CN111864352B - 一种近场通信天线、电子设备、销售点终端及移动电话 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及NFC天线。一种近场通信天线，其包括导电平面以及在导电平面中的四个槽。

Description

一种近场通信天线、电子设备、销售点终端及移动电话
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年04月30日提交的欧洲专利申请号19171840.2的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子设备，并且更具体地涉及集成了近场通信(NFC)天线的设备。本公开更具体地涉及用于销售点(POS)和移动销售点(mPOS)应用的NFC天线。
背景技术
近场射频通信系统变得越来越普遍，特别是自从根据ISO 14443标准或NFC论坛开发近场通信技术以来。这种系统使用由设备(终端或读取器)的天线发射的射频电磁场来与另一个设备(卡或标签)通信。
通常需要NFC天线来应对挑战性环境。诸如减小的可用空间、用于NFC系统的有限的电源电压以及令人不安的环境电噪声的一些约束经常会降低这种天线的性能。
发明内容
需要改善现有近场通信天线的性能。
一个实施例解决了已知的近场通信天线的全部或一些缺点。
一个实施例提供了一种近场通信天线，包括：
导电平面；以及
在所述导电平面中的四个槽。
根据一个实施例，上述天线能够满足EMVCo标准。
根据一个实施例，所述四个槽具有在大约20mm和大约50mm之间，优选地在20mm和50mm之间的长度。
根据一个实施例，所述四个槽具有优选地约为40mm，优选地等于40mm的长度。
根据一个实施例，所述四个槽具有在大约1mm和大约3mm之间，优选地在1mm和3mm之间的宽度。
根据一个实施例，所述四个槽具有优选地约为1mm，优选地等于1mm的宽度。
根据一个实施例，所述四个槽形成边不邻接的正方形。
根据一个实施例，所述天线的所述四个槽以大约25mm的长度与所述正方形的中心等距。
根据一个实施例，所述四个槽通过在所述导电平面中的两个附加的内部槽接合在一起，所述内部槽彼此垂直并且形成以所述正方形的中心为中心的十字的臂。
根据一个实施例，上述天线还包括以所述正方形的中心为中心的孔。
根据一个实施例，所述四个槽通过四个附加的内部槽接合到所述孔。
根据一个实施例，所述内部槽中的一个内部槽延伸到所述导电平面的边缘。
一个实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括诸如上面描述的天线的天线。
一个实施例提供一种包括这种设备的销售点终端。
一个实施例提供了一种包括这种设备的移动电话。
根据一个实施例，所述孔面向所述移动电话的无线充电模块。
附图说明
将参考附图，在以下通过说明而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中详细描述上述特征和优点以及其他特征和优点，其中：
图1以框的形式示意性地示出了所描述的实施例适用的类型的近场通信系统的示例；
图2以框形式示意性地示出了近场非接触式支付终端的示例；
图3图示了NFC槽天线的一个实施例；
图4图示了NFC槽天线的另一实施例；以及
图5以框的形式示意性地示出了包括所描述的实施例适用的类型的NFC槽天线的移动电话的示例。
具体实施方式
在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记指定。特别地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以布置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅图示和详细描述了对于理解本文所描述的实施例有用的操作和元件。特别地，没有详细描述设备与外部之间的通信协议(电磁调制技术，无论它们安全的还是不安全)，所描述的实施例与生成和调制用于近场通信的射频信号的常规技术兼容。
