CN102930330A

CN102930330A - 近距离无线通信标签天线

Info

Publication number: CN102930330A
Application number: CN2012104569012A
Authority: CN
Inventors: 梁迪飞; 李维佳; 谢建良; 陈良; 阙智勇; 何琪
Original assignee: Chengdu Jiachi Electronic Technology Co ltd; University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: Chengdu Jiachi Electronic Technology Co ltd; University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-02-13

Abstract

近距离无线通信标签天线，属于电子技术领域。包括矩形铁氧体承载基板、矩形线圈电路和NFC芯片，矩形线圈电路和NFC芯片位于矩形铁氧体承载基板表面；所述矩形铁氧体承载基板磁导率实部在40到90之间、磁导率虚部在0.5到7之间；所述矩形线圈电路的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板外侧边缘之间的距离W1在4毫米到8毫米之间；矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。本发明采用磁导率相对较低、成本较低的铁氧体材料作为天线承载基板，使其能够工作与金属表面，从而降低了NFC标签天线的制作成本。

Description

近距离无线通信标签天线

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及近距离无线通信技术（Near Field Communication，简称NFC），具体涉及NFC标签天线。

背景技术

NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。它是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO 18092、ECMA340和ETSI TS 102190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO14443Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。

NFC信息是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式进行传递的。NFC是一种提供轻松、安全、迅速通信的无线连接技术，具有距离近、能耗低等特点。NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准。

NFC标签天线是以RFID射频识别技术为基础，采用变压器共耦匹配做通信的硬件处理方案，并通过处理器的通讯指令完成数据传送过程的校验，软硬件环境通过RFID调制处理，并通过匹配电路调整而设计制作成功的。NFC天线一般由绕线/印刷/蚀刻工艺制作的电路线圈与抗干扰能力的铁氧体材料组成。

随着个人手持电子设备的普及，NFC作为个人移动设备支付方案越来越具有可行性，但是由于NFC技术是基于电磁感应耦合方式进行信息传递的，而个人移动设备中复杂的金属环境，往往会使电磁信号严重衰减，从而导致NFC天线无法读取信号，最终使NFC系统无法方便的集成于个人手持设备中。

现在市场上已经出现可工作与金属表面的NFC标签天线，这类天线大部分使用铁氧体材料作为NFC天线线圈电路的承载基板，将NFC天线线圈电路和NFC芯片固定于铁氧体承载基板表面。NFC系统使用时，NFC发射天线和NFC接收天线的电路线圈之间隔着收发系统各自的金属层和各自的铁氧体承载基板。由于铁氧体覆盖基板具有良好的抗电磁干扰能力，起到抑制金属表面对空间磁场破坏作用，从而使得NFC标签天线可工作与金属表面。

然而在现有的NFC系统研发手册和类似的天线专利中，都只是泛泛地提到在NFC标签天线的电路线圈与金属层之间加入磁性材料来抑制金属表秒对空间磁场的破坏，但是对磁性材料的磁特性、厚度、几何结构等都没有相应的说明，对实际生产没有指导作用。

发明内容

本发明提供一种近距离无线通信标签天线（NFC天线），该NFC标签天线采用磁导率相对较低、成本较低的铁氧体材料作为天线承载基板，使其能够工作与金属表面。

本发明技术方案如下：

近距离无线通信标签天线，如图1所示，包括矩形铁氧体承载基板1、矩形线圈电路2和NFC芯片3，所述矩形线圈电路2和NFC芯片3位于矩形铁氧体承载基板1表面、且矩形线圈电路2的两端与NFC芯片3的天线端口相连。所述矩形铁氧体承载基板1采用磁导率实部在40到90之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离W1在4毫米到8毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。

需要说明的是，本发明提供的近距离无线通信标签天线，其中矩形铁氧体承载基板1的厚度可选择0.1mm~0.25mm之间，越薄的磁性材料占据空间体积约小，但是磁性材料越薄对空间磁场还原能力越弱，就需要增加磁导率的实部；矩形铁氧体承载基板1的磁导率实部可选择在40~90之间，磁导率越高对空间磁场还原能力越好，但是也会过多的影响天线的Q值；矩形铁氧体承载基板1的磁导率虚部可选择在0.5~7之间，但磁导率虚部越高会引入较大的天线电阻。

本发明提供的近距离无线通信标签天线，其中矩形线圈电路2可采用银浆印刷并烧结的方式制作于矩形铁氧体承载基板1表面，也可以采用印制电路粘接于矩形铁氧体承载基板1表面的方式制作，甚至可采用印制电路加成制备工艺制作于矩形铁氧体承载基板1表面。

本发明提供的近距离无线通信标签天线，为了增加矩形铁氧体承载基板1的机械性能，可在矩形铁氧体承载基板1的背面增加一层有机薄膜，以防止矩形铁氧体承载基板1的脆变。

需要说明的是，NFC标签天线工作需要保证足够的纵向磁通量才可以产生足够的感生电动势。传统的做法是将磁性材料覆盖天线，若保证足够的纵向磁通量，必须大幅提高材料磁导率实部，而过大提升磁导率实部的效果也会是天线自身损耗大幅提升。实际上磁性材料的边缘效应，对磁通量有较大的损害，如果加大边缘距离，可以良好的解决这个问题，但是过大的边距也会使材料过度浪费，因为磁通提升效果已不明显，边距尺寸在4mm至8mm是比较理想的范围。而通过增加特定边距的方法，可以使在材料磁导率实部不需太大的情况下（60至90，13.56MHz处）达到所需的磁通大小。另外，在NTC标签天线所在面积处，不同区域对磁通量的贡献量是不同的，较大的磁通贡献在天线线圈电路的边缘处，在天线线圈电路几何中心附近的磁通量对磁通的总量贡献仅占总磁通的10%左右，但所占面积25%左右，所以去除这部分面积，对信号的整体接收会有下降作用，但影响较小。如果将这部分面积去除，可节省铁氧体磁性材料，降低生产成本。

