CN106329061B - 天线装置及具有该天线装置的移动终端 - Google Patents

天线装置及具有该天线装置的移动终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种天线装置及具有该天线装置的移动终端。天线装置包括线圈，线圈的两端设有用于连接至WPC芯片或FM芯片的第一馈点；所述线圈上设有至少一个隔离单元，所述隔离单元将所述线圈分割为至少两个线圈分段；所述至少两个线圈分段上分别设有用于连接至NFC芯片或RFID芯片的第二馈点；所述隔离单元被配置为隔离所述NFC芯片或RFID芯片的工作信号。本发明的天线装置以支持WPC功能或FM功能的线圈为本体，截取出多个可作为NFC天线或RFID天线的线圈分段，实现了两种功能的复用；同时，在NFC或RFID工作模式下，能够提高辐射电磁场强，优化了NFC或RFID通信性能。

Description

天线装置及具有该天线装置的移动终端
技术领域
本发明涉及移动终端设备领域，特别涉及一种天线装置及具有该天线装置的移动终端。
背景技术
随着移动终端技术的不断发展，移动终端所承载的功能不再仅限于通信。近几年，如移动支付、无线充电等相关的附加功能也逐渐成为移动终端的标配，为消费者所追捧。移动终端的发展趋势是成为人类社交、消费等活动的主要承载体，其附加的新功能也成为其主要卖点之一，对功能的兼容技术也成为相关终端设计厂家的研发重点。
目前的诸如手机产品等移动终端中，兼容NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)功能与WPC(Wireless Power Consortium，无线充电)功能的产品已有问世，为支持这两种功能，移动终端中需设计NFC天线及充电线圈，NFC天线和充电线圈在结构上均体现为线圈，一般地，在移动终端中会设计为两套独立的走线分别支持相应功能，两套走线在面积上拼合。
由于电磁辐射谐振的物理特性，移动终端的天线对走线长度有着特定的要求；为了提高天线辐射效率，对面积也有着特定要求。同样地，无线充电效率及电流对其转化电磁辐射强度，对线圈的走线及面积也有着较强的设计依赖。
然而，对于移动终端产品而言，受限于其结构，其天线设计面积会受到一定的限制，在通常天线设计面积不足的情况下，往往需要对其中一个甚至两个功能的性能做出设计牺牲，这也是目前天线复用集成设计的瓶颈之一。特别对于NFC这类采用电磁场通信的功能而言，因能量转换的必然损失，使得其性能本身就相对不佳，在复用天线中其性能更容易受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线装置及具有该天线装置的移动终端，解决现有技术中复用天线性能不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种天线装置，包括线圈，线圈的两端设有用于连接至WPC芯片或FM芯片的第一馈点；所述线圈上设有至少一个隔离单元，所述隔离单元将所述线圈分割为至少两个线圈分段；所述至少两个线圈分段上分别设有用于连接至NFC芯片或RFID芯片的第二馈点；所述隔离单元被配置为隔离所述NFC芯片或RFID芯片的工作信号。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种移动终端，包括WPC芯片和/或FM芯片、NFC芯片和/或RFID芯片、后壳以及如上所述的天线装置；所述天线装置设置于所述后壳内壁。
基于本发明的上述技术方案，本发明至少具有如下优点：在本发明的天线装置中，以支持WPC功能或FM功能的线圈为本体，通过隔离单元将线圈分割为可相互电隔离的多个线圈分段，利用这些线圈分段形成至少两个NFC天线或RFID天线，以支持NFC功能或RFID功能。该天线装置能够实现两种功能的复用，同时，在NFC或RFID工作模式下，各NFC天线或RFID天线的电流方向相同，所产生的磁场强可以相叠加，提高辐射电磁场强，且各NFC天线或RFID天线并联降低了电阻，还能提高工作电流，进一步增加磁场强，优化了NFC或RFID的通信性能。由于WPC充电线圈及FM天线所需的线圈较长，而NFC功能和RFID功能所需的天线较短，该天线装置从线圈中截取出多段通信天线无需额外增加线圈长度及面积，在不增加线圈长度及面积的基础上可以实现复用天线中NFC功能或RFID性能的优化。
