CN105552545A - Nfc天线装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种NFC天线装置及电子设备，NFC天线装置包括导体层、以及与所述导体层电磁场耦合的天线模块，所述天线模块设置在所述导体层的一侧；所述导体层上设有供磁通通过的U形缝隙，所述U形缝隙的投影至少部分投射在所述天线模块上，与所述天线模块重叠。本发明的NFC天线装置，适用于经由电磁场信号与读写器天线进行通信的RFID短距离无线通信系统中，通过导体层上U形缝隙的设置，U形缝隙的投影至少部分投射在天线模块上，与天线模块重叠，U形缝隙供磁通穿过，实现天线模块的信号收发，在电子设备中也能够进行稳定通信。

Description

NFC天线装置及电子设备

技术领域

本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种NFC天线装置以及具有该NFC天线装置的电子设备。

背景技术

NFC天线是一种以RFID为基础，为了在手机等便携式电子设备间或与读写器间进行通信的短距离无线通信天线。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，是一种非接触式识别和互联的天线。近年来，由于越来越多带有金属外壳的手机等电子设备的出现，使得许多传统形式的NFC天线无法正常工作。如图1所示，处于金属外壳11内侧的NFC天线12，其中心部的磁通MF(虚线圈所示)不能通过金属外壳11，从而无法与外部的读写器天线13进行正常通信。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的NFC天线装置以及具有该NFC天线装置的电子设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种NFC天线装置，包括导体层、以及与所述导体层电磁场耦合的天线模块，所述天线模块设置在所述导体层的一侧；所述导体层上设有供磁通通过的U形缝隙，所述U形缝隙的投影至少部分投射在所述天线模块上，与所述天线模块重叠。

优选地，所述U形缝隙包括一第一缝隙段、以及两个相对的第二缝隙段，两个所述第二缝隙段分别连接在所述第一缝隙段的两端；所述第二缝隙段向所述导体层的侧边边缘方向延伸。

优选地，所述第一缝隙段在所述导体层上靠近所述导体层的一侧边边缘；所述第二缝隙段延伸贯穿所述导体层的侧边边缘。

优选地，所述导体层上还设有条形缝隙，所述条形缝隙靠近所述导体层的一侧边边缘，所述第一缝隙段平行且间隔所述条形缝隙，所述第二缝隙段延伸至连通所述条形缝隙。

优选地，所述天线模块包括经绕线形成环路状或旋涡状的线圈导体、用于与外部电路连接的连接部、以及基板；所述连接部连接在所述线圈导体的线端，所述线圈导体设置在所述基板朝向所述导体层的第一表面上。

优选地，所述U形缝隙的投影投射在所述线圈导体的中心部上。

优选地，所述U形缝隙的投影投射在所述线圈导体的中心部和至少一侧边上。

优选地，所述导体层的面积大于所述线圈导体在所述基板上所占面积。

优选地，所述连接部位于所述线圈导体的内侧和/或外侧。

优选地，所述天线模块还包括磁性体，所述磁性体设置在所述基板背向所述导体层的第二表面上。

本发明还提供一种电子设备，包括外壳、以及以上任一项所述的NFC天线装置；所述NFC天线装置的天线模块设置在所述外壳内；所述NFC天线装置的导体层为所述外壳的部分或全部。

本发明的NFC天线装置，适用于经由电磁场信号与读写器天线进行通信的RFID短距离无线通信系统中，通过导体层上U形缝隙的设置，U形缝隙的投影至少部分投射在天线模块上，与天线模块重叠，U形缝隙供磁通穿过，实现天线模块的信号收发，在具金属外壳的电子设备中也能够进行稳定通信。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中NFC天线在外壳内与读写器天线之间的磁耦合状态的剖面图；

图2是本发明第一实施例的NFC天线装置的俯视图；

图3是图2所示NFC天线装置的纵向剖面图；

图4是图2所示NFC天线装置中天线模块的结构示意图；

图5是表示流过线圈导体的电流分布俯视图；

图6是本发明的NFC天线装置与读写器天线之间的磁耦合状态的剖面图；

图7是本发明第二实施例的NFC天线装置的俯视图

图8是图7所示NFC天线装置的纵向剖面图；

图9是本发明第三实施例的NFC天线装置的俯视图

图10是图9所示NFC天线装置的纵向剖面图；

图11是本发明第四实施例的NFC天线装置的俯视图；

图12是图11所示NFC天线装置的纵向剖面图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的NFC天线装置，适用于经由电磁场信号与读写器天线进行通信的RFID短距离无线通信系统中。

