CN116960607A - 电子设备及其天线模组 - Google Patents

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CN116960607A CN202210412701.0A CN202210412701A CN116960607A CN 116960607 A CN116960607 A CN 116960607A CN 202210412701 A CN202210412701 A CN 202210412701A CN 116960607 A CN116960607 A CN 116960607A
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magnetic
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Abstract

本申请主要是涉及电子设备及其天线模组，天线模组包括第一磁性片、第一线圈、第二线圈和第二磁性片，第一线圈与第一磁性片层叠设置，第二线圈环绕第一线圈，第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数，在第一线圈与第一磁性片层叠设置的层叠方向上，第二线圈被第二磁性片部分覆盖。本申请通过第二磁性片盖住第二线圈的一部分，以改变第二线圈产生的磁场的分布，使得第二线圈产生的磁场的最强点偏离原本的位置，并减少穿过第一线圈的磁通量，以减小第二线圈与第一线圈之间的耦合系数，从而降低第一线圈及其相关结构在第二线圈工作时被烧坏的风险，或者降低第二线圈及其相关结构在第一线圈工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组的可靠性。

Description

电子设备及其天线模组
技术领域
本申请涉及电子设备的技术领域，具体是涉及电子设备及其天线模组。
背景技术
随着电子设备的不断普及，电子设备已经成为人们日常生活中不可或缺的社交、娱乐工具，人们对于电子设备的要求也越来越高。以手机这类电子设备为例，其中搭载近场通信(Near Field Communication,NFC)模块、无线充电模块的比例越来越大，以满足用户的日常使用需求。
发明内容
本申请实施例提供了一种天线模组，天线模组包括第一磁性片、第一线圈、第二线圈和第二磁性片，第一线圈与第一磁性片层叠设置，第二线圈环绕第一线圈，第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数，在第一线圈与第一磁性片层叠设置的层叠方向上，第二线圈被第二磁性片部分覆盖。
本申请实施例提供了一种电子设备，电子设备包括显示模组、壳体和上述实施例所述的天线模组，壳体与显示模组连接，天线模组位于显示模组与壳体之间；其中，壳体、第一线圈、第一磁性片和显示模组在层叠方向上依次排布。
本申请的有益效果是：本申请提供的天线模组通过第二磁性片盖住第二线圈的一部分，以改变第二线圈产生的磁场的分布，使得第二线圈产生的磁场的最强点偏离原本的位置，并减少穿过第一线圈的磁通量，以减小第二线圈与第一线圈之间的耦合系数，从而降低第一线圈及其相关结构在第二线圈工作时被烧坏的风险，或者降低第二线圈及其相关结构在第一线圈工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的电子设备一实施例的分解结构示意图；
图2是本申请提供的天线模组一实施例的俯视结构示意图；
图3是本申请提供的天线模组一实施例的俯视结构示意图；
图4是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图；
图5是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图；
图6是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图；
图7是本申请提供的天线模组各种实施例的俯视结构示意图；
图8是图2中天线模组在水平面上的磁场分布示意图；
图9是图2中天线模组在竖直面上的磁场分布示意图；
图10是图3中天线模组在水平面上的磁场分布示意图；
图11是图3中天线模组在竖直面上的磁场分布示意图；
图12是图2和图3中天线模组的耦合系数与频率之间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
参阅图1及图2，图1是本申请提供的电子设备一实施例的分解结构示意图，图2是本申请提供的天线模组一实施例的俯视结构示意图。
本申请中，电子设备10可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等便携装置。其中，本实施例以电子设备10为手机为例进行示例性的说明。