附图说明
图1是本发明移动终端优选实施例中天线装置的设置示意图。
图2是本发明天线装置第一实施例的原理示意图。
图3是本发明天线装置第一实施例在WPC工作模式下的等效电路图。
图4是本发明天线装置第一实施例在NFC工作模式下的等效电路图。
图5是本发明天线装置第一实施例在NFC工作模式下电磁场叠加的示意图。
图6是本发明天线装置第二实施例的原理示意图。
图7是本发明天线装置第二实施例的等效电路图。
图8是本发明天线装置第二实施例在NFC工作模式下电磁场叠加的示意图。
图9是本发明天线装置第六实施例的原理示意图。
附图标记说明如下：1、天线装置；11、线圈；111、线圈分段；112、线圈分段；11a、第一层线圈；11b、第二层线圈；12、开关单元；13、第一馈点；14、第二馈点；14a、外端馈点；14b、内端馈点；16、跳线；18、跳线；19、跳线；2、后壳；3、WPC芯片；4、NFC芯片。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明提供一种用于移动终端的天线装置以及带有该天线装置的移动终端。这类移动终端可以是手机、ITV、POS机及其他无线支付设备等；本发明所提供的天线装置为一种复用天线，通过对线圈的共用设计实现两种功能的兼容，同时可获得性能上的优化。
移动终端实施例：
本实施例以手机为例介绍天线装置1在移动终端上的设置方式。如图1所示，天线装置1设计在手机的非金属后壳2内壁。为了优化天线装置1的品质因数，还可以对应于天线装置1设置电磁反射装置(图中未示出)，以增大天线在某方向的有效辐射距离，电磁反射装置例如可为铁氧体，设置位置一般地位于天线装置1的内侧(即更靠近手机内部的一侧)，即：天线装置1位于电磁反射装置和后壳2之间。
对于其他的移动终端，天线装置1的设置方式可参照手机。
在移动终端中，根据功能需求，可配置WPC芯片和/或FM芯片，以及NFC芯片和/或RFID芯片，天线装置1则对这些功能进行支持。以下通过几个具体实施例对天线装置1的结构以及天线装置1与移动终端中各功能芯片的连接方式进行详细介绍。
天线装置第一实施例：
参阅图2，作为一典型的应用，本实施例中的天线装置1实现了WPC功能和NFC功能的复用。相应地，在移动终端中需设置WPC芯片3和NFC芯片4，以支持WPC功能和NFC功能。
该天线装置1采用单面走线方式进行设计，天线装置1的主体为一线圈11，且该线圈11为单面绕线线圈，线圈11走线呈矩形螺旋状。
线圈11的两端设有用于连接至WPC芯片3的第一馈点13，其中，线圈11内端的第一馈点13通过跳线16引出，再与线圈11外端的第一馈点13分别电连接至WPC芯片3的输入端和输出端，形成WPC充电环路。
线圈11上设有一开关单元12，将线圈11分割为两个同心的线圈分段111、112，其中，线圈分段111位于线圈分段112的外围。由于线圈11为单面绕线线圈，该两线圈分段111、112即位于同一平面内，且绕线方向相同。在开关单元12导通时，两线圈分段111、112相连通成为整体；在开关单元12断开时，两线圈分段111、112相互电隔离。
两线圈分段111、112上各设有用于连接至NFC芯片4的两第二馈点14。线圈分段111上的两第二馈点14各通过一根跳线18引出，线圈分段111于两第二馈点14之间的部分将构成支持NFC功能的NFC天线。线圈分段112上的两第二馈点14各通过一根跳线19引出，该线圈分段112于两第二馈点14之间的部分亦构成支持NFC功能的NFC天线。这两部分NFC天线相并联，并电连接至NFC芯片4。
该天线装置1的工作原理如下：
当天线装置1工作于WPC功能模式下，即WPC芯片3工作时，开关单元12导通，两线圈分段111、112连为整体，天线装置1支持WPC功能。此时，天线装置1的等效电路图如图3所示，两第一馈点13之间的线圈11通过跳线16与WPC芯片3构成完整的闭合回路。NFC功能则通过移动终端中相关的措施进行隔离，线圈11上的第二馈点14不起作用。
本实施例中，由于两第一馈点13分别位于线圈11的外端端点和内端端点处，此时，整个线圈11均构成WPC的充电线圈。为了保证WPC的充电电流及充电效率，线圈11的截面积和走线面积在设计允许的条件下尽量增大，其走线可以采用铜线、FPC(Flexible PrintedCircuit，柔性线路板)等绕线形式。