如图2、3所示，本发明第一实施例的NFC天线装置，包括导体层20、以及与导体层20电磁场耦合的天线模块30，天线模块30设置在导体层20一侧。导体层20上设有U形缝隙40，U形缝隙40的投影至少部分投射在天线模块30上，与天线模块30重叠。

U形缝隙40可供磁通穿过，通过天线模块30中心部的磁通穿过U形缝隙40，与外部的读写器天线通信，使得NFC天线在金属外壳的电子设备中也能够收发信号，与外部读写器天线进行稳定通信。

其中，导体层20可由铝、铜等导电材料制成。在电子设备中，导体层20可为外壳的部分或全部，具有该导体层20的外壳可形成金属外壳；导体层20外的外壳部分为非导体层，即不导电。如图2中所示，导体层20在电子设备中位于外壳的底壳1上，导体层20外的底壳1部分为非导体层；天线模块30位于底壳1内侧。

U形缝隙40在导体层20上对应天线模块30设置，其包括一第一缝隙段41、以及两个相对的第二缝隙段42，两个第二缝隙段42分别连接在第一缝隙段41的两端；第二缝隙段42向导体层20的侧边边缘方向延伸。

在本实施例中，第一缝隙段41在导体层20上靠近导体层20的一侧边边缘；第二缝隙段42延伸贯穿导体层20的侧边边缘，形成连通第一缝隙段41和导体层20外缘的切口。以图2中NFC天线装置放置方向为例，导体层20的顶部边缘未延伸至与底壳1的顶部边缘，从而与底壳1的顶部边缘之间有间隔。

导体层20上U形缝隙40的设置，不在导体层20上形成导体环路，通过天线模块30的磁通环绕通过U形缝隙40和导体层20的对应侧边外缘，能阻止在导体层20产生涡电流，能抑制由于涡电流而带来的损失，从而能确保天线装置和读写器天线10之间的最大可通信距离。

天线模块30为NFC天线。天线模块30在导体层20一侧，两者较为接近设置。

具体地，参考图3、4所示，天线模块30包括经绕线形成环路状或旋涡状的线圈导体31、连接部32以及基板33。线圈导体31设置在基板33朝向导体层20的第一表面上；线圈导体31为具有多个卷绕形成的线圈结构，线圈导体31的卷绕数(匝数)根据需要的电感来确定。线圈导体31内侧的中心部311可供磁通通过。

导体层20的面积大于线圈导体31在基板33上所占面积，使得能够产生大的磁场环路。导体层20的投影投射在线圈导体31的至少一部分上，以与线圈导体31的至少一部分重叠。另外，在导体层20和线圈导体31不重叠情况下，两者也可经由电磁场而耦合。

连接部32连接在线圈导体31的线端，用于与外部电路(如电子设备内的电路板)连接。连接部32可位于线圈导体31的内侧和/或外侧。通常，天线模块30包括两个连接部32，分别连接在线圈导体31的两个线端上；两个连接部32可都位于线圈导体31的内侧、或都位于线圈导体31的外侧、或一个内侧一个外侧设置。

进一步地，天线模块30还可包括磁性体34，磁性体34设置在基板33背向导体层20的第二表面上。磁性体34的设置，能使天线模块30指向读写器天线方向的磁通更多，抗干扰能力更强。磁性体34包括铁氧体片，还可包括含磁粉的柔性材料。

在电子设备内，电路板侧设有相对于连接部32并联连接的电容器，NFC天线装置的谐振频率可通过天线模块30的线圈导体31以及磁性体34所确定的电感和电容器的电容来决定。

在本实施例中，U形缝隙40的投影投射在线圈导体31的中心部311上，如图2中所示。线圈导体31的一侧边可伸出导体层20的一侧边边缘，不被导体层20的该侧边边缘的投影投射其上。进一步地，本实施例中，U形缝隙40的面积小于线圈导体31中心部311的面积。

如图5、6所示，NFC天线装置中，由于天线模块30的线圈导体31与导体层20至少一部分重叠，因此，在导体层20流过电流，以屏蔽由于线圈导体31流过电流而产生的磁场，即线圈导体31和导体层20经由电磁场而耦合。在导体层20上U形缝隙40周围流动的电流通过第二缝隙段42，由于边缘效应而使得在导体层20周围具有同相的电流，如图5中箭头所示。

此外，电流也流过导体层20平面，由此在导体层20产生磁场，但由于在导体层20不能透过磁通，磁通会通过线圈导体31中心部311，以导体层20上U形缝隙40的第一缝隙段41为内侧、以导体层20的外缘为外侧的路径来进行迂回(图6中虚线框所示)，实现天线模块30和外部的读写器天线10通信。在导体层20产生的磁场能与U形缝隙40穿过的磁场叠加从而扩大通信距离。如图6中所示，磁通描绘出相对较大的环路，交链读写器天线10的线圈导体的内外，实现NFC天线装置与读写器天线10磁耦合，从而正常通信。

