CN206040939U - 无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的无线通信装置(10、20、30、40、50)能够改善天线信号强度，包括：金属壳体(1)、线圈基板(2)、导磁体(3)、以及电路基板(4)，线圈基板(2)上设置有线圈，且该线圈基板(2)设置在金属壳体(1)与电路基板(4)之间，电路基板(4)上设置有金属层(401)，金属壳体(1)上设置有第一开口，其特征在于，金属层(401)上设置有第二开口，俯视时，第一开口、第二开口分别与线圈(2)至少部分重合。

Description

无线通信装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信装置，尤其涉及近距离无线通信系统中使用的无线通信装置。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification：RFID，下文简称为RFID)技术是一种无接触自动识别技术，它利用电磁波实现物品的自动识别。RFID作为费用系统、物品管理系统己得到普及。在RFID系统中，以非接触方式来使读写器和RFID标签进行无线通信，在这些器件之间收发高频信号。读写器和RFID标签分别包括:用于处理高频信号的无线IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片及用于发送和接收高频信号的天线元件。

若例如是利用13.56MHz频带的HF频带RFID系统，则使用线圈来作为天线。并且，读写器侧的线圈与RFID标签侧的线圈经由感应磁场进行耦合。这种RFID系统近年来也搭载在移动电话以及智能手机等中。即近场通信(NFC：Near Field Communication)系统。

近场通信又称为近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行接触式点对点数据传输交换数据。由于近场通信具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

在传统的NFC天线应用中，通常将NFC天线辐射体、即柔性电路板设置在电池上方，同时为了减少电池对于NFC天线的负面影响，需要在柔性电路板与电池中间设置铁氧体等导磁体。

然而，这种NFC天线设计方案仅适合于通信设备的外壳为非金属材质的情况。但由于外观、机械强度等因素，越来越多的通信设备开始采用金属作为外壳。众所周知，金属壳体会对天线的辐射信号产生屏蔽作用，这给NFC天线的设计带来了一定困难。

例如图1(A)所示，线圈2中的电流方向(虚线箭头)与通过电磁感应在金属壳体1中感应出的电流方向(粗实线箭头)相反，磁场相互抵消，造成辐射信号难以穿越该金属壳体1。

为此，提出了一种无线通信装置的天线结构。如图1(B)所示，其在金属壳体1上形成孔101，并在孔101与金属壳体1的边缘之间直接开设狭缝102。利用狭缝102以及边缘效应切断金属壳体1外侧的电流方向(粗实线箭头)，使得电流的方向与(NFC)线圈2的电流方向(虚线箭头)相同。进而能够增强线圈的耦合系数。

实用新型内容

实用新型所要解决的技术问题

如图2所示，在通常采用金属壳体的无线通信设备中，线圈2与导磁体3设置在金属壳体1与电路基板4之间，该电路基板4上设置有各种电子元器件、导体图案等。然而，为了在电路基板4上形成上述电子元器件及导体图案，往往会在电路基板4内或其表面设置金属层401。该金属层401会使得磁场进入线圈2后难以逸出，造成信号强度变差。

本实用新型为了解决上述问题，提供一种能进一步改善天线信号强度的采用金属壳体的无线通信设备。

解决技术问题所采用的技术方案

本实用新型的无线通信装置包括：金属壳体、线圈、导磁体、以及电路基板，所述线圈设置在所述金属壳体与所述电路基板之间，所述电路基板上设置有金属层，所述金属壳体上设置有第一开口，其特征在于，所述金属层上设置有第二开口，俯视时，所述第一开口、所述第二开口分别与所述线圈至少部分重合。

