CN107453021A - 无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备 - Google Patents

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CN107453021A CN201610986872.9A CN201610986872A CN107453021A CN 107453021 A CN107453021 A CN 107453021A CN 201610986872 A CN201610986872 A CN 201610986872A CN 107453021 A CN107453021 A CN 107453021A
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朴叡智
柳正基
朴炫道
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Abstract

本发明公开一种无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备。根据本发明的一实施例的无线通信天线，包括：磁性体；第一基板，布置于所述磁性体的第一表面，且包括彼此相隔的第一布线部和第二布线部；第二基板，布置于所述磁性体的第二表面，且包括彼此相隔的第三布线部和第四布线部；以及多个导电性通路，用于连接所述第一基板与所述第二基板，其中，所述第一布线部和所述第三布线部形成第一线圈部，所述第二布线部和所述第四布线部形成第二线圈部。

Description

无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备
技术领域
本发明涉及一种无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备。
背景技术
无线通信应用于多样的环境中。尤其，与电子支付相关联而可将线圈形态的无线通信天线应用于多样的设备。
近来，移动设备中采用贴附于移动设备的盖部等的螺旋(Spiral)线圈形态的无线通信天线。
并且，随着可穿戴设备扩散，不仅需要适于移动设备的无线通信天线，而且对适于可穿戴设备的无线通信天线的需求也正在增加。
可穿戴设备所采用的无线通信天线需要满足如下的重要因素：用于确保数据传输的可靠性和用户便利性的辐射方向以及辐射范围。
而且，对于以相对小型化的形态实现的可穿戴设备中贴装的无线通信天线而言，需要确保基于小型化的量产性。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)日本公开专利公报第2014-161003号
发明内容
根据本发明的一实施例，旨在提供一种适于可穿戴设备并可提高通信性能的无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备。
根据本发明之一例的无线通信天线，包括：磁性体；第一基板，布置于所述磁性体的第一表面，且包括彼此相隔的第一布线部和第二布线部；第二基板，布置于所述磁性体的第二表面，且包括彼此相隔的第三布线部和第四布线部；以及多个导电性通路，用于连接所述第一基板与所述第二基板，其中，所述第一布线部和所述第三布线部形成第一线圈部，所述第二布线部和所述第四布线部形成第二线圈部。
并且，根据本发明之一例的可穿戴设备用无线通信天线，包括：两个螺线管线圈部，被串联连接成具有朝可穿戴设备的侧面的辐射方向，其中，所述两个螺线管线圈部彼此相隔，以实现不可识别区域(null area)的产生的最小化。
