正交绕线型贴片式nfc天线及天线系统的制作方法

文档序号:10770788
正交绕线型贴片式nfc天线及天线系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及公开正交绕线型贴片式NFC天线和天线系统,NFC天线包括由若干层片状铁氧体单元层叠而成的铁氧体芯体,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,第一线圈沿X轴方向螺旋缠绕,第二线圈沿上下方向的Z轴螺旋缠绕;铁氧体芯体的下端连接有天线绝缘层;天线绝缘层上连接有第一外部电极和第二外部电极;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连接;第一线圈的尾端与外部第二电极连接。NFC天线线圈呈正交形式环绕铁氧体芯体的外表面,正交绕线型贴片式NFC天线本身具有两个沿不同方向(分别沿X轴和Z轴)的磁场分布,两个线圈的耦合,进而增强了整体天线的性能;第一线圈以及第二线圈都是绕行在铁氧体芯体的外表面上,充分利用铁氧体芯体的空间,天线尺寸较小。
【专利说明】
正交绕线型贴片式NFC天线及天线系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及贴片式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。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型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]本实用新型是这样实现的:
[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]本实用新型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]进一步地,所述天线系统具有若干个相互串联的所述正交绕线型贴片式NFC天线,若干个相互串联的所述正交绕线型贴片式NFC天线分别放置在所述金属板上。
[0017]本实用新型还公开了前述的正交绕线型贴片式NFC天线的加工方法,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方向的导线体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、银浆或铜浆等。
[0018]与现有技术相比,本实用新型提供的正交绕线型贴片式NFC天线,采用了沿XY平面延伸的铁氧体芯体,及正交环绕于铁氧体芯体的NFC天线的沿-X轴方向螺旋缠绕的第一线圈和沿上下方向的+Z轴螺旋缠绕的第二线圈;从而使得NFC天线线圈呈正交形式环绕,正交绕线型贴片式NFC天线本身具有两个沿不同方向(分别沿X轴和Z轴)的磁场分布,两个线圈的耦合,进而增强了整体天线的性能,达到高性能的效果;另外,第一线圈以及第二线圈都是绕行在铁氧体芯体的外表面上,充分利用铁氧体芯体的空间,使得整个正交绕线型贴片式NFC天线尺寸较小。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线的立体结构示意图;
[0020]图2是本实用新型实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线的爆炸结构示意图;
[0021]图3是本实用新型实施例提供的只有第一天线线圈的NFC天线的立体结构示意图;
[0022]图4是本实用新型实施例提供的只有第二天线线圈的NFC天线的立体结构示意图;
[0023]图5是本实用新型实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线的结构示意图;
[0024]图6是图3中只有第一天线线圈的NFC天线单体在Y= 0(或XZ)截面上的二维磁场分布图;
[0025]图7是图3中只有第一天线线圈的NFC天线单体在金属板上方Z= 20mm处的磁场Hz分量分布图;
[0026]图8是图4中只有第二天线线圈的NFC天线单体在Y= 0(或XZ)截面上的二维磁场分布图;
[0027]图9是图4中只有第二天线线圈的NFC天线单体在金属板上方Z= 20mm处的磁场Hz分量分布图;
[0028]图10是图5中的本实用新型NFC天线(即同时有第一和第二天线线圈)单体在金属板上方Z = 20mm处的磁场Hz分量分布图;
[0029]图11是本实用新型实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线单体的工作原理示意图;
[0030]图12是本实用新型实施例提供的天线系统工作原理图;
[0031]图13是本实用新型实施例提供的天线系统在金属板上方Z= 20mm处的磁场Hz分量分布图;
[0032]图14是本实用新型实施例提供的只有第一天线线圈的NFC天线系统在金属板上方Z = 20mm处的磁场Hz分量分布图;
【具体实施方式】
[0033]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0034]以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。
