Антенное устройство и устройство связи
Изобретение относится к антенному устройству, встраиваемому в электронное устройство. Технический результат - сохранение характеристик связи при уменьшении размеров корпуса электронного устройства. Для этого антенный модуль (1a), который включен в состав мобильного телефона (130) и может осуществлять связь, принимая магнитное поле, передаваемое от считывающего/записывающего устройства (120), содержит антенную катушку (11a), которая индуктивно связывается со считывающим/записывающим устройством (120) и намотана в зазоре (132) между кромкой (133b) металлической платы (133a), расположенной напротив считывающего/записывающего устройства (120) в корпусе (131) мобильного телефона (130), и внутренней поверхностью периферийной стенки (131a) корпуса (131) так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть металлической платы (133a). 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 25 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Данное изобретение касается антенного устройства и устройства связи, которые встраиваются в электронное устройство и позволяют осуществлять связь, принимая магнитное поле, передаваемое от передатчика.
Заявляется приоритет на основании заявки на патент JP 2011-075494, поданной 30 марта 2011 г., и на основании заявки JP 2011-260630, поданной 29 ноября 2011 г. Полное содержание описаний этих заявок на патент включено в данную заявку путем ссылки на соответствующие источники.
Обзор известных технических решений
[0002] Антенные модули для радиочастотной идентификации (Radio Frequency Identification, RFID) используются в таких электронных устройствах как мобильные телефоны для бесконтактной связи на короткие расстояния.
[0003] Такой антенный модуль осуществляет связь, используя индуктивную связь с антенной катушкой, установленной в передатчике, таком как считывающее/записывающее устройство. Более конкретно, когда антенная катушка принимает магнитное поле от считывающего/записывающего устройства, антенный модуль преобразует магнитное поле в электроэнергию, чтобы привести в действие интегральную схему, которая функционирует как блок для обработки сигналов связи.
[0004] Чтобы надежно осуществлять связь, антенный модуль должен принимать от считывающего/записывающего устройства магнитный поток не менее определенной величины, используя антенную катушку. Поэтому антенный модуль согласно известному уровню техники снабжается катушкой в виде рамки в корпусе мобильного телефона, чтобы принимать магнитный поток от считывающего/записывающего устройства, используя эту катушку индуктивности.
[0005] Например, в патентном документе /1/ в качестве способа улучшения свойств рамочной антенны, встроенной в мобильный телефон, предлагается способ, в котором гибкий или плоский кабель располагается вокруг встроенной батареи.
Документы известного уровня техники
Патентный документ
[0006] PTL 1: японская выложенная заявка на патент №2005-303541.
Сущность изобретения
[0007] Изобретение, которое изложено в вышеупомянутом патентном документе /1/, связано с проблемой больших вариаций резонансных частот, так как антенна расположена в зазоре в корпусе, что мешает делать форму антенны постоянной, и, в свою очередь, приводит к большим изменениям индуктивности.
[0008] Особенно в случае, когда антенна образована с использованием гибкого кабеля, в изобретении, которое изложено в вышеупомянутом патентном документе /1/, имеется проблема необходимости большого количества технологических операций для подстройки резонансной частоты, так как распределенную емкость между проводниками трудно корректировать.
[0009] Данное изобретение было сделано ввиду таких обстоятельств и его целью является предложить антенное устройство и устройство связи, которые, когда они включены в состав электронного устройства, способны реализовать хорошие характеристики связи при уменьшенном размере корпуса этого электронного устройства.
[0010] Для решения вышеупомянутых проблем в данном изобретении антенное устройство, которое включено в состав электронного устройства и может осуществлять связь, принимая передаваемое от передатчика магнитное поле, содержит антенную катушку, которая намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика в корпусе электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть проводящего тела, и которая индуктивно связана с передатчиком.
[011] Кроме того, в данном изобретении устройство связи, которое позволяет осуществлять связь, принимая магнитное поле, передаваемое от передатчика, содержит антенную катушку, которая намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика в корпусе электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть проводящего тела, и которая индуктивно связана с передатчиком, а также блок для обработки сигналов, приводимый в действие посредством тока, текущего через антенную катушку, чтобы осуществлять связь с передатчиком.
Эффект изобретения
[0012] Так как в данном изобретении антенная катушка намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика в корпусе электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть проводящего тела, можно достигнуть уменьшения размеров корпуса электронного устройства, когда антенная катушка включена в состав электронного устройства. Кроме того, данное изобретение способно реализовать хорошие характеристики связи, используя магнитные свойства проводящего тела, расположенного напротив передатчика.
Краткое описание чертежей
[0013] Фиг.1 - чертеж для объяснения структуры системы радиосвязи, содержащей антенный модуль согласно данному изобретению.
Фиг.2А - перспективное изображение для объяснения размещения антенного устройства согласно данному изобретению.
Фиг.2В - вид в разрезе для объяснения размещения антенного устройства согласно данному изобретению.
Фиг.3 - чертеж для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.4А - перспективное изображение для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.4В - вид в разрезе для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.5А - перспективное изображение для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.5В - вид в разрезе для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.6 - перспективное изображение для объяснения конфигурации антенного модуля согласно данному изобретению.
Фиг.7 - чертеж для объяснения зависимости относительного взаимного расположения металлической платы и подложки антенны.
Фиг.8 - график, показывающий коэффициенты связи антенной катушки согласно примеру 1, когда относительное взаимное расположение металлической платы и подложки антенны изменяется.
Фиг.9 - график, показывающий значения добротности антенной катушки согласно примеру 1, когда относительное взаимное расположение металлической платы и подложки антенны изменяется.
