CN204885412U - 一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于一个通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于另一个通孔的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任意一个通孔的第二缝隙。与传统的NFC和WPC一体化天线相比，本实用新型通过在金属后壳上开一个缝隙，并利用该缝隙把金属后壳上的通孔与金属后壳边缘相连接，有效的改变了金属后壳上的涡流分布，在消除金属后壳对天线屏蔽作用的同时还增强了天线的性能。
Description
技术领域：
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种用于具有金属后壳的手机等移动终端上的近场通信和无线充电一体化天线。
背景技术：
天线是一种利用频率特性接收和发射信号的装置。近年来，随着无线终端和通讯技术的发展，近距离无线通信(NearFieldCommunication，NFC，工作频率13.56MHz)和无线充电技术(比如，无线充电联盟(WPC)的Qi标准，工作频率为100-200MHz)，在手机等移动终端上得到广泛的应用。
NFC技术始于射频识别标签(RadioFrequencyIdentifyDetection)技术，即在单一芯片上结合感应式读卡器和感应式卡片，实现点对点的数据交换功能。NFC芯片装在手机等移动终端上，可以实现小额电子支付和智能识别及数据传输的功能。
随着手机等移动终端轻、薄的设计趋势，NFC和WPC的应用越来越受到重视。而目前WPC天线和NFC天线在手机上使用的设计方案是：将NFC天线与WPC天线绕成同心圆放在电池或金属板上面，并在天线线圈和电池间加上铁氧体以得到较好的天线性能。
但是这种设计方式对于带有金属后壳的移动设备而言，则存在较大的的难度。因为NFC天线与WPC天线若是直接放在金属壳体内侧，金属后壳上不仅会产生与天线电流完全反向的涡流，而且金属后壳还会把天线完全屏蔽,因此会使得天线信号无法在金属后壳的外侧被检测到。
为解决上述问题，美国专利US20150130979A1提出了一种带有金属后壳的NFC和WPC的一体化天线设计方案，其通过在金属后壳上开一个直径很大(直径大约35mm左右)的通孔，将NFC和WPC天线线圈都包含在这个通孔内。但是这种设计方式在金属后壳上开有如此大的通孔将大大减弱该设计方案的实用性。
发明内容：
为此，本发明的目的在于提供一种简单实用、可适用于带金属后壳移动设备的NFC和WPC一体化天线。
为实现上述目的，本发明主要采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于一个通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于另一个通孔的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任意一个通孔的第二缝隙。
进一步地，所述通孔为矩形、圆形或椭圆形，且所述NFC天线线圈和WPC天线线圈与通孔的形状对应相同。
本发明还提供了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于任意一个通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于NFC天线线圈的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任一通孔的第二缝隙。
本发明还提供了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述WPC天线线圈围绕设置于任意一个通孔的外侧，所述NFC天线线圈围绕设置于WPC天线线圈的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任一通孔的第二缝隙。
本发明还提供了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有一个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于所述通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于所述NFC天线线圈的外侧，且在金属后壳的边缘开设有一个连接所述通孔的缝隙。
进一步地，所述WPC天线线圈上设置有一外露于金属后壳的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
