天线装置以及通信终端装置的制作方法

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：
本发明涉及天线装置以及通信终端装置，尤其涉及用于HF带的通信系统的天线装置以及通信终端装置。
背景技术：
已知使读写器与RFID标签以非接触方式通信，在读写器与RFID标签之间传递信息的RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)系统。读写器以及RFID标签分别包括用于收发无线信号的天线装置，如果是例如将13. 56MHz带用作通信频率的HF带RFID系统，则RFID标签的天线装置与读写器的天线装置主要经由感应磁场进行耦合，收发指定 信息。近年来，有时在移动电话等通信终端装置中导入RFID系统，将该通信终端装置用作读写器或RFID标签。作为使通信终端装置具有RFID功能的技术，例如已知如专利文献I中记载的那样，在通信终端装置中内置天线模块的技术。此处，天线模块是在平面状的基板上形成平面状的线圈天线而得到的模块。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开2004-364199号公报

发明内容
发明要解决的问题在将HF带用作通信频率的系统中，天线装置之间的通信距离依赖于穿过线圈天线的磁通。即，为了在天线装置之间确保某种程度的通信距离，需要增大线圈天线的尺寸，但是线圈天线的大型化会妨碍通信终端装置的小型化。本发明鉴于上述实际情况而作，其目的在于提供确保指定通信距离并且占用空间小的天线装置，进而提供小型的通信终端装置。用于解决问题的手段本发明的天线装置的特征在于包括线圈天线，具有绕着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体；以及平面导体(增益天线)，具有沿着所述卷绕轴的面，边缘部与所述线圈导体的线圈开口部相邻(邻接)配置。另外，本发明的通信终端装置的特征在于包括天线装置和连接于所述天线装置的通信电路，其中所述天线装置具有线圈天线，具有绕着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体；以及平面导体(增益天线)，具有沿着所述卷绕轴的面，边缘部与所述线圈导体的线圈开口部相邻(邻接)配置。发明的效果本发明的天线装置由线圈天线和平面导体构成，因此能够实现确保指定通信距离并且占用空间小的天线装置，进而能够实现小型的通信终端装置。


图I (A)是第一实施方式的天线装置201的立体图，图I⑶是其俯视图。图2是第一实施方式的天线装置所使用的线圈天线的立体图。图3是表示使用第一实施方式的天线装置的通信终端装置、以及该通信终端装置的使用状态的内部透视立体图。图4是表示线圈天线的线圈导体的卷绕轴方向与平面导体11的关系的图。图5(A)是表示流过线圈LI L4的电流与流过平面导体11的电流的关系的图，图5(B)是表示磁通对线圈天线100A、100B、100C、以及100D的磁链状态的图。·图6是表示第二实施方式的天线装置202的各线圈天线之间的连接关系以及对供电电路的连接关系的图。图7(A)是第三实施方式的天线装置203的立体图，图7(B)是其俯视图。图8 (A)是第四实施方式的天线装置204的立体图，图8 (B)是其俯视图。图8 (C)是表示将天线装置204组装入通信终端装置后的状态的俯视图。图9(A)是第五实施方式的天线装置205的立体图。图9 (B)是表示将该天线装置205组装入通信终端装置后的状态的正视图。图10(A)是第六实施方式的天线装置206的立体图，图10(B)是其分解立体图。图11 (A)是第七实施方式的天线装置207的俯视图，图11 (B)是表示线圈天线的线圈导体的卷绕轴方向与平面导体11的关系的图。图12(A)、图12(B)是第八实施方式的天线装置208A、208B的俯视图。图13(A)、图13(B)是第八实施方式的天线装置209A、209B的俯视图。图14(A)是第十实施方式的天线装置210的立体图，图10⑶是其俯视图，图10(c)是其正视图。图15(A)是表示流过天线装置210的线圈天线100的线圈导体的电流、流过平面导体11的电流、由线圈天线100产生的磁场、以及由平面导体11产生的磁场的各自的方向的立体图。图15(B)是表示流过平面导体11的电流和产生的磁通的关系的图。图16(A)是具备天线装置210的通信终端装置310的剖视图，图16⑶是从其下面观察的透视图。图17(A)是第十一实施方式的天线装置211的俯视图，图17(B)是其正视图。图18是第十二实施方式的天线装置212的分解立体图。图19(A)是第十三实施方式的天线装置213的立体图，图19⑶是其剖视图。图20 (A)是天线装置213的分解立体图，图20 (B)是其剖视图，示出电流与磁通的情况。图21 (A)是第十四实施方式的天线装置所具备的线圈天线114的分解立体图，图21(B)是第十四实施方式的天线装置214的剖视图。图22是第十五实施方式的通信终端装置315的内部透视立体图。图23(A)是第十六实施方式的天线装置216的立体图，图23(B)是包括该天线装置216的通信终端装置316的内部透视立体图。图24是第十七实施方式的天线装置217的立体图。
图25(A)是天线装置217包括的增益天线130的分解立体图，图25(B)是其等价电路图。图25(C)是天线装置217的等价电路图。图26(A)是天线装置217的俯视图，图26(B)是包括天线装置217的通信终端装置的剖视图。图27(A)是第十八实施方式的天线装置218的俯视图，图27(B)是包括天线装置218的通信终端装置的剖视图。图28是包括第十九实施方式的天线装置219的通信终端装置的除去了上部框体后的状态的俯视图。图29 (A)是天线装置220的俯视图，图29 (B)是天线装置220的剖视图。