Фиг.10 - чертеж для объяснения конфигурации, когда изменяется угол θ наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120.
Фиг.11 - график для объяснения коэффициентов связи антенной катушки, когда изменяется угол θ наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120.
Фиг.12 - график для объяснения коэффициентов связи антенной катушки, когда изменяется угол θ наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120.
Фиг.13А и фиг.13В - чертежи для объяснения устройства связи согласно примеру 2 применения данного изобретения.
Фиг.14 - график для объяснения коэффициентов связи антенной катушки, когда изменяется относительное взаимное расположение кромки магнитного листа, наложенного на металлическую плату, и антенной катушки.
Фиг.15А и фиг.15В - чертеж и график для объяснения изменений характеристик связи в соответствии с размерами антенной катушки.
Фиг.16А и фиг.16В - виды для объяснения изменений характеристик связи в соответствии с размерами антенной катушки.
Фиг.17А, фиг.17В и фиг.17С - графики, показывающие изменения коэффициента связи, когда изменяется отношение ширины антенной катушки в направлении оси у к ширине антенной катушки в направлении оси х.
Подробное описание изобретения
[0014] Формы воплощения данного изобретения будут теперь подробно объяснены со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что данное изобретение не ограничено одними приведенными ниже формами осуществления изобретения, и различные изменения являются возможными без отступления от сути данного изобретения.
[0015] Устройство связи, применяющее данное изобретение, является устройством, которое входит в состав электронного устройства, может осуществлять связь, принимая магнитное поле, передаваемое от передатчика, и используется, например, при включении в состав системы 100 радиосвязи по стандарту радиочастотной идентификации (RFID), как показано на фиг.1.
[0016] Система 100 радиосвязи состоит из устройства 1 связи и считывающего/записывающего устройства 120, которое и осуществляет доступ к устройству 1 связи. При этом устройство 1 связи и считывающее/записывающее устройство 120 должны быть расположены напротив друг друга в плоскости xy трехмерной декартовой системы координат xyz.
[0017] Считывающее/записывающее устройство 120 функционирует как передатчик, чтобы передавать магнитное поле в направлении оси z к устройству 1 связи, которое находится напротив него в плоскости xy, и, более конкретно, оно содержит антенну 121 для передачи магнитного поля к устройству 1 связи и плату 122 управления, которая осуществляет связь с устройством 1 связи, индуктивно связанным посредством антенны 121.
[0018] Более конкретно, считывающее/записывающее устройство 120 снабжено платой 122 управления, которая электрически соединена с антенной 121. Плата 122 управления снабжена управляющей схемой, составленной из одного или нескольких электронных компонентов, таких как кристаллы интегральных микросхем. Управляющая схема выполняет различную обработку на основании данных, которые были получены от устройства 1 связи. Например, когда данные должны быть переданы в устройство 1 связи, управляющая схема кодирует данные, модулирует несущие указанной частоты (например, 13,56 МГц) на основании кодированных данных, усиливает модулированные сигналы и возбуждает антенну 121, используя усиленный модулированный сигнал. Когда данные должны быть считаны из устройства 1 связи, управляющая схема усиливает принимаемый антенной 121 сигнал, модулированный данными, демодулирует усиленный сигнал, модулированный данными, и декодирует демодулированные данные. В связи с этим управляющая схема использует способы кодирования и способы модуляции, которые используются в обычных считывающих/записывающих устройствах, например, способ кодирования манчестерским кодом и способ амплитудной манипуляции (Amplitude Shift Keying, ASK).
[0019] Устройство 1 связи содержит антенный модуль 1a, установленный, например, во внутренней области корпуса 131 мобильного телефона 130, которую располагают напротив считывающего/записывающего устройства 120 в плоскости xy, и имеющий подложку 11 антенны с антенной катушкой 11a, которая позволяют осуществлять связь с индуктивно связанным считывающим/записывающим устройством 120, а также блок 12 обработки сигналов связи, приводимый в действие посредством тока, текущего через антенную катушку 11a, для осуществления связи со считывающим/записывающим устройством 120.
[0020] Блок 12 обработки сигналов помимо антенной катушки 11a может приводиться в действие посредством электроэнергии от аккумуляторной батареи 133 мобильного телефона 130, в котором установлено устройство 1 связи (что будет описано позже), или от блока питания током, такого как внешний источник питания.
[0021] На подложке 11 антенны установлены антенная катушка 11a, которая формируется, например, конфигурированием гибкого проводника, такого как гибкий плоский кабель, и контактные площадки 11b для электрического соединения антенной катушки 11 и блока 12 обработки сигналов связи.
[0022] При приеме магнитного поля, передаваемого от считывающего/записывающего устройства 120, антенная катушка На магнитным способом подключается к считывающему/записывающему устройству 120 посредством индуктивной связи, принимает модулированные электромагнитные волны и подает принимаемый сигнал через контактные площадки 11b в блок 12 обработки сигналов связи.
[0023] Блок 12 обработки сигналов приводится в действие посредством тока, текущего через антенную катушку 11a, и осуществляет связь со считывающим/записывающим устройством 120. Более конкретно, блок 12 обработки сигналов связи демодулирует принимаемый модулированный сигнал, декодирует демодулированные данные и записывает декодированные данные во внутреннюю память, предусмотренную в блоке 12 обработки сигналов. Блок 12 обработки сигналов далее считывает из внутренней памяти данные, которые должны быть переданы в считывающее/записывающее устройство 120, кодирует считанные данные, модулирует несущие на основании кодированных данных и передает модулированные радиоволны к считывающему/записывающему устройству 120 посредством антенной катушки На, которая магнитным способом связана с помощью индуктивной связи.
