CN106025559B - 一种多方向近场通讯天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种多方向近场通讯天线装置，包括绝缘层、线圈导体、柔性基板、磁性材料层；所述线圈导体包括第一线圈导体和第二线圈导体，分别位于磁性材料层的两侧，所述绝缘层形成于所述线圈导体表面，所述柔性基板为支撑线圈导体的基板材料，所述磁性材料层装配于第一线圈导体和第二线圈导体之间，所述第一线圈导体和第二线圈导体组成一个完整的螺旋线圈，且第一线圈导体和第二线圈导体为非对称的。本发明近场通讯天线装置可使电子设备装置形成沿移动电子设备顶部的全向辐射，且提高了读写距离。

Description

一种多方向近场通讯天线装置
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(射频身份识别)系统和NFC(近场通讯)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，尤其是装载有NFC系统或RFID系统用的通讯天线的手持移动电子设备中，天线通常装配于移动设备外壳内侧。
近场通讯天线以金属线圈为主体，并在线圈的一侧装配磁性材料层，以增强近场天线的辐射场。该结构类型的天线可以形成单侧的天线辐射，通常采用移动设备的背面与读写设备或卡片通讯，移动设备与读写设备间的通讯位置图1(A)所示。然而，现在移动设备与读写设备之间的通讯方式往往是如图1(B)所示的位置，如门禁系统读写器，其往往装于墙壁上，在与移动设备进行通讯时，采用如图1(B)所示的方式更方便。
目前，近场通讯天线往往装配于移动电子设备的外壳内壁上，其天线的平面结构导致其辐射方向为移动电子设备外壳的法线方向，因此移动电子设备与读写器的通讯方式为如图1(A)所示的方式。如何使移动电子设备上装配的平面结构天线形成沿移动设备顶部的前向辐射，使移动设备与读写器之间通过如图1(B)所示的方式通讯，是亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明针对现有近场天线辐射方向单一的缺陷，提出了一种多方向的近场通讯天线装置，使本发明电子设备装置形成沿移动电子设备顶部的全向辐射，且提高了读写距离。
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：绝缘层、线圈导体、柔性基板、磁性材料层；
线圈导体，包括第一线圈导体和第二线圈导体，分别位于磁性材料层的两侧；
绝缘层，形成于所述线圈导体表面，避免线圈导体与外部导体导通；
柔性基板，支撑线圈导体的基板材料，第一线圈导体和第二线圈导体形成于柔性基板之上；
磁性材料层，装配于第一线圈导体和第二线圈导体之间；
所述第一线圈导体和第二线圈导体组成一个完整的螺旋线圈，且第一线圈导体和第二线圈导体为非对称的。
进一步地，所述螺旋线圈为圆形、多边形、8字形等螺旋线圈。
进一步地，所述第一线圈导体和第二线圈导体重叠的区域位于靠近所述电子设备顶部的一侧，所述电子设备顶部预留有透波区域，透波区域即电子波可自由通过的区域。
进一步地，所述线圈导体(第一线圈导体和第二线圈导体)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：本发明在磁性材料层两侧分别设置第一线圈导体和第二线圈导体，第一线圈导体和第二线圈导体形成一个完整的螺旋线圈，使得本发明天线装置形成沿移动电子设备顶部的全向辐射，移动电子设备与读写器之间垂直与水平方向均可进行远距离通讯，且提高了读写距离。
附图说明
图1为移动设备与读写器的两种通讯位置的示意图。
图2为本发明提供的天线装置的俯视结构示意图，其中电子设备外壳、线圈导体、柔性基板、磁性材料层均进行透视处理，即通过电子设备外壳可看到线圈导体、柔性基板、磁性材料层及主板导体层。
图3(A)、3(B)为本发明天线装置的形成过程，图3(C)为本发明天线装置沿X-X’面的剖面示意图；
图4为本发明天线装置形成的磁场分布图。
图5为本发明实施例2中天线装置的装配位置示意图。
其中，1为线圈导体，2为磁性材料层，3为第一线圈导体和第二线圈导体重叠的区域，磁性材料夹在其中，4为绝缘层，5为柔性基板，6为装配有近场通讯系统的移动电子设备，7为读写器，8为实施例1移动电子设备中近场天线装配位置，9为实施例2移动电子设备中近场天线装配位置，SA为移动设备顶端，该区域预留有透波区域，L为开孔长度，Z-Z’对折线，X-X’剖面线，MF磁场线。
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。
图2是包括实施例所涉及的天线装置的移动电子设备的俯视图，例如手机。近场通讯天线的装配位置8靠近移动电子设备的顶部，即图中SA位置。在靠近移动电子设备顶部位置处，往往装配有电子设备的各种通讯天线，例如wifi天线、GPS天线、蓝牙天线等，因此会留出一部分透波空间，供天线通讯使用，本发明天线装置也靠近该区域，方便与外部设备进行近场通讯。
图3(A)、3(B)为本发明天线装置的形成过程，图3(C)为本发明天线装置沿X-X’面的剖面示意图；将图3(A)中的螺旋线圈导体1沿虚线Z-Z’对折，沿相邻两条导线间的间隙(Z-Z’线)开孔，将磁性材料层2从开孔中间穿过，即可形成图3(B)中的天线结构，图3(B)中区域3为线圈导体1对折后，两层线圈重叠的区域。图3(C)为图3(B)天线结构沿虚线X-X’剖开的剖面图。由图3(C)可知，线圈导体1依附于柔性基板5上，并且线圈导体1表面有绝缘层4与外界绝缘，区域3为将线圈导体1折叠形成的两层线圈重叠的区域。图4(A)为图3(C)区域3中导体中电流产生的磁场示意图，该结构上半部分产生的磁场与下部分产生的磁场最终合成前向磁场，如图4(B)中的磁场分布。
将图3(B)所示天线结构装配于移动电子设备外壳上，并靠近设备顶端，在空间中可产生如图4(B)的磁场分布，最终实现移动电子设备通讯方式从单侧变成包括前向的更开阔的方向。
实施例1
如图3所示，制作40mm×20mm面积的平面四边形螺旋天线，采用5匝设计，线宽为0.4mm，线间距为0.2mm，沿四边形螺旋天线较长一边中的第二条和第三条导线间的间隙对折，并沿该间隙开孔，将磁性材料从开孔中穿过，即四边形螺旋天线将磁性材料层夹在中间，磁性材料层厚度为0.1mm，磁性材料磁导率实部150@13.56MHz，磁导率虚部2@13.56MHz，将该天线装配于移动电子设备外壳内表面靠近顶部的位置，记为本发明天线装置。
制作40mm×20mm面积的平面四边形螺旋天线，采用5匝设计，线宽0.4mm，线间距0.2mm，在其底部铺设磁性材料层，磁性材料层厚度为0.1mm，磁性材料磁导率实部150@13.56MHz，磁导率虚部2@13.56MHz，将该天线装配于移动电子设备外壳内表面靠近顶部的相同位置，记为对照天线装置。
两种不同天线装置的通讯效果如下所示：
天线装置名称 对侧读写距离 顶部读写距离
本发明天线装置 37mm 20mm
对照天线装置 35mm 5mm
由测试结果可知，本发明天线装置可实现较远的对侧读写距离(图1(A)方式)，并有效提高了顶部的读写距离(图1(B)方式)，形成了沿移动电子设备顶部的全向辐射，实现了近场通讯天线装置的多方向辐射。
实施例2
如图3所示，制作40mm×10mm面积的平面四边形螺旋天线，采用5匝设计，线宽0.5mm，线间距0.2mm，沿四边形螺旋天线较长一边中的第二条和第三条导线间的间隙对折，并沿该间隙开孔，将磁性材料从开孔中穿过，即四边形螺旋天线将磁性材料层夹在中间，磁性材料面积40mm×12mm，磁性材料层厚度为0.2mm，磁性材料磁导率实部150@13.56MHz，磁导率虚部2@13.56MHz，将该天线装配于移动电子设备侧壁，如图5所示，形成本发明天线装置。
制作40mm×10mm面积的平面四边形螺旋天线，采用5匝设计，线宽0.5mm，线间距0.2mm，在其底部铺设磁性材料层，磁性材料面积40mm×12mm，磁性材料层厚度为0.2mm，磁性材料磁导率实部150@13.56MHz，磁导率虚部2@13.56MHz，将该天线装配于移动电子设备侧壁相同位置，形成对照天线装置。
天线装置名称 对侧读写距离 顶部读写距离
本发明天线装置 15mm 25mm
对照天线装置 8mm 20mm
由测试结果可知，本发明天线装置也可以通过NFC天线贴覆位置的改变，实现较远的对侧读写距离(图1(A)方式)，并有效提高了顶部的读写距离(图1(B)方式)，形成了沿移动电子设备顶部的全向辐射，实现了近场通讯天线装置的多方向辐射。