结合图1，电子设备10可以包括显示模组11、壳体12和天线模组13，壳体12与显示模组11连接，天线模组13位于显示模组11与壳体12之间，例如天线模组13位于显示模组11朝向壳体12的一侧。其中，壳体12可以包括中框121和后盖122，显示模组11和后盖122可以分别设置在中框121的相对两侧，并可以通过卡接、胶接、焊接、螺纹连接等组装方式中的一种或其组合与中框121组装连接，以形成显示模组11与后盖122一同夹持中框121的基本结构。此时，天线模组13可以位于中框121背离显示模组11的一侧。进一步地，电子设备10还可以包括电池14、主板15、摄像头模组16等结构件，以使得电子设备10能够实现相应的功能。其中，显示模组11、天线模组13、摄像头模组16等结构件可以通过柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit,FPC)分别与电池14、主板15等电性连接，以使得他们能够得到电池14的电能供应，并能够在主板15的控制下执行相应的指令。
结合图2，天线模组13可以包括第一磁性片131、第一线圈132和第二线圈133，第一线圈132与第一磁性片131层叠设置，例如第一线圈132位于第一磁性片131的一侧且沿第一线圈132的卷绕中心轴所在方向的正投影落在第一磁性片131上，第二线圈133环绕第一线圈132。其中，第二线圈133的卷绕中心轴与第一线圈132的卷绕中心轴可以重合，也即两者可以同心放置，以在天线模组13应用于电子设备10时，节省电子设备10的内部空间。进一步地，当天线模组13应用于电子设备10时，壳体12(具体可以为后盖122)、第一线圈132、第一磁性片131和显示模组11在第一线圈132与第一磁性片131层叠设置的层叠方向上依次排布，也即第一线圈132相较于第一磁性片131更远离显示模组11，以使得天线模组13的磁场分布更多地聚焦于后盖122一侧，进而增加电子设备10与其他设备传输信息和/或能量的效率，并避免天线模组13工作时干扰电子设备10内部的其他电子元件。进一步地，第一线圈132可以用于满足电子设备10以无线的方式与其他设备传输能量的需求，例如对电子设备10进行无线充电或者对其他设备进行反向无线充电；第二线圈133可以用于满足电子设备10与其他设备传输信息的需求，例如基于近场通信、射频标签(Radio FrequencyIdentification,RFID)、磁性安全传输(Magnetic Secure Transmissions,MST)等技术实现信息传输。其中，第二线圈133的匝数可以小于第一线圈132的匝数。基于此，本实施例以第一线圈132用作无线充电天线，第二线圈133用作近场通信天线为例进行示例性的说明。
然而，本申请的发明人在长期的研发工作中发现：结合图2，第一线圈132与第二线圈133之间的耦合系数较高，使得两者之间耦合作用较强，导致两者在各自的工作状态下相互干扰，尤其是在第一线圈132与第二线圈133同心设置的实施例中。例如：由于第一线圈132在Qi充电标准下的工作频率一般为100-205kHz，第二线圈133的工作频率一般为13.56MHz，且第一线圈132和第二线圈133都置于第一磁性片131上，导致第一线圈132的匝数一般要远多于第二线圈133的匝数。此时，第一磁性片131、第一线圈132和第二线圈133可以构成一变压器。其中，当第二线圈133工作时，因变压器的升压效应，发射信号会被升压放大，导致第一线圈132可能产生一个较大的感应电动势，从而有烧坏第一线圈132及其相关结构的风险。类似地，当第一线圈132工作时，第二线圈133及其相关结构也存在烧坏的风险。因此，有必要降低第一线圈132与第二线圈133之间的耦合系数，减少第一线圈132与第二线圈133之间的能量传递，以改善两者在各自的工作状态下相互干扰，保证线圈及其相关结构的可靠性。
共同参阅图3至图6，图3是本申请提供的天线模组一实施例的俯视结构示意图，图4是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图，图5是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图，图6是本申请提供的天线模组一实施例的截面结构示意图。需要说明的是：为了便于描述，相较于图2，图3至图6中第一线圈、第二线圈及其他相关结构均进行了简化，例如第一线圈简化为一环状结构，第二线圈简化为一框状结构。