优选为，所述导磁体设置在所述线圈与所述电路基板之间。

优选为，所述第一开口与外部连通。

优选为，所述第一开口由第一孔以及与所述第一孔及外部连通的第一狭缝构成。

优选为，俯视时，所述第一开口与所述第二开口不重合。

优选为，所述第二开口与所述金属层的外部连通。

优选为，俯视时，所述导磁体与所述第二开口重合。

优选为，俯视时，所述导磁体还与所述第一开口重合。

优选为，所述线圈为矩形，俯视时，所述第二开口延伸至所述线圈的内侧，且与所述线圈的至少一条边相邻。

优选为，所述导磁体设置在所述电路基板的与所述线圈相对的另一侧。

优选为，所述金属壳体为双层，且其中一层设置有所述第一开口，另一层设置有第三开口。

优选为，所述第二开口由开孔以及与所述开孔及外部连通的第一狭缝构成。

优选为，所述金属层的所述第二开口用作外部插接件的插槽。

优选为，所述外部插接件为耳机或存储卡。

实用新型效果

根据本实用新型，由于在电路基板的金属层上设置第二开口，并使金属壳体上的第一开口以及金属层上的第二开口在俯视状态下分别与线圈至少部分重合，因此磁场能顺利通过金属壳体和金属层，天线的信号强度得以提高。

此外，由于第一开口与第二开口在俯视状态下不重合，因此能最大限度地利用导磁体，以使更多的磁场通过，天线的耦合系数更高。而且，当两者不重合时，能够避免应力集中于开口部分导致机械强度降低的情况，因而不容易因冲击等原因损坏。

当导磁体在俯视状态下分别与第一开口以及第二开口重合时，由于导磁体对磁场的引导作用，能将磁场顺利地从第一开口引导到第二开口。而当导磁体在俯视状态下仅与金属层的第二开口重合时，通过第一开口的磁场由于导磁体对磁场的聚集作用，也同样能被引导到第二开口，而且该情况下，由于减小了导磁体的面积，因此还具有降低成本的效果。

此外，由于在俯视状态下，第二开口延伸到矩形的线圈的内侧，且与该线圈的至少一条边相邻，因此能在第二开口处获得更强的磁场强度，由此能提高天线的耦合系数。

此外，由于根据耳机或存储卡等外部插接件的插槽来设置第二开口，因此能在确保信号强度的同时，提高空间利用率，便于产品设计。

附图说明

图1(A)是示出金属壳体1上未设置开口时线圈2与金属壳体1的电流方向关系的图。

图1(B)是示出金属壳体1上设置有开口时线圈2与金属壳体1的电流方向关系的图。

图2是示出无线通信设备的剖面结构的剖视图。

图3是示出实施方式1的无线通信装置10的结构的分解立体图。

图4是示出实施方式1的无线通信装置10的结构的俯视图。

图5是示出实施方式2的无线通信装置20的结构的分解立体图。

图6是示出实施方式2的无线通信装置20的结构的俯视图。

图7是示出实施方式3的无线通信装置30中线圈2与金属层401的开口4011的位置关系的俯视图。

图8是示出实施方式4的无线通信装置40的结构的俯视图。

图9是示出实施方式5的无线通信装置50的剖面结构的剖视图。

图10是示出本实用新型的另一实施方式的无线通信装置的结构的分解立体图。

具体实施方式

下面，基于附图对本实用新型的无线通信装置的各实施方式进行说明，在各图中对相同或相当部件、部位标注相同标号来进行说明。此外，以下说明中，将无线通信装置的背面、即金属壳体一侧设为上方。

《实施方式1》

实施方式1的无线通信装置10的层叠结构与图2相同，线圈2是通常设置在线圈基板(柔性电路板)上的线圈，与铁氧体等导磁体3一同设置在金属壳体1与电路基板4之间，且为了形成电子元器件、导体图案等而在该电路基板4内或其表面设置有金属层401。

图3是示出本实施方式1的无线通信装置10的结构的分解立体图。图4是示出本实施方式1的无线通信装置10的结构的俯视图。为便于图示，图中仅示出电路基板4上的金属层401。

如图3和图4所示，金属壳体1上设有孔101(第一孔)以及将该孔101与外部(金属壳体1的边缘)连通的狭缝102(第一狭缝)。通过设置孔101和狭缝102，使得金属壳体1中产生的电流方向与线圈2中的电流方向相同，能增强线圈2的耦合系数。

在俯视状态下，该孔101与线圈2至少部分重合，否则，天线信号会被金属壳体1屏蔽。此处，“与线圈2至少部分重合”是指与线圈2所围成的整个区域至少部分重合，该区域也包括线圈中央的空心部分。

