NFC天线及移动设备的制作方法

专利检索2022-05-11  2


nfc天线及移动设备
技术领域
1.本发明涉及天线技术领域,尤其涉及一种nfc天线及移动设备。


背景技术:

2.近场通信(near filed communication,简称nfc),又称近距离无线通讯,是一种短距离无线通讯技术,其允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输,通常其传输距离在几厘米之内。nfc设备包括射频收发芯片和nfc天线,其中,nfc天线包括由铜线绕设多圈形成的线圈。现有的具备nfc功能的设备为了实现双面刷卡的功能,在设备的正面和反面同时设置nfc天线,两个nfc天线虽然可以实现双面刷卡,但各个nfc天线需要分别配置一个信号收发芯片,导致后台管理复杂度增加,同时也会导致设备的制造成本翻倍等问题。另外,两个nfc天线并联,会破坏天线的调谐和阻抗特性,导致nfc天线性能降低。同时,由于nfc天线的线圈为闭合线圈结构,当第一个nfc天线的线圈感应到信号,而第二个nfc天线的线圈没有感应到信号时,两个nfc天线的线圈并联在一起,未感应到信号的第二个天线的线圈会成为感应到信号的第一个nfc天线的线圈的负载,这会消耗大部分接收能量,导致第一个nfc天线接收到的信号强度降低,影响第一个nfc天线的接收性能。
3.目前市场上也有一些nfc设备是将天线设计成3d结构,这种nfc设备中间不能放置器件,同时,想要具备好的收发信号的能力就需占据过大的空间,不利于设备的小型化设计。


技术实现要素:

