CN110581362A - 一种线圈天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种线圈天线，涉及无线通信技术领域，为解决现有技术中无法提高磁场均匀度的问题而发明。本申请主要包括：电路板以及设置于所述电路板的导线；所述导线包括第一线圈及第二线圈；所述第一线圈设置在电路板的第一线路层，所述第二线圈设置所述电路板的第二线路层，所述第一线路层与所述第二线路层通过第一绝缘层相隔离；在垂直于所述第一绝缘层的方向，所述第一线圈与所述第二线圈的绕线方向相同且存在交叠区域；所述第一线圈的一端为第一输入端，第一线圈的另一端通过设置在所述第一绝缘层的第一金属过孔与所述第二线圈的一端耦接，所述第二线圈的另一端为第一输出端。本申请主要用于无线通信的过程中。

Description

一种线圈天线
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种线圈天线。
背景技术
NFC(Near Field Communication，近场通信)天线，是一种近场耦合天线，允许电子设备之间进行非接触式点对点传输交换数据，其频带宽度为13.56Mhz，其耦合方式为线圈耦合。通过线圈天线耦合实现能量传递进而实现信息传输，由一方线圈天线通过电流生产磁场，通过另一方线圈天线耦合到磁场能量转变成电场进而形成电压变化实现信息的传递。
现有技术中，天线采用供电线圈天线和增强线圈天线双线圈构成，其中，供电线圈包括第1线圈部和第2线圈部，供电线圈天线配置在增强线圈天线的环绕边的一部分附近，以使得从第1线圈部的端部辐射出的磁通通过线圈导体正上方的增强线圈，并绕回第2线圈不的端部而形成闭环，从而与增强线圈天线进行耦合。因此能够提高供电线圈天线与增强线圈天线之间的耦合度，以提高通信特性。
如果线圈面积和线圈电流都相同，上述技术方案与单线圈相比，虽然能够增加磁场强度，但是由于各个线圈都是独立设置，因此各个线圈均会各自产生独立的磁场，从而可能会出现磁场均匀度较差的情况，影响通信成功率。
发明内容
本申请提供了一种线圈天线，以解决现有技术中无法提高磁场均匀程度的问题。
第一方面，本申请提供了一种线圈天线，包括：
电路板以及设置于所述电路板的导线；
所述导线包括第一线圈及第二线圈；
所述第一线圈设置在电路板的第一线路层，所述第二线圈设置所述电路板的第二线路层，所述第一线路层与所述第二线路层通过第一绝缘层相隔离；
在垂直于所述第一绝缘层的方向，所述第一线圈与所述第二线圈的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第一线圈的一端为第一输入端，所述第一线圈的另一端通过设置在所述第一绝缘层的第一金属过孔与所述第二线圈的一端耦接，所述第二线圈的另一端为第一输出端。
进一步地，所述导线还包括第三线圈；
所述第三线圈设置在所述第一线路层；
在垂直于所述第一绝缘层的方向，所述第三线圈与所述第二线圈的绕线方向相同并存在交叠区域，且所述第三线圈与所述第一线圈不存在交叠区域；
所述第三线圈的一端为第二输出端，所述第三线圈的另一端与所述第二线圈的第一输出端通过设置在第一绝缘层的第二金属过孔耦接。
进一步地，所述导线还包括第四线圈；
所述第四线圈设置在电路板的第三线路层，所述第三线路层与所述第二线路层通过第二绝缘层相隔离；
在垂直于所述第二绝缘层的方向，所述第四线圈与所述第二线圈的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第四线圈的一端为第三输出端，所述第四线圈的另一端通过设置在第二绝缘层的第三金属过孔与所述第二线圈的第一输出端耦接。
进一步地，在垂直于所述第二绝缘层的方向，所述第四线圈与所述第一线圈存在交叠区域。
进一步地，所述导线为铜质导线。
进一步地，所述输入端连接电源正极，所述输出端连接电源负极。
进一步地，所述电路板为柔性电路板PFC。
进一步地，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈的绕线圈数相同，且所述绕线圈数大于1。
第二方面，本申请还提供了一种终端，包括：处理器；与所述处理器连接的存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；与所述处理器连接的天线，所述天线被配置为上述线圈天线。