当天线装置1工作于NFC功能模式下，即NFC芯片4工作时，开关单元12断开，两线圈分段111、112相互隔离，天线装置1支持NFC功能。此时，天线装置1的等效电路图如图4所示，两线圈分段111、112中位于两第二馈点14之间的部分分别构成NFC天线，开关单元12隔离两NFC天线的工作信号，使两NFC天线的工作互不干扰。
以图4的视图方向为参照，将两线圈分段111、112上靠近线圈外端的第二馈点14称为外端馈点，并标记为14a，靠近线圈内端的第二馈点14称为内端馈点，并标记为14b。两线圈分段111、112的外端馈点14a分别通过跳线18、19连接至NFC芯片4的输出端，两线圈分段111、112的内端馈点14b分别通过跳线18、19连接至NFC芯片4的输入端，使得由两线圈分段111、112上分别构成的两NFC天线并联接入NFC芯片4。需要说明的是，线圈分段111、112的两第二馈点14与NFC芯片4输入端输出端的连接并不限于图示方式，实际连接可根据所需工作电流方向而定。
在工作时，两NFC天线上的电流方向相同，以图4视图方向为参照，均为逆时针方向，两NFC天线上所产生的电磁场方向也将相同，均为垂直于纸面向外，两NFC天线的磁场强相互叠加。
图5示意了两NFC天线的电磁场的叠加情况，两NFC天线位于同一平面内，同心并联设置，两者的电磁场从同一方向穿过两NFC天线所在的线圈分段111、112，图中箭头方向即代表电磁场的方向。通过两NFC天线的磁场强叠加的形式，可实现NFC磁通量的增加，从而优化NFC读取性能。
相较于现有技术中NFC的单线圈结构形式，本实施例的天线装置在NFC功能时，在线圈11中形成两段同心的NFC天线，两段NFC天线的磁场强相叠加，优化了NFC性能。同时，两段NFC天线并联电连接至NFC芯片4，降低了电阻，因此在工作时可以采用更大的电流，相应地可增加NFC天线上所产生的电磁场强度，进一步提高NFC通信性能。
两NFC天线具有相同的自谐振频率，形成两个同功能辐射体，便于NFC芯片4的匹配设计。
进一步地，两NFC天线各自采用独立的匹配电路连接至NFC芯片4，实现各自的谐振，降低对NFC芯片4的要求。匹配电路一端连接第二馈点14，另一端连接NFC芯片4。
本实施例中，从线圈11中截出了两部分线圈分段111、112，并分别在其上设置第二馈点14，从而形成两并联的NFC天线。可以理解的是，在其他实施例中，还可以在线圈11上设置更多的开关单元12将线圈11分为更多的线圈分段，在全部或部分的线圈分段上分别设置第二馈点14，形成NFC天线，多个NFC天线均并联设置且工作电流方向相同而实现磁场强相叠加。在NFC芯片4端适应性地对这些NFC天线进行匹配。
在线圈11上，开关单元12作为隔离单元，对两NFC天线所在的线圈分段111、112进行了有效隔离，使得在NFC工作模式下两NFC天线之间不会产生串扰，提高使用可靠性。该开关单元12可以是有源开关或其他的开关，另外开关单元12还可替换为带阻滤波器，带阻滤波器的抑制频段涵盖NFC芯片的工作信号的工作频段，以同样实现在NFC工作模式下使线圈分段之间电隔离，而在WPC工作模式下则使线圈分段之间电连通。当线圈11中需设置多个隔离单元时，这些器件还可以混合使用。
本实施例的天线装置1在WPC与NFC共用走线的基础上，还特别地对采用电磁场通信的NFC功能进行了优化，有效解决了现有技术中电磁场通信性能不佳的问题。
对于同样利用电磁场通信的RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)功能，该天线装置1同样适用，实现WPC功能与RFID功能的复用，并能够相较于现有技术提高射频通信性能。此时，在移动终端中，将NFC芯片4替换为RFID芯片，在RFID功能工作模式下，天线装置1的两通信天线11a、12b将作为RFID天线使用。
另外，在移动终端中，WPC芯片3还可替换为FM(Frequency Modulation，调频广播)芯片，天线装置1实现FM功能与NFC功能(或RFID功能)的复用，在FM功能工作模式下，天线装置1的线圈11将作为FM天线使用。
天线装置第二实施例：
参阅图6和图7，本实施例的天线装置与第一实施例天线装置的区别在于：本实施例中，线圈11为双层绕线线圈，通过开关单元12所分割成的线圈分段分别设置在线圈11的第一层和第二层。为了便于与第一实施例相区分，本实施例中，将两线圈分段分别称为第一层线圈11a和第二层线圈11b。
