TWI568077B - 用於無線通訊之天線 - Google Patents

Description

用於無線通訊之天線

本揭露係有關用於無線通訊之天線，特別是有關用於近場無線通訊之天線。

在無線通訊之領域中，近場通訊(Near Field Communication,NFC)為目前相當熱門之應用之一。近場通訊是一種短距離的高頻無線通訊技術，由免接觸式射頻識別(radio frequency identification,RFID)以及互連技術的整合演變而來。近場通訊允許兩個欲互相連結通訊的電子設備藉由靠近或近距離接觸進而執行資料交換與傳輸。

近場通訊技術可應用於信用卡、識別證、智慧型手機、平板電腦等消費性電子產品以提供身分辨識、交易付費等服務，對於資料傳輸及管理有莫大的便利性。如何提升近場通訊之通訊品質及在合理的有效範圍內增加通訊距離以增加通訊訊號的可靠度係當前之一重要課題。

因此，本揭露之目的之一在於提供一種具有更佳傳輸品質之天線結構，俾以提升近場通訊之通訊品質並在合理的範圍內增加通訊距離。

本揭露之一實施例係關於一種無線通信結構，其包含板材、第一天線、第一導磁材料層及第二導磁材料層。板材具有一第一表面、 相對於第一表面之第二表面及實質上延伸於第一表面及第二表面之間的側表面。第一天線位於板材內。第一導磁材料層經配置以與板材之側表面相鄰。第二導磁材料層位於板材之第二表面上，並與板材之第二表面相鄰。

本揭露之另一實施例係關於一種無線通信結構，其包含板材、第一天線及導磁材料層。第一天線位於板材。導磁材料層相鄰於板材上並包覆板材之側表面。

本揭露之另一實施例係關於一種無線通信結構，其包含板材、第一天線、第二天線、第一導磁材料層、第二導磁材料層及第三導磁材料層。板材具有一中空部份、內側表面、外側表面及實質上延伸於內側表面及外側表面之間的下表面。第一天線位於板材內。第一導磁材料層經配置以與板材之外側表面相鄰。第二導磁材料層位於板材之下表面，並與板材之下表面相鄰。第三導磁材料層經配置以與板材之內側表面相鄰。

1‧‧‧無線通信結構

2‧‧‧無線通信結構

10‧‧‧連接層

11‧‧‧板材

12a‧‧‧第一天線

13a‧‧‧第一導磁材料層

13b‧‧‧第二導磁材料層

13c‧‧‧第三導磁材料層

21‧‧‧板材

21h‧‧‧中空結構

101‧‧‧第一表面

102‧‧‧第二表面

111、211‧‧‧上表面

112、212‧‧‧下表面

13a1、13b1‧‧‧側表面

圖1A為根據本揭露之一實施例之無線通信結構。

圖1B為圖1A所示無線通信結構之剖面圖。

圖2A為根據本揭露之另一實施例之無線通信結構。

圖2B為圖2A所示無線通信結構之剖面圖。

圖1A揭示根據本揭露之無線通信結構1。如圖1A所示，無線通信結構1可包含板材11、第一天線12a、第一導磁材料層13a及第二導磁材料層13b。

板材11可為印刷電路板(printed circuit board)、軟性電路板(flexible printed circuits board)或其他合適之電路板。電路板可為但不限於單面板、雙面板或多層板。

第一天線12a位於板材11內。板材11包覆第一天線12a。第一天線12a可設置於該板材之邊緣。第一天線12a可為迴路天線(loop antenna)設計，用以感應產生磁場。由於第一天線12a所感應之磁通量主要集中於第一天線12a之迴圈內，因此第一天線12a之尺寸、材質或環繞之圈數等參數係根據所欲感應之磁通量而設計。根據本揭露之一實施例，第一天線12a之材質可包含金屬、合金或其他合適材料。

