CN105024162B - 一种带有金属后壳的nfc天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有金属后壳的NFC天线，包括第一金属后壳和天线线圈，所述天线线圈位于第一金属后壳内侧，所述第一金属后壳上设有一个通孔和第一缝隙，所述第一缝隙连接所述通孔的一边和所述第一金属后壳的一边，其中，所述天线线圈围绕所述通孔和所述第一缝隙设置，且所述天线线圈的一部分不与第一金属后壳重合，并且与第一缝隙无交集。通过上述方式，本发明能够达到最佳地改变涡流流向分布和强度的效果，并应用金属壳体上与天线本身同向的涡流回路以增强天线性能，消除了金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，具有结构简单,外形美观,性能优越等特点。

Description

一种带有金属后壳的NFC天线
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种带有金属后壳的NFC天线。
背景技术
随着现阶段移动设备近场通信功能的发展，NFC功能将被配置在更多的手持设备中，进而促使对NFC天线设计的研究得到越来越多的重视。在传统的NFC天线应用中，一般选择将FPC(也即NFC天线辐射体)放在电池上面,同时为了减少电池(也即金属)对于NFC天线的负面影响，需要在PFC和电池中间加上一层铁氧体。上述的NFC天线设计方案仅适合于手持设备的后盖为非金属材质的情况。然而近期随着消费者的青睐,带有金属后壳的移动设备开始流行，这给NFC天线的设计带来更大的难度。原因是因为当NFC天线直接放在(完整的)金属壳体后方时，不仅金属后壳上将产生与NFC天线电流完全反向的涡流回路，而且由于金属后壳对电磁场的屏蔽作用使得放置在金属壳里面的NFC天线无法在金属后壳外面(也即放置NFC天线的另一侧)被探测到。但是当对金属后壳进行一些适当的处理后，如在金属后壳的边缘上开一个缝隙，在金属后壳的边缘处“切断了”原有在金属后壳上产生的完全反向的涡流回路，同时产生了与天线电流同向的涡流回路。这种由于在边缘处开的缝隙所造成的同向涡流回路不仅增强了NFC天线线圈本身的性能而且同时克服了上述金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，使得NFC天线能够在金属后壳的外面被检测到。迄今对于全金属后壳NFC天线的可行的设计方案还非常少。
如图1所示，图1为现有技术中常用的天线线圈走线方式示意图。其中，金属后壳包括一通孔和一缝隙，所述缝隙的一端与所述通孔一边连接，天线线圈围绕所述通孔设置，且与所述缝隙相交，开缝能够改变涡流方向，使得天线能够被检测到，但是这种天线线圈与缝隙相交的方式并不能以最佳的方式改变涡流回路的方向与强度，使得天线线圈的性能受到限制，无法获得最优性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种性能优越、并同时充分地利用了金属后壳的各个部分，从而进一步提高性能的NFC天线。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种带有金属后壳的NFC天线，包括第一金属后壳和天线线圈，所述天线线圈位于第一金属后壳内侧，所述第一金属后壳上设有一个通孔和第一缝隙，所述第一缝隙连接所述通孔的一边和所述第一金属后壳的一边，其中，所述天线线圈围绕所述通孔和所述第一缝隙设置，且所述天线线圈的一部分不与第一金属后壳重合，并且与第一缝隙无交集。
进一步地，还包括第二金属后壳，所述第二金属后壳与所述第一金属后壳之间设有第二缝隙，所述天线线圈不与第一金属后壳重合的部分则与所述第二金属后壳重合。
进一步地，所述第一缝隙连接所述第二缝隙及所述通孔。
进一步地，所述天线线圈为凸字形、圆形或椭圆形。
进一步地，所述通孔的尺寸为5mmx5mm-20mmx20mm。
进一步地，所述第一缝隙的宽度为0.5-1.5mm，第二缝隙的宽度为1.0-2.5mm。
进一步地，所述通孔中安装有指纹识别模块、摄像头模块、闪光灯模块或传感器模块。
本发明的有益效果在于：充分利用金属后壳的各个部分，将NFC天线线圈设置在通孔及第一缝隙外，避免NFC天线线圈与第一缝隙相交，达到更有效或最佳地改变涡流流向分布和强度的效果，能同时在在金属后壳的上方和下方均产生与天线电流同向的涡流回路，进一步增强了天线性能，消除了金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，具有结构简单,性能优越等特点。
