專利名稱：用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板和無觸點(diǎn)通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有4皮此絕纟彖并隔離的兩個(gè)線圏的用于無 觸點(diǎn)通信(non-contact communication,也稱非接觸通信)裝置的天 線基板。
背景技術(shù)：
在感應(yīng)器耦合型的短程無線通信中，通過使兩個(gè)天線線圈彼此 靠近以在這些兩個(gè)天線線圏之間建立》茲耦合來執(zhí)行無觸點(diǎn)通信。然 而，當(dāng)在這些天線線圏中的任一個(gè)的背面上排列金屬物時(shí)，由于這 兩個(gè)天線線圈彼此更加靠近，所以金屬物變得更加靠近另一個(gè)天線 線圈。因此，由于在金屬物的表面上產(chǎn)生了渦電流，所以會(huì)逐漸降 寸氐另一個(gè)天線線圏的有效天線電感。不管這兩個(gè)天線線圏是否4皮此 靠近，都會(huì)使通信特性明顯劣化，或者無觸點(diǎn)通信裝置可能無法通 信。因此，通常已釆取在金屬物與天線線圈的背面之間設(shè)置厚磁片 以減少金屬物中所產(chǎn)生的渦電流的措施(例如，參見日本未審查專 利申請(qǐng)乂>開2006-285709 )。發(fā)明內(nèi)容然而，磁片通常很昂貴，從而引起設(shè)備的成本增加。另夕卜，厚 磁片的插入導(dǎo)致設(shè)備總厚度的增加。需要體重一種能夠在不使用任何》茲片的情況下通過抑制由于 天線間的距離帶來的天線特性波動(dòng)以能夠在緊密排列天線線圏之 間進(jìn)行穩(wěn)定的無觸點(diǎn)通信的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板和無 觸點(diǎn)通信裝置。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例，存在包括支撐基板和天線線圏的用 于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板。天線線圈被設(shè)置在支撐基板上或內(nèi) 部并且具有第 一開口和開口面積比第 一開口小的的4it助線圈。豐甫助 線圈與天線線圈絕緣并隔離，并且經(jīng)排列以便當(dāng)從與支撐基板的表 面垂直的方向》見察時(shí)，第二開口與第一開口的一部分相乂于。根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例，提供了 一種包括天線基板和驅(qū)動(dòng) 電路的無觸點(diǎn)通信裝置。天線基板包括支撐基板和天線線圈。天線 線圈祐 沒置在支撐基^反上或內(nèi)部并且具有第一開口和開口面積比 第一開口小的輔助線圏。輔助線圈與天線線圏絕緣并且隔離，并且經(jīng)排列以便當(dāng)從與支撐基板的表面垂直的方向觀察時(shí)，第二開口與 第一開口的一部分相對(duì)。驅(qū)動(dòng)電路向天線線圏施加預(yù)定信號(hào)。在才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板和無 觸點(diǎn)通信裝置中，具有開口面積比天線線圏的開口小的開口的輔助 線圏與天線線圏絕緣并隔離，并且經(jīng)排列以便當(dāng)從與支撐基板的表 面垂直的方向 見察時(shí)，第二開口與第一開口的一部分相對(duì)。因此， 當(dāng)將預(yù)定信號(hào)施加給天線線圈時(shí)，能夠減少乂人天線線圈產(chǎn)生的流到 輔助線圈的第二開口中的》茲場(chǎng)的總量。這樣能夠減少天線線圈與輔 助線圏之間的》茲津禺合，乂人而可以4卬制天線線圏與第三線圏之間的可通信3巨離的縮短。通過適當(dāng)調(diào)整天線線圈的i皆振頻率和輔助線圏的 諧振頻率，例如，當(dāng)在支撐基板的背面上排列金屬物并將天線線圈 緊密排列在支撐基板的表面上，同時(shí)將電信號(hào)和傳輸信號(hào)施加給天 線線圏時(shí)，通過增加由于輔助線圏的影響帶來的第三天線線圏的有 效自感，可以抵消由于金屬物的影響帶來的第三天線線圏的有效自感的;咸少量。因此，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板 和無觸點(diǎn)通信裝置中，具有開口面積比天線線圏的開口小的開口的 輔助線圏與天線線圏絕》彖并隔離，并且經(jīng)排列以<更當(dāng)乂人與支撐基玲反 的表面垂直的方向》見察時(shí)，第二開口與第一開口的一部分相^f。因 此，通過適當(dāng)調(diào)整天線線圏和輔助線圈的各個(gè)諧振頻率，可以在不 使用任何^t片的情況下抑制由于天線之間的距離帶來的天線特性 的波動(dòng)。因此，可以執(zhí)行和緊密排列的天線線圏的穩(wěn)定的無觸點(diǎn)通 信。本發(fā)明的以上發(fā)明內(nèi)容并非用于描述本發(fā)明的每個(gè)所示的實(shí) 施例或每一實(shí)施方式。以下附圖和實(shí)施方式將更具體地示出這些實(shí)施例。


