CN106099327A - 近场天线装置及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种近场天线装置及其设备，包括金属板和非平衡天线部件，所述金属板上设有断开结构，所述非平衡天线部件设置于断开结构的正上方，所述非平衡天线部件包括介质基材层和贴附于介质基材层上的非平衡天线走线，所述非平衡天线走线至少有一边与断开结构正交耦合，所述非平衡天线走线一端连接近场天线模块，另一端接地。该方案摒弃了传统供电线圈加铁氧体的实现方式，不同于现有技术中使用漩涡状线圈导体对金属缝隙正交耦合的方式。本发明采用非平衡式的天线对缝隙耦合，该类型的非平衡天线没有特定的形状要求，灵活度较大。本发明利用金属后盖辐射磁场，无需采用铁氧体加线圈的设计，成本更低，且利用金属后盖缝隙进行耦合，结构利用率高。

Description

近场天线装置及其设备

技术领域

本发明涉及近场无线通讯领域，更具体地，涉及近场天线装置及其设备。

背景技术

近年来，随着消费电子产品的高速发展，特别是智能手机终端、平板电脑及平板电脑等通讯终端的迅猛增长，具有全金属的结构，超薄的外形、良好的触感以及优秀用户体验的产品成为消费电子占领行业龙头的必备条件。传统的塑胶外壳已经成为廉价产品的代表，追逐更高利润的全金属外壳产品设计已经成为所有终端公司的诉求。然而全金属设计引入给天线设计带来了前所未有的挑战。特别是对于近场天线，在全金属环境中容易受到屏蔽而影响辐射质量，目前的许多相关技术采用铁氧体加线圈的设计，采用漩涡状线圈导体对金属缝隙正交耦合的方式，该种传统漩涡状线圈要求终端必须为其预留贴装空间，且在线圈组装时必须要贴附铁氧体等磁性材料，就必然会增加人力工时，且降低产品良率和增加成本，同时，产品工序的增加，很可能导致近场通讯天线发生频偏，给产品的性能一致性带来风险。故提供一种有效控制成本和占用空间，又达到较好的辐射效率，并具有更大的设计灵活度的天线尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种全金属通讯终端上设计灵活度高的近场天线装置及其设备。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种近场天线装置，包括金属板和非平衡天线部件，所述金属板上设有断开结构，所述非平衡天线部件设置于断开结构的正上方，所述非平衡天线部件包括介质基材层和贴附于介质基材层上的非平衡天线走线，所述非平衡天线走线至少有一边与断开结构正交耦合，所述非平衡天线走线一端连接近场天线模块，另一端接地。

本发明的解决了通讯终端全金属环境下近场天线辐射屏蔽的问题。采用金属后盖开缝的方式，配合非平衡的近场天线形式。利用非平衡近场天线对金属缝隙进行耦合，使得金属后盖开缝处两侧形成电势差，在金属后盖上得到涡电流，以实现通讯终端的近场通讯能力。本发明所述的近场天线包括NFC通讯天线。

优选的，所述非平衡天线走线为蛇形多折弯形状。

优选的，所述非平衡天线走线为“C”型半圆环形状。

优选的，所述非平衡天线走线为“匚”字型结构。

优选的，所述断开结构为缝隙或者孔缝组合结构。

优选的，所述断开结构为全通或者半封闭式结构。

优选的，所述近场天线模块包括依次连接的高Q值电感、匹配电路、巴伦电路、滤波器电路和近场通讯芯片，其中高Q值电感的一端连接非平衡天线走线。

一种包括上述所述的近场天线装置的设备，其特征在于：该设备为智能手持终端或笔记本电脑。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供一种近场天线装置及其设备，摒弃了传统供电线圈加铁氧体的实现方式，不同于现有技术中使用漩涡状线圈导体对金属缝隙正交耦合的方式。本发明采用非平衡式的天线对缝隙耦合，该类型的非平衡天线没有特定的形状要求，灵活度较大。本发明利用金属后盖辐射磁场，无需采用铁氧体加线圈的设计，良品率高，成本更低，具有很好的性能一致性，且利用金属后盖缝隙进行耦合，结构利用率高。

