CN105119040A

CN105119040A - 基于金属后壳的nfc天线结构

Info

Publication number: CN105119040A
Application number: CN201510589949.4A
Authority: CN
Inventors: 赵安平; 陈浩; 毕晔海; 刘健
Original assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: CN105119040B

Abstract

本发明公开了一种基于金属后壳的NFC天线结构，包括一金属后壳和一天线线圈，所述天线线圈设置在所述金属后壳内侧，所述天线线圈包括上半部线圈和下半部线圈，所述上半部线圈包括第一上半部线圈和第二上半部线圈，所述第一上半部线圈延伸出金属后壳而不与金属后壳重叠，所述第二上半部线圈与金属后壳重叠，且所述第二上半部线圈与金属后壳之间设有一铁氧体。通过设置铁氧体，减弱第二上半部线圈对NFC天线本身产生的负面影响，提高天线性能，同时，能有效地减小NFC天线在净空区域内所占的空间，具有模型结构简单，性能优越等特点。

Description

基于金属后壳的NFC天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种基于金属后壳的NFC天线结构。

背景技术

随着现阶段移动设备近场通信功能的发展,NFC(NearFieldCommunication近距离无线通讯技术)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，即NFC天线辐射体放在电池上面。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。因为当NFC天线线圈被完全地放置在完整的金属壳体内侧时，不仅金属后壳上将产生与NFC天线电流完全反向的涡流，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侧被探测到。

当对金属后壳进行一些适当的处理后，比如村田在专利CN102405556B所提出的在金属后壳上开一个通孔以及一个从通孔到金属后壳边缘的缝隙。该缝隙“切断了”原有在金属后壳上产生的完全反向的涡流，使得该涡流变成与天线电流同向的对天线有正面作用的有效涡流。这种由于所开缝隙造成的同向有效涡流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侧被检测到。虽然通过开通孔和缝隙的方法解决了金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，但是所开的通孔和缝隙还是影响了金属后壳的完整性，这种对金属后壳完整性的破坏无疑影响了金属机身设备的美感和强度。

迄今对于能保持金属后壳完整性的基于金属后壳的可行的NFC天线方面的研究还非常少。目前通常采用的方式是通过把NFC天线线圈至少一半的部分移置到金属后壳的外部来解决或消除金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，如图1所示，这里所说的金属后壳的外部一般指的是为手持设备其它主要天线所保留的空间，也即通常所说的主要天线净空区。对于手持设备如手机而言，设备的外观设计者期待尽量去减小净空区所占的空间。但是，在上述NFC天线设计方案中，为了保证消除金属后壳对NFC天线的屏蔽作用，NFC天线线圈不得不侵入对于主要天线和其它元件而言早已狭小的净空区内。此外，NFC天线线圈的侵入不仅会影响到主要天线的性能而且会增加主要天线的设计难度，因此，最理想的方案是尽可能减少NFC天线在净空区内所占的空间。

显然，简单且直接地减少NFC天线线圈在净空区所占空间的方法是把NFC天线线圈从净空区向下移动，即将上半部的部分天线线圈移动到金属后壳内部。例如，如图2所示，若天线线圈为8匝，将线圈上半部的4匝线圈移动到金属后壳内部。天线本身的电流为逆时针方向，根据近场耦合原理，与金属后壳紧密接触的天线线圈都将在金属后壳上生产与其相应的涡流回路。图3为由天线下半部的线圈在金属后壳上产生的涡流分布图，图4为由天线上半部的与金属后壳紧密接触的线圈在金属后壳上产生的涡流分布图。根据右手定则，图3中的涡流回路方向与NFC天线线圈的电流方向相同也即对天线的性能有增强的作用，而图4中的涡流回路方向与NFC天线线圈的电流方向相反也即对天线的性能有削弱的作用。虽然由图4中的反向涡流比图3中的正向涡流的强度小，或者说不同涡流回路生产的磁通量叠加的效果仍然是正向的，但是NFC天线整体的性能无疑将被反向的涡流回路减弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于金属外壳的占用净空区域小并且高性能的NFC天线结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于金属后壳的NFC天线结构，包括一金属后壳和一天线线圈，所述天线线圈设置在所述金属后壳内侧，所述天线线圈包括上半部线圈和下半部线圈，所述上半部线圈包括第一上半部线圈和第二上半部线圈，所述第一上半部线圈延伸出金属后壳而不与金属后壳重叠，所述第二上半部线圈与金属后壳重叠，且所述第二上半部线圈与金属后壳之间设有一铁氧体。

本发明的有益效果在于：通过设置铁氧体，减弱第二上半部线圈对NFC天线本身产生的负面影响，提高天线性能，同时，无需在金属后壳上开任何通孔和缝隙，保证了金属后壳的完整性，金属后壳一体成型，加工工艺简单。