具体实施例方式下文所示的各实施方式的天线装置以及通信终端装置用于NFC(Near FieldCommunication,近场通信)等的HF带RFID系统。(第一实施方式)图I (A)是第一实施方式的天线装置201的立体图，图I⑶是其俯视图。如图I(A)及图I⑶所示，该天线装置201具有四个线圈天线(coilantenna) 100A、100B、100C、以及 IOOD0 如后所示，各线圈天线 100A、100B、100C、以及100D具有在磁性体芯的周围卷绕有各线圈导体的结构。此外，该天线装置201包括平面导体11，该平面导体11具有相对于各线圈导体的卷绕轴方向平行的面。平面导体11形成于基材10，在该基材上安装线圈天线100AU00B、100C、以及100D。线圈天线100A、100B、100C、以及100D配置为线圈导体的线圈开口部与平面导体11的边缘部相邻(邻接)。平面导体由铜、银、铝等金属箔构成，设置在由挠性树脂构成的基材之上。另外，如图I(A)及图I(B)所示，线圈天线100A、100B、100C、以及100D配置为从平面导体11的法线方向观察，各线圈导体的至少一部分与平面导体11的端部重合。图2是上述线圈天线100A的立体图。其他线圈天线100B、100C、以及100D也具有相同结构，因而此处作为代表示出线圈天线100A。如图2所示，线圈天线100A具有在铁氧体等磁性体芯20的周围卷绕有银或铜等线圈导体21的结构。如图2所示，线圈导体21以在与长方体状的磁性体芯20的短边方向平行的方向上具有卷绕轴的方式，缠绕于磁性体芯20的周面。S卩，线圈导体21在磁性体芯20的长边方向(X轴方向)上卷绕，线圈导体21在短边方向(Y轴方向)上具有卷绕轴以及线圈开口部。即，线圈导体21在长边侧具有线圈开口部。线圈天线100A构成为所谓的表面安装型线圈天线(芯片型线圈天线)，在线圈天线的背面，设置有分别连接于线圈导体21的一端以及另一端的两个安装用端子电极(省略图示)。即，该线圈天线100A构成为能够在印刷布线板等各种基板上进行表面安装。如图I所示，线圈天线100A、100B、100C、以及100D分别配置为其一个端面侧的线
圈开口部朝向平面导体侧，并且各线圈导体的卷绕轴在平面导体11的形成区域上交叉。各线圈天线分别设置在形成为矩形状的平面导体11的各边上，线圈天线100A、100B、100C、以及IOOD配置为包围平面导体11。此外，在该平面导体的表面上设置有绝缘膜(省略图示)，平面导体11与线圈天线100A、100B、100C、以及100D的各线圈导体不直接连接。该天线装置201在移动电话等通信终端装置301中例如以图3所示的方式进行配置。即，该通信终端装置301中，在终端框体320中内置主基板111和作为副基板的基材10，天线装置201在基材10的表面构成。该天线装置201与电池组112 —起配置在终端框体320的背面BS侧。主基板111是由环氧树脂等硬质树脂基板构成的大型的印刷布线板，搭载有构成显不装置的驱动电路、电池的控制电路等的电路兀件。作为副基板的基材10由聚酰亚胺或液晶聚合物等挠性树脂基板构成，除了天线装置201以外，构成通信电路(RF电路)等的电路元件也搭载在基材10上。通过将该通信终端装置301以图3所示的方式靠近通信对方侧的线圈天线400，天线装置201与通信对方侧的线圈天线400主要通过感应磁场耦合，收发指定的信息。
图4是表示上述线圈天线的线圈导体的卷绕轴方向与平面导体11的关系的图。此处用线圈LI L4表示上述线圈天线的线圈导体。如图4所示，本实施方式的天线装置201中，线圈LI L4串联连接后连接于供电电路FC。并且，供电电路FC与线圈LI的连接布线W1、线圈LI L4之间的连接布线W2 W4、以及线圈L4与供电电路FC的连接布线W5配置于由连接这些线圈天线的中心位置的虚拟直线形成的区域的外侧时，能够确保平面导体11中的可利用区域较为宽阔，因此较为理想。基于这一点，这些连接布线Wl W5配置于平面导体11的外侧更为理想。供电电路FC例如是包括通信电路、标签信息的RFIC(高频集成电路)。图5 (A)是表示流过所述线圈LI L4的电流与流过平面导体11的电流的关系的图，图5(B)是表示磁通对线圈天线100A、100B、100C、以及100D的磁链状态的图。在本实施方式的天线装置201中，如图5(A)所示，平面导体11接收来自通信对方侧的天线装置的磁场后，平面导体11中产生涡电流(感应电流)。如图中箭头(虚线)所示在平面导体11的端缘部附近也流过该涡电流。并且，通过由该电流产生的磁场，各线圈LI L4中邻接于平面导体11的边缘部的部分中，流过与平面导体11的端缘部流过的电流相反方向的电流，其结果是，在布线Wl W5中也流过图中箭头(点划线)所示的电流。另外，来自通信对方侧的天线装置的磁场中，在平面导体11中产生涡电流的成分以外的磁通(图中用实线表示)如图5(B)所示，穿过配置于平面导体11的边缘部的线圈天线100A、100B、100C、以及100D的线圈。S卩，进入图5(A)所示的线圈LI L4的磁通在各线圈导体中感应出感应电流，其结果是，电流如图5(A)的图中箭头(点划线)所示流动。此外，在从供电电路FC供应电流的情况下，产生与该现象相反的现象。这样，平面导体11作为增益天线发挥作用。这样，根据本实施方式，不使用大型的线圈天线，使用多个线圈天线尤其是多个表面安装型线圈天线，并利用平面导体与线圈天线的磁场耦合，能够实现与大型线圈天线具有几乎同等或其以上的电气特性的天线装置，同时能够减小线圈天线所占的空间。其结果是，能够实现通信终端装置的小型化。此外，示出了各线圈天线配置为其线圈导体的卷绕轴方向相对于平面导体的面平行的例子，但无须严格平行。平面导体的面沿着线圈导体的卷绕轴即可。换言之，以线圈导体的卷绕轴沿着平面导体的方式配置线圈天线即可。例如，线圈导体的卷绕轴方向相对于平面导体11的法线方向在-45° +45°的范围内时，在本发明中可以认为是“沿着”的状态。这一点对于以后所不的其他实施方式也是同样的。另外，各线圈天线的线圈导体21与平面导体11的端部接近即可，但如上所述，若配置为在从平面导体11的法线方向观察时线圈导体21的至少一部分与平面导体11的端部重合，则流过平面导体11的端部的电流容易对线圈导体21进行感应，因此是较为理想的。