圖i是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無觸點(diǎn)通信裝置的表面配置的平面圖；圖2A和圖2B是示出了圖1的無觸點(diǎn)通信裝置的橫截面配置 的示圖；圖3是用于闡述當(dāng)向圖1中的天線線圏提供電源和傳輸信號(hào)時(shí) 產(chǎn)生的磁場(chǎng)的概念圖解；圖4是圖1中的無觸點(diǎn)通信裝置和相對(duì)卡的透—見圖；圖5A和圖5B分別是圖1中的無觸點(diǎn)通信裝置和相對(duì)卡的電 路圖及其等效電路圖；圖6是才艮據(jù)實(shí)施例的無觸點(diǎn)通信裝置相對(duì)于天線間距離的有效 自感的特征圖；圖7是實(shí)施例中的無觸點(diǎn)通信裝置和相對(duì)卡相對(duì)于天線間的3巨 離的有效自感的特^正圖；以及圖8是實(shí)施例中的相對(duì)卡相對(duì)于天線間的距離的有效自感的特征圖。
具體實(shí)施方式
以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例?，F(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無觸點(diǎn)通信裝置1。圖1示出了 本實(shí)施例的無觸點(diǎn)通信裝置1的上表面配置。圖2A示出了從附加 箭頭的方向觀察到的沿圖1中的線A-A得到的無觸點(diǎn)通信裝置1的 才黃截面配置。圖2B示出了/人附加箭頭的方向7見察到的沿圖1中的 線B-B到的的無觸點(diǎn)通信裝置1的橫截面配置。無觸點(diǎn)通信裝置1包括形成在天線基板IO(用于無觸點(diǎn)通信裝 置的天線基板)上的集成電路(IC)芯片20和天線基板10上的電 容元件30。其實(shí)例包括與卡型天線設(shè)備一起使用的讀出器/寫入器。天線基板10包括在支撐基板11上或在支撐基板11內(nèi)部的天 線線圏12和輔助線圈13。盡管圖1示出了其中在支撐基板ll的一 個(gè)表面上排列天線線圈12并且在支撐基板11的另一個(gè)表面上排列輔助線圏13的實(shí)例，但是這兩個(gè)線圈可以彼此絕緣并隔離并排列 在支撐基板的同一個(gè)表面上。支撐基板ll由聚酯、玻璃紙、PET、聚酰亞胺等構(gòu)成的柔軟薄 膜、玻璃環(huán)氧樹脂等構(gòu)成的電子基板、或諸如紙的絕緣材料形成。 支撐基板11支撐天線線圏12和輔助線圏13，并且且天線線圏12 和專甫助線圏13 4皮此物理上隔離并電絕纟彖。例如，天線線圈12是通過將諸如銅或鋁的金屬材料制成的線 巻繞預(yù)定l欠目的圈形成的平面線圈。在經(jīng)巻繞的線內(nèi)形成開口 12A。 將構(gòu)成天線線圈12的線的兩端連4妄到IC芯片20, 乂人這兩端將電源 和傳輸信號(hào)提供給天線線圈12。例如，輔助線圈13是具有約10 nH~100 iaH的感應(yīng)器，更特 定地，通過將諸如銅或鋁的金屬材料制成的線巻繞預(yù)定數(shù)目的圏形 成的平面線圏。在經(jīng)巻繞的線內(nèi)形成開口 13A。與天線12無關(guān)i也 提供輔助線圈13,且輔助線圈13與天線線圏12絕*彖并隔離。將構(gòu)成輔助線圈13的線的兩端連4妻到電容元件30。輔助線圏 13和電容元件30構(gòu)成諧振器。將電容元件30無需始終連接至輔助 線圏13?？梢允褂脴?gòu)成輔助線圏13的線所產(chǎn)生的寄生電容來替代 電容元件30。輔助線圈13的巻繞方向可以與天線線圏12的巻繞方 向一至丈或才目反。輔助線圈13經(jīng)排列以便當(dāng)從與支撐基板11的表面垂直的方向 》見察時(shí)，開口 13A與開口 12A的一部分相對(duì)。4尤選地，開口 12A 與開口 13A;f皮此相對(duì)的區(qū)域(相對(duì)區(qū)域14)的面積與開口 13A的 開口面積的比大體上為50%。如jt匕的原因如下。