CN102104186A - 一种感应天线及带有感应天线的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应天线及带有感应天线的装置，采用新型结构的感应天线，以提高感应天线的使用范围和通用性。该感应天线包括输入端子对和螺旋线圈，且所述螺旋线圈两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。本发明提供的新型结构的感应天线由于采用螺旋式线圈，因此对应如包含大量金属部件的复杂环境也能使用，从而提高了感应天线的适用范围，提高了感应天线的通用性。

Description

一种感应天线及带有感应天线的装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种感应天线及带有感应天线的装置。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统包括非接触式通信的电子标签和电子标签阅读器；其中，电子标签中存储有一定格式的电子数据，该电子数据作为识别电子标签的唯一标识性信息，如可以将电子标签粘贴在待识别物品上作为该待识别物品的电子标记。

电子标签阅读器与电子标签可按照约定的通信协议进行非接触式通信，具体通信流程可如下：电子标签阅读器向电子标签发送数据读取命令；电子标签根据接收到的数据读取命令，读取该电子标签中存储的电子数据，并将该电子数据发送给电子标签阅读器。

目前，电子标签阅读器和电子标签的非接触式通信的方式，主要是利用交变磁场或磁场的空间耦合、射频信号调制与解调技术来实现；电子标签阅读器和电子标签都设置有相应的感应天线，感应天线的结构为平面线圈；平面线圈虽然能够实现磁场感应，但是在某些应用场景(如含有大量金属部件的复杂环境中)下，其具有一定的局限性，如，电子标签阅读器为手机时，由于平面天线与手机的电池板平行，根据通电线圈产生磁场的原理可知，产生的磁场垂直于手机的电池板，若手机的后盖壳为金属材质，则可以屏蔽掉平面线圈产生的磁场，从而导致手机与电子标签不能进行非接触式通信；因此，现有的感应天线由于采用平面线圈从而存在应用范围较窄，通用性较低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供一种感应天线及带有感应天线的装置，该感应天线既可以实现现有感应天线所能实现的功能，而且还能够适用于如包含大量金属部件的复杂环境中，从而提高感应天线的使用范围和通用性。

一种感应天线，包括输入端子对和螺旋线圈，所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。

一种带有感应天线的装置，包括主体和感应天线，该感应天线包括输入端子对；所述感应天线还包括螺旋线圈，所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子；所述第一端子和第二端子对应连接到所述主体中用于连接感应天线的连接点上。

本发明实施例提供的感应天线，包括输入端子对和螺旋线圈，且所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。由于感应线圈设置为螺旋式线圈，不仅能够实现平面线圈所能实现的功能，而且由于螺旋式线圈产生的磁场主要集中于感应天线的螺旋线圈的两端，螺旋线圈两侧的磁场较弱，因此采用该种感应天线即使螺旋线圈两侧的近距离范围出现金属物体时，螺旋线圈产生的磁场受金属物体的影响较少，对于包含大量金属部件的复杂环境中也能适应，因此，采用本发明实施例提供的感应天线与现有技术提供的感应天线相比，具有较为广泛的应用场景，通用性较强。

附图说明

图1A为本发明实施例中感应天线的结构示意图之一；

图1B为本发明实施例中感应天线的结构示意图之二；

图1C为本发明实施例中感应天线的结构示意图之三；

图1D为本发明实施例中感应天线的结构示意图之四；

图1E为本发明实施例中带有感应天线的装置的结构示意图；

图1F为本发明实施例中带有感应天线的电子标签的结构示意图；

图2为本发明实施例中感应天线的具体结构示意图；

图3为本发明实施例中在柔性介质基板上设置的金属轨迹带线的结构示意图；

图4为本发明实施例中感应天线设置在手机电池板的结构示意图；

图5为本发明实施例中感应天线的输入端子对的两个端子连接到双界面SIM卡上的结构示意图；

图6为本发明实施例中设置在手机电池板的螺旋线圈产生磁场的结构示意图之一；

图7为本发明实施例中设置在手机电池板的螺旋线圈产生磁场的结构示意图之二；

图8为本发明实施例中设置有螺旋线圈的手机电池板安装在手机中的结构示意图；

图9为本发明实施例中设置有螺旋线圈的手机与电子标签进行磁场感应的示意图。

具体实施方式

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明实施例一种感应天线及带有感应天线的装置，该感应天线既可以实现现有感应天线所能实现的功能，而且还能够适用于如包含大量金属部件的复杂环境中，从而提高感应天线的使用范围和通用性。该感应天线包括输入端子对和螺旋线圈，且该螺旋线圈两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。采用本发明提供的新型结构的感应天线，由于其感应线圈设置为螺旋式线圈，不仅能够实现平面线圈所能实现的功能，而且由于螺旋式线圈产生的磁场主要集中于感应天线的螺旋线圈的两端，螺旋线圈两侧的磁场较弱，因此采用该种感应天线即使螺旋线圈两侧的近距离范围出现金属物体时，螺旋线圈产生的磁场受金属物体的影响较少，对于如包含大量金属部件的复杂环境中也适应，因此，采用本发明实施例提供的感应天线与现有技术提供的感应天线相比，具有较为广泛的应用场景，通用性较强。

