天线、电子设备和通信方法与流程

1.本发明涉及电子通讯技术领域，尤其涉及一种天线、电子设备及通信方法。


背景技术：

2.近距离无线通讯技术(near field communication，nfc)是一种短距高频的无线电技术，其是由非接触式射频识别演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器，感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。目前已经普遍运用在了手机等移动终端上，手机上的nfc功能让用户的日常使用更加便捷，可以用手机nfc功能充当公交卡、门禁卡和饭卡等。
3.在一些场景下，带有nfc功能的nfc终端与nfc读取器之间进行通信，带有nfc终端的nfc天线包括nfc天线线圈，nfc天线线圈通过nfc读取器中的有源线圈产生的磁场感应出感应电流，从而驱动nfc终端工作，在nfc天线线圈与nfc读取器的有源线圈错位时，nfc读取器的有源线圈产生的磁场矢量在有源线圈内外是反向的，nfc天线线圈内的磁场就是两个方向的矢量的叠加，导致nfc天线线圈内的磁通量会减小，nfc天线线圈与有源线圈之间的错位程度越大，nfc天线线圈内的磁通量越小，nfc天线线圈产生的感应电流越小，无法驱动nfc终端工作。所以nfc天线会出现不能工作的区域，即盲区，导致nfc终端的nfc性能较差，因此，如何扩大盲区内nfc天线可以工作的面积是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种天线、电子设备及通信方法，以解决nfc终端的nfc性能较差的问题。
5.第一方面，本技术实施例公开了一种天线，用于和nfc终端进行通信，包括：nfc有源天线线圈、至少一个连接有开关的无源线圈和控制器，其中：所述至少一个连接有开关的无源线圈与所述控制器连接，所述至少一个连接有开关的无源线圈内置于所述nfc有源天线线圈中，且所述至少一个连接有开关的无源线圈的几何中心偏离所述nfc有源天线线圈的几何中心；在所述nfc有源天线线圈的部分区域与所述nfc终端的感应区域相对以进行通信时，所述控制器控制远离所述感应区域的至少一个所述无源线圈中的所述开关闭合。
6.第二方面，本技术实施例公开了一种电子设备，包括设备主板和第一方面所述的天线，所述设备主板包括天线芯片，所述天线与所述天线芯片电连接。
7.第三方面，本技术实施例公开了一种通信方法，应用于第二方面所述的电子设备，包括：检测nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域的相对位置；在所述nfc有源天线线圈的部分区域与所述nfc终端的感应区域相对时，控制远离所述感应区域的至少一个所述无源线圈中的所述开关闭合。
8.本技术实施例公开的技术方案，包括：nfc有源天线线圈、至少一个连接有开关的无源线圈和控制器，其中：所述至少一个连接有开关的无源线圈与所述控制器连接，所述至少一个连接有开关的无源线圈内置于所述nfc有源天线线圈中，且所述至少一个连接有开
关的无源线圈的几何中心偏离所述nfc有源天线线圈的几何中心；在所述nfc有源天线线圈的部分区域与所述nfc终端的感应区域相对以进行通信时，所述控制器控制远离所述感应区域的至少一个所述无源线圈中的所述开关闭合。因此通过增强nfc有源天线线圈中的磁场，从而增大nfc终端的无源线圈内的磁通量，从而增大nfc终端的工作盲区内的工作面积，提高nfc终端的nfc性能。
附图说明
9.图1为本发明实施例公开的一种通信装置的结构示意图；
10.图2至图7为本发明实施例公开的第一种天线的结构示意图；
11.图8至图10为本发明实施例公开的第二种天线的结构示意图；
12.图11至图13为本发明实施例公开的第三种天线的结构示意图；
13.图14至图24为本发明实施例公开的第四种天线的结构示意图；
14.图25至图29为本发明实施例公开的第五种天线的结构示意图
15.图30为本发明实施例公开的通信方法的流程示意图。
16.附图标记说明：
17.100-电子设备、101-nfc有源天线线圈、102-无源线圈、103-开关；
18.200-nfc终端、201-天线线圈；
19.300-盲区。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
21.以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
22.请参考图1至图29，本技术实施例公开了一种通信装置，包括电子设备100和nfc终端200，电子设备内设置有设备主板和天线，设备主板包括天线芯片，天线和天线芯片电连接，其中，电子设备100可以为手机、平板等，天线芯片可以为nfc芯片，天线可以包括nfc有源天线线圈，该nfc有源天线线圈可以与nfc终端200之间进行通讯。