而且，根据本发明之一例的可穿戴设备，包括：壳体，具有正面和背面；显示器，布置于所述正面；电池，用于提供电源；以及无线通信天线，其中，所述无线通信天线包括：磁性体，层叠有薄膜磁性层；以及线圈部，以所述磁性体构成芯的方式形成，其中，所述线圈部包括：第一线圈部；以及第二线圈部，与所述第一线圈部相隔。
根据本发明的一实施例的无线通信天线及包含该无线通信天线的可穿戴设备包括小型化、薄膜化的螺线管线圈，并具有改善的辐射特性。
附图说明
图1为表示根据本发明的一实施例的可穿戴设备执行无线通信的一例的立体图。
图2为表示相邻于磁卡的磁头的两端电压的图。
图3为表示磁卡读卡器的磁头磁耦合于根据本发明的一实施例的无线通信天线的一例的图。
图4为根据本发明的一实施例的可穿戴设备的分解立体图。
图5为表示根据本发明的一实施例的可穿戴设备的背面内部的立体图。
图6a为根据本发明的一实施例的无线通信天线的正面图。
图6b为根据本发明的一实施例的无线通信天线的背面图。
图6c为图6a的Ⅰ-Ⅰ'剖面图。
图7a为表示无线通信天线的辐射特性的一例的图。
图7b为表示根据本发明的一实施例的无线通信天线的辐射特性的图。
图8至图10为表示根据本发明的多样的实施例的无线通信天线的图。
符号说明
601：第一基板 602：第二基板
603：磁性体 610：第一线圈部
620：第二线圈部 630：第三线圈部
640：第四线圈部 650：导电性通路
660：相隔区域 670：接触端子
680：滤波电路
具体实施方式
以下，通过参考附图而对本发明的优选实施形态进行说明。
然而，本发明的实施形态可变形为多种其他形态，本发明的范围并不局限于以下说明的实施形态。并且，本发明的实施形态是为了将本发明更加完整地说明给本技术领域中具备平均知识的人员而提供的实施形态。本发明的多样的实施例虽然各不相同，然而应当认识到相互之间无需排斥。
而且，所谓的“包括(或包含)”某个构成要素，只要没有特别相反的记载则表示还可以包括(或包含)其他构成要素，其并不排除其他构成要素。
图1为表示根据本发明的一实施例的可穿戴设备执行无线通信的情形的一例的立体图。
可穿戴设备可以是佩戴于手臂、头部等人体或者通过背带(strap)而被固定于特定结构物的电子设备。以下，假设本发明的可穿戴设备具有手表形态并进行了阐述，然而并不局限于此。
无线通信天线20被应用于可穿戴设备30。无线通信天线20可根据可穿戴设备30的控制而形成磁场。
无线通信天线20可作为传输线圈而工作，其可以与具有接收线圈的无线信号接收装置磁耦合，从而通过无线方式传输信息。
图1中作为具有接收线圈的无线信号接收装置公开有磁卡读卡器10。根据实施例，作为具有接收线圈的装置，除了磁卡读卡器10之外还可以使用多样的无线信号接收装置。
无线通信天线20利用传输线圈而形成宽阔地扩散的磁场，从而即使在磁卡读卡器10的接收线圈的位置或角度发生变更的情况下也能够与磁卡读卡器10实现磁耦合。
在一个实施例中，无线通信天线20可通过变换磁场的方向而将旨在传输给磁卡读卡器10的数据(例如，卡编号数据)传输。即，磁卡读卡器10可利用由无线通信天线20中形成的磁场的方向变换引发的接收线圈的两端电压的变化而生成所述卡编号数据。
以下，参考图2和图3而对无线通信天线与磁卡读卡器的磁耦合以及磁卡读卡器的操作进行更加详细的说明。
图2为表示相邻于磁卡的磁头的两端电压的图。
磁卡读卡器(图1)10包括磁头210以及模拟-数字转换器(未图示)。磁头210可通过磁通量(Magnetic Flux)而发生电压。即，磁头210可包括接收线圈211，并可检测出因磁场而发生在接收线圈211的两端的两端电压(Vhead)。
当接收线圈211存在于磁场内时，接收线圈320中因磁通量而诱发两端电压(Vhead)。
诱发的两端电压(Vhead)被提供给模拟-数字转换器，模拟-数字转换器可由两端电压生成解码信号(Vdecode)。解码信号(Vdecode)可以是数字电压信号，并可由解码信号(Vdecode)生成卡信息数据。