[0035]本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本实用新型的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0036]参照图1?14,来理解本实用新型的具体实施例。
[0037]本实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线,可以运用在天线系统中,实现为移动设备客户提供尚性能小尺寸的贴片式NFC天线。
[0038]如图1-2所示,本实用新型正交绕线型贴片式NFC天线,包括由四层片状铁氧体单元la、lb、lc、Id层叠而成的沿XY平面延伸的铁氧体芯体I,及正交环绕于铁氧体芯体的NFC天线的第一线圈2和第二线圈3,第一线圈2沿-X轴方向螺旋缠绕,第二线圈3沿上下方向的+Z轴螺旋缠绕;铁氧体芯体I的下端连接有天线绝缘层4;天线绝缘层4的下端面上连接有外部电极,包括第一外部电极5a和第二外部电极5b;天线绝缘层4还设有用于连接NFC天线线圈与外部电极的过孔电极6a和6b。第二线圈3的首端通过过孔电极6a与第一外部电极5a连接,尾端通过连接导体7(即起到过渡联接作用的导体)与第一线圈2的首端连接;第一线圈2的尾端通过过孔电极6b与外部第二电极5b连接;第一线圈2包括若干根位于底层片状铁氧体单元Id下表面的底层导线体22,若干根位于顶层片状铁氧体单元Ia上表面的顶层导线体21,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23、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24;左导线体23由穿透于底层片状铁氧体单元IcU中间层片状铁氧体单元lc、Ib和顶层片状铁氧体单元Ia的近于左端的左通孔内的左导体(图中未示出)构成;右导线体24由穿透于底层片状铁氧体单元ld、中间层片状铁氧体单元lc、Ib和顶层片状铁氧体单元Ia的近于右端的右通孔内的右导体(图中未示出)构成;第二线圈3包括设于底层片状铁氧体单元Id上表面和中间层片状铁氧体单元lc、Ib上表面的线圈体33、32、31,底层片状铁氧体单元的线圈体33的首端与外部第一电极5a连接,其尾端通过设于第二层片状铁氧体单元Ic侧边的竖向连接导体321与第二层片状铁氧体单元Ic的线圈体32的首端连接,如此循环向上,直至最上面一个线圈体31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71(过渡导体7的一部分)与第一线圈2的首端连接。
[0039]上述的正交绕线型贴片NFC天线,采用了沿XY平面延伸的铁氧体芯体,及正交环绕于铁氧体芯体的NFC天线的沿-X轴方向螺旋缠绕的第一线圈和沿上下方向的+Z轴螺旋缠绕的第二线圈;从而使得NFC天线线圈呈正交形式环绕,正交绕线型贴片式NFC天线本身具有两个沿不同方向(分别沿X轴和Z轴)的磁场分布,两个线圈的耦合,进而增强了整体天线的性能,达到高性能的效果;另外,第一线圈以及第二线圈都是绕行在铁氧体芯体的外表面上,充分利用铁氧体芯体的空间,使得整个正交绕线型贴片式NFC天线尺寸较小。
[0040]具体的,为了便于外部电极与NFC天线线圈的连接,天线绝缘层4上设有两个用于天线线圈的两端与外部电极之间进行连接的过孔电极,过孔电极与NFC天线线圈连接。
[0041 ] 两个过孔电极6a、6b分别对应布置在第一外部电极5a与第二外部电极5b上,即可通过两个过孔电极分别连接外部电极与NFC天线线圈。
[0042]第二线圈3是由设于片状铁氧体单元上表面和/或下表面的线圈体构成的。同一表面可以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,可以采用错开的方式来布置。
[0043]竖向连接导体7也可能采用在通孔内填入导电材料而构成。
[0044]第一线圈2和第二线圈3在左侧面、右侧面会重合,需要采用错开方式布设,在左侧面、右侧面的位置,第一线圈2可以位于外侧,第二线圈3处于内侧;也可以是第一线圈2可以位于内侧,第二线圈3处于外侧。
[0045]于其它实施例中,第一线圈包括若干根位于底层片状铁氧体单元上表面的底层导线体,若干根位于顶层片状铁氧体单元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;为了确保该导线体能有效地激发金属板上的涡流,此时该底层片状(铁氧体)单元的材质将需要采用非铁氧体材质的绝缘体层来代替。
[0046]本实施例提供的正交绕线型贴片式NFC天线与在中国实用新型专利公开CN103620869A中提出的贴片式NFC的最大区别是NFC天线线圈在铁氧体芯体I上绕线方式的不同。这种不同的绕线形式将导致天线单体本身具有不同的磁场分布。
