专利名称：用于无触点通信装置的天线基板和无触点通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置有4皮此绝纟彖并隔离的两个线圏的用于无 触点通信(non-contact communication,也称非接触通信)装置的天 线基板。
背景技术：
在感应器耦合型的短程无线通信中，通过使两个天线线圈彼此 靠近以在这些两个天线线圏之间建立》兹耦合来执行无触点通信。然 而，当在这些天线线圏中的任一个的背面上排列金属物时，由于这 两个天线线圈彼此更加靠近，所以金属物变得更加靠近另一个天线 线圈。因此，由于在金属物的表面上产生了涡电流，所以会逐渐降 寸氐另一个天线线圏的有效天线电感。不管这两个天线线圏是否4皮此 靠近，都会使通信特性明显劣化，或者无触点通信装置可能无法通 信。因此，通常已釆取在金属物与天线线圈的背面之间设置厚磁片 以减少金属物中所产生的涡电流的措施(例如，参见日本未审查专 利申请乂>开2006-285709 )。发明内容然而，磁片通常很昂贵，从而引起设备的成本增加。另夕卜，厚 磁片的插入导致设备总厚度的增加。需要体重一种能够在不使用任何》兹片的情况下通过抑制由于 天线间的距离带来的天线特性波动以能够在紧密排列天线线圏之 间进行稳定的无触点通信的用于无触点通信装置的天线基板和无 触点通信装置。根据本发明的 一个实施例，存在包括支撑基板和天线线圏的用 于无触点通信装置的天线基板。天线线圈被设置在支撑基板上或内 部并且具有第 一开口和开口面积比第 一开口小的的4it助线圈。丰甫助 线圈与天线线圈绝缘并隔离，并且经排列以便当从与支撑基板的表 面垂直的方向》见察时，第二开口与第一开口的一部分相乂于。根据本发明的另 一个实施例，提供了 一种包括天线基板和驱动 电路的无触点通信装置。天线基板包括支撑基板和天线线圈。天线 线圈祐 没置在支撑基^反上或内部并且具有第一开口和开口面积比 第一开口小的辅助线圏。辅助线圈与天线线圏绝缘并且隔离，并且经排列以便当从与支撑基板的表面垂直的方向观察时，第二开口与 第一开口的一部分相对。驱动电路向天线线圏施加预定信号。在才艮据本发明实施例的用于无触点通信装置的天线基板和无 触点通信装置中，具有开口面积比天线线圏的开口小的开口的辅助 线圏与天线线圏绝缘并隔离，并且经排列以便当从与支撑基板的表 面垂直的方向 见察时，第二开口与第一开口的一部分相对。因此， 当将预定信号施加给天线线圈时，能够减少乂人天线线圈产生的流到 辅助线圈的第二开口中的》兹场的总量。这样能够减少天线线圈与辅 助线圏之间的》兹津禺合，乂人而可以4卬制天线线圏与第三线圏之间的可通信3巨离的缩短。通过适当调整天线线圈的i皆振频率和辅助线圏的 谐振频率，例如，当在支撑基板的背面上排列金属物并将天线线圈 紧密排列在支撑基板的表面上，同时将电信号和传输信号施加给天 线线圏时，通过增加由于辅助线圏的影响带来的第三天线线圏的有 效自感，可以抵消由于金属物的影响带来的第三天线线圏的有效自感的;咸少量。因此，在根据本发明实施例的用于无触点通信装置的天线基板 和无触点通信装置中，具有开口面积比天线线圏的开口小的开口的 辅助线圏与天线线圏绝》彖并隔离，并且经排列以<更当乂人与支撑基玲反 的表面垂直的方向》见察时，第二开口与第一开口的一部分相^f。因 此，通过适当调整天线线圏和辅助线圈的各个谐振频率，可以在不 使用任何^t片的情况下抑制由于天线之间的距离带来的天线特性 的波动。因此，可以执行和紧密排列的天线线圏的稳定的无触点通 信。本发明的以上发明内容并非用于描述本发明的每个所示的实 施例或每一实施方式。以下附图和实施方式将更具体地示出这些实施例。
图i是示出了根据本发明实施例的无触点通信装置的表面配置的平面图；图2A和图2B是示出了图1的无触点通信装置的横截面配置 的示图；图3是用于阐述当向图1中的天线线圏提供电源和传输信号时 产生的磁场的概念图解；图4是图1中的无触点通信装置和相对卡的透—见图；图5A和图5B分别是图1中的无触点通信装置和相对卡的电 路图及其等效电路图；图6是才艮据实施例的无触点通信装置相对于天线间距离的有效 自感的特征图；图7是实施例中的无触点通信装置和相对卡相对于天线间的3巨 离的有效自感的特^正图；以及图8是实施例中的相对卡相对于天线间的距离的有效自感的特征图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施例。现将描述根据本发明实施例的无触点通信装置1。