磁卡中存在磁化的磁条220。随着磁头210在磁条220上移动，磁头210的接收线圈211中因磁通量而诱发两端电压(Vhead)。
两端电压(Vhead)可根据磁条220的极性而具有峰值电压。例如，当相同的极性相邻时，两端电压(Vhead)中可能诱发峰值电压。
并且，模拟-数字转换器可由两端电压(Vhead)生成解码信号(Vdecode)。例如，模拟-数字转换器可在每当峰值电压被检测出时生成边沿(Edge)而生成解码信号(Vdecode)。
解码信号(Vdecode)为数字电压信号，所以可由此将数字数据解码。例如，可根据解码信号(Vdecode)的周期的长度而对“1”或“0”进行解码。举出图示之例，可知解码信号(Vdecode)的第一个周期和第二个周期为第三个周期的2倍。因此，解码信号(Vdecode)的第一个周期和第二个周期被解码为“1”，第三个周期至第五个周期可被解码为“0”。这种解码方式是示例性的，显然可应用多样的解码技术。
图2中示出磁卡读卡器从磁性磁条执行解码的示例。另外，磁头210不仅可以由磁性磁条产生的磁场生成两端电压，而且还可以由无线通信天线生成的磁场生成两端电压。即，磁卡读卡器的磁头210可通过实现与无线通信天线的传输线圈之间的磁耦合而接收数据，例如接收卡编号数据。
图3为示出磁卡读卡器的磁头磁耦合于根据本发明的一实施例的无线通信天线的示例的图。
无线通信天线310可从驱动信号生成器330接收驱动信号的施加而形成磁场。磁头210可通过实现与由传输线圈311形成的磁场之间的磁耦合而接收数据。
并且，无线通信天线310可为了从驱动信号中去除噪波或变换驱动信号而包括滤波电路320。
图4为根据本发明的一实施例的可穿戴设备的分解立体图。
参考图4，可穿戴设备包括：壳体410、显示器420、电池430、无线通信天线440以及主基板450。
而且，作为一例，可穿戴设备可包括用于让用户穿戴的背带460，壳体410可包括显示器外壳411、电池壳体412以及主体413。
显示器420可布置于壳体410的正面，并可将电子信号视觉化而将视觉信息提供给用户。
并且，作为一例，可包括：触摸屏面板，用于从手指等接触物体获得触摸输入的施加。
电池430提供用于驱动可穿戴设备的电源。电池430可被安装于电池壳体412，并可通过无线功率充电方式得到充电。
无线通信天线430可从贴装于主基板450的驱动信号生成器330中获得驱动信号的施加而形成磁场。即，无线通信天线430可通过传输线圈辐射磁脉冲。
而且，所述传输线圈可以与具有接收线圈的无线信号接收装置实现磁耦合，从而以无线方式传输信息。在此，所述信息可以是磁条(Magnetic Stripe)数据。
图4中对无线通信天线440被贴装于主基板450与电池430之间的情形进行了图示，然而无线通信天线440的贴装位置也可以变更。
对所述无线通信天线430则在图6a至图10中更加详细地说明。
背带460可由两个构成并分别连接于主体。而且，在背带460由一个一体型形成的情况下，可具有包裹主体413的形态。
图5为表示根据本发明的一实施例的可穿戴设备的背面内部的立体图。
参考图4和图5，可穿戴设备可包括无线功率接收线圈470。作为一例，无线功率接收线圈可布置于可穿戴设备的主体413的背面与主基板450之间。
并且，无线功率接收线圈470可在用于接收无线功率的背面的相反侧包括屏蔽片。所述屏蔽片可由布置于无线功率接收线圈的一个表面的磁性片构成，或者可通过涂布铁素体或导电性粉末而形成。
配备这种屏蔽片，以用于有效地形成无线功率的磁路，并实现磁场对电池的影响的最小化。
然而，屏蔽片可以缩小无线通信天线440形成的磁场的辐射范围。因此，对于采用这种屏蔽片的可穿戴设备而言，包括螺线管线圈的无线通信天线可能在辐射特性方面有利，比起螺旋(Spiral)线圈，该螺线管线圈更具有朝可穿戴设备的侧面方的辐射方向。