第一導磁材料層13a配置於板材11之周圍，並與板材11相鄰。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a可與板材11之側表面直接接觸。第一導磁材料層13a可包覆板材11周圍，使得板材11內之第一天線12a在感應磁通量時較不容易受到外部之電磁干擾且增加磁通密度。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a內之導磁材料包含氧鐵(ferrite)材料或吸波(absorber)材料。

第一導磁材料層13a之水平寬度W會增加板材11內之第一天線12a的磁通密度進而增加對電磁干擾之保護程度，且增加磁通密度亦能提升感應距離。根據本揭露之一實施例，該水平寬度W可小於9公釐。根據本揭露之另一實施例，該水平寬度W可為1-3公釐。根據本揭露之另一實施例，該水平寬度W可為3公釐。

第二導磁材料層13b位於板材11之下表面，並與板材11之下表面相鄰。根據本揭露之一實施例，第二導磁材料層13b可與板材11之下表面直接接觸，使得板材11內之第一天線12a在增加感應磁通密度後，較不容易受到外部之電磁干擾，以增加通訊訊號的可靠度。根據本揭露之一實施例，第二導磁材料層13b包含氧鐵材料或吸波材料。

圖1B係沿著圖1A之線段A-A'之剖面圖。圖1B除了繪示圖1A無線通信結構1之剖面圖外，另顯示無線通信結構1可進一步包含之連接層10及圖1A中位於第一天線12a下方之第二天線12b(圖1A中未顯示)。

連接層10具有第一表面101及相對於第一表面101之第二表面 102。根據本揭露之一實施例，連接層10可為黏著性材料。板材11之上表面111可貼附於連接層10之第二表面102上。第一導磁材料層13a可貼附於連接層10之第二表面102上。根據本揭露之一實施例，連接層10之第一表面101可貼附於其他元件或裝置上。

第二天線12b於板材11內。第二天線12b設置於該板材之邊緣，並鄰近於板材11之下表面112。第二天線12b可為迴路天線設計，用以感應產生磁場。由於第二天線12b所感應之磁通量主要集中於第二天線12b之迴圈內，因此第二天線12b之尺寸、材質或環繞之圈數等參數係根據所欲感應之磁通量而設計。根據本揭露之一實施例，第二天線12b之材質可包含金屬、合金或其他合適材料。

如圖1B所示之一實施例，第一導磁材料層13a之側表面13a1與第二導磁材料層13b之側表面13b1非共平面。例如，第一導磁材料層13a之側表面13a1水平凸出或延伸以超出第二導磁材料層13b之側表面13b1。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a之側表面13a1與第二導磁材料層13b之側表面13b1可共平面。換言之，第一導磁材料層13a之側表面13a1與第二導磁材料層13b之側表面13b1實質上對齊。

如圖1B所示之一實施例，第一導磁材料層13a與第二導磁材料層13b係一體成形。第一導磁材料層13a與第二導磁材料層13b形成一凹部，其容納且包覆板材11。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a與第二導磁材料層13b可為兩個分開的導磁材料層。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a與第二導磁材料層13b由相同材料組成。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a與第二導磁材料層13b由不同材料組成。

圖2A揭示根據本揭露之一無線通信結構2。圖2A之無線通信結構2與圖1A之無線通信結構1相似，其相異之處在於圖2A之板材21中有 部分材料被移除。例如，板材21具有一中空結構21h，例如一環狀板材。

第一導磁材料層13a配置於板材21之外側表面處並環繞板材21之外側表面。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a可與板材21之外側表面直接接觸。

第三導磁材料層13c配置於板材21之內側表面處並與板材21相鄰。根據本揭露之一實施例，第三導磁材料層13c可與板材21之內側表面直接接觸。

第二導磁材料層13b位於板材21之下表面212，並與板材21之下表面212相鄰。根據本揭露之一實施例，第二導磁材料層13b可與板材21之下表面212直接接觸。

第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c包覆板材21，使得板材21內之第一天線12a在感應磁通量時較不容易受到外部之電磁干擾。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c內之導磁材料包含氧鐵材料或吸波材料。

