天线装置的制作方法

本实用新型涉及通过电磁场信号与外部设备进行通信的RFID(Radio Frequency Identification射频识别)、NFC(Near Field Communication近场通信)系统等中使用的天线装置。

背景技术：

近几年来，在用途日益增多的RFID系统中，给手机等便携式电子设备和阅读记录器的每一个搭载信息通信用的天线，互相交换数据。作为这种 RFID用的天线装置，专利文献1～3公开了具备磁性体芯的磁性体天线。

在这里，参照各图，讲述将专利文献1～3的各天线装入便携式电子设备后，成为什么样的结构。

图1是表示将专利文献1的天线装入便携式电子设备后的状态的三视图。磁性体天线31是在柔性基板10(该柔性基板10具备在基材11上螺旋状地形成的线圈导体12)上设置形状与线圈导体12相同的薄片状或平板状的磁性体芯20之后构成的。

专利文献2的天线，是同心圆盘状地形成线圈导体，从在线圈导体的直径中心和线圈导体的内周部的中间形成的磁通产生部位向线圈导体的外侧延长地配置高透磁率的薄片状磁性体之后构成的。

图3是表示将专利文献2的结构作为矩形状的磁性体天线装入便携式电子设备后的状态的二视图。磁性体天线32是在柔性基板10(该柔性基板10具备在基材11上螺旋状地形成的线圈导体12)上，在从线圈导体12的中心和线圈导体12的内周部的中间起延长到线圈导体12的外侧为止的位置配置磁性体芯20之后构成的。

专利文献3的天线，是只在与环状的线圈导体的内侧对应的位置配置磁性体芯之后构成的。

图4是表示将专利文献3的结构作为矩形状的磁性体天线装入便携式电子设备后的状态的二视图。磁性体天线33是在柔性基板10(该柔性基板10具备在基材11上螺旋状地形成的线圈导体12)上，在比线圈导体12的内周部更加靠近内侧的位置配置磁性体芯20之后构成的。

专利文献1：JP特开2002-298095号公报

专利文献2：JP特开2002-208814号公报

专利文献3：JP特开2005-210223号公报

技术实现要素：

实用新型所要解决的技术问题

在图1所示的天线中，线圈导体的自感大于和成为通信对方的线圈导体的互电感。就是说，因为不与通信对方(阅读记录器、IC卡、带IC卡功能的便携式终端等)的天线磁性耦合的磁通的比例较大，所以只能获得弱耦合，通信性能劣化。

另外，因为磁性体芯内的磁能损失较大，所以通信性能劣化。就是说，如图1所示，在线圈导体12的背后存在便携式终端设备的基板等导体板 40后，通信对方的天线形成的一部分磁场就通过图1中用磁通MFa所示的路径。由于该磁通MFa不与线圈导体12的环形交链，所以几乎不参与天线之间的耦合。

另外，磁性体天线31与图中未绘出的电容器组合构成共振回路，但是因为用规定的频率共振，所以线圈导体能获得的自感值有上限。因此，在线圈导体中几乎不参与耦合，也就是说不希望磁通“走近路”通过磁性体芯从而使自感增大。进而，磁通通过磁性体芯20后，还在磁性体芯内引起能量损失。特别是在磁通密度较大的部分(导体和磁性体芯邻近的部分)损失较大。图2是表示该磁能损失的三视图。在图2中，磁通不与对方侧的天线交链，在走近路地通过磁性体芯20的磁通MFd的作用下，在图2(C)的阴影部分产生较大的损失。

在图3所示的天线中，在图3中用线圈导体部A1表示的磁通穿过的部位，因为没有磁性体，所以磁通难以穿过，另外由于在开口面中，磁性体所占的比例较小，所以存在着磁通难以进入的问题。

在图4所示的天线中，在图3中用线圈导体部A1、A2表示的磁通穿过的部位，因为没有磁性体，所以磁通难以穿过，另外由于在开口面中，磁性体所占的比例较小，所以存在着磁通难以进入的问题。

此外，专利文献1～3均未考虑线圈导体部的线间距不同的情况。

本实用新型的目的在于提供一种在围成线圈开口的线圈导体部具有不同线间距时获得更高的耦合度、并能应用于多线圈或者多线圈开口的天线装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本实用新型的天线装置具备：