由上述技术方案可知，本申请提供的一种线圈天线，包括电路板以及设置于电路板的导线，导线包括第一线圈和第二线圈，且两个线圈的重叠部分相当于虚拟线圈，第一线圈、第二线圈和虚拟线圈的绕线方向相同。如果为第一线圈和第二线圈通电，那么第一线圈、第二线圈以及虚拟线圈的电流流向相同，同为顺时针或者逆时针。当线圈天线工作时，第一线圈、第二线圈和虚拟线圈能够产生相同方向的磁场，提高天线的磁场均匀度，减少天线磁场的盲区，提高通信成功率。同时，第一线圈和第二线圈把线圈天线磁场分为磁场覆盖区和磁场重叠区，在磁场重叠区的磁场强度较强，能够保证接收仪器信号弱时也能够成功通信。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种线圈天线的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种第一线圈与第一绝缘层的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种第二线圈与第一绝缘层的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种第一金属过孔与第一绝缘层的位置关系示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种线圈天线的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种第二线圈、第四线圈与第二绝缘层的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种具有多匝线圈的线圈天线的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种调整电路的示意图。
附图说明：1-第一绝缘层，2-第一线圈，3-第二线圈，4-第一金属过孔，5-第一输入端，6-第一输出端，7-第三线圈，8-第二金属过孔，9-第二输出端，10-第四线圈，11-第二绝缘层，12-第三金属过孔，13-第三输出端。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参见图1-4，本申请提供了一种线圈天线，包括：
电路板以及设置于所述电路板的导线；
所述导线包括第一线圈2及第二线圈3；
所述第一线圈2设置在电路板的第一线路层，所述第二线圈3设置所述电路板的第二线路层，所述第一线路层与所述第二线路层通过第一绝缘层1相隔离；
在垂直于所述第一绝缘层1的方向，所述第一线圈2与所述第二线圈3的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第一线圈2的一端为第一输入端5，第一线圈2的另一端通过设置在所述第一绝缘层1的第一金属过孔4与所述第二线圈3的一端耦接，所述第二线圈3的另一端为第一输出端6。
因为通电线圈能够生成磁场实现无线通信，所以本申请中以能够通电的线圈作为线圈天线。线圈天线包括电路板及设置于电路板的导线。电路板可称为印刷线路板或印刷电路板，包括硬性电路板PCB和柔性电路板FPC。FPC是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。电路板包括第一线路层、第二线路层和第一绝缘层1。导线中的第一线圈2设置在第一线路层，第二线圈3设置在第二线路层。第一线圈2的绕线方向是从第一输入端5到第一金属过孔4的环绕方向，第二线圈3的环绕方向是指从第一金属过孔4到第一输出端6的环绕方向。为增加天线的无线通信的有效通信范围，第一线圈2和第二线圈3可以沿电路板的边沿铺设。第一线圈2和第二线圈3的交叠区域，是磁场增强区，根据实际需求确定交叠区域的大小。在本申请中第一线圈2与第二线圈3是首尾连接的，在线圈天线使用时又需要为第一线圈2与第二线圈3通电，为了保证第一线圈2和第二线圈3内都有电流，所以第一线圈2和第二线圈3是不完全闭合的。
进一步地，所述导线还包括第三线圈7；
所述第三线圈7设置在所述第一线路层；
