CN110890615B - 无源电子终端及其天线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种无源电子终端及其天线模块。该天线模块包括：一线路板，其具有相对的一第一表面和一第二表面；一通讯线圈，其是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上并能够形成一通讯传输通道；以及一能量线圈，其包含有一第一部分和一第二部分，其中该第一部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上，该第二部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第二表面上，且该第一部分与该第二部分彼此连接并相对设置于该通讯线圈的外圈，该能量线圈能够形成一能量传输通道。本发明通过将能量线圈和通讯线圈彼此分开设置，可以使二者彼此独立工作且互不干扰，从而实现了有效能量的可靠输出，并大大增加了瞬间能量传输效率。

Description

无源电子终端及其天线模块
技术领域
本发明涉及一种天线结构，特别是涉及一种无源电子终端及其天线模块。
背景技术
随着无线技术的发展，基于NFC(Near Field Communication，NFC，近场通讯)技术的产品及应用也得到了飞速发展，尤其是在公交、门禁、移动支付、身份识别、航空包裹和行李识别、邮件分选、仓储以及电子防伪等领域得到广泛应用。但是，目前基于NFC技术的天线模块，其一般是通过一个普通线圈来接收一NFC设备的NFC信号，并通过此线圈同时实现能量转换和数据通讯(例如包括但不限于加密双向认证等)。换言之，现有的天线模块中，其使用一个线圈并使之既作为通讯传输通道使用，又作为能量传输通道使用。此种天线模块不仅天线功率较小，而且不能可靠地输出有效能量。
另外，目前应用NFC技术大部分用来做支付或是通信，且绝大部分还是以电池供电为主，不仅不环保，而且存在使用年限短，产品体积大、重量重、成本高，碎片化，电量不足时，更换麻烦、人工维护成本高等缺点。
而目前NFC技术应用于无源电子终端领域还属于空白市场，其中电子锁市场的发展较快，无钥匙带来便捷体验已越来越受大众欢迎，但目前的电子锁也一般均是使用电池供电或外部电源供电方式，有些号称低功耗或无源的电子锁还需要内部小电池供电或外部接触式供电来完成工作，也即，仍处于初级阶段。
因此，如何提供一种可靠的天线结构来解决现有技术所面临的问题，实为本领域急需解决的课题。
发明内容
针对上述现有技术的一个或多个缺陷，本发明的目的在于提供一种无源电子终端及其天线模块，可以在进行数据传输的同时，也可以实现有效能量的可靠输出，并大大增加了瞬间能量传输效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种天线模块，其特点在于，包括：一线路板，其具有相对的一第一表面和一第二表面；一通讯线圈，其是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上并能够形成一通讯传输通道；以及一能量线圈，其包含有一第一部分和一第二部分，其中该第一部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上，该第二部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第二表面上，且该第一部分与该第二部分彼此连接并相对设置于该通讯线圈的外圈，该能量线圈能够形成一能量传输通道。
在本发明的一实施例中，该能量线圈是从该第一表面的第一起点位置自内向外呈螺旋状地旋转第一匝数以形成该第一部分，且该第一部分通过连接过孔之后在该第二表面向该第一起点位置方向呈螺旋状地旋转第二匝数，并最终在邻近该第一起点位置的汇合位置汇合以形成该第二部分。
在本发明的一实施例中，该能量线圈的该第一部分通过对应位于该第一起点位置的第一过孔之后在该线路板的该第二表面上还进一步延伸形成有第一能量线圈引臂，该能量线圈的该第二部分还在该汇合位置进一步延伸形成有第二能量线圈引臂。
在本发明的一实施例中，该通讯线圈是从该第一表面的第二起点位置向第二终点位置呈螺旋状地旋转第三匝数而形成。