图6a为根据本发明的一实施例的无线通信天线的正面图，图6b为根据本发明的一实施例的无线通信天线的背面图，图6c为图6a的Ⅰ-Ⅰ'剖面图。
参考图6a和6b，根据本发明的一实施例的无线通信天线包括第一基板601、第二基板602、磁性体603。
第一基板601布置于磁性体603的第一表面，且包括彼此相隔的第一布线部610和第二布线部620。并且，第二基板602布置于磁性体603的第二表面，且包括彼此相隔的第三布线部630和第四布线部640。其中，所述第一基板601和第二基板602作为薄膜基板，例如可以是FPCB之类的柔性基板。然而，并不局限于此。
而且，在磁性体603的周围区域中，包括用于将所述第一基板601与所述第二基板602进行连接的多个导电性通路650。
如图所示，所述第一布线部至第四布线部610、620、630、640包括多个导电性图案。所述导电性图案构成线圈的一匝中的一部分。例如，第一布线部610的一个导电性图案可通过导电性通路而与第三布线部630的一个导电性图案连接，并借助于这样的连接而完成线圈的一匝。
如此，第一布线部610和第三布线部630通过多个导电性通路650得到连接，从而形成作为螺线管线圈的第一线圈部。
并且，第二布线部620和所述第四布线部640通过多个导电性通路650得到连接，从而形成作为螺线管线圈的第二线圈部。
而且，所述第一线圈部与所述第二线圈部可将未形成导电性图案的区域置于中间而相隔布置。即，在所述第一线圈部与第二线圈部之间可布置有相隔区域。并且，所述第一线圈部与第二线圈部可串联连接。
包括第一线圈部和所述第二线圈部的线圈部不像以往那样利用丝线(wire)形态的线圈，而是在薄基板上形成线圈图案而利用，因此可将线圈的厚度形成得极薄。
并且，所述第一线圈部和第二线圈部可形成沿相同的方向缠绕的两个螺线管线圈，因此可强化通过磁性体603的磁通。
磁性体603可通过层叠薄板的磁性层而形成。
所述磁性层603作为软磁性合金，可以是具有非晶态(amorphous)结构或纳米结晶态结构的薄板的金属丝带。或者，磁性体603可由作为高透磁率物质的坡莫合金(permalloy)构成。
磁性体603构成第一线圈部和第二线圈部的线圈，并防止涡电流，而且将由所述第一线圈部和第二线圈部形成的磁场予以强化。
根据本发明的一实施例的无线通信天线可包括接触端子670和滤波电路680。
接触端子670是用于电连接主基板(图4)450与线圈部的构成要素，所述线圈部包括第一线圈部和第二线圈部。无线通信天线可通过接触端子670而获得驱动信号的施加。
滤波电路680可从驱动信号中去除噪波，或者将驱动信号进行变换。
参考图6c，无线通信天线包括：第一基板601，包含有由导电性图案形成的第二布线部620；第二基板602，包含有由导电性图案形成的第四布线部640，并且，在第一基板601与第二基板602之间包括磁性体603。即，磁性体603的上表面布置有第二布线部620，磁性体的下表面布置有第四布线部640。
即，对于根据一例的无线通信天线而言，如果将磁性体603视为一个基板，则所述基板的上表面及下表面可形成多个导电性图案，而且可以包括用于将形成于所述上表面的导电性图案与形成于所述下表面的导电性图案连接的多个导电性通路。
另外，第一基板601或第二基板602可通过磁性体603及粘接片604而被贴附。粘接片604可由粘接胶带形成，而且可以通过在第一基板601、第二基板602或磁性体603的表面涂布粘合剂或者具有粘接性的树脂而形成。
导电性通路650将第二布线部620与第四布线部640进行连接，从而与第二布线部620、第四布线部640一起构成包围磁性体的螺线管形态的线圈。
如图所示，第一基板601上的一个导电性图案和第二基板602上的一个导电性图案通过两个导电性通路650得到连接，从而可以防止导电性图案之间的断线。
