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：
本实用新型涉及天线装置以及通信终端装置，特别是涉及在HF带的通信系统中所使用的天线装置以及通信终端装置。
背景技术：
以非接触方式使读写器与RFID标签进行通信从而在读写器与RFID标签之间传递信息的RFID (射频识别)系统、以及两个通信装置以近距离进行通信的近距离无线通信(NFC:近场通信)是公知的。例如，若是将13.56MHz带等HF带作为通信频率利用的RFID系统和近距离无线通信系统，则主要使用了经由感应磁场来进行耦合的天线。近年来，在便携式电话等通信终端装置中导入了 RFID系统和近距离无线通信系统，并将该通信终端装置作为RFID标签及其读写器利用、或作为近距离无线通信的终端利用。磁性体天线作为HF带的高频信号的收发用的天线装置是公知的。该磁性体天线例如如专利文献I或专利文献2所记载那样，具有将线圈导体卷绕于磁性体芯的表面的构造。图1是专利文献2的磁性体天线的分解立体图。该磁性体天线是层叠体，具备:形成有由电极层2以及通孔I构成的线圈4的多个磁性层5、夹着磁性层5的上下表面的绝缘层6、和形成于绝缘层上表面的导电层7。先行技术文献专利文献专利文献I JP特开2005-317674号公报专利文献2 JP特开2007-019891号公报实用新型的概要实用新型要解决的课题在将HF带利用为通信频率的系统中，天线装置间的通信距离取决于通过线圈天线的磁通。即，为了在天线装置间确保一定程度的通信距离，需要使线圈天线的尺寸较大，但线圈天线的大型化会妨碍通信终端装置的小型化。另一方面，若使天线的尺寸较小，则天线的有效面积变小，因此无法确保充分的通信距离。
实用新型内容本实用新型鉴于上述实际情况而提出，目的在于提供一种在确保规定的通信距离的同时占有区域小的天线装置，进而提供一种小型的通信终端装置。本实用新型的天线装置的特征在于，具有:线圈天线，其具有围着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体、以及配置于该线圈导体的卷绕区域的至少内部的磁性体，并将所述卷绕轴经过的面即导体开口面作为安装面进行安装而成；以及增强天线，其由作为经由电磁场而与所述线圈天线耦合的增强器发挥功能的平面导体构成，在从所述卷绕轴方向的俯视观察下，所述线圈导体的一部分与所述平面导体的缘端部至少一部分重叠。另外，本实用新型的通信终端装置特征在于，具备天线装置、以及与所述天线装置连接的通信电路，其中，所述天线装置具有:线圈天线，其具有围着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体、以及配置于该线圈导体的卷绕区域的至少内部的磁性体，并将所述卷绕轴经过的面即导体开口面作为安装面进行安装而成；以及增强天线，其由作为经由电磁场而与所述线圈天线耦合的增强器发挥功能的平面导体构成，在从所述卷绕轴方向的俯视观察下，所述线圈导体的一部分与所述平面导体的缘端部至少一部分重叠。另外，在上述通信终端装置的基础上，所述通信终端装置具备收纳所述通信电路的拉长形状的筐体，且按照所述平面导体位于该筐体的端部侧的方式来配置所述天线装置。实用新型的效果由于本实用新型的天线装置由线圈天线和平面导体构成，因此能实现在确保规定的通信距离的同时占有区域小的天线装置，进而能实现小型的通信终端装置。
图1是专利文献2的磁性体天线的分解立体图。图2㈧是第I实施方式的天线装置201的立体图，图2(B)是天线装置201的俯视图，图2(C)是天线装置201的主视图。图3(A)是表示流过天线装置201的线圈天线100的线圈导体的电流、流过平面导体11的电流、线圈天线100产生的磁场、平面导体11产生的磁场的各自的方向的立体图。图3(B)以及图3(C)是表示流过平面导体11的电流与由此产生的磁通的关系的图。图4(A)是具备天线装置201的通信终端装置301的截面图，图4(B)是通信终端装置301的俯视透视图。图5是表示第2实施方式的通信终端装置的使用状态的内部透视立体图。图6是第3实施方式的天线装置203的分解立体图。图7(A)是第4实施方式的天线装置204的立体图。图7 (B)是将天线装置204嵌入通信终端装置中的状态的主视图。图8(A)、图8(B)是第5实施方式的两个天线装置205A、205B的主视图。图9 (A)是谐振增强天线110的立体图，图9⑶是谐振增强天线110的分解立体图。图9(C)是谐振增强天线110的俯视图。图10是所述谐振增强天线110的等效电路图。图11 (A) (D)均是第6实施方式所涉及的4个通信终端装置306A、306B、306C、306D的主视截面图。图12 (A)是第7实施方式的谐振增强天线120的分解立体图，图12⑶是谐振增强天线120的俯视图。图13是谐振增强天线120的等效电路图。
