JP6020052B2

JP6020052B2 - コイルアンテナ

Info

Publication number: JP6020052B2
Application number: JP2012243406A
Authority: JP
Inventors: 勉家木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: JP2014093675A

Description

本発明は、コイルアンテナ、特に、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムや短距離無線通信システムに用いられるコイルアンテナに関する。

特許文献１に記載の積層チップインダクタは、ＲＦＩＤシステムのコイルアンテナとして用いることが可能であり、この技術を用いたコイルアンテナ１００を図８、図９に示す。直方体形状をなすコア基板１０１の第１主面１０１ａ及び第２主面１０１ｂに、複数の直線状をなす第１導体１１１及び第２導体１１２を形成するとともに、第１導体１１１及び第２導体１１２の端部を層間導体（ビアホール導体１１３，１１４）にて電気的に接続し、コイル状のアンテナ導体としている。第１導体１１１はコア基板１０１の短辺とほぼ平行に配置され、第２導体１１２は第１導体１１１に対して若干傾いて配置されている。また、コア基板１０１の両端部には実装用電極１２１，１２２が配置されている。

図９は前記コイルアンテナ１００を基板１３０（例えば、端末機器に内蔵されている基板）に搭載した状態を示している。ところで、コイルアンテナ１００は、アンテナ導体の巻回方向に強い放射指向性を持ち、その指向性を点線Ａ、Ｂで示す。従って、コイルアンテナ１００の通信相手（リーダライタのアンテナ）がこの指向性の範囲にあればよいが、例えば基板１３０の上下方向に通信相手が位置するような場合には通信特性が劣化してしまう。従って、基板１３０の表面に対して仰角方向の指向性が必要とされる場合もある。

仰角方向の指向性を高めたコイルアンテナとして特許文献２に記載のものがある。このコイルアンテナ１５０は、図１０（Ｂ）に示すように、平面内で渦巻き状に形成された芯巻線１５１にフェライト板１５２を斜め方向に挿入したものであり、フェライト板１５２の挿入方向（仰角方向）に強い放射指向性を持つことになる。しかし、フェライト板１５２を差し込む構造は製造上の自動化が難しく、コイルアンテナ１５０自体の低背化や平坦化が損なわれるという問題点を有している。また、巻線１５１の線間容量Ｃの値が内側から外側にかけて巻径に比例して大きくなるため、換言すれば、線間容量Ｃがそれぞれの線間で異なるため、他物体の近接状態に応じて放射特性への影響が異なり、特性が安定しないという問題点も有している。

特開２００４−１９３５１２号公報特開２００２−３２５０１３号公報

本発明の目的は、低背化、平坦性を損なうことなく、仰角方向の放射指向性を有するコイルアンテナを提供することにある。

本発明の一形態であるコイルアンテナは、
互いに対向する第１主面及び第２主面と、該第１主面及び第２主面とに連接する側面とを有する平板状のコア基板と、
前記第１主面、第２主面及び側面に沿って導体をコイル状に巻回したアンテナ導体と、
を備えたコイルアンテナであって、
前記第１主面に沿って形成された複数の導体は、該導体の全長にわたって該第１の主面に接しており、かつ、該導体の両端部を結ぶ直線に対して同一方向に膨らみを有すること、
を特徴とする。

前記コイルアンテナにおいて、第１主面に沿って形成された導体が同一方向の膨らみを有することにより、コイルの巻回軸を第１主面に対して傾けた構造となり、膨らんだ方向とは反対方向の仰角方向に放射指向性を持つことになる。また、アンテナ導体はコア基板の主面や側面に沿って形成されるため、コイルアンテナ自体の低背化、平坦性が損なわれることはない。

本発明によれば、コイルアンテナにおいて、低背化、平坦性を損なうことなく、仰角方向の放射指向性を強めることができる。

第１実施例であるコイルアンテナを示し、（Ａ）は上面からの斜視図、（Ｂ）は下面からの斜視図である。第１実施例であるコイルアンテナの分解斜視図である。第１実施例であるコイルアンテナの導体を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は下面図である。第１実施例であるコイルアンテナの放射指向性を示す説明図である。第２実施例であるコイルアンテナの分解斜視図である。第２実施例であるコイルアンテナの導体を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は下面図である。第３実施例であるコイルアンテナの導体を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は下面図である。第１の従来例であるコイルアンテナの分解斜視図である。第１の従来例であるコイルアンテナの放射指向性を示す説明図である。コイルアンテナの線間容量を示し、（Ａ）は本発明例の説明図、（Ｂ）は第２の従来例の説明図である。

