CN101867083B

CN101867083B - 天线装置

Info

Publication number: CN101867083B
Application number: CN201010173004.1A
Authority: CN
Inventors: 赵国梁; 李蔚; 王元彪; 施献斌
Original assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Co Ltd; Shanghai Fudan Microelectronics Group Co Ltd
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-05-05
Also published as: CN101867083A

Abstract

一种天线装置，装载在非接触通信终端上，包括天线线圈、金属屏蔽层以及所述天线线圈与金属屏蔽层之间的磁性材料层，其中，所述金属屏蔽层位于天线装置靠近非接触通信终端的一侧，所述天线线圈位于天线装置远离非接触通信终端的一侧。本发明的天线装置通过设置金属屏蔽层，避免了非接触通信终端中金属材料对天线性能的影响，提高了天线性能的一致性，有效加强了非接触通信的使用效果。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体的，本发明涉及一种用于非接触通信的天线装置。

背景技术

近年来，随着射频识别(RFID)技术的迅速发展，电子支付已深入日常生活的方方面面。电子支付通常采用诸如信用卡、公交卡等智能卡的形式，实现支付功能。电子支付给人们的日常生活带来了极大的便利，特别是在固定营业场所，所述基于智能卡的电子支付业务已经形成了成熟的技术与稳定的市场。

这种基于智能卡的电子支付业务通常采用非接触通信技术，即利用电磁感应原理实现智能卡与外部读写器之间的数据传输。所述智能卡与外部读写器上均装载有天线。当进行非接触通信时，外部读写器天线的交变电路产生交变电磁场，所述交变电磁场的磁力线穿过智能卡天线，引起磁通量变化进而产生交变电流。所述交变电流经由智能卡中的整流电路产生直流电压，唤醒智能卡的信号处理电路工作。由此可见，天线线圈感应交变电磁场是所述非接触通信的物理基础。

对于所述智能卡上装载的天线，通常为一金属线绕成的平面线圈。图1是环形天线的平面结构示意图。如图1所示，所述环形天线由多个环形线圈构成。基于不同的设计要求，所述环形线圈可以为圆形、矩形或其他形状。所述环形线圈的绕线圈数决定了天线的电感值。

随着电子支付应用的进一步发展，将智能卡应用与手机终端结合的需求开始显现。相应的，所述手机终端上根据需要装载了用于非接触通信的天线。然而，所述手机终端上集成的用于非接触通信的天线与传统智能卡天线有所不同。由于手机终端上很多部件都包含有金属材料，例如印刷电路板、电池等部件。这些包含有金属材料的部件相当于在天线靠近手机终端的一侧内铺设了一层金属板。所述金属板在紧贴天线线圈时，会阻挡磁力线的穿通，使得磁力线无法形成闭合曲线，也就无法感应交变电流供非接触通信使用。

针对上述问题，申请号为03801634.6的中国专利提供了一种用于非接触通信的天线装置。如图2所示，所述天线装置在天线线圈201与金属板203(示意了手机终端中包含有金属材料的部件)之间设置了磁性材料层205。所述磁性材料层205可以引导外部读写器天线207发射的磁力线200沿磁性材料层205的平面方向分布，即磁力线200的方向与磁性材料层205平面的法向方向垂直(如图2箭头方向所示)，从而避免了因磁力线200被金属板203隔断无法闭合而引起的非接触通信失败。

然而，采用上述天线装置的手机终端在进行非接触通信时，其非接触通信的效果仍不够理想，手机终端无法响应外部读写器的问题时有发生，这大大影响了用户的使用效果。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种用于非接触通信终端的天线装置，避免非接触通信终端无法正常响应外部读写器的问题发生。

为解决上述问题，本发明提供了一种天线装置，装载在非接触通信终端上，包括天线线圈、金属屏蔽层以及所述天线线圈与金属屏蔽层之间的磁性材料层，其中，所述金属屏蔽层位于天线装置靠近非接触通信终端的一侧，所述天线线圈位于天线装置远离非接触通信终端的一侧。