23.nfc终端200包括天线线圈，nfc终端200的天线线圈所在的区域为nfc终端200的感应区域，电子设备100的nfc有源天线线圈101与天线线圈201相对设置，nfc有源天线线圈101在通电的情况下，产生感应磁场，天线线圈201在nfc有源天线线圈101产生的磁场中感应出感应电流，使得nfc有源天线线圈101与nfc终端之间进行信。
24.在nfc有源天线线圈101的部分区域与nfc终端的感应区域相对，即nfc有源天线线圈101的部分区域与天线线圈201相对时，说明nfc有源天线线圈101与nfc终端的感应区域错位，此时控制远离nfc终端的感应区域的至少一个无源线圈中的无源线圈102的开关103闭合。在开关103闭合的情况下，无源线圈102中产生与nfc有源天线线圈101中的电流相反的电流，无源线圈102的圈外的磁场方向与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向同向，天线线圈201的圈内的磁场方向包括无源线圈102的圈外的磁场方向、nfc有源天线线圈101的
圈内的磁场方向和nfc有源天线线圈101的圈外的磁场方向。
25.具体来讲，nfc终端200的天线线圈201和电子设备100的nfc有源天线线圈101的形状可以为方形，也可以为圆形，无源线圈102的形状可以和nfc有源天线线圈101的形状相适应设置，无源线圈102的面积小于nfc有源天线线圈101的面积。在电子设备100的nfc有源天线线圈101与天线线圈201的几何中心正对时，nfc终端200和电子设备100之间的通信效率较高，提高了nfc终端200读卡的成功率，在电子设备100的nfc有源天线线圈101与天线线圈201的几何中心偏离时，即nfc有源天线线圈101与天线线圈201错位，nfc终端200读卡的成功率较低，因此，增加电子设备100的nfc盲区内可以工作的面积是提高nfc终端200读卡的成功率的必要途径。
26.本技术实施例公开的一种天线，用于和nfc终端进行通信，本技术实施例公开的天线包括nfc有源天线线圈101、控制器(图中未示出)和至少一个连接有开关103的无源线圈102，至少一个连接有开关103的无源线圈102与控制器连接，至少一个连接有开关103内置于nfc有源天线线圈101中，且至少一个连接有开关103的无源线圈102的几何中心偏离nfc有源天线线圈101的几何中心。在nfc有源天线线圈101的部分区域与nfc终端200的感应区域相对以进行通信时，控制器控制远离感应区域的至少一个无源线圈102中的开关闭合，以使无源线圈102中产生与nfc有源天线线圈101中的电流相反的电流，对应的，无源线圈102的圈外的磁场方向与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向同向。
27.其中，开关103可以为单刀单掷开关，无源线圈102可以设置在nfc有源天线线圈101中远离天线线圈的位置，一个无源线圈102连接一个单刀单掷开关，无源线圈102的一端用于与单刀单掷开关的动触点连接，无源线圈102的一端与单刀单掷开关的静触点连接，nfc有源天线线圈101和连接有开关103的无源线圈102处于同一个水平面。在开关103断开的情况下，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102不闭合，无源线圈102中不会产生耦合电流，在开关103闭合的情况下，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102闭合，无源线圈102中会产生与nfc有源天线线圈101中的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的圈内的磁场方向与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的圈外的磁场方向与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。
28.在一种可能的实现方式中，无源线圈102为单个，无源线圈102内置于nfc有源天线线圈101的边沿区域。