参见图1A，为本发明实施例中的感应天线的结构示意图之一，该感应天线包括感应线圈11，且该感应线圈11的两端分别连接感应天线的输入端子对的第一端子121和第二端子122。

较佳地，感应天线11还包括螺旋线圈固定层，螺旋线圈固定在所述螺旋线圈固定层上。所述感应天线固定层可以是一实心几何体的外表面，也可以是由薄膜材料形成的中空的几何体的外表面。

较佳地，感应天线11还包括磁材料层，所述磁材料层可以和所述螺旋线圈固定层为同一层，例如，可以在所述实心几何体或由薄膜材料形成的中空的几何体的外表面附着一层磁材料，再将所述螺旋线圈固定在该磁材料层上。所述磁材料层也可以位于所述螺旋线圈固定层的内部，例如，可以在由薄膜材料形成的中空的几何体的内表面附着一层磁材料。

根据上述说明，较佳地，所述螺旋线圈11可以为：导线缠绕在软磁薄膜柱上所形成的线圈，所述软磁薄膜柱为由一张软磁薄膜所围成的一个柱体；或者，金属轨迹带线蚀刻或印刷在软磁薄膜柱上所形成的线圈；或者，金属轨迹带线蚀刻或印刷在柔性介质基板上，且所述柔性介质基板包裹在软磁薄膜柱上所形成的线圈。

较佳地，所述柔性介质基板通过粘结剂粘接在所述软磁薄膜柱上。

参见图1B，为本发明实施例中的感应天线的结构示意图之二，感应天线1000包括螺旋线圈1101、螺旋线圈固定层1100，其中，螺旋线圈固定层1100延伸出一连接柄1200和一连接部1300，螺旋线圈固定层1100和连接部1300通过连接柄1200连接；连接柄1200上设置有两条导线1201；第一端子1202和第二端子1203通过两条导线1201延伸至连接部1300，并在连接部1300上形成两个触点1301，感应天线1000通过触点1301和天线连接装置连接。天线连接装置可以是电子标签芯片；也可以是双界面电信智能卡的C4和C8触点，并通过导电胶、焊接等方式连接触点1301；该天线连接装置还可以是电子标签阅读器的芯片或NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)芯片。

参见图1C，为本发明实施例中的感应天线的结构示意图之三，感应天线1000包括螺旋线圈1101、螺旋线圈固定层1100，其中，螺旋线圈固定层1100延伸出一连接柄1200和一连接部1300，螺旋线圈固定层1100和连接部1300通过连接柄1200连接；连接柄1200上设置有两条导线1201；所述连接部1300上设置有天线连接装置1310；

第一端子1202和第二端子1203通过两条导线1201与天线连接装置1310连接。天线连接装置1310可以是印刷电路板，并在其上设置两个过孔1302和1303并形成焊盘；两条导线1201分别连接到两个过孔1302和1303，可以通过过孔在印刷电路板上焊接芯片或其他电子元器件，使感应天线1000与相应的天线连接装置1310连接。还可以在印刷电路板上设置更多的过孔，以使其上可以布置电信智能卡的芯片和触点，最终形成一个带有该感应天线的双界面电信智能卡。

参见图1D，为本发明实施例中的感应天线的结构示意图之四，该感应天线1000包括螺旋线圈1101和输入端子对，螺旋线圈1101的两端分别连接所述输入端子对的第一端子1202和第二端子1203；螺旋线圈固定层1100为一几何体(几何体的形状并不仅限于图1D中的柱状体)的表面，第一端子1202和第二端子1203在所述几何体的表面上形成两个触点1301；感应天线1000通过所述两个触点1301和天线连接装置连接。

较佳地，上述螺旋线圈151的线圈匝数、线圈横截面面积和相邻两个线圈匝的间距根据品质因子确定；较优地，品质因子的取值范围为30～40。

本发明实施例中的感应天线可以设置在手机等移动设备中，并和设置在该手机上的NFC芯片连接，或者和设置在电信智能卡上的NFC芯片连接，还可以将NFC芯片设置在感应天线上。