除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；而当提及链接或耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接，或者它们可以经由一个或多个其他元件链接或耦合。
在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词(诸如，术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)，或提及相对位置修饰词(诸如，术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等)，或提及定向的修饰词(诸如，“水平”、“垂直”等)时，提及的是图中所示的定向。
除非另外指定，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和“约”表示在10％以内，优选在5％以内。
图1以框的形式示意性地示出了所描述的实施例所适用的类型的近场通信系统的示例。
近场通信(NFC)电路尤其可以在蜂窝电话1的类型的通信电子设备中找到。通常，配备NFC功能的蜂窝电话或智能电话不仅能够通过无线电话网络(例如GSM)或根据中距离射频协议(例如，Wi-Fi、蓝牙)进行通信，而且还可以根据例如ISO 14443或NFC论坛的标准，在近场(也被称为非接触模式)中以4厘米到5厘米的准接触进行通信。在下文中将参考NFC设备来指定集成了近场非接触通信功能的设备。
NFC设备(图1中的电话1)能够通过与另一个NFC设备3近场电磁耦合进行通信。该其他设备3(例如，终端(TERM))辐射磁场，该磁场旨在由电话的NFC电路捕获。尽管考虑了电话1和终端3(例如，非接触式支付终端)的情况，但是将描述的所有情况更一般地适用于其中电磁应答器或NFC设备检测由读取器或终端辐射的电磁场的任何系统。换句话说，实施例适用于两个NFC设备1和3能够通过近场电磁耦合进行通信的任何系统。
根据应用，对于通信，设备中的一个设备在所谓的读取器模式下操作，而其他设备在所谓的卡模式下操作，或者两个设备在对等模式(P2P)下通信。每个设备1、3包括各种电子电路，其中一个电路在NFC设备与外部之间形成近场通信接口或NFC接口。这种接口尤其在读取器模式下用于生成由天线发射的射频信号，并且在卡模式下用于解码所检测的射频信号。由设备中的一个设备生成的射频场被位于其范围内并且也包括天线的其他设备检测。
在智能电话类型的移动终端1的示例中，后者包括至少一个显示器12以及形成用户界面元素的元素14(按钮、按键、打印传感器、触摸屏、相机等)。
图2以框的形式示意性地示出了近场非接触式支付终端3的示例。
在图2的示例中，近场非接触式支付终端3能够通过与另一个NFC设备(例如，图1中的电话1、非接触式支付卡、NFC标签等)近场电磁耦合进行通信。终端3通常包括(以虚线表示)：
NFC控制器31或路由器；
匹配电路33或网络，能够过滤电磁干扰(EMI)；
天线5，能够接收或发射信号；以及
取决于所需应用的其他电路或组件，在图2中由框37表示。
终端3的近场操作通常基于与非接触式前端(CLF)相关联的NFC控制器31的使用。控制器31一方面与发射/接收天线5通信，另一方面与主机电路或主机处理器(在图2的示例中由框37表示)通信。例如，主机电路37能够在控制器/路由器31与由终端3托管的不同应用之间中继信息。
在这种应用中，有些是使用特定验证或控制电路的所谓的安全应用(与非安全应用相对)。这种安全应用然后全部或部分地由通常被称为安全元件(图2中未示出)的特定电路托管，该特定电路被提供有处理和/或密钥/代码/签名/等的存储电路，使得能够对安全操作或交易进行验证/处理/认证/等。例如，安全交易是支付操作(非接触式支付操作)、访问控制操作、应用或外围设备解锁操作等。
控制器31特别地包含路由表，该路由表根据所执行的应用，来定义射频非接触式前端与终端3的元件之间的参数和通信通道。这种路由表使主机电路37能够正确地向不同元件路由通信，并且使控制器31能够正确地传送从电路37接收的通信。在某些情况下，安全元件能够直接与控制器31通信，而不经过主机电路37。