图1示出了 本实施例的无触点通信装置1的上表面配置。图2A示出了从附加 箭头的方向观察到的沿图1中的线A-A得到的无触点通信装置1的 才黄截面配置。图2B示出了/人附加箭头的方向7见察到的沿图1中的 线B-B到的的无触点通信装置1的横截面配置。无触点通信装置1包括形成在天线基板IO(用于无触点通信装 置的天线基板)上的集成电路(IC)芯片20和天线基板10上的电 容元件30。其实例包括与卡型天线设备一起使用的读出器/写入器。天线基板10包括在支撑基板11上或在支撑基板11内部的天 线线圏12和辅助线圈13。尽管图1示出了其中在支撑基板ll的一 个表面上排列天线线圈12并且在支撑基板11的另一个表面上排列辅助线圏13的实例，但是这两个线圈可以彼此绝缘并隔离并排列 在支撑基板的同一个表面上。支撑基板ll由聚酯、玻璃纸、PET、聚酰亚胺等构成的柔软薄 膜、玻璃环氧树脂等构成的电子基板、或诸如纸的绝缘材料形成。 支撑基板11支撑天线线圏12和辅助线圏13，并且且天线线圏12 和專甫助线圏13 4皮此物理上隔离并电绝纟彖。例如，天线线圈12是通过将诸如铜或铝的金属材料制成的线 巻绕预定l欠目的圈形成的平面线圈。在经巻绕的线内形成开口 12A。 将构成天线线圈12的线的两端连4妄到IC芯片20, 乂人这两端将电源 和传输信号提供给天线线圈12。例如，辅助线圈13是具有约10 nH~100 iaH的感应器，更特 定地，通过将诸如铜或铝的金属材料制成的线巻绕预定数目的圏形 成的平面线圏。在经巻绕的线内形成开口 13A。与天线12无关i也 提供辅助线圈13,且辅助线圈13与天线线圏12绝*彖并隔离。将构成辅助线圈13的线的两端连4妻到电容元件30。辅助线圏 13和电容元件30构成谐振器。将电容元件30无需始终连接至辅助 线圏13。可以使用构成辅助线圏13的线所产生的寄生电容来替代 电容元件30。辅助线圈13的巻绕方向可以与天线线圏12的巻绕方 向一至丈或才目反。辅助线圈13经排列以便当从与支撑基板11的表面垂直的方向 》见察时，开口 13A与开口 12A的一部分相对。4尤选地，开口 12A 与开口 13A;f皮此相对的区域(相对区域14)的面积与开口 13A的 开口面积的比大体上为50%。如jt匕的原因如下。即，如图3所示， 例如，在开口 12A与天线线圏12的外部之间，当将电源和传输信 号才是供给天线线圈12时，/人天线线圈12产生的载波(交变石兹场)处于相反方向。在交变》兹场中，通过开口 12A的交变》兹场和通过天 线线圏12外部的交变^F兹场与通过辅助线圈13的开口 13A的交变》兹 场的量大体上相同。在减少天线线圏12与辅助线圈13之间的i兹耦 合方面，这是最有效的配置。因此，^是供辅助线圈13抑制了天线 线圏12与稍后所述的天线线圏112之间的可通信iE巨离的减小。如图4中的简化形式所示，无触点通信装置1与卡型天线设备 (相对卡100)通常成对使用。无触点通信装置1经排列为与通过 在支撑基板100中4是供天线线圏112和IC芯片113形成的相对卡 100的天线线圈112相隔预定距离D。由通过/人无触点通信装置1 的天线线圏12产生的电^兹波(交变》兹场)的电》兹感应来向相对卡 100提供电源，并在载波上叠加经调制的数据信号以执行数据的读 出/写入。在图4中，为了简单，省略了天线线圏12、辅助线圈13 和天线线圈112的具体配置。例如，在无触点通信装置1与相对卡100之间的数据传输/接收 期间所用的通信频率为13.56 MHz，且此通信频率中的磁场强度需 要足够高以允许在与无触点通信装置l相隔预定距离D的位置处进 行通信。因此，相对卡100侧的谐才展频率优选地等于或约等于通该 信频率。将无触点通信装置l侧的谐振频率(特定地，天线线圏12 的谐振频率)预先设定为等于或约等于通信频率。然而，相对卡100侧的谐振频率由于外部环境的影响而容易变 化。在本实施例中，布支定将金属物配置为紧密4妻触天线线圏12的 背面(例如，在;^文置构成天线线圈12的背面上的读出器/写入器的 外壳的金属的情况下)，采取措施以降低由于金属物带来的影响。通常，在不具有辅助线圏的已知类型的非触点通信装置中，当 将金属物配置为紧密接触非触点通信装置的天线线圏的背面时，由 于使天线线圏12与天线线圏112彼此靠近，从而使金属物靠近天线线圏112。因此，在金属物的影响下，降低了通信频率中天线线 圏112的有效自感，且天线线圈112的谐振被转移到高频侧。因此， 在已知类型的无触点通信装置中，不管天线线圏12和天线线圈112 是否位于彼此靠近，都可能会使通信特性显著劣化，或者无触点通 信装置可能不能通信。