磁性体天线，该磁性体天线具备形成有至少一个线圈导体的柔性基板及与所述柔性基板相接或者邻接地配置的磁性体芯；以及

导体板，该导体板与所述磁性体天线邻接地配置，

所述线圈导体呈螺旋状地形成，包括线间距不同的线圈导体部以及由所述线圈导体部围成的至少一个导体开口部，

所述磁性体芯配置成：对于所述导体开口部中的至少一个，在俯视状态下，至少与围成该导体开口部的所述线圈导体部中线间距最大的至少一部分、以及所述导体开口部重叠。

优选为，所述导体板的边缘设置有金属壁，且该金属壁与所述线圈导体位于所述导体板的同一侧，所述线圈导体部中线间距较小的部分靠近所述导体板的边缘。

优选为，所述导体板的边缘平坦或者未设置有可屏蔽磁力线的结构，所述线圈导体部中线间距较大的部分靠近所述导体板的边缘。

优选为，所述线圈导体设置有两个，相互并联或串联连接，

各个所述线圈导体分别具有一个导体开口部，

所述磁性体芯配置成：对于所述导体开口部中的至少一个，在俯视状态下，不与所述线圈导体部中线间距最小的部分重叠。

优选为，所述导体板具有相互平行的第一端边和第二端边，

一个线圈导体靠近所述第一端边，且该线圈导体的线间距较大的线圈导体部靠近所述第一端边，线间距较小的线圈导体部靠近所述第二端边，另一个线圈导体靠近所述第二端边，且该另一个线圈导体的线间距较大的线圈导体部靠近所述第二端边，线间距较小的线圈导体部靠近所述第一端边，

所述磁性体芯配置成：在俯视状态下，与所述一个线圈导体的所述第一端边一侧的线圈导体部的至少一部分、以及所述导体开口部重叠，不与所述一个线圈导体的所述第二端边一侧的线圈导体部重叠，并且，与所述另一个线圈导体的所述第二端边一侧的线圈导体部的至少一部分、以及所述导体开口部重叠，不与所述另一个线圈导体的所述第一端边一侧的线圈导体部重叠。

优选为，所述导体板具有与所述第一端边以及所述第二端边垂直的第三端边以及第四端边，

所述磁性体芯在俯视状态下还与所述线圈导体的所述第三端边一侧的线圈导体部的一部分以及所述第四端边一侧的线圈导体部的一部分重叠。

优选为，所述线圈导体设置有一个，

所述导体板为圆形，

所述线圈导体为D字形，其线间距较小的圆弧段线圈导体部靠近所述导体板的边缘，线间距较大的直线段线圈导体部远离所述导体板的边缘，

所述磁性体芯配置成：在俯视状态下，与所述直线段线圈导体部、以及所述导体开口部重叠，且不与所述圆弧段线圈导体部重叠。

优选为，在在所述导体板的边缘设置有与所述线圈导体位于所述导体板的同一侧的金属壁的情况下，所述磁性体芯进一步向远离所述线圈导体的一侧延伸。

优选为，所述磁性体芯设置在所述线圈导体与所述导体板之间。

优选为，所述导体板层叠有多个金属层，

在俯视状态下，所述多个金属层的轮廓包含在所述导体板的轮廓内。

优选为，所述线圈导体为L字形、U字形或圆形。

实用新型效果

根据本实用新型，磁性体芯与线圈导体部的线间距较大的至少一部分以及导体开口部重叠，并且不与线圈导体部的线间距最小的部分重叠，因此，磁性体芯的面积较大，能引导更多的磁通穿过磁性体天线的导体开口部。同时，磁通走近路后在通过的磁性体芯内的能量损失变小，从而使天线效率得到提高。

而且，在导体板的边缘设置有与线圈导体位于导体板的同一侧的金属壁的情况下，线圈导体部中线间距较小的部分靠近导体板的边缘，在导体板的边缘没有金属壁，也就是平坦或者未设置有明显可屏蔽磁力线的结构的情况下，线圈导体部中线间距较大的部分靠近导体板的边缘。由此，磁性体芯所在一侧的线圈导体部与金属壁之间的空间更大，磁通能容易地通过该空间来形成环路。由此，无论导体板的边缘是否存在金属壁，都能相应地设置磁性体芯来达到最佳的耦合度。