附图说明

图1为传统基于完整金属后壳NFC天线结构示意图；

图2为NFC天线在净空区域内所占空间被减少后的天线结构示意图；

图3为图2中NFC天线下半部线圈在金属后壳上产生的涡流分布图；

图4为图2中NFC天线上半部与金属后壳重叠的线圈在金属后壳上产生的涡流分布图；

图5为本发明实施例一的NFC天线结构图一；

图6为本发明实施例一的NFC天线结构图二；

图7为图2中NFC天线在距金属后壳外25毫米处的磁场分布图；

图8为图5中NFC天线在距金属后壳外25毫米处的磁场分布图。

标号说明：1、天线线圈；2、金属后壳；3、净空区域；4、第一上半部线圈；5、第二上半部线圈；6、铁氧体。

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详予说明。

本发明最关键的构思在于：通过在第二上半部线圈与金属后壳之间设置一层铁氧体，减弱第二上半部线圈对NFC天线本身产生的负面影响。

请参阅图5和图6，一种基于金属后壳的NFC天线结构，包括一金属后壳2和一天线线圈1，所述天线线圈1设置在所述金属后壳2内侧，所述天线线圈1包括上半部线圈和下半部线圈，所述上半部线圈包括第一上半部线圈4和第二上半部线圈5，所述第一上半部线圈4延伸出金属后壳2而不与金属后壳2重叠，所述第二上半部线圈5与金属后壳2重叠，且所述第二上半部线圈5与金属后壳2之间设有一铁氧体6。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过设置铁氧体6，减弱第二上半部线圈5对NFC天线本身产生的负面影响，提高天线性能，具有模型结构简单，性能优越等特点。

进一步地，所述第一上半部线圈4和第二上半部线圈5的匝数相等。

进一步地，所述第一上半部线圈4的匝数大于第二上半部线圈5的匝数。

进一步地，所述铁氧体6的大小与所述第二上半部线圈5的面积相等。

进一步地，所述铁氧体6的大小小于所述天线线圈1的面积的一半。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：占用净空区域3小，减少对主要天线性能的影响及设计难度。

请参照图5和图6，本发明的实施例一为：一种基于金属后壳的NFC天线结构，可适用于手机、掌上电脑、MP3播放器等移动设备，包括一金属后壳2和一天线线圈1，所述金属后壳2上方为净空区域3，所述天线线圈1包括上半部线圈和下半部线圈，所述上半部线圈和下半部线圈可以完全相等，也可以不等，例如当天线线圈1为矩形时，所述上半部线圈可以仅包括矩形的顶边部分的线圈；所述上半部线圈又包括第一上半部线圈4和第二上半部线圈5；可选地，所述第一上半部线圈4的匝数可以大于或等于第二上半部线圈5的匝数，也就是说，如果天线线圈1一共为8匝，第一上半部线圈4和第二上半部线圈5均为4匝，如图5所示，或者第一上半部线圈4为5匝，第二上半部线圈5为3匝，以此类推。第二上半部线圈5的匝数越小，天线的性能越好。所述天线线圈1设置在所述金属后壳2内侧，但是所述第一上半部线圈4延伸出金属后壳2而不与金属后壳2重叠，而所述第二上半部线圈5仍与金属后壳2重叠，且所述第二上半部线圈5与金属后壳2之间设有一铁氧体6，铁氧体6的一边与金属后壳2的边缘对应；所述铁氧体6的大小小于天线线圈1的面积的一半，例如，铁氧体6的大小可以如图5所示，也可以如图6所示，也就是说，铁氧体6要隔离第二下半部线圈5水平方向的线圈，但不能隔离下半部线圈水平方向的线圈，即不能隔离天线线圈1下半部产生有效涡流的线圈部分；可选地，铁氧体6的大小可以等于所述第二上半部线圈5的面积。

铁氧体6将能有效削弱线圈与金属后壳2的耦合，对线圈起到隔离的作用，因此能有效地减弱第二上半部线圈5在金属后壳2上产生涡流的强度，铁氧体6越大，天线性能越佳。

请参照图7和图8，图7为图2所示的结构中NFC天线在距金属后壳2外25毫米处的磁场分布图，图8为图5所示的结构中NFC天线在距金属后壳2外25毫米处的磁场分布图。NFC天线通信距离，也即天线的性能的评价指标取决于通过与该NFC天线线圈相耦合的线圈中的磁通量的大小，而这个磁通量的大小将与NFC天线的磁场在与其相耦合的线圈处的峰值大小以及宽度有关；也就是说不能仅以NFC天线的磁场在该处的峰值大小来评定该NFC天线的性能好坏。从图7和图8中的场强分布图可以看出，无论是哪种情况NFC天线的峰值只有一个，也就是说NFC天线只有一个模式。

虽然第二上半部线圈5的匝数越小，天线的性能越好，但是，第二上半部线圈5的匝数越多，设置铁氧体后，天线性能被提升的效果越明显。实验结果表明，与图2所示的天线结构相比，图5所示的天线结构的天线距离提升了23.5％。

综上所述，本发明提供的基于金属后壳的NFC天线结构，通过设置铁氧体，能有效地减小NFC天线在净空区域内所占的空间，使得基于完整金属后壳的高性能小净空NFC天线成为可能。

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

1.一种基于金属后壳的NFC天线结构，包括一金属后壳和一天线线圈，所述天线线圈设置在所述金属后壳内侧，其特征在于：所述天线线圈包括上半部线圈和下半部线圈，所述上半部线圈包括第一上半部线圈和第二上半部线圈，所述第一上半部线圈延伸出金属后壳而不与金属后壳重叠，所述第二上半部线圈与金属后壳重叠，且所述第二上半部线圈与金属后壳之间设有一铁氧体。

2.根据权利要求1所述的NFC天线结构，其特征在于：所述第一上半部线圈和第二上半部线圈的匝数相等。

3.根据权利要求1所述的NFC天线结构，其特征在于：所述第一上半部线圈的匝数大于第二上半部线圈的匝数。

4.根据权利要求1所述的NFC天线结构，其特征在于：所述铁氧体的大小与所述第二上半部线圈的面积相等。

5.根据权利要求1所述的NFC天线结构，其特征在于：所述铁氧体的大小小于所述天线线圈的面积的一半。