CN204857935U - 一种近场通讯天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种近场通讯天线装置，属于无线通信领域。该天线装置是在移动电子设备中构成的天线装置，包括：外壳导体层、绝缘层、线圈导体、柔性基板和磁性材料层；线圈导体是将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈，与其依附的柔性基板另一侧装配有磁性材料；外壳导体层将线圈导体遮挡分为两个区域：第一区域为非外壳导体层遮挡部分，即天线实际磁链路耦合部分，该区域采用磁性材料覆盖，以提高天线的磁场辐射能力；第二区域为外壳导体层遮挡部分，该区域不采用磁性材料覆盖，以减少由于磁性材料损耗所带来的天线的欧姆损耗，并降低该区域内的磁场密度，同时降低导体层所带来的涡流损耗，提高天线装置的读写距离。

Description

一种近场通讯天线装置

技术领域

本实用新型涉及一种在通过电磁场信号和对方设备进行通信的RFID系统、NFC系统、短距离近场通讯系统中使用的天线装置。

背景技术

近年来，随着RFID系统和NFC系统的不断推广使用，为了移动电子设备间或者移动电子设备与基础读卡设备间进行通讯，在各设备中，尤其是手持移动电子设备装载有NFC系统用的通讯天线。现有的RFID或NFC天线由于线宽的原因，多设计为3至4匝，装配于移动设备外壳内部。随着装配有金属外壳移动电子设备的出现，大幅提高了移动电子设备的使用寿命及设备外壳的耐磨性，为用户提供了更好的体验。但是，金属外壳作为一种良导体，对电磁波有屏蔽作用，会导致近场天线读写距离大幅下降。

授权公告号为CN102405556B的专利中提供了一种天线装置被较大面积导体层覆盖的情况下，解决导体层对通讯电磁波阻挡的一种方法。该天线结构采用在覆盖于天线表面的导体层开孔的方式，为通讯电磁场提供了磁路窗口，并且在导体层窗口与通讯天线覆盖区域加入开隙，减小导体层中涡流对通讯电磁场的影响，以达到提高通讯距离的效果。但该方案存在以下问题：其一，该结构需要在覆盖天线的导体层上开孔，并且需要在孔洞一侧进行开隙，这样在结构上破坏了导体层的完整性，若移动设备其外壳结构设计不允许开孔开隙以破坏其外观完整性或结构支撑特性，则该结构会受到很大的应用限制；其二，该结构中，天线所产生的电磁场需绕过导体层，电磁场在绕过导体层的过程中，导体层将对电磁场造成较大衰减，衰减程度与其绕过的导体层长度相关，因此该结构在天线装配于较宽导体层，即在金属外壳较大的移动设备终端中，其通讯效果将受到影响。

实用新型内容

本实用新型针对背景技术存在的缺陷，提供了一种近场通讯天线装置。该天线装置可在不破坏移动电子设备外壳的金属结构的条件下，实现远距离通讯；且使用的磁性材料少，占据的空间小。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的天线装置是在电子设备中构成的天线装置，包括：外壳导体层、绝缘层、线圈导体、柔性基板和磁性材料层；

线圈导体，将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈，与其依附的柔性基板另一侧装配有磁性材料；

绝缘层，形成于所述线圈导体表面，避免线圈导体与外壳导体层导通；

柔性基板，支撑线圈导体的基板材料，线圈导体形成于柔性基板之上；

磁性材料层，配置于柔性基板远离线圈导体的一侧；

外壳导体层，该导体层为组成移动电子设备外壳和结构支撑部件的金属部分，或该导体层形成于组装对象的电子设备的壳体内表面或外表面；所述外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；

当俯视所述天线装置时，外壳导体层部分覆盖线圈导体所包围的区域，即外壳导体层将线圈导体所包围的区域遮挡后分为两个区域：第一区域为非外壳导体层遮挡部分，所述磁性材料层全部或部分覆盖该区域；第二区域为外壳导体层遮挡部分，所述磁性材料部分覆盖或完全不覆盖该区域。