与上述实施例的主要区别在于：本实施例中，结合图3，天线模组13还可以包括第二磁性片134，在第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向上，第二线圈133被第二磁性片134部分覆盖。换言之，对于电子设备10而言，若揭开壳体12(具体可以为后盖122)，可以看到第二线圈133被第二磁性片134部分覆盖；也即对于天线模组13而言，在第一线圈132背离第一磁性片131的一侧沿天线模组13的厚度方向(也即第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的参考方向)观察，可以看到第二线圈133被第二磁性片134部分覆盖。作为示例性地，第二线圈133可以包括未被第二磁性片134覆盖的第一布线部1331和被第二磁性片134覆盖的第二布线部1332，也即在第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向上，第一布线部1331外露，第二布线部1332(例如图3中虚线所示的区域)被第二磁性片134覆盖。其中，第一布线部1331外露，使得第二线圈133产生的磁场能够向其背离第一磁性片131的一侧辐射，以满足第二线圈133的工作需求，进而允许电子设备10通过第二线圈133与其他设备传输信息；而第二布线部1332被第二磁性片134覆盖，主要是改变第二线圈133产生的磁场的分布，使得第二线圈133产生的磁场的最强点偏离原本的位置，并减少穿过第一线圈132的磁通量，以减小第二线圈133与第一线圈132之间的耦合系数，从而降低第一线圈132及其相关结构在第二线圈133工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。例如：对于图2所述的天线模组13，其在水平面和竖直面上的磁场分布可以分别如图8和图9所示；而对于图3所述的天线模组13，其在水平面和竖直面上的磁场分布可以分别如图10和图11所示。显然，不论是磁场分布，还是磁场最强点的位置，图3所述的天线模组13与图2所示的均不相同。进一步地，对于图2所述的天线模组13，在天线模组13的某一截面上，第二线圈133通电时其在任意一时刻的电流方向会反向，且第二线圈133又位于第一磁性片131的同一侧，使得第二线圈133所产生的磁场在第一磁性片131内反向；而对于图3所述的天线模组13，在天线模组13的某一截面上，第二线圈133通电时其在任意一时刻的电流方向同样会反向，但第二线圈133部分被第二磁性片134覆盖，使得第二线圈133(例如第二布线部1332及与其相对的第一布线部1331)所产生的磁场在第一磁性片131和第二磁性片134内同向。再例如：在第二磁性片134的导磁作用下，第二布线部1332产生的磁场难以(或者较少)穿过第一线圈132，使得第二线圈133产生的磁场穿过第一线圈132的磁通量得以减少。当然，由于第二线圈133部分被第二磁性片134覆盖，同样也可以在一定程度上降低第二线圈133及其相关结构在第一线圈132工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。
作为示例性地，第二磁性片134与第一磁性片131连接，例如两者为一体结构件，以便于导磁。其中，第二磁性片134与第一磁性片131可以构成“Z字型”结构，例如由一磁性片弯折两次形成。进一步地，第一磁性片131和第二磁性片134的相对磁导率可以分别为800，图12中曲线_1可以表示图2所示的天线模组13的耦合系数与频率之间的关系曲线，而图12中曲线_2可以表示图3所示的天线模组13的耦合系数与频率之间的关系曲线。显然，曲线_2位于曲线_1的“下方”，意味着图3所示的天线模组13的耦合系数较图2所示的天线模组13的耦合系数更小。具体而言，图2所示的天线模组13在100kHz和13.56MHz下的耦合系数分别对应三角形标记2和三角形标记1，其大小分别为0.189和0.295；而图3所示的天线模组13在100kHz和13.56MHz下的耦合系数分别对应三角形标记4和三角形标记3，其大小分别为0.119和0.201。显然，在100kHz和13.56MHz下的耦合系数均下降约30％以上。
在一些实施例中，结合图4，第二磁性片134沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向(例如图4中箭头所示的方向)的正投影至少部分落在第一磁性片131上，以减小第二磁性片134与第一磁性片131之间的磁阻，有利于阻碍第二线圈133在第二布线部1332处产生的磁场经由第二磁性片134与第一磁性片131之间的缝隙朝向第一线圈132泄漏，进而减少穿过第一线圈132的磁通量。进一步地，第二线圈133部分夹设在第一磁性片131与第二磁性片134之间，例如第二布线部1332夹设在第一磁性片131与第二磁性片134之间，以使得第二线圈133在第二布线部1332处产生的磁场更多地聚集在第一磁性片131与第二磁性片134之间，这样不仅减少穿过第一线圈132的磁通量，还减小第二线圈133工作时对电子设备10内部的其他电子元件的干扰。
类似地，第一布线部1331沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向(例如图4中箭头所示的方向)的正投影可以落在第一磁性片131上，以使得第二线圈133在第一布线部1331处产生的磁场更多地聚集在第一磁性片131朝向第一线圈132的一侧，进而更好地满足第二线圈133的工作需求，并减小第二线圈133工作时对电子设备10内部的其他电子元件的干扰。