即，如圖3所示， 例如，在開口 12A與天線線圏12的外部之間，當(dāng)將電源和傳輸信 號(hào)才是供給天線線圈12時(shí)，/人天線線圈12產(chǎn)生的載波(交變石茲場(chǎng))處于相反方向。在交變》茲場(chǎng)中，通過開口 12A的交變》茲場(chǎng)和通過天 線線圏12外部的交變^F茲場(chǎng)與通過輔助線圈13的開口 13A的交變》茲 場(chǎng)的量大體上相同。在減少天線線圏12與輔助線圈13之間的i茲耦 合方面，這是最有效的配置。因此，^是供輔助線圈13抑制了天線 線圏12與稍后所述的天線線圏112之間的可通信iE巨離的減小。如圖4中的簡(jiǎn)化形式所示，無觸點(diǎn)通信裝置1與卡型天線設(shè)備 (相對(duì)卡100)通常成對(duì)使用。無觸點(diǎn)通信裝置1經(jīng)排列為與通過 在支撐基板100中4是供天線線圏112和IC芯片113形成的相對(duì)卡 100的天線線圈112相隔預(yù)定距離D。由通過/人無觸點(diǎn)通信裝置1 的天線線圏12產(chǎn)生的電^茲波(交變》茲場(chǎng))的電》茲感應(yīng)來向相對(duì)卡 100提供電源，并在載波上疊加經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)以執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀 出/寫入。在圖4中，為了簡(jiǎn)單，省略了天線線圏12、輔助線圈13 和天線線圈112的具體配置。例如，在無觸點(diǎn)通信裝置1與相對(duì)卡100之間的數(shù)據(jù)傳輸/接收 期間所用的通信頻率為13.56 MHz，且此通信頻率中的磁場(chǎng)強(qiáng)度需 要足夠高以允許在與無觸點(diǎn)通信裝置l相隔預(yù)定距離D的位置處進(jìn) 行通信。因此，相對(duì)卡100側(cè)的諧才展頻率優(yōu)選地等于或約等于通該 信頻率。將無觸點(diǎn)通信裝置l側(cè)的諧振頻率(特定地，天線線圏12 的諧振頻率)預(yù)先設(shè)定為等于或約等于通信頻率。然而，相對(duì)卡100側(cè)的諧振頻率由于外部環(huán)境的影響而容易變 化。在本實(shí)施例中，布支定將金屬物配置為緊密4妻觸天線線圏12的 背面(例如，在;^文置構(gòu)成天線線圈12的背面上的讀出器/寫入器的 外殼的金屬的情況下)，采取措施以降低由于金屬物帶來的影響。通常，在不具有輔助線圏的已知類型的非觸點(diǎn)通信裝置中，當(dāng) 將金屬物配置為緊密接觸非觸點(diǎn)通信裝置的天線線圏的背面時(shí)，由 于使天線線圏12與天線線圏112彼此靠近，從而使金屬物靠近天線線圏112。因此，在金屬物的影響下，降低了通信頻率中天線線 圏112的有效自感，且天線線圈112的諧振被轉(zhuǎn)移到高頻側(cè)。因此， 在已知類型的無觸點(diǎn)通信裝置中，不管天線線圏12和天線線圈112 是否位于彼此靠近，都可能會(huì)使通信特性顯著劣化，或者無觸點(diǎn)通 信裝置可能不能通信。另一方面，在本實(shí)施例中，通過在無觸點(diǎn)通信裝置1中設(shè)置輔 助線圏13，當(dāng)在支撐基板IO的背面上設(shè)置金屬物并將天線線圈112 排列為靠近支撐基4反10的表面同時(shí)向天線線圏112施加電源和傳 輸信號(hào)時(shí)，通過增加由輔助線圏13的影響帶來的天線線圏112的 有效自感來抵消由金屬物3的影響帶來的天線線圏112的有效自感 的;咸少量。以下是通過4吏用輔助線圏13通過增加由于輔助線圈13的影響 帶來的天線線圏112的有效自感來>|氐消由于金屬物的影響帶來的天 線線圈112的有效自感的減少量的具體措施。圖5A示出了輔助線圏13、電容元件30和天線線圈112的電 路。圖5B示出了圖5A的電路的等效電路。在圖5A和5B中，L！ 是天線線圏112的自感，L2是輔助線圏13的自感，以及C2是電容 元件30的電容。當(dāng)4吏用輔助線圈13的寄生電容來替代電容元件30時(shí)，L2是寄生電容的自感。