4.本技术针对nfc天线在实现双面刷卡时,结构过于复杂的缺陷,提供一种nfc天线结构,能够用单芯片实现双面刷卡的功能,从而降低后台管理的复杂度,同时减少nfc天线的成本,还能够提升nfc天线接收来自电子设备外部的信号时的信号接收质量。
5.本技术的第一方面提供一种nfc天线,该nfc天线应用于移动设备中,包括:线圈、fpc及屏蔽层。其中,所述线圈包括由一根导线绕制而成的第一子线圈和第二子线圈。所述fpc包括相背的第一表面和第二表面,所述线圈设置于所述fpc的第一表面。所述屏蔽层敷设于所述fpc的第二表面。其中,所述fpc在安装时弯折,使所述第一子线圈和所述第二子线圈分别面向所述移动设备的不同外表面,以及使所述屏蔽层面向所述移动设备包含的内部电子元器件。
6.本技术的第二方面提供一种移动设备,该移动设备包括:外壳、电子元器件、上述第一方面所述的nfc天线,其中,所述nfc天线和所述电子元器件设置于所述外壳内,所述nfc天线的第一子线圈和第二子线圈分别面向所述移动设备的不同外表面,所述nfc天线的屏蔽层面向所述电子元器件。
7.本技术所提供的nfc天线的线圈包括两个子线圈,所述nfc天线在安装到移动设备时弯折,使得两个子线圈分别贴近移动设备的正反两面,从而使得用一根导线绕设成的两个子线圈在移动设备正反面均能接收到来自移动设备外部的信号。另一方面,fpc面向移动
设备内部的电子元器件的表面敷设有屏蔽层,可以屏蔽来自移动设备内部的电子元器件的信号干扰,增强线圈对移动设备外部的信号的接收能力。同时,该结构只需要用一个收发芯片便可管理面向移动设备正反面的子线圈,从而可以显著降低移动设备管理nfc天线的复杂度,也实现了成本的成倍降低。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
9.图1为本发明的实施方式提供的一种移动设备的部分内部结构的示意图。
10.图2为图1所示的移动设备中的nfc天线的结构分解图。
11.图3为图2中nfc线圈的绕线方式的第一实施方式的结构示意图。
12.图4为图2中nfc线圈的绕线方式的第二实施方式的结构示意图。
13.图5为图2中nfc线圈的绕线方式的第三实施方式的结构示意图。
14.主要元件符号说明
15.移动设备
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10
16.外壳
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20
17.电子元器件
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30
18.nfc天线
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100、100a、100b、100c
19.导线
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110
20.线圈
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120
21.第一子线圈
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121
22.第二子线圈
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122
23.连接部
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123
24.第一连接结构
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124
25.第二连接结构
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125
26.连接结构
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126、127
27.fpc
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130
28.第一开孔
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131
29.第二开孔
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132
30.第一过孔
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133
31.第二过孔
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134
32.屏蔽层
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140
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
35.还应当理解,在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
36.还应当进一步理解,在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
37.请参阅图1,图1为本发明的实施方式提供的一种移动设备10的部分内部结构的示意图。如图1所示,本技术提供一种移动设备10,包括外壳20、电子元器件30和nfc天线100。其中,nfc天线100和电子元器件30设置于外壳20内。如图1所示,当nfc天线100安装于移动设备10的外壳20内时,nfc天线100处于折叠状态。在本实施方式中,移动设备10可以是具有nfc通信功能的手机等设备。
38.请参阅图2,图2为图1所示的移动设备10中的nfc天线100处于展开状态下的结构分解图。如图2所示,nfc天线100包括线圈120、柔性电路板(flexible printed circuit,简称fpc)130、屏蔽层140。其中,线圈120包括由一根导线110绕制而成的第一子线圈121和第二子线圈122。fpc130包括相背的第一表面和第二表面,线圈120设置于fpc130的第一表面,屏蔽层140敷设于fpc130的第二表面。
39.可以理解地,线圈120由一根导线110缠绕而成,如此,可以实现用一个收发芯片来处理第一子线圈121和第二子线圈122接收到的信号,从而增加了nfc天线100接收和发送双面信号的能力,在此基础上,还降低移动设备10管理nfc天线100的复杂度。本实施方式中,导线110的材料为铜。在本实施方式中,导线110的直径大致为0.5-1mm。
40.在本实施方式中,fpc130上开设有相互独立的第一开孔131和第二开孔132,其中,第一开孔131和第二开孔132之间为连接部123。第一子线圈121围绕第一开孔131设置在fpc130的第一表面上,第二子线圈122围绕第二开孔132设置在fpc130的第一表面上,使线圈120整体上呈8字形状或b字形状,相应地,fpc130大致上呈8字形状、b字形状或日字形状。
41.其中,第一开孔131和第二开孔132的形状包括但不限于矩形、圆形、椭圆形或者其他多边形。在本实施方式中,第一开孔131和第二开孔132的形状均呈矩形,且尺寸大致相同。相应地,第一子线圈121和第二子线圈122的形状均呈矩形结构。