附图说明

图1为本发明实施例1近场天线装置立体分解图。

图2为本发明实施例1近场天线装置电流走向示意图。

图3为本发明实施例1近场天线装置的电路连接示意图。

图4为本发明实施例1近场天线模块电气连接示意图。

图5为本发明实施例2近场天线装置电流走向示意图。

图6为本发明实施例2近场天线装置的电路连接示意图。

图7为本发明实施例3近场天线装置电流走向示意图。

图8为本发明实施例3近场天线装置的电路连接示意图。

图9为本发明实施例4近场天线装置应用设备结构示意图。

图10为本发明实施例4近场天线装置在Forum标准的最小场强测试结果。

图11为本发明实施例4近场天线装置在Forum标准的负载调制度测试结果。

图12为本发明实施例4近场天线装置在EMVCo标准的负载调制度测试结果。

图13为本发明实施例5近场天线装置应用设备结构示意图。

图14为本发明实施例6近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

图15为本发明实施例7近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

图16为本发明实施例8近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

图17为本发明实施例9近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

图18为本发明实施例10近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

图19为本发明实施例11近场天线装置常见的金属板断开结构示意图。

其中：

1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H为八种不同断开结构的金属板；

1A1、1B1、1C1 、1D1、1E1、1F1、1G1、1H1为八种不同金属板上的不同断开结构中的缝隙结构；

1C2、1D2、1E2为三种不同断开结构中的圆孔结构；

1F2、1G2、1H2为三种不同断开结构中的菱形结构；

2为非平衡天线部件；

21为非平衡天线走线类型一；

22为非平衡天线走线类型二；

23为非平衡天线走线类型三；

24为介质基材层；

21i、22i、23i为三种类型的非平衡天线走线内部的电流走向

3为金属板上的电流走向；

4为近场天线模块；

SP为手持终端；

NB为笔记本电脑；

L0为近场天线模块中用于低通滤波器的电感；

C0为近场天线模块中用于低通滤波器的电容；

L1为近场天线模块中用于隔离高频信号的高Q值电感；

Cs为近场天线模块中用于天线匹配调试的串联电容；

Cp为近场天线模块中用于天线匹配调试的并联电容；

C1 为主板地层辐射体中用于隔离低频信号的电容；

B 为用于平衡-非平衡转换的巴伦器件。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种近场天线装置，包括金属板1A和非平衡天线部件2，所述金属板上设置有半封闭式缝隙1A1，所述非平衡天线部件设置于半封闭式缝隙1A1的正上方，非平衡天线部件2包括介质基材层24和贴附于介质基材层上的非平衡天线走线21，该非平衡天线走线为蛇形多折弯形状。该蛇形多折弯形状的非平衡天线走线多处折弯后与半封闭式缝隙正交耦合。如图3所示，该蛇形多折弯形状的非平衡天线走线一端连接近场天线模块4，另一端接地。如图2所示，蛇形多折弯形状的非平衡天线走线21与金属板1A的半封闭式缝隙1A1形成正交，其中非平衡天线走线21上的近场信号的电流21i与开口缝隙正交耦合，在缝隙两侧形成电势差，使得在金属板上形成涡旋电流3，涡旋电流3的存在使金属板1A具备了近场通讯能力。

如图4所示，非平衡天线走线的一端作为馈入点连接近场天线模块4。馈入点连接一高Q值电感L1的一端，高Q值电感L1的另一端依次连接有匹配电路、巴伦电路、滤波器电路和近场通讯芯片。所述匹配电路包括并联电容Cp和串联电容Cs，巴伦电路包括巴伦器件B，所述滤波器电路为差分的LC低通滤波器，近场信号电流进入模块匹配电路之前先经过高Q值的电感L1，高Q值的电感L1用于隔离非平衡天线走线上可能存在的高频信号进入到近场模块4，并且高Q值的电感L1还有利于改善天线Q值。高Q值的电感L1串联接入用于调试匹配的并联电容Cp，再串联接入用于调试匹配的串联电容Cs，串联电容Cs接入到巴伦器件B中的其中一个端口，与其相邻的低阻抗端口接地。巴伦器件的剩余端口接入到差分的LC低通滤波器，完成非平衡-平衡的转换，其中低差分的LC低通滤波器包括电感L0和电容C0,两颗电感L0连接到RFID芯片的Tx端。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：非平衡天线走线形式的变化，本实施例的非平衡天线走线为“匚”字型结构，该“匚”字型结构非平衡天线走线22上下两边与金属板1A的半封闭式缝隙正交。该“匚”字型结构非平衡天线走线22上的电流22i与半封闭式缝隙耦合生成的电流3，使得金属板1A具备近场通讯能力。

