专利名称：天线装置以及通信终端装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在经由电磁场信号与外部设备进行通信的RFID(RadiC) Frequency Identification，无线射频识别)系统等中使用的天线装置以及具备该天线装置的通信终
端装置。
背景技术：
在专利文献1中公开了在RFID系统中使用的便携式电子设备中所搭载的天线装置。专利文献1的天线装置70如图1㈧所示那样，具备使夹着线圈71的卷绕区域的中心部而相对置的2个位置的绕组间隔不同的非对称形状的线圈，在绕组间隔较大侧71a， 在与IC卡相对置的主面的相反侧配置磁性体72a，在绕组间隔较小侧71b，在与IC卡相对置的主面配置磁性体72b。如图I(B)所示，基于该天线装置70的磁场分布成为在环路线圈 71的绕组间隔以及线宽较宽侧71a被强调的非对称的分布。另外，如图I(C)所示，该天线装置70配置于通信终端装置90中的主体部91。先行技术文献专利文献专利文献1 专利第397518号公报发明的概要发明要解决的课题但是，在将具备专利文献1所示的天线装置的电子设备覆盖到读写器上时，存在因电子设备的天线装置和读写器的天线装置所成的角度而导致不能进行通信之虞。即，在 IC卡和通信终端装置为平行状态下进行通信的情况下，问题较少。但是，在不是和IC卡，而是和安装的读写器等进行通信的情况下，通信终端装置和读写器的位置(角度)不恒定，有通信性能恶化的情况。S卩，图I(B)所示的天线装置70中如图I(D)所示，由于配置于形成在金属框体97 的天线收纳凹部97a中，因此，虽然在与天线装置70的主面垂直的方向上(和读写器侧天线所成的角度为零度的方向)，能确保良好的通信状态，但在读写器侧天线和终端侧天线所成的角度较大且各天线间的距离变大的情况下，难于确保充分的通信。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供抑制依赖于相对于读写器等的读取面而成的角度的通信性能的恶化，能在宽角度范围内与读写器等进行通信的天线装置以及具备该天线装置的通信终端装置。为了解决上述课题，本发明的天线装置具备天线线圈以及所述天线线圈所接近的平面导体，其中所述天线线圈具备具有第1主面以及第2主面的板状的磁芯、和卷绕在该磁芯的线圈导体，所述天线线圈和所述平面导体隔开预定的间隔来配置，所述线圈导体
3中的接近于所述磁芯的第1主面的第1导体部分、和接近于所述磁芯的第2主面的第2导体部分位于在俯视透视所述磁芯的情况下不重合的位置，所述磁芯的第1主面和所述平面导体的面(延长面)面对面，所述天线线圈在俯视所述平面导体以及所述天线线圈的状态下，按照所述第1导体部分位于所述平面导体的端部的附近的方式来配置。所述间隔是所述天线线圈的主面和通信对方的天线的主面所构成的角度为例如 45°时在所述天线线圈所产生的磁通能通过的间隔。所述平面导体例如是形成于电路基板的接地电极，也可以在所述电路基板的接地电极非形成区域配置有所述天线线圈。所述平面导体例如是形成于电路基板的接地电极，与所述平面导体相对置地配置有所述天线线圈。另外，例如，所述磁芯是成型为片状的磁粉和树脂材料的混合体、或小片化为多个小片的烧结磁性体。另外，例如，所述磁芯的一端比其它部分形成地粗。本发明的通信终端装置在框体内具备上述任一项所记载的天线装置。发明的效果根据本发明，在所述天线装置相对于读写器的天线所构成的角度为0° 90°的范围内，对线圈导体进行链接的彼此相反方向的磁通不会相等，即不会出现磁通彼此抵消的情况，能在0° 90°的范围或以上的范围稳定地进行通信。另外，通过在电路基板的接地电极非形成区域来安装所述天线线圈，能容易地构成天线装置。另外，通过用被小片化的烧结磁性体来构成所述磁芯，能使天线线圈整体具有柔软性，能在高自由度下将所述磁芯嵌入到通信终端装置等的嵌入目标电子设备的框体内。另外，通过使接近于磁芯的第1导体部分的部分比其它部分粗，能降低磁阻，提高通信性能。
图1是用于说明专利文献1所示的天线装置的图。图2是表示第1实施方式的天线装置的构成的图，图2(A)是天线装置101的俯视图，图2(B)为其俯视图，图2(C)是天线线圈21的俯视图。图3是表示将天线装置收纳于框体内的通信终端装置201覆盖于读写器侧天线装置30的角度θ的立体图。图4是示意性地表示在使图3所示的角度θ变化时的通过天线线圈的磁通的样子的图。图5是表示通信终端装置相对于读写器的覆盖角度θ和最大通信距离的关系的图。图6(A)是表示第2实施方式的天线线圈中具备的磁芯1的俯视图，图6(B)是表示第2实施方式的天线线圈22的俯视图。图7(A)是表示第3实施方式的天线线圈中具备的磁芯1的俯视图，图7(B)是表示第3实施方式的天线线圈22的俯视图。