具体而言，参照图1(B)，线圈2通电后会与金属壳体1的孔101产生电磁耦合，因此在金属壳体1的孔101中感应出与流过线圈2的电流方向(虚线箭头)相反方向(实线箭头)的电流。沿着孔101的边缘流过的电流由于边缘效应而经由狭缝102的边缘沿着金属壳体1流动。因此，在俯视状态下，沿着金属壳体1的周围流动的电流的方向与在线圈2中流动的电流的方向相同。因此，由金属壳体1产生的磁场方向与由线圈2产生的磁场方向相同。而且，由于金属壳体1的面积比线圈2大，因此能利用在金属壳体1中流过的电流产生向大范围扩展的磁场，通信距离得以扩大。

特别是，在线圈2为矩形时，若使俯视状态下，孔101与线圈2的开口大小大致相同，并使孔101的四条边接近线圈2的四条边，则俯视状态下，金属壳体1的孔101配置成与线圈2的开口的周边大体一致，能使金属壳体1的孔101与线圈2的电磁耦合变强。因此在金属壳体1中流过更大的电流，能使金属壳体1更高效地辐射线圈2所产生的磁场。

此外，金属层401上设有开口4011，且该开口4011与外部、即金属层401的边缘连通，并且在俯视状态下，该开口4011与线圈2至少部分重合。由于在金属层401上也设置了开口4011，基于同样的原理，使得磁场可以顺利从该开口4011逸出，因此能进一步增强信号。

本例中，金属壳体1上的孔101与金属层401上的开口4011在俯视状态下不重合。其原因在于，导磁体3对磁场具有引导作用，通过如本实施方式那样将金属壳体1上的孔101与金属层401上的开口4011设置成在俯视状态下不重合且分别与导磁体3重合，从而能最大限度地利用导磁体3，以使更多的磁场通过，天线的耦合系数更高。而且，当两者不重合时，能够避免应力集中于开口部分导致机械强度降低的情况，因而不容易因冲击等原因导致损坏。

当然，也可以根据设计或布局等需要，也可以将孔101与开口4011设置成部分重合或完全重合，这并不影响本发明的效果。

此外，本例中，线圈2的形状为矩形，但并不限于此，也可以采用其它形状。

此外，本例中，以在金属壳体1上设置孔101和狭缝102的情况为例进行了说明，但当然也可以在金属壳体1上直接设置与外部连通的孔101。

《实施方式2》

图5和图6是分别示出实施方式2的无线通信装置20的结构的分解立体图以及俯视图。

本实施方式中，线圈2与导磁体3同样设置在金属壳体1与电路基板4之间，该电路基板4上设置有各种电子元器件、导体图案等。并且在电路基板4内或其表面设置有金属层401。金属壳体1上设有孔101(第一孔)以及将该孔101与外部(金属壳体1的边缘)连通的狭缝102(第一狭缝)。在俯视状态下，该孔101与线圈2至少部分重合。此外，金属层401上设有开口4011，且该开口4011与外部、即金属层401的边缘连通，并且在俯视状态下，该开口4011与线圈2至少部分重合。

在上述实施方式1中，导磁体3在俯视状态下与金属壳体1的孔101以及金属层401的开口4011均有重合，而在本实施方式中，如图5和图6所示，导磁体3在俯视状态下仅与开口4011重合。

通过采用该结构，虽然导磁体3未与金属壳体1上的孔101重合，但由于导磁体3对磁场具有聚集效应，使得磁场在通过该孔101后仍被一定程度地向导磁体3以及开口4011处引导，由此也能使磁场通过孔101以及开口4011。而且，通过采用这种结构，能减小导磁体3的设置面积，从而达到节约成本的目的。

此外，由于导磁体3面积减小，能防止磁场被导磁体3引导至非必要的区域导致天线耦合系数变低。

《实施方式3》

本实施方式中，线圈2与导磁体3同样设置在金属壳体1与电路基板4之间，该电路基板4上设置有各种电子元器件、导体图案等。并且在电路基板4内或其表面设置有金属层401。金属壳体1上设有孔101(第一孔)以及将该孔101与外部(金属壳体1的边缘)连通的狭缝102(第一狭缝)。在俯视状态下，该孔101与线圈2至少部分重合。此外，金属层401上设有开口4011，且该开口4011与外部、即金属层401的边缘连通，并且在俯视状态下，该开口4011与线圈2至少部分重合。导磁体3在俯视状态下与金属壳体1的孔101以及金属层401的开口4011均有重合，或者仅与开口4011至少部分重合。