并且，无线通信天线可包括树脂层690，树脂层690可由具有绝缘性和粘接性的热固化树脂构成。
树脂层690可在磁性体603的外轮廓中布置于第一基板601与第二基板602之间。所述树脂层690在磁性体603周围的空余空间中支撑第一基板601和第二基板602，因此可以防止工艺中发生的断线、气泡流入等不良。
而且，导电性通路650可贯穿树脂层690而形成。
图7a为表示无线通信天线的辐射特性的一例的图，图7b为表示根据本发明的一实施例的无线通信天线的辐射特性的图。
如图7a所示，对于不具有相隔区域的无线通信天线710而言，在预定距离处诱发出低于作为可识别的两端电压(图2)Vhead的临界值的VTh的两端电压(Vhead)，因此可发现出现了不可识别区域，即出现了零区(Null Area；在表中表示为“1”)。这种零区使无线通信天线与无线接收装置的磁耦合变得困难，而且可能导致无线通信的可靠性降低。
如图7b所示，对于根据本发明的一实施例的无线通信天线720而言，两个线圈部彼此相隔而布置，因此可发现由相隔区域形成的磁场使所述零区最小化。
因此，根据本发明的一实施例的无线通信天线通过形成第一线圈部与第二线圈部所串联连接的两个螺线管线圈而强化磁通，并防止出现不可识别区域。据此，无线通信天线辐射的磁场的可识别范围扩大。
图8至图10为表示根据本发明的多样的实施例的无线通信天线的图。图8至图10示出正面图，然而后述的说明也同样适用于无线通信天线的背面。而且，参考图8至图10而说明的无线通信天线的示例无需与图6a至图6c的无线通信天线示例相互排斥。因此，将与如上所述的无线通信天线的相关说明重复的内容予以省略。
参考图8，根据本发明的一实施例的无线通信天线包括第一线圈部810、以及与第一线圈部810相隔的第二线圈部820。
第一线圈部810、第二线圈部820包括多个导电性图案，所述多个导电性图案可具有曲线形态。
并且，如图8所示，所述多个导电性图案可具有在螺线管线圈的轴方向1上朝外侧凸出的形态。
例如，多个导电性图案中的各个导电性图案的一部分可具有在螺线管线圈的轴方向1朝外侧凸出的半圆形态，所述多个导电性图案可形成为内径增加的半圆以预定间距排列的形态。
参考图9，根据本发明的一实施例的无线通信天线的第一基板901可具有易于被贴装在可穿戴设备的形状。
例如，第一基板901可具有圆形、椭圆、多边形的形状，并可以具有至少一局部凹陷或突出的部分。并且，用于实现线圈部与主基板450(图4)的电连接的接触端子970可布置于从第一基板901突出的引出部971的一端。
而且，作为两个螺线管线圈部的芯而发挥功能的磁性体903可具有朝向两个螺线管线圈部的两端扩展的突出部E。
磁性体903的形状可根据第一基板901的形状或者多个导电性图案的长度及排列而多样地变形。即，可具有圆形、椭圆、多边形的形状，并可具有至少一部分凹陷或突出的部分。
根据这样的磁性体903的形态变化，螺线管线圈所辐射的磁场的辐射方向及辐射范围可得到调节。
参考图10，根据本发明的一实施例的无线通信天线包括第一线圈部1010和第二线圈部1020，第一线圈部1010和第二线圈部1020可包括多样的长度的多个导电性图案。
例如，如图10所示，多个导电性图案可根据第一基板1001的形状而形成为如下的形态：构成圆的弦(chord)，并使长度增加或减小的图案得到排列。据此，作为两个螺线管线圈部的芯而发挥功能的磁性体1010的形状可具有扩展至第一基板901的边缘位置的形状。
并且，多个导电性通路1050可沿着磁性体1010的外轮廓中相邻于第一基板901的边缘位置的区域而形成。
