CN209232948U - 一种nfc天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种NFC天线。本实用新型提供的NFC天线包括：天线层、介质层、磁性层和绝缘层。介质层设置在天线层和磁性层之间，磁性层上刻蚀有缝隙结构，天线层和介质层之间设置有绝缘层，介质层和磁性层之间设置有绝缘层。由于磁性层上刻蚀有缝隙结构，因此，NFC天线存在对应的气隙结构，气隙结构能够有效抑制材料中的感应磁场，减小感应磁场对原磁场的衰减，从而降低天线的能量损耗。同时，由于磁性层设置有缝隙结构，能够增加磁性层的磁阻，一方面能够调控线圈电感和分布电容，实现阻抗匹配，另一方面还能够防止磁性层因磁饱和而失去磁场屏蔽性能。

Description

一种NFC天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，特别是涉及一种NFC天线。

背景技术

随着电子信息技术的高速发展，近距离无线通信技术已经成为当前应用的热点之一。近场通信(near field communication，NFC)作为近距离无线通信技术的一种，是在非接触式射频识别和互联技术的基础上整合演变而来。在移动设备、个人电脑、消费类电子产品和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC具有双向连接和识别的功能，相对带宽高、能耗低，传输安全性高，同时，可以兼容现有的非接触式智能卡，实现较为流畅的产业升级。

目前，NFC存在识别效率较低、易受外界环境干扰等不足之处。将软磁材料应用于NFC系统中，软磁材料的高导磁性能能够有效控制磁场分布，提高其传输效率和识别距离，有利于设备轻薄化、小型化，同时还能屏蔽电磁场从而满足系统的电磁兼容性要求。

金属软磁材料具有十分优秀的软磁性能，同时其高电导率还能够有效屏蔽电场(有效接地)，提升系统对电场的抗干扰能力。但是，现有的基于金属软磁材料的NCF天线电导率较大，材料内感应磁场对原磁场的衰减使得线圈天线能量损耗增加。同时，在软磁材料的作用下，线圈电感的增大会导致阻抗匹配难以实施。所以，如何抑制NFC天线内部的感应磁场，解决高电感时的阻抗匹配问题，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种NFC天线，能够减小感应磁场对原磁场的衰减，降低天线能量损耗的同时实现阻抗匹配。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种NFC天线，所述NFC天线包括：天线层、介质层、磁性层和绝缘层，其中，

所述介质层设置在所述天线层和所述磁性层之间，所述磁性层上刻蚀有缝隙结构，所述天线层和所述介质层之间设置有所述绝缘层，所述介质层和所述磁性层之间设置有所述绝缘层。

可选的，所述磁性层包括一层金属软磁薄膜层。

可选的，所述缝隙结构包括：以所述磁性层的中心区域为中心的发射状缝隙、若干贯穿所述磁性层的带状缝隙或若干微带梳形缝隙，其中，每一所述微带梳形缝隙包括一条连续的竖直缝隙及多条设置在竖直缝隙两侧并与所述竖直缝隙连通的水平缝隙。

可选的，所述带状缝隙的宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述带状缝隙的间距范围为0.5-2mm。

可选的，所述发射状缝隙的射线缝隙宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述射线缝隙的夹角范围为10-90度。

可选的，所述磁性层包括至少两层金属软磁薄膜层，且相邻的两层所述金属软磁薄膜层之间设置有所述绝缘层。

可选的，相邻的两层所述金属软磁薄膜层上的带状缝隙相互垂直。

可选的，所述介质层的材料为电介质材料，所述介质层的厚度范围为0.01-1mm，所述磁性层的厚度范围为0.02-1mm，所述绝缘层的厚度范围为100nm-0.1mm。

可选的，所述绝缘层的材料为高分子胶粘剂。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供的NFC天线包括：天线层、介质层、磁性层和绝缘层。其中，所述磁性层上刻蚀有缝隙结构，因此，NFC天线存在对应的气隙结构，气隙结构能够有效抑制材料中的感应磁场，减小感应磁场对原磁场的衰减，从而降低天线的能量损耗。同时，由于磁性层设置有缝隙结构，能够增加磁性层的磁阻，一方面能够调控线圈电感和分布电容，实现阻抗匹配，另一方面还能够防止磁性层因磁饱和而失去磁场屏蔽性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的一种NFC天线的结构框图；

图2为本实用新型实施例1提供的复合式磁性层结构示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的带状缝隙的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的发射状缝隙的结构示意图；

图5为本实用新型实施例3提供的微带梳形缝隙的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种NFC天线，能够减小感应磁场对原磁场的衰减，降低天线能量损耗的同时实现阻抗匹配。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1：

