CN112542680A - Nfc天线组件及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种NFC天线组件及电子设备，NFC天线组件包括：NFC驱动芯片；NFC天线辐射体，NFC天线辐射体与NFC驱动芯片连接；耦合件，耦合件位于NFC天线辐射体的辐射范围内，耦合件与NFC天线辐射体间隔，耦合件与NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体和耦合件的电流方向一致。根据本申请的NFC天线组件，通过在NFC天线辐射体的辐射范围内增加与NFC天线辐射体间隔开的耦合件，耦合件与NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体和耦合件的电流方向一致，可以有效的增强磁场强度，提升NFC天线组件性能。同时有利于减小NFC天线辐射体线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。另外，耦合件可独立加工，设计灵活方便，可按需要摆放在不同位置。

Description

NFC天线组件及电子设备
技术领域
本申请涉及NFC天线技术领域，尤其是涉及一种NFC天线组件及电子设备。
背景技术
相关技术中，NFC(Near Field Communication，简称NFC)天线已经越来越多地应用到手机等电子设备中。为了提高NFC天线的辐射强度，现有技术中主要是通过设置多圈线圈的方式来提高性能。，但是，多圈线圈的方式导致NFC天线的质量增加。
发明内容
本申请提出一种NFC天线组件，所述NFC天线组件磁场强度强，且有利于减小NFC天线辐射体线圈的数量。
本申请还提出一种电子设备，所述电子设备包括上述NFC天线组件。
根据本申请实施例的NFC天线组件，包括：NFC驱动芯片；NFC天线辐射体，所述NFC天线辐射体与所述NFC驱动芯片连接；耦合件，所述耦合件位于所述NFC天线辐射体的辐射范围内，所述耦合件与所述NFC天线辐射体间隔，所述耦合件与所述NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过所述NFC天线辐射体和所述耦合件的电流方向一致。
根据本申请实施例的NFC天线组件，通过在NFC天线辐射体的辐射范围内增加与NFC天线辐射体间隔开的耦合件，耦合件与NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体和耦合件的电流方向一致，可以有效的增强磁场强度，提升NFC天线组件性能，更有利于通过NFC认证。同时有利于减小NFC天线辐射体线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。另外，耦合件可独立加工，设计灵活方便，可按需要摆放在不同位置。
根据本申请实施例的电子设备，包括上述NFC天线组件。
根据本申请实施例的电子设备，通过在NFC天线辐射体的辐射范围内增加与NFC天线辐射体间隔开的耦合件，耦合件与NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体和耦合件的电流方向一致，可以有效的增强磁场强度，提升NFC天线组件性能，更有利于通过NFC认证。同时有利于减小NFC天线辐射体线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。另外，耦合件可独立加工，设计灵活方便，可按需要摆放在不同位置。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例的NFC天线组件的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的NFC天线组件磁场增强原理示意图；
图3是根据本申请实施例的NFC天线组件的电流分布示意图；
图4是根据本申请实施例的NFC天线组件距离NFC天线辐射体平面1cm高处的二维磁场分布示意图，其中a图未加金属件，b图加入了金属件；
图5是根据本申请另一个实施例的NFC天线组件的结构示意图；
图6是根据本申请再一个实施例的NFC天线组件的结构示意图；
图7是根据本申请一个实施例的NFC天线组件的金属件的结构示意图；
图8是根据本申请另一个实施例的NFC天线组件的金属件的结构示意图；
