一種近場(chǎng)通訊天線裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)及一種通過(guò)電磁場(chǎng)信號(hào)和對(duì)方設(shè)備進(jìn)行通信的RFID系統(tǒng)、NFC系統(tǒng)、短距 離無(wú)線通信系統(tǒng)中使用的天線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002 ]近年來(lái)，隨著RFID系統(tǒng)和NFC系統(tǒng)的不斷推廣使用，為了移動(dòng)電子設(shè)備間或者移動(dòng) 電子設(shè)備與基礎(chǔ)讀卡設(shè)備間進(jìn)行通訊，在各設(shè)備中，尤其是手持移動(dòng)電子設(shè)備裝載有NFC系 統(tǒng)用的通訊天線。現(xiàn)有的RFID或NFC天線多裝配于移動(dòng)設(shè)備外殼內(nèi)部。
[0003] 在眾多通信天線中，NFC天線或近場(chǎng)通訊天線因?yàn)槠涔ぷ黝l率低，所W其天線面積 較大，往往為通信設(shè)備中面積最大的一種天線，所W導(dǎo)致該類天線制作成本較高，不利于在 移動(dòng)設(shè)備中推廣使用。在移動(dòng)設(shè)備中裝配近場(chǎng)天線，需要解決近場(chǎng)天線與內(nèi)部金屬表面的 電磁兼容問(wèn)題，所W近場(chǎng)天線底部必須裝配磁性材料層，運(yùn)樣進(jìn)一步增加了裝備于移動(dòng)電 子設(shè)備中近場(chǎng)天線的成本。如何能夠縮小天線尺寸，降低天線中磁性材料層的使用面積，最 終降低天線的制作成本，而且能夠保證其良好的通信距離成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。
[0004] 縮小近場(chǎng)天線的面積的方法有兩種：1、縮小環(huán)繞導(dǎo)體每條邊的尺寸;2、使環(huán)繞導(dǎo) 體兩條相對(duì)的邊互相靠近，形成長(zhǎng)條形狀。第一種縮小天線面積的方式導(dǎo)致天線的福射場(chǎng) 迅速聚縮，導(dǎo)致其福射效果迅速下降，所W其天線場(chǎng)分布效果從原理上導(dǎo)致其不能達(dá)到較 好的通訊效果。第二種縮小天線面積的方式導(dǎo)致其相對(duì)的兩條邊互相靠近，但其相對(duì)的兩 條邊電流方向相反，導(dǎo)致其產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)方向相反，從而使其空間磁場(chǎng)相互抵消，降低了 通訊距離。如果可W使相互靠近的相對(duì)邊的一條邊磁場(chǎng)分布增強(qiáng)，另一條邊磁場(chǎng)分布聚縮 并且磁場(chǎng)大小下降，運(yùn)樣就可W使天線在面積下降的時(shí)，保證其較好的通訊距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)近場(chǎng)天線面積較大，制作成本較高的問(wèn)題或不足，本發(fā)明提供了一種近場(chǎng)通 訊天線裝置?？蓽p小近場(chǎng)天線面積，并同時(shí)減少磁性材料使用面積，進(jìn)一步降低天線裝置成 本，并獲得較遠(yuǎn)的通信距離，解決了現(xiàn)有NFC天線面積較大，成本較高的缺陷。
[0006] 該近場(chǎng)通訊天線裝置是在電子設(shè)備中構(gòu)成的天線裝置，包括:線圈、柔性基板、磁 性材料層、絕緣層和中間導(dǎo)體層。
[0007] 所述線圈設(shè)置于柔性基板和絕緣層之間構(gòu)成線圈導(dǎo)體，線圈導(dǎo)體、磁性材料層和 中間導(dǎo)體層層疊構(gòu)成整個(gè)近場(chǎng)通訊天線裝置。
[000引絕緣層:完全覆蓋于線圈導(dǎo)體表面，避免線圈導(dǎo)體與外部導(dǎo)體導(dǎo)通。
[0009] 線圈：將卷繞中屯、部作為線圈開(kāi)口部的環(huán)狀或螺旋狀的線圈；所述卷繞中屯、部為 多邊形且至少包含一組相對(duì)邊，多邊形中非相鄰的兩條邊即為一組相對(duì)邊;將線圈所含多 邊形的一組相對(duì)邊，分別進(jìn)行寬窄線條設(shè)計(jì)，并命名為寬線條設(shè)計(jì)邊Bl與窄線條設(shè)計(jì)邊B2; 進(jìn)行寬窄線條設(shè)計(jì)的相對(duì)邊中至少一邊的長(zhǎng)度大于其他邊的長(zhǎng)度。