图1为本实用新型实施例1提供的一种NFC天线的结构框图。如图1所示，一种NFC天线，所述NFC天线包括：天线层1、介质层2、磁性层3和绝缘层4(图1中未显示)。

所述介质层2设置在所述天线层1和所述磁性层3之间，所述天线层为柔性电路板(Flexible Printed Circuit简称FPC)，设置有环形或方形线圈天线，所述线圈天线匝数为2-10匝。所述介质层的材料为电介质材料，所述介质层的厚度范围为0.01-1mm，所述电介质材料为相对介电常数范围为1-18的低介电损耗材料。所述磁性层的厚度范围为0.02-1mm，所述绝缘层的厚度范围为100nm-0.1mm。所述磁性层3上刻蚀有缝隙结构。所述天线层1和所述介质层2之间设置有所述绝缘层4，所述介质层2和所述磁性层3之间设置有所述绝缘层4，所述绝缘层4的材料为高分子胶粘剂，通过高分子胶粘剂将上述各层胶合在一起形成NFC天线。

图2为本实用新型实施例1提供的复合式磁性层结构示意图。实际应用中，可根据实际应用需求将所述磁性层设置为一层金属软磁薄膜层306，也可将其设置为如图2所示的复合式磁性层，复合式磁性层包括至少两层金属软磁薄膜层306和若干绝缘层4，相邻的两层所述金属软磁薄膜层306之间设置有所述绝缘层4。金属软磁薄膜叠层的层数优选为2-6层，各金属软磁薄膜层均与接地端子连接屏蔽交变电场。金属软磁薄膜包含：铁基、铁钴基、铁镍基、铁硅铝合金、非晶或纳米晶带材。复合式磁性层具有电场和磁场屏蔽功能。

优选地，绝缘层4采用高分子胶粘剂，用于粘结并分隔相邻的金属软磁薄膜层。

具体地，本实施例的所述天线为FPC，尺寸为44mm×29mm，匝数为6的方形线圈。所述介质层2为相对介电常数值为6的氮化铝陶瓷柔性片材，所述氮化铝柔性片材厚度为0.4mm。所述磁性层3为金属软磁薄膜的叠层，所述叠层的金属软磁薄膜层数为2层。所述金属软磁薄膜为铁镍合金软磁薄膜，所述各层铁镍合金软磁薄膜均接地。

所述绝缘层4为高分子胶粘剂，胶粘剂的厚度为0.01mm，所述胶粘剂用于粘结并分隔各层铁镍合金软磁薄膜，形成铁镍合金软磁薄膜与绝缘层交替的叠层。

图3为本实用新型实施例1提供的带状缝隙的结构示意图。图3所示，若干带状缝隙301等间距平行分布在磁性层3上，分割后的磁性层3的各个部分均与接地端子302连接。所述带状缝隙的宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述带状缝隙的间距范围为0.5-2mm。所述金属软磁薄膜层中，相邻金属软磁薄膜层的带状缝隙301相互垂直。

实施例2：

一种含有复合金属软磁薄片的NFC天线，所示NFC天线包含天线层、介质层和磁性层，磁性层为层叠的复合金属软磁薄膜层和绝缘层。

所述天线层1为FPC，尺寸为24mm×39mm，匝数为4的方形线圈。所述介质层2为相对介电常数值为3的硅橡胶，所述硅橡胶的厚度为0.6mm。

所述磁性层3为金属软磁薄膜的叠层，所述叠层的金属软磁薄膜层数为4层。所述金属软磁薄膜为铁钴合金软磁薄膜，所述各层铁钴合金软磁薄膜均接地。图4为本实用新型实施例2提供的发射状缝隙的结构示意图。如图4的(a)部分和(b)部分所示，发射状缝隙结构包括以所述磁性层3的中心区域为中心的发射状缝隙303。经发射状缝隙分隔后的磁性层3的各个部分仍然相互连通且与接地端子302连接屏蔽交变电场。如图4的(a)部分所示，通过磁性层3的中心将分隔后的各部分相连，如图4的(b)部分所示，通过磁性层3的边缘将分隔后的各部分相连。所述发射状缝隙的射线缝隙宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述射线缝隙的夹角范围为10-90度。所述铁钴合金软磁薄膜层中，相邻的铁钴合金软磁薄膜层的发射状缝隙的位置相互错开，不重叠。

本实施例中，所述绝缘层4为高分子胶粘剂，胶粘剂的厚度为0.08mm。胶粘剂用于粘结并分隔各层铁钴合金软磁薄膜，形成铁钴合金软磁薄膜与绝缘层交替的叠层。

实施例3：

一种含有复合金属软磁薄片的NFC天线，所示NFC天线包含天线层、介质层和磁性层，磁性层为层叠的复合金属软磁薄膜层和绝缘层。

所述天线层为FPC，半径为20mm，匝数为8的圆形线圈。所述介质层为相对介电常数范围为4的氧化硅柔性片材，所述氧化硅柔性片材的厚度为0.8mm。所述磁性层为金属软磁薄膜的叠层，所述叠层的金属软磁薄膜层数为3层，所述金属软磁薄膜为铁硅铝合金薄膜。

