CN103020561A - 一种含柔性电路板天线的读卡器 - Google Patents

一种含柔性电路板天线的读卡器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含柔性电路板天线的读卡器，包括壳体和内置的集成电路板，以及独立于集成电路板的柔性电路板（FPC），所述柔性电路板包括一柔性基底和设置于柔性基底上的天线，与集成电路板固定连接或活动连接。所述柔性电路板的一侧覆有导磁膜。本发明采用独立柔性天线设计，在不影响其他器件的功率情况下，可有效地解决非接触式识别和互联设备（以下简称读卡器）中无线射频信号功率不足所导致的通信距离短、信号不稳定等的问题。柔性电路板和集成电路板通过弹片触压连接的结构处理，使加工和维修更方便。

Description

一种含柔性电路板天线的读卡器
技术领域
本发明涉及一种读卡器，尤其涉及一种含柔性电路板天线的读卡器。 
背景技术
目前，公知的非接触式识别和互联设备所采用的天线通常采用的布线形式有绕线式、差分式、对称绕线式，天线的布线通常是直接设计在印制电路板(如FR-4材料PCB)上的。 
普通读卡器能够采取上述方法实施天线电路有以下几点原因： 
1、安装地点相对固定，这样读卡器的取电方便，且功耗不受限。 
2、设备体积较大，内部布置的器件较为宽松，可以有效减少内部金属器件对无线信号的功率吸收。 
3、可在射频电路部分采取增加功率放大电路来提高无线信号的发射功率。 
这里提到的普通读卡器包括公交一卡通、考勤读卡器、ETC电子不停车收费系统、固定安装的支付读卡器等。 
但对于包含非接触式识别和互联技术的手持读卡器，如果采用同样设计，其读卡效果（包含识别的距离、识别可靠性、识别稳定性）将大大下降。因为手持设备通常采用锂电池供电，不能提供较大功率；而且手持设备的体积较小，内部布置的器件较为紧密，若将天线也直接设计在印制电路板上，那么由天线发出的无线信号有绝大部分将被同样位于印制电路板上的金属部件吸收掉，从而导致有效无线信号功率低，能识别范围仅约1cm左右，而且还不稳定。 
目前有一种改进天线的设计方式是在射频部分电路增加功率放大电路，但这种方式存在很明显的缺陷——因为射频部分电路的功率放大时，会带来功耗增加，设备极容易发热，对于手持设备来说没有太大实用价值，同时也存在一定的使用隐患。 
发明内容
为了克服上述种种弊端，本发明采用了一种天线与PCB板分离连接的结构，可有效地解决非接触式识别和互联设备（以下简称读卡器）中无线射频信号功率不足所导致的通信距离短、信号不稳定等的问题。 
本发明提供一种含柔性电路板天线(FPC)的读卡器，包括壳体和内置的集成电路板，以及独立于集成电路板的柔性电路板（FPC），与集成电路板固定连接或活动连接； 
所述柔性电路板包括一柔性基底和设置于柔性基底上的天线。 
天线所在的柔性电路板（FPC）与集成电路板（PCB）分离设计的结构，有利于避免柔性电路板与集成电路的空间交集，从而减少集成电路板上的金属器件吸收天线辐射的能量。同时，也能给集成电路板的布局布线提供较为宽松的面积，使电路布局更合理。 
所述柔性电路板的一侧覆有导磁膜，优选铁氧体作为导磁膜材质，当然也可以选用锡箔等其他导磁材质。 
所述柔性电路板覆有导磁膜的一侧靠近集成电路板，在有效屏蔽集成电路板上电子器件对无线信号的影响的同时，能有效缩短电磁波闭合回路的路径，从而增强天线所在范围内的磁场强度，进而增强无线信号功率及有效识别、通信范围。 
所述导磁膜与柔性电路板粘合。 
所述柔性电路板通过金属弹片与集成电路板触压连接。 
所述柔性电路板粘贴在壳体内侧。 
所述壳体内侧上设计有凹槽，凹槽的深度需略大于或等于柔性电路板的厚度，凹槽的面积略大于或等于天线的面积。所述柔性电路板被粘贴在凹槽处，柔性电路板与壳体形成嵌入式结构。 
与现有技术相比，本发明采用独立柔性天线设计，在不影响其他器件的功率情况下，可有效地解决非接触式识别和互联设备（以下简称读卡器）中无线射频信号功率不足所导致的通信距离短、信号不稳定等的问题。柔性电路板和集成电路板通过弹片触压连接的结构处理，使加工和维修更方便。 
附图说明
图1A为本发明的各部件分离结构示意图； 
图1B为本发明的装配完成的结构示意图； 
图2A为柔性电路板与集成电路板焊接连接结构； 
图2B为柔性电路板与集成电路板触压连接结构； 
图3为柔性电路板的结构示意图； 
图4A普通天线的信号分布示意图； 
图4B为增加导磁膜后的信号分布示意图； 
图5A为金属弹片触点整体图； 
图5B为金属弹片触点正视图； 
图5C为金属弹片触点侧视图； 
图5D为金属弹片触点俯视图。 
其中： 
1—集成电路板；  2—柔性电路板；  3—壳体；  301—天线； 
302—柔性基底；  303—导磁膜；    4—凹槽；  5—焊接结构； 
6—金属弹片；    7—非接触式卡。 
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明，但并不以此为限。 
结合图1A和图1B来看，本发明的结构包括集成电路板1、柔性电路板2和壳体3，集成电路板1和柔性电路板2都置于壳体3所构成的封闭空间内，集成电路板1与柔性电路板2电性连接。柔性电路板2和集成电路板1可以通过焊接的方式固定连接，如图2A所示；也可以通过连接件活动连接，如图2B所示。在图2B中是通过金属弹片6进行将集成电路板1和柔性电路板2触压连接，方便在加工和维修时对其进行拆分和组合，也可以采用其他活动连接方式对其进行连接处理，本发明并不以此为限。 