而且，第一线圈部1010、第二线圈部1020可具有不同数量的导电性图案，相隔区域1060的布置可以变更。例如，如图10所示，当相隔区域1060的位置偏向无线通信天线的第二线圈部1020侧而布置时，第二线圈部1020所包含的导电性图案的数量可以少于第一线圈部1010所包含的导电性图案的数量。并且，当相隔区域1060的位置偏向无线通信天线的第二线圈部1020侧而布置时，第二线圈部1020所包含的导电性图案的宽度或排列间距可以小于第一线圈部1010所包含的导电性图案的宽度或排列间距。
以上说明的本发明并不局限于如前所述的实施例及附图，而是由权利要求书进行限定，本发明的构成可在不脱离本发明的技术思想的范围内被多样地变更、改造，这对于本发明所属的技术领域中具有基本知识的人员而言容易理解。

Claims (16)

1.一种无线通信天线，包括：
磁性体；
第一基板，布置于所述磁性体的第一表面，且包括彼此相隔的第一布线部和第二布线部；
第二基板，布置于所述磁性体的第二表面，且包括彼此相隔的第三布线部和第四布线部；以及
多个导电性通路，用于连接所述第一基板与所述第二基板，
其中，所述第一布线部和所述第三布线部形成第一线圈部，所述第二布线部和所述第四布线部形成第二线圈部。
2.如权利要求1所述的无线通信天线，其中，所述第一线圈部和第二线圈部形成串联连接的两个螺线管线圈。
3.如权利要求1所述的无线通信天线，其中，所述磁性体层叠有薄板的磁性层。
4.如权利要求1所述的无线通信天线，其中，所述第一布线部至第四布线部中的至少一个包括导电性图案，该导电性图案为曲线形态。
5.如权利要求1所述的无线通信天线，其中，所述第一布线部至第四布线部中的至少一个包括导电性图案，该导电性图案在线圈的轴方向上朝外侧凸出。
6.一种可穿戴设备用无线通信天线，包括：
两个螺线管线圈部，被串联连接成具有朝可穿戴设备的侧面的辐射方向，
其中，所述两个螺线管线圈部彼此相隔，以实现不可识别区域的产生的最小化。
7.如权利要求6所述的可穿戴设备用无线通信天线，其中，所述两个螺线管线圈部分别包括：
多个导电性图案，形成于基板的上表面及下表面；以及
导电性通路，用于将形成于所述上表面的导电性图案与形成于所述下表面的导电性图案连接。
8.如权利要求7所述的可穿戴设备用无线通信天线，其特征在于，所述多个导电性图案具有在所述两个螺线管线圈部的轴方向上朝外侧凸出的形态。
9.如权利要求7所述的可穿戴设备用无线通信天线，其中，基板具有圆形的形状，以使贴装到可穿戴设备的操作容易，所述多个导电性图案具有多个长度。
10.如权利要求7所述的可穿戴设备用无线通信天线，其特征在于，所述两个螺线管线圈部具有互不相同的数量的导电性图案。
11.一种可穿戴设备，包括：
壳体，具有正面和背面；
显示器，布置于所述正面；
电池，用于提供电源；以及
无线通信天线，
其中，所述无线通信天线包括：
磁性体，层叠有薄膜磁性层；以及
线圈部，以所述磁性体构成芯的方式形成，
其中，所述线圈部包括：
第一线圈部；以及
第二线圈部，与所述第一线圈部相隔。
12.如权利要求11所述的可穿戴设备，其中，所述第一线圈部和第二线圈部形成串联连接的两个螺线管线圈。
13.如权利要求11所述的可穿戴设备，其中，所述电池借助于布置在所述背面的无线电力接收线圈而被补充电力。
14.如权利要求11所述的可穿戴设备，其中，
所述第一线圈部包括：
第一布线部，布置于所述磁性体的上表面；以及
第三布线部，布置于所述磁性体的下表面，
所述第二线圈部包括：
第二布线部，布置于所述磁性体的上表面；以及
第四布线部，布置于所述磁性体的下表面。
15.如权利要求14所述的可穿戴设备，其中，所述第一布线部至第四布线部中的至少一个包括导电性图案，该导电性图案具有曲线形态。
16.如权利要求11所述的可穿戴设备，其中，所述无线通信天线辐射磁脉冲，该磁脉冲包含磁条数据。
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