CN102176533A - 一种rfid天线一体式结构及移动通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RFID天线一体式结构及移动通信终端，所述RFID天线由布设在终端内部主板上的PCB走线形成，RFID天线的馈点通过PCB内部走线与设置在主板上的卡座的天线触点相连接，所述天线触点在集成有RFID芯片的智能卡插入到卡座中后，刚好与RFID芯片的天线管脚相接触。本发明通过PCB走线的方式直接在主板上完成天线设计，不存在结构上的接触形式，因此连接的可靠性大大提高。同时通过将RFID天线的走线位置确定在主板上远离电池的一面，从而保证了RFID天线与电池电芯之间能够留出足够的距离，由此可以使得金属的涡流效应大大削弱，无需增设额外的铁氧体膜，在降低终端成本上具有很大的优势。

Description

一种RFID天线一体式结构及移动通信终端
技术领域
本发明属于移动通信终端技术领域，具体地说，是涉及一种RFID天线的一体式结构设计以及采用所述一体式RFID天线结构设计的移动通信终端。
背景技术
目前已经商用的移动支付方案是中国电信的双界面移动支付UIM卡方案，该方案将RFID芯片集成到UIM卡中，称之为双界面卡。该双界面卡具有接触和非接触两个工作界面，接触界面实现运营商SIM/UIM卡功能，非接触界面实现非运营商功能，如手机刷卡、电子钱包等移动支付功能。为了实现RFID芯片与专用读写机具(比如POS机等)的数据交互，手机端需要增加一个RFID天线，并与RFID芯片相连接。由于手机支付的工作频率规定在13.56MHz，频率偏低，因此天线的尺寸相对较大。大尺寸的天线在手机上的固定位置就会受到很大的限制，因此，需要对RFID天线的在手机上的安装位置进行合理的设计。
对于现有的移动支付手机来说，都是额外制作一个RFID天线，一般采用FPC材料制成，粘贴在手机电池后盖的内侧。在主板上，通过增加两个触针，一方面与天线焊盘接触连接，另一方面通过主板上的PCB走线与双界面卡中的RFID芯片相连接，从而构建起RFID天线与RFID芯片的连接通路。此外，由于天线固定在电池后盖上，距离电池很近，电池电芯为金属材料，金属涡流效应的影响会造成天线性能下降甚至失效。因此，要消除金属涡流效应，就需要增加高磁导率的铁氧体膜来消除电芯金属对天线工作性能的影响。采用这种传统的天线设计方案，主要存在以下三方面缺陷：
1、需要增加额外的RFID天线，由于采用FPC材料制作的天线，其厚度一般在0.15mm左右，因此可靠性不高，粘贴在电池盖内侧存在人为损坏的可能性。同时，天线本身也会增加整机的成本。
2、为克服金属涡流效应对天线性能的影响而增加的铁氧体膜是一种比较昂贵的材料，将其应用于手机中也会造成整机成本的升高，同时也会影响到整机的厚度。
3、主板与RFID天线通过弹性的触针接触连接，接触的可靠性稍差，由于电池盖取放会造成触针与天线焊盘之间的相对位移，长期使用之后可能会造成接触电阻增大，甚至接触不良等问题。
发明内容
本发明为了解决现有的RFID天线需要单独制作，成本高且易出现接触不良的问题，提供了一种RFID天线的一体式结构设计，通过将RFID天线集成到终端的主板上，从而实现了天线的可靠连接，且对终端的整体厚度及成本都有明显的改善。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种RFID天线一体式结构，所述RFID天线由布设在终端内部主板上的PCB走线形成，RFID天线的馈点通过PCB内部走线与设置在主板上的卡座的天线触点相连接，所述天线触点在集成有RFID芯片的智能卡插入到卡座中后，刚好与RFID芯片的天线管脚相接触。
进一步的，为了远离电池和智能卡，以削弱金属涡流效应对天线工作性能的影响，本发明优选将形成所述RFID天线的PCB走线布设在主板的上表层，在主板的下表层设置电池槽及所述的卡座。
优选的，形成所述RFID天线的PCB走线可以布设在主板上表层的按键区域的外围；或者显示屏区域的外围；亦或者按键及显示屏组合区域的外围均可。
又进一步的，所述主板的上表层与终端的前壳相对，为了避免出现金属涡流效应，本发明将所述前壳上与所述RFID天线相对的区域采用非金属材料制成。
再进一步的，形成所述RFID天线的PCB走线在主板上环绕形成多圈。
优选的，所述PCB走线环绕形成4至6圈。
更进一步的，所述RFID天线通过主板上设置的天线匹配电路连接所述卡座的天线触点，所述天线匹配电路设置在主板的中间层，且与所述中间层相邻的上下两层为地线层。