在垂直于所述第一绝缘层1的方向，所述第三线圈7与所述第二线圈3的绕线方向相同并存在交叠区域，且所述第三线圈7与所述第一线圈2不存在交叠区域；
所述第三线圈7的一端为第二输出端9，所述第三线圈7的另一端与所述第二线圈3的第一输出端6通过设置在第一绝缘层1的第二金属过孔8耦接。
如图5所示，第三线圈7与第一线圈2都设置在第一线路层上，第三线圈7与第二线圈3连接。第一线圈2、第二线圈3和第三线圈7的绕线方向相同，也就是三个线圈形成的磁场方向相同。第二线圈3和第三线圈7的交叠区域也能够形成磁场增强区，能够增加磁场增强区的面积，进而增加无线通信的有效通信空间。与第一线圈2和第二线圈3类似，第三线圈7也是不完全闭合的。第三线圈7的环绕方向是从第二金属过孔8至第二输出端9的方向。
进一步地，所述导线还包括第四线圈10；
所述第四线圈10设置在电路板的第三线路层，所述第三线路层与所述第二线路层通过第二绝缘层11相隔离；
在垂直于所述第二绝缘层11的方向，所述第四线圈10与所述第二线圈3的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第四线圈10的一端为第二输出端9，所述第四线圈10的另一端通过设置在第二绝缘层11的第三金属过孔12与所述第二线圈3的第一输出端6耦接。
如图6所示，如果电路板设置第三线路层和第二绝缘层11，第四线圈10可以设置在第三线路层上。第一线圈2、第二线圈3和第四线圈10分别设置在不同的线路层上，每个线圈的大小不受其他线圈的影响。同样的第四线圈10与第二线圈3的绕线方向相同，第一线圈2、第二线圈3和第四线圈10产生的磁场方向相同。第二线圈3与第四线圈10之间的交叠区域能够形成磁场增强区，能够增加磁场增强区的面积，进而增加无线通信的有效通信空间。第四线圈10的环绕方向是从第三金属过孔12至第二输出端9的方向。
进一步地，在垂直于所述第二绝缘层11的方向，所述第四线圈10与所述第一线圈2存在交叠区域。
如果设置在第三线路层上的第四线圈10与第一线圈2存在交叠区域，则又形成一个磁场增强区。如果在垂直于第二绝缘层11的方向，第一线圈2、第二线圈3和第四线圈10存在共同交叠区域，则该交叠区域所在对应的磁场强度最强，保证接收仪器信号较弱时也能成功通信。
进一步地，所述导线为铜质导线。
在电路板上通常以铜作为导线材料。除了用铜质导线，通常在电路板上，将闲置空间作为基准面，用固体铜填充，能够减小地线阻抗，提高抗干扰能力，降低压降，提高电源效率，还与电线相连接，减小环路面积。
进一步地，将电源正极连接所述第一输入端5，将电源负极连接所述第一输出端6，所述第二输出端9，或所述第三输出端13。
在第一输入端5连接电源正极，第一输出端6连接电源负极，使得在第一线圈2和第二线圈3内形成通电回路，或者在第一线圈2、第二线圈3和第三线圈7内形成通电回路，或者在第一线圈2、第二线圈3和第四线圈10内形成通电回路，而后在通电回路的影响下生成磁场，为无线通信提供磁场环境。
进一步地，所述电路板为柔性电路板PFC。
FPC是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。PFC具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。如果本申请中的电路板为PFC，则通电线圈将电磁集中在一定区域，降低空间传递消耗，从而提高电能转换效率。
进一步地，所述第一线圈2、所述第二线圈3、所述第三线圈7和所述第四线圈10的绕线圈数相同，且所述绕线圈数大于1。
如图7所示，以第一线圈2和第二线圈3的绕线圈数为3，展示了第一线圈2与第二线圈3的关系。在天线调整过程中，根据整个设备环境仿真天线。由于设备环境中不同芯片谐振频率不同，对第一线圈2、第二线圈3、第三线圈7和第四线圈10的绕线圈数，线圈大小，线圈宽度，不同圈数之间的宽度，均根据实际需求设置，不做限定。如果直接调整天线不能满足天线实际需求，则根据如图8所示的调整电路，继续调整，以满足芯片要求，实现芯片最大能力输出，同时满足等效电感值在[1μH,2μH]范围内，等效串联电阻的阻值在(0,1Ω]范围内，高品质因数值在[15,+∞)范围内。如果通过调整电路依然不能满足要求，再重新微调天线，细调电路匹配，达到最大能量输出。
