CN202121065U - 一种近场通信天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于天线领域，公开了一种近场通信天线，包括：具有承载面的绝缘基板、设置在承载面上的线路层，所述线路层包括第一金属线、第二金属线、第三金属线、第一馈点和第二馈点；所述第一金属线形成至少一圈线圈并形成电感器，所述电感器的两端连接第一馈点和第二馈点；所述第二金属线连接第一馈点，第三金属线连接第二馈点，所述第二金属线和第三金属线形成电容器。本实用新型天线本身设置有线路层，并且线路层中的金属线可以按照需求形成电容器和电感器，方便修改这些电容器和电感器的值，并且制造成本低，开发周期短。

Description

一种近场通信天线

技术领域

本实用新型属于天线领域，具体涉及一种近场通讯天线。

背景技术

近场通讯(NFC，Near Field Communication)，是一种利用电磁感应收发电磁波实现电子设备之间的近距离无线通讯技术，并由此催生了近场支付功能的手机等电子设备。它在很大程度上改变人们使用一些日常生活设备的方式，特别是使用信用卡、钥匙和现金的方式。

在很多国家，人们利用无接触芯片卡(如电子钱包)来实现近距离识别、支付、及信息交换等。该卡内具有与天线相连的芯片或电子模块，该芯片中具有存储区和微处理器，此外还有一些电容器，这些电容器决定了与芯片相联系的输入电容。图1是现有技术近场通信天线LC并联谐振等效电路，LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频由电感和电容组成。谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻性质，并达到最大值，回路的谐振频率计算公式为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{}\mathrm{LC}}$

当该电容与天线的电感满足谐振条件时，便获得天线与芯片间的最佳耦合。

现有技术对近场通讯天线结构利用不足，导致产品成本较高等问题，一般设计者均将电容和电感等匹配电路做到主板上，由于主板结构复杂，若在主板上直接修改匹配电路，一方面会导致主板很多的关联器件重新调整，尤其在主板定型后再修改主板结构就非常繁琐，另一方面，由于修改了匹配电路，原有的软、硬件均有可能需要更新，导致开发成本高，开发周期长等缺陷。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术电子设备中电感电容等匹配电路设置在主板上产生修改困难、开发周期长的问题，从而提供了一种修改方便、开发周期短、成本低的近场通讯天线。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种近场通信天线，包括：具有承载面的绝缘基板、设置在承载面上的线路层，所述线路层包括第一金属线、第二金属线、第三金属线、第一馈点和第二馈点；所述第一金属线形成至少一圈线圈并形成电感器，所述电感器的两端连接第一馈点和第二馈点；所述第二金属线连接第一馈点，第三金属线连接第二馈点，所述第二金属线和第三金属线形成电容器。

进一步地，所述电容器由第二金属线和第三金属线形成的复数个电容并联形成。

进一步地，所述第二金属线包括第一梳状延伸部，第三金属线包括第二梳状延伸部，所述第一梳状延伸部和第二梳状延伸部形成复数个电容。

进一步地，在线路层上设置有阻焊层。

进一步地，在阻焊层上设置有磁性材料层。

进一步地，所述磁性材料层通过第一粘贴层固定在阻焊层上。

进一步地，所述承载面包括第一承载面和第二承载面，电感器和电容器据设置在第一承载面上。

优选地，所述承载面包括第一承载面和第二承载面，所述电感器设置在第一承载面上，所述电容器设置在第二承载面上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提供的一种近场通信天线，天线本身设置有线路层，并且线路层中的金属线可以按照需求形成电容器和电感器，方便修改这些电容器和电感器的值，并且制造成本低，开发周期短。

附图说明

图1是现有技术近场通信天线LC并联谐振等效电路。

图2是本实用新型第一实施例近场通信天线线路层结构示意图。

图3是本实用新型第二实施例近场通信天线线路层结构示意图。

图4是本实用新型第三实施例近场通信天线线路层结构示意图。

图5是本实用新型实施例近场通信天线电容结构示意图。

图6是本实用新型实施例近场通信天线各层结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2是本实用新型第一实施例近场通信天线线路层结构示意图；公开了一种近场通信天线，包括：具有承载面的绝缘基板10、设置在承载面上的线路层20，所述线路层包括第一金属线21、第二金属线22、第三金属线23、第一馈点24和第二馈点25；所述第一金属线21形成至少一圈线圈并形成电感器，所述电感器的两端连接第一馈点24和第二馈点25；所述第二金属线22连接第一馈点，第三金属线23连接第二馈点，所述第二金属线22和第三金属线23形成电容器。该近场通信天线本身设置有线路层，并且线路层中的金属线可以按照需求形成电容器和电感器，方便修改这些电容器和电感器的值，并且制造成本低，开发周期短。

本实施例中的第一金属线、第二金属线和第三金属线可以采用铜、铝、银浆或上述合金的一种，通过蚀刻、印刷、电镀、化学沉积等工艺制作，并在其表面添加涂层，如油墨等绝缘物质，防止磨损或短路。绝缘基板10采用PI(聚酰亚胺，polymide)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯，polyethylene terephthalate)、FR4中的一种；FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。