另外，出于同样的目的，线圈导体21中与平面导体21的端部最接近的部分在相对于平面导体11的端部平行的方向上延伸是较为理想的。另外，若配置为磁性体芯20的至少一部分与平面导体11的端部重合，则线圈导体21中磁性体芯20的底面侧的导体部分与平面导体11耦合，而磁性体芯20的上表面侧的导体部分难以与平面导体11耦合，因此能够防止产生相互抵消的电流，是较为理想的。另外，若各线圈天线配置为线圈导体21的卷绕轴彼此平行(同轴)，则磁通的卷绕 轴方向的成分被抵消，得到指向平面导体11的法线方向的天线装置的指向性，因此是较为理想的。另外，若各线圈天线配置为各线圈天线中的各线圈导体21的各卷绕轴在平面导体11的形成区域上交叉，则能够使射向该交叉点的磁通充分通过各线圈天线，因此是较为理想的。另外，线圈天线中的磁性体芯20为长方体状，若线圈导体21在与磁性体芯20的短边平行的方向上具有卷绕轴而进行卷绕，即在磁性体芯20的长边侧具有线圈开口部而进行卷绕，则无须增大用于设置线圈天线的空间，流过平面导体11的电流就容易地导入线圈导体21，并且射向与平面导体11平行的方向的磁通容易地穿过线圈天线，因此是较为理
相的
心、U J o此外，线圈导体21若配置为从平面导体11的法线方向观察时，具有与平面导体11的端部重合的第一部分和与平面导体11不重合的第二部分，则即使产生配置线圈天线时的位置偏差，频率特性也不易发生变动，并且流过平面导体11的涡电流在平面导体11的边缘部附近较大，因而能够增大平面导体11与线圈导体21的耦合度(磁耦合)，其结果是能够实现损失小的天线装置，因此是较为理想的。(第二实施方式)图6是表示第二实施方式的天线装置202的各线圈天线之间的连接关系以及对供电电路的连接关系的图。此处用线圈LI L4表示线圈天线的线圈导体。各线圈天线的结构与第一实施方式所不的结构相同。如图6所示，在本实施方式的天线装置202中，线圈LI L4分别连接于供电电路FC。即，各线圈天线的线圈导体相对于供电电路FC相互并联连接。更具体而言，供电电路FC的第一输入输出端经由布线Wl连接于线圈LI的一端，线圈LI的另一端经由布线W2连接于供电电路FC的第二输入输出端。同样，供电电路FC的第一输入输出端经由布线W3连接于线圈L2的一端，线圈L2的另一端经由布线W4连接于供电电路FC的第二输入输出端。另外，供电电路FC的第一输入输出端经由布线W5连接于线圈L3的一端，线圈L3的另一端经由布线W6连接于供电电路FC的第二输入输出端。此外，供电电路FC的第一输入输出端经由布线W7连接于线圈L4的一端，线圈L4的另一端经由布线W8连接于供电电路FC的第二输入输出端。若以此方式将各线圈天线相互并联连接，则即使在线圈的电感值有偏差、或者某个线圈天线中产生故障的情况下，也能够由其他线圈天线弥补这一问题。此外，在本实施方式中，连接各线圈天线与供电电路FC的布线Wl W8也分布于由连接各线圈天线(线圈LI、线圈L2、线圈L3、以及线圈L4)的中心的虚拟直线形成的区域的外侧。进而分布于平面导体11的外侧。通过以此方式分布连接布线Wl W8，能够确保平面导体11中可用作天线装置的区域较为宽阔。另外，如本实施方式所示，各线圈天线(线圈LI L4)也可以配置为从平面导体11的法线方向观察时，各线圈天线整个纳入平面导体11的区域以内。由于各线圈天线的各芯为磁性体芯，所以即使采用这种配置，也不易产生相互抵消的电流。其他结构以及作用、效果与第一实施方式的天线装置相同。
(第三实施方式)图7(A)是第三实施方式的天线装置203的立体图，图7 (B)是其俯视图。如图7(A)及图7(B)所示，本实施方式的天线装置203在长方形平面导体11的两个长边中的一个长边的附近配置第一线圈天线100A，在两个短边附近分别配置第二线圈天线100B和第三线圈天线100C。这样，在平面导体11的长边方向上以线圈开口部相向的方式配置多个线圈天线，由此能够将磁通高效地导入线圈天线。另外，如图7(A)、图7(B)所示，多个线圈天线100A、100B、以及100C关于平面导体11的中心不对称地配置，由此能够使天线装置203具有指向性。因此，例如可以确定多个线圈天线相对于平面导体11的配置，从而在将该天线装置203组装入通信终端装置的框体的状态下，指向方向倾向于框体的长边方向。此外，各线圈天线可以串联连接，也可以并联连接。(第四实施方式)图8 (A)是第四实施方式的天线装置204的立体图，图8 (B)是其俯视图。图8 (C)是表示将天线装置204组装入通信终端装置后的状态的俯视图，图8(D)是其正视图。如图8(A)及图8(B)所示，本实施方式的天线装置204在矩形平面导体11的四个边中的一个边设置第一线圈天线100A，在对边设置第二线圈天线100B、第三线圈天线100C、以及第四线圈天线100D。这样，多个线圈天线100A、100B、100C、以及100D关于平面导体11的中心不对称地配置，由此能够使天线装置204具有指向性。在本实施方式中，能够增大设置有第二线圈天线100B、第三线圈天线100C、以及第四线圈天线100D的边的方向上的通信距离。如图8 (C)、图8 (D)所示，该天线装置204配置于通信终端装置的终端框体320的前端部。即，天线装置204不对称地构成，从而在上述方向上具有指向性，以配置有第二线圈天线100B、第三线圈天线100C、以及第四线圈天线100D的一侧为终端框体320的前端部侧的方式，将天线装置204配置于基材10 (印刷基板)，由此得到具有图示的指向性的通信终端装置。此外，各线圈天线可以串联连接，也可以并联连接。(第五实施方式)图9(A)是第五实施方式的天线装置205的立体图。图9 (B)是表示将该天线装置205组装入通信终端装置后的状态的正视图。