在本发明的一实施例中，该通讯线圈通过对应位于该第二起点位置和该第二终点位置的第二过孔之后在该线路板的该第二表面上还分别进一步延伸形成有第一通讯线圈引臂和第二通讯线圈引臂。
在本发明的一实施例中，该通讯线圈与该能量线圈的该第一部分彼此之间间隔一第一距离。
在本发明的一实施例中，所述的天线模块还包括：一NFC芯片，其是设置于该线路板上，并与该通讯线圈以及该能量线圈相连接，其中该NFC芯片能够通过该通讯线圈与一NFC设备相连接并形成该通讯传输通道用以进行数据通讯和加密双向认证，该NFC芯片还能够通过该能量线圈与该NFC设备相连接并形成该能量传输通道用以接收该NFC设备的NFC信号并转化为能量供给至一负载。
在本发明的一实施例中，所述天线模块还包括有设置于该线路板上的整流电路、控制电路以及驱动电路，其中：该整流电路，与该能量线圈相连接，用以将该能量线圈所接收到的能量进行整流并输出稳定的直流电能至该控制电路，以激活该控制电路工作并处于待机接受指令状态；该控制电路，与该整流电路相连接，用以接收该NFC芯片发出的指令并将该指令传送至该驱动电路；该驱动电路，与该控制电路相连接，用以接收自该控制电路传送的该指令并据此驱动一负载。
为了实现上述目的，本发明还提供一种无源电子终端，其特点在于，其具有如上所述的天线模块。
在本发明的另一实施例中，该无源电子终端为电子锁。
本发明通过将能量线圈和通讯线圈分开独立设置，并分别设置于线路板的两面上形成双面螺旋结构，可以使二者实行独立工作，并可使通讯线圈在进行数据传输的同时，也可通过能量线圈提供足够的能量给天线端的通信和控制电路及负载工作，形成一个完好的多任务闭环电路。而且，本发明通过将能量线圈设置在外圈，可以使得能量的有效输出功率增大，且经过精确计算后更可使得有效面积内传输效率最高。
本发明可以通过印制板生产便捷，成本低廉，可靠性一致性好，可大批量生产，广泛应用。并且，本发明还可无需额外的电池或电源供电，即通过天线模块接收的能量足够控制电路工作并有效驱动无源电子终端的负载电机，从而减小了终端产品体积和重量，降低了产品综合成本和后期人工维护换电费用，延长了产品使用寿命。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为本发明一较佳的天线模块的结构示意图，其中示出了天线模块的第一表面(即顶部表面)的结构；
图2示出了图1中的天线模块的第二表面的结构；
图3示出了本发明的无源电子终端通过本发明的天线模块与NFC设备进行能量传输的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
如图1～2所示，本发明的天线模块100包括有一线路板10、一通讯线圈20以及一能量线圈30。较佳地，还可以进一步内置有NFC芯片40。其中，该线路板10例如可为PCB板，其是具有相对的一第一表面(例如图1所示的顶部表面)11和一第二表面(例如图2所示的底部表面)12。该通讯线圈20是呈螺旋状地设置于该线路板10的第一表面11上并能够形成一通讯传输通道，其例如可包括但不限于进行高速的信息传输和双向加密认证等数据通讯。该能量线圈30包含有一第一部分30A和一第二部分30B，其中该第一部分30A是呈螺旋状地设置于该线路板10的第一表面11上，该第二部分30B是呈螺旋状地设置于该线路板10的第二表面12上，且该第一部分30A与该第二部分30B是彼此连接并相对设置于该通讯线圈20的外圈，该能量线圈30能够形成一能量传输通道，其例如可进行能量的接收、转换和传送等。该NFC芯片40是设置于该线路板10上，并与该通讯线圈20以及该能量线圈30相连接，其中，该NFC芯片40能够通过该通讯线圈20与一NFC设备200(如图3所示)相连接(例如通过NFC信号通讯连接)并形成该通讯传输通道用以进行数据通讯和加密双向认证，该NFC芯片40还能够通过该能量线圈30与该NFC设备200相连接(例如通过NFC信号通讯连接)并形成该能量传输通道用以接收该NFC设备200的NFC信号并转化为能量供给至一负载(例如包括但不局限于电子锁)。
