CN105375952B - 近场通信装置及采用该近场通信装置的电子设备 - Google Patents
近场通信装置及采用该近场通信装置的电子设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种电子设备的近场通信装置，包括孤立开设于所述电子设备的金属外壳的开孔和位于所述金属外壳内侧的双环路线圈，所述双环路线圈包括两线圈环路，两个所述线圈环路分别与所述开孔区域部分或全部重合，所述线圈环路均馈电于所述金属外壳内的NFC芯片。
Description
技术领域
本发明涉及近场通信领域，尤其涉及一种近场通信装置及采用该近场通信装置的电子设备。
背景技术
现今，RFID/NFC等近场无线通信技术已普遍应用于电子设备之间或电子设备和RFID/NFC读写器之间的数据交换通讯，其设备上安装有通讯天线用于收发电磁波信号；无线充电设备的发射端和接收端也具有天线模块。
在很多设备上，由于金属外壳结构强度大，视觉效果好，金属外壳设计得到越来越多的应用；由于金属外壳通常会阻断天线的辐射电磁场，由此带来了对RFID或NFC天线的设计挑战，使天线工作能力大幅降低已致无法工作。
目前已有提出对设备金属外壳环境进行利用，达到天线功能的实现方案，即通过把RFID天线线圈产生的磁场空间耦合到金属外壳上，在金属外壳上形成感应电流进而通过金属外壳再次产生磁场来进行工作。例如：
1)、公开号为CN102405556B的专利；
该专利就是利用天线线圈的磁场耦合到金属外壳，再由金属壳体产生磁场，实现天线辐射功能，此专利的缺点是金属开孔需要通过一个狭缝和外部联通，这种设计会破坏金属壳体的力学特性，导致设备跌落测试有不通过的风险。
具体来说，请参考图1，该专利提供的是一种在金属后壳上开孔CA同时开槽SL来实现NFC性能的方法。将NFC天线线圈3与电子设备外壳1上的金属导体2通过电磁场耦合的方式把线圈所产生的磁场转化为金属导体上的电流，进而，金属导体上的电流再次产生磁场构成天线功能模块。主要特征是：1，线圈3和金属导体2耦合；2，金属导体2上有开口CA和缝隙SL；3，线圈3的中心和金属导体开口CA重合。
2)、公布号为CN105006654的专利
在该专利中，请参考图2带有金属后壳的8字形NFC天线基于8字形扭转绕线的单线圈，环绕两个金属开口绕制线圈；8字形天线每圈绕线都要在中部交叉，且两个金属开口之间必须用一个宽度0.5mm～1.5mm的连通，必须设计两个金属开口，结构设计不灵活。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在金属壳条件下如何在保障金属壳机械强度和完整性的条件下显著增强近场通信能力。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种电子设备的近场通信装置，包括孤立开设于所述电子设备的金属外壳的开孔和位于所述金属外壳内侧的双环路线圈，所述双环路线圈包括两线圈环路，两个所述线圈环路沿着所述金属外壳的内表面排布，分别与所述开孔区域部分或全部重合，所述线圈环路均馈电于所述金属外壳内的NFC芯片。
可选的，所述线圈环路的绕制形状与所述开孔区域边沿的形状部分匹配。
可选的，两个所述线圈环路间并联连接。
可选的，两个所述线圈环路间串联连接。
可选的，两个所述线圈环路中的第一线圈环路的首端连接所述金属外壳内的NFC芯片馈电，末端连接其中第二线圈环路的首端，第二线圈环路的末端连接所述金属外壳内的NFC芯片馈电，第一线圈回路的末端与第二线圈回路的首端连接后还连接至金属外壳内的主板接地。
可选的，所述开孔为矩形、圆形、三角形、椭圆形或多边形。
可选的，所述开孔为十字形。
可选的，所述开孔为工字形。
可选的，所述开孔为T形。
可选的，所述开孔为L形。
可选的，所述线圈环路的与所述金属外壳相背的一侧设有磁性材料。
本发明还提供了一种电子设备，采用本发明提供的近场通信装置。
本发明基于电子设备金属壳环境，在金属外壳中间开闭合孔，为了金属外壳机械强度及外观完整性原因，此金属开孔为完全闭合形式。同时把双环路NFC线圈围绕此闭合金属孔放置，通过双环路线圈以及线圈耦合到闭合金属开孔上的电流组合形成闭合磁力线，同时利用金属壳体的电流扩展，NFC通讯距离显著增强。