进一步地，所述磁性材料全部覆盖第一区域或覆盖第一区域的大部分空间；所述磁性材料完全不覆盖第二区域或覆盖第二区域的小部分空间。

进一步地，所述线圈导体与外部电路接触点由其末端自然形成或跳线形式向外引出形成。

进一步地，所述外壳导体层上可设置孔洞，所述孔洞设置于线圈导体覆盖的区域内，且其边缘完整不被打断开隙。

进一步地，在外壳导体层确定的情况下，天线装置谐振频率高于使用频段的中心频率。

本实用新型中外壳导体层覆盖的第二区域因为被外壳导体层遮挡，该区域并不向外部空间发射电磁场，故该区域不采用磁性材料覆盖或大部分区域不采用磁性材料覆盖，大幅度降低了该区域内线圈导体因为磁性材料所引起的欧姆损耗，并且降低了外壳导体层覆盖区域内的磁场密度，减少了外壳导体层所带来的涡流损耗；而不采用外壳导体层覆盖的第一区域为天线实际辐射的部分，该区域采用磁性材料覆盖，因为磁性材料良好的磁场增强作用，可大幅提高该区域的磁场辐射效果。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型所述天线装置不会破坏移动设备外壳金属部分的结构完整性，这样可大幅提升结构工程师的设计空间，方便移动设备的外观设计。

2、本实用新型天线装置只占用较小的空间，因为外壳导体层覆盖的线圈导体不向外辐射电磁波，所以并不需要很大的空间，可设计出较小面积的天线结构。

3、本实用新型天线装置实现了金属外壳设备的近场通讯，且其通讯距离基本可达到非金属外壳设备近场通讯距离。

4、本实用新型采用新的磁性材料装配结构，采用不同区域区别覆盖的方法，在减少磁性材料用量、节省成本的同时，提高了天线装置的辐射效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种电子设备的后视图，其中外壳导体层6及线圈导体1及磁性材料2进行透视处理，即通过外壳导体层6可看到线圈导体1及磁性材料2。

图2为本实用新型提供的一种天线装置俯视结构示意图，其中外壳导体层6及线圈导体1及磁性材料2进行透视处理，即通过外壳导体层6可看到线圈导体1及磁性材料2。

图3为图2的天线装置的沿X-X’面的剖面示意图。

图4为本实用新型天线装置中磁场的分布图。

图5为实施例2中的电子设备后视图，其中外壳导体层6及线圈导体1及磁性材料2进行透视处理，即通过外壳导体层6可看到线圈导体1及磁性材料2。

其中，L3为电子设备的外壳导体层上边缘与中间层上边缘的间距，SA为电子设备中间层结构上边缘，1为线圈导体，2为磁性材料，3为线圈导体非外壳导体层覆盖部分，4为线圈导体被外壳导体层覆盖部分，5为中间层，电子设备的中间层结构，主要为导体模块组成，6为外壳导体层，即电子设备外壳中导体部分，7为电子设备摄像头部分，8为柔性基板，9为绝缘层。

具体实施方式

参照图1～图5，详述本实用新型的技术方案。

图1是包括实施例1所涉及的天线装置的移动电子设备的后视图，例如手机。电子设备的背面是朝向通信对方侧即读写器侧天线的一面。如图1所示，图1中移动电子设备后壳的导体部分形成外壳导体层6，外壳导体层6可由铝加工成型或金属电镀形成，以保护电子设备。外壳导体层6占据了整个电子设备外壳的大部分面积；并且因为支撑结构或美观等原因，不易在其中进行开孔设计。电子设备的中间层5，该层包括了电子设备的中部支撑结构，及其结构中的装配模块，其中装配模块包括电子线路板、电池、各通信及信号处理模块等模块，该部分不乏各金属导体类元件。中间层5由大面积的导体元件拼接而成，并由各种支撑结构连接而成。在中间层5顶部边缘SA位置，往往装配有电子设备的主通讯天线，由于主通讯天线需装配至SA位置，所以外壳导体层6不能够完全覆盖中间层5，其间距在图1中由L3表示，L3长度不大于20mm。在中间层5的顶角边缘设置有安装摄像头的位置，图1中孔7。这样，无需在外壳导体层6中开孔以放置相机镜头，保证了外壳金属部分的结构完整性。

图2为本实用新型提供的一种天线装置的俯视结构示意图，图3为图2的天线装置沿X-X’面的剖面示意图。由图2和图3可知，本实用新型所述天线装置由外至内依次为外壳导体层6，绝缘层9，线圈导体1，柔性基板8，磁性材料2，中间层5。图2所示线圈导体1由于外壳导体层6的存在，将其分为了两个部分。其中区域4为外壳导体层6覆盖区域即第二区域，区域3为非外壳导体层6覆盖区域即第一区域。由于区域4被外壳导体层6所覆盖，该区域无法向外部发出或接收电磁波，区域4内部的电磁波完全束缚在外壳导体层6与中间层5内部的金属环境中，所以该区域线圈导体下方不覆盖磁性材料或覆盖小部分磁性材料，以减少磁性材料的磁损耗引起的欧姆损耗。区域3中的天线装置线圈导体为实际向外发出或接收电磁波的部分，该区域线圈导体下方全部覆盖磁性材料或大部分覆盖磁性材料，以提高电磁场向外辐射效果。