通常，终端3的天线是由导线的环或线圈(未示出)组成的环形天线。环形天线的导线通常由铜或铝制成。这种类型的天线对周围环境发射的周围电磁噪声特别敏感。
诸如电话1(图1)的移动设备通常也包括环形天线。在移动设备1中，尽可能地嵌入最小的天线至关重要。此外，移动设备1的大部分具有金属外壳，并且还包含几个金属部件。由于在该金属外壳内部和/或在这些金属部件内部循环的涡流，这也降低了环形天线的性能。因此，通常需要高输出功率，以便补偿由涡流造成的损耗。在金属周围部件和/或外壳中循环的这些涡流通常会导致环形天线的低射频(RF)性能，从而降低了成功通过EMVCo认证测试的机会。
根据所公开的实施例，环形天线被槽天线5代替，槽天线5被配置成在NFC频率范围内操作。
图3图示了NFC槽天线5的实施例。
根据该实施例，NFC槽天线5包括导电平面51，其优选地由铜制成。在该平面51中，根据特定图案形成槽。在图3的实施例中：
四个外部槽531、532、533和534以形成正方形的方式布置，该正方形的边不相接或邻接；并且
两个内部槽551和552以形成十字形的方式布置，该十字形相对于上述正方形居中，其臂与四个外部槽531、532、533和534正交。
换句话说，两个内部槽551和552形成“平头十字”或“拐杖十字”的臂，在其四个末端中的每个末端处有外部槽531、532、533和534中的一个外部槽。
所有四个外部槽531、532、533和534不相交也不彼此接触。然而，两个内部槽551和552在由四个外部槽531、532、533和534形成的正方形的中心555中垂直相交。因此，内部槽551在两个平行的外部槽531和533的中间与其相交。此外，内部槽552在两个平行的外部槽532和534的中间与其相交。
根据图3的实施例，NFC槽天线5的导电平面51具有带圆化的拐角的矩形形状。由外部槽531、532、533和534以及内部槽551和552形成的平头十字形状更靠近平面51的两个窄边中的一个窄边(在图3中，顶侧/上侧511)，而不是更靠近平面51的其他窄边(在图3中，底侧/下侧513)。外部槽531和533优选地平行于平面51的两个窄边511、513。由四个外部槽531、532、533和534形成的正方形的中心555优选地与平面51的两个长边512、514等距。
内部槽中的一个(例如槽551)延伸到平面51的边缘，在该情况下，延伸到平面51的窄边511。换句话说，槽551部分地并且在纵向上将天线5的平面51分离或切割成两半。因此，槽551仅打开平面51的顶部窄边511，而不打开平面51的窄边513。两个接触拾取垫515(在槽551的每一侧上一个)被定位在靠近槽551打开平面51的窄边511的位置。
因此，内部槽551：
在一端，打开平面51的窄边511；并且
在另一端，打开外部槽533。
同时，内部槽552：
在一端，通常外部槽532；并且
在另一端，打开外部槽534。
根据图3的实施例的特定示例，NFC天线5的导电平面51具有：
约80mm的长度，优选等于80mm；以及
约58mm的宽度，优选等于58mm。
外部槽531、532、533和534优选地具有大的长宽比。在图3的实施例中，四个外部槽531、532、533和534具有：
在大约20mm和大约50mm之间的长度，优选地在20mm和50mm之间，优选地约40mm，优选地等于40mm；以及
在大约1mm和大约3mm之间的宽度，优选地在1mm和3mm之间，优选地约1mm，优选地等于1mm。
在图3的实施例中，外部槽531、532、533和534以大约25mm(优选地等于25mm)的距离与它们形成的正方形的中心555等距。
槽天线5可以在适于NFC应用的频率下操作，例如在约13.56MHz的频率下操作。
NFC槽天线(诸如图3中描绘的天线5)在机械上比环形天线强。NFC槽天线5的设计也导致更少的损耗。因此，NFC槽天线5可以以比操作环形天线所需的功率更低的输出功率来操作。