第一层线圈11a和第二层线圈11b层叠设置，两者的投影区域重合。
第一层线圈11a的内端点与第二层线圈11b的内端点通过开关单元12相连，从而使得两层线圈可以相互连通或相互电隔离。
第一层线圈11a和第二层线圈11b分别于靠近各自的外端点处设有第一馈点13，该两第一馈点13分别通过跳线16连接WPC芯片3的输入端和输出端，而形成WPC充电环路。
第一层线圈11a和第二层线圈11b上分别设置有两第二馈点14，第一层线圈11a的两第二馈点14分别通过跳线18连接NFC芯片4的输入端和输出端，第二层线圈11b的两第二馈点14分别通过跳线19连接NFC芯片4的输入端和输出端。第一层线圈11a和第二层线圈11b各自于两第二馈点14之间的部分构成NFC天线，且两NFC天线并联。
本实施例中，第一层线圈11a和第二层线圈11b的绕线方向相反，以图7的视图方向为参照，第一层线圈11a逆时针绕线，而第二层线圈11b顺时针绕线。
将靠近各层线圈外端点的第二馈点14称为外端馈点14a，靠近各层线圈内端点的第二馈点14称为内端馈点14b。
第一层线圈11a的内端馈点14b与第二层线圈11b的外端馈点14a相连并连接至NFC芯片4的输入端，第一层线圈11a的外端馈点14a与第二层线圈11b的内端馈点14b相连并连接至NFC芯片4的输出端，使得在两层线圈11a、11b上所形成的NFC天线并联接入NFC芯片4，且两NFC天线上的工作电流均沿逆时针方向。第二馈点14与NFC芯片4输入端输出端的连接关系也并不限于图示方式，具体依所需的工作电流方向而定。
本实施例天线装置1的工作原理如下：
当天线装置1工作于WPC功能模式下时，开关单元12导通第一层线圈11a和第二层线圈11b，天线装置1支持WPC功能。此时，从第一层线圈11a上的第一馈点13至第一层线圈11a的内端点，经开关单元12至第二层线圈11b的内端点，再到第二层线圈11b上的第一馈点13之间的整体形成WPC充电线圈。两第一馈点13与WPC芯片3构成完整的闭合回路。NFC功能通过移动终端中相关的措施进行隔离。
当天线装置1工作于NFC功能模式下时，开关单元12断开，第一层线圈11a和第二层线圈11b相互隔离，天线装置1支持NFC功能。第一层线圈11a和第二层线圈11b中位于两第二馈点14之间的部分分别构成NFC天线，开关单元12隔离两NFC天线的工作信号，使两NFC天线的工作互不干扰。
按图7视图方向，两NFC天线的工作电流同为逆时针方向，两者所产生的电磁场方向亦将相同。如图8所示，由于两NFC天线层叠设置，两者所产生的电磁场从同一方向依次穿过第二层线圈11b和第一层线圈11a，图中箭头方向即代表电磁场的方向。通过两NFC天线的磁场强叠加的形式，可实现NFC磁通量的增加，从而优化NFC读取性能。
本实施例的其他结构参照天线装置第一实施例。
天线装置第三实施例：
本实施例的天线装置与第二实施例天线装置的区别为：本实施例中，第一层线圈11a和第二层线圈11b各自的外端点通过开关单元12相连，相应地，两层线圈于靠近各自的内端点处各设置一第一馈点13。
本实施例的其他结构参照天线装置第二实施例。本实施例天线装置的结构省略图示。
天线装置第四实施例：
本实施例的天线装置与第二实施例天线装置的区别为：本实施例中，第一层线圈11a和第二层线圈11b的绕线方向相同。此时，将第一层线圈11a的内端点与第二层线圈11b的外端点通过开关单元12相连，第一层线圈11a上于靠近外端点处设置第一馈点13，第二层线圈11b上于靠近内端点处设置第一馈点13。第一层线圈11a和第二层线圈11b上靠近各自内端点设置的第二馈点14一同连接至NFC芯片4的输入端或输出端，第一层线圈11a和第二层线圈11b上靠近各自外端点设置的第二馈点14则一同连接至NFC芯片4的输出端或输入端。此时，同样地可实现在NFC工作模式下，两层NFC天线相并联，且工作电流方向相同。
本实施例的其他结构参照天线装置第二实施例。本实施例天线装置的结构省略图示。
天线装置第五实施例：
本实施例的天线装置与第二实施例的区别为：线圈11的层数在三层以上，各层线圈均层叠设置，相邻两层线圈之间均通过开关单元12相连，位于最上层和最下层的两层线圈上各设置一第一馈点13用以连接WPC芯片3。
