CN210092356U - 智能设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种智能设备。智能设备包括：环状且封闭的金属框及天线模组。天线模组设于金属框内。天线模组包括：PCB板、功能线圈、谐振线圈以及设于谐振线圈两个端部的电容。PCB板设有功能芯片。功能线圈包括两个馈电点，均与功能芯片电连接。谐振线圈设于功能线圈与金属框之间，用于与功能线圈谐振感应。该智能设备中谐振线圈能有效减弱或抵消金属框因反向电流所引起的磁场，以保证天线模组正常工作。此外，天线模组并未利用该金属框作为辐射体，还简化了该天线模组的设置，且不影响设置其他天线。

Description

智能设备

技术领域

本公开涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种智能设备。

背景技术

随着通讯技术的发展，NFC(Near Field Communication，近场通信)和WPC(Wireless Power Consortium，无线充电联盟)等天线广泛用于手表、手环等智能设备。随着人们对智能设备外观美观的需求，智能设备多包括精致美观的金属框或壳体。但是由于智能设备的体积小型化，天线大多临近金属框设置，这使金属框容易产生与天线反向的电流，并削弱天线所产生的磁场，影响天线的性能。基于此，如何克服或减弱金属框对天线的影响是尤为重要的。

实用新型内容

本公开提供了一种改进的智能设备。

本公开的一个方面提供一种智能设备，所述智能设备包括：

环状且封闭的金属框；及

天线模组，设于所述金属框内；

所述天线模组包括：PCB板，设有功能芯片；

功能线圈，包括两个馈电点，均与所述功能芯片电连接；

谐振线圈以及设于所述谐振线圈两个端部的电容，所述谐振线圈设于所述功能线圈与所述金属框之间，用于与所述功能线圈谐振感应。

可选地，所述谐振线圈为环状结构或螺旋状结构，所述谐振线圈环绕于所述功能线圈面向所述金属框的一侧。

可选地，所述谐振线圈为方形环状结构、圆形环状结构、三角环状结构中的一种；或

所述谐振线圈为方形螺旋状结构、圆形螺旋状结构、三角螺旋状结构中的一种。

可选地，所述谐振线圈为螺旋状结构，所述谐振线圈的匝数为至少一匝。

可选地，所述谐振线圈的数目为至少两个，且至少两个所述谐振线圈的谐振频率不同。

可选地，所述谐振线圈的数目为至少两个，至少一个所述谐振线圈设于所述功能线圈与所述金属框之间，至少一个所述谐振线圈设于所述功能线圈背离所述金属框的一侧。

可选地，所述谐振线圈的谐振频率与所述功能线圈的工作频率相同或不同。

可选地，所述功能线圈为NFC线圈，所述谐振线圈的谐振频率包括13-16MHz。

可选地，所述功能线圈为WPC线圈，所述谐振线圈的谐振频率包括110-205KHz。

可选地，所述电容设于所述PCB板，所述谐振线圈的端部通过连接件与所述电容连接。

可选地，所述天线模组还包括：磁性层，设于所述PCB板与所述功能线圈之间。

本公开实施例提供的智能设备至少具有以下有益效果：

本公开实施例提供的智能设备，通过使谐振线圈设于功能线圈与金属框之间，且谐振线圈的两个端部设有电容，以在功能线圈工作时，使谐振线圈与功能线圈谐振感应，并产生与功能线圈相同方向的电流，以有效减弱或抵消金属框因反向电流所引起的磁场，进而保证天线模组正常工作。此外，天线模组并未利用金属框作为辐射体，这不仅使谐振线圈有效减弱或抵消金属框对天线模组的影响，还简化了天线模组的结构设置，且不影响把金属框设置为其他天线。

附图说明

图1所示为根据一示例性实施例示出的智能设备的局部结构剖视图；

图2所示为根据一示例性实施例示出的距离包括金属框的智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图；

图3所示为根据一示例性实施例示出的距离不包括金属框的智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图；

图4所示为本公开根据一示例性实施例示出的智能设备的局部结构剖视图；

图5所示为本公开根据一示例性实施例示出的智能设备的局部结构剖视图；

图6所示为根据一示例性实施例示出的距离本公开实施例提供的一种智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。除非另作定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本公开说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1所示为根据一示例性实施例示出的智能设备100的局部结构剖视图。参考图1，该智能设备100包括金属框110以及设于金属框110内的功能线圈120。当功能线圈120以顺时针方向的电流流通时，金属框110产生逆时针方向的反向电流。基于此，根据右手螺旋定则可知，功能线圈120所产生的磁场方向与金属框110所产生的磁场方向相反，这使金属框110所产生的磁场减弱或抵消功能线圈120所产生的磁场，影响天线的工作性能。