圖2B係沿著圖2A之線段B-B’之剖面圖。除了圖1B顯示之無線通信結構1之剖面圖外，圖2B顯示無線通信結構2可進一步包含連接層10及圖2A中位於第一天線12a下方之第二天線12b(圖2A中未顯示)。

連接層10具有第一表面101及相對於第一表面101之第二表面102。根據本揭露之一實施例，連接層10可為黏著性材料。板材21可貼附於連接層10之第二表面102上。第一導磁材料層13a及第三導磁材料層13c可貼附於連接層10之第二表面102上。根據本揭露之一實施例，連接層10之第一表面101可貼附於其他元件或裝置上。

第二天線12b於板材21內。第二天線12b鄰近於板材21之下表面212。

如圖2B所示之本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a及第三導磁材料層13c之側表面與第二導磁材料層13b之側表面共平面。換言之，第一導磁材料層13a之側表面及第三導磁材料層13c之側表面分別與第二導磁材料層13b之側表面實質上對齊。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a之側表面及第三導磁材料層13c之側表面與第二導磁材料層13b之側表面非共平面。換言之，第一導磁材料層13a及第三導磁材料層13c之側表面水平凸出或延伸以超出第二導磁材料層13b之側表面。

如圖2B所示之本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a及第三導磁材料層13c與第二導磁材料層13b可為相互獨立的導磁材料層。根據本揭露之一實施例，第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c由相同材料組成。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c由不同材料組成。根據本揭露之另一實施例，第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c係一體成形。第一導磁材料層13a、第二導磁材料層13b及第三導磁材料層13c形成一凹部，其容納並包覆板材21。

為根據圖1A及1B之無線通信結構1之不同設計所得之感應電流量測結果。表1列出不同水平寬度W之第一導磁材料層13a(如圖1A及1B所示)與第一天線12a及第二天線12b(如圖1A及1B所示)因磁通量變化所產生之感應電流間的關係。第一導磁材料層13a之水平寬度W之單位為公釐(mm)。感應電流之單位為毫安培(mA)。

如表1所示，在一給定的距離，若無第一導磁材料層13a包圍板材11之情況下，第一天線12a及第二天線12b之感應電流為7.6mA。若以1mm之第一導磁材料層13a包圍板材11，第一天線12a及第二天線12b之感應電流則增加至8.07mA。隨著第一導磁材料層13a之水平寬度增加，第一天線12a及第二天線12b之感應電流隨著增加，直到超過3mm後才稍微減少。根據表1之量測結果可知以導磁材料層包圍板材可增加板材內之天線之感應電流。

近場通訊之裝置內的通訊晶片所需的驅動電流具有一預定之臨界值。當天線之感應電流超過該臨界值時可驅動通訊晶片，以進行資料傳輸。天線的感應電流會根據天線之設計或感應的距離而不同。感應的距離越遠，則天線的感應電流越小。換言之，若增加天線之感應電流，則可增加感應的距離。

在沒有導磁材料層包圍板材之情況下，可以驅動通訊晶片的最大感應距離約為0.7cm，此時所需的感應電流為7.6mA。如表1所示，若增加1mm寬度W之第一導磁材料層13a包圍板材11後，所量測到之感應電流則增加至8.07mA，此時，可以驅動通訊晶片的最大感應距離可以增加至1.7cm，即增加了1.4倍的距離。換句話說，與沒有導磁材料包圍板材之天線結構相較之下，圖1A及1B所示的無線通信結構1可提供較大的感應電流，進一步使原先所需的感應距離超過2倍以上。