[0024] Пример 1
Структура антенного модуля 1a в системе 100 радиосвязи, имеющей вышеописанную структуру, теперь будет объяснена на примере 1.
[0025] Когда антенная катушка На антенного модуля 1а согласно примеру 1 устанавливается в электронное устройство, такое как мобильный телефон 130, для уменьшения размеров электронного устройства и реализации хороших характеристик связи со считывающим/записывающим устройством 120, она располагается, например, в плоскости xy трехмерной декартовой системы координат xyz, как показано на фиг.2А, в зазоре 132 между аккумуляторной батареей 133, установленной в корпусе 131 мобильного телефона 130, и внутренней поверхностью периферийной стенки 131 а корпуса 131.
[0026] Далее, помимо вышеупомянутого случая, в котором антенный модуль согласно примеру 1 расположен в зазоре 132 между аккумуляторной батареей 133 и внутренней поверхностью периферийной стенки 131a корпуса 131, он может быть расположен также, например, в зазоре между расположенным в корпусе 131 проводящим телом, таким как плата с интегральными схемами, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса. В данном примере для удобства объяснения будут сделаны на основе случая, в котором антенный модуль расположен как пластинчатое проводящее тело между кромкой 133b металлической платы 133а, которая располагается напротив считывающего/записывающего устройства 120 и является металлическим корпусом аккумуляторной батареи 133, как показано на фиг.2В, и внутренней поверхностью периферийной стенки 131a корпуса 131.
[0027] Здесь, как показано на виде в разрезе на фиг.2В, металлическая плата 133a, которая является металлическим корпусом аккумуляторной батареи 133, расположенной в мобильном телефоне 130, проводит электричество относительно хорошо, так что вихревые токи генерируются при добавлении переменного магнитного поля из внешней области, отклоняя магнитное поле. При исследовании распределения магнитного поля в случае, если такое переменное магнитное поле добавляется из внешней области, обнаружено, что магнитное поле кромки 133b металлической платы 133a аккумуляторной батареи 133, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, является сильным.
[0028] Чтобы реализовать хорошие характеристики связи, используя свойства силы магнитного поля во внутренней области корпуса 131 мобильного телефона 130, антенная катушка 11a антенного модуля 1a может быть расположена так, как показано, например, на фиг.3, чтобы центральная ось 111 антенной катушки 11a, которая параллельна оси Z, проходила через зазор 132 между кромкой 133b металлической платы 133а и внутренней поверхностью периферийной стенки 131 а корпуса 131, и проводник катушки был намотан в зазоре 132.
[0029] Можно использовать также конфигурацию для антенных модулей 1b, 1c с антенной катушкой, у которой центральная ось 111 антенной катушки 11a, параллельная оси Z, проходит через зазор 132, и которая намотана в зазоре 132, а магнитный лист 13 вставлен в центральную часть 11c подложки 11 антенны, как показано, например, на фиг.4А и фиг.5А.
[0030] Здесь антенный модуль 1b, как показано на фиг.4А, размещается, как показано на фиг.4В, так, что магнитный лист 13 вставлен в центральную часть 11 с антенной катушки На, формируемой на подложке 11 антенны так, что этот магнитный лист 13 расположен ближе к стороне считывающего/записывающего устройства 120, чем антенная катушка 11a на стороне кромки 133b металлической платы 133a, в то время как антенная катушка 11a расположена ближе к стороне считывающего/записывающего устройства 120, чем магнитный лист 13 на стороне внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131.
[0031] Далее, антенный модуль 1c, как показано на фиг.5А, размещается, как показано на фиг.5В, так, что магнитный лист 13 вставлен в центральную часть 11 c антенной катушки 11a, сформированной на подложке 11 антенны, так, что антенная катушка 11a расположена ближе к стороне считывающего/записывающего устройства 120, чем магнитный лист 13, со стороны кромки 133b металлической платы 133a, в то время как магнитный лист 13 расположен ближе к стороне считывающего/записывающего устройства 120, чем антенная катушка 11a, со стороны внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131.
[0032] Кроме того, антенная катушка 11a должна быть намотана так, чтобы она не окружала внешнюю периферию металлической платы 133a. Другими словами, будет достаточно, если проводник катушки намотан так, чтобы центральная ось антенной катушки 11a проходила через зазор 132. Например, как показано на фиг.6, можно использовать антенный модуль 1d, имеющий антенную катушку 11a, которая намотана так, чтобы окружать сечение, определяемое плоскостью xy подложки 11 антенны, расположенной в зазоре 132, и имеет направление намотки, которое параллельно внутренней поверхности периферийной стенки 131a.
[0033] В примере 1 оценки сделаны с использованием характеристик связи антенного модуля 1b из числа вышеописанных четырех типов антенных модулей с различными структурами антенны. Это связано с тем, что магнитный лист 13 антенного модуля 1b расположен так, что магнитное поле, которое создается вокруг кромки 133b металлической платы 133a, может более эффективно "втягиваться" в антенную катушку На по сравнению с другими антенными модулями 1a, 1c и 1d.
[0034] Сначала для оценки эффективности оценивались характеристики связи, когда изменялось относительное взаимное расположение металлической платы 133a и подложки 11 антенны, в то время как металлическая плата 133a и считывающее/записывающее устройство 120 были установлены напротив друг друга, как показано на фиг.7.