基于上述RFID天线结构，本发明又提供了一种采用所述RFID天线一体式结构设计的移动通信终端，包括主板和RFID天线，通过将RFID天线集成到移动通信终端的主板上，即，将所述RFID天线直接由布设在移动通信终端内部主板上的PCB走线形成，RFID天线的馈点通过PCB内部走线与设置在主板上的卡座的天线触点相连接，所述天线触点在集成有RFID芯片的智能卡插入到卡座中后，刚好与RFID芯片的天线管脚相接触，由此实现了RFID天线与RFID芯片的可靠连接，解决了传统天线连接方式易出现接触不良或者易遭受人为损坏的缺陷。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过PCB走线的方式直接在主板上完成天线设计，实现天线功能，由此形成了主板与RFID天线的一体化设计。由于RFID天线本身以及天线与RFID芯片的连接都是通过PCB走线实现的，不存在结构上的接触形式，因此连接的可靠性大大提高。同时，通过将RFID天线的走线位置确定在主板上远离电池的一面，利用PCB板的板厚加上结构上机芯壳体的厚度，从而保证了RFID天线与电池电芯之间能够留出足够的距离，由此便可以使得金属的涡流效应大大削弱，无需增设额外的铁氧体膜，在降低终端成本上具有很大的优势，尤其适合在手机等价格竞争相对激烈的移动通信终端产品上推广应用。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是手机卡座与RFID天线的连接关系示意图；
图2是现有的RFID天线连接结构的一种实施例的结构示意图；
图3是本发明所提出的一体式结构RFID天线的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
本实施例以手机为例对RFID天线的结构设计进行具体说明。
对于传统的UIM卡来说，一般设置有6个管脚，安装到手机终端的卡座中，刚好与卡座中的6个触点C1～C6相接触，配合手机天线完成手机的常规通讯功能。而对于双界面UIM卡来说，为了实现其与RFID天线的连接，在现有管脚的基础上又增加了两个天线管脚，以实现射频信号的识别功能。与之相对的，对于支持支付功能的手机终端来说，其卡座中的触点也由6个增至为8个C1～C8，如图1所示，在双界面UIM卡插入到卡座2中后，刚好与双界面UIM卡的8个管脚相接触。其中，卡座2的C4、C8两个触点为天线触点，连接RFID天线1的两个馈点，即RFID天线1的两头端子，在双界面UIM卡安装到卡座2中后，刚好与UIM卡(也可称为智能卡)中集成的RFID芯片的天线管脚相接触，由此配合完成射频通讯功能。
在现有的RFID天线设计方案中，通常将RFID天线1粘贴到手机电池后盖3的内侧，如图2所示，为了实现RFID天线1与UIM卡中RFID芯片的连接，需要在手机主板4上增加一个天线连接器5，连接卡座2中的天线触点C4、C8，且在电池后盖3扣合到手机主体上后，能够刚好与设置在电池后盖3内侧的RFID天线1的两个馈点6相接触，从而实现了RFID天线1与双界面UIM卡的接触连接。
由于RFID天线1在电池后盖3扣合到手机主体上后，刚好位于电池7的正上方。而电池电芯为金属材料，RFID天线1在靠近金属电芯的情况下工作，当其接收到POS机发出的电磁信号后，会自身激发产生一个感应的交变磁通。由于RFID天线1与电池7距离很近，此交变电磁信号必然会流经金属电芯，在金属电芯表面及一定的趋肤深度区域内产生一个感应电磁涡流区域，该涡流同原电磁信号感应磁通方向相反，削弱原来的磁通量，从而减弱RFID天线1的电磁读取灵敏度，导致读取距离大大降低。为了削弱金属涡流效应对RFID天线1工作性能的影响，需要在RFID天线1的表面粘贴具有高磁导率的铁氧体膜，由此导致整机成本及厚度的增加。
本实施例为了解决现有RFID天线连接结构所存在的上述缺陷，提出了一种RFID天线的一体式结构设计，即将RFID天线直接集成到手机主板上，使RFID天线成为手机主板的一部分，从而实现RFID天线与UIM卡的可靠连接，避免出现传统天线设计方式易导致的接触电阻增大甚至接触不良的问题。
具体来讲，本实施例采用直接在手机主板上布设(即烧蚀)PCB走线的方式来形成所述的RFID天线，将RFID天线的馈点6(即所述PCB走线的两端)通过PCB内部走线连接到主板上设置的卡座2的天线触点C4、C8上，进而在双界面UIM卡插入到卡座2中后，便可实现RFID芯片与天线的可靠连接。
为了削弱主板上金属器件(比如手机电池、UIM卡等)产生的涡流效应，本实施例优选将形成RFID天线的PCB走线8布设在主板的上表面9，参见图3所示，比如可以布设在主板上表面9的按键区域10的外围，或者显示屏11的外围，当然，也可以围绕按键区域10和显示屏11组合形成的区域布设，本实施例并不仅限于以上举例。由于手机电池和UIM卡等金属器件都设置在手机主板的下表面，因此，利用PCB本身的厚度再加上结构上主板机壳的厚度和间隙，就可以保证RFID天线与电池电芯等金属器件之间留有足够的距离，从而无需增加铁氧体膜，即可有效地削弱金属涡流效应对RFID天线工作性能的影响，进而使得手机产品的硬件成本以及整机厚度都能得到显著地改善。