柔性电路板2的结构如图3所示，包括天线301和柔性基底302，为使效果更佳，在柔性基底302面向集成电路板的一侧（背面）覆有导磁膜303。这种结构设计，可以有效屏蔽集成电路板上各个器件工作时辐射出来的电磁干扰。当天线在收发无线信号时，通常被被金属器件吸收一部分的磁能，从而使有效信号辐射距离很小，非接触式卡7必须处在与天线很近的距离（1cm左右）才能感应到信号，如图4A所示；而当增加导磁膜后（在本实施例中，导磁膜为铁氧体片，铁氧体片本身具有良好的导磁功能），如图4B所示，天线辐射出来的大部分磁力线遇到铁氧体时，均沿着铁氧体片构成闭合回路，磁力线能量与电池等金属材料被导磁膜隔开，只有很少部分的磁力线能量越过铁氧体片，被集成电路板（PCB）上的金属器件所吸收，从而提高了天线辐射出来的无线信号的有效率。除此之外，由于铁氧体片的导磁作用，使得闭合磁力线路径变短，有效增强了识别卡一侧（柔性电路板上无导磁膜的一侧）的磁通量，进而增加了卡的识别、通信距离。实验证明采用这种一侧覆有导磁膜的柔性电路板天线的设计，非接触式卡7能在3.5cm范围内持续稳定地接收到无线信号。相比于未设有导磁膜的设计，感应距离明显增加。在本实施例中，导磁膜为铁氧体片，但选用锡箔等其他导磁材料也能在一定程度上实现上述效果，故本发明并不为此为限。 
柔性电路板的基底采用FPC，其厚度仅有0.2mm，加上粘贴它背面的铁氧体片0.15mm，这样，柔性电路板的整体厚度仅有0.35mm。柔性电路板采用粘贴的方式安装在读卡器的壳体内侧，该壳体内侧对应的外侧为读卡器非接触式卡识别界面侧。为了使天线的安装在读卡器 整机中更合理，需要在壳体上设计凹槽4，凹槽4的深度需略大于0.35mm，凹槽4的面积略大于天线的面积。柔性电路板被粘贴在凹槽4处，柔性电路板与壳体形成嵌入式结构，使得结构简洁可靠。壳体中的凹槽4如图1所示。 
在装配时，可以如图2A所示的方式将柔性电路板2和集成电路板1焊接在一起，但这种方式会给拆装维修带来一定的难度，因此在优化设计时可以考虑可拆分的连接结构。图2B给出一种活动连接方式，通过金属弹片6进行触压连接，金属弹片6的触点被安装在集成电路板1(PCB)上。由于金属弹片6及触点是采用良好导电性能的材料制成，这样在安装时，只需将柔性电路板2和集成电路板1的对应位置卡合在一起，就能通过弹片的触点实现柔性电路板2和集成电路板1的电性连接，保证电路正常工作。而需要将装置拆开进行检修或维护等时，也可以通过金属弹片6将柔性电路板2和集成电路板1轻松分离，对原来的电路结构不会造成破坏。采用这种触压连接的方式，使得读卡器的装配、拆卸、维修等变得简便；同时，金属弹片的加入使得读卡器的内部构造简洁明快，使得集成电路板(PCB)与柔性天线(FPC)在空间上形成叠加，减小了读卡器的整体体积。金属弹片6的结构如图5A-5D所示。 
本发明虽以实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用来限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用来限定本发明的范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。 

Claims (9)

1.一种含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，包括
一外壳和位于外壳内的集成电路板和柔性电路板；
所述柔性电路板与集成电路板固定连接或活动连接；
所述柔性电路板包括一柔性基底和设置于柔性基底上的天线；
所述柔性电路板上的一侧覆有导磁膜。
2.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述导磁膜为铁氧体。
3.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述导磁膜面向集成电路板。
4.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述导磁膜与柔性电路板粘合。
5.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述柔性电路板通过金属弹片与集成电路板触压连接。
6.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述柔性电路板粘贴在外壳内侧。
7.如权利要求1所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述外壳内侧上设计有凹槽；柔性电路板与外壳形成嵌入式结构。
8.如权利要求7所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述柔性电路板被粘贴在凹槽处。
9.如权利要求7所述的含柔性电路板天线的读卡器，其特征在于，所述凹槽的深度略大于柔性电路板的厚度。
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