天线装置及无线通信装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种天线装置及无线通信装置。该天线装置中，容易调整供电线圈天线和增强线圈天线之间的耦合度，特别是能提高耦合度。该天线装置包括：供电线圈天线（15）；以及增强线圈天线（20），该增强线圈天线（20）以能与供电线圈天线（15）进行电磁场耦合的方式配置。供电线圈天线（15）由多个线圈部（15A，15B）构成，该多个线圈部（15A，15B）包括磁性体和卷绕在该磁性体周围的线圈导体，多个线圈部（15A，15B）彼此同相连接，并且分别配置成相互靠近，以使得线圈导体的卷绕轴大致配置在同一方向上，且线圈导体的开口部的至少一部分相对。
【专利说明】天线装置及无线通信装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线装置、例如在NFC (Near Field Communication:近场通信)等非接触通信系统中使用的天线装置、以及具有该天线装置的无线通信装置。
【背景技术】
[0002]近年来，在移动终端等中内置有13.56MHz频带的非接触通信系统中所使用的天线装置。在这种天线装置中，为了获得良好的通信距离而需要使用较大的线圈天线，该线圈天线粘贴在能获得相对较大空间的终端壳体的内侧。而且，处理RF信号的供电电路(RFIC芯片)与线圈天线经由连接器、引脚进行直流连接。
[0003]然而，若采用上述直流连接方式，则存在因接触面的粗糙度、氧化、接点压力而使接触电阻产生偏差这样的问题，还存在因振动、掉落引起的冲击等而产生接触不良等可靠性方面的问题。
[0004]因此，在专利文献1、2中提出了以下方案:即，使利用基板上的布线来与安装在基板上的RFIC芯片导通的收发用天线、与例如设置在终端壳体内侧的谐振天线进行电磁场耦合来进行动作。由此，不仅能解决上述问题，而且收发用天线只要与谐振天线进行耦合即可，因此，还能减小其尺寸。
[0005]但是，若增强线圈天线与供电线圈天线之间的距离存在偏差，则两者之间的电磁场耦合的大小会发生变化，因此，因谐振频率偏离所希望的值而引起的通信特性的下降成为问题。另外，供电线圈天线辐射出的磁场并非全部形成闭环，因而无法提高两个天线的耦合度，而且难以调整耦合度以获得所希望的工作频率。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利特开2008 - 306689号公报
[0009]专利文献2:日本专利第4325621号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的问题
[0011]本发明的目的在于提供一种容易调整供电线圈天线与增强线圈天线之间的耦合度、特别是能提高耦合度的天线装置及无线通信装置。
[0012]解决技术问题所采用的技术方案
[0013]本发明的实施方式I的天线装置包括:
[0014]供电线圈天线；以及
[0015]增强线圈天线，该增强线圈天线以能与所述供电线圈天线进行电磁场耦合的方式进行配置，所述天线装置的特征在于，
[0016]所述供电线圈天线由多个线圈部构成，该多个线圈部包括磁性体和卷绕在该磁性体的周围的线圈导体，所述多个线圈部彼此同相连接，并且分别配置成相互靠近，以使得所述线圈导体的卷绕轴大致配置在同一方向上，且所述线圈导体的开口部的至少一部分相对。
[0017]本发明的实施方式2的无线通信装置包括:
[0018]供电电路；
[0019]供电线圈天线，该供电线圈天线与所述供电电路相连接；以及
[0020]增强线圈天线，该增强线圈天线以能与所述供电线圈天线进行电磁场耦合的方式进行配置，所述无线通信装置的特征在于，
[0021]所述供电线圈天线由多个线圈部构成，该多个线圈部包括磁性体和卷绕在该磁性体的周围的线圈导体，
[0022]所述多个线圈部彼此同相连接，并且分别配置成相互靠近，以使得所述线圈导体各自的卷绕轴大致配置在同一方向上，且所述线圈导体的开口部的至少一部分相对。