本实施例中的第一馈点24和第二馈点25可以根据实际需要设置在绝缘基板10的任意位置，如图2至图4中第一馈点24和第二馈点25的位置，图2中两个馈点纵向在一条直线上，图3中第一馈点和第二馈点则位于一倾斜的直线上，图4中第一馈点和第二馈点横向在一条直线上。实际应用时，第一馈点24和第二馈点25可以分别进行电性连接，进而完成天线工作。本实施例中的电容器由第二金属线22和第三金属23线组成的复数个电容并联形成，第二金属线22包括第一梳状延伸部221，第三金属线23包括第二梳状延伸部231，所述第一梳状延伸部221和第二梳状延伸部231形成复数个电容。如图2至4所示，其他实施例中也可以由一整个电容构成，如图5是本实用新型实施例近场通信天线电容结构示意图，第二金属线22和第三金属线23呈矩形波状并并行设置以便形成平板电容器。本实施例中的承载面包括第一承载面和第二承载面，并且本实施例中，所述电感器和电容器据设置在第一承载面上，这样制作形成的天线成本低。在另外一些实施例中，承载面包括第一承载面和第二承载面，电感器设置在第一承载面上，所述电容器设置在第二承载面上，这样形成的天线应用方便，天线面积较小。

本实施例是利用天线自身结构来获取相应的电感和电容等匹配电路，以上所构成的电感器和电容器能通过调整线路结构改变其容量，达到天线所需要的谐振频率。为获得最佳耦合，根据谐振频率与电感、电容的关系式：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(1\right)$

其中L是天线的电感，C是输入电容，f是谐振频率。

为了获得最佳耦合电容，根据平板电容的计算公式：

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{S}{4\mathrm{\πkd}}---\left(2\right)$

其中C是电容，ε：电介常数，S：正对面积；k为静电力常量，d为极板间的距离，即两条金属线间的距离，此处为第二金属线22和第三金属线23间的距离，由正对金属线的厚度乘上构成电容的金属线长度即得到所需的正对面积S，通过修改金属线周长及金属线膜层的厚度可改变电容量。配合改变极板间的距离d，可改变所需要的电容值。如果设计时将电容值设置为多个电容的并联或者串联，可以根据以下电容特性得到相应的总电容值。

电容的并联特性：C＝C1+C2+…Cn    (3)

电容的串联特性： $\frac{1}{C}=\frac{1}{C1}+\frac{1}{C2}+\·\·\·+\frac{1}{\mathrm{Cn}}---\left(4\right)$

为了获得最佳耦合电感，根据电感的经验计算公式：

$L=\frac{K*\mathrm{\μ}0*\mathrm{\μs}*N^{2}S}{l}---\left(5\right)$

其中k为系数，μ0真空磁导率：4π*10^-7，μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs＝1，N²为线圈匝数的平方，S为线圈的截面积，l为线圈的长度；通过设计线圈的匝数及线圈截面积，即可获得所需要的电感量。

线圈的品质因子Q值，根据其计算公式：

$Q=\frac{2\mathrm{\πfL}}{R}---\left(6\right)$

上式中f为频率，L是线圈的电感值，R所需要匹配的阻抗。可以根据需要修改电感的值得到所需的品质因子。

通过以上各公式的理论计算，修改相应的线圈匝数、线圈截面积、线圈长度及电容的串、并联等形式，即可得到满足要求的天线匹配电路。

图6是本实用新型实施例近场通信天线各层结构示意图；在线路层20上设置有阻焊层30，阻焊层30可以保护线路层中的线路不被氧化、防止污染等。在阻焊层30上设置有磁性材料层50。磁性材料层50通过第一粘贴层40固定在阻焊层30上；其中的第一粘贴层40可以为胶水或者双面胶等粘性物质。磁性材料层50可以为铁氧体，由磁粉通过流延法或烧结等方式成型，其作用是一方面加强磁通量，改善天线的品质因子Q值，增强了天线接收性能，另一方面可以屏蔽金属材料对天线的影响。与绝缘基板10第一承载面相对的一面还可以设置有第二粘贴层60，可以方便天线粘贴到所需的设备上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种近场通信天线，其特征在于，包括：具有承载面的绝缘基板、设置在承载面上的线路层，所述线路层包括第一金属线、第二金属线、第三金属线、第一馈点和第二馈点；所述第一金属线形成至少一圈线圈并形成电感器，所述电感器的两端连接第一馈点和第二馈点；所述第二金属线连接第一馈点，第三金属线连接第二馈点，所述第二金属线和第三金属线形成电容器。

2.根据权利要求1所述的近场通信天线，其特征在于，所述电容器由第二金属线和第三金属线形成的复数个电容并联形成。

3.根据权利要求2所述的近场通信天线，其特征在于，所述第二金属线包括第一梳状延伸部，第三金属线包括第二梳状延伸部，所述第一梳状延伸部和第二梳状延伸部形成复数个电容。

4.根据权利要求1所述的近场通信天线，其特征在于，在线路层上设置有阻焊层。

5.根据权利要求4所述的近场通信天线，其特征在于，在阻焊层上设置有磁性材料层。

6.根据权利要求5所述的近场通信天线，其特征在于，所述磁性材料层通过第一粘贴层固定在阻焊层上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的近场通信天线，其特征在于，所述承载面包括第一承载面和第二承载面，所述电感器和电容器据设置在第一承载面上。

8.根据权利要求1至6任一项所述的近场通信天线，其特征在于，所述承载面包括第一承载面和第二承载面，所述电感器设置在第一承载面上，所述电容器设置在第二承载面上。

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