由于其特别的几何形状，与环形天线相比，它提供了扩展的导电面积，因此天线5还对通常用于标准EMVCo的测量测试台的天线(被称为EMVCo PICC天线)产生了有益的负载效果。该优点极大地改善了天线5对标准条件的满足，并且有利于EMVCo认证测试的方面。
此外，天线5的特征在于比环形天线低的品质因数，因此允许人们避免使用阻尼电阻器以便降低品质因数。通过简单地将外部槽531、532、533和534放置在特定位置，天线5还提供了一种根据所需的测试位置来容易地聚焦磁场的方式。
图4图示了NFC槽天线的另一实施例。
根据该优选实施例，NFC槽天线5还包括导电平面51，导电平面51优选地由铜制成。在该平面51中，根据特定图案形成几个槽和孔。在图4的实施例中：
四个外部槽531、532、533和534以形成正方形的方式布置，与图3的实施例中一样，该正方形的边不相接或不邻接；
圆形孔/环形孔517以上述正方形的中心555为中心；以及
四个内部槽561、562、563和564以使得四个外部槽531、532、533和534中的每个分别与孔517接合的方式布置。
所有四个外部槽531、532、533和534不相交也不彼此接触。四个内部槽561、562、563和564以这种方式布置，使得：
内部槽561在外部槽531的中间与外部槽531垂直地相交，并且内部槽561的一端打开孔517；
内部槽562的一端在外部槽532的中间与外部槽532垂直地相交，并且内部槽562的其他端打开孔517；
内部槽563的一端在外部槽533的中间与外部槽533垂直地相交，并且内部槽563的其他端打开孔517；以及
内部槽564的一端在外部槽534的中间与外部槽534垂直地相交，并且内部槽564的其他端打开孔517。
图4的天线5类似于图3的天线5，除了图4的天线5的特征为其导电平面51中的孔517。因此，通过穿过平面51制作在由四个外部槽531、532、533和534形成的正方形内部居中的孔517，可以容易地从图3的槽天线5获得/产生如图4中描绘的天线的NFC槽天线5。因此，可以以这种方式促进图4的NFC槽天线5的制作/制造。
根据图4的实施例，NFC槽天线5的导电平面51具有带圆化的拐角的矩形形状。由外部槽531、532、533和534形成的正方形(其中孔517以其中心555为中心)更靠近平面51的两个窄边中的一个窄边(在图4中，顶侧/上侧511)，而不是更靠近平面51的其他窄边(在图4中，底侧/下侧513)。外部槽531和533优选地平行于平面51的两个窄边511、513。由四个外部槽531、532、533和534形成的正方形的中心555优选地与平面51的两个长边512、514等距。值得注意的是，由四个外部槽531、532、533和534形成的上述正方形的中心555与平面51的圆孔517的中心重合。
内部槽中的一个(例如槽561)延伸到平面51的边缘，在该情况下，延伸到平面51的窄边511。换句话说，槽561部分地并且在纵向上将天线5的平面51分离或切割成两半。因此，槽561不仅打开平面51的顶部窄边511，而且还打开圆孔517。两个接触拾取垫515(在槽561的每一侧上一个)被定位在靠近槽561打开平面51的窄边511的位置。
内部槽562：
在一端，打开圆孔517；并且
在其他端，打开外部槽532。
内部槽563：
在一端，打开圆孔517；并且
在其他端，打开外部槽533。
内部槽564：
在一端，打开圆孔517；并且
在其他端，打开外部槽534。
根据图4的实施例的特定示例，NFC天线5的导电平面51具有：
约80mm的长度，优选等于80mm；以及
约58mm的宽度，优选等于58mm。
外部槽531、532、533和534优选地具有大的长宽比。在图4的实施例中，四个外部槽531、532、533和534具有：
在大约20mm和大约50mm之间的长度，优选地在20mm和50mm之间，优选地约40mm，优选地等于40mm；以及
在大约1mm和大约3mm之间的宽度，优选地在1mm和3mm之间，优选地约1mm，优选地等于1mm。
在图4的实施例中，外部槽531、532、533和534以大约25mm(优选地等于25mm)的距离与孔517的中心等距。