以下、本発明に係るコイルアンテナの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図４参照）
第１実施例であるコイルアンテナ１は、図１、図２に示すように、互いに対向する第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂと、該第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂとに連接する側面１０ｃ，１０ｄとを有する平板状のコア基板１０と、第１主面１０ａ、第２主面１０ｂ及び側面１０ｃ，１０ｄに沿って第１導体２１、第２導体２２、層間導体２３，２４をコイル状に巻回したアンテナ導体２０と、を備えている。そして、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに沿って形成された複数の第１及び第２導体２１，２２は、該導体２１，２２の両端部を結ぶ直線に対してそれぞれ同一方向に円弧状の膨らみを有している。複数の第１導体２１と複数の第２導体２２の、それぞれの膨らみ方向は互いに反対方向である。また、コア基板１０はフェライトを好適に用いることができるが、フェライトに限定するものではない。

複数の第１導体２１と複数の第２導体２２のそれぞれの両端部を電気的に接続する導体２３，２４は、コア基板１０を第１主面１０ａから第２主面１０ｂへと貫通する層間導体（以下、ビアホール導体２３，２４と記す）である。また、コア基板１０の第２主面１０ｂの両端部には実装用電極２５，２６が配置されている。さらに、コア基板１０の第１主面１０ａ上の第１導体２１及び第２主面１０ｂ上の第２導体２２は、それぞれレジスト層３１，３２によって覆われ、保護されている。

第１及び第２導体２１，２２や電極２５，２６は、銀、銅などの導電率の高い材料を印刷やフォトリソグラフィ−などの工法によってコア基板１０の表面に形成される。ビアホール導体２３，２４も同様の材料を用いて印刷やめっきなどによって形成される。本第１実施例において、第１及び第２導体２１，２２の形状、ピッチは同じである。また、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂと平行な面において平面視した場合、第１主面１０ａに複数の第１導体２１が形成されている領域と第２主面１０ｂに複数の第２導体２２が形成されている領域とは少なくとも一部が重なっている。

接続関係を図３を参照して説明すると、電極２５の一端はビアホール導体２３ａを介して第１導体２１ａの一端に接続され、該第１導体２１ａの他端はビアホール導体２４ａを介して第２導体２２ａの一端に接続される。該第２導体２２ａの他端はビアホール導体２３ｂを介して第１導体２１ｂの一端に接続される。以下同様の関係で第１導体２１と第２導体２２がコイル状に巻回されていくことになる。また、コア基板１０の他端部においても、電極２６の一端はビアホール導体２４ｙを介して第１導体２１ｙの一端に接続され、該第１導体２１ｙの他端はビアホール導体２３ｙを介して第２導体２２ｙの一端に接続される。

以上の構成からなるコイルアンテナ１は、図４に示すように、例えば、携帯電話などの端末機器に内蔵されている基板４０上に電極２５，２６を半田付けすることで搭載される。この状態において、第１及び第２導体２１，２２に同一方向の膨らみを有することにより、コイルの巻回軸を第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに対して傾けた構造となり、膨らんだ方向とは反対方向の仰角方向に放射指向性Ａ，Ｂを持つことになる。また、アンテナ導体２０はコア基板１０の主面１０ａ，１０ｂや側面１０ｃ，１０ｄに沿って形成されるため、コイルアンテナ１自体の低背化、平坦性が損なわれることはない。

また、図１０（Ｂ）に示したように、従来のコイルアンテナ１５０では線間容量Ｃの値が内側から外側にかけて巻径に比例して大きくなる。これに対して、図１０（Ａ）に示すように、第１実施例であるコイルアンテナ１では、巻径が等しいため線間容量Ｃも均一の値となる。従って、コイルアンテナ１への他物体の近接状態が変化したとしても、放射特性への影響が安定する。