本发明的装置采用了双环路线圈做天线，且封闭的单金属开口的设计，其与图1所示公开号CN102405556B所描述的单金属开孔相比区别在，CN102405556B所述的设计金属开口必须要通过一个狭缝和外界相同，增加了力学部稳定性，且狭缝部外观较差，金属外观不完整。同时，本发明双环路设计还使得所述的双环路线圈之间的内部还产生磁力线环路。
本发明的装置采用了双环路线圈做天线，且封闭的单金属开口的设计，其与图2所示公开号CN105006654所做设计不同在于，本发明中，所述的双环路天线应用在闭合单金属开孔条件，而CN105006654的8字形天线需要利用两个金属开孔，且两个金属开孔之间要用一个0.5mm～1.5mm的细缝连接，本发明的双环路线圈设计要求金属外壳只开一个闭合单孔即可，且单孔形状大小可以按照产品外观要求调整，设计上更灵活。
另外，CN 105006654专利中的8字形线圈每圈绕线都要在中间位置交叉走线，导致8字形上下两部分的绕线圈数一样，当遇到两个金属开孔面积差距很大情况下，会导致两个金属开孔的磁场分布极不均衡已至无法工作；而本发明所做双环路天线的绕线方式为两个线圈单独绕制，再把两个线圈的首尾相连(双环路串联形式)或首首相连(双环路并联形式)，可以根据开孔的具体形状分别调整两个线圈的绕线圈数，与单个线圈所占据的开孔的面积相协调，使磁场分布更加均衡，NFC读写性能更有保障。在开孔外围尺寸相同情况下，本文所述的双环路线圈加单金属开孔的设计在读写距离上比8字形加双金属开孔形式好10％以上。
同时在本发明可选的方案中，所述的双环路线圈设计，两个线圈回路之间可以加入另外一个接地的天线触脚，从而适用于支持这种三馈脚形式的NFC芯片，起到提高NFC性能的作用。
附图说明
图1A至图1C是现有技术中公开号为CN102405556B的专利的通信装置示意图；
图2是现有技术中公开号为CN105006654的专利的通信装置示意图；
图3是本发明一可选实施例中通信装置的示意图；
图4是本发明一可选实施例中通信装置的电流示意图；
图5是本发明一可选实施例中通信装置的剖面示意图；
图6至图9分别是本发明一可选实施例中通信装置的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1至图7对本发明提供的电子设备及其近场通信装置进行详细的阐述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
本发明提供了一种电子设备的近场通信装置，包括孤立开设于所述电子设备的金属外壳1的开孔2和位于所述金属外壳内侧的双环路线圈3，所述双环路线圈包括两线圈环路31和32，当然，两个线圈环路31和32是并排于金属外壳1内侧的，在可选方案中，两线圈环路也可小部分叠合，两个线圈环路31和32分别与所述开孔区域部分或全部重合，所述线圈环路31和32均馈电于所述金属外壳内的NFC芯片。
有关线圈的天线功能，请参考图4，其描述了受到串联双环路线圈(包括线圈环路31和线圈环路32)电流激发后，金属外壳1背面上对应所产生的电流特征，其中两个线圈靠近的地方(金属开口中部)线圈上的电流流向Ic(图4以虚线箭头表示)和金属壳体表面的电流Is(图4以实线箭头表示)整体形成两个等效环路。进一步再来看图5，其为金属壳体1的剖视图，描述上述金属壳体上即金属开孔周围两个等效电流环路之间生成闭合磁力线11，从而具备NFC天线功能。
有关所述金属外壳1，可以为设备金属外壳，也可以是形成于非金属外壳内外表面的导电金属层，也可以是嵌入电子设备非金属外壳内部的金属体；换言之，在其之外或之内布置任何结构，只要其是核心器件外的金属体，就可以理解为本发明提到的金属外壳1。
有关所述开孔2，其为封闭的开孔，在本发明可选的实施例中，请参考图3至图7，所述开孔2为矩形、圆形、三角形、椭圆形或多边形，可以为规则的多边形，也可以为不规则多边形。请参考图8，在其示意的实施例中，所述开孔2为十字形。
请参考图9，在其示意的实施例中，所述开孔2为工字型。其外形和专利公开号CN105006654所提到的两个金属开孔比较相似，但该实施例不限定所谓的两个金属开孔之间的缝隙尺寸，缝隙越大，该方案所做设计的性能越好。双环路线圈的绕线方式同样可以工作，由于金属开口面积相对于实施方式一有所变小，性能上比图3至图7示意的实施例差一些。