因此，本揭露可增加天線之感應電流，進而提升近場通訊之通訊距離及提升通訊品質，如此可大幅降低感應失敗或資料傳輸錯誤之機率。

雖然本發明之技術內容與特徵係如上所述，然於本發明之技術領域具有通常知識者仍可在不悖離本發明之教導與揭露下進行許多變化與修改。因此，本發明之範疇並非限定於已揭露之實施例而係包含 不悖離本發明之其他變化與修改，其係如下列申請專利範圍所涵蓋之範疇。

11‧‧‧板材

12a‧‧‧第一天線

13a‧‧‧第一導磁材料層

13b‧‧‧第二導磁材料層

Claims (20)

1. 一種無線通信結構，其包含：一板材，其具有一上表面、一相對於該上表面之下表面及一實質上延伸於該上表面及該下表面之間的側表面；一第一天線，其位於該板材內；一第一導磁材料層，其經配置以與該板材之側表面相接觸，其中該第一導磁材料層具有一側表面，該第一導磁材料層之側表面與該板材之側表面間之水平距離為1-5公釐；及一第二導磁材料層，其位於該板材之該下表面上，並與該板材之該下表面相鄰。
2. 如請求項1之無線通信結構，其中該第二導磁材料層之側表面與該第一導磁材料層之側表面非共平面。
3. 如請求項2之無線通信結構，其中該第一導磁材料層與該第二導磁材料層為一體成型。
4. 如請求項1之無線通信結構，其中該第二導磁材料層之側表面與該第一導磁材料層之側表面共平面。
5. 如請求項1之無線通信結構，其進一步包含一第二天線，其位於該板材內。
6. 如請求項5之無線通信結構，其中該第一天線鄰近於該板材之該上表面且該第二天線鄰近於該板材之該下表面。
7. 如請求項6之無線通信結構，其中該第一天線及該第二天線設置於該板材之邊緣。
8. 如請求項1之無線通信結構，其進一步包含一連接層，其中該板材之該上表面及該第一導磁材料層貼附於該連接層之表面上。
9. 如請求項8之無線通信結構，其中該連接層包含黏著性材料。
10. 如請求項1之無線通信結構，其中該第一導磁材料層及該第二導磁材料層包含氧鐵(ferrite)材料或吸波(absorber)材料。
11. 如請求項1之無線通信結構，其中該第一導磁材料層之水平寬度小於3毫米。
12. 一種無線通信結構，其包含：一板材；一第一天線，其位於該板材內；及一導磁材料層，其相鄰於該板材上且具有一側表面，並包覆該板材之側表面，其中該導磁材料層之側表面與該板材之側表面間之水平距離為1-5公釐。
13. 如請求項12之無線通信結構，其進一步包含一第二天線，其位於該板材內。
14. 如請求項13之無線通信結構，其中該第一天線鄰近於該板材之一上表面且該第二天線鄰近於該板材相對於該上表面之一下表面。
15. 如請求項12之無線通信結構，其中該導磁材料層具有一凹部，且該板材位於該凹部中。
16. 如請求項12之無線通信結構，其進一步包含一連接層，其中該板材位於該連接層上。
17. 如請求項16之無線通信結構，其中該連接層由黏著性材料組成。
18. 如請求項12之無線通信結構，其中該導磁材料可為氧鐵材料或吸波材料。
19. 一種無線通信結構，其包含：一板材，其具有一中空部份，該板材具有一內側表面、一外側表面及一實質上延伸於該內側表面及該外側表面之間的一下 表面；一第一天線，其位於該板材內；一第一導磁材料層，其具有一側表面且經配置以與該板材之外側表面相接觸，其中該第一導磁材料層之側表面與該板材之側表面間之水平距離為1-5公釐；一第二導磁材料層，其位於該板材之下表面，並與該板材之下表面相鄰；及一第三導磁材料層，經配置以與該板材之內側表面相接觸，其中該第三導磁材料層之一水平寬度W為1-5公釐。
20. 如請求項19之無線通信結構，其中該第二導磁材料層與該第一導磁材料層及該第三導磁材料層之下表面相鄰。