参见图1E，为本发明实施例中带有感应天线的装置的结构示意图，该装置包括主体14和感应天线13，其中，所述感应天线13包括输入端子对和螺旋线圈131，且所述螺旋线圈131的两端分别连接所述输入端子对的第一端子132和第二端子133；所述第一端子132和第二端子133分别与主体14中用于连接天线的两个连接点连接，该两个连接点分别为第一连接点141和第二连接点142。

较佳地，感应天线13还可包括螺旋线圈固定层，所述螺旋线圈固定在所述螺旋线圈固定层上。

较佳地，感应天线13还包括磁材料层，所述磁材料层为所述螺旋线圈固定层；或者，所述磁材料层位于所述螺旋线圈131固定层内侧。

较佳地，螺旋线圈131固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述第一端子和第二端子通过所述导线延伸至所述连接部，并在所述连接部上形成两个触点；所述感应天线13通过所述触点和所述主体14中用于连接感应天线13的连接点连接。

较佳地，所述螺旋线圈131固定层为一几何体的表面，所述第一端子132和第二端子133在所述几何体的表面形成两个触点，所述感应天线15通过所述触点和所述主体14中用于连接感应天线13的连接点连接。

较佳地，所述几何体为所述装置的电池或铁柱或塑料柱。

较佳地，所述主体14包括天线接口单元，所述螺旋线圈固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述天线接口单元设置在所述连接部上；所述第一端子和第二端子通过所述导线与所述天线接口单元连接。

较佳地，所述螺旋线圈131为：导线缠绕在软磁薄膜柱上所形成的线圈；或者，

金属轨迹带线蚀刻或印刷在软磁薄膜柱上所形成的线圈；或者，

金属轨迹带线蚀刻或印刷在柔性介质基板上，且所述柔性介质基板包裹在软磁薄膜柱上所形成的线圈。

较佳地，所述柔性介质基板通过粘接剂粘接在所述软磁薄膜柱上。

本发明实施例中的感应线圈的形状可以是圆柱体、棱柱体等，可以根据实际需要进行灵活设置，在此不一一列举。

上述装置可以是电子标签阅读器、非接触式读卡器、用于刷城市一卡通的Pos(Point Of Sale，销售终端)机、超市或书店用于刷商品编号的Pos机、电子标签、ATM(Automated Teller Machine，自动出纳机)机、地铁闸机等设备。

本发明实施例中，上述图1E所示的装置为电子标签阅读器时，可以是常规的电子标签阅读器，也可以是基于电信智能卡的电子标签阅读器；当为基于电信智能卡的电子标签阅读器时，主体14中用于连接感应天线的两个连接点为电信智能卡上用于连接天线的两个连接点，如电信智能卡中的C4触点和C8触点。电信智能卡包括SIM卡、UIM卡或USIM卡等。

较佳地，所述第一端子132和第二端子133分别通过触点、弹片、焊接或导电胶胶结方式，连接到电信智能卡的C4触点和C8触点上。

较佳地，所述软磁薄膜柱为软磁薄膜设置在所述电子标签阅读器的电池板的安装面并包裹所述电池板所形成的柱体；所述螺旋线圈产生的磁场平行于所述电池板表面；或者，所述软磁薄膜柱为通过在所述电池板的各安装面上设置磁性镀层，并由各安装面上的磁性镀层相互连接构成的柱体。

较佳地，所述软磁薄膜柱体与所述电池板通过粘接剂粘接。

下面以上述装置为电子标签为例进行描述，电子标签的主体包括该电子标签的芯片，且主体中用于连接天线的两个连接点为芯片中用于连接天线的两个连接点。

参见图1F，为本发明实施例中带有感应天线的电子标签的结构示意图，该电子标签包括芯片15和感应天线16，其中：感应天线16包括输入端子对和螺旋线圈161，且该螺旋线圈161的两端分别连接所述输入端子对的第一端子162和第二端子163；所述第一端子162和第二端子163分别与芯片15中用于连接感应天线16的两个连接点连接，该两个连接点分别为第一连接点151和第二连接点152。

本发明实施例中，图1F所示的装置可以是常规的电子标签也可以是基于电信智能卡的电子标签；当为基于电信智能卡的电子标签时，该电子标签和电信智能卡共用一颗芯片，所述电信智能卡包括SIM卡、UIM卡或USIM卡等。