进一步地，所述金属后壳由第一金属后壳和第二金属后壳构成，所述通孔设置于第二金属后壳上，所述WPC天线线圈上设置有一位于第一金属后壳上的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
本发明还提供了一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，所述金属后壳上设置有一个通孔，所述WPC天线线圈围绕设置于所述通孔的外侧，所述NFC天线线圈围绕设置于所述WPC天线线圈的外侧，且在金属后壳的边缘开设有一个连接所述通孔的缝隙。
进一步地，所述NFC天线线圈上设置有一外露于金属后壳的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
进一步地，所述金属后壳由第一金属后壳和第二金属后壳构成，所述通孔设置于第二金属后壳上，所述NFC天线线圈上设置有一位于第一金属后壳上的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
与传统的NFC和WPC一体化天线相比，本发明通过在金属后壳上开一个缝隙，并利用该缝隙把金属后壳上的通孔与金属后壳边缘相连接，有效的改变了金属后壳上的涡流分布，在消除金属后壳对天线屏蔽作用的同时还增强了天线的性能。本发明在金属后壳上所开通孔可用于安装摄像头、闪光灯或指纹识别传感器等，其不会破坏金属后壳本身的美观，而且设置于金属后壳内侧壁的NFC和WPC一体化天线能够在WPC工作时有效通过金属后壳进行散热，进而减弱无线充电过程中被充电设备的温度过热问题。
附图说明：
图1为本发明金属后壳上设置有双通孔时NFC和WPC一体化天线的结构示意图；
图2为未开缝隙时的天线电流分布及金属后壳上的涡流分布图；
图3为本发明下方为WPC天线工作时的天线电流分布及金属后壳上的涡流分布图；
图4为本发明下方为WPC天线在金属后壳外侧5mm处的磁场分布图；
图5为本发明上方为NFC天线工作时的天线电流分布及金属后壳上的涡流分布图；
图6为本发明上方为NFC天线在金属后壳外侧25mm处磁场分布图；
图7为本发明金属后壳上设置有双通孔时NFC和WPC同心结构示意图；
图8为本发明单通孔时NFC或WPC上设有在金属后壳外侧凸起的同心结构示意图；
图9为图8情况下的天线电流及在金属后壳上的涡流分布图；
图10为图8情况下的WPC天线工作时在金属后壳外侧5mm处磁场分布图；
图11为图8情况下WPC天线工作时在金属后壳外侧25mm处磁场分布图；
图12为本发明单通孔时NFC或WPC上设有在金属后壳内凸起的同心结构示意图；
图13为本发明单通孔时NFC和WPC同心结构示意图；
图14为本发明单通孔时NFC和WPC且含有上方金属后壳的同心结构示意图。
图中标识说明：金属后壳1、第一金属后壳101、第二金属后壳102、通孔2、通孔3、NFC天线线圈4、WPC天线线圈5、凸起501、缝隙6、缝隙7。
具体实施方式：
为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
针对传统具有金属后壳的移动终端，因在使用NFC天线与WPC天线时，由于金属后壳上会产生与天线电流完全反向的涡流，以及金属后壳会把天线完全屏蔽,导致天线信号无法在金属后壳的外侧被检测到的问题。本发明主要通过在金属后壳上开一个缝隙，并利用该缝隙把金属后壳上的通孔与金属后壳边缘相连接，有效的改变了金属后壳上的涡流分布，在消除金属后壳对天线屏蔽作用的同时还增强了天线的性能。特别，在金属后壳上设置两个通孔的情况下，两个通孔间也要用缝隙相连。由于两个通孔间缝隙的存在，使得NFC和WPC天线线圈分别绕行一个通孔的一体化天线设计成为可能。
实施例一
如图1所示，图1为本发明金属后壳上设置有双通孔时NFC和WPC一体化天线的结构示意图。本实施例包括移动终端的金属后壳1，在金属后壳1上设置有通孔2和通孔3，其中通孔2和通孔3之间通过缝隙6连接，而且在金属后壳1的边缘开设有一个缝隙7，该缝隙7与最接近金属后壳边缘的通孔3连接。
通孔2和通孔3的形状可以是矩形、圆形、椭圆形以及其他任意形状，在通孔2的外侧围绕设置有NFC天线线圈4，在通孔3的外侧围绕设置有WPC天线线圈5，而这里的NFC天线线圈和WPC天线线圈与通孔的形状对应相同。
同样地，通孔2的外侧也可以围绕设置有WPC天线线圈，而此时在通孔3的外侧对应围绕设置有NFC天线线圈。
需要说明的是，本实施例中所开的通孔，对应直径较小，其对应可用于安装摄像头、闪光灯以及指纹识别或其它传感器，其从外侧不会破坏整个金属后壳的美感。