29.例如，以图3中nfc有源天线线圈101相对于nfc终端200的天线线圈201向右偏离为例，如图2至图7所示的，在终端设备通电后，内置于终端设备中的nfc有源天线线圈101的电流方向为顺时针方向，在nfc有源天线线圈101中内置一个带单刀单掷开关的无源线圈102，当单刀单掷开关断开时，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102不闭合，从而不会产生耦合电流，nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向向内，nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向向外。当单刀单掷开关闭合时，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102闭合，会产生与nfc有源天线线圈101的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈内与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈外与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。无源线圈102的感应电流在无源线圈102的圈外产生的磁场与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场叠加之后，nfc有源天线线圈101的内部的左侧的磁场增强，在无源线圈102位于nfc有源天线
线圈101的右侧时，由于无源线圈102产生的磁场衰减相对较大，因此磁场变化不明显，此时nfc有源天线线圈101的圈内的磁场与nfc终端200的天线线圈产生的磁场相互抵消的位置会向左移，因此，盲区300也向左移动，从而增加盲区300内nfc可以工作的面积，提高了nfc终端的nfc性能，有效提高nfc刷卡读卡的成功率。
30.在一种可能的实现方式中，在nfc有源天线线圈101的部分区域与nfc终端200的感应区域相对以进行通信时，依次将各无源线圈102中开关103的开关状态由断开状态切换为闭合状态，直至将远离感应区域的至少一个无源线圈102的开关103的开关状态切换为闭合状态。
31.进一步，以图3中nfc有源天线线圈101相对于nfc终端200的天线线圈201向右偏离为例，如图8至图10，可以在nfc有源天线线圈101中增设两个带单刀单掷开关的无源线圈102，通过两个单刀单掷开关可以组合出四种状态，产生四种不同的效果，在两个开关103都处于断开状态时，对nfc有源天线线圈101中的磁场没有影响；在nfc有源天线线圈101中左侧的无源线圈102的开关103闭合，右侧的nfc有源天线线圈101的无源线圈102的开关103断开时，盲区300会向右移动(优化右侧盲区)，增加了盲区300内nfc可以工作的面积；在nfc有源天线线圈101中左侧的无源线圈102的开关103断开，右侧的nfc有源天线线圈101的无源线圈102的开关103闭合时，盲区300会向左移动(优化左侧盲区)，增加了盲区内nfc可以工作的面积；在nfc有源天线线圈101中左侧的无源线圈102的开关103和右侧的nfc有源天线线圈101的无源线圈102的开关103均闭合时，盲区300会呈现四周往外扩大的状态，增加了盲区内nfc可以工作的面积。
32.在一种可能的实现方式中，无源线圈102为多个，开关103可以为单刀双掷开关，相邻的两个无源线圈102连接一个单刀双掷开关。
33.nfc有源天线线圈101中的至少一个连接有开关的无源线圈102间隔设置，且nfc有源天线线圈101和至少一个连接有开关103的无源线圈102处于同一个水平面。无源线圈102可以设置在nfc有源天线线圈101中远离天线线圈的位置，一个无源线圈102连接一个单刀单掷开关。相邻的两个无源线圈102的一端均与单刀双掷开关的静触点连接，相邻的两个无源线圈102中的一个无源线圈102的另一端用于与单刀双掷开关的第一动触点连接，另一个无源线圈102的另一端用于与单刀双掷开关的第二动触点连接。
34.具体来讲，如图11至图13所示的，nfc有源天线线圈101中两个无源线圈102相邻设置，两个无源线圈102之间连接一个单刀双掷开关，通过单刀双掷开关的三种状态可以产生三种不同的效果，当单刀双掷开关断开时，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102不闭合，从而不会产生耦合电流，nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向向内，nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向向外。