42.在本实施方式中,第一子线圈121的结构与第二子线圈122的结构对称。可以理解的是,在其他实施方式中,线圈120所包含的第一子线圈121和第二子线圈122也可以是非对称结构。
43.可以理解的是,在其他实施方式中,第一开孔131的尺寸也可以大于第二开孔132的尺寸,使第一子线圈121的绕线面积大于第二子线圈122的绕线面积,用以解决所述电子设备的不同表面的信号强度需求不同的问题。
44.为了让nfc天线100更稳定地接收信号,需要保持线圈120与驱动线路上的并联电容构成lc网络谐振点位于nfc天线100的工作频率上,并使线圈120的阻抗稳定,其中,线圈120的阻抗为50ohm,nfc天线100的工作频率为13.56mhz。
45.其中,线圈120的面积和圈数会影响接收信号的稳定性。可以理解地,若线圈120太大,占据面积就太大,对于小型化的移动设备10来说,nfc天线100占据面积越小越好,但线圈120太小,对弱信号的接收能力就有限。为了同时兼顾设备空间和信号接收能力,可选地,第一子线圈121或第二子线圈122尺寸大致为30-40mm*40-50mm,线距大致为0.5-1mm。在一
些实施例中,第一子线圈121和第二子线圈122的圈数大致为4-5圈。其中,第一子线圈121的绕线圈数和第二子线圈122的绕线圈数可以相同,也可以不同。
46.请一并参阅图1和图2,在安装时,fpc130可沿第一开孔131与第二开孔132之间的连接部123弯折,使第一子线圈121和第二子线圈122分别面向移动设备10的不同外表面,以及使屏蔽层140面向移动设备10包含的内部电子元器件30。其中,电子元器件30包括但不限于印制电路板(printed circuit board,简称pcb)以及设置于所述pcb上的电子元件。
47.在本实施方式中,第一子线圈121和第二子线圈122在弯折后分别面向移动设备10的相背的两个外表面。弯折时第一子线圈121和第二子线圈122以最大的面积面对相背的两个外表面,从而增加对弱信号的接收能力。可以理解的,第一子线圈121和第二子线圈122在弯折后也可以分别面向移动设备10的相邻的两个外表面。在一些实施方式中,线圈120不限于仅实现双面信号的接收,还可以包括两个以上的子线圈,子线圈在弯折后分别面向移动设备10的不同外表面,从而实现对不在同一平面的信号的接收。
48.在本实施方式中,为了避免在第一子线圈121和第二子线圈122的覆盖区域对电子元器件30进行挖空,减少nfc天线100对电子元器件30布局的影响,且在nfc天线100靠近电子元器件30一侧形成完整地平面,屏蔽来自电子元器件30的干扰,增强nfc天线100的灵敏度,屏蔽层140整面敷设在fpc130的第二表面。屏蔽层140的材料包括但不限于铜箔,屏蔽层140的厚度控制在大于1盎司。优选的,屏蔽层140的厚度为1盎司。
49.请参阅图3,图3为图2中nfc天线100a中线圈120绕线方式的第一实施方式的结构示意图。在第一实施方式中,线圈120还包括连接于第一子线圈121和第二子线圈122之间的第一连接结构124和第二连接结构125。第一连接结构124和第二连接结构125交叉设置于fpc130的连接部123上。
50.fpc130上预留有连通fpc130上第一表面和第二表面的第一过孔133和第二过孔134,第一过孔133和第二过孔134的位置与与第一连接结构124的两端一一对应。第一连接结构124设置于fpc130的第二表面,第二连接结构125设置于fpc130的第一表面,从而使第一连接结构124与第二连接结构125互不接触。其中,第一连接结构124的一端穿过第一过孔133与第一子线圈121连接,第一连接结构124的另一端穿过第二过孔134与第二子线圈122连接。
51.在所述第一实施方式中,导线110用于交替绕制第一子线圈121和第二子线圈122。在绕制过程中,当导线110绕制完第一子线圈121的一圈结构并到达第一过孔133时,导线110从fpc130的第一表面穿过第一过孔133到达fpc130的第二表面,再从fpc130的第二表面穿过第二过孔134回到fpc130的第一表面,继续绕制第二子线圈122的一圈结构后,经过连接部123,继续绕制第一子线圈121的另一圈结构,如此循环,直到第一子线圈121和第二子线圈122的结构均绕制完成。
52.可以理解的,在所述第一实施方式中,屏蔽层140整面敷设fpc130的第二表面,且避开设置于fpc130的第二表面的第一连接结构124,从而屏蔽来自移动设备10内部的电子元器件对nfc天线100的干扰信号,以减少对线圈接收的信号的影响。
53.请参阅图4,图4为图2中的nfc天线100b中线圈120绕线方式的第二实施方式的结构示意图。在第二实施方式中,线圈120还包括连接于第一子线圈121和第二子线圈122之间的连接结构,连接结构126与其中一个子线圈交叉设置于fpc130的连接部上。
54.fpc130的连接部123上预留有连通fpc130的第一表面和fpc130的第二表面的第一过孔133和第二过孔134,第一过孔133和第二过孔134的位置与连接结构126的两端对应。
55.连接结构126设置于fpc130的第二表面,连接结构126的一端穿过第一过孔133与所述其中一个子线圈连接,连接结构126的另一端穿过第二过孔134与另一个子线圈连接。
56.在所述第二实施方式中,导线110用于依次绕制第一子线圈121和第二子线圈122。以连接结构126与第一子线圈121交叉设置为例,在绕制过程中,当导线110绕制完第一子线圈121且到达第一过孔133时,导线110从fpc130的第一表面穿过第一过孔133到达fpc130的第二表面,再从fpc130的第二表面穿过第二过孔134回到fpc130的第一表面,继续绕制第二子线圈122。
57.可以理解的,在本实施例中,屏蔽层140整面敷设fpc130的第二表面,且避开设置于fpc130的第二表面的连接结构126,进而实现屏蔽来自电子元器件的干扰信号,同时减少对线圈信号的影响。
58.请参阅图5,图5为图2中的nfc天线100c中线圈120绕线方式的第三实施方式的结构示意图。在第三实施方式中,线圈120还包括连接于第一子线圈121和第二子线圈122之间的连接结构127,连接结构127设置于fpc130的第一表面的连接部123上。在所述第三实施方式中,导线110用于依次绕制第一子线圈121和第二子线圈122。在绕制过程中,当导线110绕制完第一子线圈121时,经过连接部后继续绕制第二子线圈122。在本实施例中,屏蔽层140整面敷设在fpc130的第二表面上。
59.本技术所提供的nfc天线的线圈包括两个子线圈,所述nfc天线在安装到移动设备时弯折,使得两个子线圈分别贴近移动设备的正反两面,从而使得用一根导线绕设成的两个子线圈在移动设备正反面均能接收到来自移动设备外部的信号。另一方面,fpc面向移动设备内部的电子元器件的表面敷设有屏蔽层,可以屏蔽来自移动设备内部的电子元器件的信号干扰,增强线圈对移动设备外部的信号的接收能力。同时,该结构只需要用一个收发芯片便可管理面向移动设备正反面的子线圈,从而可以显著降低移动设备管理nfc天线的复杂度,也实现了成本的成倍降低。
60.以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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