從圖5B看出，當(dāng)從天線線圏112側(cè)觀察時(shí)，輔助線圏13、電 容元件30和天線線圈112的有效電阻Z可以由以下等式(1 )來表 達(dá)<formula>formula see original document page 11</formula>從等式(1)可以看出，通過設(shè)置輔助線圏13和電容元件30 帶來的天線線圈112的有效電感的增加量ALa對(duì)應(yīng)于等式(1 )的右 側(cè)的第一項(xiàng)，如以下等式(2)所示<formula>formula see original document page 11</formula>在此情況下，增加量AU的幅度至少為正較好；然而，優(yōu)選地， 該幅度等于或大體上等于由于金屬物的影響帶來的天線線圏112的 有歲文電感的減少量ALp，如以下等式(3)所示The method for making the wound dressing according to claim 33, comprising applying heat treatment to the operable outer faces of both fibre batts, such that both said operable outer faces and, accordingly, outer faces of the laminate pad having said substantially smooth surfaces.3)假設(shè)f。為由輔助線圈13和電容元件30構(gòu)成的諧振器的諧振頻 率，則fo可由以下等式(4)表達(dá)隨后，通過修改等式(4)， C2L2可以由以下等式(5)表達(dá):通過將等式(5 )代入等式(3 )中的C2L2,增加量ALa可以由 以下等式(6)表達(dá)<formula>formula see original document page 12</formula>其中，f是天線線圏12的諧振頻率(通信頻率)。等式(6)示出了當(dāng)諧振頻率fo小于諧振頻率f時(shí)增加量AU 變?yōu)樨?fù)，從而未能抵消減少量ALp,而當(dāng)諧振頻率f0大于諧振頻率f 時(shí)，增加量ALa變?yōu)檎?。因此，通過適當(dāng)調(diào)整增加量ALa,可以通過 減少了量ALa來抵消減少量ALp。因此，在本實(shí)施例的無觸點(diǎn)通信裝置中，輔助線圈13與天線 線圏12絕》彖并隔離，且具有開口面積比天線線圈12的開口 12A小 的開口 13A的輔助線圏13經(jīng)排列，以便當(dāng)從與支撐基板11的表面 垂直的方向》見察時(shí)，開口 13A與第一開口 12A的一部分相》于。因 此，當(dāng)將預(yù)定信號(hào)施加給天線線圏12時(shí)，能夠減少?gòu)奶炀€線圈12 產(chǎn)生流到輔助線圏13的開口 13A中的^F茲場(chǎng)的總量。這能夠減少天 線線圏12與輔助線圈13之間的》茲耦合，從而抑制了天線線圏12 與天線線圏112之間的可通信距離的減小。在本實(shí)施例中，尤其是當(dāng)相對(duì)區(qū)域14的面積(相對(duì)面積)與 開口 13A的開口面積的比大體上為50%時(shí)，在天線線圈12與輔助 線圈13之間幾乎沒有或沒有出現(xiàn)J茲井禺合，/人而消除了天線線圈12 與天線線圏112之間的可通信距離變短的可能性。另外，在本實(shí)施例中，由輔助線圈13和電容元件30構(gòu)成的諧 振器的諧振頻率經(jīng)配置為大于天線線圏12的諧振頻率。因此，例 如，當(dāng)在支撐基板10的背面上布置金屬物并將天線線圏112排列為靠近支撐基才反io的前面同時(shí)向天線線圈112施加電源和傳^r信號(hào)時(shí)，能夠通過由于輔助線圈13的影響帶來的天線線圏112的有 效自感的增加量AU來抵消由于金屬物的影響帶來的天線線圏112 的有歲丈自感的減少量ALp。因此，本發(fā)明能夠在不4吏用任何》茲片的情況下在具有緊密排列 的天線線圏112之間進(jìn)4亍無觸點(diǎn)通信?？蛇x地，如果4吏用》茲片，那 么可以將磁片的厚度減少為小于常規(guī)磁片的厚度。實(shí)例以下將描述上述實(shí)施例的無觸點(diǎn)ii/f言裝置1的實(shí)例。在該實(shí)例中，爿尋天線線圏12的電感i殳為約1.2 pH。爿尋相乂于卡 100的天線線圏112的電感i殳為約1.2 iaH。因此，將天線線圏12和 天線線圏112的諧振頻率(通信頻率)設(shè)為約13.56 MHz。將輔助 線圏13的電感i殳為約1.6 pH，并將電容元件30的電容設(shè)為82pF。 因此，將由輔助線圏13和電容元件30構(gòu)成的諧振器的i皆振頻率i殳 為約14 MHz (>13.56MHz)。相對(duì)區(qū)域14的面積(相對(duì)面積)與 開口 13A的開口面積、的比大體上為50%。圖6示出了當(dāng)改變天線之間的距離D時(shí)無觸點(diǎn)通信裝置1的電 感。圖7示出了當(dāng)改變天線之間的距離D時(shí)天線線圏12與天線線 圏112之間的耦合系數(shù)。