进一步地，又如图5所示，由于电流集中在导体层20上U形缝隙40的第二缝隙段42所形成的切口处，并且产生电位差，因此，在第二缝隙段42附近磁场的强度变强，并产生由第一缝隙段41朝向第二缝隙段42的开放方向的指向性，从第一缝隙段41的中心向第二缝隙段42的开放方向的通信距离变大。例如，在图5中向上的通信距离变大。如此，能通过第二缝隙段42的形成位置来控制指向性以及通信距离。

如图7、8所示，本发明第二实施例的NFC天线装置，包括导体层20、以及与导体层20电磁场耦合的天线模块30，天线模块30设置在导体层20一侧。导体层20上设有U形缝隙40，U形缝隙40的投影至少部分投射在天线模块30上，与天线模块30重叠。

天线模块30和U形缝隙40等的结构设置均可参照上述第一实施例中相关所述，在此不再赘述。

本实施例与上述第一实施例不同的是：U形缝隙40的投影投射在线圈导体31的中心部311和至少一侧边上。

另外，以图7中NFC天线装置放置方向为例，本实施例中，导体层20的顶部边缘延伸至与底壳1的顶部边缘。

如图9、10所示，本发明第三实施例的NFC天线装置，包括导体层20、以及与导体层20电磁场耦合的天线模块30，天线模块30设置在导体层20一侧。导体层20上设有U形缝隙40，U形缝隙40的投影至少部分投射在天线模块30上，与天线模块30重叠。

天线模块30和U形缝隙40等的结构设置均可参照上述第一实施例中相关所述，在此不再赘述。

本实施例与上述第一、第二实施例不同的是：导体层20上还设有条形缝隙50，条形缝隙50靠近导体层20的一侧边边缘；U形缝隙40的第一缝隙段41平行且间隔条形缝隙50，第二缝隙段42延伸至连通条形缝隙50。

U形缝隙40的投影可投射在线圈导体31的中心部311上、或中心部311和线圈导体31的至少一侧边上。另外，条形缝隙50的投影也可投射在线圈导体31的至少一侧边和/或中心部311上。

在上述第一至第三实施例的NFC天线装置中，如图2、7、9所示，天线模块30靠近导体层20的长边(顶部侧边)设置。可以理解地，天线模块30在导体层20的一侧可对应靠近导体层20的任一侧边。

如图11、12所示，本发明第四实施例的NFC天线装置，该实施例中，天线模块30在导体层20一侧靠近其短边(区别于顶部长边)，U形缝隙40对应天线模块30设置在导体层20上；U形缝隙40的第二缝隙段42向导体层20的短边边缘延伸。

该第四实施例中，U形缝隙40的投影可投射在线圈导体31的中心部311上、或投射在中心部311和线圈导体31的至少一侧边上。另外，导体层20上也可设条形缝隙50，条形缝隙50投影也可投射在线圈导体31的至少一侧边和/或中心部311上。

上述第二至第四实施例的NFC天线装置工作原理均可参照上述图5、6及相关所述。

可以理解地，上述第一至第四实施例的NFC天线装置中，在对于磁通环路的形成没有不良影响的环境中，天线模块30也可不包括磁性体34。

上述各实施例的NFC天线装置中，线圈导体31的中心部311和U形缝隙40大致重叠(重叠区域越大)，能使基于线圈导体31的磁场更加好地辐射。

本发明的NFC天线装置中，由于导体层20及其上U形缝隙40的设置，使磁通较大地环绕，磁通从天线装置到读写器天线为止、或从读写器天线到天线装置为止均能够实现，能使天线装置和读写器天线的最大可通信距离变大。例如，对于26.2mm×8.2mm的天线模块30，NFC天线装置最大可通信距离可扩大到30mm。

本发明的NFC天线装置，在天线模块30不接近导体层20的状态下(即天线线圈模块3未安装在电子设备的状态下)，谐振频率预先设定得比使用频带的中心频率要低。若将天线模块30接近导体层20上U形缝隙40的第一缝隙段41，天线模块30的电感值变小，因此天线装置的谐振频率上升。因此，以将天线模块30嵌入到电子设备的外壳内，构成天线装置的状态，来决定天线模块30单体下的电感值，以使得该天线装置的谐振频率与使用频带的中心频率大致一致。