[0010] 柔性基板:支撐線圈導(dǎo)體的基板材料，線圈導(dǎo)體依附于柔性基板。
[0011] 磁性材料層:配置于線圈導(dǎo)體與中間導(dǎo)體層之間，俯視磁性材料層時(shí)，其完全覆蓋 線圈導(dǎo)體中的寬線條設(shè)計(jì)邊，而不覆蓋窄線條設(shè)計(jì)邊。
[0012] 中間導(dǎo)體層：電子設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)，由電子設(shè)備的內(nèi)部電路板鋪銅導(dǎo)體、電 子元器件、金屬模塊及電池組成。
[0013] 所述線圈導(dǎo)體與外部電路接觸點(diǎn)由線圈末端自然形成或跳線形式向外引出形成。
[0014] 所述線圈包圍的區(qū)域即卷繞中屯、部為矩形，Bl和B2的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)I,另外兩條邊 的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,0<2L2<L1。
[0015] 所述近場(chǎng)通訊天線裝置裝配于電子設(shè)備外殼內(nèi)部，從外至內(nèi)依次為電子設(shè)備外 殼、線圈導(dǎo)體、磁性材料層和中間導(dǎo)體層。
[0016] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于：1、天線的一組相對(duì)的邊互相靠近，命名為相對(duì)邊； 2、相對(duì)邊中一條邊的線圈導(dǎo)體采用寬線條設(shè)計(jì)，另一條邊采用窄線條設(shè)計(jì);3、寬線條設(shè)計(jì) 邊的線圈導(dǎo)體底部鋪設(shè)磁性材料層，窄線條設(shè)計(jì)邊底部不鋪設(shè)磁性材料;4、由線圈導(dǎo)體和 磁性材料層組成的近場(chǎng)天線底部存在導(dǎo)體層。運(yùn)樣的設(shè)計(jì)可W使底部鋪設(shè)磁性材料層的線 圈導(dǎo)體部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)充分福射于空間當(dāng)中，而底部未鋪設(shè)磁性材料層的線圈導(dǎo)體部分產(chǎn) 生的磁場(chǎng)迅速聚縮并在金屬表面衰減，達(dá)到本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。
[0017] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)天線結(jié)構(gòu)的壓縮設(shè)計(jì)，使天線面積明顯減少，同時(shí)減少磁性材料使 用面積。線圈導(dǎo)體中當(dāng)相對(duì)的兩條邊相互靠近，由于其電流方向相反，那么在空間當(dāng)中產(chǎn)生 的磁場(chǎng)將相互抵消。為了減少空間磁場(chǎng)的相互抵消，只在寬線條設(shè)計(jì)的一組邊Bl下方鋪設(shè) 磁性材料層，如圖中區(qū)域4，使空間磁場(chǎng)增強(qiáng);在相對(duì)的窄線條設(shè)計(jì)邊下方不鋪設(shè)磁性材料 層，那么該邊B2區(qū)域線圈導(dǎo)體將面對(duì)下方的中間導(dǎo)體層，可使該區(qū)域產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)大幅 下降。從而使空間磁場(chǎng)不會(huì)相互抵消，使空間磁場(chǎng)增強(qiáng)。采用寬線條設(shè)計(jì)的BI,其產(chǎn)生的空 間磁場(chǎng)的范圍可更均勻的福射在空間區(qū)域中，使讀寫(xiě)距離增加;采用窄線條設(shè)計(jì)的B2,其產(chǎn) 生的磁場(chǎng)在小范圍聚猶，并在下方中間導(dǎo)體層5的影響下快速衰減，使其不影響寬線條設(shè)計(jì) 邊Bl在空間中產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)。運(yùn)樣的設(shè)計(jì)不僅可W使天線的面積大幅降低，并且可W使 天線所使用的磁性材料面積進(jìn)一步減少，從而使制作成本大幅下降。