具体实施方式
后面所示的各实施方式的天线装置以及通信终端装置利用在NFC(近场通信)等HF带RFID系统中。《第I实施方式》[0033]图2(A)是第I实施方式的天线装置201的立体图，图2 (B)是天线装置201的俯视图，图2(C)是天线装置201的主视图。该天线装置201具有由平面导体11构成的增强天线以及线圈天线100。线圈天线100具有将线圈导体21卷绕在磁性体芯20的周围的构造。以线圈导体21的卷绕轴经过的面即导体开口面AP(参照图2(B))为安装面，将所述线圈天线100表面安装在由环氧树脂等的印刷布线板构成的基材10上。具体地，线圈天线100具有将银、铜等线圈导体21卷绕在铁氧体等磁性体芯20的周围的构造。线圈导体21卷绕在与长方体状的磁性体芯20的两个主面(成为所述导体开口面AP的面)正交的四个侧面(周面)上。即，线圈导体21的卷绕轴在与磁性体芯20的主面垂直的方向上延伸。线圈天线100中的磁性体芯20由铁氧体烧结体、或将铁氧体材料分散到树脂中而成的树脂体而构成。在线圈导体21的表面还可以具有由低导磁率的绝缘材料形成的保护膜。线圈天线100构成为所谓的表面安装型的线圈天线(芯片型线圈天线)，并在线圈天线100的背面设有分别与线圈导体21的一端以及另一端连接的2个安装用端子电极(图示省略)。即，该线圈天线100构成为能表面安装在印刷布线基板等各种基板上。平面导体11由铜、银、铝等的金属箔构成为矩形状，设置在由印刷布线基板构成的基材10的表面。另外，基材10并不限定于印刷布线基板，也可以由挠性树脂构成。另外，平面导体的平面形状并不限于矩形状，也可以是圆形、菱形等任意的形状。另外，平面导体并不限于平面的薄的金属膜，也可以是金属物件的一部分。线圈天线100按照在从卷绕轴方向的俯视观察下线圈导体21的一部分与平面导体11的缘端部重叠的方式配置。在图2(c)所示的示例中，线圈天线100的线圈导体21的一部分在平面导体11的形成区域中超出了尺寸G1。另外，从平面导体11的外表面到线圈导体21的下端部为止，空出了高度G2的间隔。由于这些尺寸Gl、G2越小则线圈天线100和增强天线的耦合度就越高，因此优选较小。如后所示，由平面导体11构成的增强天线经由电磁场而与线圈天线100 f禹合。图3㈧是表示流过所述天线装置201的线圈天线100的线圈导体21的电流以及流过平面导体11的电流各自的方向的立体图。图3(B)以及图3(C)是示意地表示流过线圈天线100的线圈导体21的电流、流过平面导体11的电流、以及由它们产生的磁通的情形的图。若在线圈导体21上以电流a的方向流过电流，则在平面导体11上以电流b的方向感应出电流。即，通过在线圈导体21流过的电流，在平面导体的外周环绕感应电流b。其结果，如图3(B)所示，在线圈天线100产生箭头所示的磁通，且在平面导体11产生箭头Φ13所示的磁通。图3(B)中所示的磁通表示对避开平面导体11的位置进行通过的磁通。图3 (C)是进一步等效地表不图3(B)的磁通的图。箭头Φ c所不的磁通是将平面导体11的周围产生的所述磁通B和在线圈天线100产生的所述磁通Φα,合成而得到的磁通。在磁通从通信对方侧的线圈天线进入的情况下，产生与上述相反的现象。S卩，若通信对方侧的线圈天线的磁通通过平面导体11的周围并与线圈天线100交链，则在平面导体11中流过电流b，在线圈导体21中流过电流a。图4(A)是具备所述天线装置201的通信终端装置301的截面图，图4(B)是其俯视透视图。基材10是印刷布线基板，平面导体11形成在基材10的表面。而且，线圈天线100表面安装在基材10上。如图3(C)所示，线圈天线100的磁通和平面导体11的磁通被合成，形成图4⑷所示的箭头方向上大的磁通。由此，天线装置201的指向性朝向图4(A)所示的箭头方向。即，天线装置201从通信终端装置301的终端筐体320的前端FE附近起针对背面BS的方向得到高的增益。