另一方面，在本实施例中，通过在无触点通信装置1中设置辅 助线圏13，当在支撑基板IO的背面上设置金属物并将天线线圈112 排列为靠近支撑基4反10的表面同时向天线线圏112施加电源和传 输信号时，通过增加由辅助线圏13的影响带来的天线线圏112的 有效自感来抵消由金属物3的影响带来的天线线圏112的有效自感 的;咸少量。以下是通过4吏用辅助线圏13通过增加由于辅助线圈13的影响 带来的天线线圏112的有效自感来>|氐消由于金属物的影响带来的天 线线圈112的有效自感的减少量的具体措施。图5A示出了辅助线圏13、电容元件30和天线线圈112的电 路。图5B示出了图5A的电路的等效电路。在图5A和5B中，L！ 是天线线圏112的自感，L2是辅助线圏13的自感，以及C2是电容 元件30的电容。当4吏用辅助线圈13的寄生电容来替代电容元件30时，L2是寄生电容的自感。从图5B看出，当从天线线圏112侧观察时，辅助线圏13、电 容元件30和天线线圈112的有效电阻Z可以由以下等式(1 )来表 达<formula>formula see original document page 11</formula>从等式(1)可以看出，通过设置辅助线圏13和电容元件30 带来的天线线圈112的有效电感的增加量ALa对应于等式(1 )的右 侧的第一项，如以下等式(2)所示<formula>formula see original document page 11</formula>在此情况下，增加量AU的幅度至少为正较好；然而，优选地， 该幅度等于或大体上等于由于金属物的影响带来的天线线圏112的 有岁文电感的减少量ALp，如以下等式(3)所示The method for making the wound dressing according to claim 33, comprising applying heat treatment to the operable outer faces of both fibre batts, such that both said operable outer faces and, accordingly, outer faces of the laminate pad having said substantially smooth surfaces.3)假设f。为由辅助线圈13和电容元件30构成的谐振器的谐振频 率，则fo可由以下等式(4)表达随后，通过修改等式(4)， C2L2可以由以下等式(5)表达:通过将等式(5 )代入等式(3 )中的C2L2,增加量ALa可以由 以下等式(6)表达<formula>formula see original document page 12</formula>其中，f是天线线圏12的谐振频率(通信频率)。等式(6)示出了当谐振频率fo小于谐振频率f时增加量AU 变为负，从而未能抵消减少量ALp,而当谐振频率f0大于谐振频率f 时，增加量ALa变为正。因此，通过适当调整增加量ALa,可以通过 减少了量ALa来抵消减少量ALp。因此，在本实施例的无触点通信装置中，辅助线圈13与天线 线圏12绝》彖并隔离，且具有开口面积比天线线圈12的开口 12A小 的开口 13A的辅助线圏13经排列，以便当从与支撑基板11的表面 垂直的方向》见察时，开口 13A与第一开口 12A的一部分相》于。因 此，当将预定信号施加给天线线圏12时，能够减少从天线线圈12 产生流到辅助线圏13的开口 13A中的^F兹场的总量。这能够减少天 线线圏12与辅助线圈13之间的》兹耦合，从而抑制了天线线圏12 与天线线圏112之间的可通信距离的减小。在本实施例中，尤其是当相对区域14的面积(相对面积)与 开口 13A的开口面积的比大体上为50%时，在天线线圈12与辅助 线圈13之间几乎没有或没有出现J兹井禺合，/人而消除了天线线圈12 与天线线圏112之间的可通信距离变短的可能性。另外，在本实施例中，由辅助线圈13和电容元件30构成的谐 振器的谐振频率经配置为大于天线线圏12的谐振频率。因此，例 如，当在支撑基板10的背面上布置金属物并将天线线圏112排列为靠近支撑基才反io的前面同时向天线线圈112施加电源和传^r信号时，能够通过由于辅助线圈13的影响带来的天线线圏112的有 效自感的增加量AU来抵消由于金属物的影响带来的天线线圏112 的有岁丈自感的减少量ALp。