此外，由于省去了一部分磁性体芯，因此能相应地降低成本。

附图说明

图1是表示将专利文献1的天线装入便携式电子设备后的状态的三视图。

图2(A)～图2(C)是表示图1所示的天线装置的磁能损失的三视图。

图3是表示将专利文献2的结构作为矩形状的磁性体天线装入便携式电子设备后的状态的二视图。

图4是表示将专利文献3的结构作为矩形状的磁性体天线装入便携式电子设备后的状态的二视图。

图5是第1实施方式涉及的天线装置的二视图。

图6(A)是第2实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线52的俯视图。图6(B)是其仰视图。

图7是表示第2实施方式涉及的天线装置使用的别的磁性体天线53的结构的图形，图7(A)是磁性体天线53的俯视图，图7(B)是其仰视图。

图8是表示第3实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线54的结构的图形，图8(A)是磁性体天线54的俯视图，图8(B)是其仰视图。

图9是第4实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线55的俯视图。

图10是第4实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线55的变形例的俯视图。

图11是第5实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线56的俯视图。

图12是第5实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线56的变形例的俯视图。

图13是第5实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线56的又一变形例的俯视图。

图14(A)是示出第1至第5实施方式那样、导体板40为边缘不具有金属壁的平板状时磁性体芯20的配置方式的示意图，图14(B)～图14(D)是示出导体板40的边缘设有金属壁41时磁性体芯20的配置方式以及磁通的示意图。

图15是表示应用了本实用新型的实施方式的电子设备的二视图，图 15(A)是其俯视图，图15(B)是其剖视图。

具体实施方式

《第1实施方式》

图5是第1实施方式涉及的天线装置的二视图。该天线装置由磁性体天线51和导体板40构成。磁性体天线51则由柔性基板10和磁性体芯20构成。柔性基板10对于基材11而言，形成螺旋状的线圈导体12。该线圈导体12 中，由线圈导体部A1～A3围成一个导体开口部CW。

磁性体芯20的尺寸L(导体板40的长度方向尺寸)比柔性基板10短。线圈导体部A2的线间距最大，线圈导体部A3的线间距最小。

如图中虚线所示，磁性体芯20被配置成：在俯视状态下，不与线圈导体12的线间距最小的线圈导体部A3重叠，并且与线圈导体12的线间距最大的线圈导体部A2、线圈导体部A1的一部分以及导体开口部CW重叠。

采用这种结构后，可以获得如下效果。

与图2所示的天线装置不同，磁通走近路后在通过的磁性体芯20内的能量损失变小，从而使天线效率得到提高。

另外，与图3所示的天线装置不同，因为在磁通要穿过的线圈导体部A1 中存在磁性体芯20，所以能够提高与对方侧的天线的磁场耦合。

进而，因为在靠近导体板40的第1端边S1的线圈导体部A2部分中存在磁性体芯20，所以与图4所示的天线装置相比，磁通容易穿过磁性体天线51的导体开口部CW，从而提高天线特性。

而且，由于在线间距较大的线圈导体部的位置配置磁性体芯20，因此，磁性体芯20的面积较大，能引导更多的磁通穿过磁性体天线51的导体开口部CW，从而提高天线特性。

《第2实施方式》

在第2实施方式中，讲述利用和上述同样的现象，使磁性体芯20的靠近与导体板40的第1、第2端边正交第3端边或第4端边的部分成为什么样的形状。

图6(A)是第2实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线52的俯视图。图7(B)是其仰视图。磁性体天线52由柔性基板10及磁性体芯20构成。柔性基板10对于矩形状的基材11而言，形成将卷绕中心部作为导体开口部CW的螺旋状的线圈导体12。

在图7中只绘出磁性体天线52。但是将该磁性体天线52与在第1实施方式中图5所示的磁性体天线51置换。就是说，和图5所示的天线装置同样，线圈导体部A2的线间距最大，线圈导体部A3的线间距最小。在图6所示的例子中，不仅使磁性体芯20不与线间距最小的线圈导体部A3重叠，而且还使磁性体芯20不与邻近与导体板40的第1、第2端边正交的第3端边的线圈导体部A1重叠。也就是说，磁性体芯20与线圈导体部A2以及位于第4端边的线圈导体部A1的一部分以及导体开口部重叠。

图7是表示第2实施方式涉及的天线装置使用的别的磁性体天线53的结构的图，图7(A)是磁性体天线53的俯视图，图7(B)是其仰视图。该磁性体天线53和图5所示的天线装置同样，被配置在靠近导体板40的一个端边。

