场强度的频率特性的图。
[0021]图4是表示应用实施方式I所涉及的天线装置的无线通信装置的壳体内部的结构的图。
[0022]图5是实施方式2所涉及的天线装置的电路图。
[0023]图6是实施方式3所涉及的天线装置的电路图。
【具体实施方式】
[0024](实施方式I)
[0025]图1是实施方式I所涉及的天线装置的电路图。以下所要说明的天线装置I是NFC模块的一个示例，在卡片模式(本发明所涉及的输入模式)和读写器模式(本发明所涉及的输出模式)这两种模式下工作。卡片模式是指天线装置I以无源方式进行工作，从通信对象的读写器装置接收数据，并通过接受来自通信对象的电力来发送数据的模式。读写器模式是指天线装置I以有源方式进行工作，本身成为读写器装置，向通信对象发送数据，并从通信对象接收数据的模式。
[0026]天线装置I具有RFIClO。RFIClO是处理高频(RF)信号的集成电路。RFIClO具有发送端子即Txl、Tx2端子，TxU Τχ2端子经由匹配电路11与天线电路12相连接。RFIClO相当于本发明所涉及的阻抗切换电路，Txl、Tx2端子相当于本发明所涉及的输入输出端子。
[0027]天线电路12是具有线圈天线12Α、电容器C21及可变电容元件C22的谐振电路。可变电容元件C22是根据控制电压(偏置电压)来确定电容值的电容元件，将天线电路12的谐振频率设定为规定频率。天线线圈12Α与通信对象的天线进行电磁场耦合来进行用于近距离通信的收发。例如，在NFC通信中利用中心频率为13.56MHz的HF带的情况下，将天线电路12的谐振频率设定为13.56MHz。
[0028]另外，在能够利用可变电容元件C22和天线线圈12A来调整频率的情况下，天线电路12也可以不具有电容器C21。
[0029]图2是可变电容元件C22的电路图。可变电容元件C22具有输入输出RF信号的端口 PU、P12 ;施加控制电压的端口 13 ;以及连接至接地的端口 P14。此外，可变电容元件C22具有连接至端口 Pll - P12的电容元件C2a?C2f和电阻元件Rll?R19。
[0030]电容元件C2a?C2f是在相对的电极之间夹入强电介质膜而得到的强电介质电容器。强电介质膜的极化量会根据所施加的电场的强度而发生变化，从而观察到的介电常数会产生变化，因此利用控制电压可设定电容值。
[0031 ] 电阻元件Rl I?R19的电阻值相等。这些电阻元件Rl I?R19在向电容元件C2a?C2f施加控制电压的同时，抑制施加在端口 P11-P12之间的RF信号向端口 P13、P14泄漏。
[0032]匹配电路11具有分别连接至Txl、Tx2端子、且构成EMC滤波器的电感器L11、L12和电容器C11、C12。并且，匹配电路11还具有连接至EMC滤波器的、作为RFIClO和天线电路12的阻抗匹配用元件的电容器C13、C14。在天线装置I为读写器模式的情况下，匹配电路11的EMC滤波器去除从天线电路12发送的信号的高次谐波。在天线电路的谐振频率设定为13.56MHz的情况下，该EMC滤波器的截止频率例如设定为16MHz附近。
[0033]RFIClO的Txl端子与整流电路13相连接。该整流电路13相当于本发明所涉及的控制电压施加电路。整流电路13包括二极管D1、电容器C3和电阻R1。整流电路13对RFIClO的Txl端子上产生的电压进行整流，并作为控制电压施加到可变电容元件C22的端口 P13 上。
[0034]输出控制电压的整流电路13、以及施加该控制电压的可变电容元件C22在RFIClO为读写器模式的情况下，为了将天线电路12的谐振频率设为13.56MHz，构成为使可变电容元件C22的电容值变化。因此，无需另外设置用于施加控制电压来改变可变电容元件C22的电容值的控制器。此外，由于RFIClO具有控制电压的施加控制功能，因此也无需在RFIClO中安装控制程序。由此，能够在不耗费时间精力以及成本的情况下向可变电容元件C22施加控制电压，并使电容值发生变化。