作为示例性地，天线模组13还可以包括基体135，第一线圈132和第二线圈133可以分别螺旋地形成在基体135的同一侧，第一磁性片131也可以形成在基体135上。例如：第一磁性片131涂布或者胶接在基体135的一侧，第一线圈132和第二线圈133胶接在第一磁性片131上。此时，第二磁性片134可以覆盖第二线圈133的一部分以外露另一部分，例如第二磁性片134胶接在第一磁性片131上并覆盖第二布线部1332而外露第一布线部1331。换言之，基于图2所示的天线模组13，本实施例通过第二磁性片134覆盖第二线圈133的一部分并外露另一部分，即可在满足第二线圈133的工作需求的情况下减小第二线圈133与第一线圈132之间的耦合系数，从而降低第一线圈132及其相关结构在第二线圈133工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。除此之外，天线模组13的结构简单，制作成本低。
在其他一些实施例中，结合图5，第一布线部1331与第一线圈132可以位于第一磁性片131的同一侧且沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影落在第一磁性片131上，以满足第二线圈133的工作需求，并减小第二线圈133工作时对电子设备10内部的其他电子元件的干扰。进一步地，第二磁性片134与第一磁性片131共面，例如第一磁性片131和第二磁性片134为一体结构件。此时，第一磁性片131与第二磁性片134之间可以设有供第二线圈133穿过的过孔，也即第二线圈133经由一体结构的磁性片上开设的过孔由一体结构的磁性片的一侧延伸至另一侧，以使得第一布线部1331和第二布线部1332分别位于一体结构的磁性片的相背两侧，同样能够阻碍第二线圈133在第二布线部1332处产生的磁场朝向第一线圈132传播，进而减少穿过第一线圈132的磁通量。
作为示例性地，第一磁性片131和第二磁性片134可以作为一体结构件形成在基体135的一侧，例如基体135的一侧涂布或者胶接一磁性片。其中，基体135上设有贯穿基体135的过孔，前述过孔对应于第一磁性片131和第二磁性片134之间的结合处，并进一步贯穿前述结合处，也即基体和一体结构件的磁性片在预设位置设有贯穿基体和一体结构件的磁性片的过孔。此时，第一线圈132可以胶接在一体结构件的磁性片上，并可以具体对应于第一磁性片131；第二线圈133可以一部分胶接在一体结构件的磁性片上，并经由前述过孔延伸，使得另一部分胶接在基体135背离一体结构件的磁性片的另一侧上。例如：第一布线部1331胶接在一体结构件的磁性片上，第二布线部1332胶接在基体135背离一体结构件的磁性片的另一侧上。换言之，基于图2所示的天线模组13，本实施例通过在基体135上开设过孔，使得第二线圈133原本与第一线圈132位于基体135同一侧的一部分经由前述过孔延伸至基体135背离第一线圈132的另一侧，即可在满足第二线圈133的工作需求的情况下减小第二线圈133与第一线圈132之间的耦合系数，从而降低第一线圈132及其相关结构在第二线圈133工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。除此之外，天线模组13的结构简单，制作成本低。
在其他又一些实施例中，结合图6，第二磁性片134沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影可以不落在第一磁性片131上，例如第二磁性片134沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影与第一磁性片131沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影可以彼此错开。此时，第二磁性片134与第一磁性片131在第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向上可以间隔设置，以便于设置第一磁性片131和第二磁性片134。进一步地，天线模组13还可以包括连接第一磁性片131和第二磁性片134的第三磁性片136，第三磁性片136可以用于密封第一磁性片131和第二磁性片134之间的间隙，以减小第二磁性片134与第一磁性片131之间的磁阻，有利于阻碍第二线圈133在第二布线部1332处产生的磁场经由第二磁性片134与第一磁性片131之间的缝隙朝向第一线圈132泄漏，进而减少穿过第一线圈132的磁通量。其中，第一磁性片131、第二磁性片134和第三磁性片136可以为一体结构件。
类似地，第一布线部1331沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影可以落在第一磁性片131上，以使得第二线圈133在第一布线部1331处产生的磁场更多地聚集在第一磁性片131朝向第一线圈132的一侧，进而更好地满足第二线圈133的工作需求，并减小第二线圈133工作时对电子设备10内部的其他电子元件的干扰。
