CN105576341A - 一种近场通讯天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种近场通讯天线装置，属于无线通信领域。该天线装置是在电子设备中构成的天线装置，包括外壳导体层、绝缘层、线圈导体、磁性材料层和主板导体层；所述绝缘层形成于所述线圈导体表面，磁性材料层配置于线圈导体与外壳导体层之间，主板导体层为电子设备内部的导体层结构，外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；当俯视所述天线装置时，主板导体层不完全覆盖线圈导体，外壳导体层不完全覆盖磁性材料层，所述线圈导体产生的磁场通过未被外壳导体层覆盖的磁性材料层向外辐射。本发明所述天线装置不会破坏移动设备外壳金属部分结构的完整性，且可在外壳导体层完全覆盖NFC天线线圈导体时实现天线的远距离通讯。

Description

一种近场通讯天线装置
技术领域
本发明涉及一种在通过电磁场信号和对方设备进行通信的RFID系统、NFC系统、短距离无线通信系统中使用的天线装置。
背景技术
近年来，随着RFID系统和NFC系统的不断推广使用，为了移动电子设备间或者移动电子设备与基础读卡设备间进行通讯，在各设备中，尤其是手持移动电子设备装载有NFC系统用的通讯天线。现有的RFID或NFC天线多装配于移动设备外壳内侧，并且外壳多为塑料或橡胶等透波材料。随着装配有金属外壳移动电子设备的出现，大幅提高了移动电子设备的使用寿命及设备外壳的耐磨性，为用户提供了更好的体验。但是，金属外壳作为一种良导体，对电磁波有屏蔽作用，会导致近场天线读写距离大幅下降。
授权公告号为CN102405556B的专利中提供了一种天线装置被较大面积导体层覆盖的情况下，解决导体层对通讯电磁波阻挡的方法。该天线结构采用在覆盖于天线表面的导体层开孔的方式，为通讯电磁场提供了磁路窗口，并且在导体层窗口与通讯天线覆盖区域加入开隙，减小导体层中涡流对通讯电磁场的影响，以达到提高通讯距离的效果。但该方案存在以下问题：其一，该结构需要在覆盖天线的导体层上开孔，并且需要在孔洞一侧进行开隙，这样在结构上破坏了导体层的完整性，若移动设备其外壳结构设计不允许开孔开隙以破坏外观完整性或结构支撑特性，则该结构会受到很大的应用限制；其二，该结构中，天线所产生的电磁场需绕过导体层，电磁场在绕过导体层的过程中，导体层将对电磁场造成较大衰减，衰减程度与其绕过的导体层长度相关，因此该结构在天线装配于较宽导体层，即在金属外壳面积较大的移动设备终端中，其通讯效果将受到影响。
申请号为201510477120.5的发明专利“一种近场通讯天线装置”，提出了一种外壳导体层不完全覆盖线圈导体的天线装置，该天线装置中线圈导体可通过未被外壳导体层覆盖的区域向外部空间发射电磁场。然而在该天线装置中，当外壳金属层的覆盖面积较大时，会使NFC线圈导体与其他通讯天线之间的距离减小，影响天线的通讯效率。由于移动电子设备终端内部装配有多种通讯天线，如图4所示，A1天线为主通讯天线，A2天线为WiFi天线，A3天线为GPS天线，A4天线为NFC天线，主通讯天线、WiFi天线、GPS天线往往装配于电子设备终端的边缘部分，故移动电子设备不能完全由金属导体覆盖，其边缘处需有一部分透波窗口供天线通讯，即外壳非导体部分4；而电子设备中的NFC天线工作频段最低，面积最大，NFC天线与其他天线的距离较小时，会使其他天线通过NFC天线线圈导体而产生互耦，降低天线的通讯效率。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提供了一种近场通讯天线装置。该天线装置可在不破坏移动电子设备外壳金属结构的条件下，实现远距离通讯；且在保证较大面积外壳导体层覆盖的同时，避免了NFC线圈导体与其他通讯天线之间产生互耦。
本发明的技术方案如下：
本发明的天线装置是在电子设备中构成的天线装置，包括：外壳导体层、绝缘层、线圈导体、磁性材料层和主板导体层；
线圈导体，将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈；
绝缘层，形成于所述线圈导体表面，避免线圈导体与外壳导体层或/和主板导体层导通；
磁性材料层，配置于线圈导体与外壳导体层之间；
主板导体层，为电子设备内部的导体层结构；
外壳导体层，该导体层为组成电子设备外壳和结构支撑部件的金属部分，或该导体层形成于组装对象的电子设备的壳体内表面或外表面，移动电子设备外壳由外壳导体层部分与外壳非导体层部分拼接构成；所述外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；