在本发明中，较佳地，如图1～2所示，该能量线圈30可从该第一表面11的第一起点位置15自内向外呈螺旋状地旋转第一匝数以形成该第一部分30A，且该第一部分30A通过连接过孔17之后在该第二表面12向该第一起点位置15方向呈螺旋状地旋转第二匝数，并最终在邻近该第一起点位置15的汇合位置18汇合以形成该第二部分30B。更佳地，该能量线圈30的该第一部分30A通过对应位于该第一起点位置15的第一过孔之后在该线路板10的第二表面12上还进一步延伸形成有第一能量线圈引臂31，该能量线圈30的该第二部分30B还在该汇合位置18进一步延伸形成有第二能量线圈引臂32。
在本发明中，较佳地，如图1～2所示，该通讯线圈20是从该线路板10的第一表面11的第二起点位置14向第二终点位置16呈螺旋状地旋转第三匝数而形成。更佳地，该通讯线圈20通过对应位于该第二起点位置14和该第二终点位置16的第二过孔之后在该线路板10的第二表面12上还分别进一步延伸形成有第一通讯线圈引臂21和第二通讯线圈引臂22。
较佳地，在本发明中，该通讯线圈20可通过该第一通讯线圈引臂21和该第二通讯线圈引臂22与该NFC芯片40的第一电路部分42相连接，且该第一通讯线圈引臂21和该第二通讯线圈引臂22可进一步延伸至该NFC芯片40的FD端子和GND端子。而该能量线圈30可通过该第一能量线圈引臂31和该第二能量线圈引臂32与该NFC芯片40的第二电路部分43相连接，且该第一能量线圈引臂31和该第二能量线圈引臂32可进一步延伸至该NFC芯片40的AC1端子和AC2端子。如此即可将该通讯线圈20及该能量线圈30与该NFC芯片40相连接。
在本发明中，结合参考图3所示，该天线模块100还可包括有设置于该线路板10上的整流电路401、控制电路402以及驱动电路403。其中，该整流电路401是与该能量线圈30相连接，用以将该能量线圈30所接收到的能量进行整流并输出稳定的直流电能至该控制电路402，以激活该控制电路402工作并处于待机接受指令状态。该控制电路402是与该整流电路401相连接，用以接收该NFC芯片40发出的指令并将该指令传送至该驱动电路403。该驱动电路403与该控制电路402相连接，用以接收自该控制电路402传送的该指令并据此驱动一负载，例如电子锁。在本发明中，该NFC芯片40可为现有的芯片，其电路结构可包括但不局限于上述的整流电路401、控制电路402以及驱动电路403，这并不作为对本发明的限制。
如图3所示，其示出了本发明的无源电子终端300通过本发明的天线模块100与NFC设备200进行能量传输的结构。在本发明中，所述无源电子终端300例如可为但不局限于电子锁，其包括有如上所述的本发明的天线模块100，且该天线模块100包括有内置的NFC芯片40，以及还包括有但不限于整流电路401、控制电路402和驱动电路403。其中，当将内置有NFC功能的NFC设备(例如具有NFC芯片的移动终端，包括但不限于手机)200的NFC天线位置，靠近本发明的天线模块100后，NFC设备200的NFC芯片与天线模块100内置的NFC芯片开始相互通信检测数据，一旦寻到数据并解密成功，即与天线模块100进行双向通讯，同时天线模块100的能量线圈30吸收能量到一定的程度，经过整流电路401后，将稳压过后的能量(例如直流电能)提供给控制电路402，以激活控制电路402工作并处于待机接受指令状态。当NFC设备200通过软件控制发送指令，并与天线模块100进行双向加密认证成功后，天线模块100内置的NFC芯片接收到相关指令，并通过内部通信接口发送至控制电路402，将相关指令再传送至驱动电路403，以实现驱动负载工作和带载能力实现。
本发明的天线模块通过将能量线圈30和通讯线圈20分开独立设置，并分别设置于线路板10的两面上，从而可形成双面螺旋的天线结构，如此不仅可以使二者实行独立工作(例如通过能量线圈在外圈提供电能，通过通讯线圈在内圈进行数据通讯和加密双向认证)，更可使通讯线圈20在进行数据等通讯传输的同时，还能通过能量线圈30提供足够的能量给天线端的通信和控制电路及负载工作，从而形成一个完好的多任务闭环电路。而且，本发明通过将能量线圈30设置在外圈，可以使得能量的有效输出功率增大，且在经过精确计算后，更可使得有效面积内传输效率最高。换言之，本发明通过独设计全向360度的双面螺旋结构天线设计，不仅实现了能量的有效传输，更大大增加了瞬间能量传输效率。