可选的，所述天线线圈由一圈以上的环形线圈组成。

可选的，所述天线线圈采用柔性印刷板技术制成，或采用绕制金属线的方式制成。

可选的，所述天线线圈的厚度为0.1至0.5毫米。

可选的，所述磁性材料层采用软磁材料制成。

可选的，所述软磁材料包括铁氧体材料，或铁氧体与镍、钴、锰中至少一种的混合材料。

可选的，所述磁性材料层的厚度为0.1至0.5毫米。

可选的，所述金属屏蔽层的厚度为0.01毫米至2毫米。

可选的，所述天线线圈与金属屏蔽层分别通过一层粘性材料粘附在所述磁性材料层两侧。

可选的，所述粘性材料的厚度小于等于0.1毫米。

可选的，所述非接触通信终端包括手机终端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过设置金属屏蔽层，避免了非接触通信终端中金属材料对天线性能的影响，提高了天线性能的一致性，有效改善了非接触通信的应用效果；同时，所述金属屏蔽层较为坚固，可以保护磁性材料层。

附图说明

图1是环形天线的平面结构示意图；

图2是现有技术的非接触通信天线装置的一种结构示意图；

图3是本发明的天线装置一个实施例的侧视图；

图4是本发明的天线装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有技术的非接触通信终端中具有很多包含有金属材料的部件，这些包含有金属材料的部件相当于在天线背部铺设了一层金属板，这大大影响了非接触通信的应用效果。

发明人还发现，由于非接触通信终端的天线是一个谐振工作的电子装置，其谐振频率主要由天线线圈的感抗值与天线匹配网络电路的容抗特性决定。所述天线线圈距离所述金属板的距离一旦发生变化，会改变天线线圈的有效感抗。同时，所述金属材料与天线线圈间的寄生电容也有所不同。天线线圈的感抗及容抗变化使得非接触通信终端天线的谐振频率相应发生变化，而所述谐振频率的设计值应与非接触通信的载波频率一致，因此，所述谐振频率的变化会影响非接触通信的效果。特别的，在非接触通信终端的实际加工中，由于机械装配的原因，所述天线线圈与所述金属板间距可能存在误差。这导致同一规格的天线线圈在不同的非接触通信终端上表现出不同的特性。为了达到一致的非接触应用效果，往往需要逐台机器对天线匹配网络进行修正，这大大影响了生产效率。

此外，对于不同型号的非接触通信终端，所述天线线圈周边金属材料分布不同，对天线特性的影响因而也有所不同。因此，对于新开发的非接触通信终端，天线的匹配网络都重新设计并进行测试，这又影响了开发效率。

针对上述问题，本发明的发明人提出了一种集成有金属屏蔽层的天线装置，所述金属屏蔽层屏蔽了非接触通信终端的金属材料对天线线圈感抗值及容抗特性的影响，使得天线线圈具有稳定的天线特性，从而提高了非接触通信终端的开发与生产效率。其中，所述非接触通信终端可以为手机终端，或其他可以进行非接触通信的移动终端。

图3是本发明的天线装置一个实施例的示意图。

如图3所示，所述天线装置包括：天线线圈301、磁性材料层303以及金属屏蔽层305，其中，所述磁性材料层303位于天线线圈301与金属屏蔽层305之间。

图3中还示出了装载所述天线装置的非接触通信终端307，以及代表所述非接触通信终端307中金属材料的金属板309。所述天线线圈301位于天线装置远离非接触通信终端307的一侧，用于感应外部读写器提供的交变电磁场；而所述金属屏蔽层305位于天线装置靠近非接触通信终端307的一侧，用于屏蔽所述金属板309对天线线圈301特性的影响；而所述磁性材料层303用于引导磁力线穿过，形成闭合的磁力线回路。

当所述非接触通信终端307靠近外部读写器的交变电磁场进行非接触通信时，所述天线线圈301与金属屏蔽层305之间的磁性材料层303避免了磁力线被金属屏蔽层305隔断无法闭合的问题。交变电磁场的磁力线穿过天线线圈301后可以沿所述磁性材料层303分布，并使得所述天线线圈301内的磁通量发生变化，从而感应交变电流。

依据具体实施例的不同，所述天线线圈301由一圈以上的环形线圈组成，其厚度可以为0.1至0.5毫米。在实际制作中，所述天线线圈301采用柔性印刷板技术制成，或采用绕制金属线的方式制成，优选的，所述天线线圈301采用在柔性印刷板上形成铜线的方法制得。

依据天线线圈301的性能的不同，所述磁性材料层303的厚度也有所不同：如果所述天线线圈301的感抗值相对较低，则需要对所述磁性材料层303进行加厚，以提高磁导率。在具体实施例中，所述磁性材料层303的厚度为0.1至0.5毫米，优选的，所述磁性材料层303的厚度为0.2至0.3毫米。所述磁性材料层303的厚度决定了天线线圈301与金属屏蔽层305的间距，进而决定了金属屏蔽层305的屏蔽效果。所述磁性材料层303采用软磁材料制成，所述软磁材料包括铁氧体材料，或铁氧体与镍、钴、锰中至少一种的混合材料。