[0035] Конкретные условия для оценки были следующими. Антенна 121 считывающего/записывающего устройства 120 была катушкой с 2 витками, имеющей внешние габариты 66×100 мм, определяемые в направлениях осей xy. Металлическая плата 133a была выполнена из нержавеющей стали с размерами 100×50×0,3 мм, определяемыми в направлениях осей xyz. Антенная катушка На антенного модуля 1b имела конфигурацию с габаритными размерами 40×10 мм, определяемыми в направлениях осей xy, с четырьмя витками. Кроме того, расстояние от поверхности металлической платы 133a до поверхности антенной катушки На, определяемое в направлении оси z, было установлено равным 1 мм.
[0036] Здесь значение "а" используется для указания относительного взаимного расположения металлической платы 133a и подложки 11 антенны. То есть, значение "а" - расстояние, определяемое в направлении оси у от центральной части 133c металлической платы 133a до кромки 11a подложки 11 антенны на стороне внутренней поверхности периферийной стенки 131a.
[0037] Изменения коэффициента связи антенной катушки 11a при вышеописанных условиях, когда значение "а" изменяется от 15 до 40 мм, показаны на фиг.8, в то время как изменения значения добротности Q показаны на фиг.9, соответственно.
[0038] Здесь, так как ширина металлической платы 133a равна 50 мм, кромка 133b металлической платы 133a совпадает с кромкой 11d антенной катушки 11a со стороны внутренней поверхности периферийной стенки 131a, когда значение а равно 25 мм. Далее, так как ширина антенной катушки На равна 10 мм, кромка Не антенной катушки 11a со стороны металлической платы 133a совпадает с кромкой 133b металлической платы 133a, когда значение а равно 35 мм.
[0039] Как показано на фиг.8, коэффициент связи наиболее высок, когда значение а равно 30 мм, и центральная часть 11 с подложки 11 антенны по существу совпадает с кромкой 133b металлической платы 133a, и он уменьшается, когда значение а удаляется от 30 мм. Коэффициенты связи показывают по существу идентичные характеристики, когда значение а равно 25 и 35 мм. Причиной того, почему коэффициенты связи высоки, когда антенная катушка 11a расположена вблизи кромки 133b металлической платы 133a, состоит в том, что плотность магнитного потока является высокой на периферии кромки 133b металлической платы 133a. Далее, вихревые токи генерируются на металлической плате 133a после приема магнитного поля, передаваемого от считывающего/записывающего устройства 120, вследствие того факта, что напряженность магнитного поля у кромки 133b является большей, чем напряженность в центральной части 133 с, так что магнитная энергия, которая принимается от считывающего/записывающего устройства 120, может эффективно передаваться на сторону антенной катушки 11a.
[0040] По сравнению со случаем, в котором значение а изменяется, уменьшаясь от 25 мм, для случая, в котором значение а изменяется, увеличиваясь от 35 мм, хотя коэффициенты связи и уменьшаются в обоих случаях, уменьшение коэффициента связи является меньшим в ответ на изменение значении а, когда оно изменяется, увеличиваясь от 35 мм. Например, при сравнении случаев, в которых значение а равняется 22 и 38 мм, коэффициент связи выше приблизительно на 20%, когда значение а равно 38 мм. Далее, при сравнении случаев, в которых значения а равняются 20 и 40 мм, коэффициент связи выше приблизительно на 40%, когда значение а равно 40 мм.
[0041] Как показано на фиг.9, при удалении антенной катушки 11a от металлической платы 133a значение добротности Q монотонно возрастает, особенно когда значение а становится больше 35 мм, а именно, когда антенная катушка На больше не накрывает металлическую плату 133a, значение добротности Q резко возрастает.
[0042] Причина состоит в том, что чем больше антенная катушка На удаляется от металлической платы 133a, тем больше металлическая плата 133a ограничивается в приеме магнитного поля, которое генерируется током, текущим через антенную катушку 11a, и в преобразовании его в тепловую энергию так, что значение сопротивления антенной катушки 11a, по-видимому, становится меньшим.
[0043] Из вышеописанной оценки эффективности можно понять, что, чтобы просто улучшить коэффициент связи, центральная часть 11c подложки 11 антенны должна по существу совпадать с кромкой 133b металлической платы 133a, а чтобы достигнуть хороших характеристик связи, требуется, чтобы совмещались как высокий коэффициент связи, так и высокое значение добротности. Следовательно, особенно благоприятно, когда антенная катушка 11a расположена в положении, которое находится вблизи металлической платы 133a и в котором она не накрывает металлическую плату 133a, с целью получения как высокого коэффициента связи, так и высокого значения добротности, чтобы в результате получить хорошие характеристики связи.
[0044] Таким образом, так как антенный модуль 1b и антенные модули 1a, 1c и 1d согласно данному примеру расположены так, что антенная катушка На намотана в зазоре 132 так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть металлической платы 133a, можно достигнуть уменьшения размеров корпуса 131, когда он входит в состав электронного устройства, такого как мобильный телефон 130. Далее, антенный модуль 1b и антенные модули 1a, 1c и 1d согласно данному примеру могут реализовывать хорошие характеристики связи, используя магнитные свойства металлической платы 133a, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120.
[0045] Модифицированный пример
Что касается антенных модулей 1b, 1c и 1d из числа антенных модулей 1a, 1b, 1c и 1d данного примера, то можно реализовать хорошие характеристики связи, эффективно используя пространство зазора 132 путем расположения подложки 11 антенных модулей так, чтобы она была наклонена относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, с кромкой 11e на стороне металлической платы 133a в качестве центральной оси, как показано на фиг.10. В связи с этим предусматривается магнитный лист 134 для наложения на металлическую плату 133a на фиг.10 так, чтобы металлическая плата 133a не отталкивала магнитное поле от считывающего/записывающего устройства 120. Угол наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, с кромкой 11e на стороне металлической платы 133a в качестве центральной оси поворота, устанавливается равным θ.