因此，通过握持该通信终端装置301的手握部HP，将前端部罩在通信对方上，能实现高增益下的通信。《第2实施方式》图5是表示第2实施方式的通信终端装置的使用状态的内部透视立体图。该通信终端装置302例如是便携式电话终端。在通信终端装置302的终端筐体320内置有主基板111、和作为子基板的基材10。天线装置202构成在基材10的表面。该天线装置202与蓄电池包112 —起配置在终端筐体320的背面BS侧。主基板111是由环氧树脂等的硬质树脂基板构成的大型印刷布线板，搭载有对显示装置的驱动电路、蓄电池的控制电路等进行构成的电路元件。作为子基板的基材10由聚酰亚胺或液晶聚合体等的可挠性树脂基板构成，在基板10上除了天线装置202以外，还搭载有构成通信电路(RF电路)等的电路元件。另外，这些电路元件也可以搭载在主基板111侦U。所述通信电路例如由无线IC芯片构成，并与天线装置202连接(供电)。该无线IC芯片与所述天线元件202构成RFID。通过将通信终端装置302如图5所示那样罩在读写器等的通信对方侧的线圈天线400上，从而使天线装置202与通信对方侧的线圈天线400主要经由感应磁场而耦合，通信终端装置302收发规定的信息，作为RFID发挥功能。《第3实施方式》图6是第3实施方式的天线装置203的分解立体图。通过层叠由磁性体构成的基材层10a、10b、10c、10d、10e而成的层叠基板来构成天线装置203。分别在基材层IOa IOd形成有环路状的导体图案21a 21d，在基材层IOe的一方的主面上形成有与供电电路连接的输入输出端子22a、22d。在基材层IOa IOe形成有通路导体21v，从而由导体图案21a 21d以及通路导体21v构成一个线圈导体。在基材层IOa的另一方的主面上形成有平面导体11。该平面导体11按照其缘端部被配置为接近线圈导体的线圈开口部的方式来形成。由此，构成了将线圈天线和平面导体与层叠基板一体化而成的天线装置。另外，基材IOa IOe并不需要全都是磁性体层。例如基材层IOa可以是非磁性体层。若基材层IOa是非磁性体层，则能提高线圈导体与平面导体11 (增强天线)的耦合度。《第4实施方式》图7(A)是第4实施方式的天线装置204的立体图。图7 (B)是表示将该天线装置204嵌入通信终端装置304中的状态的主视图。[0057]如图7 (B)所示，该天线装置204配置在相对于通信终端装置304的终端筐体320而言靠近其前端FE的位置。故而，通过使通信终端装置304的前端FE接近(罩住)例如读写器的天线等通信对方，能进行稳定的通信。另外，本实施方式的天线装置204在第I平面导体区域IlA的缘端部配置有线圈天线100。第I平面导体区域IlA和第2平面导体区域IlB分别形成在以规定的角度Θ相交的平面上。这种情况下，在第I平面导体区域IlA的法线方向与第2平面导体区域IlB的法线方向的中间方向上产生天线装置204的指向性，从而能使该方向的通信距离变大。S卩，如图7(B)所示，该天线装置204按照天线装置204的第2平面导体区域IlB成为通信终端装置的终端筐体320的前端FE侧的方式进行配置。故而，天线装置204在从终端筐体320的前端FE方向起至背面BS方向的范围内，得到高灵敏度。另外，为了防止在平面导体区域IlAUlB流过的电流的损失变大，优选使第I平面导体区域IlA与第2平面导体区域IlB所成的角度Θ大于90°且小于135°。《第5实施方式》图8(A)、图8(B)是第5实施方式的两个天线装置205A、205B的主视图。第5实施方式的这些天线装置205A、205B在第I实施方式所示的天线装置201的基础上还具有谐振增强天线110。该谐振增强天线相当于本实用新型所涉及的“平面线圈天线”。谐振增强天线110的细节在后面叙述，该谐振增强天线110与线圈天线100磁场耦合来作为增强天线发挥作用。在图8(A)的示例中，谐振增强天线110与平面导体11平行，且配置于比平面导体11的中央更靠近线圈天线100的位置。故而，如图8(A)所示，作为与线圈天线100所产生的磁通Φ c磁场耦合而指向箭头A方向的天线装置发挥作用。在图8(B)的示例中，谐振增强天线110与平面导体11平行，且配置在比平面导体11的中央更远离线圈天线100的位置。即，将谐振增强天线110配置在靠近与线圈天线100所接近的平面导体的一边对置的另一边的位置。故而，如图8 (B)所示，作为与线圈天线100所产生的磁通Φ c磁场耦合而指向箭头A方向的天线装置发挥作用。