如上文所述，当金属壳体1的孔101与线圈2的形状一致、即俯视状态下重合时，天线的耦合系数最高，这对于金属层401也同样。因此，当金属层401上的开口4011与线圈2的形状一致时，耦合系数达到最大。而本实施方式中，出于机械强度、以及设计上的考虑(下文所述，根据外部插接件的插槽设置开口)，未将开口4011设计成与线圈2的形状一致。

图7是示出实施方式3的无线通信装置30中线圈2与金属层401的开口4011的位置关系的俯视图，并且示出了电流流向。

参照图7可知，线圈2呈矩形，且在俯视状态下，开口4011与实施方式1、2同样，为与外部(金属层401的边缘)连通的矩形，且在俯视状态下延伸到该线圈2的内侧。并且，该开口4011与该线圈2的至少一条边相邻。如图7所示，本例中，开口4011在俯视状态下与线圈2的左侧短边以及下侧长边相邻。通过采用这种结构，与实施方式1中开口4011仅延伸到线圈2内侧的情况相比，能在开口4011处获得更强的磁场强度，天线的耦合系数更高，且兼顾了机械强度以及设计上的需求。

《实施方式4》

本实施方式中，线圈2与导磁体3同样设置在金属壳体1与电路基板4之间，该电路基板4上设置有各种电子元器件、导体图案等。并且在电路基板4内或其表面设置有金属层401。金属壳体1上设有孔101(第一孔)以及将该孔101与外部(金属壳体1的边缘)连通的狭缝102(第一狭缝)。在俯视状态下，该孔101与线圈2至少部分重合。

图8是示出实施方式4的无线通信装置40的结构的俯视图。本实施方式中，将实施方式1-3中形成在金属层401上的矩形的开口4011替换为由第二孔4012以及第二狭缝4013构成的开口，即，与金属壳体1上由孔101和狭缝102相类似的结构。采用本实施方式也能获得与上述实施方式相类似的效果。

此外，金属壳体1上的开口也不限于由孔101和狭缝102构成的方式，也可以与开口4011同样，采用与外部连通的矩形开口，还可以将一部分金属壳体1的材料替换为其它非金属材料、如塑料(例如塑料条)等，只要线圈2不被金属壳体1外圈遮挡即可。但在采用孔和狭缝构成开口的方式中，例如能直接将摄像头的孔区域作为开口，因此能在不影响金属壳体外观的情况下获得良好的天线性能。

此外，导磁体3与上述实施方式相同，可以在俯视状态下与金属壳体1上的孔101以及金属层401上的第二孔4012均有重合，也可以仅与第二孔4012至少部分重合。

《实施方式5》

图9是示出实施方式5的无线通信装置50的剖面结构的剖视图。

本实施方式5中，导磁体3设置在电路基板4的与线圈2相对的另一侧，即，由电路基板4设置在线圈2与导磁体3之间。

如上所述，由于导磁体3对磁场具有引导和聚集作用，因此即便与线圈设置在金属层401的两侧，也能将通过孔101的磁场引导至开口4011或第二孔4012，因而能获得与上述实施方式同样的效果。

其它结构与上述实施方式相同。在电路基板4内或其表面设置有金属层401。金属壳体1上设有孔101(第一孔)以及将该孔101与外部(金属壳体1的边缘)连通的狭缝102(第一狭缝)。在俯视状态下，该孔101与线圈2至少部分重合。此外，金属层401上设有开口4011或者、第二孔4012及第二狭缝4013，并且在俯视状态下，该开口4011与线圈2至少部分重合。此外，导磁体3在俯视状态下与金属壳体1的孔101、以及金属层401上的开口4011(或者第二孔4012及第二狭缝4013)均重合，或仅与开口4011(或者第二孔4012及第二狭缝4013)至少部分重合。