本实施例开设有一条始于金属后壳1边缘的缝隙7，该缝隙7可以连接通孔2和通孔3中的任意一个，而作为最优的方案：缝隙7与最靠近金属后壳边缘的通孔3连接，通孔2和通孔3之间通过缝隙6连接。从而达到不仅改变涡流分布而且同时消除金属后壳对天线屏蔽作用的目的。因此,即使NFC和WPC天线是放置在金属后壳的内侧，在金属后壳的外侧也可以测量或探测到天线的信号。
下面本实施例通过将金属后壳上开设有缝隙的情况与未开设缝隙的情况进行比对说明。
如图2所示，图2为未开缝隙时的天线电流分布及金属后壳上的涡流分布图。图2中金属后壳没有缝隙，当放置在两个通孔上的NFC天线和WPC天线中的之一工作时，该天线的电流以及金属上的涡流分布图。从该图中可以看出，当所述缝隙不存在时，金属后壳上产生的涡流全部与天线本身电流的方向相反。由于在金属板上没有上述所开的缝隙，金属后壳对天线将有屏蔽的作用，因此天线信号在金属后壳的外侧无法被探测到。换言之，在这种情况下天线将无法正常工作。
如图3所示，图3为本发明下方为WPC天线工作时的天线电流分布图。在图3中金属后壳开了缝隙之后，当位于下方的WPC天线工作时，WPC天线的电流为逆时针方向，从图中可以看出缝隙的作用是阻止或切断在没有开缝隙时与天线线圈电流方向相反的涡流的流通方向，进而改变涡流的方向使得该涡流成为对天线线圈有正面作用的有效涡流，金属后壳对NFC和WPC天线的屏蔽作用也同时被消除。
另外，工作的天线位于下方的通孔,所以金属后壳上的涡流分布是近乎以下方通孔为中心的，金属后壳下部分的涡流方向与工作的WPC天线电流方向相同；故而对于WPC天线而言，金属后壳起到了增强WPC天线性能的作用。因此此时的金属后壳可以被看成是WPC天线的增强器或放大器,
此外，金属后壳每个小单元上所产生的涡流都是同向的，而且该涡流回路产生的磁通与WPC天线产生的磁通方向相同。相反，如果缝隙只在通孔之间存在的话，那么在金属后壳的上、下两部分将产生流向不同的涡流回路(此时的磁场分布将有方向不同的两个峰)。因为只有与天线电流方向相同的涡流回路才对天线有放大或增强的作用，因此我们可以说本发明的WPC天线结构能100％地利用金属后壳上的涡流回路，也即最大化地利用金属后壳对天线的放大作用。再有，如果只有从上方通孔3开到金属边缘的缝隙7存在而通孔之间的缝隙6不存在的话，那么放置在绕行下方通孔2的天线将无法正常工作。
图4为本发明下方为WPC天线在金属后壳外侧5mm处的磁场分布图。
从该图中可以看出WPC天线的磁场分布只有一个峰。具有一个峰说明该天线系统只具有一个模式；只具有一个单一模式的好处是该模式的磁场强度比两个模式的情况更强，也即单一模式的天线有更好的性能。另外，值得强调的是，该设计方案不但使得位于金属后壳下方的WPC天线可以被很好的检测到，保证良好的传输效率，而且拥有较大面积的金属后壳作为天线一部分的设计方案将会具有良好的散热性能。进而解决了WPC天线能量传输过程中升温过高而烧坏设备内部不耐高温的器件或模块的问题。
如图5、图6所示，图5为本发明上方为NFC天线工作时的天线电流分布及金属后壳上的涡流分布图。从图5中可以看出，因为此时工作的天线位于上方的通孔,所以金属后壳上的涡流分布是近乎以上方通孔为中心的。此外，与上述的WPC天线相似，金属后壳每个小单元上所产生的涡流都是同向的，而且该涡流回路产生的磁通与NFC天线产生的磁通方向相同。因此我们可以说本发明的NFC天线结构能100％地利用金属后壳上的涡流回路，也即最大化地利用了金属后壳对天线的放大作用。图6所示磁场在距离金属后壳外侧Z＝25mm处的NFC天线的磁场分布图。从该图中可以看出NFC天线的磁场分布也只有一个峰，也即一个模式。
实施例二
如图7所示，图7为本发明金属后壳上设置有双通孔时NFC和WPC同心结构示意图。本实施例中金属后壳1上设置有两个通孔(通孔2和通孔3)，WPC天线线圈5围绕设置于通孔2的外侧，NFC天线线圈4围绕设置于WPC天线线圈5的外侧，通孔2和通孔3之间通过开设于金属后壳1上的缝隙6连接，在金属后壳1的边缘开设有一个缝隙7，该缝隙7与最接近金属后壳边缘的通孔3连接。
本实施例在上述实施例的基础上，只利用一个通孔2，使WPC天线线圈和NFC天线线圈以形成同心结构。这种结构下，WPC天线线圈工作时金属后壳上的涡流分布是近乎以通孔2为中心的，金属后壳1的下部分的涡流方向与工作的WPC天线电流方向相同；故而对于WPC天线而言，金属后壳起到了增强WPC天线性能的作用。因此此时的金属后壳可以被看成是WPC天线的增强器或放大器。而NFC天线线圈工作时，与WPC天线相似，金属后壳每个小单元上所产生的涡流都是同向的，而且该涡流回路产生的磁通与NFC天线产生的磁通方向相同。因此NFC天线结构能100％地利用金属后壳上的涡流回路，也即最大化地利用了金属后壳对天线的放大作用。
同样地，WPC天线线圈也可以围绕设置在NFC天线线圈的外侧，其工作原理与上述相同。