本发明提供的近距离无线通信标签天线应用时，将矩形铁氧体承载基板1的背面靠近于金属层表面，使矩形铁氧体承载基板1夹于NFC天线的矩形线圈电路2和金属层之间。

应当说明，本发明提供的近距离无线通信标签天线，其中矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离在4毫米到8毫米之间，超过8mm的距离是没有必要的，对空间磁场的改变以经没有较大的影响，但小于4mm则会使空间磁场改变较大，不利于NFC标签天线读取数据。

本领域技术人员应当明白，本发明提供的近距离无线通信标签天线，其中矩形线圈电路2和NFC芯片3应能够满足ISO 18092及ISO 14443Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡标准。

本发明的技术效果是：

本发明在满足NFC通信要求的前提下，采用磁导率相对较低，制作工艺和成本都可以大程度降低的磁性材料作为天线承载基板，使其能够工作与金属表面，从而降低了NFC标签天线的制作成本，使其大批量、标准化生产成为可能。

附图说明

图1为本发明提供的近距离无线通信标签天线结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一

近距离无线通信标签天线，包括背面覆膜、厚度为0.12mm~0.2mm的矩形铁氧体承载基板1、矩形线圈电路2和NFC芯片3，所述矩形线圈电路2和NFC芯片3位于矩形铁氧体承载基板1表面、且矩形线圈电路2的两端与NFC芯片3的天线端口相连。所述矩形铁氧体承载基板1采用磁导率实部在40到65之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离W1在7毫米到8毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。

其中矩形线圈电路2和NFC芯片3满足ISO 18092及ISO14443Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡设计技术标准，应用频率范围为13Mhz~14Mhz。

应用市场上相应的NFC读写设备，并添加金属环境，上述近距离无线通信标签天线读写距离能达到原始读写距离的70%~83%。

具体实施方式二

一种近距离无线通信标签天线，包括背面覆膜、厚度为0.12mm~0.2mm的矩形铁氧体承载基板1、矩形线圈电路2和NFC芯片3，所述矩形线圈电路2和NFC芯片3位于矩形铁氧体承载基板1表面、且矩形线圈电路2的两端与NFC芯片3的天线端口相连。所述矩形铁氧体承载基板1采用磁导率实部在65到90之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离W1在7毫米到8毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。

应用市场上相应的NFC读写设备，并添加金属环境，上述近距离无线通信标签天线读写距离能达到原始读写距离的70%~75%。

具体实施方式三

一种近距离无线通信标签天线，包括背面覆膜、厚度为0.12mm~0.2mm的矩形铁氧体承载基板1、矩形线圈电路2和NFC芯片3，所述矩形线圈电路2和NFC芯片3位于矩形铁氧体承载基板1表面、且矩形线圈电路2的两端与NFC芯片3的天线端口相连。所述矩形铁氧体承载基板1采用磁导率实部在40到65之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离W1在6毫米到7毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。

应用市场上相应的NFC读写设备，并添加金属环境，上述近距离无线通信标签天线读写距离能达到原始读写距离的70%~82%。

具体实施方式四

一种近距离无线通信标签天线，包括背面覆膜、厚度为0.12mm~0.2mm的矩形铁氧体承载基板1、矩形线圈电路2和NFC芯片3，所述矩形线圈电路2和NFC芯片3位于矩形铁氧体承载基板1表面、且矩形线圈电路2的两端与NFC芯片3的天线端口相连。所述矩形铁氧体承载基板1采用磁导率实部在65到90之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路2的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板1外侧边缘之间的距离W1在6毫米到7毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板1中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路2的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路2的两内侧长边之间的距离W3的45%。

上述四个具体实施方式并非是对本发明的进一步限定，本领域技术人员完全能够根据本发明技术方案描述的内容组合出其它不同的实施方式。

Claims

1.近距离无线通信标签天线，包括矩形铁氧体承载基板（1）、矩形线圈电路（2）和NFC芯片（3），所述矩形线圈电路（2）和NFC芯片（3）位于矩形铁氧体承载基板（1）表面、且矩形线圈电路（2）的两端与NFC芯片（3）的天线端口相连；其特征在于，所述矩形铁氧体承载基板（1）采用磁导率实部在40到90之间、磁导率虚部在0.5到7之间的铁氧体材料制作；所述矩形线圈电路（2）的外侧边缘与矩形铁氧体承载基板（1）外侧边缘之间的距离W1在4毫米到8毫米之间；所述矩形铁氧体承载基板（1）中间开有矩形窗口，且矩形窗口侧边与矩形线圈电路（2）的内侧边缘之间的距离W2应大于矩形线圈电路（2）的两内侧长边之间的距离W3的45%。

2.根据权利要求1所述的近距离无线通信标签天线，其特征在于，所述矩形铁氧体承载基板（1）的厚度可选择0.1mm~0.25mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的近距离无线通信标签天线，其特征在于，所述矩形线圈电路（2）采用银浆印刷并烧结的方式制作于矩形铁氧体承载基板（1）表面，或采用印制电路粘接于矩形铁氧体承载基板（1）表面的方式制作，或采用印制电路加成制备工艺制作于矩形铁氧体承载基板（1）表面。

4.根据权利要求1或2所述的近距离无线通信标签天线，其特征在于，所述矩形铁氧体承载基板（1）的背面增加一层有机薄膜，以防止矩形铁氧体承载基板（1）的脆变。