图2所示为根据一示例性实施例示出的距离包括金属框110的智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图。图3所示为根据一示例性实施例示出的距离不包括金属框的智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图。图2的智能设备可为图1所示的智能设备，金属框110为方形框，金属框110的边长为40mm，NFC线圈(功能线圈120)的匝数为4，NFC线圈外侧与金属框110内侧之间的距离为2mm。图3中智能设备与图1中智能设备的不同之处仅为没有金属框。结合参考图2和图3，图2中包括金属框110的智能设备100比图3中不包括金属框110的智能设备100的NFC天线磁场分量降低约25％，可见，金属框110明显影响智能设备100的天线性能。

一些实施例中，智能设备包括环形且封闭的金属框和天线模组。天线模组包括设于金属框内的功能线圈，功能线圈与金属框电连接，以使金属框成为天线模组的一部分。由于功能线圈与金属框电连接，这影响如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)等用于通讯的天线利用金属框作为天线的辐射体。而且，最大只有一半金属框才能被转换成天线模组的一部分，没有被天线模组利用的那部分金属框还会产生与功能线圈中电流的反向电流，这不能有效减弱或抵消金属框对天线的影响。

为了解决上述问题，本公开一些实施例提供了一种智能设备，包括：环状且封闭的金属框及设于金属框内的天线模组。其中，天线模组包括：PCB板、功能线圈、谐振线圈以及电容。PCB板设有功能芯片。功能线圈包括两个馈电点，均与功能芯片电连接。电容设于谐振线圈的两个端部，谐振线圈设于功能线圈与金属框之间，用于与功能线圈谐振感应。本公开实施例提供的智能设备，通过使谐振线圈设于功能线圈与金属框之间，且谐振线圈的两个端部设有电容，以在功能线圈工作时，使谐振线圈与功能线圈谐振感应，并产生与功能线圈方向相同的电流，以有效减弱或抵消金属框因反向电流所引起的磁场，进而保证天线模组正常工作。此外，天线模组并未利用该金属框作为辐射体，这不仅使谐振线圈有效减弱或抵消金属框对天线模组的影响，还简化了天线模组的结构设置，且不影响把金属框设置为其他天线。

本公开提供的智能设备包括但不限于：手机、平板电脑、iPad、数字广播终端、消息收发设备、游戏控制台、医疗设备、健身设备、个人数字助理、智能可穿戴设备、其它智能家居产品等。其中，智能可穿戴设备包括但不限于手表、手环、指环等。

图4所示为本公开根据一示例性实施例示出的智能设备200的局部结构剖视图。图5所示为本公开根据一示例性实施例示出的智能设备200的局部结构剖视图。结合参考图4和图5，智能设备200包括：环状且封闭的金属框210以及设于金属框210内的天线模组220。其中，天线模组220包括PCB板221(Printed Circuit Board，印制电路板)、功能线圈222、谐振线圈223、电容224。

金属框210可以为圆形环状结构、方形环状结构(参考图4)或三角环状结构等规则或不规则的结构，本公开对此不作具体限定。在一个实施例中，智能设备200的壳体可以全为金属材质，金属框210为壳体的一部分。在另一个实施例中，金属框210可以与其他材质如塑料构成智能设备200的壳体。需要说明的是，基于对外观的考虑，金属框210为封闭的环状结构，也即没有设置开口。

PCB板221可以为柔性线路板也可以为刚性线路板，本公开对此不作具体限定。PCB板221设有功能芯片，功能芯片通过特定的匹配电路与功能线圈222的两个馈电点225连接，以控制功能线圈222工作。PCB板221可以通过螺钉等固定件与金属框210的内壁连接，以固定于金属框210内。需要说明的是，PCB板221与金属框210之间可存在电连接，以起到接地效果，但金属框210与功能线圈222和谐振线圈223之间不存在电连接关系。在一个实施例中，当金属框210为方形环状结构时，PCB板221可与金属框210的四个角部固定连接。

功能线圈222可以为NFC线圈或WPC线圈。NFC线圈的工作频率为13.56MHz，可支持读写模式和卡模拟工作模式。比如，读写模式包括读公交卡余额并对其充值。卡模拟工作模式包括作为公交卡、银行卡、信用卡、支付卡、门禁钥匙、机场登机验证设备等使用。WPC线圈的工作频率为110-205KHz。在一个实施例中，功能线圈222为螺旋状结构，功能线圈222的匝数为多匝，例如可以为2匝、3匝、4匝、5匝、6匝等。