图5为本实用新型实施例3提供的微带梳形缝隙的结构示意图。如图5所示，每一所述微带梳形缝隙包括一条连续的竖直缝隙304及多条设置在竖直缝隙两侧并与所述竖直缝隙连通的水平缝隙305。竖直缝隙304和水平缝隙305的宽度范围均为0.01-0.1mm，相邻的水平缝隙305的间距范围为0.5-2mm。若干微带梳形缝隙等间距分布在磁性层3的铁硅铝合金软磁薄膜上，经若干微带梳形缝隙分隔后的铁硅铝合金软磁薄膜的各个部分仍然相互连通且与接地端子302连接屏蔽交变电场。所述金属软磁薄膜层中，相邻金属软磁薄膜层的微带梳形缝隙的位置相互错开，不重叠。

所述绝缘层4为高分子胶粘剂，所述绝缘层厚度为0.02mm，胶粘剂用于粘结且分隔各层铁硅铝合金软磁薄膜，形成铁硅铝合金软磁薄膜与绝缘层交替的叠层。所述绝缘层的层数为2层。

基于以上各个实施例可见，线圈天线的高电感是通过对金属软磁薄膜设计缝隙结构和缝隙宽度及数量实现的：

对金属软磁薄膜设置缝隙结构，能够在天线中对应形成气隙结构，气隙结构能够抑制材料中的感应磁场，减小感应磁场对原磁场的衰减，气隙的数量决定了感应磁场的抑制量。在金属软磁薄膜层间用绝缘层分隔，抑制感应磁场通过相邻金属软磁层间形成，再次减小感应磁场对原磁场的衰减。此外，金属软磁材料的磁导率与线圈电感成正比，金属软磁薄膜设置缝隙结构，能够增加材料磁阻。通过气隙的数量和气隙宽度，一方面能够调控线圈电感，另一方面能够防止复合金属软磁片因磁饱和而失去磁场屏蔽性能。

基于以上所述，所述线圈的阻抗匹配是通过在磁性层设置缝隙结构，通过控制气隙宽度、数量和选取介质层的材料调控分布电容，实现阻抗匹配。具体原理如下：

将天线线圈置于介质层一侧，线圈与磁性层会形成寄生电容C1，控制气隙的数量、气隙宽度和介质层材料的介电常数，实现对电容C1的调控。C1与线圈自身的分布电容为C2形成串联，整个NFC天线的电容C3既小于C1又小于C2，在谐振频率一定情况下，NFC天线可以取得电感最大值。通过调节C1，不仅可以获得高电感，同时实现阻抗匹配。

本实用新型提供的一种含有复合金属软磁薄片的NFC天线包括：天线层、介质层、磁性层和绝缘层。介质层为低介电损耗的电介质材料，磁性层为高磁导率、高饱和磁化强度的软磁薄膜，绝缘层为高分子胶粘剂。其中，磁性层由单层或多层金属软磁薄膜堆叠构成，多层金属软磁薄膜间由绝缘层分隔、粘连，各层金属软磁薄膜中设有气隙结构。磁性层中各层金属软磁薄膜为屏蔽交变磁场的材料，为防止磁场泄漏，相邻金属软磁薄膜中的带状缝隙相互垂直，相邻薄膜中发射状缝隙和微带梳形缝隙的位置相互错开。NFC线圈天线在复合金属软磁薄片的作用下，能够实现NFC线圈天线的高电感且容易实现阻抗匹配，从而有效提高NFC系统的传输效率和识别距离，同时能够屏蔽电磁场对NFC系统的干扰。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种NFC天线，其特征在于，所述NFC天线包括：天线层、介质层、磁性层和绝缘层，其中，

所述介质层设置在所述天线层和所述磁性层之间，所述磁性层上刻蚀有缝隙结构，所述天线层和所述介质层之间设置有所述绝缘层，所述介质层和所述磁性层之间设置有所述绝缘层。

2.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述磁性层包括一层金属软磁薄膜层。

3.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述缝隙结构包括：以所述磁性层的中心区域为中心的发射状缝隙、若干贯穿所述磁性层的带状缝隙或若干微带梳形缝隙，其中，每一所述微带梳形缝隙包括一条连续的竖直缝隙及多条设置在竖直缝隙两侧并与所述竖直缝隙连通的水平缝隙。

4.根据权利要求3所述的NFC天线，其特征在于，所述带状缝隙的宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述带状缝隙的间距范围为0.5-2mm。

5.根据权利要求3所述的NFC天线，其特征在于，所述发射状缝隙的射线缝隙宽度范围为0.01-0.1mm，相邻的所述射线缝隙的夹角范围为10-90度。

6.根据权利要求3所述的NFC天线，其特征在于，所述磁性层包括至少两层金属软磁薄膜层，且相邻的两层所述金属软磁薄膜层之间设置有所述绝缘层。

7.根据权利要求6所述的NFC天线，其特征在于，相邻的两层所述金属软磁薄膜层上的带状缝隙相互垂直。

8.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述介质层的材料为电介质材料，所述介质层的厚度范围为0.01-1mm，所述磁性层的厚度范围为0.02-1mm，所述绝缘层的厚度范围为100nm-0.1mm。

9.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述绝缘层的材料为高分子胶粘剂。