[0018] 綜上所述，本發(fā)明的有益效果為:在保證天線較好通訊效果的同時(shí)，使近場(chǎng)天線面 積大幅下降，并采用新的磁性材料覆蓋方式，使磁性材料的使用面積大幅下降，從而使天線 的制造成本大幅下降。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明提供的一種電子設(shè)備的后視圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明提供的天線裝置結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0021] 圖3為圖2天線裝置X-X'剖面示意圖；
[0022] 圖4為五邊形卷繞中屯、部的線圈導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 附圖標(biāo)記：1-線圈導(dǎo)體，3-磁性材料層，4-磁性材料層覆蓋線圈導(dǎo)體的區(qū)域，5-中 間導(dǎo)體層，6-柔性基板，7-絕緣層，Bl-相對(duì)邊中的寬線條設(shè)計(jì)邊，B2-相對(duì)邊中的窄線條設(shè) 計(jì)邊，B3-未經(jīng)寬窄設(shè)計(jì)的相對(duì)邊，Ll-最外層Bl的長(zhǎng)度，L2-最外層B2的長(zhǎng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025] 圖1是包括實(shí)施例1所設(shè)及的天線裝置的移動(dòng)電子設(shè)備的后背的俯視透視圖，例如 手機(jī)。電子設(shè)備的背面是朝向通信對(duì)方側(cè)即讀寫(xiě)器側(cè)天線的一面。如圖1所示，圖1中移動(dòng)電 子設(shè)備的近場(chǎng)通訊天線裝配于外殼與中間導(dǎo)體層之間。
[0026] 圖2為本發(fā)明提供的一種天線裝置除去設(shè)備外殼的俯視結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)示意圖，圖3為圖 2的天線裝置沿X-X'面的剖面示意圖。由圖2和圖3可知，除去設(shè)備外殼本發(fā)明所述天線裝置 由外至內(nèi)依次為絕緣層7,線圈導(dǎo)體1，柔性基板6,磁性材料層3,中間導(dǎo)體層5。
[0027] 圖4為五邊形卷繞中屯、部的線圈導(dǎo)體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其五邊形結(jié)構(gòu)中，Bl與B2、B3均為 相對(duì)邊，取其中的一組相對(duì)邊Bl與B2進(jìn)行寬窄設(shè)計(jì)，Bl為寬線條設(shè)計(jì)，B2為窄線條設(shè)計(jì)，相 對(duì)邊中的一條邊Bl的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其他邊的長(zhǎng)度。在Bl的下方鋪設(shè)磁性材料層3,如圖中區(qū)域 4，B2下方不鋪設(shè)磁性材料層3。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 如圖2所示，制作40mm X 20mm面積的平行四邊形結(jié)構(gòu)天線，6應(yīng)設(shè)計(jì)，相對(duì)邊Bl的一 組導(dǎo)體采用寬線條設(shè)計(jì)，線寬寬度1.2mm;相對(duì)邊B2的一組導(dǎo)體采用窄線條設(shè)計(jì)，線寬寬度 0.4mm，Bl和B2的最外層的長(zhǎng)度為40mm，另外兩組邊的最外層長(zhǎng)度為20mm。在邊Bl下方鋪設(shè) 磁性材料，材料鋪設(shè)范圍完全覆蓋邊B1。磁性材料層厚度0.1mm，磁性材料磁導(dǎo)率實(shí)部150@ 13.56MHz，磁導(dǎo)率虛部2@13.56MHz。其層間結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中設(shè)備外殼省略顯示。
[0030] 制作40mm X 20mm面積的平行四邊形結(jié)構(gòu)，其四邊等寬設(shè)計(jì)，線寬Imm，6應(yīng)設(shè)計(jì)，其 底部全部鋪設(shè)磁性材料，磁性材料層厚度0.1mm，磁性材料磁導(dǎo)率實(shí)部150@13.56MHz，磁導(dǎo) 率虛部2@13.56MHz。