实施例三
如图8所示，图8为本发明单通孔时NFC或WPC上设有在金属后壳外侧凸起的同心结构示意图。本实施例中金属后壳1上设置有一个通孔3，所述NFC天线线圈4围绕设置于所述通孔3的外侧，所述WPC天线线圈5围绕设置于所述NFC天线线圈4的外侧，且在金属后壳1的边缘开设有一个连接所述通孔3的缝隙7。其中所述WPC天线线圈5上设置有一个外露于金属后壳1的凸起501，且所述缝隙3位于该凸起501内。
其中需要说明的是，位于内圈的NFC天线线圈4和位于外圈的WPC天线线圈5的位置可以互换。为了确保天线系统能正常工作(也即天线在金属后壳的外侧能被探测到)，通孔3同样也要用缝隙7与金属后壳1的边缘进行连接。
本实施例中位于外圈的WPC天线线圈5上设置凸起501不与所开缝隙7相交。采用的凸起501可以增大磁场在被接受或探测处的有效宽度，进而增强天线的通信距离和性能。
如图9所示，图9为图8情况下的天线电流及在金属后壳上的涡流分布图。金属后壳1上的涡流分布是近乎以该通孔3为中心的。金属后壳1的下部分的涡流方向与工作的WPC/NFC天线电流方向相同；因此对于WPC/NFC天线系统而言，金属后壳起到了增强该天线系统性能的作用。
如图10、11所示，图10为图8情况下的WPC天线工作时在金属后壳外侧5mm处磁场分布图；图11为图8情况下WPC天线工作时在金属后壳外侧25mm处磁场分布图。从图中可知，采用这种凸起结构设计的天线系统，WPC和NFC天线在工作时，都将有较好的天线性能。
实施例四
如图12所示，图12为本发明单通孔时NFC或WPC上设有在金属后壳内凸起的同心结构示意图。本实施例是在实施例三的基础上进行的改进结构，其通过将金属后壳1分成第一金属后壳101和第二金属后壳102，而将通孔3设置在第二金属后壳102上，WPC天线线圈5上设置有一个位于第一金属后壳101上的凸起501，且所述缝隙7位于该凸起501内。
实施例五
如图13所示，图13为本发明单通孔时NFC和WPC同心结构的示意图。本实施例是在实施例二的基础上进行的改进，其取消了实施二中的一个通孔，采用一个通孔。金属后壳1上设置有一个通孔3，所述WPC天线线圈5围绕设置于所述通孔的外侧，所述NFC天线线圈4围绕设置于所述WPC天线线圈5的外侧，且在金属后壳1的边缘开设有一个连接所述通孔3的缝隙7。
实施例六
如图14所示，图14为本发明单通孔时NFC和WPC同心结构示意图。本实施例是在实施例五基础上进行的改进结构，其通过将金属后壳1分成第一金属后壳101和第二金属后壳102，而将通孔3设置在第二金属后壳102上，WPC天线线圈5围绕设置于第二金属后壳102的外侧，NFC天线线圈4围绕设置在WPC天线线圈5的外侧。
需要强调的是，本发明在金属后壳上设置双通孔的天线效果要优于在金属后壳上设置单一通孔的效果。当双通孔的WPC和NFC天线线圈分别绕行上下两个通孔时，由于两个通孔间存在的物理距离，所以会导致两个天线之间的相互干扰较小，在发明实施例一的情况下，WPC和NFC天线之间的相互干扰可以忽略不计。
综上可知，本发明通过在移动终端金属后壳上开设一个缝隙，并利用该缝隙巧妙地把金属后壳上的通孔以及通孔与金属边缘相连接，从而有效的改变了金属后壳上的涡流分布；因此本发明在消除金属后壳对天线屏蔽作用的同时还增强了天线的性能。与传统的NFC和WPC一体化天线相比，本发明只需要在金属后壳上开设较小的通孔，而且所述通孔可用于安装摄像头、闪光灯、指纹识别传感器等模块，因此本发明不会破坏金属后壳的整体美感，其保证了金属后壳实用性的同时，兼顾了其美观性要求。另外，本发明还在一定程度上还解决了WPC天线工作过程中散热问题。
以上是对本发明所提供的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，其特征在于，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于一个通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于另一个通孔的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任意一个通孔的第二缝隙。
2.如权利要求1所述的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，其特征在于，所述通孔为矩形、圆形或椭圆形，且所述NFC天线线圈和WPC天线线圈与通孔的形状对应相同。