[0047]为了阐述本案正交双环绕线的贴片式NFC天线的工作原理,我们先把该正交双环绕线分离成只具有第一天线线圈2单体天线结构和只具有第二天线线圈3的单体天线结构,如天线结构示意图3和图4所示。其中图3中的具有第一天线线圈2的单体天线结构的卷绕轴方向沿着-X方向;图4中的具有第二天线线圈3的单体天线结构的卷绕轴方向沿着+Z方向。图5为NFC天线同时具有第一和第二天线线圈的单体天线结构(也即本案的NFC天线结构)示意图。为了能简单明了地对本案天线工作原理进行描述,我们将对图3,图4和图5中的天线在如下的条件下进行计算:铁氧体芯体尺寸为6mm(长)x 3mm(宽)x0.9mm(高);第一天线线圈匝数为9;第二天线线圈匝数为3;绝缘层的厚度均为0.1mm。
[0048]图6为图3所示天线的磁场在XZ平面的分布图,图7为该天线在铁氧体上方Z= 20mm平面上的磁场分量Hz的分布图;图8为图4所示天线的磁场在XZ平面的分布图,图9为该天线在铁氧体上方Z = 20mm平面上的磁场分量Hz的分布图。从图6中可以看出,对于只具有第一天线线圈的天线单体而言,因为磁场始于铁氧体的前表面,终于铁氧体的后表面,所以图7中所示的Hz分量构成振幅绝对值相等(绝对值相等是因为天线结构是对称的)的正负数两个模式。然而,从图8中可以看出,对于只具有第二天线线圈的天线单体而言,因为磁场始于铁氧体的上表面,终于铁氧体的下表面,所以图9中所示的Hz分量只构成振幅为正的一个模式。图10为图5中天线在铁氧体上方Z = 20mm平面上的磁场分量Hz的分布图。从图10中可以看出Hz分量构成振幅绝对值不等的正负两个模式,而且振幅为正值的模式的性能比振幅为负值的模式的性能强。事实上,形成图10所示的特殊模式的原因是由于图7中的那个具有正负振幅的两个模式和图9中的那个只具有正振幅的一个模式在空间中相互进行了有效的叠加。这种磁场在空间中的有效叠加恰好正是本案所提出的正交双环绕线的贴片式NFC天线的关键之处,而且其工作原理可以用图11中的表述形式进行简单易懂的描述。
[0049]如图12所示,本实施例还提供了天线系统,包括上述的交绕线的小尺寸贴片式NFC天线、基板60以及金属板50,其中,金属板50落在基板60上,上述的正交绕线型贴片式NFC天线位于金属板50上;交绕线的小尺寸贴片式NFC天线可以完全放置在金属板50的上方。天线系统与金属板50耦合,在金属板50上也将产生涡流回路b,该涡流回路b产生垂直于金属板(也即沿+Z方向)的磁场BI;金属板50上的涡流主要是由在铁氧体芯体I与金属板50相邻的下端面上的第一线圈2的部分耦合产生,落在铁氧体芯体I的前端面上的第二线圈3也将对涡流产生一些贡献,特别是当片状(铁氧体)单元Id为非铁氧体材料时。因为这两部分的线圈的电流流向方向相同,因此涡流b的强度(也即磁场BI)也得到了增强,进而增强了整个天线系统的性能。
[0050]此外,正交绕线型贴片式NFC天线本身还具有由第二线圈3产生的方向朝+Z方向的场强B2。磁场BI和B2同向;磁场BI,B2和A的有效结合增强了整体天线系统的性能。图13为基于本案的(同时具有第一和第二线圈)NFC天线系统在金属板上方Z = 20mm处的磁场Hz分量分布图;图14为基于只有第一线圈NFC天线系统在金属板上方Z = 20mm处的磁场Hz分量分布图。对比图13和图14可以看出,基于正交绕线型贴片式NFC天线的天线系统的性能有很大的提升;通过对Hz分布的比较得知提升的幅度大约在18 %左右。
[0051]如果NFC天线单体的长、宽、高的比例有所变化时,天线性能的提升将随着这个比例的变化而变化。比如当长和宽的比例较小或者高度有所增加时,相对而言第二线圈3所产生的磁场出的将有所增加,因此天线系统性能的提升比例将会更高。此外,正交绕线型贴片式NFC天线具有方向性,因此如果正交绕线型贴片式NFC天线是被放置在其它金属板50的边缘上时,比如-X方向的边缘上,那么正交绕线型贴片式NFC天线需要旋转180度,因为只有这样才能保证金属板50祸流产生的磁场方向与第二线圈3产生的磁场方向同向进而达到正向叠加的目的。总之,一定要保证金属板50涡流所产生磁场仏的方向与第二线圈3所产生磁场出的方向相同。为了避免在实际应用中出错,可以像大部分芯片一样,在天线单体的上表面(比如沿着X方向)的一个角上打印一个标记点。
[0052]在本实施例中,沿着长度方向(S卩X方向),正交绕线型贴片式NFC天线的内端设在金属板50正上方,正交绕线型贴片式NFC天线的外端设在金属板50外部;此时与长轴方向垂直的磁场分量恰好可以有效地与天线线圈在金属板50上耦合出来的涡流回路所产生的磁场形成正向的叠加,从而增强整体天线系统的性能。
[0053]在其他实施例中,天线系统也可以建立在基于多个相互串联的正交绕线型贴片式NFC天线的情况,若干个相互串联的正交绕线型贴片式NFC天线分别放置在金属板50上,通过这种相互串联的连接方式,可以保证由每个正交绕线型贴片式NFC天线在金属板50上产生的涡流回路的方向一致,因此在金属板50上产生的涡流回路的强度将随着串联正交绕线型贴片式NFC天线个数的增加而增加。因此天线系统的性能将随着天线所包含的相互串联的正交绕线型贴片式NFC天线的个数而增强。
