CN106099357B - Nfc天线在全闭合金属边框中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种NFC天线在全闭合金属边框中的应用，具有全闭合金属边框的移动终端还包括后盖，在所述金属边框上任意取两点作为NFC天线的馈电点和接地点，同时在所述金属边框上任意取两点作为移动通讯天线的馈电点和接地点，所述NFC天线的馈电点通过第一电感连接射频识别电路模块，所述移动通讯天线的馈电点通过第一电容连接移动通讯射频电路模块。针对具有全闭合金属边框的移动终端的NFC天线设计，将NFC天线应用于全闭合金属边框的移动终端中，通过在馈电点上连接阻抗元件解决了与各种移动通讯天线之间相互影响的问题，同时通过对匹配电路的调试使得馈电点和接地点的设置具有更大的灵活性和设计自由度。

Description

NFC天线在全闭合金属边框中的应用

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，更具体地，涉及NFC天线在全闭合金属边框中的应用。

背景技术

无线支付的兴起，使得近场通讯得到广泛的关注，NFC功能几乎成为通讯终端设备的标配。传统的NFC天线采用FPC加铁氧体的方式实现，主要贴附于塑料终端设备后盖上。然而，随着市场越来越青睐金属材质的使用，大多数通讯终端设备都采用金属边框和金属后盖作为其外部结构形式，由于金属材质对电磁波的辐射有屏蔽及干扰特性，对传统NFC性能存在较大的抑制，甚至使得NFC功能完全丧失。因此，在金属边框及金属后盖终端设备上实现NFC功能成为业界需要解决的一个重要难题。目前，大部分解决方案是采用终端后部摄像头孔开缝，或者后摄像头与闪光灯之间开缝，或者后部摄像头与指纹识别孔之间开缝等在孔与孔之间开缝处理的方式，再将传统的NFC天线供电线圈环绕孔并使线圈一边与缝隙正交的方式放置从而实现NFC天线功能，其本质依然离不开传统的FPC绕线线圈与铁氧体。

对于金属边框及后盖的NFC天线方案，是行业近年来的研发重心，而大部分都是针对三段式金属后盖的移动终端的，对于全闭合金属边框的NFC天线的设计，特别是在移动终端中，需要将NFC天线与移动通讯天线相互的影响降到最低，对于全闭合金属边框的移动终端，还未得到较好的设计方案。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种NFC天线在全闭合金属边框中的应用，具有灵活性高的特点。

本发明摒弃了FPC供电线圈加铁氧体的传统NFC天线设计方式，并且不需要采用在金属后盖及金属边框上开缝的处理方式，只需将全金属边框上的一部分导体作为NFC天线的电磁场辐射主体，就可实现近场通讯读卡与刷卡功能。不仅节约了FPC与铁氧体的成本，还腾出了更多的内部空间便于其他的功能设计，更有利于设备的轻薄化。此外，免去金属背盖额外的开缝设计，使得产品结构更加完整，免去金属外框的断缝设计，使得外框结构更加牢固稳定。 不需要额外的开缝断缝设计不仅降低了设计工艺复杂度，降低了成本，还使通讯终端设备外观更加简约时尚有质感。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种NFC天线在全闭合金属边框中的应用，具有全闭合金属边框的移动终端还包括后盖，在所述金属边框上任意取两点作为NFC天线的馈电点和接地点，同时在所述金属边框上任意取两点作为移动通讯天线的馈电点和接地点，所述NFC天线的馈电点通过第一电感连接射频识别电路模块，所述移动通讯天线的馈电点通过第一电容连接移动通讯射频电路模块。

作为其中的一种优化方案，所述后盖为金属后盖，金属边框和金属后盖之间通过缝隙隔开。

作为另一种优化方案，所述后盖为非金属后盖。

优化的，所述第一电感为高感值低损耗电感，所述第一电容为高容值低损耗电容

进一步优化的，所述NFC天线和移动通讯天线的接地点均连接到移动终端的PCB主板的地上。

进一步优化的，所述射频识别电路模块包括NFC天线匹配电路、平衡非平衡转换器件、LC低通滤波器和NFC芯片，所述NFC天线匹配电路一端连接第一电感，另一端依次连接平衡非平衡转换器件、LC低通滤波器和NFC芯片，所述平衡非平衡转换器件的其中一端接地。

进一步优化的，所述任意取两点作为馈电点和接地点的NFC天线通过NFC天线匹配电路调试其频段。

进一步优化的，所述NFC天线的接地点通过高感值低损耗的第二电感L2接地，所述移动通讯天线的接地点通过高容值低损耗的第二电容C2接地。

进一步优化的，所述NFC天线的接地点和移动通讯天线的接地点重合。

进一步优化的，所述移动通讯天线为主天线、分集天线、GPS天线及WiFi天线中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供一种NFC天线在全闭合金属边框中的应用，针对具有全闭合金属边框的移动终端的NFC天线设计，将NFC天线应用于全闭合金属边框的移动终端中，通过在馈电点上连接阻抗元件解决了与各种移动通讯天线之间相互影响的问题，同时通过对匹配电路的调试使得馈电点和接地点的设置具有更大的灵活性和设计自由度，且无需采用FPC线圈加铁氧体的NFC天线传统方式，节约成本；无需采用一定厚度的NFC天线贴在设备内部，节约空间；无需金属后盖的额外开缝设计，简化了设计及加工工艺难度；无需金属边框的断缝设计，增强了外形结构的牢固稳定性； 本发明保存了终端设备金属外观的完整性，更加简洁美观，提升了金属质感。