[0023]所述天线装置中，供电线圈天线由多个线圈部形成，能通过多个线圈部的配置关系等来调整供电线圈天线的谐振频率。特别是，磁通会进入到多个线圈部之间，因而从供电线圈天线向内周部分辐射出的磁通会形成闭环，因此供电线圈天线与增强线圈天线之间的耦合度增大，进而通信特性得以提高。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明，能较为容易地调整供电线圈天线与增强线圈天线之间的耦合度，特别是能提高耦合度，从而提高通信特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是表示一实施例的天线装置的主要部分的分解立体图。
[0027]图2(A)、⑶均是所述天线装置的等效电路图。
[0028]图3是表示供电线圈天线的第I例的立体图。
[0029]图4是表示所述天线装置中供电线圈天线与增强线圈天线之间的电磁场耦合的说明图。
[0030]图5(A)?(F)是分别表示供电线圈天线的各种配置方式的说明图。
[0031]图6(A)是表示供电线圈天线的所述第I例的优点的俯视图，图6(B)是表示供电线圈天线的比较例的俯视图。
[0032]图7是表示供电线圈天线的第2例的立体图。
[0033]图8表示供电线圈天线的第3例，其中图8(A)是示出配置方式的说明图，图8 (B)是示出供电线圈天线与增强线圈天线之间的电磁场耦合的说明图。
[0034]图9表示供电线圈天线的第4例，其中图9(A)是示出配置方式的说明图，图8 (B)是示出供电线圈天线与增强线圈天线之间的电磁场耦合的说明图。
[0035]图10是表示供电线圈天线的第5例的说明图。
[0036]图11是表示供电线圈天线的第6例以及与增强线圈天线之间的电磁场耦合的说明图。
[0037]图12是表示供电线圈天线的第7例以及与增强线圈天线之间的电磁场耦合的说明图。
[0038]图13 (A)是表示磁性体层的作用的说明图，图13 (B)是比较例的说明图。【具体实施方式】
[0039]以下，参照附图对本发明所涉及的天线装置及无线通信装置的实施例进行说明。另外，在各图中，对共同的元器件、共同的部分标注相同的标号，并省略重复的说明。
[0040]如图1所示，在作为一个实施例的天线装置中，在电路基板(印刷布线板10)上配置供电线圈天线15 (由线圈部15A、15B所构成)，在绝缘体层21的下表面及上表面设置线圈导体22、23，从而形成增强线圈天线20，并将供电线圈天线15配置为靠近增强线圈天线20的环绕边的一部分。在增强线圈天线20与印刷布线板10之间存在有磁性体层25。增强线圈天线20起到能收发HF频带高频信号的辐射元件的作用。
[0041]该天线装置具有图2 (A)所示的等效电路。供电线圈天线15 (线圈部15A、15B)与供电电路(RFIC芯片30)相连接，并包括构成并联谐振电路的电感分量LI (线圈部15A、15B的合成电感分量)和电容分量Cl。谐振频率主要通过电容分量Cl来调节。另一方面，增强线圈天线20构成串联谐振电路，该串联谐振电路包括由线圈导体22、23所形成的电感分量L2、L3和线间电容分量C2、C3。而且，供电线圈天线15 (电感分量LI)与增强线圈天线20 (电感分量L2、L3)彼此进行电磁场稱合(用标号M来表不)。
[0042]供电电路由RFIC芯片30所构成，并具有存储电路和逻辑电路，既可以作为裸芯片IC而构成，也可以作为封装IC而构成。
[0043]如图3所示，供电线圈天线15由第I线圈部15A及第2线圈部15B构成，第I线圈部15A及第2线圈部15B由磁芯16A、16B及卷绕在该磁芯16A、16B的周围的线圈导体17A、17B形成。供电线圈天线15安装在印刷布线板10上，线圈导体17A、17B经由形成在印刷布线板10上的导体串联或并联连接(参照图2 (A)、(B))。第I及第2线圈部15A、15B的彼此同相连接，线圈导体17A、17B的卷绕轴18A、18B大致配置在同一方向上，并且线圈导体17A、17B的开口部隔着间隙G而彼此相互接近且相对。