[0046] Далее будут оценены характеристики связи антенной катушки 11a, когда изменяется угол наклона θ.
[0047] Условия оценки были следующими. Антенна 121 считывающего/записывающего устройства 120 была катушкой с двумя витками, имеющей габаритные размеры 66×100 мм. Металлическая плата 133c была алюминиевой платой, имеющей габаритные размеры 60×45×5 мм в направлениях осей xyz. Антенная катушка На имела конфигурацию с габаритными размерами 40×5 мм в направлениях осей xy, с магнитным листом 13, вставленным в центральную часть 11c, и с четырьмя витками. Кроме того, расстояние от поверхности металлической платы 133a до кромки 11e антенной катушки 11a, определяемое по направлению вдоль оси z, было установлено равным 1 мм. Далее, расстояние от кромки 133b металлической платы 133a до кромки 11e антенной катушки 11a, определяемое в направлении оси y, было установлено равным 2,5 мм.
[0048] При вышеупомянутых условиях оценки на фиг.11 показаны коэффициенты связи для случаев "ширина: постоянная", если форма подложки 11 антенны является постоянной, и "ширина: 1/cos θ", если ширина от кромки 11d антенной катушки 11a до другой кромки 11e изменяется в соответствии с углом наклона 9, чтобы удовлетворять "1/cos θ".
[0049] Как показано на этой фиг.11, улучшения коэффициентов связи могут быть замечены, когда угол наклона θ отклоняется от 0 градусов. В случае "ширина: постоянная" характеристики наиболее высоки при углах 25-30 градусов.
[0050] В случае "ширина: 1/cos θ" ширина антенной катушки 11a увеличивается в соответствии с увеличением угла наклона θ так, что коэффициент связи становится выше. Поэтому для антенной катушки 11a предпочтительно устанавливать ширину антенной катушки 11a как можно большей в пределах диапазона, с которым она может быть помещена в зазор 132, когда подложка 11 антенны наклоняется под углом наклона θ. Например, когда область зазора 132, которая определена на плоскости ZY во внутренней структуре корпуса 131, по существу квадратна, угол θ, равный приблизительно 45 градусам, является особенно подходящим с точки зрения эффективного использования пространства зазора 132.
[0051] Характеристики коэффициентов связи при вышеупомянутых условиях оценки, когда форма подложки 11 антенны является постоянной и когда структурная конфигурация антенной катушки 11a является такой как у антенных модулей 1b, 1c и 1d, будут теперь показаны на фиг.12.
[0052] Как показано на фиг.12, характеристики наиболее высоки, когда антенная катушка 11a антенного модуля 1b наклонена под углом 25-30 градусов, в то время как характеристики антенной катушки 11a антенных модулей 1c и 1d наиболее высоки, когда она наклонена под углом 45 градусов и больше.
[0053] Следовательно, хотя для антенных модулей 1b, 1c и 1d есть условия для углов, при которых коэффициенты связи становятся выше с помощью установки больших углов наклона θ, антенный модуль 1b является особенно подходящим с точки зрения эффективного использования пространства зазора 132, когда толщина зазора 132, которая определяется в направлении оси z, ограничена с точки зрения уменьшения толщины.
[0054] Таким образом, путем расположения антенных модулей 1b, 1c и 1d так, чтобы подложка 11 антенны была наклонена относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, с кромкой 11e на стороне металлической платы 133a в качестве центральной оси, можно реализовать хорошие характеристики связи, эффективно используя пространство зазора 132. Далее, когда толщина зазора 132, которая определяется вдоль направления оси z, ограничена с точки зрения уменьшения толщины, антенный модуль 1b особенно подходит для реализации хороших характеристик связи, эффективно используя пространство зазора 132.
[0055] Пример 2
Далее будет объяснена конструкция устройства связи согласно примеру 2 применения данного изобретения. Это устройство связи - электронное устройство, содержащее антенный модуль 1a, 1b, 1c или 1d согласно вышеописанному примеру 1. В данном примере конкретные объяснения будут сделаны с использованием мобильного телефона 230, как показано на фиг.13.
[0056] Более конкретно, мобильный телефон 230 содержит, подобно вышеописанному мобильному телефону 130, аккумуляторную батарею 133 и любой антенный модуль из числа антенных модулей 1a, 1b, 1c и 1d в корпусе 131, как показано на фиг.13А. Мобильный телефон 230 здесь снабжен магнитным листом 234, который накрывает расположенную напротив считывающего/записывающего устройства 120 металлическую плату 133а аккумуляторной батареи 133, чтобы магнитное поле эффективно втягивалось в антенную катушку 11a антенного модуля 1a, 1b, 1c или 1d. Этот магнитный лист 234 накрывает металлическую плату 133a для того, чтобы предотвратить отталкивание металлическим листом 133а магнитного поля от считывающего/записывающего устройства 120, как описано выше; кроме того, он расположен так, чтобы более эффективно втягивать магнитное поле в антенную катушку 11a, как показано на фиг.13В, так как его кромка 234a со стороны антенной катушки 11a проходит в сторону антенной катушки 11a так, чтобы не накрывать расположенную напротив считывающего/записывающего устройства 120 поверхность антенной катушки 11a, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120.
[0057] Причиной не накладывать магнитный лист 234 на поверхность антенной катушки 11a, расположенную напротив считывающего/записывающего устройства 120, является то, что накладывание его неблагоприятно ограничило бы магнитное поле, которое принимает антенная катушка 11a.
[0058] Далее на фиг.13В показана конфигурация структуры, в которой магнитный лист 13 установлен в центральную часть 11e антенной катушки На антенного модуля 1b из числа антенных модулей 1a, 1b, 1c и 1d, который включен в состав мобильного телефона 230.