附图说明
图1为现有技术中带有金属后壳的NFC天线结构示意图；
图2为本发明实施例一带有第一金属后壳的NFC天线结构示意图；
图3为本发明实施例二带有第二金属后壳的NFC天线结构示意图；
图4为使用图1天线结构的涡流示意图；
图5为本发明实施例一的带有金属后壳的NFC天线结构产生的涡流示意图；
图6为本发明带有金属后壳的NFC天线结构的磁场等高线分布图；
图7为图1所示天线结构的磁场等高线分布图；
图8为图1增加金属后壳时的磁场等高线分布图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:将NFC天线线圈围绕通孔和缝隙设置，使得在金属后壳上方也能产生与天线电流同向的涡流回路，进一步增强了天线性能。
本发明提供一种带有金属后壳的NFC天线，包括第一金属后壳和天线线圈，所述天线线圈位于第一金属后壳内侧，所述第一金属后壳上设有一个通孔和第一缝隙，所述第一缝隙连接所述通孔的一边和所述第一金属后壳的一边，其中，所述天线线圈围绕所述通孔和所述第一缝隙设置，且所述天线线圈的一部分不与第一金属后壳重合。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：充分利用金属后壳的各个部分，将NFC天线线圈设置在通孔及第一缝隙外，避免NFC天线线圈与第一缝隙相交，达到最佳地改变涡流流向分布和强度的效果，能同时在在金属后壳的上方和下方均产生与天线电流同向的涡流回路，进一步增强了天线性能，消除了金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，具有结构简单,性能优越等特点。
进一步地，还包括第二金属后壳，所述第二金属后壳与所述第一金属后壳之间设有第二缝隙，所述天线线圈不与第一金属后壳重合的部分则与所述第二金属后壳重合。
进一步地，所述第一缝隙连接所述第二缝隙及所述通孔。
进一步地，所述天线线圈为凸字形、圆形或椭圆形。
进一步地，所述通孔的尺寸为5mmx5mm-20mmx20mm。
进一步地，所述缝隙的宽度为0.5-1.5mm，第二缝隙的宽度为1.0-2.5mm。
进一步地，所述通孔中安装有指纹识别模块、摄像头模块、闪光灯模块或传感器模块。
实施例一
请参照图2，一种带有金属后壳的NFC天线，例如可以是手机、iPAD等便携式移动设备的NFC天线，包括第一金属后壳1和天线线圈2，所述天线线圈2位于第一金属后壳1内侧，即安装手机芯片一侧，所述第一金属后壳1上设有一个通孔3和第一缝隙4，所述通孔3的尺寸为5mmx5mm-20mmx20mm，优选10mmx10mm，通孔尺寸过小则影响天线性能，过大则影响金属后壳的完整性，同时也会影响后壳内侧各部件的布局；所述通孔3中安装有指纹识别模块、摄像头模块、闪光灯模块或其他传感器模块；所述第一缝隙4连接所述通孔3的一边和所述第一金属后壳1的一边，且与所述通孔3的该一边垂直，所述第一缝隙4的宽度为0.5-1.5mm，优选1mm；所述天线线圈2围绕所述通孔3和所述第一缝隙4设置，且所述天线线圈2的一部分不与第一金属后壳1重合，即天线线圈2的一部分延伸出所述第一金属后壳1，图2所示天线呈凸字形，可选的，天线也可为圆形、椭圆形或其他形状。
本发明通过在金属后壳上开缝隙，能够改变涡流的方向，在金属后壳上有效地激发相对于NFC天线线圈而言的有效同向涡流回路，能够消除金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，使得天线能够被从金属后壳外侧检测到；同时本发明将天线线圈同时围绕通孔和缝隙设置，天线线圈延伸出第一金属后壳并且不与缝隙相交；天线线圈与缝隙的非相交状态使得不止在第一金属后壳上能形成最佳的有效涡流，也能在金属后壳上方形成有效的辐射，增强了有效涡流，进一步提高了天线性能。
实施例二
如图3所示，本发明的实施例二在实施例一的基础上增加了第二金属后壳5，所述第二金属后壳5位于第一金属后壳1上方，且与所述第一金属后壳1之间设有第二缝隙6，所述第一缝隙4连接所述第二缝隙6及所述通孔3，所述第二缝隙6的宽度1.0mm-2.5mm,优选2.0mm。；所述天线线圈2不与第一金属后壳1重合的部分则与所述第二金属后壳5重合。
本实施例提出的NFC天线线圈走线方式的一个主要特点之一是把部分的NFC天线的线圈布置在金属后壳2的下方。此天线走线方式不仅能保证NFC线圈在金属后壳1上产生的有效涡流没有被破坏或减弱，而且同时有效地激发了在金属后壳2上(与金属后壳1上产生的涡流同向)的有效涡流。与现有技术只在金属后壳1上激发有效涡流的方案相比，本方案能把金属后壳1上和金属后壳2上的有效涡流同时激发出来，金属后壳1和金属后壳2上的同向有效涡流的叠加进而增强了NFC天线的性能，具体分析如下。