图8是表示对通信终端装置内的天线线圈的设置状态的图。图9是表示第4实施方式的天线装置的构成的图，图9 (A)是天线装置104的俯视图，图9(B)为其正面视图，图9(C)是通信终端装置204的概略剖面图。图10是表示第4实施方式的天线装置的通过天线线圈21的磁通的样子的图。图11是表示第4实施方式的天线装置的、从电路基板的接地电极到天线线圈为止的间隔和耦合系数的关系的图。
具体实施例方式(第1实施方式)图2是表示第1实施方式的天线装置的构成的图。该天线装置例如是收发 13. 56MHz这样的HF频带信号的天线装置。图2(A)是具备天线线圈21以及安装该天线线圈的矩形板状的电路基板20的天线装置101的俯视图。图2(B)是所述天线装置101的正面视图。图2(C)是天线线圈21 的俯视图。磁芯1是成形为矩形板形状的铁氧体的芯。如图2所示那样，在该磁芯1上卷绕线圈导体CW。具体地，在柔性基板10上形成矩形漩涡状的线圈导体CW，在该漩涡状的中心部设置矩形的开口，在该开口插入磁芯1。线圈导体CW具备接近于磁芯1的第1主面MSl的第1导体部分11、以及接近于磁芯1的第2主面MS2的第2导体部分12。通过所述磁芯1和线圈导体CW而构成天线线圈 21。电路基板20具备接地电极形成区域GA和接地电极非形成区域NGA。所述接地电极形成区域GA的接地电极是本发明所涉及的平面导体。天线线圈21以磁芯1的第1主面MSl和电路基板20面对面的状态被安装于电路基板20的接地电极非形成区域NGA。因此，磁芯1的第1主面MSl和接地电极形成区域GA 的面(接地电极形成区域GA的延长面)面对面。另外，在俯视观察天线线圈21以及接地电极形成区域GA的状态下，天线线圈21配置为比接地电极形成区域GA的端部更靠外方。另外，所述线圈导体中的第1导体部分11和第2导体部分12配置为在俯视透视磁芯1的情况下(从磁芯1的第1主面MSl或第2主面MSl的法线方向观察)不重合。在如图2(B)所示的状态下，天线装置101和读写器侧天线装置30平行配置(覆盖)，在该状态下，读写器的磁通和天线线圈21的线圈导体CW链接，两者磁耦合。另外，天线线圈21的线圈导体CW的两端连接于电路基板20上的预定的端子电极。关于该连接构造省略图示。图3是表示将在框体内收纳所述天线装置的通信终端装置201覆盖在读写器侧天线装置30的角度θ的立体图。由于图2所示的电路基板20沿着通信终端装置的框体而配置，因此在使通信终端装置201相对于读写器侧天线装置30平行配置的状态下，天线装置101相对于读写器侧天线装置30平行而配置。此时的角度θ为0°。图4是示意性地表示使图3所示的角度θ变化时的通过天线线圈的磁通的样子的图。在θ = 0°时，读写器的磁通在相对于磁芯1大致垂直的方向上通过线圈导体CW的形成区域的中心部。在θ = 45°时，读写器的磁通在相对于磁芯1大致45°的方向上通过线圈导体 CW的形成区域的中心部。此时，如图I(B)所示的相对于线圈导体CW而反方向通过的磁通
非常小。在θ = 90°时，读写器的磁通在磁芯1的面方向上通过线圈导体CW的形成区域的中心部。此时，通过线圈导体CW的磁通的方向相同。因此，不管使将通信终端装置201覆盖读写器侧天线装置30的角度θ为什么样的值，也不会产生在两个方向上通过磁芯的磁通彼此间互相抵消磁通的状况。图5是表示通信终端装置相对于读写器的覆盖角度θ和最大通信距离的关系的图。在图5中，折线E是第1实施方式的天线装置的特性，折线P是图1所示的现有构造的天线装置的特性。在现有构造的天线装置中，在角度θ为30° 45°附近，最大通信距离变得极端短，但根据本发明的天线装置，可知在角度θ遍及0° 90° (90°以上)的全部范围，能较大地保持最大通信距离。(第2实施方式)图6(A)是第2实施方式的天线线圈中所具备的磁芯1的俯视图，图6(B)是第2实施方式的天线线圈22的俯视图。与图2(C)所示的天线线圈21不同的是，磁芯1的一端形成得比其它的部分要粗。通过使用这样的形状的磁芯1，通过磁芯1的磁通变强，能加强与通信对方的天线的磁场耦合，可通信最长距离越长，则通信性能就越提高。