图9是根据本申请实施例的电子设备的立体图。
附图标记：
NFC天线组件10，
NFC驱动芯片1，
NFC天线辐射体2，
金属件3，第一段31，第二段32，第三段33，第四段34，连接部35，
电容4，
铁氧体5，第一侧a，第二侧b，
电子设备100。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述根据本申请实施例的NFC(Near Field Communication，简称NFC)天线组件10。
如图1所示，根据本申请实施例的NFC天线组件10，包括NFC驱动芯片1、NFC天线辐射体2和耦合件。
具体的，如图1所示，NFC天线辐射体2与NFC驱动芯片1连接，NFC天线辐射体2为环形，NFC天线辐射体2可以包括一圈或多圈线圈，NFC天线辐射体2可以形成在印刷电路板或电子设备100的壳体上。耦合件位于NFC天线辐射体2的辐射范围内，耦合件与NFC天线辐射体2间隔开，例如，耦合件可以位于NFC天线辐射体2的线圈的内侧或外侧，且与NFC天线辐射体2的线圈间隔开，耦合件与NFC天线辐射体2没有直流导通关系。
例如，在图1所示的示例中，耦合件位于NFC天线辐射体2的内侧。由此可以使得NFC天线组件10的结构更加紧凑合理，且可以使得磁场强度最强的区域大部分位于NFC天线辐射体2的线圈内，有利于增强刷卡区域内的磁场强度。
其中，耦合件与NFC天线辐射体2之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体2和耦合件的电流方向一致，可以使得NFC天线辐射体2电流产生的磁力线和耦合件上的耦合电流产生的磁力线方向相同，磁力线密度增加，磁场增强。
根据本申请实施例的NFC天线组件10，通过在NFC天线辐射体2的辐射范围内增加与NFC天线辐射体2间隔开的耦合件，耦合件与NFC天线辐射体2之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体2和耦合件的电流方向一致，可以有效的增强磁场强度，提升NFC天线组件10性能，更有利于通过NFC认证。同时有利于减小NFC天线辐射体2线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。另外，金属件3可独立加工，设计灵活方便，可按需要摆放在不同位置。
进一步地，耦合件包括金属件3和电容4，电容4的两端分别与金属件3的两端连接。金属件3相当于电感，电感和电容4串联可以产生谐振，从而可以在金属件3上耦合形成电流，且金属件3上耦合产生的电流方向与NFC天线辐射体2上的电流方向相同，可以使得NFC天线辐射体2电流产生的磁力线和金属件3上的耦合电流产生的磁力线方向相同，磁力线密度增加，磁场增强。其中金属件2可通过诸如印刷电路或其他电介质基板上的金属走线等实现。
可选地，金属件3为直线形或折线形，由此可以增加金属件3的结构的多样性。进一步地，当金属件3为折线形时，金属件3还可以为具有开口的环形，例如圆形环、椭圆形环或多边形环。当金属件3为具有开口的多边形环时，可以为矩形环。
其中，金属件3的开口位置相当于一个电容4，另外，在开口处设置一个电容4，电容4的两端分别与金属件3的开口的两端连接，该电容4与金属件3形成并联的两个电容，可以有效增加电容值。金属件3可以被NFC天线辐射体2耦合激励，金属件3上的电流方向(如图1中的箭头所示)与NFC天线辐射体2上的电流方向(如图1中的箭头所示)同向，开口处串联的电容4与金属件3的等效电感可以在13.56MHz形成串联谐振，从而增强NFC天线组件10的性能，进而增强刷卡区域内的磁场强度。
具体原理参考图2所示，NFC天线辐射体2加入串联电容4的金属件3后，NFC天线辐射体2电流产生的磁力线和金属件3上的耦合电流产生的磁力线方向相同，磁力线密度增加，磁场增强。
例如，在图1、图3和图4所示的示例中，NFC天线辐射体2为5cm×5cm的单个矩形线圈，金属件3与NFC天线辐射体2距离L为1.5mm，尺寸为2.6cm×1.55cm，串联电容4值为3.1nF。NFC天线组件10的电流分布如图3所示，NFC天线辐射体2电流与金属件3电流流向相同，图4为加入金属件3前后距离NFC天线辐射体2平面1cm高处的二维磁场分布，最大磁场强度分别为5.82A/m和82.9A/m，提升约15倍，且大于1A/m的覆盖区域更大，磁场增强效应明显。