所述金属屏蔽层305采用铜、铝等金属材料制成，其厚度可以为0.01至2毫米。由于所述金属屏蔽层305采用金属材料制成，较为坚固。因此，所述金属屏蔽层305可以保护所述磁性材料层303，避免所述磁性材料层303在非接触通信终端307的生产或使用过程中产生不必要的损耗。

在具体实施例中，所述天线线圈301与金属屏蔽层305分别通过一层粘性材料粘附在所述磁性材料层303两侧，所述粘性材料具有均匀的厚度，该厚度小于等于0.1毫米，因此，所述粘性材料并不影响天线线圈301与金属屏蔽层305的间距。

图4是本发明的天线装置的剖面结构示意图。

如图4所示，非接触通信终端307中具有多个包含有金属材料311的部件。图3的金属板309即是所述金属材料311的等效结构。所述包含有金属材料311的部件在非接触通信终端307中的位置各不相同，与天线线圈301的间距也各不相同。

所述金属材料311会产生很多寄生效应并引起天线线圈301的性能变化。所述寄生效应中最为重要的是涡流损耗。所述涡流损耗是指外部的交变电磁场会在所述金属材料311中产生涡流，所述涡流会消耗磁场的能量，使得天线线圈301将磁能转换为电能的效率降低。而所述金属材料311中涡流的大小与天线线圈301与金属材料311的距离相关，因此，所述金属材料311与天线线圈301不确定的间距就影响了天线线圈301的有效感抗，磁能转换为电能的效率相应变化。此外，在没有金属屏蔽层305的情况下，由于间距的不确定，所述金属材料311与天线线圈301之间形成的寄生电容的电容值也不确定，而所述寄生电容会改变天线匹配网络电路的容抗特性。

可以看出，金属材料311与天线线圈301间不确定的间距既会影响天线线圈301的感抗值，又会影响天线匹配网络电路的容抗特性，从而使得天线线圈301的天线性能(特别是谐振频率)有显著差别。由于非接触通信的载波频率是基于行业标准所确定的，因此，所述不确定的天线性能无疑会大大影响非接触通信的效果。

而在设置了金属屏蔽层305之后，所述非接触通信终端307中的金属材料311对天线线圈301的影响被其间的金属屏蔽层305屏蔽。天线线圈301的特性只由金属屏蔽层305决定。所述金属屏蔽层305与天线线圈301的间距是确定的(即磁性材料层303的厚度)，因此，由金属屏蔽层305引起的感抗及容抗变化都可以在设计天线时确定，而无需再在设计非接触通信终端时再进行修改。

特别的，所述天线线圈301、磁性材料层303以及金属屏蔽层305通过粘性材料集成在一起。这就保证了天线性能不会受非接触通信终端加工制作工艺偏差的影响，也无需逐台机器对天线匹配网络进行修正，从而大大提高了生产效率。

本发明的天线装置通过设置金属屏蔽层，避免了非接触通信终端中金属材料对天线性能的影响，提高了天线性能的一致性，有效改善了非接触通信的使用效果。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种天线装置，装载在非接触通信终端上，其特征在于，包括天线线圈、金属屏蔽层以及所述天线线圈与金属屏蔽层之间的磁性材料层，所述天线线圈与金属屏蔽层分别通过一层粘性材料粘附在所述磁性材料层两侧，其中，所述金属屏蔽层位于天线装置靠近非接触通信终端的一侧，所述天线线圈位于天线装置远离非接触通信终端的一侧；所述磁性材料层引导磁力线沿磁性材料层的平面方向分布；所述金属屏蔽层的厚度为0.01毫米至2毫米。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线线圈由一圈以上的环形线圈组成。

3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线线圈采用柔性印刷板技术制成，或采用绕制金属线的方式制成。

4.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线线圈的厚度为0.1至0.5毫米。

5.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述软磁材料包括铁氧体材料，或铁氧体与镍、钴、锰中至少一种的混合材料。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述磁性材料层的厚度为0.1至0.5毫米。

7.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述粘性材料的厚度小于等于0.1毫米。

8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述非接触通信终端包括手机终端。