当电子标签为基于电信智能卡的电子标签时，芯片15上用于连接感应天线16的第一连接点151和第二连接点152分别为电信智能卡上的C4触点和C8触点。

较佳地，所述第一端子162和第二端子163分别通过触点、弹片、焊接或导电胶胶结方式，连接到电信智能卡的C4触点和C8触点上。

为更详细、清楚的对本发明技术方案进行详细的描述，下面结合附图并以电子标签阅读器为手机为例，对本发明技术方案进行详细的描述。该实施例中，电子标签阅读器为手机、螺旋线圈为金属轨迹带线蚀刻或印刷在柔性介质基板上，且所述柔性介质基板包裹在软磁薄膜柱上所形成的线圈。

参见图2，为本发明实施例中设置在手机电池板上的螺旋线圈的结构示意图，该螺旋线圈可采用以下步骤得到：

步骤1、采用制作印刷电路板的工艺方法，把金属轨迹带线3蚀刻或印刷在柔性介质基板6上，如图3所示，金属轨迹带线分别在柔性介质基板6上形成相应的对接点，如图3中的对接点包括：对接点N1、N2、N3...、Nn和对接点N1’、N2’、N3’...、Nn’。

步骤2、通过粘结剂将蚀刻或印刷有金属轨迹带线3的柔性介质基板6均匀的粘结在具有磁性的软磁薄膜7上。

步骤3、将软磁薄膜7顺着手机的电池板8的四个安装面(该四个安装面是指除了设置有电池正负极触点的侧面及其相对侧面之外的四个侧面)均匀包裹所述电池板8，如图4所示。

步骤4、软磁薄膜7包裹所述电池之后，通过精密焊接装置(如超声波压焊机)对软磁薄膜7对接处的金属轨迹带线进行相应的焊接，得到螺旋式线圈，将如图2中软磁薄膜7的第一对接处的对接点N1、N2、N3...、Nn分别与第二对接处的对接点N1’、N2’、N3’...、Nn’焊接。

步骤5、如图2所示，将金属轨迹带线形成的螺旋线圈的一端通过金属化孔(即过孔)和金属桥4连接到感应天线10的输入端子对的第二端子52上，将螺旋线圈的另一端连接到输入端子对的第一端子51上。

步骤6、将输入端子对的第一端子51和第二端子52分别通过触点、弹片的方式与手机的电信智能卡(如双界面SIM卡)的相应通道连接；如，可以将第一端子51和第二端子52分别连接到双界面SIM卡的C4触点和C8触点上，如图5所示。

本发明实施例中输入端子对的第一端子51和第二端子52连接到双界面SIM卡的C4触点和C8触点的方式较多，如还可以通过焊接、导电胶胶结或贴片卡等方式连接在手机的双界面SIM卡的相应通道上；通过焊接方式，可包括：直接将第一端子51和第二端子52分别焊接在双界面SIM卡的C4触点和C8触点上；或者，在感应天线的引脚处形成两个天线焊盘，并在两个天线焊盘处开设相应的过孔；通过过孔将第一端子51和第二端子52分别焊接在双界面SIM卡的C4触点和C8触点上。

参见图6、图7，分别为采用本发明实施例提供的螺旋线圈在侧面紧贴金属导体板时，产生的磁场的磁力线的分布示意图，图6和图7中，箭头的方向表示磁场在相应位置处的方向，箭头的粗细表示在该相应位置处的磁场强度(如箭头的粗细与磁场的强度成正比，箭头越粗表示磁场强度越大，反之，箭头越细表示磁场强度越小)。

参见图8，为本发明实施例中设置有螺旋线圈的手机的电池板8安装在手机的主体27中的结构示意图，感应天线10的输入端子对的第一端子51(图8中未示出)和第二端子52(图8中未示出)可以分别通过触点或弹片的方式连接到双界面SIM卡的相应通道上；手机的电池板8的后盖板26的材质可以是金属也可以是非金属。

参见图9，为本发明实施例中设置有螺旋线圈的手机与电子标签进行磁场感应的结构示意图，感应天线10设置在手机的内部，并与电子标签30(电子标签30包括介质载体31、感应天线32和芯片33等)进行非接触通信；图9中的箭头表示手机的感应天线10产生的磁场，该磁场穿过电子标签30的感应天线32，从而实现了手机与电子标签之间的非接触式通信。

本发明实施例中，当手机的电池板8的材质为金属时，由于螺旋线圈设置在软磁薄膜上，因此，螺旋线圈产生的磁力线穿过软磁薄膜7形成回路，而不需要穿过金属材质的电池板8，从而使得螺旋线圈产生的磁场不会破坏电池板的物理特性和化学特性。并且，由于感应线圈的输入端子对的两个端子通过触点或弹片的方式与双界面SIM卡的相应通道相连接，从而不会影响对SIM卡的插拔。