在图6(B)中，使磁芯1的粗的部分接近于第1导体部分11而构成天线线圈22，但也可以使磁芯1的粗的部分接近于第2导体部分12来形成天线线圈。磁芯1的变粗的部分(宽幅的部分)并不限定于是接近于第1 导体部分11的部分还是接近于第2导体部分12的部分。如此，通过使磁芯1的一端比其它部分要粗，能提高聚磁效果。因此，即使在倾斜方向上配置读写器侧天线，也能获得高的通信性能。另外，通过使成为接地导体的端部侧的磁芯的端部变粗，能使接地导体的端部附近的磁阻变低，提高聚磁效果。另外，在图6所示的天线线圈22中，磁芯1的一个端部的整体形成得较宽(粗)， 但该部分也可以是越到外侧越宽的梯形。另外，也可以是从磁芯1的中央到两端部，宽度都变宽的蝶形。(第3实施方式)图7(A)是第3实施方式的天线线圈中所具备的磁芯1的俯视图，图7(B)是第3实施方式的天线线圈23的俯视图。该天线线圈23具备矩形板形状的磁芯1和形成有线圈导体的柔性基板10。和图6(B)所示的天线线圈22不同的是磁芯 1的构造。图7(A)所示的磁芯1将铁氧体粉等的磁粉和树脂材料的混合体成型为片状，进而将使其小片化为多片后的小片进行烧结从而作成烧结磁性体，在多个小片的两面层压 (laminate)薄膜而形成。图7中的用虚线划分的部分表示烧结磁性体的小片。通过这样的构成，磁芯1整体具有柔软性。另外，在图7(B)中，使磁芯1的粗的部分接近于第1导体部分11来构成天线线圈 22，但如第2实施方式所述那样，磁芯1的变粗的部分(宽度变宽的部分)并不限定于接近于第1导体部分11的部分、或接近于第2导体部分12的部分。如此，通过使磁芯1的一端比其它部分要粗，能提高在电路基板的远离接地电极形成区域GA的位置的聚磁效果，提高了通信性能。图8是表示对通信终端装置内的天线线圈的设置状态的图。在该例子中，天线线圈23贴在通信终端装置的框体200的内表面。由于天线线圈23具有柔软性，因此框体内并不限于单一平面，能沿着框体的内表面来设置。因此，能容易地组装入各种形状的框体内。 另外，通过将天线线圈23贴在框体200的内表面，能分离出从电路基板的接地电极直到天线线圈23为止的距离，增加了磁通的通过区域，因此，能确保更加良好的通信状态。(第4实施方式)图9是表示第4实施方式的通信终端装置204以及其所具备的天线装置104的构成的图。图9(A)是天线装置104的俯视图，图9(B)是其正面视图。另外，图9(C)是通信终端装置204的概略剖面图。如图9(A)所示，电路基板20以环氧树脂等热硬化性树脂为基材，在其内层设置作为平面导体的接地电极形成区域GA。另外，虽未图示，但在电路基板20的表面和背面除了连接于天线线圈21的供电电路之外，还搭载了用于构成通信终端装置的各种各样的电子部件。另外，天线线圈21在俯视接地电极形成区域GA的接地电极以及天线线圈21的状态下，配置为第1导体部分11位于接地电极的端部的附近。线圈导体CW和接地电极形成区域GA的接地电极隔开间隔G而配置。通过如此使用在内层形成有接地电极形成区域GA 的电路基板20，能获得线圈导体CW和接地电极的间隔G，即使在将通信终端装置201覆盖读写器侧天线装置30的角度θ较小的情况下，也能提高通信特性。另外，天线线圈21配置为线圈导体CW中第1导体部分11成为比起第2导体部分 12更接近于接地电极形成区域GA的位置。进而，天线线圈21配置为线圈导体CW的第1导体部分11位于框体200的长边方向的端部E的附近。该框体200的长边方向的端部是在使通信终端装置向成为纵长的方向来把持的状态下成为上端部的部分。在该通信终端装置204中，后面所示的图9(C)中示出的角度θ遍及宽的范围，具有良好的指向性。因此，在将框体200的长边方向的端部(所述上端部)Ε朝向读写器等的通信对方来与通信对方进行无线通信时，能在宽的角度范围与通信对方进行通信。图10是示意性地表示使图9(C)所示的角度θ变化时的通过天线线圈21的磁通的样子的图。在θ = 45°时，磁通如图10(A)、10(Β)中的虚线的箭头线所示那样通过。即， 磁通Φ s从磁芯1的第2主面MS2进入到磁芯1，朝向接地电极形成区域GA的侧方而穿过。 如此，在θ =45°时，磁通通过线圈导体的卷绕中心部。在θ = 90°时，与图4所示的90°的例子相同，磁通从磁芯1的外侧的端部进入到磁芯1，穿过内侧的端部。如此，在θ =90°时，磁通也通过线圈导体的卷绕中心部。图11是求取从电路基板的接地电极到天线线圈为止的间隔和耦合系数的关系的结果。纵轴是如图9(C)所示的读写器侧天线和天线装置104的耦合系数。读写器侧天线和天线装置104的间隔与θ无关而为恒定。