如图9(A)所示，本实施方式的天线装置205中，在第一平面导体区域IlA中配置第一线圈天线100A、第二线圈天线100B、以及第三线圈天线100C，在第二平面导体区域IlB中配置第四线圈天线100D。第一平面导体区域IlA和第二平面导体区域IlB分别形成于以指定角度9相交的平面上。在此情况下，在第一平面导体区域IlA的法线方向与第二平面导体区域IlB的法线方向的中间方向上具有指向性，能够增大该方向上的通信距离。如图9(B)所示，该通信装置205配置于通信终端装置的终端框体320的前端FE侦U。即，天线装置205不对称地构成，从而在该方向上具有指向性，以配置于终端框体320的背面BS侧并且第二平面导体区域IIB位于前端FE侧的方式配置天线装置205，由此得到具有图示的指向性的通信终端装置。此外，各线圈天线可以串联连接，也可以并联连接。另外，为了防止流过平面导体区域IlAUlB的电流的损失变大，第一平面导体区域IlA与第二平面导体区域IlB所成的角度9大于90°且小于135°是较为理想的。(第六实施方式)·图10(A)是第六实施方式的天线装置206的立体图，图10(B)是其分解立体图。如该图所示，本实施方式的天线装置206由芯片型线圈天线106和平面导体11构成。线圈天线106和平面导体11经由焊料等导电性接合材料直接连接。该线圈天线106以层叠磁性体层20a、20c、20b得到的层叠型磁性体芯为基体，由形成于磁性体层20a的表面的导体图案21a、形成于磁性体层20a、20c、20b的侧面的导体图案21c、以及形成于磁性体层20b的表面的导体图案21b构成线圈导体。在磁性体层20b的背面即线圈天线106的安装面上，分别设置用于连接到输入输出端子12a、12b的输入输出端子连接用电极22a、22b、以及用于连接到平面导体11的耦合用电极24。线圈导体的一端连接于输入输出端子连接用电极22a，线圈导体的另一端连接于输入输出端子连接用电极22b。输入输出端子连接用电极22a、22b经由焊料等导电性接合材料连接/固定于输入输出端子12a、12b。耦合用电极24经由焊料等导电性接合材料连接/固定于作为平面导体11的一部分的图中虚线所示的连接区域CA。此外，输入输出端子12a、12b连接于供电电路的输入输出端或其他线圈天线。在该天线装置206中，由于平面导体11与耦合用电极24为同电位，所以流过平面导体11的涡电流(感应电流)经由导电性接合材料也导入耦合用电极24。并且，与流过耦合用电极24的电流相反方向的电流流过设置于磁性体层20b的表面的导体图案21b，其结果是，线圈导体中流过电流。尤其是，根据本实施方式，耦合用电极24与线圈导体夹持着磁性体层相向，因此由流过耦合用电极24的电流产生的磁场被封闭于磁性体层，并高效地导入线圈导体。即，能够提高耦合用电极24与线圈导体的磁场耦合度，实现损失少的天线装置。(第七实施方式)图11 (A)是第七实施方式的天线装置207的俯视图，图11 (B)是表示线圈天线的线圈导体的卷绕轴方向与平面导体11的关系的图。此处用线圈LI、L2表示上述线圈天线的线圈导体。本发明中，线圈天线的数量并不限定为三个以上。如图Il(A)所示，也可以设置两个线圈天线100A、100B。通过将这两个线圈天线100A、IOOB关于平面导体11的中心不对称地进行配置，能够使天线装置207具有指向性。在此情况下，如图Il(B)所示，这两个线圈天线的线圈导体(线圈L1、L2)可以串联连接，也可以并联连接。线圈天线的数量越多，线圈导体越容易拾取由平面导体11产生的涡电流，但相应地会带来天线装置的大型化。可以考虑对天线装置要求的电气特性与尺寸的平衡来决定线圈天线的数量。(第八实施方式)图12(A)、图12⑶是第八实施方式的天线装置 208A、208B的俯视图。本发明中，平面导体11的形状并不限定于矩形。例如，如图12(A)所示，平面导体11可以为圆形。另夕卜，如图12⑶所示，平面导体11可以为六边形。在图12(A)、图12⑶中，线圈天线100A、100B、100C、以及100D可以适用与前面所示的线圈天线相同结构的线圈天线。·
(第九实施方式)图13(A)、图13(B)是第八实施方式的天线装置209A、209B的俯视图。本发明中，平面导体11并不限定于连续的平板状。例如，如图13(A)所示，可以在平面导体11的中央部设置开口部A，或者如图13(B)所示，也可以在线圈天线100A 100D的线圈开口部的附近设置缝隙部SL。利用这种结构，磁通穿过开口部A或缝隙部SL，因而不仅能够进行向一个主面侧的通信，还能够进行向另一主面侧的通信。另外，总磁通也变大，因而可通信距离也变大。(第十实施方式)图14(A)是第十实施方式的天线装置210的立体图，图10⑶是其俯视图，图10(c)是其正视图。该天线装置210的基材10是印刷布线板。在该基材10上形成平面导体11。线圈天线100由磁性体芯20和卷绕于该磁性体芯20的线圈导体21构成。线圈天线100配置为线圈导体的线圈开口部与平面导体11的边缘部相邻(邻接)。此处，用d2表示从磁性体芯20的内侧端面到平面导体11的边缘的距离，用dl表示从线圈导体的卷绕区域的内侧端部到平面导体11的边缘的距离，则0<d2是较为理想的。若dl较小，或者d2较大，则线圈导体21与平面导体11的耦合度变高，即感应电流增大，其结果是起到来自平面导体11的磁通变大的效果。图15(A)是表示流过上述天线装置210的线圈天线100的线圈导体的电流、流过平面导体11的电流、由线圈天线100产生的磁场、以及由平面导体11产生的磁场的各自的方向的立体图。另外，图15(B)是表示流过平面导体11的电流和由此产生的磁通的关系的图。流过线圈导体21的电流a在平面导体11中感应出电流b。其结果是，在线圈天线100中产生箭头A方向的磁场，在平面导体11中产生箭头B方向的磁场。在磁通从通信对方侧的线圈天线进入的情况下，产生与该现象相反的现象。即，平面导体11作为增益天线发挥作用，能够产生比仅由线圈天线100产生的磁场更大的磁场。在该例中，如图15(B)所示，0度方向和45度方向上的指向性较强。上述现象可以认为是从平面导体11的法线方向观察时，流过线圈导体21的电流与环绕于平面导体11的边缘的电流的方向为相同方向，因此能够产生如此大的磁场。