图9㈧是所述谐振增强天线110的立体图，图9(B)是谐振增强天线110的分解立体图。图9(C)是谐振增强天线110的俯视图。该谐振增强天线110具备基材30以及形成于基材30上的矩形漩涡状的线圈导体L1、L2。形成于基材30的上表面的矩形漩涡状的线圈导体LI和形成于基材30的下表面的矩形漩涡状的线圈L2按照线圈导体彼此面对面的方式而形成，且按照卷绕方向为相反方向(从一方进行俯视观察，为相同方向)的方式形成。图10是所述谐振增强天线110的等效电路图。在图10中，电感器L1、L2与前述矩形漩涡状的线圈L1、L2对应。由于矩形漩涡状的线圈L1、L1隔着基材30而面对面，因此在两者间产生电容。图10的电容器C1、C2表示其电容。如此，基于电感器L1、L2以及电容器C1、C2，谐振增强天线110作为LC谐振电路而发挥作用。该谐振频率与通信信号的载波频率一致或接近。如以上所示，通过设置接近平面导体的谐振增强天线，能在不新设置导体板的前提下与线圈天线的安装位置无关地通过谐振增强天线使期望方向上的通信灵敏度得以提闻。《第6实施方式》[0068]图11 (A) (D)均是第6实施方式所涉及的4个通信终端装置306A、306B、306C、306D的主视截面图。在这些图中，在通信终端装置306A、306B、306C、306D的终端筐体320内置有主基板111、线圈天线100、谐振增强天线110等。终端筐体320的图的上方是终端筐体的底表面、下方是终端筐体的顶表面(有显示面板或操作部的面)。在主基板111的内部形成有作为接地导体的平面导体11。线圈天线100和其它的众多的芯片部件被安装在主基板111。该线圈天线100在从卷绕轴方向的俯视观察下，线圈导体的一部分与平面导体11的缘端部至少重叠一部分。谐振增强天线110贴附在终端筐体320的内表面、或者按沿内表面的方式进行配置。另外，该谐振增强天线110与平面导体11平行，且配置在比平面导体11的中央更远离线圈天线100的位置。在图1UA)的通信终端装置306A中，在线圈天线100对主基板111的安装面侧配置有谐振增强天线110。在图11 (B)的通信终端装置306B中，在线圈天线100对主基板111的安装面的相反侧配置有谐振增强天线110。在图1l(C)的通信终端装置306C中，在线圈天线100对主基板111的安装面侧配置有谐振增强天线110F，并在线圈天线100对主基板111的安装面的相反侧配置有谐振增强天线110B。在图1l(D)的通信终端装置306D中，沿着终端筐体320的两面(棱)配置有谐振增强天线110。在图11 (A)所示的通信终端装置306A中，不仅平面导体11作为辐射体发挥作用，而且谐振增强天线Iio也作为辐射体发挥作用。由于谐振增强天线110在箭头A方向的指向性高，因此，能使箭头A方向的最大可通信距离大。在图11⑶所示的通信终端装置306B中，由于谐振增强天线110在箭头B方向的指向性高，因此，能使箭头B方向的最大可通信距离大。另外，由于平面导体11也作为辐射体发挥作用，因此能确保与箭头B方向相反方向的增益。在图1l(C)所示的通信终端装置306C中，不仅平面导体11作为辐射体11发挥作用，而且谐振增强天线110FU10B也作为辐射体发挥作用。由于谐振增强天线IlOF在箭头A方向的指向性高，谐振增强天线IlOB在箭头B方向的指向性高，因此，能使箭头A方向以及B方向的最大可通信距离均大。在图11 (D)所示的通信终端装置306D中，不仅平面导体11作为辐射体发挥作用，而且谐振增强天线110也作为辐射体发挥作用。由于谐振增强天线110在箭头C方向(45度方向)的指向性高，因此能使箭头C方向的最大可通信距离大。《第7实施方式》在第7实施方式中示出谐振增强天线的其它的示例。图12 (A)是第7实施方式的谐振增强天线120的分解立体图。图12(B)是谐振增强天线120的俯视图，图13是谐振增强天线120的等效电路图。该谐振增强天线120具备基材30以及形成于基材30上的矩形漩涡状的线圈导体L1、L2。形成于基材30的上表面的矩形漩涡状的线圈导体LI和形成于基材30的下表面的矩形漩涡状的线圈L2按照线圈导体彼此面对面的方式形成，且按照卷绕方向为相反方向(从一方进行俯视观察，为相同方向)的方式形成。线圈导体LI的内周端经由通路导体而与线圈导体L2的内周端导通。在线圈导体LI的外周端和线圈导体L2的外周端之间连接有图外的电容器Cl。