一种全向NFC天线的制作方法

本实用新型涉及无线电技术领域，具体涉及一种全向NFC天线，应用于可穿戴上的全向NFC多天线网络与WPC、FM的三合一兼容设备。

背景技术：

随着智能移动终端技术的发展，移动终端所兼容的性能不断丰富。移动终端的形式由手机扩展到可穿戴设备，随着可穿戴设备的良好市场前景及使用的普及，其所兼容功能也越来越多。传统通信设备在具备FM 功能的基础上，随着NFC及WPC技术深入与使用普及，其功能也被越来越多的兼容在移动通信终端上，相应的天线与线圈装置也越来越多的被植入到智能手表等可穿戴设备中实现通信。与此同时，由于传统NFC天线在工作中的各种固有缺陷，如何实现NFC天线的全向辐射以改善用户的使用体验成为可穿戴设备厂商和研究人员的研发方向。随着可穿戴设备的普及及其性能的不断完善，多功能的兼容设计、NFC支付及其天线的全向通信必然成为智能手环的卖点。

在现有移动设备的应用中，NFC天线通常以平面单个环状线圈的形式出现在手机、平板背面或者智能手表显示屏面位置。如此以来，NFC实现的通信只能限于以天线所依附平面为分界面的半空间，而在另半个空间的通信效果较差或不能实现通信。从而造成用户在实际使用中必须将NFC 天线正对其他通信设备，否则无法实现有效通信。可见，就目前NFC移动通信设备而言，对用户的实际体验带来一定的不便。实现NFC天线全向辐射也显得颇具特色。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种调试简单，使用效果好的一种全向NFC天线。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种全向NFC天线，以相应智能手表的机身和腕带为载体，包括：机身NFC天线装置以及与其相连的NFC芯片，所述机身NFC天线装置分为三个独立的NFC天线，分别为左腕带线圈、右腕带线圈和表盘线圈，所述NFC 天线成并联状电连接形式分布，分别位于手表的左腕带、右腕带和表盘处，以达到所述NFC天线阵在360度范围内的近似均匀分布效果，从而实现相应智能手表在实际应用中在360度范围内的有效通信；

所述的左腕带线圈、右腕带线圈和表盘线圈通过并联连接线并联在一起，形成天线的三个本体，及电磁辐射体；其中三个NFC天线的并联点可以是三个独立NFC天线的并联结点，也可以是三个独立NFC天线间的有源开关，根据特定的使用场景切换。

优选的，为了避免线圈间的互耦即保持天线的同向辐射，线圈采用特定绕线方式，使上述线圈电流方向同向以保证磁场场强的同向辐射。

优选的，在同NFC芯片驱动的情况下，所述三部分线圈的有效走线所对应的阻抗及感值分别保证在芯片设计所允许范围内，以保证多天线的共匹配设计，以保证其各部分性能的一致性。

优选的，可以在所述天线及芯片间增加NFC功放装置如booster，以提高天线的卡模拟场景读卡距离。

优选的，所述天线设计思路不限于工艺，可采用FPC、金属绕线及金属边框等多种天线工艺。

优选的，为了提高天线整体性能，所述线圈本体在有效辐射方向尽量避免金属体及磁体的覆盖。在天线非辐射方向可辅助磁体如铁氧体或其他柔性磁体，用于对磁场的反射，以提高天线在有效辐射方向的读取距离。

优选的，在多芯片、智能芯片或有源开关支持的情况下，所述三部分线圈装置可以各自独立或其中两部分结合作为有效的NFC天线整体，可以根据需求驱动所需方向对应的天线装置。

本实用新型的创新点在于在现有NFC技术基础上，针对可穿戴智能设备结构及使用习惯的特殊性，通过对相对独立的三部分NFC天线的设计结合，使NFC天线可以在穿戴场景下实现全向辐射，在不影响产品外观的情况下有效提高了用户的使用感受。

与现有技术和NFC天线案例相比较，本实用新型的优点和积极效果体现在：

多线圈并联式的走线设计，可实现多线圈的同时全向工作或多方向的智能定向工作。

多线圈在可穿戴产品使用场景的设计，可实现NFC的全向辐射覆盖，有效提高使用感受。

本实用新型突破了现有NFC天线仅能在半空间辐射的范畴，实现了 NFC天线的全向辐射。在本实用新型中，NFC天线阵所包含线圈在相应手环上的特定排布和并联连接使得天线阵在工作状态下近似呈现环状，从而达到该NFC天线的全向辐射效果，实现相应智能手表的360度无死角通信，优化了现有NFC通信效果，改善了用户体验。