并且，本发明通过天线模块接收的能量足够控制电路工作并有效驱动无源电子终端的负载电机，因此可以无需额外的电池或电源供电，从而减小了终端产品体积和重量，降低了产品综合成本和后期人工维护换电费用，延长了产品使用寿命。
本发明还可进一步通过内部算法优化匹配，使能量线圈30和通讯线圈20均工作在最佳状态，使瞬间能量传输和高速信息传输同时进行，实现了电子设备的可靠控制。
本发明通过将反向能量功率传输和近场加密认证通道分开，独立工作，互不干扰，同时改进优化了认证算法方式，可以将电子设备小型化，成本控制优化，以及特殊应用场合采用私密加密认证方式，抗干扰，抗屏蔽效果明显，得到市场普遍认可。并且，通过本发明的线圈设计方法，可根据电子设备应用进行灵活定制，不仅可使得天线尺寸小、瞬间能量传输快，转化效率高，生产便捷，成本低廉，更可广泛应用于各种电子设备、反向充电及无线充电，供电等应用。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种天线模块，其特征在于，该天线模块应用于无源电子终端并包括：
一线路板，其具有相对的一第一表面和一第二表面；
一通讯线圈，其是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上并能够形成一通讯传输通道；
一能量线圈，其包含有一第一部分和一第二部分，其中该第一部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第一表面上，该第二部分是呈螺旋状地设置于该线路板的该第二表面上，且该第一部分与该第二部分彼此连接并相对设置于该通讯线圈的外圈，该能量线圈能够形成一能量传输通道；以及
一NFC芯片，其是设置于该线路板的该第二表面上且位于该能量线圈的该第二部分的内侧，并与该通讯线圈以及该能量线圈相连接，其中该NFC芯片能够通过该通讯线圈与一NFC设备相连接并形成该通讯传输通道用以进行数据通讯和加密双向认证，该NFC芯片还能够通过该能量线圈与该NFC设备相连接并形成该能量传输通道用以接收该NFC设备的NFC信号并转化为能量供给至该无源电子终端的负载电机。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该能量线圈是从该第一表面的第一起点位置自内向外呈螺旋状地旋转第一匝数以形成该第一部分，且该第一部分通过连接过孔之后在该第二表面向该第一起点位置方向呈螺旋状地旋转第二匝数，并最终在邻近该第一起点位置的汇合位置汇合以形成该第二部分。
3.根据权利要求2所述的天线模块，其特征在于，该能量线圈的该第一部分通过对应位于该第一起点位置的第一过孔之后在该线路板的该第二表面上还进一步延伸形成有第一能量线圈引臂，该能量线圈的该第二部分还在该汇合位置进一步延伸形成有第二能量线圈引臂。
4.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该通讯线圈是从该第一表面的第二起点位置向第二终点位置呈螺旋状地旋转第三匝数而形成。
5.根据权利要求4所述的天线模块，其特征在于，该通讯线圈通过对应位于该第二起点位置和该第二终点位置的第二过孔之后在该线路板的该第二表面上还分别进一步延伸形成有第一通讯线圈引臂和第二通讯线圈引臂。
6.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该通讯线圈与该能量线圈的该第一部分彼此之间间隔一第一距离。
7.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，还包括有设置于该线路板上的整流电路、控制电路以及驱动电路，其中：
该整流电路，与该能量线圈相连接，用以将该能量线圈所接收到的能量进行整流并输出稳定的直流电能至该控制电路，以激活该控制电路工作并处于待机接受指令状态；
该控制电路，与该整流电路相连接，用以接收该NFC芯片发出的指令并将该指令传送至该驱动电路；
该驱动电路，与该控制电路相连接，用以接收自该控制电路传送的该指令并据此驱动一负载。
8.一种无源电子终端，其特征在于，其具有如权利要求1～7任一权利要求所述的天线模块。
9.根据权利要求8所述的无源电子终端，其特征在于，该无源电子终端为电子锁。
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