本发明实施例提供的感应天线，包括输入端子对和螺旋线圈，且所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。由于感应线圈设置为螺旋式线圈，不仅能够实现平面线圈所能实现的功能，而且由于螺旋式线圈产生的磁场主要集中于感应天线的螺旋线圈的两端，螺旋线圈两侧的磁场较弱，因此采用该种感应天线即使螺旋线圈两侧的近距离范围出现金属物体时，螺旋线圈产生的磁场受金属物体的影响较少，对于如包含大量金属部件的复杂环境中也适应，因此，采用本发明实施例提供的感应天线与现有技术提供的感应天线相比，具有较为广泛的应用场景，通用性较强。并且，针对电子标签阅读器为手机电子阅读器时，一方面，在手机的电池板上设置软磁性薄膜柱，并在软磁性薄膜柱上设置螺旋线圈，从而使得螺旋线圈产生的磁场通过软磁性薄膜柱闭合，对金属材质的电池的物理特性和化学特性没有影响，不会影响到电池的正常使用；另一方面，将螺旋线圈的接入端子通过触点或弹片的形式连接到手机的SIM卡的相应触点，从而便于SIM卡的插拔，不影响SIM卡的正常使用和可拆卸性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种感应天线，包括输入端子对，其特征在于，还包括：螺旋线圈，所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子。

2.如权利要求1所述的感应天线，其特征在于，所述感应天线还包括螺旋线圈固定层，所述螺旋线圈固定在所述螺旋线圈固定层上。

3.如权利要求2所述的感应天线，其特征在于，所述感应天线还包括磁材料层，所述磁材料层为所述螺旋线圈固定层；或者，

所述磁材料层位于所述螺旋线圈固定层内侧。

4.如权利要求2或3所述的感应天线，其特征在于，所述螺旋线圈固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述第一端子和第二端子通过所述导线延伸至所述连接部，并在所述连接部上形成两个触点。

5.如权利要求2或3所述的感应天线，其特征在于，所述螺旋线圈固定层为一几何体的表面，所述第一端子和第二端子在所述几何体的表面上形成两个触点。

6.如权利要求2或3所述的感应天线，其特征在于，所述螺旋线圈固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述连接部上设置有天线连接装置，所述第一端子和第二端子通过所述导线与所述天线连接装置连接。

7.如权利要求1-3任一项所述的感应天线，其特征在于，所述螺旋线圈的线圈匝数、线圈横截面面积和相邻两个线圈匝的间距根据品质因子确定。

8.如权利要求7所述的感应天线，其特征在于，所述品质因子的取值范围为30～40。

9.一种带有感应天线的装置，包括主体和感应天线，该感应天线包括输入端子对，其特征在于，所述感应天线还包括螺旋线圈，所述螺旋线圈的两端分别连接所述输入端子对的第一端子和第二端子；所述第一端子和第二端子对应连接到所述主体上。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述感应天线还包括螺旋线圈固定层，所述螺旋线圈固定在所述螺旋线圈固定层上。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述感应天线还包括磁材料层，所述磁材料层为所述螺旋线圈固定层；或者，

所述磁材料层位于所述螺旋线圈固定层内侧。

12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述螺旋线圈固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述第一端子和第二端子通过所述导线延伸至所述连接部，并在所述连接部上形成两个触点，所述感应天线通过所述触点和所述主体连接。

13.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述螺旋线圈固定层为一几何体的表面，所述第一端子和第二端子在所述几何体的表面形成两个触点，所述感应天线通过所述触点和所述主体连接。

14.如权利要求10或11所述的装置，所述主体包括天线接口单元，其特征在于，所述螺旋线圈固定层延伸出一连接柄和一连接部，所述连接柄连接所述螺旋线圈固定层和所述连接部，所述连接柄上设置有两条导线，所述天线接口单元设置在所述连接部上，所述第一端子和第二端子通过所述导线与所述天线接口单元连接。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述几何体为所述装置的电池或铁柱或塑料柱。

16.如权利要求9-11任一项所述的装置，其特征在于，所述螺旋线圈的线圈匝数、线圈横截面面积和相邻两个线圈匝的间距根据品质因子确定。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述品质因子的取值范围为30～40。

18.如权利要求9-11任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括：电子标签、电子标签阅读器、自动柜员机ATM、销售终端机POS、地铁闸机。

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