因此，本发明能够在不4吏用任何》兹片的情况下在具有紧密排列 的天线线圏112之间进4亍无触点通信。可选地，如果4吏用》兹片，那 么可以将磁片的厚度减少为小于常规磁片的厚度。实例以下将描述上述实施例的无触点ii/f言装置1的实例。在该实例中，爿寻天线线圏12的电感i殳为约1.2 pH。爿寻相乂于卡 100的天线线圏112的电感i殳为约1.2 iaH。因此，将天线线圏12和 天线线圏112的谐振频率(通信频率)设为约13.56 MHz。将辅助 线圏13的电感i殳为约1.6 pH，并将电容元件30的电容设为82pF。 因此，将由辅助线圏13和电容元件30构成的谐振器的i皆振频率i殳 为约14 MHz (>13.56MHz)。相对区域14的面积(相对面积)与 开口 13A的开口面积、的比大体上为50%。图6示出了当改变天线之间的距离D时无触点通信装置1的电 感。图7示出了当改变天线之间的距离D时天线线圏12与天线线 圏112之间的耦合系数。图8示出了当改变天线之间的距离D时天 线线圏112的有凌支电感。从图6可以看出，不管是否存在辅助线圏13,即使在改变天线 之间的距离D时无触点通信装置1的电感都几乎保持不变。从图7 可以看出，在i殳置辅助线圏13与不i殳置辅助线圏13之间，天线线 圈12与天线线圏112之间的耦合系凄t几乎没有或没有改变。因此，设置辅助线圏13既不会导致耦合特性劣化，也不会减小天线线圏 12与天线线圏112之间的可通信距离。从图8可以看出，在天线之间的距离D不大于30 mm的近似 区域中，设置线圏13显著增加了天线线圈112的有效电感，此电 感与当天线之间的3巨离D大于30 mm时天线线圈112的有-丈电感 没有明显区别。即，i殳置辅助线圏13消除了在天线之间的3巨离D 不大于30 mm的近似区域中通信特性明显劣化以及通信设备无法 正常工作的可能性。尽管本文已示出并描述了本发明的某些实施例，但是应理解， 在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进4亍各种{奮改和变 化。
权利要求
1.一种用于无触点通信装置的天线基板，所述天线基板包括支撑基板；以及天线线圈，设置在所述支撑基板上或内部，具有第一开口和辅助线圈，所述辅助线圈具有开口面积比所述第一开口小的第二开口，其中，所述辅助线圈与所述天线线圈绝缘并隔离，并且经排列使得当从与所述支撑基板的表面垂直的方向观察时，所述第二开口与所述第一开口的一部分相对。
2. 根据权利要求1所述的用于无触点通信装置的天线基板，其 中，所述辅助线圈具有比所述天线线圈的谐振频率大的谐振频 率。
3. 根据权利要求1所述的用于无触点通信装置的天线基板，其 中当将预定信号施加给所述天线线圈，同时在所述支撑基 板的一个表面上排列金属物而在所述支撑基板的另一个表面 上紧密排列第三天线线圏时，所述辅助线圏具有通过增加由所 述辅助线圏的影响带来的所述第三天线线圏的有效自感来抵 消由所述金属物的影响带来的所述第三天线线圏的所述有效 自感的减少量的电感和电容。
4. 根据权利要求1所述的用于无触点通信装置的天线基板，其 中，所述第 一开口和所述第二开口之间的相对面积与所述第二 开口的开口面积的比大体上为50%。
5. 根据权利要求1所述的用于无触点通信装置的天线基板，其 中，所述辅助线圈电连4妄至电容元件，并且所述辅助线圈和所 述电容元件构成谐振电路。
6. —种无触点通信装置，包^fe:天线基^反；以及 马区动电3各，其中，所述天线基板包括 支撑基板；和天线线圏，设置在所述支撑基板上或内部，具有第 一开口和丰乾助线圈，所述專翁助线圈具有开口面积比所述 第一开口小的第二开口，其中，所述辅助线圏与所述天线线圏绝多彖并隔离， 并且经排列使得当从与所述支撑基板的表面垂直的方向 7见察时，所述第二开口与所述第一开口的一部分相乂于， 以及其中，所述驱动电路向所述天线线圏施加预定J言号。
全文摘要
本发明提供了一种用于无触点通信装置的天线基板和无触点通信装置，其中，用于无触点通信装置的天线基板包括支撑基板和设置在支撑基板上或内部的天线线圈。天线线圈具有第一开口和辅助线圈。辅助线圈具有开口面积比第一开口小的第二开口。辅助线圈与天线线圈绝缘并隔离，且经排列以便当从与支撑基板的表面垂直的方向观察时，第二开口与第一开口的一部分相对。
文档编号H04B5/00GK101404354SQ200810161458
公开日2009年4月8日 申请日期2008年9月27日 优先权日2007年10月3日
发明者森康平, 沟吕木上 申请人:索尼株式会社