图16(A)是具备上述天线装置210的通信终端装置310的剖视图，图16(B)是其平面透视图。如图15(A)所示，由线圈天线100产生的磁通和由平面导体11产生的磁通进行合成，天线装置210的指向性朝向图16(A)所示的箭头方向。即，通过将天线装置210中的线圈天线100配置于终端框体320的端部侧，天线装置210在通信终端装置310的终端框体320的背面BS方向到前端FE方向的斜向上取得高增益。因此，通过握住该通信终端装置310的手侧部HP，将前端部的下表面的侧角靠近通信对方，能够进行高增益的通信。(第—^一实施方式)图17(A)是第十一实施方式的天线装置211的俯视图，图17(B)是其正视图。该天线装置211在作为印刷布线板的基材10的内部形成两个平面导体11A、11B。线圈天线100由磁性体芯20和卷绕于该磁性体芯20的线圈导体21构成。线圈导体21的两端不连接于平面导体11A、11B，在直流上处于绝缘状态。线圈导体21具有图17(C)的电路结构。以线圈天线100的线圈导体21的两个线圈开口部与平面导体IlAUlB的边缘部分别相邻(邻接)的方式，配置线圈天线100以及平面导体11A、11B。根据该图17所示的结构，沿着两个平面导体IlAUlB的边缘流动的电流以相同的方向进行环绕。因此，各平面导体中的磁场相互加强，可通信距离进一步变大。(第十二实施方式)图18是第十二实施方式的天线装置212的分解立体图。构成由层叠了基材层10a、10b、以及IOc的层叠基板形成的基材。在基材层IOa上形成导体图案21a，在基材层IOc上形成导体图案21c。在基材层10a、10b、以及IOc上形成通孔(via)导体21v,由导体图案21a、21c、以及通孔导体21v构成多折回的一个线圈导体。在基材层IOc的下表面上形成连接该线圈导体的两端的输入输出端子连接用电极22a、22b。在基材层IOa上形成平面导体11。该平面导体11形成为其边缘部与线圈导体的线圈开口部相邻(邻接)。由此，构成线圈天线与平面导体在层叠基板上一体化的天线装置。(第十三实施方式)图19(A)是第十三实施方式的天线装置213的立体图，图19(B)是其剖视图。另夕卜，图20(A)是天线装置213的分解立体图，图20(B)是其剖视图，示出电流与磁通的情况。该天线装置213由芯片型线圈天线113和平面导体11构成。线圈天线113和平面导体11经由焊料等导电性接合材料直接连接。该线圈天线113以层叠磁性体层20a、20c、20b得到的层叠型磁性体芯为基体，由形成于磁性体层20a的表面的导体图案21a、形成于磁性体层20a、20c、20b的侧面的导体图案21c、以及形成于磁性体层20b的表面的导体图案21b构成线圈导体。在磁性体层20b的背面即线圈天线113的安装面上，分别设置用于连接到输入输出端子12a、12b的输入输出端子连接用电极22a、22b、以及带状的耦合用电极23。线圈导体的一端经由通孔导体连接于输入输出端子连接用电极22a，线圈导体的另一端经由通孔导体连接于输入输出端子连接用电极22b。输入输出端子连接用电极22a、22b经由焊料等导电性接合材料连接/固定于输入输出端子12a、12b。耦合用电极23经由焊料等导电性接合材料连接/固定于作为平面导体11的一部分的图中虚线所示的连接区域CA。
输入输出端子12a、12b连接于供电电路的输入输出端或其他线圈天线。在该天线装置213中，由于平面导体11与耦合用电极23为同电位，所以流过平面导体11的涡电流(感应电流)经由导电性接合材料也导入耦合用电极23。并且，与流过耦合用电极23的电流相反方向的电流流过设置于磁性体层20b的表面的导体图案21b，其结果是，线圈导体中流过电流。尤其是，根据本实施方式，耦合用电极23与线圈导体夹持着磁性体层相向，因此由流过耦合用电极23的电流产生的磁场被封闭于磁性体层，并高效地导入线圈导体。即，能够提高耦合用电极23与线圈导体的磁场耦合度，实现损失少的天线装置。(第十四实施方式)图21 (A)是第十四实施方式的天线装置所具备的线圈天线114的分解立体图，图 21(B)是第十四实施方式的天线装置214的剖视图。该天线装置214由芯片型线圈天线114和平面导体11构成。线圈天线114和平面导体11经由焊料等导电性接合材料直接连接。该线圈天线114以层叠磁性体层20a、20c、20b、20d得到的层叠型磁性体芯为基体，由形成于磁性体层20a的表面的导体图案21a、形成于磁性体层20a、20c、20b的侧面的导体图案21c、以及形成于磁性体层20b的表面的导体图案21b构成线圈导体。在磁性体层20d的上表面形成耦合用电极23。在磁性体层20d的背面即线圈天线114的安装面上，分别设置用于经由通孔导体导通至线圈导体的两端的输入输出端子连接用电极22a、22b、以及经由通孔导体导通至耦合用电极23的两端的耦合用电极连接用电极 23a、23b。输入输出端子连接用电极22a、22b经由焊料等导电性接合材料连接/固定于基材10上的输入输出端子。耦合用电极连接用电极23a、23b经由焊料等导电性接合材料连接/固定于作为平面导体11的一部分的连接区域。在线圈天线114的下表面上形成底胶25。在该天线装置214中，流过平面导体11的涡电流(感应电流)经由导电性接合材料也导入耦合用电极23。并且，与流过耦合用电极23的电流相反方向的电流流过设置于磁性体层20b的表面的导体图案21b，其结果是，线圈导体中流过电流。尤其是，根据本实施方式，耦合用电极23与线圈导体夹持着磁性体层相向，因此由流过耦合用电极23的电流产生的磁场被封闭于磁性体层，并高效地导入线圈导体。即，能够提高耦合用电极23与线圈导体的磁场耦合度，实现损失少的天线装置。(第十五实施方式)图22是第十五实施方式的通信终端装置315的内部透视立体图。该通信终端装置315的终端框体320中内置有主基板111和作为副基板的基材10。在基材10上构成天线装置215。天线装置215包括平面导体11和两个线圈天线113AU13B。这两个线圈天线113AU13B是在第十三实施方式中图19、图20所示的天线。