Claims (6)

1.一种多方向近场通讯天线装置，该天线装置是在电子设备中构成的天线装置，其特征在于，包括绝缘层、线圈导体、柔性基板、磁性材料层；
线圈导体，包括第一线圈导体和第二线圈导体，分别位于磁性材料层的两侧；
绝缘层，形成于所述线圈导体表面；
柔性基板，支撑线圈导体的基板材料；
磁性材料层，装配于第一线圈导体和第二线圈导体之间；
所述第一线圈导体和第二线圈导体组成一个完整的螺旋线圈，且第一线圈导体和第二线圈导体为非对称的，将螺旋线圈沿相邻两条导线间的间隙对折并开孔，将磁性材料层从开孔中穿过。
2.根据权利要求1所述的多方向近场通讯天线装置，其特征在于，所述螺旋线圈为多边形或8字形螺旋线圈。
3.根据权利要求1所述的多方向近场通讯天线装置，其特征在于，所述第一线圈导体和第二线圈导体重叠的区域位于靠近所述电子设备顶部的一侧。
4.根据权利要求1所述的多方向近场通讯天线装置，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。
5.一种电子设备，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4中任一权利要求所述的近场通讯天线装置。
6.一种电子设备，该电子设备在侧壁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4中任一权利要求所述的近场通讯天线装置。
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