[0044]磁芯16A、16B通常由铁氧体所构成。对于线圈导体17A、17B，可以利用光刻法等由导电性材料形成为薄膜而获得，或者使用导电性糊料形成为厚膜而获得，此外，还可以通过卷绕导线而获得，或者还可以对形成有线圈电极的多个磁性体片材进行层叠、并利用通孔导体来连接各磁性体片材的线圈电极以形成螺旋状而获得。此外，增强线圈天线20的线圈导体22、23是通过在绝缘体层21上利用光刻法等由导电性材料形成为薄膜而获得，但并不局限于此。
[0045]在上述天线装置中，利用第I及第2线圈部15A、15B形成供电线圈天线15，如图4所示那样，从供电线圈天线15辐射出的磁通Φ I形成环绕增强线圈天线20的线圈导体22,23的闭环，并与天线15、20进行电磁场耦合。而且，环绕内侧的磁通Φ2也会进入到第I及第2线圈部15A、15B之间的间隙G，从而形成闭环。若供电线圈天线15采用单一结构，则所述磁通Φ2会成为漏磁通，但是在本无线通信装置中，由于磁通Φ2也形成闭环，因此供电线圈天线15与增强线圈天线20之间的耦合度增大，进而通信特性得以提高。
[0046]另外，通过将供电线圈天线15分割为多个，从而能提高直流叠加特性，并能减小由流过供电线圈天线15的电流大小所引起的电感值的变动量。另外，为了获得良好的通信特性，需要增大供电线圈天线15的尺寸，但是由于磁芯是比较脆的烧结体，因此，对于尺寸的增大具有限制性。在本实施例中，通过分割为第I及第2线圈部15A、15B，从而能分别使用小尺寸的磁芯16A、16B，因而能防止开裂等不合格的发生，并能获得良好的通信特性。
[0047]另外，从增强线圈天线20的线圈导体22、23的卷绕轴方向进行俯视时，供电线圈天线15配置在增强线圈天线20的附近，以使得第I及第2线圈部15A、15B与增强线圈天线20的环绕边的一部分(S卩，线圈导体22、23的一边)至少有一部分相重合。由此，天线15、20的耦合度较好。
[0048]而且，可以通过第I及第2线圈部15A、15B的配置关系等来调节供电线圈天线15的谐振频率。即，能根据第I及第2线圈部15A、15B的配置关系来改变总的电感值。下面，参照图5(A)?(F)来示出供电线圈天线15的各种配置方式。
[0049]图5(A)是图3所不的第一例的配置方式,磁芯16A、16B为相同尺寸,且线圈导体17AU7B的匝数也相同，卷绕轴18A、18B配置在同一轴上。在图5(B)所示的第二配置方式中，磁芯16A、16B为相同尺寸，且线圈导体17A、17B的匝数也相同，但是卷绕轴18A、18B以具有高度差的方式分别配置在不同轴上。在图5(C)所示的第三配置方式中，磁芯16A、16B为相同尺寸，且线圈导体17A、17B的匝数也相同，卷绕轴18B以相对于卷绕轴18A倾斜的状态进行配置。
[0050]在图5(D)所示的第四配置方式中，磁芯16A、16B具有相同的外径尺寸，且线圈导体17A、17B的匝数也相同，但是磁芯16B的端部形成为梯形。另外，卷绕轴18A、18B配置在同一轴上。该第四配置方式中，通过将磁芯16B的端部变窄而呈梯形状，能避免与无线通信装置的壳体的圆形状的角部之间发生干涉。
[0051]在图5(E)所不的第五配置方式中，磁芯16B的外形尺寸小于磁芯16A,线圈导体17A、17B的匝数相同，且卷绕轴18A、18B配置在同一轴上。在图5(F)所示的第六配置方式中，磁芯16A、16B具有相同的外径尺寸，但是线圈导体17B的匝数少于线圈导体17A的匝数，且卷绕轴18A、18B配置在同一轴上。
[0052]近年来，在便携式终端等中，存在随着小型化、高密度安装化的发展而导致难以确保天线装置的安装空间的状况，但是根据本实施例，通过分割为第I及第2线圈部15A、15B,从而能够有效地灵活应用安装空间。例如，如图6(A)所示那样，在印刷布线板10上的边缘部形成有凸部11和凹部12的情况下，根据本实施例，则能绕过凹部12而将第I及第2线圈部15A、15B配置在凸部11中。假设使用单一的供电线圈天线15，则如图6 (B)所示那样，由于只能将供电线圈天线15设置于一个凸部11中，因此，需要采取以下对策，即:减小线圈导体17的线宽、间距后再卷绕到磁芯16上。但是，若采用上述对策，则供电线圈天线15的电感值变小，辐射特性恶化，从而导致通信特性降低的结果。