继续参考图4，电容224可设于谐振线圈223的两个端部。谐振线圈223设于功能线圈222与金属框210之间，用于与功能线圈222谐振感应。示例性地，在功能线圈222工作时，功能线圈222中流通顺时针方向的电流，功能线圈222与谐振线圈223谐振感应，谐振线圈223中流通顺时针方向的电流，金属框210中流通逆时针方向的电流。谐振线圈223产生的磁场与金属框210产生的磁场方向相反，以减弱或抵消金属框210产生的反向干扰磁场，这在该智能设备具有美观外观的前提下，保证了天线模组220能够正常工作。此外，天线模组220并未利用该金属框210作为辐射体，这不仅使谐振线圈223有效减弱或抵消金属框210对天线模组220的影响，还简化了天线模组220的结构设置，且不影响将金属框210设置其他天线。

在一个实施例中，电容224可以直接焊接于谐振线圈223的端部。示例性地，谐振线圈223的两个端部分别设有焊盘，电容224可以焊接于焊盘上。在另一个实施例中，电容224设于PCB板221，谐振线圈223通过连接件与电容224连接。其中，连接件可以为弹片。弹片可以与谐振线圈223的两个端部设有的焊盘连接，并与PCB板221上的电容224连接。一些实施例中，谐振线圈223和功能线圈222可设于柔性衬底上，通过使电容224设于PCB板221，并通过弹片将谐振线圈223引至电容224，方便设置电容224，并容易使电容224与谐振线圈223的端部连接。

需要说明的是，功能线圈222的工作频率、与谐振线圈223和电容224配合的谐振频率接近，比如谐振线圈223和电容224配合的谐振频率是功能线圈222的工作频率的90％-110％时，谐振线圈223和电容224与功能线圈222才可谐振感应。

在一个实施例中，谐振线圈223和功能线圈222均设于柔性的衬底上。谐振线圈223和功能线圈222可设于衬底的同侧，或谐振线圈223和功能线圈222设于衬底的两侧。本公开对此不作具体限定，能够容易设置即可。

在一个实施例中，继续参考图5，天线模组220还包括：磁性层226，设于PCB板221与功能线圈222之间，以及PCB板221与谐振线圈223之间。其中，磁性层226可以为铁氧体材料。一些实施例中，通过设置磁性层226能够增加功能线圈222和谐振线圈223的电感量，增强天线模组的天线性能。

图6所示为本公开根据一示例性实施例示出的距离智能设备表面15mm处的NFC天线磁场分量分布图。图6可以为图4所示的智能设备200的天线磁场分量的分布图，其中，功能线圈222可以为NFC线圈，NFC线圈可以包括三匝，谐振线圈223可以包括一匝，金属框210的边长为40mm，金属框210到谐振线圈223之间的距离为2mm。将图2与图6进行对比，图6中设有谐振线圈223和电容224的智能设备200的NFC天线磁场分量比图2中智能设备的NFC天线磁场分量大，可见通过设置谐振线圈223能够有效抵消金属框210产生的反向干扰磁场，而且还增强了本公开实施例提供的智能设备的天线磁场。

需要说明的是，谐振线圈223的谐振频率由以下公式得到：

其中，C₀为电容224的电容值，L为谐振线圈223的电感。在一个实施例中，当功能线圈222为NFC线圈时，为了增强NFC线圈的性能，谐振线圈223的谐振频率应该在13.56MHz附近为佳，以使谐振线圈223与功能线圈222之间产生一种类似共振的效果，并具有与NFC线圈相同方向的电流。在一些实施例中，由于功能线圈222通过特定的匹配电路与功能芯片形成回路，内阻较大，谐振线圈223与电容224形成一回路，内阻较小，这使得(一匝)谐振线圈223所产生的电流强度高于(一匝)功能线圈222所产生的电流强度，因此谐振线圈223所产生的磁场强度更大，能够有效抵消金属框210所产生的干扰磁场，还可增加天线模组220的磁场强度，使天线模组220具有更好的天线性能。

进一步需要说明的是，在图6中，谐振线圈223的谐振频率并不是严格为13.56MHz，如果严格为13.56MHz，图6中的磁场分布强度将更加明显增强。在实际应用时，可以将谐振线圈223的谐振频率调整在13.56MHz附近，比如15.5MHz，以使该智能设备具有双频的带宽，进而使天线模组220能够覆盖整个13-16MHz的频率段，以此来增加功能天线的带宽，扩展读写具有不同工作频率公交卡，进而提升用户体验。