[0059] Характеристики связи антенной катушки 11a были оценены, когда изменялись относительные положения кромки 234a магнитного листа 234, наложенного на металлический лист 133a, и антенной катушки 11a.
[0060] Конкретные условия для оценки были следующими. Антенна 121 считывающего/записывающего устройства 120 была катушкой индуктивности с двумя витками, имеющей габаритные размеры 66×100 мм, определяемые в направлениях осей xy. Металлическая плата 133a была алюминиевой платой, имеющей размеры 60×45×5 мм. Антенная катушка На была сконфигурирована так, что имела габаритные размеры 40×5 мм, определяемые в направлениях осей xy, с магнитным листом 13, вставленным в центральную часть 11c, и с четырьмя витками. Кроме того, расстояние от поверхности металлической платы 133a до кромки 11e антенной катушки 11a, определяемое в направлении оси z, было установлено равным 1 мм. Далее, расстояние от кромки 133b металлической платы 133a до кромки 11e антенной катушки 11a, которое определялось в направлении оси y, было установлено равным 2,5 мм. Далее, магнитный лист 234 с толщиной 0,1 мм был наложен на металлическую плату 133a и его размер в направлении ширины, определяемой в направлении оси y, изменялся, чтобы получить этот коэффициент связи. Коэффициенты связи показаны на фиг.14. Здесь на фиг.14 показано изменения коэффициентов связи, когда ширина b, определяемая в направлении оси у от центральной части 133c металлической платы 133a до кромки 234a магнитного листа 234, изменялась в диапазоне от 15 до 25 мм.
[0061] Так как здесь ширина металлического листа 133a в направлении оси у равна 45 мм, кромка 234a магнитного листа 234 совпадает с кромкой 133b металлической платы 133a, когда значение b равно 22,5 мм. Когда значение b равно 25 мм, кромка 234a магнитного листа 234 совпадает с кромкой 11e антенной катушки 11a и кромкой 13a магнитного листа 13, соответственно.
[0062] Как показано на фиг.14, когда значение b изменяется от 22,5 мм до 25 мм, коэффициент связи антенной катушки 11a резко увеличивается в соответствии с этим изменением.
[0063] Это происходит потому, что магнитное поле, которое течет параллельно металлической плате 133a, может быть "втянуто" в антенную катушку 11a через магнитный лист 234 без расхождения магнитного поля вблизи кромки 133b.
[0064] Таким образом, так как в мобильном телефоне 230 кромка 234a на стороне антенной катушке На проходит в сторону антенной катушки 11a так, чтобы не накладываться на поверхность антенной катушки 11a, расположенную напротив считывающего/записывающего устройства 120, можно эффективно втягивать магнитное поле в антенную катушку 11a, чтобы в результате реализовать хорошие характеристики связи.
[0065] Пример 3
Как описано выше, с целью установления как высокого коэффициента связи, так и высокого значения добротности предпочтительно располагать антенную катушку 11a антенного модуля согласно данному изобретению вблизи металлической платы 133a и в позиции, в котором она не накрывается металлической платой 133a.
[0066] Здесь, когда индуктивная связь должна осуществляться со считывающим/записывающим устройством 120 посредством магнитного поля, использующего частоту передачи 13,56 МГц, расстояние между внутренней поверхностью периферийной стенки 131a корпуса 131 и кромкой 133b металлической платы 133a, которое является шириной зазора 132, определяемой в направлении оси y, устанавливается равным d (мм), как показано на фиг.15А. Когда эта ширина d (мм) изменяется, площадь антенной катушки 11a, которая определяется плоскостью xy, устанавливается равной 300 (мм2), и ширина d-1 (мм) антенной катушки Пав направлении оси у изменяется так, чтобы по существу совпадать с шириной d (мм) зазора 132, коэффициенты связи изменяются, как показано на фиг.15В. На фиг.15В для удобства оценки сделаны с использованием антенной катушки 11a антенного модуля 1b.
[0067] Как видно из фиг.15В, коэффициент связи увеличивается с увеличением ширины d (мм), которая является шириной зазора 132, а также шириной антенной катушки На, и коэффициент связи становится больше, когда ширина d (мм) составляет приблизительно от 8,00 до 14,00 мм, с пиком, находящимся приблизительно на 10,00 мм. В то время как коэффициент связи становится большим, когда ширина d (мм) находится в диапазоне приблизительно от 8,00 до 10,00 мм, улучшение характеристик связи по существу насыщается, даже если ширина увеличивается больше чем приблизительно 10,00 мм. Такие характеристики являются следствием того, что периферия корпуса 131, а именно плотность магнитной силы в зазоре 132, является относительно большой на стороне внешней поверхности периферийной стенки 131b.
[0068] Можно реализовать хорошие характеристики связи, даже если ширина d (мм) является меньшей, чем 8,00 мм. Например, как показано на фиг.16А, подложка 11 антенны располагается с наклоном относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, с кромкой 11e на стороне металлической платы 133a в качестве центральной оси. В это время углы θ наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/ записывающего устройства 120, определяются равными 0, 30 и 45 градусам, в то время как ширина d (мм) зазора 132, определяемая в направлении оси y, изменяется; коэффициенты связи изменяются, как показано на фиг.16В. В связи с этим форма антенной катушки 11a изменяется так, что кромки 11d, 11e совпадают с внутренней поверхностью периферийной стенки 131a корпуса 131 и кромкой 133b металлической платы 133a, соответственно.
[0069] Как очевидно из фиг.16В, при таких условиях коэффициент связи оптимизируется, когда значение d (мм) становится меньшим, то есть зазор 132 становится более узким с увеличением угла наклона θ.