在图22的例子中，配置在平面导体11的两个边缘部。该天线装置215与电池组112 —起配置在终端框体320的背面BS侧。天线装置215的两个线圈天线113AU13B相向配置，因而由线圈天线113AU13B产生的磁通在平面导体11的面方向(水平方向)上的成分被抵消。因此，天线装置215的指向性为朝向平面导体11的法线方向的特性。通过如图22所示将该通信终端装置315靠近通信对方侧的线圈天线400，天线装置215与通信对方侧的线圈天线400主要通过感应磁场耦合，收发指定的信息。(第十六实施方式)图23(A)是第十六实施方式的天线装置216的立体图，图23(B)是包括该天线装置216的通信终端装置316的内部透视立体图。该通信终端装置316的终端框体320中内置有主基板111和作为副基板的基材10。在基材10上构成天线装置216。天线装置216包括平面导体11和一个线圈天线114。该线圈天线114是在第十四实施方式中图21所示的天线。该天线装置216与电池组112 —起配置在终端框体320的背面BS侧。 天线装置216配置于终端框体320的与前端FE相比位于内部侧的平面导体11的边缘部，因而通过由线圈天线114产生的磁通和由平面导体11产生的磁通的合成，天线装置216的指向性朝向图中所示的箭头方向。即，天线装置216在通信终端装置316的终端框体320的背面BS方向到前端FE方向的斜向上取得高增益。因此，通过握住该通信终端装置316的手侧部，将前端部的下表面的侧角靠近通信对方侧的线圈通信400，能够进行高增益的通信。(第十七实施方式)图24是第十七实施方式的天线装置217的立体图。第十七实施方式的天线装置217包括与线圈天线100耦合的增益天线(增益线圈)130。在主基板(印刷布线板)111的内部形成平面导体11。线圈天线100以一个端面侧的线圈开口部朝向平面导体11侧的关系配置于主基板111的上表面。线圈天线100的结构与第一实施方式中图2等所示的天线相同。增益天线130如后所示与线圈天线100以及通信对方侧的线圈天线耦合，作为增益天线发挥作用。供电电路连接于线圈天线100，该供电电路经由线圈天线100、增益天线130、以及通信对方侧的线圈天线通信。图25(A)是天线装置217包括的增益天线130的分解立体图，图25(B)是其等价电路图。图25(C)是天线装置217的等价电路图。如图25(A)所示，增益天线130由基材片30、第一线圈导体31、以及第二线圈导体32构成。线圈导体31和线圈导体32以矩形的螺旋状进行图案化。线圈导体31的卷绕方向与线圈导体32的卷绕方向相反(从一个方向透视时为同向)，两者进行电磁耦合。在图25(B)中，电感L31是用记号表示由线圈导体31产生的电感而得到的，电感L32是用记号表示由线圈导体32产生的电感而得到的。电容Cl、C2是用集总参数的记号表示在线圈导体31、32之间产生的电容而得到的。这样，增益天线130的两个线圈导体31、32以流过各线圈导体31、32的感应电流在相同方向上流动的方式卷绕并配置，通过电容进行耦合。该增益天线具有各线圈导体自身的电感和由各线圈导体的电容耦合产生的电容，利用这些电感以及电容构成共振电路。该共振电路的共振频率实质上相当于通信中使用的载波频率是较为理想的。据此，能够扩大通信距离。在图25(C)中，电感L21是用记号表示由线圈天线100的线圈导体产生的电感而得到的，电容CIC是用记号表示RFIC(高频集成电路)的寄生电容等与线圈天线100的线圈导体连接的电容而得到的。电感L21与电感L31、L32进行电磁耦合。电感L21与电容CIC进行LC共振。由此，RFIC与由增益天线130形成的上述LC电路以阻抗匹配状态进行耦合。图26(A)是天线装置217的俯视图，图26(B)是包括天线装置217的通信终端装置的剖视图。
线圈天线100作为表面安装部件搭载于终端框体320内的主基板(印刷布线板)111，增益天线130经由粘合剂层40贴在框体320的内壁上。线圈天线100作为供电线圈发挥作用，线圈天线100与增益天线130经由磁场进行耦合。更严格而言，由平面导体11产生的磁通(图15(A)中所示的箭头B方向上产生的磁通)与增益天线130的线圈导体31、32进行磁链，因此增益天线130与平面导体11也进行磁场耦合。即，线圈天线100、平面导体11、增益天线130这三者经由磁场进行耦合，其结果是，损失的磁场成分少，能够实现损失小的天线装置。此外，较为理想的是，增益天线130的线圈导体31、32的导体图案的延长方向与线圈天线100的线圈导体21的延长方向平行，并且，线圈天线100的线圈导体21配置为在俯视时与增益天线130的线圈导体31、32重合。即，较为理想的是，配置为增益天线130的线圈导体31、32的卷绕轴与线圈天线100的卷绕轴大致正交。据此，如图26(B)中虚线所示，线圈天线100的线圈导体21与增益天线130的线圈导体31、32中磁通进行磁链。另外，增益天线130的线圈导体31、32的一部分与线圈天线100的线圈导体21并排设置，据此也通过电场进行耦合。即，线圈天线100与增益天线130也直接进行电磁耦合。较为理想的是，如上所述，天线装置(通信终端装置)还包括增益天线130。通过将增益天线130配置在与通信对方侧天线靠近的一侧，能够进一步扩大天线装置的可通信最大距离。若通信信号为HF带，则线圈天线100与增益天线130主要经由磁场耦合，因此无须使用触针(contact pin)或挠性电缆等结构性的连接手段。此外，增益天线的线圈导体并不限定于螺旋状，也可以是环状。(第十八实施方式)图27(A)是第十八实施方式的天线装置218的俯视图，图27(B)是包括天线装置218的通信终端装置的剖视图。在该天线装置218中，增益天线130配置为其线圈开口位于平面导体11的端部的外侧。其他结构与第十七实施方式中所示的结构相同。即使在这种位置关系下，由平面导体11产生的磁通(图15(A)中所示的箭头B方向上产生的磁通)与增益天线130的线圈导体31、32也进行磁链。