图7的磁性体天线53的磁性体芯20不仅不与线间距最小的线圈导体部A3 重叠，而且不与邻近与导体板40的第1、第2端边正交的第3端边及第4端边的线圈导体部A1、A1重叠。也就是说，磁性体芯20与线间距最小的线圈导体部A2的一部分以及导体开口部重叠。

《第3实施方式》

图8是表示第3实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线54的结构的图，图8(A)是磁性体天线54的俯视图，图8(B)是其仰视图。该磁性体天线54 和图5所示的天线装置同样，被配置在靠近导体板40的一个端边。

与在第3实施方式中用图7所示的磁性体天线53的不同之处是磁性体芯20的形状。图8所示的磁性体天线54的磁性体芯20被设置成与线间距最大的线圈导体部A2的全部以及导体开口部重叠。

当然，也可以使磁性体芯20进一步与线圈导体部A1的一部分重叠。只要确保磁性体芯20不与线间距最小的线圈导体部A3重叠即可。

《第4实施方式》

图9是第4实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线55的俯视图。图 10是第4实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线55的变形例的俯视图。

在第1至第3实施方式中示出了单线圈的结构，本实施方式4中举例示出双线圈的情况。图9示出两个线圈并联连接的情况，本领域技术人员也可以根据需要使两个线圈进行串联连接。

如图9所示，本实施方式中，在设置有两个线圈导体的情况下，对于由线圈导体部A1～A3围成的两个导体开口部CW，分别采用第1至第3实施方式配置磁性体芯20。

具体而言，例如对于图9中上侧的线圈导体12，将磁性体芯20配置成在俯视状态下至少与该线圈导体12的线间距最大的线圈导体部A2的至少一部分、以及导体开口部CW重叠，并且不与该线圈导体12的线间距最小的线圈导体部A3重叠。对于图14中下侧的线圈导体12，同样地将磁性体芯20配置成在俯视状态下至少与该线圈导体12的线间距最大的线圈导体部A2的至少一部分、以及导体开口部CW重叠，并且不与该线圈导体12的线间距最小的线圈导体部A3重叠。

通过这种结构，在采用双线圈结构时，能进一步提高耦合度，并降低成本。

本实施方式中示出了双线圈的结构，且对于两个线圈分别采用第1实施方式的配置方式来配置磁性体芯20。但本实用新型并不限于此，也可以对两个线圈分别应用本申请介绍的不同方式、例如对一个线圈应用第1实施方式所示的方式配置磁性体芯20，对另一个线圈应用第3实施方式所示的方式配置磁性体芯20等，这里不再穷举。此外，本实用新型也可以应用于两个以上线圈的情况，并且对于各个线圈导体12可以分别采用上述实施方式的方式配置磁性体芯20，对于各个线圈导体12的磁性体芯20的配置方式可以各不相同。此外，也可以如图15所示那样仅对一个(图中为上侧)线圈导体12采用本实用新型记载的方式配置磁性体芯20，而对其它线圈导体12采用通常的方式配置磁性体芯20，只要至少对一个线圈导体12采用本实用新型记载的方式配置磁性体芯20即可。

《第5实施方式》

图11是第5实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线56的俯视图。

图12和图13是第5实施方式涉及的天线装置使用的磁性体天线56的变形例的俯视图。

在第4实施方式中，示出了两个线圈导体12各自具有一个导体开口部 CW的情况。本实施方式的不同之处在于，如图11所示，仅设置一个线圈导体12，但该线圈导体12卷绕成具有两个导体开口部CW。

该情况下，针对两个导体开口部CW分别配置磁性体芯20。磁性体芯20 的配置方式可以采用上述实施方式中的任一种。当然，只要针对至少一个导体开口部12采用本实用新型的方式设置磁性体芯20即可，对其余导体开口部12可以采用通常的全覆盖方式设置磁性体芯20。