本申请还提供了一种终端，包括：处理器；与所述处理器连接的存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；与所述处理器连接的天线，所述天线被配置为上述线圈天线。该终端可以用于公交、地铁的刷卡设备，也可以用于手机等移动设备。
由上述技术方案可知，本申请提供的一种线圈天线，包括电路板以及设置于电路板的导线，导线包括第一线圈2和第二线圈3，且两个线圈的重叠部分相当于虚拟线圈，第一线圈2、第二线圈3和虚拟线圈的绕线方向相同。如果为第一线圈2和第二线圈3通电，那么第一线圈2、第二线圈3以及虚拟线圈的电流流向相同，同为顺时针或者逆时针。当线圈天线工作时，第一线圈2、第二线圈3和虚拟线圈能够产生相同方向的磁场，提高天线的磁场均匀度，减少天线磁场的盲区，提高通信成功率。同时，第一线圈和第二线圈把线圈天线磁场分为磁场覆盖区和磁场重叠区，在磁场重叠区的磁场强度较强，能够保证接收仪器信号弱时也能够成功通信。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种线圈天线，其特征在于，包括：电路板以及设置于所述电路板的导线；
所述导线包括第一线圈(2)及第二线圈(3)；
所述第一线圈(2)设置在电路板的第一线路层，所述第二线圈(3)设置所述电路板的第二线路层，所述第一线路层与所述第二线路层通过第一绝缘层(1)相隔离；
在垂直于所述第一绝缘层(1)的方向，所述第一线圈(2)与所述第二线圈(3)的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第一线圈(2)的一端为第一输入端(5)，所述第一线圈(2)的另一端通过设置在所述第一绝缘层(1)的第一金属过孔(4)与所述第二线圈(3)的一端耦接，所述第二线圈(3)的另一端为第一输出端(6)。
2.如权利要求1所述线圈天线，其特征在于，
所述导线还包括第三线圈(7)；
所述第三线圈(7)设置在所述第一线路层；
在垂直于所述第一绝缘层(1)的方向，所述第三线圈(7)与所述第二线圈(3)的绕线方向相同并存在交叠区域，且所述第三线圈(7)与所述第一线圈(2)不存在交叠区域；
所述第三线圈(7)的一端为第二输出端(9)，所述第三线圈(7)的另一端与所述第二线圈(3)的第一输出端(6)通过设置在第一绝缘层(1)的第二金属过孔(8)耦接。
3.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，
所述导线还包括第四线圈(10)；
所述第四线圈(10)设置在电路板的第三线路层，所述第三线路层与所述第二线路层通过第二绝缘层(11)相隔离；
在垂直于所述第二绝缘层(11)的方向，所述第四线圈(10)与所述第二线圈(3)的绕线方向相同且存在交叠区域；
所述第四线圈(10)的一端为第三输出端(13)，所述第四线圈(10)的另一端通过设置在第二绝缘层(11)的第三金属过孔(12)与所述第二线圈(3)的第一输出端(6)耦接。
4.如权利要求3所述的线圈天线，其特征在于，
在垂直于所述第二绝缘层(11)的方向，所述第四线圈(10)与所述第一线圈(2)存在交叠区域。
5.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，所述导线为铜质导线。
6.如权利要求1-5任一项所述的线圈天线，其特征在于，将电源正极连接所述第一输入端(5)，将电源负极连接所述第一输出端(6)，所述第二输出端(9)，或所述第三输出端(13)。
7.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，所述电路板为柔性电路板PFC。
8.如权利要求2或3所述的线圈天线，其特征在于，所述第一线圈(2)、所述第二线圈(3)、所述第三线圈(7)和所述第四线圈(10)的绕线圈数相同，且所述绕线圈数大于1。
9.一种终端，其特征在于，包括：
处理器；
与所述处理器连接的存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
与所述处理器连接的天线，所述天线被配置为如权利要求1-8任一项所述线圈天线。
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