若采用在主板的其他位置上烧蚀PCB走线8以形成所述的RFID天线，当RFID天线距离主板上的金属器件较近时，则需要在RFID天线上粘贴铁氧体膜，以削弱金属涡流效应对RFID天线工作性能的影响，提高RFID天线的感应灵敏度，保证正常的刷卡距离。
如图3所示，形成所述RFID天线的PCB走线8优选在主板上环绕形成多圈，比如4圈至6圈，可以根据需要具体确定。PCB走线8的两头端子形成RFID天线的两个馈点，通过PCB内部走线连接到位于主板下表层的卡座2的天线触点C4、C8上。为了保持RFID天线的谐振频率在13.56MHz，本实施例优选在RFID天线与卡座2之间设置天线匹配电路，以克服UIM卡电容变化对天线谐振频率的影响。具体可以将所述的天线匹配电路设置在手机主板的中间层，采用带状线方式，周围用地线进行包围，保证与所述中间层相邻的上下两层进行挖地处理，这样在很大程度上可以减少寄生电容的引入。
对于目前的手机终端来说，手机前壳13一般都是塑料材质，可以直接安装到本实施例的具有支付功能的手机主体上使用。而对于包含有部分金属材料的手机前壳13来说，则必须保证当手机前壳13扣合到手机主体上后，前壳与所述RFID天线相对的区域12为非金属材料，如图3所示，否则需要在RFID天线上增设铁氧体膜，以消除金属涡流效应。
本实施例将RFID天线在手机主板上通过PCB走线的形式实现，从而实现了RFID天线与手机主板的一体化设计。采用本方案可以节省一个FPC天线、一个天线连接器和铁氧体膜，不仅硬件成本上显著降低，而且天线连接的可靠性大大提高，并且对手机的整机厚度不产生任何影响，相比传统的RFID天线设计方案具有明显的优势。当然，本实施例所提出的RFID天线一体化结构设计同样也适用于除手机以外的其它具有支付功能的终端产品的结构设计中，本实施例对此不进行具体限制。
应当指出的是，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RFID天线一体式结构，其特征在于：所述RFID天线由布设在终端内部主板上的PCB走线形成，RFID天线的馈点通过PCB内部走线与设置在主板上的卡座的天线触点相连接，所述天线触点在集成有RFID芯片的智能卡插入到卡座中后，刚好与RFID芯片的天线管脚相接触。
2.根据权利要求1所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：形成所述RFID天线的PCB走线布设在主板的上表层，在主板的下表层设置电池槽及所述的卡座。
3.根据权利要求2所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：形成所述RFID天线的PCB走线布设在主板上表层的按键区域的外围。
4.根据权利要求2所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：形成所述RFID天线的PCB走线布设在主板上表层的显示屏区域的外围。
5.根据权利要求2所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：形成所述RFID天线的PCB走线布设在主板上表层的按键及显示屏组合区域的外围。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：所述主板的上表层与终端的前壳相对，且所述前壳上与所述RFID天线相对的区域由非金属材料制成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：形成所述RFID天线的PCB走线在主板上环绕形成多圈。
8.根据权利要求7所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：所述PCB走线环绕形成4至6圈。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的RFID天线一体式结构，其特征在于：所述RFID天线通过主板上设置的天线匹配电路连接所述卡座的天线触点，所述天线匹配电路设置在主板的中间层，且与所述中间层相邻的上下两层为地线层。
10.一种移动通信终端，包括主板和RFID天线，其特征在于：所述RFID天线采用如权利要求1至9中任一项权利要求所述的RFID天线一体式结构。
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