当俯视所述天线装置时，主板导体层不完全覆盖线圈导体，外壳导体层不完全覆盖磁性材料层，所述线圈导体产生的磁场通过未被外壳导体层覆盖的磁性材料层向外辐射。
进一步地，当俯视所述天线装置时，外壳导体层完全覆盖线圈导体所包围的区域。
进一步地，当俯视所述天线装置时，外壳导体层不完全覆盖线圈导体所包围的区域。
进一步地，所述外壳导体层上可设置孔洞，所述孔洞设置于线圈导体包围的区域内，其边缘完整不被打断开隙。
进一步地，所述线圈导体与外部电路接触点由其末端自然形成或跳线形式向外引出形成。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述天线装置将磁性材料层设置于线圈导体与外壳导体层之间，且磁性材料层不完全被外壳导体层覆盖，部分磁性材料延伸至外壳非导体部分，以将NFC天线磁场延磁性材料导出至外部开放空间与相邻设备进行磁链路耦合通信；本发明所述天线装置不会破坏移动设备外壳金属部分结构的完整性，可在外壳导体层完全覆盖NFC天线线圈导体时实现天线的远距离通讯。
2、本发明天线装置中NFC天线线圈导体可完全被外壳导体层覆盖，这就为其他天线的设计节省了空间，也减小了各天线之间的互耦现象，提高了天线的通讯效率，降低了其他通讯天线的设计难度，为移动电子设备终端的结构设计、各天线的总体布局提供了更大的自由度。
附图说明
图1为本发明提供的一种电子设备的后视图。
图2为本发明提供的一种天线装置俯视结构示意图，其中外壳导体层、磁性材料层、线圈导体及主板导体层进行透视处理，即通过外壳导体层可看到磁性材料层、线圈导体及主板导体层。
图3为图2的天线装置沿X-X’面的剖面示意图。
图4为本发明提供的一种电子设备的俯视图，其中，外壳导体层部分、外壳非导体部分、线圈导体及主板导体层进行透视处理，即通过外壳导体层可看到线圈导体及主板导体层，通过外壳非导体部分可看到主通讯天线、WiFi天线、GPS天线。
其中，SA为外壳上边缘，1为线圈导体，2为磁性材料层，3为磁性材料层延伸至外壳非导体部分，4为电子设备外壳非导体部分，5为主板导体层，主要由电路板铺铜、电阻元件及金属模块组成，6为外壳导体层，即电子设备外壳中导体部分，7为绝缘层，8为柔性基板，A1为主通讯天线，A2为WiFi天线，A3为GPS天线，A4为NFC天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
本发明的天线装置是在电子设备中构成的天线装置，包括：外壳导体层、绝缘层、线圈导体、柔性基板、磁性材料层和主板导体层；
线圈导体，将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈；
绝缘层，形成于所述线圈导体表面，避免线圈导体与主板导体层导通；
柔性基板，支撑线圈导体的基板材料，线圈导体形成于柔性基板之上；
磁性材料层，配置于柔性基板与外壳导体层之间；
主板导体层，为电子设备内部的导体层结构，主要由电子设备的内部电路板铺铜导体、电子元器件及金属模块组成；
外壳导体层，该导体层为组成电子设备外壳和结构支撑部件的金属部分，或该导体层形成于组装对象的电子设备的壳体内表面或外表面，移动电子设备外壳由外壳导体层部分与外壳非导体层部分拼接构成；所述外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；
当俯视所述天线装置时，主板导体层不完全覆盖线圈导体，外壳导体层不完全覆盖磁性材料层，所述线圈导体产生的磁场通过未被外壳导体层覆盖的磁性材料层向外辐射。
进一步地，当俯视所述天线装置时，外壳导体层完全覆盖线圈导体所包围的区域。
进一步地，当俯视所述天线装置时，外壳导体层不完全覆盖线圈导体所包围的区域。
进一步地，所述外壳导体层上可设置孔洞，所述孔洞设置于线圈导体包围的区域内，其边缘完整不被打断开隙。
进一步地，所述线圈导体与外部电路接触点由其末端自然形成或跳线形式向外引出形成。
图1是包括实施例所涉及的天线装置的移动电子设备的后视图，例如手机，电子设备的背面是朝向通信对方侧即读写器侧天线的一面。如图1所示，外壳导体层6为移动电子设备后壳的导体部分，外壳导体层6可由铝加工成型或金属电镀形成，以保护电子设备，占据了整个电子设备外壳的大部分面积；4为移动电子设备外壳非导体部分。
图2为本发明提供的一种天线装置的俯视结构示意图，图3为图2的天线装置沿X-X’面的剖面示意图。由图2和图3可知，本发明所述天线装置由外至内依次为外壳导体层6和外壳非导体层4组成的外壳，磁性材料层2，柔性基板8，线圈导体1，绝缘层7，主板导体层5；当俯视所述天线装置时，外壳导体层完全覆盖线圈导体，外壳导体层不完全覆盖磁性材料层，主板导体层不完全覆盖线圈导体。所述磁性材料层2部分延伸至外壳非导体层4覆盖的区域内，如图2、3中的区域3，同时主板导体层5不完全覆盖线圈导体，可保证空间磁场形成闭合回路，这样，由线圈导体1产生的空间磁场即可通过磁性材料层辐射至外部空间，实现与其他通讯设备之间的通信。
进一步地，所述磁性材料层2为磁性薄片，具体为铁氧体陶瓷薄片或树脂型合金粉体填充薄片。磁性材料层2可完全覆盖线圈导体，也可部分覆盖线圈导体。
进一步地，本发明所述天线装置中，磁性材料层2粘合于外壳导体层内侧，绝缘处理后的线圈导体粘合于主板导体层之上，将外壳导体层装配于电子设备表面时，磁性材料层2与绝缘处理后的线圈导体贴合在一起，即得到本发明电子设备中的天线装置。
进一步地，本发明所述天线装置中，在主板导体层上依次粘合绝缘处理的线圈导体、磁性材料层，将外壳导体层装配于电子设备表面时，磁性材料层与外壳导体层贴合在一起，即得到本发明电子设备中的天线装置。
进一步地，本发明所述天线装置中，在外壳导体层上依次粘合磁性材料层、绝缘处理后的线圈导体，将粘合有磁性材料层和线圈导体的外壳层装配于电子设备表面时，绝缘处理的线圈导体与主板导体层贴合在一起，即得到本发明电子设备中的天线装置。
实施例
制作50mm×50mm面积、1mm等线宽单层导体6匝天线作为线圈导体，磁性材料磁导率实部15013.56MHz，磁导率虚部213.56MHz；磁性材料层装配于绝缘处理后的线圈导体与外壳导体层之间，完全覆盖线圈导体并向外壳非导体部分延伸4mm；主板导体层不完全覆盖线圈导体，距离线圈导体顶部距离为3mm。本发明实施例所述天线装置的装配效果如图2、3所示。
另外，制作50mm×50mm面积、1mm等线宽单层导体6匝天线作为线圈导体，磁性材料磁导率实部15013.56MHz，磁导率虚部213.56MHz；磁性材料层设置于线圈导体与主板导体层之间，且磁性材料层完全被外壳导体层覆盖，外壳导体层完全覆盖线圈导体；记为对比例天线装置。
上述的本发明天线装置与对比例天线装置的通讯效果如下所示：
由测试结果可知，本发明提出的天线装置能在外壳导体层完全覆盖线圈导体时，实现较远距离的通讯。

Claims (6)

1.一种近场通讯天线装置，该天线装置是在电子设备中构成的天线装置，其特征在于，包括：
线圈导体，将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈；
绝缘层，形成于所述线圈导体表面；
磁性材料层，配置于线圈导体与外壳导体层之间；
主板导体层，为电子设备内部的导体层结构；
外壳导体层，该导体层为组成电子设备外壳和结构支撑部件的金属部分，或该导体层形成于组装对象的电子设备的壳体内表面或外表面；所述外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；
当俯视所述天线装置时，主板导体层不完全覆盖线圈导体，外壳导体层不完全覆盖磁性材料层，所述线圈导体产生的磁场通过未被外壳导体层覆盖的磁性材料层向外辐射。
2.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，当俯视所述天线装置时，外壳导体层完全覆盖线圈导体所包围的区域。
3.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，当俯视所述天线装置时，外壳导体层不完全覆盖线圈导体所包围的区域。
4.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，所述外壳导体层上可设置孔洞，所述孔洞设置于线圈导体包围的区域内，且其边缘完整。
5.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，所述线圈导体与外部电路接触点由其末端自然形成或跳线形式向外引出形成。
6.一种电子设备，该电子设备在壳体的内表面或外表面设置有近场通讯天线装置，该近场通讯天线装置为权利要求1至5中任一权利要求所述的近场通讯天线装置。
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