圖8示出了當(dāng)改變天線之間的距離D時(shí)天 線線圏112的有凌支電感。從圖6可以看出，不管是否存在輔助線圏13,即使在改變天線 之間的距離D時(shí)無觸點(diǎn)通信裝置1的電感都幾乎保持不變。從圖7 可以看出，在i殳置輔助線圏13與不i殳置輔助線圏13之間，天線線 圈12與天線線圏112之間的耦合系凄t幾乎沒有或沒有改變。因此，設(shè)置輔助線圏13既不會(huì)導(dǎo)致耦合特性劣化，也不會(huì)減小天線線圏 12與天線線圏112之間的可通信距離。從圖8可以看出，在天線之間的距離D不大于30 mm的近似 區(qū)域中，設(shè)置線圏13顯著增加了天線線圈112的有效電感，此電 感與當(dāng)天線之間的3巨離D大于30 mm時(shí)天線線圈112的有-丈電感 沒有明顯區(qū)別。即，i殳置輔助線圏13消除了在天線之間的3巨離D 不大于30 mm的近似區(qū)域中通信特性明顯劣化以及通信設(shè)備無法 正常工作的可能性。盡管本文已示出并描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是應(yīng)理解， 在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以進(jìn)4亍各種{奮改和變 化。
權(quán)利要求
1.一種用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板，所述天線基板包括支撐基板；以及天線線圈，設(shè)置在所述支撐基板上或內(nèi)部，具有第一開口和輔助線圈，所述輔助線圈具有開口面積比所述第一開口小的第二開口，其中，所述輔助線圈與所述天線線圈絕緣并隔離，并且經(jīng)排列使得當(dāng)從與所述支撐基板的表面垂直的方向觀察時(shí)，所述第二開口與所述第一開口的一部分相對(duì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板，其 中，所述輔助線圈具有比所述天線線圈的諧振頻率大的諧振頻 率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板，其 中當(dāng)將預(yù)定信號(hào)施加給所述天線線圈，同時(shí)在所述支撐基 板的一個(gè)表面上排列金屬物而在所述支撐基板的另一個(gè)表面 上緊密排列第三天線線圏時(shí)，所述輔助線圏具有通過增加由所 述輔助線圏的影響帶來的所述第三天線線圏的有效自感來抵 消由所述金屬物的影響帶來的所述第三天線線圏的所述有效 自感的減少量的電感和電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板，其 中，所述第 一開口和所述第二開口之間的相對(duì)面積與所述第二 開口的開口面積的比大體上為50%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板，其 中，所述輔助線圈電連4妄至電容元件，并且所述輔助線圈和所 述電容元件構(gòu)成諧振電路。
6. —種無觸點(diǎn)通信裝置，包^fe:天線基^反；以及 馬區(qū)動(dòng)電3各，其中，所述天線基板包括 支撐基板；和天線線圏，設(shè)置在所述支撐基板上或內(nèi)部，具有第 一開口和豐乾助線圈，所述專翁助線圈具有開口面積比所述 第一開口小的第二開口，其中，所述輔助線圏與所述天線線圏絕多彖并隔離， 并且經(jīng)排列使得當(dāng)從與所述支撐基板的表面垂直的方向 7見察時(shí)，所述第二開口與所述第一開口的一部分相乂于， 以及其中，所述驅(qū)動(dòng)電路向所述天線線圏施加預(yù)定J言號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板和無觸點(diǎn)通信裝置，其中，用于無觸點(diǎn)通信裝置的天線基板包括支撐基板和設(shè)置在支撐基板上或內(nèi)部的天線線圈。天線線圈具有第一開口和輔助線圈。輔助線圈具有開口面積比第一開口小的第二開口。輔助線圈與天線線圈絕緣并隔離，且經(jīng)排列以便當(dāng)從與支撐基板的表面垂直的方向觀察時(shí)，第二開口與第一開口的一部分相對(duì)。
文檔編號(hào)H04B5/00GK101404354SQ200810161458
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月3日
發(fā)明者森康平, 溝呂木上 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社