[0070] Как очевидно из этого результата, даже если ширина d (мм) меньше 8,00 мм, наклоняя подложку 11 антенны можно реализовать хорошие характеристики связи.
[0071] Как очевидно из вышеописанных результатов фиг.15В и фиг.16В, в примере 3 антенная катушка 11a реализует относительно высокий коэффициент связи, когда кромка 11e на стороне металлической платы 133a находится не дальше, чем приблизительно в 14,00 мм по направлению вдоль оси y, которая перпендикулярна внутренней периферийной стенке 131a, при использовании внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131 в качестве базы отсчета, при этом можно реализовать хорошие характеристики связи при уменьшении пространства. Более предпочтительно, если антенная катушка 11a реализует особенно высокий коэффициент связи, когда кромка 11e на стороне металлической платы 133a находится не дальше, чем приблизительно в 10,00 мм по направлению вдоль оси y, которая перпендикулярна внутренней периферийной стенке 131a, при использовании внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131 в качестве базы отсчета, при этом можно реализовать хорошие характеристики связи при уменьшении пространства.
[0072] Когда размер поверхности подложки 11 антенны, которая включена в состав мобильного телефона 130, ограничен, предпочтительно задать ширину антенной катушки На по направлению вдоль оси x при выполнении условия ее расположения не дальше, чем приблизительно в 14,00 мм по направлению вдоль оси y, которая перпендикулярна внутренней периферийной стенке 131a, при использовании внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131 в качестве базы отсчета и, более предпочтительно, не дальше, чем приблизительно в 10,00 мм, ввиду нижеследующих результатов оценки.
[0073] Для оценки эффективности подложка 11 антенны располагалось вблизи металлической платы 133a и считывающее/записывающее устройство 120 располагалось напротив, как показано на фиг.7. Антенна 121 считывающего/записывающего устройства 120 была катушкой с двумя витками, имеющей габаритные размеры 66×100 мм, определяемые в направлениях осей xy. Металлическая плата 133a была сделана из нержавеющей стали, с размерами 100×50×0,3 мм, определяемыми в направлениях осей xyz. Антенная катушка На антенного модуля 1b была катушкой с четырьмя витками и габаритными размерами, определяемыми в направлениях осей ху, с площадью 300, 400 и 500 мм2 в состоянии, в котором положение кромки 11d подложки 11 антенны на стороне внутренней поверхности периферийной стенки 131a по существу фиксировано в позиции внутренней поверхности периферийной стенки 131a корпуса 131. Кроме того, расстояние от поверхности металлической платы 133a до поверхности антенной катушки 11a, определяемое в направлении оси z, было установлено равным 1 мм. Следует отметить, что угол θ наклона подложки 11 антенны относительно плоскости xy, расположенной напротив считывающего/записывающего устройства 120, был установлен равным 0 градусов.
[0074] Изменения коэффициентов связи при изменении отношения ширины антенной катушки Пав направлении оси x к ширине в направлении оси y (в дальнейшем называемого "соотношением сторон") при таких условиях показаны на фиг.17.
[0075] При габаритных размерах, определяемых в направлениях осей xy, на фиг.17А площадь устанавливалась равной 300 мм2, на фиг.17В - 400 мм2 и на фиг.17С - 500 мм2.
[0076] На фиг.17А увеличение коэффициентов связи насыщается, когда соотношение сторон становится большим чем 3, в то время как на фиг.17В увеличение коэффициентов связи насыщается, когда соотношение сторон становится большим, чем 4, и на фиг.17С увеличение коэффициентов связи насыщается, когда соотношение сторон становится большим, чем 5. Другими словами, это показывает, что увеличение коэффициентов связи насыщается, даже если ширина антенной катушки 11a в направлении оси у является большей, чем приблизительно 10,00 мм.
[0077] Как также очевидно из этого результата, антенная катушка Па может реализовать хорошие характеристики при уменьшении размеров пространства, когда кромка 11e металлической платы 133a расположена в положении, в котором она находится не дальше, чем приблизительно в 14,00 мм в направлении вдоль оси y, которая перпендикулярна внутренней периферийной стенке 131a , когда внутренняя поверхность периферийной стенки 131a корпуса 131 используется как база отсчета, и, более предпочтительно, не дальше чем приблизительно в 10,00 мм. Таким образом, чтобы расширить площадь антенной катушки 11a, которая определяется в направлениях осей xy, с целью улучшения характеристик связи, предпочтительно, чтобы ширина в направлении оси x увеличивалась при удовлетворении условия, при котором кромка 11e на стороне металлической плате 133a находится в положении не дальше чем приблизительно в 10,00 мм по направлению вдоль оси y, перпендикулярной внутренней периферийной стенке 131a, когда внутренняя поверхность периферийной стенки 131a корпуса 131 используется как база отсчета.
[0078] Кроме того, когда ширина зазора 132 в направлении оси y ограничена так, чтобы быть не больше чем 8,00 мм, хорошие характеристики связи могут быть реализованы путем увеличения угла наклона θ подложки 11 антенны в соответствии с ограничением по ширине.
[0079] Таким образом, у антенной катушки 11a согласно примеру 3 возможно особенно улучшить параметры, приходящиеся на единичную площадь, чтобы реализовать антенный модуль небольшого размера, с небольшими ограничениями для установки и высокой конкурентоспособностью.