[0035]此外，RFIClO具有接收端子即Rx端子，该Rx端子经由电阻R2和电容器C4的串联电路与天线电路12相连接。RFIClO根据输入至Rx端子的高电平/低电平的电压，来读取天线电路12所接收到的数据信息。
[0036]并且，RFIClO还具有输出直流偏置的Tb端子，该Tb端子与电容器C5和电阻R3相连接。由于Tb端子输出直流偏置，因此该直流偏置被叠加到输入至Rx端子的电压上，从而能够较为容易地进行读取从天线电路12接收到的数据信息的RFIClO中的信号处理。另外，通过将电阻R3与电容器C4相连接，利用电容器C4对直流偏置电压进行隔直，从而能够防止天线电路12侧受到直流偏置的影响。
[0037]在具有上述结构的天线装置I中，RFIClO在读写器模式和卡片模式下，通过使Txl — Tx2端子之间开路或短路，来进行切换Txl — Tx2端子间的内部阻抗的切换处理。具体而言，在天线装置I在读写器模式下工作时，RFIClO将Txl-Tx2端子之间设为短路，从各Txl、Τχ2端子输出高频功率。另一方面，在天线装置I在卡片模式下工作时，RFIClO将Txl-Tx2端子之间设为开路，换言之，在Τχ1-Τχ2端子之间连接负载，并进行负载调制。
[0038]图3是表示读写器模式和卡片模式下的磁场强度的频率特性的图。
[0039]图3中以点划线示出的特性表示卡片模式下的磁场强度的频率特性。如上所述，匹配电路11具有EMC滤波器。该EMC滤波器设定为去除16MHz的高次谐波。因此，在卡片模式下，天线装置I的谐振频率为天线电路12的谐振频率fl (13.56MHz)和EMC滤波器的截止频率f2 (16MHz)。
[0040]图3中以实线示出的特性表示读写器模式下的磁场强度的频率特性。此外，图3中以虚线示出的特性是假设没有设置整流电路13时的读写器模式下的磁场强度的频率特性。将匹配电路11的EMC滤波器设定为去除高次谐波。因此，在读写器模式下，该EMC滤波器会受到天线电路12的谐振频率fl的影响。其结果是，在读写器模式下，如图3的虚线所示，天线装置I的谐振频率为f0(14.7MHz)，偏离了在读写器模式下的以13.56MHz为中心的通信信号频带，因此通信特性下降。而在本发明中，通过设置整流电路13来改变可变电容元件C22的电容值，如图3的实线所示，将天线装置I的谐振频率调整(移动)至Π(13.56MHz)。
[0041]如上所述，在读写器模式和卡片模式下，均能使天线装置I的谐振频率成为天线电路12的谐振频率f I (13.56MHz)，因此能够高效地进行通信。此外，由于施加在用于调整谐振频率的可变电容元件C22上的控制电压是对RFIClO的Txl端子上产生的电压进行整流后得到的，因此无需设置用于施加控制电压的控制器。
[0042]另外，在本实施方式中，使读写器模式下的天线装置I的谐振频率与天线电路12的谐振频率fl (13.56MHz)相一致，但也不必完全一致，只要在不影响通信特性的范围内，使天线装置I的谐振频率接近于fl (13.56MHz)即可。
[0043]此外，在通信对象靠近卡片模式的天线装置I时，在从天线电路12通过电容器C13和电感器Lll的路径中，电压输入整流电路13，由此，可变电容元件C22的电容值有可能会发生变化。在这种情况下，虽然天线电路12的谐振频率会偏离13.56MHz，但由于天线装置I从通信对象接受到功率较大，因此仍有足够的用于读取数据的电力输入至RFIC10。
[0044]图4是表示应用本实施方式所涉及的天线装置I的无线通信装置的壳体内部的结构的图。图4是将无线通信装置100的上部壳体91和下部壳体92分离开来露出内部的状态下的俯视图。
[0045]上部筐体91的内部收纳有电路基板71、81、电池组83等。电路基本71上安装有RFIC10、匹配电路11、以及整流电路13。该电路基板71中搭载有UHF频带天线72、相机模块76等。此外，电路基板81中搭载有UHF频带天线82等。电路基板71与电路基板81通过同轴电缆84相连接。