（第２実施例、図５及び図６参照）
第２実施例であるコイルアンテナ２は、図５、図６に示すように、コア基板１０の第１主面１０ａに沿って形成した第１導体２１及び第２主面１０ｂに沿って形成した第２導体２２に、１箇所で屈曲した同一方向の膨らみを持たせている。他の構成、第１及び第２導体２１，２２の接続関係などは前記第１実施例と同様である。従って、その作用効果も第１実施例と同様である。

（第３実施例、図７参照）
第３実施例であるコイルアンテナ３は、図７に示すように、コア基板１０の第１主面１０ａに沿って形成した第１導体２１を互い違いに長さを異ならせ、及び、第２主面１０ｂに沿って形成した第２導体２２を互い違いにオフセット配置したものである。第１及び第２導体２１，２２の接続関係は図３を参照して説明したとおりである。

第１及び第２導体２１，２２をこのように配置することで、ビアホール導体２３，２４が千鳥模様状に配置される。前記第１及び第２実施例のように、全てのビアホール導体２３，２４が直線状に並ぶと、熱膨張などでコア基板１０に発生する応力が一直線上に集中するおそれがあるのに対して、本第３実施例のように、ビアホール導体２３，２４を千鳥模様状に配置することで応力が分散され、コア基板１０の強度が向上する。ビアホール導体２３，２４の配置は、千鳥模様状以外の不規則なものであってもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るコイルアンテナは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、コア基板１０としてはフェライト以外に誘電体セラミックや樹脂を材料としてもよい。コア基板１０は、単層基板、多層基板のいずれであってもよく、直方体以外の形状であってもよい。多層基板であれば、第１及び第２導体２１，２２を内層として形成してもよい。この場合、最外層となるフェライト層に代えてレジスト層を配置してもよい。

また、上下面の導体２１，２２をコイル状に接続するために、ビアホール導体２３，２４に代えて、コア基板１０の側面１０ｃ，１０ｄに印刷によって接続用導体を形成してもよく、あるいは、多数個取りの手法でマザー基板からコア基板１０を切り出すときに、側面１０ｃ，１０ｄに相当する部分にスルーホール導体を形成しておき、該スルーホール導体を分断することで接続用導体としてもよい。

また、第１主面１０ａに沿って設けた第１導体２１のみが同一方向の膨らみを有していればよく、第２主面１０ｂに沿って設けた第２導体２２は直線状であってもよい。さらに、導体２１，２２の膨らみ形状は任意であり、第１実施例に示した円弧状、第２実施例に示した１箇所の屈曲形状以外の形状であってもよい。即ち、導体２１，２２は屈曲が２箇所以上であってもよく、直線と曲線を組み合わせた形状であってもよい。また、導体２１，２２の巻径やピッチは必ずしも均一である必要はない。

以上のように、本発明は、コイルアンテナに有用であり、特に、低背化、平坦性を損なうことなく、仰角方向の放射指向性を有する点で優れている。

１，２，３…コイルアンテナ
１０…コア基板
１０ａ，１０ｂ…主面
１０ｃ，１０ｄ…側面
２１…第１導体
２２…第２導体
２３，２４…ビアホール導体
２５，２６…電極
３１，３２…レジスト層

Claims

互いに対向する第１主面及び第２主面と、該第１主面及び第２主面とに連接する側面とを有する平板状のコア基板と、
前記第１主面、第２主面及び側面に沿って導体をコイル状に巻回したアンテナ導体と、
を備えたコイルアンテナであって、
前記第１主面に沿って形成された複数の導体は、該導体の全長にわたって該第１の主面に接しており、かつ、該導体の両端部を結ぶ直線に対して同一方向に膨らみを有すること、
を特徴とするコイルアンテナ。
前記第１主面及び第２主面と平行な面において平面視した場合、前記第１主面に複数の導体が形成されている領域と前記第２主面に複数の導体が形成されている領域とは少なくとも一部が重なっていること、を特徴とする請求項１に記載のコイルアンテナ。
前記第２主面に沿って形成された複数の導体は、該導体の全長にわたって該第２の主面に接しており、該導体の両端部を結ぶ直線に対して、前記第１主面に沿って形成された複数の導体の膨らみ方向とは反対方向に膨らみを有すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイルアンテナ。
前記コア基板は直方体形状をなすこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のコイルアンテナ。
前記側面に沿って形成された導体は前記コア基板を第１主面から第２主面へと貫通する層間導体であること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコイルアンテナ。