CN105789837A - 用于无线通信的天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信结构，其包括板、第一天线、第一磁性材料层及第二磁性材料层。所述板具有第一表面、与所述第一表面对置的第二表面及实质上在所述第一表面与所述第二表面之间延伸的侧表面。所述第一天线位于所述板内。所述第一磁性材料层经布置以与所述板的所述侧表面相邻。所述第二磁性材料层位于所述板的所述第二表面上，并与所述板的所述第二表面相邻。

Description

用于无线通信的天线
技术领域
本发明涉及用于无线通信的天线，特别是涉及用于近场无线通信的天线。
背景技术
在无线通信的领域中，近场通信(NearFieldCommunication,NFC)为目前相当热门的应用之一。近场通信是一种短距离高频无线通信技术，由免接触式射频识别(radiofrequencyidentification,RFID)以及互连技术的集成演变而来。近场通信允许两个欲互相连结通信的电子设备通过靠近或近距离接触进而执行数据交换与传输。
近场通信技术可应用于信用卡、识别证、智能型手机、平板计算机等消费型电子产品以提供身分辨识、交易付费等服务，对于数据传输及管理有莫大的便利性。如何提升近场通信的通信质量及在合理的有效范围内增加通信距离以增加通信信号的可靠性是当前的一项重要课题。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种具有更好的发射质量的天线结构，从而提升近场通信的通信质量并在合理的范围内增加通信距离。
本发明的一实施例涉及一种无线通信结构，其包括板、第一天线、第一磁性材料层及第二磁性材料层。板具有第一表面、与第一表面对置的第二表面及实质上在第一表面与第二表面之间延伸的侧表面。第一天线位于板内。第一磁性材料层经布置以与板的侧表面相邻。第二磁性材料层位于板的第二表面上，并与板的第二表面相邻。
本发明的另一实施例涉及一种无线通信结构，其包括板、第一天线及磁性材料层。第一天线位于板内。磁性材料层与板相邻并包覆板的侧表面。
本发明的另一实施例涉及一种无线通信结构，其包括板、第一天线、第二天线、第一磁性材料层、第二磁性材料层及第三磁性材料层。板具有中空部分、内侧表面、外侧表面及实质上在内侧表面与外侧表面之间延伸的下表面。第一天线位于板内。第一磁性材料层经布置以与板的外侧表面相邻。第二磁性材料层位于板的下表面内，并与板的下表面相邻。第三磁性材料层经布置以与板的内侧表面相邻。
附图说明
图1A为根据本发明的一实施例的无线通信结构。
图1B为图1A所示的无线通信结构的剖面图。
图2A为根据本发明的另一实施例的无线通信结构。
图2B为图2A所示的无线通信结构的剖面图。
具体实施方式
图1A揭示根据本发明的无线通信结构1。如图1A所示，无线通信结构1可包括板11、第一天线12a、第一磁性材料层13a及第二磁性材料层13b。
板11可为印制电路板(printedcircuitboard)、柔性印制电路板(flexibleprintedcircuitsboard)或其它合适的电路板。电路板可为但不限于单面板、双面板或多层板。
第一天线12a位于板11内。板11包覆第一天线12a。第一天线12a可设置于所述板的边缘。第一天线12a可为环形天线(loopantenna)设计，用以感应产生磁场。由于第一天线12a所感应的磁通量主要集中在第一天线12a的回路内，因此第一天线12a的尺寸、材料或围绕的圈数等参数是根据所欲感应的磁通量而设计。根据本发明的一实施例，第一天线12a的材料可包括金属、合金或其它合适材料。
第一磁性材料层13a布置在板11的周围，并与板11相邻。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a可与板11的侧表面直接接触。第一磁性材料层13a可包覆板11周围，使得板11内的第一天线12a在感应磁通量时较不容易受到外部的电磁干扰且增加磁通密度。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a内的磁性材料包括铁氧体(ferrite)材料或吸收体(absorber)材料。
第一磁性材料层13a的水平宽度W会增加板11内的第一天线12a的磁通密度进而增加对电磁干扰的保护程度，且增加磁通密度也能提升感应距离。根据本发明的一实施例，所述水平宽度W可小于9毫米。根据本发明的另一实施例，所述水平宽度W可为1到3毫米。根据本发明的另一实施例，所述水平宽度W可为3毫米。
第二磁性材料层13b位于板11的下表面内，并与板11的下表面相邻。根据本发明的一实施例，第二磁性材料层13b可与板11的下表面直接接触，使得板11内的第一天线12a在增加感应磁通密度后，较不容易受到外部的电磁干扰，以增加通信信号的可靠性。根据本发明的一实施例，第二磁性材料层13b包括铁氧体材料或吸收体材料。
图1B是沿着图1A的线A-A'所剖而成的剖面图。图1B除了绘示图1A的无线通信结构1的剖面图外，另外显示无线通信结构1可进一步包括的连接层10及图1A中位于第一天线12a下方的第二天线12b(图1A中未显示)。
连接层10具有第一表面101及与第一表面101对置的第二表面102。根据本发明的一实施例，连接层10可为粘着性材料。板11的上表面111可贴附于连接层10的第二表面102上。第一磁性材料层13a可贴附于连接层10的第二表面102上。根据本发明的一实施例，连接层10的第一表面101可贴附于其它元件或装置上。
第二天线12b于板11内。第二天线12b设置于所述板的边缘，并邻近于板11的下表面112。第二天线12b可为环形天线设计，用以感应产生磁场。由于第二天线12b所感应的磁通量主要集中在第二天线12b的回路内，因此第二天线12b的尺寸、材料或围绕的圈数等参数是根据所欲感应的磁通量而设计。根据本发明的一实施例，第二天线12b的材料可包括金属、合金或其它合适材料。
如图1B所示的实施例，第一磁性材料层13a的侧表面13a1与第二磁性材料层13b的侧表面13b1非共平面。例如，第一磁性材料层13a的侧表面13a1水平凸出或延伸以超出第二磁性材料层13b的侧表面13b1。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a的侧表面13a1与第二磁性材料层13b的侧表面13b1可共平面。换句话说，第一磁性材料层13a的侧表面13a1与第二磁性材料层13b的侧表面13b1实质上对齐。
如图1B所示的实施例，第一磁性材料层13a与第二磁性材料层13b是一体成形。第一磁性材料层13a与第二磁性材料层13b形成凹部，其容纳且包覆板11。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a与第二磁性材料层13b可为两个分开的磁性材料层。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a与第二磁性材料层13b由相同材料组成。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a与第二磁性材料层13b由不同材料组成。
图2A揭示根据本发明的无线通信结构2。图2A的无线通信结构2与图1A的无线通信结构1相似，其相异之处在于图2A的板21中有部分材料被移除。例如，板21具有中空结构21h，例如环状板。
第一磁性材料层13a布置在板21的外侧表面处并围绕板21的外侧表面。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a可与板21的外侧表面直接接触。
第三磁性材料层13c布置在板21的内侧表面处并与板21相邻。根据本发明的一实施例，第三磁性材料层13c可与板21的内侧表面直接接触。
第二磁性材料层13b位于板21的下表面212内，并与板21的下表面212相邻。根据本发明的一实施例，第二磁性材料层13b可与板21的下表面212直接接触。
第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c包覆板21，使得板21内的第一天线12a在感应磁通量时较不容易受到外部的电磁干扰。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c内的磁性材料包括铁氧体材料或吸收体材料。
图2B是沿着图2A的线B-B'所剖而成的剖面图。除了图1B显示的无线通信结构1的剖面图外，图2B显示无线通信结构2可进一步包括连接层10及图2A中位于第一天线12a下方的第二天线12b(图2A中未显示)。
连接层10具有第一表面101及与第一表面101对置的第二表面102。根据本发明的一实施例，连接层10可为粘着性材料。板21可贴附于连接层10的第二表面102上。第一磁性材料层13a及第三磁性材料层13c可贴附于连接层10的第二表面102上。根据本发明的一实施例，连接层10的第一表面101可贴附于其它元件或装置上。
第二天线12b于板21内。第二天线12b邻近于板21的下表面212。
如图2B所示的本发明的实施例，第一磁性材料层13a及第三磁性材料层13c的侧表面与第二磁性材料层13b的侧表面共平面。换句话说，第一磁性材料层13a的侧表面及第三磁性材料层13c的侧表面分别与第二磁性材料层13b的侧表面实质上对齐。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a的侧表面及第三磁性材料层13c的侧表面与第二磁性材料层13b的侧表面非共平面。换句话说，第一磁性材料层13a及第三磁性材料层13c的侧表面水平凸出或延伸以超出第二磁性材料层13b的侧表面。
如图2B所示的本发明的实施例，第一磁性材料层13a及第三磁性材料层13c与第二磁性材料层13b可为相互独立的磁性材料层。根据本发明的一实施例，第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c由相同材料组成。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c由不同材料组成。根据本发明的另一实施例，第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c是一体成形。第一磁性材料层13a、第二磁性材料层13b及第三磁性材料层13c形成凹部，其容纳并包覆板21。
针对根据图1A及1B的无线通信结构1的不同设计所得的感应电流测量结果。表1列出不同水平宽度W的第一磁性材料层13a(如图1A及1B所示)与第一天线12a及第二天线12b(如图1A及1B所示)因磁通量变化所产生的感应电流间的关系。第一磁性材料层13a的水平宽度W的单位为毫米(mm)。感应电流的单位为毫安(mA)。
W 0毫米 1毫米 2毫米 3毫米 4毫米 5毫米 6毫米 7毫米 8毫米 9毫米
感应电流(毫安) 7.62 8.07 8.09 8.18 8.15 8.16 8.21 8.24 8.32 8.29
表1
如表1所示，在给定的距离处，在无第一磁性材料层13a包围板11的情况下，第一天线12a及第二天线12b的感应电流为7.6毫安。如果以1毫米的第一磁性材料层13a包围板11，那么第一天线12a及第二天线12b的感应电流增加到8.07毫安。随着第一磁性材料层13a的水平宽度增加，第一天线12a及第二天线12b的感应电流随着增加，直到超过3毫米后才稍微减少。根据表1的测量结果可知以磁性材料层包围板可增加板内的天线的感应电流。
近场通信的装置内的通信芯片所需的驱动电流具有预定的阈值。当天线的感应电流超过所述阈值时，可驱动通信芯片，以进行数据传输。天线的感应电流会根据天线的设计或感应的距离而不同。感应的距离越远，天线的感应电流越小。换句话说，如果增加天线的感应电流，那么可增加感应的距离。
在没有磁性材料层包围板的情况下，可以驱动通信芯片的最大感应距离约为0.7厘米，此时所需的感应电流为7.6毫安。如表1所示，如果增加1毫米宽度W的第一磁性材料层13a包围板11后，所测量到的感应电流增加到8.07毫安，那么此时，可以驱动通信芯片的最大感应距离可以增加到1.7厘米，即，增加了1.4倍的距离。换句话说，与没有磁性材料包围板的天线结构相比较，图1A及1B所示的无线通信结构1可提供较大的感应电流，进一步使原先所需的感应距离超过2倍以上。
因此，本发明可增加天线的感应电流，进而提升近场通信的通信距离及提升通信质量，如此可大幅降低感应失败或数据传输错误的概率。
虽然本发明的技术内容与特征如上所述，但所属领域的技术人员仍可在不脱离本发明的教示与揭示内容下进行许多变化与修改。因此，本发明的范围并不限于所揭露的实施例而是包括不脱离本发明的其它变化与修改，其为如随附权利要求书所涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种无线通信结构，其包括：
板，其具有第一表面、与所述第一表面对置的第二表面及实质上在所述第一表面与所述第二表面之间延伸的侧表面；
第一天线，其位于所述板内；
第一磁性材料层，其经布置以与所述板的侧表面相邻；以及
第二磁性材料层，其位于所述板的第二表面上，并与所述板的第二表面相邻。
2.根据权利要求1所述的无线通信结构，其中所述第二磁性材料层的侧表面与所述第一磁性材料层的侧表面非共平面。
3.根据权利要求2所述的无线通信结构，其中所述第一磁性材料层与所述第二磁性材料层为一体成型。
4.根据权利要求1所述的无线通信结构，其中所述第二磁性材料层的侧表面与所述第一磁性材料层的侧表面共平面。
5.根据权利要求1所述的无线通信结构，其进一步包括第二天线，所述第二天线位于所述板内。
6.根据权利要求5所述的无线通信结构，其中所述第一天线邻近于所述板的第一表面且所述第二天线邻近于所述板的第二表面。
7.根据权利要求6所述的无线通信结构，其中所述第一天线及所述第二天线设置于所述板的边缘处。
8.根据权利要求1所述的无线通信结构，其进一步包括连接层，其中所述板的第一表面及所述第一磁性材料层贴附于所述连接层的表面上。
9.根据权利要求8所述的无线通信结构，其中所述连接层包括粘着性材料。
10.根据权利要求1所述的无线通信结构，其中所述第一磁性材料层及所述第二磁性材料层包括铁氧体材料或吸收体材料。
11.根据权利要求1所述的无线通信结构，其中所述第一磁性材料层的水平宽度小于3毫米。
12.一种无线通信结构，其包括：
板；
第一天线，其位于所述板内；以及
磁性材料层，其与所述板相邻，并包覆所述板的侧表面。
13.根据权利要求12所述的无线通信结构，其进一步包括第二天线，所述第二天线位于所述板内。
14.根据权利要求13所述的无线通信结构，其中所述第一天线邻近于所述板的第一表面且所述第二天线邻近于所述板所述第一表面对置的第二表面。
15.根据权利要求12所述的无线通信结构，其中所述磁性材料层具有凹部，且所述板位于所述凹部中。
16.根据权利要求12所述的无线通信结构，其进一步包括连接层，其中所述板位于所述连接层上。
17.根据权利要求16所述的无线通信结构，其中所述连接层由粘着性材料组成。
18.根据权利要求12所述的无线通信结构，其中所述磁性材料可为铁氧体材料或吸收体材料。
19.一种无线通信结构，其包括：
板，其具有中空部分，所述板具有内侧表面、外侧表面及实质上在所述内侧表面与所述外侧表面之间延伸的下表面；
第一天线，其位于所述板内；
第一磁性材料层，其经布置以与所述板的外侧表面相邻；
第二磁性材料层，其位于所述板的下表面内，并与所述板的下表面相邻；以及
第三磁性材料层，其经布置以与所述板的内侧表面相邻。
20.根据权利要求19所述的无线通信结构，其中所述第二磁性材料层与所述第一磁性材料层及所述第三磁性材料层的下表面相邻。
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