[0032]由測(cè)試結(jié)果可知，該發(fā)明可W實(shí)現(xiàn)在大幅減少天線面積并減少磁性材料使用面積 的情況下，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離通訊。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種近場(chǎng)通訊天線裝置，包括絕緣層、線圈、柔性基板、磁性材料層和中間導(dǎo)體層，其 特征在于： 所述線圈設(shè)置于柔性基板和絕緣層之間構(gòu)成線圈導(dǎo)體;線圈導(dǎo)體、磁性材料層和中間 導(dǎo)體層層疊構(gòu)成整個(gè)近場(chǎng)通訊天線裝置； 絕緣層:完全覆蓋于線圈表面，避免線圈與外部導(dǎo)體導(dǎo)通； 線圈：將卷繞中心部作為線圈開(kāi)口部的環(huán)狀或螺旋狀的線圈；所述卷繞中心部為多邊 形且至少包含一組相對(duì)邊，多邊形中非相鄰的兩條邊即為一組相對(duì)邊;將線圈所含多邊形 的一組相對(duì)邊，分別進(jìn)行寬窄線條設(shè)計(jì)，并命名為寬線條設(shè)計(jì)邊B1與窄線條設(shè)計(jì)邊B2;進(jìn)行 寬窄線條設(shè)計(jì)的相對(duì)邊中至少一邊的長(zhǎng)度大于其他邊的長(zhǎng)度； 柔性基板:支撐線圈的基板材料，線圈依附于柔性基板； 磁性材料層:配置于線圈導(dǎo)體與中間導(dǎo)體層之間，俯視磁性材料層時(shí)，其完全覆蓋線圈 導(dǎo)體中的寬線條設(shè)計(jì)邊，而不覆蓋窄線條設(shè)計(jì)邊； 中間導(dǎo)體層：電子設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)，由電子設(shè)備的內(nèi)部電路板鋪銅導(dǎo)體、電子元 器件、金屬模塊及電池組成。2. 如權(quán)利要求1所述近場(chǎng)通訊天線裝置，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體與外部電路接觸點(diǎn) 由線圈末端自然形成或跳線形式向外引出形成。3. 如權(quán)利要求1所述近場(chǎng)通訊天線裝置，其特征在于:所述線圈包圍的區(qū)域即卷繞中心 部為矩形，B1和B2的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，另外兩條邊的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng) 2，0〈2L2〈L1。4. 如權(quán)利要求1-3任一所述近場(chǎng)通訊天線裝置，其特征在于:所述近場(chǎng)通訊天線裝置裝 配于電子設(shè)備外殼內(nèi)部，從外至內(nèi)依次為電子設(shè)備外殼、線圈導(dǎo)體、磁性材料層和中間導(dǎo)體 層。
【專利摘要】一種近場(chǎng)通訊天線裝置，屬于無(wú)線通信領(lǐng)域。該天線裝置包括線圈導(dǎo)體、磁性材料層和中間導(dǎo)體層，線圈導(dǎo)體所屬線圈的卷繞中心部為多邊形結(jié)構(gòu)，該多邊形結(jié)構(gòu)包含至少一組相對(duì)邊。所述相對(duì)邊一組采用寬線條設(shè)計(jì)，一組采用窄線條設(shè)計(jì)，進(jìn)行寬窄設(shè)計(jì)的相對(duì)邊中至少一邊的長(zhǎng)度應(yīng)大于其他的邊的長(zhǎng)度。磁性材料層配置于線圈導(dǎo)體與中間導(dǎo)體層之間，并且磁性材料層覆蓋線圈導(dǎo)體中寬線條設(shè)計(jì)邊，而不覆蓋窄線條設(shè)計(jì)邊。該發(fā)明天線裝置降減小了天線面積并降低了天線制造成本。
【IPC分類】H01Q1/22, H01Q1/38, H01Q7/06, H01Q1/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105576343
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610049989
【發(fā)明人】梁迪飛, 李維佳, 闕志勇, 陳良, 謝建良, 鄧龍江
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日