如图13所示，基于电感器L1、L2以及电容器Cl，谐振增强天线120作为LC谐振电路发挥作用。该谐振频率与通信信号的载波频率一致或接近。《其它实施方式》在以上所示的各实施方式中，示出了平面导体11在基材10的外表面露出的示例，但平面导体11例如也可以设于印刷布线板的内部。另外，线圈导体(在第I实施方式中所示的符号(下同)21)的卷绕轴并不一定非要与平面导体(11)垂直。只要将线圈导体(21)的卷绕轴经过的面即导体开口面AP作为安装面来安装线圈天线(100)即可。并且，只要由平面导体(11)构成的增强天线与线圈天线(100)经由电磁场来耦合即可。特别地，若线圈导体(21)的卷绕轴与平面导体(11)的面是垂直关系，则流过线圈天线(100)的线圈导体(21)的电流所产生的磁通与流过平面导体(11)的电流所产生的磁通在方向上一致，因此能提高天线装置(201)的指向性。通常，线圈导体(21)的卷绕轴与平面导体(11)的法线只要在±45度的范围内就能得到良好的指向性以及增益。另外，本实用新型的天线装置并不限定于HF带用的天线装置，也能应用在LF带或UHF带等其他的频带的天线装置中。符号的说明BS 背面FE 前端HP手握部10 基材10a、10b、10c、10d、IOe 基材层11 平面导体IlA第I平面导体区域IlB第2平面导体区域20磁性体芯21线圈导体21a导体图案21v通路导体22a、22d输入输出端子连接用电极30 基材100线圈天线110,120谐振增强天线(平面线圈天线)111主基板112蓄电池包201 204天线装置301、302、304通信终端装置320终端筐体400通信对方侧的线圈天线
权利要求1.一种天线装置，具有: 线圈天线，其具有围着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体、以及配置于该线圈导体的卷绕区域的至少内部的磁性体，并将所述卷绕轴经过的面即导体开口面作为安装面进行安装而成；和 增强天线，其由作为经由电磁场而与所述线圈天线耦合的增强器发挥功能的平面导体构成， 在从所述卷绕轴方向的俯视观察下，所述线圈导体的一部分与所述平面导体的缘端部至少一部分重叠。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中， 所述天线装置在所述平面导体的至少一个主面侧具有平面状线圈导体，且还具有经由电磁场与所述平面导体耦合的平面线圈天线。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于， 所述平面导体设于印刷布线板的外表面或内部，所述线圈天线表面安装于所述印刷布线板。
4.一种通信终端装置，具备天线装置、以及与所述天线装置连接的通信电路，其中， 所述天线装置具有: 线圈天线，其具有围着卷绕轴卷绕的形状的线圈导体、以及配置于该线圈导体的卷绕区域的至少内部的磁性体，并将所述卷绕轴经过的面即导体开口面作为安装面进行安装而成；和 增强天线，其由作为经由电磁场而与所述线圈天线耦合的增强器发挥功能的平面导体构成， 在从所述卷绕轴方向的俯视观察下，所述线圈导体的一部分与所述平面导体的缘端部至少一部分重叠。
5.根据权利要求4所述的通信终端装置，其中， 所述通信终端装置具备收纳所述通信电路的拉长形状的筐体，且按照所述平面导体位于该筐体的端部侧的方式来配置所述天线装置。
专利摘要本实用新型提供天线装置以及通信终端装置。天线装置(201)具备形成有平面导体(11)的基材(10)、以及线圈天线(100)。线圈天线(100)具有将线圈导体(21)卷绕在磁性体芯(20)的周围的构造。线圈天线(100)按照线圈导体(21)的线圈开口部接近平面导体(11)的缘端部的方式来配置。流过线圈导体(21)电流(a)在平面导体(11)感应出电流(b)。故而，在线圈天线(100)产生箭头(A)所示的磁通，在平面导体(11)产生箭头(B)所示的磁通。由此，在平面导体(11)的周围产生磁通(C)。由此构成在确保规定的通信距离的同时占有区域小的天线装置以及小型的通信终端装置。
文档编号G06K19/077GK203056103SQ20129000007
公开日2013年7月10日 申请日期2012年2月1日 优先权日2011年2月15日
发明者三浦哲平, 池本伸郎, 佐佐木纯, 加藤登, 椿信人 申请人:株式会社村田制作所