图4中描绘的槽天线5可以在适于NFC应用的频率下操作，例如在约13.56MHz的频率下操作。
NFC槽天线(诸如图4中描绘的天线5)在机械上比环形天线强。NFC槽天线5的设计也导致更少的损耗。因此，NFC槽天线5可以以比操作环形天线所需的功率更低的输出功率来操作。
由于其特别的几何形状，与环形天线相比，它提供了扩展的导电面积，因此天线5还对通常用于标准EMVCo的测量测试台的天线(被称为EMVCo PICC天线)产生了有益的负载效果。该优点极大地改善了天线5对标准条件的满足，并且有利于EMVCo认证测试的方面。
此外，天线5的特征在于比环形天线低的品质因数，因此允许人们避免使用阻尼电阻器以便降低品质因数。通过简单地将外部槽531、532、533和534放置在特定位置，天线5还提供了一种根据所需的测试位置来容易地聚焦磁场的方式。
图4中描绘的NFC槽天线5具有：
约140nH的并联电感；
约0.4Ω的并联电阻；以及
约5.8pF的寄生电容。
图5以框的形式示意性地示出了包括所描述的实施例适用的类型的NFC槽天线的移动电话的示例。
在图5中，智能电话(例如，图1中描绘的移动电话1)配备有NFC槽天线，诸如图4的天线5。在该示例中，天线5被安装在智能电话1的主板16(在图5中由虚线矩形表示)上。该主板还以无线/感应充电模块18(在图5中以阴影圈表示)为特征。
在图5中，布置天线5，使得在天线5的平面51内部的孔517面向无线充电模块18。孔517优选地面向无线充电模块18的天线。这允许无线充电模块18和NFC槽天线5两者与智能电话1的外部交换信号而不会互相干扰。此外，使用NFC槽天线5可以允许人们节省智能电话1内部的宝贵空间。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，NFC天线5的几何形状可以被调整以满足其他要求。例如，人们可以根据自己的需要调整槽531、532、533、534、551、552、561、562、563和564的尺寸和位置、孔517的半径和中心555的位置、平面51的整体尺寸等。在广义上，槽天线5的设计可以被调整以适合另一应用。
最后，基于上文提供的功能性描述，本文描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力之内。

Claims (12)

1.一种近场通信天线，包括：
导电平面；以及
在所述导电平面中的四个槽；
其中所述四个槽形成正方形，所述正方形的边不邻接；
其中所述四个槽通过在所述导电平面中的两个附加的内部槽而接合在一起，所述内部槽彼此垂直并且形成以所述正方形的中心为中心的十字的臂；并且
其中所述内部槽中的一个内部槽延伸到所述导电平面的边缘。
2.根据权利要求1所述的天线，能够满足EMVCo标准。
3.根据权利要求1所述的天线，其中所述四个槽具有在20mm的10％以内和50mm的10％以内之间的长度。
4.根据权利要求1所述的天线，其中所述四个槽具有40mm的10％以内的长度。
5.根据权利要求1所述的天线，其中所述四个槽具有在1mm的10％以内和3mm的10％以内之间的宽度。
6.根据权利要求1所述的天线，其中所述四个槽具有1mm的10％以内的宽度。
7.根据权利要求1所述的天线，其中所述天线的所述四个槽以25mm的10％以内的长度与所述正方形的中心等距。
8.一种近场通信天线，包括：
导电平面；以及
在所述导电平面中的四个槽；
其中所述四个槽形成正方形，所述正方形的边不邻接；
所述天线还包括以所述正方形的中心为中心的孔，
其中所述四个槽通过四个附加的内部槽接合到所述孔；并且
其中所述内部槽中的一个内部槽延伸到所述导电平面的边缘。
9.一种电子设备，包括根据权利要求1所述的天线。
10.一种销售点终端，包括根据权利要求9所述的设备。
11.一种移动电话，包括根据权利要求9所述的设备。
12.一种移动电话，包括根据权利要求8所述的天线，其中所述孔面向所述移动电话的无线充电模块。
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