Z字形贴片式nfc天线及天线系统的制作方法

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Z字形贴片式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,尤其涉及Z字形贴片式NFC天线以及包括该Z字形贴片式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CN103620869A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下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(也即包括贴片式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。此夕卜,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的状态。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]此外,近期在中国专利CN204809410U中公布了一种基于多层磁性绝缘材料的倾斜天线绕线方式。天线线圈被分为第一,第二,第三和第四四个部分,其中第一部分在多层材料的最上层,第二部分在多层材料的最低层,第三和第四部分分别用于在左右边上对第一和第二部分进行连接。特别,第三和第四部分必须分布在多层磁性材料上不同层上,而且不同层之间用通孔连接,以最终达到把第一和第二部分连接到一起的目的。显然,这种基于多层材料的天线加工方式或工艺较为复杂和繁琐,并不适合本案中所提到的具有单层铁氧体芯体结构的NFC天线。
[0006]综上所述,贴片式NFC天线无法将小尺寸与高性能结合,使用效果不佳。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于提供Z字形贴片式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相结合的问题。
[0008]本发明是这样实现的:
[0009]Z字形贴片式NFC天线,包括铁氧体芯体以及NFC天线线圈,所述NFC天线线圈呈Z字形环绕所述铁氧体芯体的外表面上,所述铁氧体芯体为沿X轴(长度,L)方向延伸的矩形条状体,包括沿Y轴(宽度,W)方向的左侧面和右侧面,及沿Z轴(高度,H)方向的上侧面和下侧面;所述NFC天线线圈包括分别位于所述左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的左侧部、右侧部、上侧部和下侧部;所述NFC天线线圈的上侧部、下侧部分别与所述X轴垂直;所述NFC天线线圈的左侧部、右侧部分别与所述X轴呈一定的倾斜夹角Θ,以构成所述NFC天线线圈在Y轴方向上的投影呈Z字形。
[00?0] 进一步地,所述NFC天线线圈的左侧部、右侧部分别与所述X轴呈arctan(H/L) < Θ< arctan(H/(L/2))的倾斜夹角,其中H和L为铁氧体芯体的高度和长度。
[0011]进一步地,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侧面上连接有外部电极,所述外部电极与所述NFC天线线圈连接。
[0012]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。
[0013]进一步地,位于所述第一外部电极上的过孔电极设在所述第一外部电极的右端,位于所述第二外部电极上的过孔电极设在所述第二外部电极的左端。
[0014]进一步地,所述NFC天线线圈的左侧部、左侧部、上侧部和下侧部均包括若干个平行的导线体,所述左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的导线体依次连接,形成NFC天线线圈的转轴方向与沿铁氧体芯体的X轴方向有夹角(90+Θ)的缠绕。
[0015]进一步地,所述铁氧体芯体的所述左侧面、右侧面、上侧面和下侧面设有用于容置所述导线体的若干个平行的线槽,各个侧面的线槽依次连接,形成转轴方向与沿铁氧体芯体的X轴方向有(90+Θ)夹角的轴缠绕的螺旋状线槽体,以容置NFC天线线圈。
[0016]本发明还提供了天线系统,包括前述的Z字形贴片式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Z字形贴片式NFC天线位于所述金属板上。
[0017]进一步地,所述天线线系统包括多个相互串联的Z字形贴片式NFC天线,多个相互串联的所述Z字形贴片式NFC天线分别放置在所述金属板上。
[0018]进一步地,沿着长度方向,所述Z字形贴片式NFC天线的内端设在所述金属板的正上方,所述Z字形贴片式NFC天线的外端设在所述金属板的外部。
[0019]进一步地,所述金属板为矩形,所述天线系统包括四个相互串联的Z字形贴片式NFC天线,四个相互串联的所述Z字形贴片式NFC天线分别放置在所述金属板上的四个侧边。
[0020]与现有技术相比,本发明提供的Z字形贴片式NFC天线,所述铁氧体芯体为沿X轴方向延伸的矩形条状体;NFC天线线圈包括分别位于所述左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的左侧部、左侧部、上侧部和下侧部;NFC天线线圈的上侧部、下侧部分别与所述X轴垂直;NFC天线线圈的左侧部、右侧部分别与所述X轴呈一定角度Θ的倾斜夹角,构成NFC天线线圈在Y轴方向上的投影呈Z字形。从而使得Z字形贴片式NFC天线本身具有与现有技术不同的磁场分布,特别铁氧体芯体上表面没有绕行线圈的位置将形成垂直于上表面的磁场分量,这个磁场分量将增强天线系统的性能,达到高性能的效果;另外,NFC天线线圈环绕在铁氧体芯体的外表面,充分利用铁氧体芯体的空间,使得整个Z字形贴片式NFC天线尺寸较小。
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例提供的Z字形贴片式NFC天线的立体结构示意图;
[0022]图2是本发明实施例提供的Z字形贴片式NFC天线的爆炸结构示意图;
[0023]图3是现有技术中的村田NFC贴片天线单体工作原理图;其中A为磁场方向;
[0024]图4是本发明实施例提供的Z字形贴片式NFC天线的工作原理图;其中A和B为磁场的两个分量方向;
[0025]图5是现有技术中的村田NFC贴片天线系统工作原理图;
[0026]图6是本发明实施例提供的Z字形贴片式NFC天线的天线系统工作原理图;
[0027]图7是现有技术中的村田NFC贴片天线系统示意图;
[0028]图8现有技术中的村田NFC贴片天线系统在Y= O截面上的二维磁场分布图;
[0029]图9是本发明实施例提供的具有一个Z字形贴片式NFC天线系统示意图;<
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