如图11所示，在θ =90°下，耦合系数不受从电路基板的接地电极到天线线圈为止的间隔的影响，但在θ =0°、θ = 45°下，从接地电极到天线线圈为止的间隔越大， 则耦合系数也越大。在θ = 0°下，该倾向变得明显。若从接地电极到天线线圈为止的间隔为约2mm以上，则θ =45°时的耦合系数达到θ =90°时的耦合系数，因此，在θ = 45° 90°的范围内使用的情况下，优选从接地电极到天线线圈为止的间隔为2mm以上。 另外，若从接地电极到天线线圈为止的间隔为约7. 5mm以上，则θ =0°时的耦合系数达到 θ =90°时的耦合系数，因此在θ =0° 90°的范围使用的情况下，优选从接地电极到天线线圈为止的间隔为7. 5mm以上。(其它的实施方式)另外，在以上所示的各实施方式中，以平面导体的例子来表示基板的接地电极，但也能将配置于液晶显示面板的背面的屏蔽板、形成于框体的内表面的导体膜或导体箔、进而将电池包视作平面导体来构成天线装置。另外，平面导体并不限于矩形形状的导体，也可以是各种形状的平面形状。另外，平面导体并不限于单层，也可以为多层。进而，平面导体只要其主要部分为平面状即可，其它的部分也可以是弯曲部分。符号的说明
CW线圈导体
GA接地电极形成区域
MSl磁芯的第1主面
MS2磁芯的第2主面
NGA接地电极非形成区域
1磁芯
10柔性基板
11第1导体部分
12第2导体部分
20电路基板
21、22、23天线线圈
30读写器侧天线装置
101,104天线装置
200框体
201、204通信终端装置
权利要求
1.一种天线装置，具备天线线圈以及所述天线线圈所接近的平面导体， 其中所述天线线圈具备具有第1主面以及第2主面的板状的磁芯；和卷绕在该磁芯的线圈导体，所述天线线圈与所述平面导体隔开预定的间隔来配置，所述线圈导体中的接近于所述磁芯的第1主面的第1导体部分、和接近于所述磁芯的第2主面的第2导体部分位于在俯视透视所述磁芯的情况下不重合的位置， 所述磁芯的第1主面与所述平面导体的面面对面，所述天线线圈在俯视所述平面导体以及所述天线线圈的状态下，按照所述第1导体部分位于所述平面导体的端部的附近的方式来配置。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述间隔是所述天线线圈的主面和通信对方的天线的主面所构成的角度为45°时在所述天线线圈所产生的磁通能通过的间隔。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中， 所述平面导体是形成于电路基板的接地电极，在所述电路基板的接地电极非形成区域配置有所述天线线圈。
4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中， 所述平面导体是形成于电路基板的接地电极， 与所述平面导体对置地配置有所述天线线圈。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的天线装置，其中，所述磁芯是成型为片状的磁粉和树脂材料的混合体、或小片化为多个小片的烧结磁性体。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的天线装置，其中， 所述磁芯的一端比其它部分粗。
7.一种通信终端装置，在框体中具备权利要求1 6中任一项所述的天线装置。
全文摘要
在柔性基板(10)形成有矩形漩涡状的线圈导体(CW)。在线圈导体(CW)的形成区域的中心部设有矩形的开口，在该开口插入磁芯(1)。线圈导体(CW)具备接近于磁芯(1)的第1主面(MS1)的第1导体部分(11)、以及接近于磁芯(1)的第2主面(MS2)的第2导体部分(12)。通过所述磁芯(1)和线圈导体(CW)构成天线线圈(21)。电路基板(20)具备接地电极形成区域(GA)和接地电极非形成区域(NGA)。天线线圈(21)以磁芯(1)的第1主面(MS1)和电路基板(20)面对面的状态而被安装于电路基板(20)的接地电极非形成区域(NGA)。
文档编号G06K19/07GK102414915SQ20108001898
公开日2012年4月11日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年9月25日
发明者久保浩行, 伊藤宏充, 用水邦明 申请人:株式会社村田制作所