正交绕线型贴片式nfc天线及天线系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及贴片式NFC天线的技术领域，尤其涉及正交绕线型贴片式NFC天线以及包括该正交绕线型贴片式NFC天线的天线系统。
【背景技术】
[0002]工作频率在13.56MHz的近场通讯(Near Field Communicat1n，NFC)是一种利用磁场感应收发电磁波实现电子设备之间进行近距离通信的无线通讯技术，该技术也可被称为是一种非接触式的识别和互联技术。这种技术可以为消费者提供简单直观的信息交换、内容访问与服务。由于NFC技术的这种特殊性，近期NFC得到了越来越广泛的重视，并且该技术已经被应用于移动设备、PC、以及智能控件等设备中。
[0003]在传统的NFC手持设备的应用中，一般选择将NFC天线辐射体放在电池上面，同时为了减少电池(或其他金属材质)上产生的与天线本身电流方向相反的涡流对NFC天线的负面影响，需要在NFC天线线圈和电池中间放置一层能把天线线圈与电池隔离开的铁氧体。铁氧体虽然能减少电池或金属板上负面涡流的强度，但是并不能改变该涡流的流向，或者说不能把该涡流变成对天线本身有增强作用的有效涡流。因此，为了保证NFC天线的性能，使用的NFC天线必须满足一定的尺寸要求。由于该传统NFC天线方案的天线尺寸较大，故而不能满足手持设备小型化的需求。
[0004]为了达到减少NFC天线尺寸的目的，日本株式会社村田制作所(Murata)近期在中国发明专利公开CN103620869 A中提出了一种小型的贴片式NFC天线解决方案，并且在中国发明专利CN102959800B中展示了该方案在实际通信设备中的具体应用。与传统NFC天线方案相比，该方案的最大不同之处是把传统的尺寸较大的NFC天线线圈(比如典型的线圈尺寸为30mm x40mm)绕置在尺寸很小的铁氧体芯体(铁氧体芯体的尺寸可以小到与一般芯片的大小相同)周围，通过被绕置在小尺寸的铁氧体表面上的天线线圈与金属板(或PCB板)之间进行有效的耦合，进而增强整个天线系统(也即包括贴片NFC天线和金属板)的性能。这个方案的最大好处是能在金属板上能激发出对天线单体本身来讲有正面作用的涡流。此外，虽然与传统的大尺寸NFC天线方案相比，村田提出的贴片式NFC天线方案在天线尺寸方面有了巨大的改进，但是该贴片天线有如下一个缺点:当该天线被放置在PCB或金属板板上时，由于天线线圈在铁氧体上的特殊绕行方式，使得天线本身产生磁场的主要方向与其在金属板上激发的有效涡流产生的磁场相互垂直正交。这种在磁场方向上的相互垂直正交使得整个天线系统不能达到最佳匹配的状态。综上所述，村田所提出的传统贴片式NFC天线无法将小尺寸与高性能结合，使用效果达不到最优。因此，有必要对上面所述的贴片式NFC天线进行改进，开发出一种不仅具有小尺寸而且同时具有能与在金属板上激发的涡流产生的磁场达到最佳匹配的高性能贴片式NFC天线。
[0005]近期TDK株式会社在中国的发明公布CN103633421A中公开了一种螺旋管型天线线圈与一个平面环形线圈相互上下叠加的天线结构。其中螺旋管天线线圈也是绕行在铁氧体的上下两个表面上的，但是平面环形天线线圈是基于柔性电路板(FPC)的。这种天线除了两个天线通过端子进行连接外，两个天线(即螺旋管和平面环形)线圈是相互独立的，这也是该天线系统的两个天线线圈可以相互错位叠加的原因，而且在该设计中天线线圈所占的面积很大，特别是当两个线圈处于错位叠加时。此外，当天线的磁场较大(如20_x20mm)时，其平面环形天线线圈部分的性能还可以接受，但是当环形线圈所能占据的面积小到芯片量级(如5mmx5mm)时，该平面环形天线的性能将大幅降低，特别是线圈的匝数较多时，因为绝大多数的面积都将被平面环形线圈所占据。