另外，线圈天线100与增益天线130的直接耦合与第十七实施方式的天线装置217相同。(第十九实施方式)图28是包括第十九实施方式的天线装置219的通信终端装置的除去了上部框体后的状态的俯视图。在该例中，平面导体11是在主基板111上形成的接地导体。线圈天线100的结构与第一实施方式所示的结构相同，增益天线130的结构与第十七实施方式所示的结构相同。平面导体11在平面上占有框体320内的较大比例。线圈天线100配置为线圈天线100的线圈开口沿着平面导体的长边。这样，在平面导体11的形状为具有长边和短边的矩形的情况下，以线圈开口与长边的一部分相对的方式配置线圈天线100是较为理想的。SP，在以磁通在平面导体11的中央部输入输出的状态进行通信的情况下，磁场(磁通)容易流入相对于平面导体11中央的距离较短的长边侧。因此，通过以线圈天线100的线圈开口与平面导体11的长边侧相对的方式配置线圈天线100，能够进行更为稳定的通信。(第二十实施方式)图29(A)是天线装置220的俯视图，图29(B)是天线装置220的剖视图。天线装置220包括四个线圈天线100A、100B、100C、以及100D。这四个线圈天线100A、100B、100C、以及100D作为表面安装部件搭载于终端框体内的主基板(印刷布线板)111。增益天线130例如贴在框体内壁上。增益天线130的结构如第十七实施方式所示。线圈天线100A、100B、100C、以及100D分别设置于形成为矩形的平面导体11的各边，线圈天线100A、100B、100C、以及100D以包围平面导体11的方式配置。线圈天线100A、 100BU00C、以及100D的线圈导体在电动势累加的方向上串联连接，并连接于一个供电电路。穿过线圈天线100A、100B、100C、以及100D和平面导体11的磁通的路径与图5(B)所示的路径相同。另外，线圈天线100A、100B、100C、以及100D的线圈导体的连接关系与图5 (A)所示的相同。这样，通过包括多个线圈天线，能够容易地确保所需的电感。另外，通过将多个线圈天线100A、100B、100C、以及100D配置于平面导体11的周围，多个线圈天线与增益天线130的耦合变强，增益天线130的效率提高，实现低损失化。另外，如第一实施方式所示，还能够收到包括单一平面导体和多个线圈天线而产生的效果。(其他实施方式)以上针对具体的实施例说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施例。例如，可以在平面导体的表面上搭载半导体元件或芯片电容器等线圈天线以外的元件。平面导体可以是布线基板上的接地电极，也可以是电池组的封装金属。即，平面导体并不限定于专用的平面导体，也可以将其他金属体的一部分(或全部)用作天线装置中的平面导体。另外，线圈天线的磁性体芯可以是铁氧体陶瓷等陶瓷体，也可以是将铁氧体粉末分散于树脂中而得到的含铁氧体粉末树脂层。另外，线圈天线是在磁性体芯的表面卷绕线圈导体而得到的天线，但也可以进一步在其上设置绝缘层，从而保护线圈导体或保护磁性体芯等。线圈导体可以在磁性体芯上缠绕金属线而得到，但若磁性体芯为铁氧体陶瓷，则线圈导体可以是与该铁氧体陶瓷同时进行煅烧的银等金属烧结体。另外，在磁性体芯的周围卷绕线圈导体而成的线圈天线中，线圈导体无须在磁性体芯的最表面形成，线圈导体的一部分或全部可以位于磁性体芯的内侧。另外，天线装置在终端框体中的配置位置可以配置于终端框体的表面侧(设置显示部或输入操作部的面侧)，也可以设置于电池组的上侧。另外，关于线圈天线的配置位置，相对于平面导体位于通信对方侧是较为理想的，但线圈天线的配置面也可以相对于平面导体位于通信对方的相反侧。尤其是，在线圈导体的一部分与平面导体重合，另一部分不重合的情况下，在平面导体的厚度足够薄的情况下，即使线圈天线相对于平面导体配置于通信对方的相反侧，也完全能够在该天线装置与通信对方的天线装置之间进行通信。另外，该天线装置在通信终端装置的框体内不仅可以作为副基板配置，也可以配置于主基板。或者，也可以组装到插入通信终端装置的卡型模块中。另外，该天线装置并不限定于HF带的通信系统，也可以在用于UHF带或SHF带等其他频带的天线装置中得到利用，另外不仅可以用于RFID系统，还可以用于其他通信系统。另外，在用于RFID系统的情况下，可以作为读写器的天线装置使用，也可以作为RFID标签的天线装置使用。产业上的可利用性本发明的天线装置例如能够用于HF带的RFID系统，本发明的通信终端装置例如作为包括HF带的RFID系统的通信终端装置是有用的。符号说明BS 背面CA连接区域FC供电电路·
FE 前端HP手侧部LI L4 线圈SL缝隙部Wl W8连接布线10 基材10a、10b、IOc 基材层11平面导体IlA第一平面导体区域IlB第二平面导体区域12a、12b输入输出端子20磁性体芯20a、20c、20b、20d 磁性体层21线圈导体21a、21b、21c 导体图案21V通孔导体22a、22b输入输出端子连接用电极23耦合用电极23a、23b耦合用电极连接用电极24耦合用电极30基材片31第一线圈导体32第二线圈导体40粘合剂层100线圈天线100A第一线圈天线100B第二线圈天线100C第三线圈天线100D第四线圈天线106芯片型线圈天线111主基板
112电池组113芯片型线圈天线113A、113B 线圈天线114芯片型线圈天线130增益天线201 207天线装置208A、208B 天线装置 209A、209B 天线装置210 220天线装置301、310、315、316 通信终端装置320终端框体400通信对方侧的线圈天线
权利要求
1.一种天线装置，其特征在于具有 线圈天线，具有绕着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体；以及 平面导体，具有沿着所述卷绕轴的面，且边缘部与所述线圈导体的线圈开口部相邻配置。
2.根据权利要求I所述的天线装置，其特征在于 所述线圈天线具有配置于所述线圈导体的卷绕区域的至少内部的磁性体。