本实用新型的有益效果是：通过将两个横纵交叉NFC天线进行立体排布，通过并联或开关切换方式，解决了目前NFC天线不能实现全向辐射的技术难题。同时对WPC和FM的三合一兼容设计，扩展了天线设计领域，兼容了移动终端的多功能并改善了用户在使用NFC天线装置时的技术感觉和通信效果。

附图说明

图1为智能手表展开状态图；

图2为机身NFC天线装置并联连接原理图；

图3为图2结点方式的设计逻辑原理图；

图4为左腕带线圈有效NFC走线图；

图5为右腕带线圈有效NFC走线图；

图6为表盘线圈有效NFC走线图；

图7为智能手表在使用场景下状态图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1

本实用新型在智能手表提出了一种能够实现全向辐射的NFC多天线结构设计。由于其中线圈布局和所处相应环境的特殊性，解决了传统NFC 天线不能实现全向辐射的目的，同时提升了用户的实际体验效果。此外，考虑到实际线圈在工作状态下会发生彼此间的互耦影响以及并联连接线对线圈工作的影响，本实用新型在实际天线阵设计中采用特定方法实现线圈之间的并联，通过实际软件优化实现三个线圈在实际工作中最小的互耦影响。

基于以上设计，本实用新型和传统NFC天线的区别是：通过三个传统 NFC天线的并联连接和基于手环的优化排布，突破了原有传统NFC天线仅能在半空间辐射的局限。传统NFC天线因其仅是单个或几个线圈在平面或大弧度曲面内排布，辐射场强绝大部分分布在以天线所依附手机或其他移动通信设备机壳为分界面的半空间范围内。在此实现了突破。本设计在传统NFC天线的基础之上，独创性的通过并联连接和线圈的排布优化实现三个线圈的在手环上的协调工作。将单一线圈仅能实现半空间辐射的局限实现了突破，亦即扩展到全空间，实现NFC天线的全向辐射。

下面以智能手表作为所述的移动终端为例，通过一个具体的实施例，对本实用新型所提出的天线装置的具体结构设计及其工作原理进行详细地阐述。

在目前智能手表设计的基础上，为了提高NFC天线的辐射范围和智能手表的实际通信效果，本实用新型通过将三个特定圈数和大小的NFC线圈通过并联连接以及位置排布，实现NFC天线的全向辐射之目的。

如图1，是实际智能手表在展开情况下的形状和三个线圈的排布情况。NFC线圈14、15、16分别排布在智能手环的左腕带11、表盘12、右腕带13的相应位置上。17表示本NFC多天线所依托设计的NFC芯片。

如图2所示为多天线的并联连接设计的逻辑设计。图示的线圈14、15、 16通过并联连接线实现的天线的三个本体，及电磁辐射体。18、19根据具体设计，可以是三个独立NFC天线的并联结点；也可以是三个独立NFC 天线间的有源开关，根据特定的使用场景切换。

下面图3将以上述图2结点方式的设计逻辑具体描述本实用新型的天线设计：其中17为NFC芯片，连接并联的三部分NFC走线。15为智能手表本体NFC线圈走线部分，NFC走线本体也是其他部分走线的基础线圈部分。 14、16分别为从15本体并联延伸出的其余两部分独立NFC走线部分。其三部分需保持NFC电流方向相同，以保证磁场强的同向辐射。图4-图6为上述三部分独立NFC天线14、15、16分别对应的有效NFC走线。图5为智能手表在使用场景下，上述NFC设计的磁场强辐射方向，由于多天线的立体结构分布及天线电流的同向设计，在智能手表使用场景下，天线可实现全向辐射覆盖。

本设计方案是在目前NFC天线形式上创新的提升，天线的并联连接形式、尤其是相关概念性形式的创新设计是不可替代的。目前竞品及相关产品的类似专利，主要集中在单个NFC天线的设计。此NFC多天线的设计方案及所针对的可穿戴特殊产品的使用场景，可以有效规避相关竞品的专利设计。

通过将两个横纵交叉NFC天线进行立体排布，通过并联或开关切换方式，解决了目前NFC天线不能实现全向辐射的技术难题。同时对WPC和FM 的三合一兼容设计，扩展了天线设计领域，兼容了移动终端的多功能并改善了用户在使用NFC天线装置时的技术感觉和通信效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。