[0053]接着，参照图7说明供电线圈天线15的第2例。该供电线圈天线15中采用单一的磁芯16，因而线圈导体17A、17B的卷绕部分具有相同的外径尺寸，且在线圈导体17A、17B之间形成有缺口(间隙G)。此外，也可以在缺口(间隙G)中填充电介质等。如图4所示那样，因间隙G而使得内侧的磁通Φ2形成闭环这一点与所述第I例相同。
[0054]接着，参照图8说明供电线圈天线15的第3例。如图8㈧所示，该供电线圈天线15在第I及第2线圈部15A、15B之间设置有第3线圈部15C。在本第3例中，线圈导体17A、17B、17C也进行串联或并联且同相的连接，卷绕轴18A、18B、18C大致配置在同一方向上。线圈导体17A、17B、17C的开口部隔着间隔G而彼此接近且相对。
[0055]该供电线圈天线15配置为:在俯视时，第I线圈部15A的端部靠近线圈导体22、23的内侧部，且第2线圈部15B的端部靠近线圈导体22、23的外侧部。由此，如图8(B)所示，从第2线圈部15B的端部辐射出的磁通Φ I通过线圈导体22、23的正上方，并绕回到第I线圈部15A的端部，从而形成闭环。而且，从第3线圈部15C的端部辐射出的漏磁通Φ2会通过线圈导体22、23的正上方并返回第3线圈部15C，从而形成闭环。由此，供电线圈天线15与增强线圈天线20的耦合度增大，进而通信特性得以提高。
[0056]接着，参照图9说明供电线圈天线15的第4例。如图9㈧所示，该供电线圈天线15与图3所示的天线15相同，由第I及第2线圈部15A、15B构成，并将间隙G形成得略大。该供电线圈天线15也配置为:在俯视时，第I线圈部15A的端部靠近线圈导体22、23的内侧部，且第2线圈部15B的端部靠近线圈导体22、23的外侧部。由此，如图9(B)所示，从第2线圈部15B的端部辐射出的磁通Φ I通过线圈导体22、23的正上方，并绕回到第I线圈部15A的端部，从而形成闭环。而且，从第2线圈部15B的端部辐射出的漏磁通Φ2会通过线圈导体22、23的正上方并返回第2线圈部15B，从而形成闭环。由此，供电线圈天线15与增强线圈天线20的耦合度增大，进而通信特性得以提高。
[0057]接着，参照图10说明供电线圈天线15的第5例。该供电线圈天线15中，在第I及第2线圈部15A、15B的线圈导体17A、17B之间配置有电感器19。由此，能增大供电线圈天线15的电感。关于电感器19，例如可以是贴片型的电感器，也可以是形成在基板上的弯曲状或线圈状的导体图案。
[0058]接着，参照图11说明供电线圈天线15的第6例。该供电线圈天线15中，使第I线圈部15A具有相对较小的直径，使第2线圈部15B具有相对较大的直径。从第2线圈部15B的端部辐射出的磁通Φ I通过线圈导体22、23的正上方，并绕回到第I线圈部15A的端部，从而形成闭环。而且，从第2线圈部15B的端部辐射出的漏磁通Φ2会通过线圈导体22,23的正上方并返回第2线圈部15B，从而形成闭环。由此，供电线圈天线15与增强线圈天线20的耦合度增大，进而通信特性得以提高。另外，能使通过线圈部15A、15B的磁通具有倾斜的方向性(参照箭头Y)。
[0059]接着，参照图12说明供电线圈天线15的第7例。该供电线圈天线15在第I及第
2线圈部15A、15B之间设置直径相对较小的第3线圈部15C。从第2线圈部15B的端部辐射出的磁通Φ1通过线圈导体22、23的正上方，并绕回到第I线圈部15A的端部，从而形成闭环。而且，从第2线圈部15B的端部辐射出的漏磁通Φ2会通过线圈导体22、23的正上方并返回第2线圈部15B，从而形成闭环。由此，供电线圈天线15与增强线圈天线20的耦合度增大，进而通信特性提高。另外，能使通过线圈部15A、15B、15C的磁通具有弯曲的方向性(参照箭头Y)。
[0060]在本天线装置中，在供电线圈天线15与增强线圈天线20之间配置有磁性体层25，此处，参照图13对磁性体层25的作用进行说明。作为磁性体层25，可优选使用铁氧体。
[0061]图13表示无线通信装置(具体而言，便携式终端)的简要内部结构，在印刷布线板10上除了供电线圈天线15以外还安装有各种电子元器件31和IC32。假如未配置磁性体层25，则如图13 (B)所示，通过增强线圈天线20的磁通Φ3与电子元器件31和IC32冲突。与之不同的是，通过配置磁性体层25，如图13 (A)所示，磁通Φ3被引入磁性体层25，从而较大地避免了与电子元器件31和IC32之间的干涉，通信特性得以提高。