每相邻两层线圈的绕线方向可以相同，此时各层线圈与开关单元12的连接方式以及各层线圈上第二馈点14与NFC芯片4的连接方式参照天线装置第二实施例和天线装置第三实施例。
每相邻两层线圈的绕线方向也可以相反，此时各层线圈与开关单元12的连接方式以及各层线圈上第二馈点14与NFC芯片4的连接方式参照天线装置第四实施例。
本实施例中，可以在各层线圈上均设置两第二馈点14而形成NFC天线，也可以仅在部分层线圈上设置两第二馈点14，其中，在至少两层线圈上设置第二馈点14。将各层线圈上的两第二馈点14参照天线装置第二实施例至第四实施例的方式合理地连接至NFC芯片4的输入端输出端，使各层线圈所形成的NFC天线相并联，且各NFC天线上的工作电流方向相同。在NFC工作模式下，各层NFC天线的磁场强相互叠加，优化NFC通信性能。
本实施例天线装置的结构省略图示。
天线装置第六实施例：
参阅图9，本实施例与天线装置第二实施例的区别在于：本实施例的天线装置无开关单元，线圈11的第一层线圈11a和第二层线圈11b之间没有电连接，两者相互隔离。
第一层线圈11a和第二层线圈11b上均设有两第一馈点13和两第二馈点14，并分别对应连接至WPC芯片3和NFC芯片4。
本实施例中，第一层线圈11a和第二层线圈11b均能够支持NFC功能和WPC功能，在不同工作模式下，第一层线圈11a和第二层线圈11b均形成NFC天线或WPC充电线圈，且所构成的两NFC天线或两WPC充电线圈相并联，工作电流方向相同。该实施例中，在NFC工作模式下，两层线圈的磁场强度依然可以叠加，从而优化NFC通信性能。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种天线装置，包括线圈，线圈的两端设有用于连接至WPC芯片或FM芯片的第一馈点；其特征在于：
所述线圈上设有至少一个隔离单元，所述隔离单元将所述线圈分割为至少两个线圈分段；
所述至少两个线圈分段上分别设有用于连接至NFC芯片或RFID芯片的两第二馈点；所述线圈分段于两第二馈点之间的部分被配置为NFC天线或RFID天线；各线圈分段上分别构成的NFC天线或RFID天线相并联；
所述隔离单元被配置为隔离所述NFC芯片或RFID芯片的工作信号。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述隔离单元为带阻滤波器，所述带阻滤波器的抑制频段涵盖所述NFC芯片或RFID芯片的工作信号的工作频段。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述隔离单元为开关单元，所述开关单元被配置为在所述WPC芯片或FM芯片工作时导通所述线圈分段，在所述NFC芯片或RFID芯片工作时断开所述线圈分段。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线装置，其特征在于，所述线圈为单面绕线线圈，各所述线圈分段位于同一平面上，各所述线圈分段的绕线方向相同。
5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，
各所述线圈分段上的两第二馈点分为靠近所述线圈外端的外端馈点和靠近所述线圈内端的内端馈点；
各线圈分段的外端馈点相连，各线圈分段的内端馈点相连。
6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述线圈为双层绕线线圈，所述线圈分段分别设置在所述线圈的第一层和所述线圈的第二层。
7.一种移动终端，其特征在于：包括：WPC芯片和/或FM芯片、NFC芯片和/或RFID芯片、天线装置、后壳；
所述天线装置为如权利要求1-6任一项所述的天线装置，所述天线装置设置于所述后壳内壁。
8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，还包括匹配电路，所述匹配电路的第一端与所述第二馈点连接，所述匹配电路的第二端与所述NFC芯片或RFID芯片连接。
9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述移动终端上还设有电磁反射装置，所述天线装置位于所述电磁反射装置和所述后壳之间。
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