综上，当NFC天线辐射体2的线圈圈数固定的情况下，加入串联电容4的金属件3可以增强NFC天线组件10的磁场强度，从而增加NFC天线组件10的性能。同时由于金属件3的谐振特性，其产生的磁场强度远大于两圈线圈的磁场，因此，在保证同等磁场强度的前提下，可以通过增加串联电容4的金属件3来减小NFC天线2线圈的圈数，从而减小整机的重量。
可选地，电容4采用高Q型号的电容4。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
进一步地，电容4的容值为C，C满足：0.5nF≤C≤10nF。例如，电容4的容值可以为1nF、3nF、5nF、7nF或9nF等。由此便于电容4与金属件3的等效电感在13.56MHz，便于增强NFC天线组件10的性能。
可选地，金属件3的外轮廓线所围成的面积为S，S满足：S≤1000mm2。由此，便于增强NFC天线组件10的性能。例如，金属件3的外轮廓线所围成的面积为950mm2、900mm2、850mm2、800mm2、750mm2、700mm2或650mm2等。
需要说明的是，当金属件3为矩形环形金属件3时，金属件3的外轮廓线所围成的面积为金属件3的外轮廓线所在的矩形的面积，当金属件3为圆形环形金属件3时，金属件3的外轮廓线所围成的面积为金属件3的外轮廓线所在的圆形的面积，当金属件3为其它形状时，金属件3的外轮廓线所围成的面积为金属件3的外轮廓线所在的形状的面积。当金属件2为不规则的开环形时，金属件3外轮廓线所围成的面积为金属件3开口处两端之间的连线与金属件所围成的面积，其中连线为直线。
如图1所示，金属件3与NFC天线辐射体2在NFC所在的平面内的最小距离为L，L≤2cm。可选地，金属件3与NFC天线辐射体2可以位于同一平面内，金属件3与NFC天线辐射体2也可以位于不同平面内。
可以理解的是，当金属件3与NFC天线辐射体2位于同一平面内时，金属件3与NFC天线辐射体2之间的最小距离即为金属件3与NFC天线辐射体2之间的最小距离；当金属件3与NFC天线辐射体2位于不同平面上时，金属件3与NFC天线辐射体2之间的最小距离即为金属件3在NFC天线辐射体2所在的平面内的投影与NFC天线辐射体2之间的最小距离。
由此，既可以避免NFC天线辐射体2与金属件3接触而发生短路，又可以使得NFC天线辐射体2更好的耦合激励金属件3，从而增强NFC天线组件10的性能。
可选地，如图5所示，金属件3为多个，且分别间隔地位于NFC天线辐射体2的辐射范围内。由此可以进一步增强磁场强度，提升NFC天线组件10性能，同时有利于减小NFC天线辐射体2线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。
进一步地，如图5所示，金属件3为具有开口的环形，多个金属件3依次环绕设置，相邻的两个金属件3间隔开，电容4为多个，多个电容4与多个金属件3一一对应连接。
在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
例如，在图5所示的示例中，金属件3为两个，两个金属件3依次环绕设置，其中一个金属件3套设在另一个金属件3的外部，且两个金属件3间隔开，为了满足空间需求，两个金属件3上的电容4分别设在两个金属件3相对的两侧。
需要说明的是，当金属件3为依次环绕的多个时，位于最外部的金属件3的外轮廓线所围成的面积为S，S满足：S≤1000mm2。
当然，本申请不限于此，如图6所示，金属件3为多个，多个金属件3沿NFC天线辐射体2的周向方向间隔设置，电容4为多个，多个电容4与多个金属件3一一对应连接。由此沿NFC天线辐射体2的线圈的周向方向均可以增加磁场强度，提高刷卡区域磁场强度的均匀性，提高刷卡区域刷卡的可靠性。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
例如，在图6所示的示例中，NFC天线辐射体2为单圈矩形环，金属件3为三个，三个金属件3均为矩形环，三个金属件3分别靠近NFC天线辐射体2的三个边设置，且三个金属件3均位于NFC天线辐射体2的内侧，由此可以更好地增强NFC天线辐射体2内侧的磁场强度，且可以增加磁场强度的均匀性。
如图1、图5和图6所示，金属件3位于同一平面内，可以理解的是，金属件3为平面结构。由此可以简化金属件3的结构。