[0062](其他实施例)[0063]另外，本发明所涉及的天线装置及无线通信装置并不限于所述实施例，在其要点的范围内能进行各种变更。
[0064]尤其是供电线圈天线和增强线圈天线的细节部分的结构、形状等是任意的。此外，本发明并不限于HF频带的NFC用的天线装置，也可利用于UHF频带等其它频带或其它通信系统。
[0065]工业上的实用性
[0066]如上所述，本发明对天线装置及无线通信装置是有用的，尤其在能够容易地调整供电线圈天线与增强线圈天线之间的耦合度并增大耦合度这一方面是优异的。
[0067]标号说明
[0068]10印刷布线板
[0069]15供电线圈天线
[0070]15AU5BU5C 线圈部
[0071]16A、16B、16C 磁芯
[0072]17A、17B、17C 线圈导体
[0073]18AU8BU8C 卷绕轴
[0074]20增强线圈天线
[0075]25磁性体层
[0076]30供电电路(RFIC芯片)
【权利要求】
1.一种天线装置，包括: 供电线圈天线；以及 增强线圈天线，该增强线圈天线以能与所述供电线圈天线进行电磁场耦合的方式进行配置，所述天线装置的特征在于， 所述供电线圈天线由多个线圈部构成，该多个线圈部包括磁性体和卷绕在该磁性体的周围的线圈导体， 所述多个线圈部彼此同相连接，并且分别配置成相互靠近，以使得所述线圈导体的卷绕轴大致配置在同一方向上，且所述线圈导体的开口部的至少一部分相对。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于， 构成所述多个线圈部的所述线圈导体串联或并联连接。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于， 构成所述多个线圈部的所述磁性体独立地分别配置于第I及第2线圈部。
4.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于， 所述多个线圈部的所述线圈导体的卷绕轴配置在同一轴上。
5.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于， 所述多个线圈部的所述线圈导体的卷绕轴分别配置在不同的轴上。
6.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于， 构成所述多个线圈部的所述磁性体中，卷绕有所述线圈导体的各部分的外形尺寸不同。
7.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于， 构成所述多个线圈部的所述磁性体由第I及第2线圈部共用的单一物构成，具有部分分离第I及第2线圈部的各自的开口部的缺口。
8.如权利要求1至7的任一项所述的天线装置，其特征在于， 所述线圈导体的第I及第2线圈部各自的匝数不同。
9.如权利要求1至8的任一项所述的天线装置，其特征在于， 在所述供电线圈天线与所述增强线圈天线之间配置有磁性体层。
10.如权利要求1至9的任一项所述的天线装置，其特征在于， 从所述增强线圈天线的卷绕轴方向进行俯视时，所述多个线圈部配置在靠近所述增强线圈天线的环绕边的一个部位的位置。
11.一种无线通信装置，包括: 供电电路； 供电线圈天线，该供电线圈天线与所述供电电路相连接；以及增强线圈天线，该增强线圈天线以能与所述供电线圈天线进行电磁场耦合的方式进行配置，所述无线通信装置的特征在于， 所述供电线圈天线由多个线圈部构成，该多个线圈部包括磁性体和卷绕在该磁性体的周围的线圈导体， 所述多个线圈部彼此同相连接，并且分别配置成相互靠近，以使得所述线圈导体的卷绕轴大致配置在同一方向上，且所述线圈导体的开口部的至少一部分相对。
【文档编号】H01Q7/06GK103782446SQ201380002950
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】椿信人, 加藤登 申请人:株式会社村田制作所