3.根据权利要求I或2所述的天线装置，其特征在于 所述平面导体设置于印刷布线板的表面或内部，所述线圈天线在所述印刷布线板上进行表面安装。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述线圈导体与层叠有多个基材层的层叠体一体形成。
5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于 所述线圈天线在所述层叠体的内部或底面设置耦合用电极，该耦合用电极导通至所述平面导体，并且主要经由磁场对所述线圈天线进行耦合。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于 所述耦合用电极是在相对于所述线圈导体的卷绕轴垂直的方向上延伸的带状电极。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于 所述线圈天线配置为在俯视所述层叠体时所述耦合用电极与所述平面导体的边缘部重合。
8.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于 所述平面导体与所述层叠体一体形成。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述线圈天线的所述线圈导体的卷绕区域与所述平面导体的端部部分重合。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述磁性体与所述平面导体的端部部分重合。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述线圈天线有多个，各线圈天线配置于所述平面导体的周围。
12.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于 所述多个线圈天线中的至少两个线圈天线配置为所述线圈导体的卷绕轴相互交叉。
13.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于 所述多个线圈天线中的至少两个线圈天线配置为所述线圈导体的卷绕轴相互平行。
14.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于 所述多个线圈天线中的至少三个线圈天线配置为所述线圈导体的卷绕轴相互交叉。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述多个线圈天线中的至少两个线圈天线的线圈导体相对于供电电路串联连接。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述多个线圈天线中的至少两个线圈天线的线圈导体相对于供电电路并联连接。
17.根据权利要求15或16所述的天线装置，其特征在于 将所述多个线圈天线的线圈导体连接于所述供电电路的连接布线配置于由相互连接所述多个线圈天线的中心位置的虚拟直线形成的区域的外侧。
18.根据权利要求I至17中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述平面导体的一部分具有弯曲部。
19.根据权利要求I至18中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述天线装置包括与所述平面导体及所述线圈天线耦合的增益天线，或者包括与所述平面导体或所述线圈天线耦合的增益天线。
20.根据权利要求19所述的天线装置，其特征在于 所述增益天线由至少形成为两层的环状或螺旋状的线圈导体和介于所述两层之间的电介质层构成。
21.根据权利要求20所述的天线装置，其特征在于 所述增益天线中，由产生自所述线圈导体的电感以及电容构成LC共振电路，其共振频率实质上相当于通信中使用的载波频率。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的天线装置，其特征在于 所述增益天线贴在该增益天线所组装入的设备的框体上。
23.一种通信终端装置，其特征在于包括天线装置和连接于所述天线装置的通信电路，其中所述天线装置具有 线圈天线，具有绕着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体；以及 平面导体，具有沿着所述卷绕轴的面，边缘部与所述线圈导体的线圈开口部相邻配置。
24.根据权利要求23所述的通信终端装置，其特征在于 包括收纳所述通信电路，并具有手侧部与前端部的狭长框体，在该框体的前端部配置所述天线装置。
25.根据权利要求23所述的通信终端装置，其特征在于 包括收纳所述通信电路，并具有手侧部与前端部的狭长框体，所述线圈天线以及所述平面导体关于所述平面导体的中心非对称地配置，从而使所述天线装置的指向方向倾向于所述框体的长边方向。
全文摘要
包括线圈天线(100A、100B、100C、100D)，具有绕着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体；以及平面导体(11)，具有沿着线圈导体的卷绕轴的面，边缘部与线圈导体的线圈开口部相邻配置。由流过线圈导体的电流在平面导体(11)中感应出电流，由该电流在平面导体(11)的法线方向上产生磁通，因而平面导体作为增益天线发挥作用。天线装置(201)利用由线圈天线(100A、100B、100C、100D)与平面导体(11)产生的磁通的合成，指向平面导体(11)的法线方向。据此，构成确保指定通信距离并且占用空间小的天线装置。
文档编号G06K19/077GK102959800SQ20118003169
公开日2013年3月6日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年9月7日
发明者三浦哲平, 佐佐木纯, 久保浩行, 谷口胜己, 加藤登, 小泽真大, 石野聪 申请人:株式会社村田制作所