Перечень ссылочных позиций
1 - устройство связи; 1a, 1b, 1c, 1d - антенный модуль; 11 - подложка антенны; 11a - катушка антенны; 11b - контактные площадки; 11c - центральная часть; 11d, 11e, 13a, 113b, 133b, 234a - кромка; 111 - центральная ось; 12 - блок обработки сигналов связи; 13, 134, 234 - магнитный лист; 100 - система радиосвязи; 120 считывающее/записывающее устройство; 121 - антенна; 122 - плата управления; 130, 230 - мобильный телефон; 131 - корпус; 131a - внутренняя поверхность периферийной стенки; 131b - внешняя поверхность периферийной стенки; 132 - зазор; 133 - аккумуляторная батарея; 133a - металлическая плата; 133c - центральная часть.
1. Антенное устройство, которое встроено в электронное устройство и способно осуществлять связь путем приема магнитного поля, передаваемого передатчиком, содержащее:
антенную катушку, которая индуктивно связана с передатчиком и намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика внутри корпуса электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть упомянутого проводящего тела, и
магнитный лист для втягивания в антенную катушку магнитного поля, передаваемого от передатчика,
при этом антенная катушка расположена с наклоном относительно поверхности, расположенной напротив передатчика, с кромкой со стороны проводящего тела в качестве центральной оси поворота,
антенная катушка образована с использованием сигнального проводника на печатной плате, и
антенная катушка и магнитный лист наложены друга на друга так, чтобы удовлетворять двум условиям расположения, а именно, условию расположения магнитного листа так, чтобы он был ближе к передающей стороне, чем антенная катушка, с центральной стороны поверхности корпуса, расположенной напротив передатчика, и условию расположения антенной катушки так, чтобы она была ближе к передающей стороне, чем магнитный лист, с внешней периферийной стороны поверхности корпуса, при этом магнитный лист вставлен в центральную часть антенной катушки, сформированной на печатной плате.
2. Антенное устройство по п. 1, отличающееся тем, что передатчик передает магнитное поле, имеющее частоту 13,56 МГц, и
антенная катушка расположена так, что кромка антенной катушки со стороны проводящего тела находится не далее чем приблизительно в 14,00 мм в перпендикулярном направлении от внутренней поверхности периферийной части корпуса, когда внутренняя поверхность периферийной части корпуса используется как база отсчета.
3. Антенное устройство по п. 2, отличающееся тем, что антенная катушка расположена так, что кромка антенной катушки со стороны проводящего тела находится не далее чем приблизительно в 10,00 мм в перпендикулярном направлении от внутренней поверхности периферийной части корпуса, когда внутренняя поверхность периферийной части корпуса используется как база отсчета.
4. Устройство связи, позволяющее осуществлять связь путем приема магнитного поля, передаваемого передатчиком, и содержащее:
антенную катушку, которая индуктивно связана с передатчиком и намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика в корпусе электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть проводящего тела, и
блок обработки сигналов связи, который приводится в действие током, текущим через антенную катушку, для осуществления связи с передатчиком,
а также второй магнитный лист, который покрывает поверхность проводящего тела, расположенную напротив передатчика,
причем второй магнитный лист проходит к стороне антенной катушки так, что его кромка со стороны антенной катушки не накладывается на поверхность антенной катушки, расположенную напротив передатчика.
5. Устройство связи по п. 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый магнитный лист для втягивания в антенную катушку магнитного поля, передаваемого передатчиком.
6. Устройство связи по п. 5, отличающееся тем, что второй магнитный лист проходит к стороне антенной катушки так, что положение его кромки со стороны антенной катушки по существу совпадает с положением кромки первого магнитного листа со стороны проводящего тела.
7. Устройство связи по п. 4, отличающееся тем, что передатчик передает магнитное поле, имеющее частоту 13,56 МГц, и
антенная катушка расположена так, что кромка антенной катушки со стороны проводящего тела находится не далее чем приблизительно в 14,00 мм в перпендикулярном направлении от внутренней поверхности периферийной части корпуса, когда внутренняя поверхность периферийной части корпуса используется как база отсчета.
8. Устройство связи по п. 7, отличающееся тем, что антенная катушка расположена так, что кромка антенной катушки со стороны проводящего тела находится не далее чем приблизительно в 10,00 мм в перпендикулярном направлении от внутренней поверхности периферийной части корпуса, когда внутренняя поверхность периферийной части корпуса используется как база отсчета.
9. Устройство связи, позволяющее осуществлять связь путем приема магнитного поля, передаваемого передатчиком, и содержащее:
блок электропитания;
блок обработки сигналов связи, который для осуществления связи с передатчиком приводится в действие посредством энергии, подаваемой от батареи,
антенную катушку, которая индуктивно связана с передатчиком и намотана в зазоре между кромкой проводящего тела, расположенного напротив передатчика внутри корпуса электронного устройства, и внутренней поверхностью периферийной стенки корпуса так, чтобы не окружать внешнюю периферийную часть упомянутого проводящего тела, и
магнитный лист для втягивания в антенную катушку магнитного поля, передаваемого от передатчика,
при этом антенная катушка расположена с наклоном относительно поверхности, расположенной напротив передатчика, с кромкой со стороны проводящего тела в качестве центральной оси поворота,
антенная катушка образована с использованием сигнального проводника на печатной плате, и
антенная катушка и магнитный лист наложены друга на друга так, чтобы удовлетворять двум условиям расположения, а именно, условию расположения магнитного листа так, чтобы он был ближе к передающей стороне, чем антенная катушка, с центральной стороны поверхности корпуса, расположенной напротив передатчика, и условию расположения антенной катушки так, чтобы она была ближе к передающей стороне, чем магнитный лист, с внешней периферийной стороны поверхности корпуса, при этом магнитный лист вставлен в центральную часть антенной катушки, сформированной на печатной плате.