与之类似的，本发明其他可选的实施例中，所述开孔还可以为T形。所述开孔也可以为L形。
有关所述线圈环路31和32，在图6示意的实施例中，两个所述线圈环路31和32间并联连接。在图3和图7示意的实施例中，两个所述线圈环路间串联连接。对该串联进一步描述为，两个所述线圈环路中的第一线圈环路31的首端连接所述金属外壳1内的NFC芯片馈电，进一步来说，通过馈电口4馈电，末端连接其中第二线圈环路32的首端，第二线圈环路32的末端连接所述金属外壳1内的NFC芯片馈电，其也通过一个馈电口4馈电。在同样绕线圈数情况下并联型线圈整体感值比串联型线圈低，在考虑到市场上各种NFC芯片对感值要求不同，在采用某些NFC芯片设计时，可采用这种并联环路方式的金属环境NFC天线设计。
在本发明进一步可选的实施例中，请参考图7，第一线圈回路31的末端与第二线圈回路32的首端连接后还连接至金属外壳1内的主板接地。其为串联双环路天线部分的衍生形式三端口绕线方式，即在串联(或并联)两线圈中部连接处加入接地点5，适用基于支持三端口天线的NFC芯片的金属环境NFC天线设计。
在本发明可选的实施例中，所述线圈环路的绕制形状与所述开孔区域边沿的形状部分匹配。例如在图8和图9示意的实施例中，线圈环路31和32即与十字形和工字型的部分相匹配，这种匹配也可以进一步限定为线圈环路的部分沿着所述开孔区域的边沿布置。
除以上描述外，在本发明可选的实施例中，请参考图所述线圈环路的与所述金属外壳相背的一侧设有磁性材料6。磁性材料可根据具体情况做不同的结构设置。
综上所述，本发明基于电子设备金属壳环境，在金属外壳中间开闭合孔，为了金属外壳机械强度及外观完整性原因，此金属开孔为完全闭合形式。同时把双环路NFC线圈围绕此闭合金属孔放置，通过双环路线圈以及线圈耦合到闭合金属开孔上的电流组合形成闭合磁力线，同时利用金属壳体的电流扩展，NFC通讯距离显著增强。
Claims (10)
1.一种电子设备的近场通信装置，其特征在于：包括孤立开设于所述电子设备的金属外壳的开孔和位于所述金属外壳内侧的双环路线圈，所述双环路线圈包括两线圈环路，两个所述线圈环路分别与所述开孔区域部分或全部重合，所述线圈环路均馈电于所述金属外壳内的NFC芯片，两个所述环路线圈中电流方向相反；所述线圈环路的绕制形状与所述开孔区域边沿的形状部分匹配；所述线圈环路的与所述金属外壳相背的一侧设有磁性材料。
2.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：两个所述线圈环路间并联连接。
3.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：两个所述线圈环路间串联连接。
4.如权利要求3所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：两个所述线圈环路中的第一线圈环路的首端连接所述金属外壳内的NFC芯片馈电，末端连接其中第二线圈环路的首端，第二线圈环路的末端连接所述金属外壳内的NFC芯片馈电，第一线圈回路的末端与第二线圈回路的首端连接后还连接至金属外壳内的主板接地。
5.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：所述开孔为矩形、圆形、三角形、椭圆形或多边形。
6.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：所述开孔为十字形。
7.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：所述开孔为工字形。
8.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：所述开孔为T形。
9.如权利要求1所述的电子设备的近场通信装置，其特征在于：述开孔为L形。
10.一种电子设备，其特征在于：采用如权利要求1至9任意之一所述的近场通信装置。
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