进一步地，如图3中，磁性材料2为磁性薄片，该磁性薄片为铁氧体陶瓷薄片或树脂型合金粉体填充薄片。磁性材料薄片2其磁导率实部≥130，磁导率虚部≤5。

本实用新型所述天线装置中，磁性材料2粘合于中间层5上，带表面绝缘处理的线圈导体1的柔性基板粘合于外壳导体层内表面，将外壳导体层装配于电子设备表面时，磁性材料2与柔性基板贴合在一起。

本实用新型所述天线装置中，在中间层5上依次粘合磁性材料2、带表面绝缘处理的线圈导体1的柔性基板和外壳导体层，得到本实用新型电子设备中的天线装置。

本实用新型天线装置的磁场分布图如图4所示，图中MFa部分磁场为外壳导体层6未覆盖的线圈导体产生的磁场，该部分为向外辐射磁场部分，该部分螺旋环绕导体下方面对中间层5的区域应覆盖磁性材料。图中MFb、MFc、MFd部分磁场为外壳导体层6覆盖的线圈导体产生的磁场，该部分磁场完全束缚在外壳导体层6与中间层5之间，无法向外辐射，该区域线圈导体下方不覆盖磁性材料，以减少磁性材料给天线装置所带来的损耗。

实施例1

制作40mm×40mm面积，普通0.8mm等线宽单层导体天线4匝设计，下方为与导体线圈面积相同的磁性材料，并且导体线圈表面无外壳导体层覆盖，记为普通天线装置；

制作天线装置面积为40mm×40mm，区域4线圈导体下方无磁性材料覆盖，区域3全部采用磁性材料覆盖，外壳导体层6部分覆盖线圈导体，区域3宽度为6mm，记为本实用新型天线装置；

制作天线装置面积为40mm×40mm，与本实用新型天线装置相同的天线形状，40mm×40mm天线范围内均装配磁性材料，并在天线装置外同样覆盖与本实用新型相同的外壳导体层6，记做导体层覆盖普通天线装置。三种不同天线装置的通讯效果如下所示：

由测试对比结果可知，本实用新型的天线装置可达到无导体层覆盖的普通天线读写能力的80％，具有良好的通讯效果。但如果采用普通天线设计，也装配于大面积导体层外壳的设备中的天线装置，其读写距离将大幅下降，因此本实用新型的天线装置能起到较强的提升读写距离的效果。

实施例2

电子设备外壳后部结构如图5所示，对比图1中的电子设备的后部结构，其区别在于，在外壳导体层6部分进行了开孔设计，其开孔位置选择在天线装置中线圈导体1的中心环绕空余的部分，但其开孔边缘无需打断形成间隙。

外壳导体层6部分，在天线装置中的线圈导体的中心环绕空余的部分进行开孔，以安装摄像头，开孔后为天线装置提供了更大的电磁波进入窗口，可进一步提高天线装置的通讯距离。

Claims (4)

1.一种近场通讯天线装置，该天线装置是在电子设备中构成的天线装置，其特征在于，包括：

线圈导体，将卷绕中心部作为线圈开口部的环状或螺旋状线圈；

绝缘层，形成于所述线圈导体表面，避免线圈导体与外壳导体层导通；

柔性基板，支撑线圈导体的基板材料，线圈导体形成于柔性基板之上；

磁性材料层，配置于柔性基板远离线圈导体的一侧；

外壳导体层，该导体层为组成移动电子设备外壳和结构支撑部件的金属部分，或该导体层形成于组装对象的电子设备的壳体内表面或外表面；所述外壳导体层配置于比所述线圈导体要靠近通讯对方侧的天线的一侧；

当俯视所述天线装置时，外壳导体层部分覆盖线圈导体所包围的区域，即外壳导体层将线圈导体所包围的区域遮挡后分为两个区域：第一区域为非外壳导体层遮挡部分，所述磁性材料层全部或部分覆盖该区域；第二区域为外壳导体层遮挡部分，所述磁性材料部分覆盖或完全不覆盖该区域。

2.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，所述线圈导体与外部电路接触点由其末端自然形成或跳线形式向外引出形成。

3.根据权利要求1所述的近场通讯天线装置，其特征在于，所述外壳导体层上可设置孔洞，所述孔洞设置于线圈导体覆盖的区域内，且其边缘完整。

4.一种电子设备，该电子设备在壳体的内表面或外表面设置有近场通讯天线装置，该近场通讯天线装置为权利要求1至3中任一权利要求所述的近场通讯天线装置。