35.在单刀双掷开关处于与端口1的连接状态时，nfc有源天线线圈101中的左侧的无源线圈102闭合，会产生与nfc有源天线线圈101的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈内与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈外与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。无源线圈102的感应电流在无源线圈102的圈外产生的磁场与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场叠加之后，nfc有源天线线圈101的内部的右侧的磁场增强，在无源线圈102位于nfc有源天线线圈101的左侧时，由于无源线圈102产生的磁场衰减相对较
大，因此磁场变化不明显，此时nfc有源天线线圈101的圈内的磁场与nfc终端200的天线线圈产生的磁场相互抵消的位置会向右移，因此，盲区也向右移动，从而增加盲区内nfc可以工作的面积，提高了nfc终端的nfc性能，有效提高nfc刷卡读卡的成功率。
36.在单刀双掷开关处于与端口2的连接状态时，nfc有源天线线圈101中的右侧的无源线圈102闭合，会产生与nfc有源天线线圈101的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈内与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈外与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。无源线圈102的感应电流在无源线圈102的圈外产生的磁场与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场叠加之后，nfc有源天线线圈101的内部的左侧的磁场增强，在无源线圈102位于nfc有源天线线圈101的右侧时，由于无源线圈102产生的磁场衰减相对较大，因此磁场变化不明显，此时nfc有源天线线圈101的圈内的磁场与nfc终端200的天线线圈产生的磁场相互抵消的位置会向左移，因此，盲区也向左移动，从而增加盲区内nfc可以工作的面积，提高了nfc终端的nfc性能，有效提高nfc刷卡读卡的成功率。
37.进一步，以图3中nfc有源天线线圈101相对于nfc终端200的天线线圈向右偏离为例，nfc有源天线线圈101中内置多个无源线圈102，多个无源线圈102在nfc有源天线线圈101内间隔设置，在nfc有源天线线圈101与天线线圈错位的情况下，将nfc有源天线线圈101中远离天线线圈的位置的无源线圈102的开关103闭合。如图14至图24所示的，在nfc有源天线线圈101中增加了四个带单刀单掷开关的无源线圈102，通过四个单刀单掷开关组合的十六种状态可以产生十六种不同的效果，其中，s1表示的是左上角的开关，s2表示的是右上角的开关，s3表示的是左下角的开关，s4表示的是右下角的开关。如表1所示的，其中0表示开关103处于断开状态，1表示开关103处于闭合状态。
38.表1开关状态及对应的效果
[0039][0040]
在单刀单掷开关处于闭合状态时，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102闭合，会产生与nfc有源天线线圈101的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈内与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈外与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。无源线圈102的感应电流在无源线圈102的圈外产生的磁场与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场叠加之后，nfc有源天线线圈101的内部的磁场增强。因此，盲区也会移动，从而增加盲区内nfc可以工作的面积，提高了nfc终端的nfc性能，有效提高nfc刷卡读卡的成功率。
[0041]
进一步，在实际工作时，正常状态下，四个无源线圈102的开关103均处于断开状态，当电子设备100的nfc有源天线线圈101处于工作盲区300时，可以对四个单刀单掷开关进行状态遍历，直至nfc终端处于可以工作的状态。通过四个带有单刀单掷开关的无源线圈102实现更多方向上nfc终端200的盲区的自适应优化，可进一步提升不同方向上nfc的工作性能。
[0042]
进一步，以图3中nfc有源天线线圈101相对于nfc终端200的天线线圈向右偏离为