当然，本申请不限于此，为了满足电子设备100内部零部件的排布需求，金属件3还可以为立体环结构。例如，如图7所示，NFC天线组件10还包括铁氧体5，铁氧体5具有相对的第一侧a(如图7所示的上侧)和第二侧b(如图7所示的下侧)，NFC天线辐射体2位于第一侧a，金属件3的部分位于第一侧a，金属件3的另一部分位于第二侧b。由此可以将金属件3上磁场与NFC天线辐射体2抵消的部分设在第二侧b，通过铁氧体5屏蔽位于第二侧b的金属件3产生的磁场，有利于增强NFC天线组件10的性能。
进一步地，如图7所示，金属件3包括相对的第一段31和第二段32、相对的第三段33和第四段34以及连接部35。具体的，第一段31和第二段32位于第一侧a，第三段33和第四段34位于第二侧b且与铁氧体5间隔开，连接部35为四个，连接部35均穿设在铁氧体5上，第一段31的两端分别通过连接部35与第三段33的一端和第四段34的一端连接，第二段32的两端分别通过连接部35与第三段33的另一端和第四段34的另一端连接，第一段31、第二段32、第三段33、第四段34和连接部35中的一个上串联电容4。由此可以简化金属件3的结构，且可以增加NFC天线组件10的性能。
其中，第一段31和第二段32可以平行，第三段33和第四段34可以平行，连接部35与第一段31至第四段34均垂直，金属件3为矩形立体环。
可选地，第一段31与连接部35，第二段32与连接部35，第三段33与连接部35，第四段34与连接部35均可以通过螺钉、弹片、导电泡棉、导电硅胶等电连接结构实现连接。
当然，本申请不限于此，如图8所示，金属件3还可以包括第一段31、第二段32和连接部35。具体的，第一段31位于第一侧a，第二段32设在第二侧b，连接部35为两个，连接部35均穿设在铁氧体5上，第一段31的两端分别通过连接部35与第二段32的两端连接，第一段31、第二段32和连接部35中的一个上串联电容4。由此可以简化金属件3的结构。其中，第一段31和第二段32可以平行，连接部35与第一段31和第二段32可以垂直。
可选地，第一段31与连接部35，第二段32与连接部35，均可以通过螺钉、弹片、导电泡棉、导电硅胶等电连接结构实现连接。
根据本申请实施例的电子设备100，包括上述NFC天线组件10。NFC天线组件10可以设在电子设备100的壳体内。
根据本申请实施例的电子设备100，通过在NFC天线辐射体2的辐射范围内增加与NFC天线辐射体2间隔开的耦合件，耦合件与NFC天线辐射体2之间可相互耦合以使通过NFC天线辐射体2和耦合件的电流方向一致，可以有效的增强磁场强度，提升NFC天线组件10性能，更有利于通过NFC认证。同时有利于减小NFC天线辐射体2线圈的圈数，从而有利于减轻整机的重量。另外，金属件3可独立加工，设计灵活方便，可按需要摆放在不同位置。
示例性的，电子设备100可以为移动或便携式并执行无线通信的各种类型的计算机系统设备中的任何一种(图9中只示例性的示出了一种形态)。具体地，电子设备100可以为移动电话或智能电话(例如，基于iPhone TM，基于Android TM的电话)，便携式游戏设备(例如Nintendo DS TM，PlayStation Portable TM，Gameboy Advance TM，iPhone TM)、膝上型电脑、PDA、便携式互联网设备、音乐播放器以及数据存储设备，其他手持设备以及诸如手表、入耳式耳机、吊坠、头戴式耳机等，电子设备100还可以为其他的可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜、电子衣服、电子手镯、电子项链、电子纹身、电子设备100或智能手表的头戴式设备(HMD))。
电子设备100还可以是多个电子设备100中的任何一个，多个电子设备100包括但不限于蜂窝电话、智能电话、其他无线通信设备、个人数字助理、音频播放器、其他媒体播放器、音乐记录器、录像机、照相机、其他媒体记录器、收音机、医疗设备、车辆运输仪器、计算器、可编程遥控器、寻呼机、膝上型计算机、台式计算机、打印机、上网本电脑、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、运动图像专家组(MPEG-1或MPEG-2)音频层(MP3)播放器，便携式医疗设备以及数码相机及其组合。