附图说明

图1为本发明全闭合金属边框及后盖的结构示意图；

图2为本实施例1应用于全闭合金属边框的NFC天线与移动通讯天线结构关系示意图。

图3为实施例1中NFC天线与移动通讯天线的电路原理框图。

图4为实施例2应用于全闭合金属边框的NFC天线的结构示意图。

图5为实施例3应用于全闭合金属边框的NFC天线与移动通讯天线结构关系示意图。

图6为实施例4应用于全闭合金属边框的NFC天线的结构示意图。

其中，1为金属边框，2为后盖，3为缝隙，4为PCB主板，5为射频识别电路模块，6为移动通讯射频电路模块，11为第一电感，12为第二电感，21为摄像头孔，22为闪光灯孔，23为指纹识别孔，51为NFC芯片，52为LC低通滤波器，53为平衡非平衡转换器件，54为NFC天线匹配电路。

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NFC天线在全闭合金属边框中的应用，在具有全闭合金属边框1的移动终端中，且其后盖2也是全金属的，后盖2和金属边框1之间设有缝隙3，所述金属边框1完全闭合没有任何断缝，金属后盖上面除了摄像头孔21、闪光灯孔22与指纹识别孔23等必须的开孔之外，没有其它多余的孔，且孔与孔之间不开任何或窄或宽的缝隙。金属边框1与后盖2之间的缝隙3用来分离边框与后盖便于实现天线的辐射功能。本发明可任意选取金属边框1上面的一部分作为NFC主要的天线辐射体，同时移动通讯天线如主天线、分集天线、GPS天线及WiFi天线等都可以通过金属边框实现，即NFC天线辐射主体与移动通讯天线可共用金属边框且互不影响。

如图2所示，为本实施例NFC天线的实现方式结构示意图，NFC天线包括设置在PCB主板上的射频识别电路模块5，选取金属边框上的AB段作为NFC天线的主要辐射体，所述PCB主板4上面的射频识别电路模块5通过一个高感值低损耗的第一电感L1连接到金属边框上的A点给辐射体馈电，再通过金属边框上的B点接入一个高感值低损耗的第二电感L2连接到PCB主板地。如此形成一个信号流通环路，可以有效向外辐射磁场，实现近场通讯功能。

与NFC天线同时存在于移动终端中的还有移动通讯天线，金属边框上的点C为移动通讯射频电路模块6接入到金属导体的馈电点，金属边框上的点D为移动通讯天线馈入PCB主板地的接地点，射频电路模块6接入到金属边框之前，需要先串接一个高容值低损耗的第一电容C1。移动通讯天线辐射导体部分的下地点D需先串接一个高容值低损耗电容C2再接入到地。第一电容C1对于工作在相对较低频率的NFC信号来说呈现出高阻特性，相当于开路，因此不会对移动通讯电路模块6造成干扰；而第一电容C1对于工作在微波频段的移动通讯信号来说呈现出低阻特性，相当于通路，对于超高频率的移动通讯信号的正常工作不会有影响。电容C2的作用是为了让超高频率的移动通讯信号顺利下地，并隔离较低工作频率的NFC信号提前导入到地；电感L2的作用是为了让较低频率的NFC信号顺利接入到地，并防止超高频率的移动通讯信号下地。

同时，高感值低损耗的第一电感L1和第二电感L2的一方面可以提高NFC天线的电感量便于实现NFC天线工作的谐振频率，另一方面高感值电感对于工作于微波频段的移动通讯天线信号呈高阻抗特性，相当于开路，因此移动通讯天线信号不会对NFC近场通讯射频电路产生大的干扰；而对工作在较低频率的NFC信号呈现出低阻特性，相当于通路，不会影响NFC信号的正常工作。

图3为本实施例近场通讯组件的原理框图，NFC天线主要由射频识别电路模块5、高抗值低损耗的电抗元件以及金属边框上的一段金属导体组成。其中，射频识别电路模块5由四个部分组成，分别为NFC芯片51、LC低通滤波器52、平衡非平衡转换器件53以及NFC天线匹配电路54。高抗值低损耗的电抗元件即第一电感L1与第二电感L2用来隔离金属边框上流通的其它超高频移动通讯信号，第一电感L1可以防止其它通讯信号干扰到NFC射频电路，第二电感L2可以使NFC信号顺利导入到PCB上的主板地，而对其它超高频移动通讯信号不产生影响，图3中的AB段为终端设备金属边框上的某一段金属导体，点A为NFC天线的馈电点，点B位NFC天线的接地点，金属导体AB段为NFC天线起作用的主要辐射导体，其长度能够有效的增加磁场辐射强度。NFC信号由NFC芯片产生，经过LC低通滤波器滤除杂波，再经由平衡非平衡转换器件将差分形式的NFC信号转换成单端信号，然后经过天线匹配电路使NFC信号以最低损耗最大效率的传输到金属导体AB段上，其间经过高感值低损耗的电感L1，然后流经到B点位置通过串接的电感L2接入到地点，如此形成一个NFC信号流通环路，此环形区域通过辐射磁场与外部物体进行磁场耦合从而实现近场通讯功能。