另外，线圈导体12所具有的导体开口部CW也不限于两个，可以是三个或者更多，这里不再赘述。

此外，从形状上来看，图11的线圈导体12卷绕成U字形。但本实用新型并不限于以上实施方式所示的矩形或U字形，例如也可以是图12所示的L字形、或者图13所示的圆弧形、或者圆形等。该情况下，同样以和上述实施方式同样的方式设置磁性体芯20。即，在俯视状态下，至少与围成该导体开口部CW的线圈导体部12的线间距最大的至少一部分、以及导体开口部CW重叠，并且不与该线圈导体部12的线间距最小的部分重叠。这里，图13仅示出其中一种配置方式，在满足上述实施方式主旨的情况下，可以对磁性体芯 20的配置位置进行任意变更。同样，导体板40的形状也可以任意变更，只要满足上述条件即可。

《第6实施方式》

上述第1至第5实施方式中，导体板40为边缘平坦或者未设置有明显可屏蔽磁力线的结构。该情况下，对于至少一个线圈导体12所具有的至少一个导体开口部CW中的至少一个，在俯视状态下，磁性体芯20与该导体开口部 CW以及围成该导体开口部CW的线圈导体部12中、线间距最大的至少一部分重叠，并且不与围成该导体开口部CW的线圈导体部12中线间距最小的部分重叠。

然而，在实际设计中，导体板40的边缘可能会存在金属壁。图14(A) 示出上述第1至第5实施方式那样、导体板40为边缘不具有金属壁的平板状时磁性体芯20的配置方式的示意图，图14(B)～图14(D)示出导体板40 的边缘设有金属壁41时磁性体芯20的配置方式以及磁通的示意图。

如图14(A)所示，在导体板40边缘没有金属壁41，换言之平坦或者未设置有明显可屏蔽磁力线的结构时，通过采用上述第1至第5实施方式所示的配置方式配置磁性体芯20，即，磁性体芯20与导体开口部以及围成该导体开口部的线圈导体部中线间距最大的至少一部分重叠，并且不与围成该导体开口部的线圈导体部中线间距最小的部分重叠。此时，磁通能顺利地经由导体开口部以及磁性体芯20通过。

然而，在图14(B)那样、导体板40的边缘设有与线圈导体12位于导体板 40的同一侧(图中的上侧)的金属壁41的情况下，若采用与图14(A)同样的配置，则磁通因金属壁41的阻挡而无法顺利通过。为此，在导体板40的边缘设有金属壁41的情况下，如图14(C)所示，将线圈导体12设置成线间距较小的线圈导体部靠近导体板的边缘(金属壁)。如此，由于磁性体芯20与线间距较大的线圈导体部重叠，因此与图14(B)的情况相比，磁性体芯20所在一侧的线圈导体部与金属壁之间的空间更大，磁通能容易地通过该空间来形成环路。

优选地，若如图14(D)那样使磁性体芯20进一步向远离线圈导体部12的一侧(图中为左侧)延伸，则能进一步增加通过的磁通数量，从而能进一步提高耦合度。

下面介绍一种具体的应用。图15是表示应用了本实用新型的实施方式的电子设备的二视图，图15(A)是其俯视图，图15(B)是其剖视图。该电子设备例如是智能手表。

如图15(A)和图15(B)所示。电子设备例如包括由金属制成的导体板 40、电池60、形成有各种电子电路的印刷电路板65、磁性体芯20、线圈导体12、以及显示面板70。

导体板40为圆形，其四周形成有金属壁41以将内部封闭。线圈导体12 形成为D字形，其圆弧状线圈导体部的线间距较小，直线状线圈导体部的线间距较大。根据本实用新型的主旨，由于导体板40边缘形成有金属壁，因此将线间距较小的圆弧状线圈导体部配置成靠近导体板的边缘，并使磁性体芯 20在俯视状态下与线间距较大的直线状线圈导体部以及导体开口部重叠。并且，使磁性体芯20进一步向远离线圈导体12的一侧(图中左侧)延伸。由此，能在有限的空间内获得最佳的耦合度。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式及其变形例。但应当理解为本实用新型在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本实用新型的权利要求书所确定的保护范围内。以上实施方式中描述的导磁体、天线线圈以及开孔各自的多个实施方式及变形例均可自由组合，此处不再穷举。

标号说明

A1、A2、A3…线圈导体部

CW…导体开口部

MFa…磁通

MFd…磁通

S1…第1端边

S2…第2端边

S3…第3端边

S4…第4端边

10…柔性基板

11…基材

12…线圈导体

20…磁性体芯

31～33…采用现有技术的磁性体天线

40…导体板

51～56…磁性体天线

41…金属壁

60…电池

65…印刷电路板

70…显示面板