基于z字形的双环绕线式nfc天线及天线系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及NFC天线的技术领域，尤其是基于Z字形的双环绕线式NFC天线以及包括该基于Z字形的双环绕线式NFC天线的天线系统。
【背景技术】
[0002]近期，近场通讯(Near Field Communicat1n，NFC)技术得到了越来越广泛的重视，并且该技术已经被应用于手持移动设备中。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。为了保证NFC天线的性能，使用该设计方案的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。
[0003]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(SMD)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)以螺旋的方式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，形成螺线管型天线。通过把该小尺寸NFC天线单体放置在金属板(或PCB板)上方并与之进行有效的耦合，在金属板上激发出有正面作用的涡流，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。虽然与传统的大尺寸NFC天线方案相比，村田提出的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:当该天线单体被放置在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正交使得整个天线系统中的天线单体和金属板不能达到最佳的匹配状态。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。
[0004]综上所述，目前的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】
[0005]本发明的目的在于提供基于Z字形的双环绕线式NFC天线，旨在解决现有技术中，现有的NFC天线无法将小尺寸与高性能结合的问题。
[0006]本发明是这样实现的:
[0007]基于Z字形的双环绕线式NFC天线，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，及相互连接的两个环绕铁氧体芯体的NFC天线线圈的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈沿Y轴的投影方向呈Z字形环绕所述铁氧体芯体的外表面上，所述的第二线圈沿上下方向的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;所述的第一线圈的首端与第一外部电极连接，尾端与第二线圈的首端通过连接导体连接;所述第二线圈的尾端与外部第二电极连接；
[0008]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的近-X轴端部的底层导线体，若干根位于顶层片状铁氧体单元上表面的近+X轴端部的顶层导线体，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或左导电孔，及布置在所述中间层片状铁氧体单元的近于左端的第一导线构成;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或右导电孔，及布置在所述中间层片状铁氧体单元的近于右端的的第二导线构成；
[0009]所述的第二线圈包括若干个设于次底层片状铁氧体单元上表面，及设于中间层片状铁氧体单元上表面和/或下表面的线圈体，底层片状铁氧体单元的线圈体的一端为第二线圈的尾端，并且与外部第一电极连接;其另一端为首端，通过设于次底层上一层片状铁氧体单元侧边的竖向连接导体或导电通孔与次底层上一层片状铁氧体单元的线圈体的尾端连接，如此循环向上，直至最上面一个线圈体的首端通过设于顶层片状铁氧体单元侧边的竖向连接导体或导电通孔与第一线圈的尾端连接。
[0010]优选地，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、所述第二外部电极上的过孔电极分别与所述第一线圈的首端、第二线圈的尾端连接。
[0011]优选地，所述第一线圈的左侧、右侧、上侧和下侧均包括若干个平行的导线体，所述左侧、右侧、上侧和下侧的导线体以及通孔导体依次连接，形成转轴方向与沿所述铁氧体芯体的X轴方向有(90+Θ)夹角的轴缠绕。
[0012]优选地，所述铁氧体芯体包括一个底层片状铁氧体单元、若干个中间片状铁氧体单元和一个顶层片状铁氧体单元。
[0013]优选地，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。
[0014]本发明还提供了天线系统，包括前述的基于Z字形的双环绕线式NFC天线、基板以及金属板，所述金属板放置在所述基板上，所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线位于所述金属板上。
[0015]优选地，沿着长度方向，所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线的内端设在所述金属板的正上方，所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线的外端设在所述金属板的外部。但是，也可把天线的外端放置在与金属板边缘相重合处。
[0016]优选地，所述天线系统具有若干个相互串联的所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线，若干个相互串联的所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线分别放置在所述金属板上。
[0017]优选地，所述的金属板为矩形，所述基于Z字形的双环绕线式NFC天线为四个，分别设于金属板的四边。
[0018]本发明还公开了基于Z字形的双环绕线式NFC天线的加工方法，其中，所有铁氧体芯体的XY平面上的线圈体都是通过把金属浆料以丝网印刷的形式制成的，所述沿着Z方向的导电通孔、导电孔是通过在相关的各个分层上打通孔并把浆料注入通孔，最后经过高温烧结而成的;所述的金属浆料为金浆、银浆或铜浆。
[0019]与现有技术相比，本发明提供的基于Z字形的双环绕线式NFC天线，采用了沿XY平面延伸的铁氧体芯体，及在Y轴投影方向呈Z字形环绕于铁氧体芯体的NFC天线的第一线圈和环绕于铁氧体芯体的NFC天线的沿上下方向的Z轴螺旋缠绕的第二线圈；从而使得NFC天线线圈由于Z字形线圈的存在，NFC天线单体除了沿着线圈绕行的铁氧体芯体长轴方向的磁场分量A-A’外，同时还产生具有与长轴方向(或PCB板)垂直的磁场分量第二线圈的存在也将产生与PCB板垂直的磁场分量B2-B2’；Z字形的第一线圈与铁氧体上表面平行的第二线圈的“咬合式”叠加以及第一线圈和第二线圈各自产生的与PCB板垂直的磁场分量进一步