如图6所示，所述“匚”字型结构非平衡天线走线22一端连接近场天线4模块，另一端接地。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：平衡天线走线形式为“C”型半圆环形状，该“C”型半圆环形状的非平衡天线走线23的两侧曲边和金属板1A的半封闭式缝隙正交。该“C”型半圆环形状的非平衡天线走线23上的电流23i与半封闭式缝隙耦合生成的电流3，使得金属板1A具备近场通讯能力。

如图8所示，所述“C”型半圆环形状的非平衡天线走线23一端连接近场天线4模块，另一端接地。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例4

如图9所示，本实施例将本发明所述的近场天线装置应用在智能手持终端上。图中为常见的手持终端的金属后盖SP，它通常具有三段金属的结构形式，金属段层之间填充非金属材料作为射频信号辐射体和地层间的隔离层。以实施例2中的近场天线装置在其上的应用为例，非平衡天线走线22正交于该三段式上下金属层之间的缝隙位置，其中的一个不同之处为该缝隙为全通结构的缝隙1B1，非平衡天线走线22与全通结构的缝隙1B1正交耦合，使得缝隙上下边缘形成电势差，整个金属后盖SP具有近场通讯能力。

图10是本实施例在Forum标准测试中最小场强测试值，图11是本实施例在Forum标准测试中负载调制度的测试值，图12是本实施例在EMVCo标准测试中的负载调制度测试值。从这两种标准测试要求上看，本实施例的近场天线装置均能满足性能要求。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例5

如图13所示，本实施例将本发明所述的近场天线装置应用在笔记本电脑上。NB是笔记本电脑的键盘面，在触摸板右侧的掌托位置，金属掌托在其右侧有一个半封闭式缝隙1A1，以实施例2中的近场天线装置在其上的应用为例，非平衡天线走线22正交于该半封闭式缝隙1A1，使得半封闭式缝隙1A1上下边缘形成电势差，并形成涡旋电流，进一步导致掌托的该部位具有近场通讯能力。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例6

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图14所示的金属板1C上设置的是圆孔1C2与半封闭缝隙1C1结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例7

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图15所示的金属板1D上设置的是直角全通型缝隙1D1与设置在其直角上的圆孔1D2结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例8

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图16所示的金属板1E上设置的是直线全通型缝隙1E1与设置在其上的圆孔1E2结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例9

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图17所示的金属板1F上设置的是菱形1F2与半封闭缝隙1F1结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例10

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图18所示的金属板1G上设置的是直角全通型缝隙1G1与设置在其直角上的菱形1G2结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

实施例11

本发明不仅适用于上述实施例中所描述的简单的金属板开缝方案，本发明所述的断开结构还包括不同孔、缝结构样式，且满足不同的孔、缝组合的结构形式，具备通用性。具体的，如图19所示的金属板1H上设置的是直线全通型缝隙1H1与设置在其上的菱形1H2结合的断开结构。

本实施例其余未提到的技术特征均与实施例1相同。

当然，实际的应用也不限于本申请所有实施例所举的实现形式。

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种近场天线装置，其特征在于：包括金属板和非平衡天线部件，所述金属板上设有断开结构，所述非平衡天线部件设置于断开结构的正上方，所述非平衡天线部件包括介质基材层和贴附于介质基材层上的非平衡天线走线，所述非平衡天线走线至少有一边与断开结构正交耦合，所述非平衡天线走线一端连接近场天线模块，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述非平衡天线走线为蛇形多折弯形状。

3.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述非平衡天线走线为“C”型半圆环形状。

4.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述非平衡天线走线为“匚”字型结构。

5.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述断开结构为缝隙或者孔缝组合结构。

6.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述断开结构为全通或者半封闭式结构。

7.根据权利要求1所述的近场天线装置，其特征在于：所述近场天线模块包括依次连接的高Q值电感、匹配电路、巴伦电路、滤波器电路和近场通讯芯片，其中高Q值电感的一端连接非平衡天线走线。

8.一种包括权利要求1-7任意一项所述的近场天线装置的设备，其特征在于：该设备为智能手持终端或笔记本电脑。