同时，移动通讯射频电路模块6串接一个高容值低损耗的电容元件C1馈电到金属边框导体的C点，电容元件C1对工作在较低频率的NFC信号呈现高阻特性，相当于开路不会干扰到移动通讯射频电路模块6的正常工作。若NFC天线辐射导体AB段之间有任何其它的下地点，则所有的下地点与地之间必须串接一个高容值低损耗的电容元件防止NFC信号提前下地，如图中下地点电容C2。利用高抗值低损耗的电抗元件，无论NFC天线与移动通讯天线是否共用金属导体或者是否共用馈电点接地点，NFC信号的流经环路都不会受到大的干扰。

实施例2

如图4所示为本实施例NFC天线的实现方式的结构示意图，相比于实施例1，不同之处在于馈电点A和接地点B选取的位置的不同，馈电点A与接地点B在全闭合金属边框上可以根据需要选定位置，AB之间的导体距离越长，环形电流回路面积越大，即NFC天线磁场工作区域越大，在不同的馈电点A与接地点B位置方案时，需要通过调试匹配电路来达到所需的信号频段。

本实施例其它未提到技术方案与实施例1相同。

实施例3

如图5所示，与其它实施例不同之处在于，本实施例的NFC天线与移动通讯天线共用一个接地点B，且B点可以直接下地不用串接任何阻抗原件。

本实施例其它未提到技术方案与实施例1相同。

实施例4

全闭合金属边框的移动终端设备利用金属边框上的一段实现NFC天线主要的辐射导体功能，其馈电点与接地点位置不仅局限于实施例1-3所示的设备上半段，还可存在于设备的下半段，如图6所示。由于馈电点与接地点之间的距离较远，中间可能出现的下地位置点较多，为了避免较低工作频率的NFC信号在不该下地的位置提前下地，中途每一个下地位置都须串接一个高容值低损耗电容用来隔离NFC信号，如金属边框上点D、点E、点F、点H分别串接了电容C1、C4、C3、C2馈入到PCB主板地上。由于导体上的电流信号总是选择最短的路径下地形成电流回路，因此，选取全闭合金属边框上NFC馈电点位置A与NFC接地点位置B之间长度较短的那段金属导体作为NFC天线有效的辐射主体形成环形流通路径，如图6中全闭合金属边框的AEFB段为NFC天线的有效组成部分，而不是长度较长的ADHB段。

本实施例其它未提到技术方案与实施例1相同。

实施例5

本实施例与上述实施例1-4不同之处在于移动终端的后盖是非金属的，在应用于非金属后盖和全闭合金属边框的移动终端的NFC天线，此时无需在后盖和金属边框之间开缝，且只需在PCB主板上接地即可。

本实施例其它未提到技术方案与实施例1相同。

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NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：具有全闭合金属边框（1）的移动终端还包括后盖（2），在所述金属边框（1）上任意取两点作为NFC天线的馈电点A和接地点B，同时在所述金属边框上任意取两点作为移动通讯天线的馈电点C和接地点D，所述NFC天线的馈电点A通过第一电感L1连接射频识别电路模块（5），所述移动通讯天线的馈电点C通过第一电容C1连接移动通讯射频电路模块（6）；所述NFC天线的接地点通过高感值低损耗的第二电感L2接地，所述移动通讯天线的接地点通过高容值低损耗的第二电容C2接地。

2.根据权利要求1所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述后盖（2）为金属后盖，金属边框和金属后盖之间通过缝隙（3）隔开。

3.根据权利要求1所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述后盖（2）为非金属后盖。

4.根据权利要求2或3所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述第一电感为高感值低损耗电感，所述第一电容为高容值低损耗电容。

5.根据权利要求4所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述NFC天线的接地点B和移动通讯天线的接地点D均连接到移动终端的PCB主板（4）的地上。

6.根据权利要求4所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述射频识别电路模块（5）包括NFC天线匹配电路（54）、平衡非平衡转换器件（53）、LC低通滤波器（52）和NFC芯片（51），所述NFC天线匹配电路（54）一端连接第一电感L1，另一端依次连接平衡非平衡转换器件（53）、LC低通滤波器（52）和NFC芯片（51），所述平衡非平衡转换器件（53）的其中一端接地。

7.根据权利要求6所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述任意取两点作为馈电点A和接地点B的NFC天线通过NFC天线匹配电路（54）调试其频段。

8.根据权利要求4所述的NFC天线在全闭合金属边框中的应用，其特征在于：所述移动通讯天线为主天线、分集天线、GPS天线及WiFi天线中的一种或多种。