另外，U形缝隙40的第二缝隙段42的长度和宽度变化也会引起天线装置的电感变化。例如，若将第二缝隙段42较大设置，则能抑制使导体层20接近天线模块30时的电感值的减少(谐振频率的上升)程度。因此，以能获得期望的电感值的方式来设定第二缝隙段42的长度以及宽度。

另外，天线模块30和导体层20的位置关系、U形缝隙40第一缝隙段41的形状大小变化也会引起天线装置的电感变化。因此，以能获得期望的电感值的方式来设定天线模块30和导体层20的位置关系、以及第一缝隙段41的形状、大小。

本发明的NFC天线装置，使得磁通环路扩展，线圈导体31的中心部311大小设置不限，对于中心部311较小设置，利于天线模块30小型化。另外，伴随着使中心部311较小设置，能使线圈的匝数增多，能使天线模块30的电感值增加，从而使得谐振频率的设定较为容易。

NFC天线装置和读写器天线10之间的稳定的通信不受两者大小各不相同所限制。参考图6，对于在读写器天线10较大的情况下，NFC天线装置通过导体层20的设置而使得磁通较大地环绕，使得来自NFC天线装置天线装置的磁通能到达读写器天线10；在读写器天线10较小的情况下，通过导体层20的设置使得磁通能到达的距离得以延展。

本发明的电子设备，包括外壳、以及上述任一实施例的NFC天线装置。参考图2、7、9及图11所示，NFC天线装置的天线模块30设置在外壳内；NFC天线装置的导体层20为外壳的部分或全部。导体层20外的外壳的部分为非导体层，不导电。

电子设备包括手机、对讲机等各种设备。

在电子设备中，导体层20优选位于外壳的底壳1上；天线模块30位于底壳1内侧。由于导体层20上U形缝隙40的设置，使得磁通通过天线模块30中心部后可穿过U形缝隙40，从而与外部的读写器天线正常通信，保证天线模块30在具有金属外壳的电子设备(手机等)内的正常工作。

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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种NFC天线装置，其特征在于，包括导体层（20）、以及与所述导体层（20）电磁场耦合的天线模块（30），所述天线模块（30）设置在所述导体层（20）的一侧；所述导体层（20）上设有供磁通通过的U形缝隙（40），所述U形缝隙（40）的投影至少部分投射在所述天线模块（30）上，与所述天线模块（30）重叠。

2.根据权利要求1所述的NFC天线装置，其特征在于，所述U形缝隙（40）包括一第一缝隙段（41）、以及两个相对的第二缝隙段（42），两个所述第二缝隙段（42）分别连接在所述第一缝隙段（41）的两端；所述第二缝隙段（42）向所述导体层（20）的侧边边缘方向延伸。

3.根据权利要求2所述的NFC天线装置，其特征在于，所述第一缝隙段（41）在所述导体层（20）上靠近所述导体层（20）的一侧边边缘；所述第二缝隙段（42）延伸贯穿所述导体层（20）的侧边边缘。

4.根据权利要求2所述的NFC天线装置，其特征在于，所述导体层（20）上还设有条形缝隙（50），所述条形缝隙（50）靠近所述导体层（20）的一侧边边缘，所述第一缝隙段（41）平行且间隔所述条形缝隙（50），所述第二缝隙段（42）延伸至连通所述条形缝隙（50）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的NFC天线装置，其特征在于，所述天线模块（30）包括经绕线形成环路状或旋涡状的线圈导体（31）、用于与外部电路连接的连接部（32）、以及基板（33）；所述连接部（32）连接在所述线圈导体（31）的线端，所述线圈导体（31）设置在所述基板（33）朝向所述导体层（20）的第一表面上。

6.根据权利要求5所述的NFC天线装置，其特征在于，所述U形缝隙（40）的投影投射在所述线圈导体（31）的中心部（311）上。

7.根据权利要求5所述的NFC天线装置，其特征在于，所述U形缝隙（40）的投影投射在所述线圈导体（30）的中心部（311）和至少一侧边上。

8.根据权利要求5所述的NFC天线装置，其特征在于，所述导体层（20）的面积大于所述线圈导体（31）在所述基板（33）上所占面积；

所述连接部（32）位于所述线圈导体（31）的内侧和/或外侧。

9.根据权利要求5所述的NFC天线装置，其特征在于，所述天线模块（30）还包括磁性体（34），所述磁性体（34）设置在所述基板（33）背向所述导体层（20）的第二表面上。

10.一种电子设备，其特征在于，包括外壳、以及权利要求1-9任一项所述的NFC天线装置；所述NFC天线装置的天线模块（30）设置在所述外壳内；所述NFC天线装置的导体层（20）为所述外壳的部分或全部。