在一些情况下，电子设备100可以执行多种功能(例如，播放音乐，显示视频，存储图片以及接收和发送电话呼叫)。如果需要，电子设备100可以是诸如蜂窝电话、媒体播放器、其他手持设备、腕表设备、吊坠设备、听筒设备或其他紧凑型便携式设备的便携式设备。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种NFC天线组件，其特征在于，包括：
NFC驱动芯片；
NFC天线辐射体，所述NFC天线辐射体与所述NFC驱动芯片连接；
耦合件，所述耦合件位于所述NFC天线辐射体的辐射范围内，所述耦合件与所述NFC天线辐射体间隔，所述耦合件与所述NFC天线辐射体之间可相互耦合以使通过所述NFC天线辐射体和所述耦合件的电流方向一致。
2.根据权利要求1所述的NFC天线组件，其特征在于，所述耦合件包括：
金属件：
电容，所述电容的两端分别与所述金属件的两端连接。
3.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述电容的容值为C，所述C满足：0.5nF≤C≤10nF。
4.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件为直线形或折线形。
5.根据权利要求4所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件为具有开口的环形，所述金属件的外轮廓线所围成的面积为S，所述S满足：S≤1000mm2。
6.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件与所述NFC天线辐射体在所述NFC所在的平面内的最小距离为L，所述L≤2cm。
7.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件为多个，且分别间隔地位于所述NFC天线辐射体的辐射范围内。
8.根据权利要求7所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件为具有开口的环形，多个所述金属件依次环绕设置，相邻的两个所述金属件间隔开，所述电容为多个，多个所述电容与多个所述金属件一一对应连接。
9.根据权利要求7所述的NFC天线组件，其特征在于，多个所述金属件沿所述NFC天线辐射体的周向方向间隔设置，所述电容为多个，多个所述电容与多个所述金属件一一对应连接。
10.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件位于同一平面内。
11.根据权利要求2所述的NFC天线组件，其特征在于，所述NFC天线组件还包括铁氧体，所述铁氧体具有相对的第一侧和第二侧，所述NFC天线辐射体位于所述第一侧，所述金属件的部分位于所述第一侧，所述金属件的另一部分位于所述第二侧。
12.根据权利要求11所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件包括：
相对的第一段和第二段，所述第一段和所述第二段位于所述第一侧；
相对的第三段和第四段，所述第三段和所述第四段位于所述第二侧且与所述铁氧体间隔开；
连接部，所述连接部为四个，所述连接部均穿设在所述铁氧体上，所述第一段的两端分别通过所述连接部与所述第三段的一端和所述第四段的一端连接，所述第二段的两端分别通过所述连接部与所述第三段的另一端和所述第四段的另一端连接，所述第一段、所述第二段、所述第三段、所述第四段和所述连接部中的一个上串联所述电容。
13.根据权利要求11所述的NFC天线组件，其特征在于，所述金属件包括：
第一段，所述第一段位于所述第一侧；
第二段，所述第二段设在所述第二侧；
连接部，所述连接部为两个，所述连接部均穿设在所述铁氧体上，所述第一段的两端分别通过所述连接部与所述第二段的两端连接，所述第一段、所述第二段和所述连接部中的一个上串联所述电容。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的NFC天线组件，其特征在于，所述耦合件位于所述NFC天线辐射体的内侧。
15.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1-14中任一项所述的NFC天线组件。
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