在一个实施例中，继续参考图4，谐振线圈223为环状结构或螺旋状结构，谐振线圈223环绕于功能线圈222面向金属框210的一侧。一些实施例中，该谐振线圈223的结构简单，容易获取，利于该天线模组220的生产制造。而且，环绕功能线圈222的谐振线圈223能够有效削弱或抵消金属框210任一部分产生的干扰磁场。一些实施例中，谐振线圈223与功能线圈222的结构类似，以方便谐振线圈223与功能线圈222的布线，还利于该智能设备的美观，而且还使谐振线圈223的任一部分与功能线圈222的任一部分的间距相等，能够使谐振线圈223与功能线圈222之间有效地谐振感应。另一些实施例中，谐振线圈223与金属框210的结构类似，以方便谐振线圈223的布线，还利于该智能设备的美观，而且利于有效地削弱或抵消金属框210所产生的干扰磁场。

本公开关于谐振线圈223的结构给出以下几种示例：

示例性地，谐振线圈223为环状结构时，谐振线圈223为方形环状结构、圆形环状结构、三角环状结构中的一种。可以理解的是，环状结构的谐振线圈223包括至少一匝。当需要增强谐振线圈223的磁场强度时，可以设置多个谐振线圈223。

示例性地，谐振线圈223为螺旋状结构时，谐振线圈223为方形螺旋状结构、圆形螺旋状结构、三角螺旋状结构中的一种。可以理解的是，螺旋状结构的谐振线圈223的匝数为至少一匝。

此外，谐振线圈223还可为其他规则或不规则的结构，本公开实施例对此不作具体限定。

在一个实施例中，谐振线圈223为螺旋状结构，谐振线圈223的匝数为至少一个。一些实施例中，在空间允许的前提下，可以使用具有多匝的谐振线圈223。功能线圈222的天线性能随着谐振线圈223匝数的增加而增强。基于公式

可知，谐振线圈223的匝数增加时所需要的电容224将相应的减小，比如当谐振线圈223的匝数从1匝变为N匝时，所需要电容224的值将变成原来的1/N。

在一个实施例中，谐振线圈223的数目为至少两个，且至少两个谐振线圈223的谐振频率不同。一些实施例中，至少两个频率不同的谐振线圈223使天线模组220具有多频，以覆盖更宽频带，增大该智能设备200的灵活性与实用性，进而适用于多个应用场景。需要说明的是，至少两个谐振线圈223可以均设于功能线圈222面向金属框210的一侧，至少两个谐振线圈223设于金属框210与功能线圈222之间。

在一个实施例中，谐振线圈223的数目为至少两个，至少一个谐振线圈223设于功能线圈222与金属框210之间，至少一个谐振线圈223设于功能线圈222背离金属框210的一侧。一些实施例中，设于功能线圈222与金属框210之间的谐振线圈223可减弱或抵消金属框210所产生的反向干扰磁场，设于功能线圈222背离金属框210一侧的谐振线圈223可增强与功能线圈222的交互，增加功能线圈222的磁场强度。在一个实施例中，谐振线圈222为单匝时，也可设于功能线圈222背离金属框210的内侧。

在一个实施例中，谐振线圈223的谐振频率与功能线圈222的工作频率相同或不同。一些实施例中，当谐振线圈223的谐振频率与功能线圈222的工作频率相同时，谐振线圈223与功能线圈222谐振感应，谐振线圈223以相同频率工作，进而增强天线模组220的工作信号强度。一些实施例中，当谐振线圈223的谐振频率与功能线圈222的工作频率不相同时，天线模组220能够以谐振线圈223和功能线圈222的两个频率工作，这使该天线模组220具有双频或多频，进而使该智能设备200覆盖更宽频带的带宽，增加该智能设备200的灵活性与实用性。

在一个实施例中，功能线圈222为NFC线圈，谐振线圈223的谐振频率包括13-16MHz，例如可以为13MHz、13.56MHz、14MHz、14.5MHz、15MHz、15.5MHz、16MHz等。一些实施例中，为了增加NFC线圈的读写模式，通过调整电容224，可使谐振线圈223的谐振频率为13.56MHz，利于增强NFC的读写模式体验。另一些实施例中，为了增加NFC线圈的卡模拟工作模式，通过调整电容224，可使谐振线圈223的谐振频率为15.5MHz，这使该智能设备具有双频的带宽，利于增强NFC线圈对工作频率接近16MHz的公交卡的读写体验。

在一个实施例中，功能线圈222为WPC线圈，谐振线圈223的谐振频率包括110-205KHz，例如可以为110KHz、130KHz、150KHz、165KHz、180KHz、190KHz、200KHz、205KHz等。一些实施例中，这利于使天线模组220能够在较宽的频域范围内进行无线充电。