需要说明的是：本申请中，第一磁性片131、第二磁性片134和第三磁性片136可以由具有一定的磁导率且易于形成磁路径的材料形成，例如铁氧体、纳米晶体磁性材料、非晶磁性材料、硅钢板等。
作为示例性地，第一磁性片131和第二磁性片134可以分别涂布或者胶接在基体135的相背两侧，两者沿第一线圈132与第一磁性片133层叠设置的层叠方向的正投影可以彼此错开。其中，基体135上可以设有贯穿基体135的过孔，前述过孔位于第一磁性片131和第二磁性片134之间。此时，第一线圈132可以胶接在第一磁性片131上；第二线圈133可以一部分胶接在第二磁性片134上，并经由前述过孔延伸，使得另一部分胶接在第一磁性片131上。例如：第一布线部1331胶接在第一磁性片131上，第二布线部1332胶接在第二磁性片134上。进一步地，第三磁性片136填充在前述过孔内，以连接第一磁性片131和第二磁性片134。换言之，基于图2所示的天线模组13，本实施例通过将原本位于基体135一侧的磁性片拆分一部分至另一侧，以形成位于基体135相背两侧的第一磁性片131和第二磁性片134，并在基体135上开设过孔，使得第二线圈133原本位于第一磁性片131上的一部分经由前述过孔延伸至位于基体135背离第一磁性片131的另一侧的第二磁性片134上，即可在满足第二线圈133的工作需求的情况下减小第二线圈133与第一线圈132之间的耦合系数，从而降低第一线圈132及其相关结构在第二线圈133工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。除此之外，天线模组13的结构简单，制作成本低。
参阅图7，图7是本申请提供的天线模组各种实施例的俯视结构示意图。
与上述实施例的主要区别在于：本实施例中，结合图7，第二线圈133可以呈矩形设置，当然也可以呈圆形设置；第一线圈132可以呈矩形或者圆形设置。其中，第二布线部1332可以对应第二线圈133的两条边，例如图7中(a)所示的相邻两边或者图7中(b)所示的相对两边；或者三条边，例如7中(c)所示。相较于图3中第二布线部1332对应第二线圈133的一条边，也即第二磁性片134盖住第二线圈133的一条边，本实施例通过第二磁性片134盖住第二线圈133的两条边或者三条边，以在兼顾第二线圈133的工作需求的情况下，不仅改变第二线圈133产生的磁场的分布，使得第二线圈133产生的磁场的最强点偏离原本的位置，还进一步减少穿过第一线圈132的磁通量，以减小第二线圈133与第一线圈132之间的耦合系数，从而降低第一线圈132及其相关结构在第二线圈133工作时被烧坏的风险，进而增加天线模组13的可靠性。
以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种天线模组，其特征在于，所述天线模组包括第一磁性片、第一线圈、第二线圈和第二磁性片，所述第一线圈与所述第一磁性片层叠设置，所述第二线圈环绕所述第一线圈，所述第二线圈的匝数小于所述第一线圈的匝数，在所述第一线圈与所述第一磁性片层叠设置的层叠方向上，所述第二线圈被所述第二磁性片部分覆盖。
2.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述第二磁性片与所述第一磁性片连接。
3.根据权利要求2所述的天线模组，其特征在于，所述第一磁性片和所述第二磁性片为一体结构件。
4.根据权利要求2所述的天线模组，其特征在于，所述第二磁性片沿所述层叠方向的正投影不落在所述第一磁性片上，所述天线模组还包括连接所述第一磁性片和所述第二磁性片的第三磁性片。
5.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述第二磁性片沿所述层叠方向的正投影至少部分落在所述第一磁性片上。
6.根据权利要求5所述的天线模组，其特征在于，所述第一磁性片、所述第二线圈与所述第二磁性片在所述层叠方向上依次设置。
7.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述第二线圈包括未被所述第二磁性片覆盖的第一布线部和被所述第二磁性片覆盖的第二布线部，所述第一布线部与所述第一线圈位于所述第一磁性片的同一侧且沿所述层叠方向的正投影落在所述第一磁性片上。
8.根据权利要求7所述的天线模组，其特征在于，所述第二磁性片与所述第一磁性片共面。
9.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述第二线圈呈矩形设置，所述第二布线部对应所述第二线圈的一条边、两条边或者三条边。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括显示模组、壳体和权利要求1-9任一项所述的天线模组，所述壳体与所述显示模组连接，所述天线模组位于所述显示模组与所述壳体之间；其中，所述壳体、所述第一线圈、所述第一磁性片和所述显示模组在所述层叠方向上依次排布。
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