《其它》

上述实施方式中，以金属壳体为例进行了说明，但只要壳体上存在金属区域，均适用于本发明。例如可以是塑料制的壳体上存在金属块、金属条等金属区域的情况、或者是多层结构且其中部分层中存在金属区域的情况。

上述实施方式中，金属壳体1为单层结构，但本实用新型并不限于此，在具有双层金属壳体的情况下，例如，考虑在金属壳体1外侧进一步加装金属制的充电外壳、夹持设备、游戏外设等添加外部金属壳体的情况、或者由于设计需要在金属壳体1内侧另行设置金属片材等情况，只要在每层金属壳体(金属片材)上分别形成开口即可。

此外，上述实施方式中，以金属层401与金属壳体1的面积大致相等的情况为例进行了说明，但金属层401的面积也可以与金属壳体1不相等，例如比金属壳体1小。

此外，上述实施方式中，对线圈为矩形的情况进行了说明，但线圈也可以是圆形、椭圆形等其它形状。

此外，上述实施方式中，以金属层401的开口4011在金属壳体1上的投影与该金属壳体1的边缘相接的情况为例进行了说明，但本实用新型并不限于此，例如也可以如图10所示那样，金属层401的开口4011在金属壳体1上的投影落在金属壳体1内，即，不与金属壳体1的边缘相接。只要该开口4011与线圈2在俯视状态下有重合即可。

此外，通常，无线通信设备上会设有耳机、存储卡等外部插接件的插槽。优选根据这些插槽的位置在金属层401上设置开口，以在获得良好信号强度的同时节省空间。

这里，对于根据耳机插槽设置金属层401的开口的情况，由于通常耳机插头由金属制成，因此在插入耳机后，金属制的耳机插头会将金属层401上的开口堵住，从而对天线信号产生干扰。因此，若考虑用户在通过耳机收听音乐等音频的同时利用该无线通信设备进行近场通信(例如电子支付、身份认证等)的情况，则可在金属层401上另行设置开口，以防止在这种情况下信号强度变差。

此外，关于金属层401上开口的形成方式，优选通过蚀刻来形成。由此能保留电路基板上的绝缘层，确保足够的机械强度，提高耐冲击性。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式。但应当理解为本实用新型在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本实用新型的权利要求书所确定的保护范围内。

标号说明

1 金属壳体

101 孔(第一孔)

102 狭缝(第一狭缝)

2 线圈

3 导磁体

4 电路基板

401 金属层

4011 开口

4012 第二孔

4013 第二狭缝

Claims (14)

1.一种无线通信装置，包括：金属壳体、线圈、导磁体、以及电路基板，

所述线圈设置在所述金属壳体与所述电路基板之间，

所述电路基板上设置有金属层，

所述金属壳体上设置有第一开口，其特征在于，

所述金属层上设置有第二开口，

俯视时，所述第一开口、所述第二开口分别与所述线圈至少部分重合。

2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述导磁体设置在所述线圈与所述电路基板之间。

3.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第一开口与外部连通。

4.如权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第一开口由第一孔以及与所述第一孔及外部连通的第一狭缝构成。

5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

俯视时，所述第一开口与所述第二开口不重合。

6.如权利要求5所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第二开口与所述金属层的外部连通。

7.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，

俯视时，所述导磁体与所述第二开口重合。

8.如权利要求7所述的无线通信装置，其特征在于，

俯视时，所述导磁体还与所述第一开口重合。

9.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，

所述线圈为矩形，

俯视时，所述第二开口延伸至所述线圈的内侧，且与所述线圈的至少一条边相邻。

10.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述导磁体设置在所述电路基板的与所述线圈相对的另一侧。

11.如权利要求1至10的任一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述金属壳体为双层，且其中一层设置有所述第一开口，另一层设置有第三开口。

12.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第二开口由开孔以及与所述开孔及外部连通的第一狭缝构成。

13.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，

所述金属层的所述第二开口用作外部插接件的插槽。

14.如权利要求13所述的无线通信装置，其特征在于，

所述外部插接件为耳机或存储卡。