[0046]在下部壳体92上形成有开口 92A，以使相机模块76的镜头从光学上来说处于露出的状态。并且，在下部壳体92上以包围开口 92A的方式设置有面状导体即天线线圈12A。该天线线圈12A与RFIClO等相连接。利用该天线线圈12A和RFIClO等构成本实施方式所涉及的天线装置I。
[0047](实施方式2)
[0048]图5是实施方式2所涉及的天线装置的电路图。在该示例中，天线装置2与实施方式I相同，包括RFIC10、匹配电路11以及天线电路12。此外，天线装置2具有整流电路15，该整流电路15包括二极管Dl、D2、电容器C3和电阻Rl。
[0049]该整流电路15对RFIClO的Txl端子和Tx2端子上分别产生的电压进行整流，并作为控制电压施加到可变电容元件C22上。可变电容元件C22具有与实施方式I相同的结构。即，整流电路15对从RFIClO输出的交流电压进行全波整流。由此，通过对可变电容元件C22施加使纹波减少后的控制电压，能够对可变电容元件C22的电容进行稳定的控制。
[0050](实施方式3)
[0051]图6是实施方式3所涉及的天线装置的电路图。在该示例中，天线装置3所具有的RFIClO的Tx端子经由匹配电路16与天线电路17相连接。
[0052]天线电路17是一端连接至接地的线圈天线12Α、电容器C21以及可变电容元件C22并联连接而成的谐振电路。关于各元件，由于与实施方式I相同，因此省略说明。
[0053]匹配电路16具有连接至Tx端子的、构成EMC滤波器的电感器Lll和电容器CU。并且，匹配电路16还具有连接至EMC滤波器的、作为RFIClO和天线电路17的阻抗匹配用元件的电容器C13。由此，同样能够适用于非平衡电路。
[0054]标号说明
[0055]I，2，3天线装置
[0056]10RFIC (阻抗切换电路)
[0057]11，16匹配电路
[0058]12，17天线电路
[0059]12Α天线线圈
[0060]13，15整流电路(电压施加电路)
[0061]71，81电路基板
[0062]76相机模块
[0063]82UHF频带天线
[0064]83电池组
[0065]84同轴电缆
[0066]91上部壳体
[0067]92下部壳体
[0068]92Α 开口
[0069]100无线通信装置
[0070]C3, C4, C5, Cll, C12, C13, C14, C21 电容器
[0071]C22可变电容元件
[0072]L11，L12 电感器
[0073]D1，D2 二极管
[0074]R1，R2，R3 电阻
【权利要求】
1.一种天线装置，其特征在于，包括: 阻抗切换电路，该阻抗切换电路具有输入输出信号的输入输出端子，在从所述输入输出端子输入信号的输入模式和从所述输入输出端子输出信号的输出模式下，对所述输入输出端子的内部阻抗进行切换； 天线电路，该天线电路连接至所述输入输出端子； 可变电容元件，该可变电容元件在施加有控制电压时其电容会发生变化，从而使所述天线电路的谐振频率发生变化； 匹配电路，该匹配电路连接在所述输入输出端子与所述天线电路之间，对所述输入输出端子与所述天线电路之间进行阻抗匹配；以及 控制电压施加电路，该控制电压施加电路将与所述输入输出端子上产生的电压相应的控制电压施加到所述可变电容元件上， 在从所述输入输出端子输出信号的情况下，为了将所述天线电路的谐振频率设为与所述输出模式相对应的谐振频率，所述控制电压施加电路输出施加到所述可变电容元件的控制电压。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于， 所述控制电压施加电路是对所述输入输出端子上产生的电压进行整流的整流电路。
3.一种通信装置，其特征在于， 所述通信装置具有权利要求1或2所述的天线装置。
【文档编号】H03J3/20GK104184435SQ201410216480
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】池本伸郎, 用水邦明, 手岛祐一郎, 中矶俊幸 申请人:株式会社村田制作所