[0054]铁氧体芯体I是由具有磁导率>100的低损耗磁性材料制成。立体铁氧体I有六个外表面,其中上外表面(+Z方向),左外表面(+Y方向),下外表面(-Z方向),右外表面(-Y方向);前外表面(-X方向),后外表面(+X方向)。如图1所示,铁氧体芯体I由分层结构(即片状铁氧体单元la,lb,Ic和Id)四个分层组成;天线第一线圈2的沿着铁氧体芯体I的上表面、左表面、下表面、右表面螺旋式绕行。如图2示,铁氧体芯体的基本(或最小)层数由第二线圈的匝数决定,比如第二线圈的匝数为N,那么铁氧体芯体分层的层数为N+1层即可。图1和图2中线圈上的箭头为第一线圈2和第二线圈3的电流流向方向;当第一和第二线圈按照上述的方式绕行和连接时,第一线圈的绕轴是沿着-X方向的(如见图3所示),第二线圈的绕轴方向是沿着+Z方向的(如图4所示)。在图1和图2中,与基于LTCC技术的陶瓷天线的加工过程类似,所有XY平面上的走线都是通过把金属(如金浆,银浆或铜浆)浆料以丝网印刷的形式制成的,所有沿着Z方向的走线(即通孔)都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。虽然在图1和图2中,第二线圈在铁氧体I的左右两侧的走线是分布在第一线圈通孔的外侧,该部分也可以分布在第一线圈通孔的内侧。使用目前的加工工艺,丝网印刷走线的线宽和通孔直径的精度很高,可以控制在0.1mm的范围内,因此在片状铁氧体单元左右两侧表面由第一线圈的通孔和第二线圈的走线构成的双层结构对一般贴片式NFC天线的外围整体尺寸的影响可以忽略不计。再有,天线线圈是通过在绝缘层4上连接天线线圈的两个端点的通孔6a和6b以及绝缘层的下表面上的电极5a和5b与外部进行连接的。电极5a和5b有两个作用:一个作用是用于在线路板(PCB)上连接天线激发源的两个馈电点,另外一个作用是用于天线与PCB之间的焊接;这也是该天线被称为贴片式NFC天线的原因。从上述有关第一和第二线圈的相互关系以及沿着铁氧体芯体表面上的绕线方式可以看出,本实施例提出的天线线圈的构成方式与TDK所提出的方案有本质的区别:在本实用新型的方案中两个线圈相互“咬合式”叠加,比如第二线圈在铁氧体前表面上的那部分完全落在了第一线圈在-X方向上的磁场所通过的表面内,这就增强了两个天线线圈的耦合,进而增强了整体天线的性能。反之,在TDK的方案中,上述的情况不存在,因为其中的两个线圈在Z方向没有交叉重叠的部分。此外,与TDK方案的另外一个不同之处是,因为本实用新型的线圈都是绕行在铁氧体的外表面或外临近表面的内侧,所以铁氧体的整个体积都能被有效地利用,这点在天线的体积很小情况下还要保证天线的良好性能时显得尤为重要。
[0055]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0056]符号说明:
[0057]I铁氧体芯体
[0058]la,lb,lc,Id磁性体层(即片状铁氧体单元)(Id也可为非磁性体层)
[0059]2第一线圈
[0060]21,22第一线圈导体图案
[0061]23,24第一线圈左右侧(通孔)导体线
[0062]3第二线圈
[0063]4绝缘层
[0064]5a,5b外部导电电极
[0065]6a,6b电极通孔导体
[0066]7连接第一线圈和第二线圈的导体
[0067]50金属板
[0068]60 基材
[0069]a第一线圈电流
[0070]b金属板涡流
[0071]c第二线圈电流
[0072]A,B2 NFC天线单体磁场分量
[0073]BI金属板上涡流产生的磁场。
【主权项】
1.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。2.如权利要求1所述的正交绕线型贴片式NFC天线,其特征在于,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一端、第二线圈的一端连接。3.如权利要求1或2所述的正交绕线型贴片式NFC天线,其特征在于,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。4.如权利要求3所述的正交绕线型贴片式NFC天线,其特征在于,所述竖向连接导体采用在通孔内填入导电材料而构成。5.如权利要求1或2所述的正交绕线型贴片式NFC天线,其特征在于,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。6.天线系统,其特征在于,包括权利要求1至5任一项所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。7.如权利要求6所述的天线系统,其特征在于,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。8.如权利要求7所述的天线系统,其特征在于,所述天线系统具有若干个相互串联的所述正交绕线型贴片式NFC天线,若干个相互串联的所述正交绕线型贴片式NFC天线分别放置在所述金属板上。9.如权利要求6所述的天线系统,其特征在于,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,并且外端与金属板边缘重合。
【文档编号】H01Q21/00GK205452532SQ201620108169
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】赵安平, 陈浩
【申请人】深圳市信维通信股份有限公司
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