3.一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，其特征在于，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于任意一个通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于NFC天线线圈的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任一通孔的第二缝隙。
4.一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，其特征在于，所述金属后壳上设置有两个通孔，所述WPC天线线圈围绕设置于任意一个通孔的外侧，所述NFC天线线圈围绕设置于WPC天线线圈的外侧，所述两个通孔之间通过开设于金属后壳上的第一缝隙连接，且在金属后壳的边缘开设有一个连接任一通孔的第二缝隙。
5.一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，其特征在于，所述金属后壳上设置有一个通孔，所述NFC天线线圈围绕设置于所述通孔的外侧，所述WPC天线线圈围绕设置于所述NFC天线线圈的外侧，且在金属后壳的边缘开设有一个连接所述通孔的缝隙。
6.如权利要求5所述的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，其特征在于，所述WPC天线线圈上设置有一外露于金属后壳的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
7.如权利要求5所述的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，其特征在于，所述金属后壳由第一金属后壳和第二金属后壳构成，所述通孔设置于第二金属后壳上，所述WPC天线线圈上设置有一位于第一金属后壳上的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
8.一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，包括安装在移动终端金属后壳内侧壁的NFC天线线圈和WPC天线线圈，其特征在于，所述金属后壳上设置有一个通孔，所述WPC天线线圈围绕设置于所述通孔的外侧，所述NFC天线线圈围绕设置于所述WPC天线线圈的外侧，且在金属后壳的边缘开设有一个连接所述通孔的缝隙。
9.如权利要求8所述的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，其特征在于，所述NFC天线线圈上设置有一外露于金属后壳的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
10.如权利要求8所述的基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线，其特征在于，所述金属后壳由第一金属后壳和第二金属后壳构成，所述通孔设置于第二金属后壳上，所述NFC天线线圈上设置有一位于第一金属后壳上的凸起，且所述缝隙位于该凸起内。
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2015
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Cited By (6)
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| CN105119036A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-02 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线 |
| CN105119036B (zh) * | 2015-09-18 | 2019-03-15 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 一种基于金属后壳的近场通信和无线充电一体化天线 |
| CN105826688A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-03 | 深圳市中天迅通信技术有限公司 | 一种利用金属外壳的近场通信天线装置 |
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| US11196148B2 (en) | 2016-08-11 | 2021-12-07 | Apple Inc. | Electronic device antennas |
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