基于上述原因，这种天线结构并不适用于具有小尺寸的贴片式NFC天线系统。为了能把TDK中的平面环形天线线圈绕在了平行于Z轴的铁氧体表面上，也即充分地利用了铁氧体或天线的立体空间，有必要开发出一种新的天线结构，其不仅能适用于村田提出的小尺寸贴片式NFC天线的绕线形式，而且还要能对该天线系统的性能进行有效的改进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供正交绕线型贴片式NFC天线，旨在解决现有技术中，由于现有的NFC天线无法将小尺寸与高性能结合的问题。
[0007]本发明是这样实现的:
[0008]正交绕线型贴片式NFC天线，其特征在于，包括由若干层片状铁氧体单元层叠而成的沿XY平面延伸的铁氧体芯体，及正交环绕于铁氧体芯体的NFC天线的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈沿-X或+X轴方向螺旋缠绕，所述的第二线圈沿上下方向的+Z或-Z轴螺旋缠绕;所述铁氧体芯体的下端连接有天线绝缘层;所述天线绝缘层的下端面上连接有外部电极，包括第一外部电极和第二外部电极;所述的第二线圈的首端与第一外部电极连接，尾端与第一线圈的首端通过连接导体连接;所述第一线圈的尾端与外部第二电极连接;所述第一线圈包括若干根位于底层片状铁氧体单元下表面或上表面的底层导线体，若干根位于顶层片状铁氧体单元上表面或下表面的顶层导线体，及连接底层导线体左端端部和顶层导线体左端端部的若干个左导线体、连接底层导线体右端端部和顶层导线体右端端部的若干个右导线体;所述左导线体由穿透于底层片状铁氧体单元、中间层片状铁氧体单元和顶层片状铁氧体单元的近于左端的左通孔内的左导体构成;所述右导线体由穿透于底层片状铁氧体单元、中间层片状铁氧体单元和顶层片状铁氧体单元的近于右端的右通孔内的右导体构成;所述的第二线圈包括若干个设于底层片状铁氧体单元上表面和中间层片状铁氧体单元上表面的线圈体，底层片状铁氧体单元的线圈体的首端与外部第一电极连接，其尾端通过设于第二层片状铁氧体单元侧边的竖向连接导体与第二层片状铁氧体单元的线圈体的首端连接，如此循环向上，直至最上面一个线圈体的尾端通过设于顶层片状铁氧体单元侧边的竖向连接导体与第一线圈的首端连接。
[0009]进一步地，所述天线绝缘层上设有两个用于连接所述NFC天线线圈与所述外部电极的过孔电极，所述过孔电极与所述NFC天线线圈连接，两个所述过孔电极分别对应布置在所述第一外部电极与所述第二外部电极上;所述第一外部电极上的过孔电极与所述第二外部电极上的过孔电极分别与所述第一线圈连接。
[0010]进一步地，所述第二线圈是由设于所述片状铁氧体单元上表面和/或下表面的线圈体构成的，同一表面设有一圈或多于一圈的线圈体;如果相邻的表面都有线圈体时，采用错开的方式布置。
[0011]进一步地，所述竖向连接导体采用在通孔内填入导电材料而构成。
[0012]进一步地，所述第一线圈和所述第二线圈在左侧面、右侧面会重合，采用错开方式布设，所述左侧面、右侧面的位置，所述第一线圈可以位于外侧，所述第二线圈处于内侧;也可以是所述第一线圈可以位于内侧，所述第二线圈处于外侧。
[0013]本发明还公开了一种天线系统，包括前述的正交绕线型贴片式NFC天线、基板以及金属板，所述金属板放置在所述基板上，所述正交绕线型贴片式NFC天线位于所述金属板上。
[0014]进一步地，沿着长度方向，所述正交绕线型贴片式NFC天线的内端设在所述金属板的正上方，所述正交绕线型贴片式NFC天线的外端设在所述金属板的外部。
[0015]进一步地，所述正交绕线型贴片式NFC天线的内端和外端设在都设在所述金属板的正上方。
[0016