图4为图1中NFC天线在(只有金属后壳1存在的情况下)金属后壳1上的有效涡流分布图，可以看到，涡流基本被限制在第一金属后壳范围内。图5为本实施例NFC天线在金属后壳上1和金属后壳2上的涡流分布图，图4和图5的涡流分布都是从金属后壳的外部看向内部的，所以有效的涡流回路方向都是顺时针方向，也即与NFC天线本身的电流方向相同。从图4与图5的对比中可以看出，本实施例的NFC天线不仅激发了在金属后壳1上的涡流，而且同时有效地激发了在金属后壳2上的涡流。特别，从图5中可以看出，由于本发明中的NFC天线线圈没有和第一缝隙相交，所以在金属后壳1和2上临近和第一缝隙近乎平行的方向上还激发了对天线性能有正面贡献的涡流。尤其重要的是，本实施例中在金属后壳1和金属后壳2上的所有涡流回路都是顺时针方向，也即对天线本身来讲都是有效的或有增强作用的涡流。金属后壳1上的有效涡流和金属后壳2上的有效涡流的叠加必将增强NFC天线的性能。因此与现有技术的NFC方案相比，本发明避免了NFC天线线圈与第一缝隙相交，达到最佳地改变涡流流向分布和强度的效果；因此本发明的NFC设计方案有更好的天线性能。
图6所示为本实施例的高性能NFC天线在距金属后壳外20mm处的磁场Hz分量的等高线分布图，图7为图1所示现有技术的天线在距金属后壳外20mm处的磁场等高线分布图，图8是在图1基础上增加金属后壳2的的天线在距金属后壳外20mm处的磁场等高线分布图。比较图6和图7、8可以看出，当使用本发明的NFC天线线圈走线方案时，具有相当强度的有效涡流将从金属后壳1上“渗透”到第二金属后壳上(见图6)，故而增强了NFC天线的性能；而采用现有技术的NFC天线的走线方案的话，即使是在增加第二金属后壳的情况下，在第一金属后壳和/或第二金属后壳上的有效涡流并没有大的改变，或者也可以说从第一金属后壳上渗透到第二金属后壳的涡流是极其有限或微不足道的。实验结果也表明，如果采用现有技术的NFC天线线圈走线方式的话，无论第二金属后壳是否存在，NFC天线的读写距离没有明显的变化。但是，实验结果表明当使用本发明的NFC天线线圈走线方式时，与现有技术NFC天线线圈走线方式相比，本发明的NFC天线性能将有8-15％左右的增强。特别，对于本发明没有金属后壳2的情况，本发明天线性能比现有技术有8％左右的增强；对于本发明有金属后壳2的情况，本发明的天线性能比现有技术有15％左右的提升。有与没有金属后壳2的性能差异恰好说明本发明的天线线圈走线方式能更好地激发出金属后壳2上的有效涡流。
综上所述，充分利用金属后壳的各个部分，将NFC天线线圈设置在通孔及第一缝隙外，避免NFC天线线圈与第一缝隙相交，达到最佳改变涡流流向分布和强度的效果，能同时在在金属后壳的上方和下方激发与天线电流同向的有效涡流回路，进一步增强了天线性能，消除了金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，具有结构简单,性能优越等特点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种带有金属后壳的NFC天线，包括第一金属后壳和天线线圈，所述天线线圈位于第一金属后壳内侧，所述第一金属后壳上设有一个通孔和第一缝隙，所述第一缝隙连接所述通孔的一边和所述第一金属后壳的一边，其特征在于：所述天线线圈围绕所述通孔和所述第一缝隙设置，且所述天线线圈的一部分不与第一金属后壳重合，并且所述天线线圈与第一缝隙无交集；
还包括第二金属后壳，所述第二金属后壳与所述第一金属后壳之间设有第二缝隙，所述天线线圈不与第一金属后壳重合的部分则与所述第二金属后壳重合；
所述第一缝隙连接所述第二缝隙及所述通孔。
2.根据权利要求1所述的带有金属后壳的NFC天线，其特征在于：所述天线线圈为凸字形、圆形或椭圆形。
3.根据权利要求1所述的带有金属后壳的NFC天线，其特征在于：所述通孔的尺寸为5mmx5mm-20mmx20mm。
4.根据权利要求1所述的带有金属后壳的NFC天线，其特征在于：所述第一缝隙的宽度为0.5-1.5mm，第二缝隙的宽度为1.0-2.5mm。
5.根据权利要求1所述的带有金属后壳的NFC天线，其特征在于：所述通孔中安装有指纹识别模块、摄像头模块、闪光灯模块或传感器模块。
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