一些实施例中，上述天线模组220还可用于不包括金属框210的智能设备中，以增强频率带宽和磁场强度。

一些实施例中，智能设备包括：金属框、单匝的谐振线圈、PCB板。其中，PCB板上设有功能芯片。金属框作为主天线，金属框上的两个馈电点与功能芯片电连接，且两个馈电点之间非180°直线。谐振线圈设于金属框内，且谐振线圈的两个端部连接有电容。在功能芯片控制金属框工作时，谐振线圈与金属框谐振，谐振线圈产生与金属框的同向电流。该智能设备具有以下缺点：

金属框与功能芯片的连接限制了金属框作为其他天线(GPS、蓝牙和WiFi)辐射体的可行性。金属框小于1/2周长的部分产生有效电流，这不能使谐振线圈产生较强的电流，影响该智能设备的天线性能。此外，功能芯片对金属框的电感量有一定的要求，比如NFC芯片要求天线的电感在300nH以上，而小于半圈的金属框的电感很难满足这个要求。

本公开一些实施例提供的智能设备200相比于上述智能设备具有以下区别和效果：

(1)本公开实施例中的主天线是功能线圈222，而不是金属框210，能够容易地控制电感值，以满足对最小电感值的要求。

(2)本公开实施例中通过在功能线圈222和金属框210之间设有一谐振线圈223，并在谐振线圈223的两个端部设有电容224，该谐振线圈223能够与功能线圈222产生谐振感应，并产生相同方向的电流，这不仅增强了天线性能，还可减弱或抵消金属框210对天线性能的影响。

(3)本公开实施例中，谐振线圈223可产生360°的整圈电流，且具有较强的电流强度，天线性能比上述智能设备的天线性能好。

(4)本公开实施例中谐振线圈223与金属框210之间没有电连接，结构简单，方便设计天线模组，适用性强。

(5)本公开实施例中没有把金属框210作为主天线，不影响把金属框210设置为其他天线辐射体，本公开实施例提供的智能设备200的适用性更强。

(6)本公开实施例中通过设计不同电容224，可以使谐振线圈223与功能线圈222产生具有双频或多频的天线模组220。比如当功能线圈222为NFC线圈时，NFC线圈的工作频率为13.56MHz，通过使谐振线圈223的谐振频率为15.5MHz，利于该智能设备200具有良好的读写模式和卡模拟工作模式。

(7)本公开实施例中的功能线圈222可以为NFC线圈，还可为WPC线圈。上述智能设备仅适用于NFC天线功能。

本公开上述各个实施例，在不产生冲突的情况下，可以互为补充。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种智能设备，其特征在于，所述智能设备包括：

环状且封闭的金属框；及

天线模组，设于所述金属框内；

所述天线模组包括：PCB板，设有功能芯片；

功能线圈，包括两个馈电点，均与所述功能芯片电连接；

谐振线圈以及设于所述谐振线圈两个端部的电容，所述谐振线圈设于所述功能线圈与所述金属框之间，用于与所述功能线圈谐振感应。

2.根据权利要求1所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈为环状结构或螺旋状结构，所述谐振线圈环绕于所述功能线圈面向所述金属框的一侧。

3.根据权利要求2所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈为方形环状结构、圆形环状结构、三角环状结构中的一种；或

所述谐振线圈为方形螺旋状结构、圆形螺旋状结构、三角螺旋状结构中的一种。

4.根据权利要求2所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈为螺旋状结构，所述谐振线圈的匝数为至少一匝。

5.根据权利要求2所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈的数目为至少两个，且至少两个所述谐振线圈的谐振频率不同。

6.根据权利要求1所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈的数目为至少两个，至少一个所述谐振线圈设于所述功能线圈与所述金属框之间，至少一个所述谐振线圈设于所述功能线圈背离所述金属框的一侧。

7.根据权利要求1所述的智能设备，其特征在于，所述谐振线圈的谐振频率与所述功能线圈的工作频率相同或不同。

8.根据权利要求1所述的智能设备，其特征在于，所述功能线圈为NFC线圈，所述谐振线圈的谐振频率包括13-16MHz。

9.根据权利要求1所述的智能设备，其特征在于，所述功能线圈为WPC线圈，所述谐振线圈的谐振频率包括110-205KHz。

10.根据权利要求1-9任一项所述的智能设备，其特征在于，所述电容设于所述PCB板，所述谐振线圈的端部通过连接件与所述电容连接。

11.根据权利要求1-9任一项所述的智能设备，其特征在于，所述天线模组还包括：磁性层，设于所述PCB板与所述功能线圈之间。

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