例，nfc有源天线线圈101中内置多个无源线圈102，多个无源线圈102在nfc有源天线线圈101内间隔设置，在nfc有源天线线圈101与天线线圈错位的情况下，将nfc有源天线线圈101中远离天线线圈的位置的无源线圈102的开关103闭合。如图25至图29所示的，在nfc有源天线线圈101中增加了两个带单刀双掷开关的无源线圈102，通过两个带单刀双掷开关组合的四种状态可以产生四种不同的效果，如表2所示的，其中，s1表示上侧的开关，s2表示的下侧的开关，1表示开关s1与端口1的连接状态，2表示开关s1与端口2的连接状态，3表示开关s2与端口3的连接状态，4表示开关s2与端口4的连接状态。
[0043]
表2开关状态及对应的效果
[0044]
开关103状态(s1，s2)效果(1,3)优化右侧盲区(2,3)优化左侧盲区(1,4)优化右上角和左下角盲区(2,4)优化左上角和右下角盲区
[0045]
在单刀双掷开关处于连接端口的状态时，nfc有源天线线圈101中的无源线圈102闭合，会产生与nfc有源天线线圈101的电流方向相反的感应电流，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈内与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相反，无源线圈102的感应电流产生的磁场在无源线圈102的圈外与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场方向相同。无源线圈102的感应电流在无源线圈102的圈外产生的磁场与nfc有源天线线圈101的圈内的磁场叠加之后，nfc有源天线线圈101的内部的磁场增强。因此，盲区也会移动，从而增加盲区内nfc可以工作的面积，提高了nfc终端的nfc性能，有效提高nfc刷卡读卡的成功率。
[0046]
实际工作时，当nfc有源天线线圈101的位置处于工作盲区300时，可以通过启动两个单刀双掷开关进行状态遍历，直至nfc终端可以工作的状态，用两个单刀双掷开关在实现更多方向上电子设备100刷卡盲区的自适应优化的基础上，不仅增大了盲区内nfc终端可以工作的面积，还节省了电子设备的空间。
[0047]
如图30所示的，本技术实施例公开了一种通信方法，其可以由上述实施例中的电子设备执行，该方法包括以下步骤：
[0048]
步骤s3000：检测nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域的相对位置。
[0049]
具体来讲，nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域的相对位置包括nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域正对和nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域错位，可以通过nfc天线与nfc终端之间的偏离程度确定nfc天线线圈与天线线圈之间的错位位置，具体是，电子设备的nfc有源天线线圈与所述nfc终端的天线线圈的几何中心偏离时，nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域错位。
[0050]
在一种可能的实现方式中，检测nfc有源天线线圈与nfc终端的感应区域的相对位置包括：检测所述nfc终端的实际信号强度；根据信号强度与相对位置的对应关系，确定所述实际信号强度对应的所述相对位置，在所述实际信号强度低于阈值的情况下，确定所述nfc有源天线线圈的部分区域与所述nfc终端的感应区域相对。其中，电子设备内可以存储nfc终端的信号强度和nfc终端与电子设备之间的相对位置的关系，不同的相对位置对应不同的信号强度，以阈值作为基准，低于阈值的信号强度对应的相对位置为正对位置，不低于
阈值的信号强度对应的相对位置为错位位置。阈值可以根据实际情况确定，本技术实施例在此并不作限定。因此，在电子设备检测到nfc终端的实际信号强度之后，按照信号强度和相对位置的对应关系，确定出nfc终端和电子设备之间的实际的相对位置。
[0051]
步骤s3001：在nfc有源天线线圈的部分区域与nfc终端的感应区域相对时，控制远离感应区域的至少一个无源线圈中的开关闭合。以使所述无源线圈中产生与所述nfc有源天线线圈中的电流相反的电流。
[0052]
值得注意的是，本技术实施例公开的通信方法与上述实施例有相同或类似之处，可以互相参照，本技术实施例在此不再赘述。
[0053]
通过本技术实施例公开的技术方案，通过增强nfc有源天线线圈中的磁场，从而增大nfc终端的无源线圈内的磁通量，从而增大nfc终端的工作盲区内的工作面积，提高nfc终端的nfc性能。
[0054]
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
[0055]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。