无线天线结构的制作方法

本发明的各方面通常涉及用于无线通信的设备、装置以及方法。一些实施例的各方面涉及(rfid)装置之间的通信。

背景技术：

射频(radiofrequency，rf)识别(radiofrequencyidentification，rfid)装置具有用于装置之间的无线通信的多种不同应用。rfid装置为相对少量数据的无线通信提供较小、稳固且廉价的解决方案。这利于在凹凸不平的条件下以及在不显眼/空间有限的位置中大规模地使用rfid装置。举例来说，rfid应用可包括标记、认证、无现金支付以及售票。称为近场通信(nearfieldcommunication，nfc)的一种rfid在nfc装置与卡片之间或在两个nfc装置之间短距离(例如，＜10cm)无线地传递数据。nfc装置之间的通信是使用回路天线的电磁耦合来进行的。

这些以及其它问题对多种应用的无线通信效率带来了挑战。

技术实现要素：

各种示例性实施例涉及各种问题，例如上述问题和/或从下文关于与无线通信有关的电路和方法的公开内容中显而易见的问题。某些示例性实施例涉及用于无线通信装置，例如nfc装置的天线结构。

在示例性实施例中，设备包括第一天线，该第一天线在第一对节点之间提供具有至少一个回路的信号路径。该设备还包括第二天线，该第二天线在第二对节点之间提供具有一个或多个回路的信号路径。第二天线放置成足够接近第一天线以使第二天线响应于通过通信电路将rf信号施加到第一对节点而共振。

在另一示例性实施例中，通过将rf信号施加到在第一对节点之间的信号路径上具有至少一个回路的第一天线来传递rf信号。响应于rf信号施加到第一天线而感应式地感生第二天线的共振。第二天线包括在第二对节点之间具有一个或多个回路的信号路径。

在更具体的实施例中，设备包括在多个通信电路之间共用的天线结构，例如用于nfc的发射器以及用于无线充电器(wirelesspowercharging，wpc)的接收器。该天线结构包括第一天线，该第一天线在第一对节点之间的信号路径中具有至少一个回路。该设备还包括第二天线，该第二天线在第二对节点之间的信号路径中具有一个或多个回路。在第一模式中，第二天线被调谐成rf信号的载波信号的共振频率。发射器电路被配置成通过经由第一对节点将rf信号施加到第一天线来发射rf信号。响应于rf信号施加到第一天线而感应式地感生调谐后的第二天线的共振。在第二模式中，第二天线的共振频率被调谐成wpc信号的频率。wpc电路被配置成将第二对节点处的交流电(alternatingcurrent，ac)电压转换成直流电(directcurrent，dc)电压。

此外，在一个或多个实施例中，该设备另外包括通信电路，且该通信电路包括无线电源转换器电路，该无线电源转换器电路连接到第二对节点并被配置和布置成将第二对节点处的ac电压转换成dc电压。

此外，在一个或多个实施例中，该设备另外包括通信电路，且该通信电路包括调谐电路，该调谐电路被配置和布置成在第一模式中，将第二天线的共振设置成rf信号的载波频率；以及在第二模式中，将第二天线的共振设置成用于无线电力传输的频率。

此外，在一个或多个实施例中，该调谐电路另外被配置和布置成在第一模式中将电源转换器电路与第二对节点断开；以及在第二模式中将电源转换器电路连接到第二对节点。

此外，在一个或多个实施例中，第二天线的共振被调谐成rf信号的载波频率。

此外，在一个或多个实施例中，第一天线感应式地耦合到第二天线。

此外，在一个或多个实施例中，第二天线的一个或多个回路位于由第一天线的至少一个回路限定的区域内。

此外，在一个或多个实施例中，该设备另外包括通信电路，且该通信电路包括发射器电路，该发射器电路被配置和布置成将信号施加到第一对节点。

此外，在一个或多个实施例中，通信电路包括调谐电路，该调谐电路耦合到第二对节点并且被配置和布置成调整第二天线的共振。

此外，在一个或多个实施例中，调谐电路包括可变电容器，该可变电容器具有连接到第二对节点中的第一个节点的第一端，以及连接到第二对节点中的第二个节点的第二端。

此外，在一个或多个实施例中，通信电路包括接收器电路，该接收器电路被配置和布置成经由第二对节点接收第二信号。

此外，在一个或多个实施例中，发射器电路被配置和布置成用于近场通信。

此外，在一个或多个实施例中，第二天线的信号路径包括的回路数量比第一天线的信号路径多。

此外，在一个或多个实施例中，第二天线的信号路径包括三个或多于三个回路，且第一天线的信号路径包括单个回路。

此外，在一个或多个实施例中，由第一天线的信号路径呈现的传导性损失小于由第二天线的信号路径呈现的传导性损失。

上述讨论/概要并非意欲描述本发明的每个实施例或每个实施方案。下文的附图和具体实施方式也例示了各个实施例。

附图说明

考虑结合附图的以下详细描述可以更全面地理解各个示例性实施例，其中：

图1示出根据本发明配置的通信系统的方框层次图；

图2示出根据本发明配置的通信系统的方框层次图；

图3示出根据本发明配置的天线结构的双用nfc和wpc用途的示例性过程；

图4示出根据本发明配置的示例性天线；以及

图5示出根据本发明配置的示例性天线。

虽然本文讨论的各个实施例经得起各种修改以及替代形式，但实施例的各方面已借助于实例在附图中示出并将详细描述。然而，应理解的是，本发明并非将公开内容限制成描述的特定实施例。相反，意图涵盖落入本发明的范围内的包括权利要求书中限定的各方面的所有修改、等效物以及替代方案。另外，本申请案中使用的术语“例子”仅借助于说明且不加限制。

具体实施方式

据信本发明的各方面适用于涉及rf通信的各种不同类型的设备、系统以及方法。某些实施例涉及用于rf通信的天线结构。当在nfc的背景下使用时，本发明的某些方面已经表现出益处。虽然不必限于此，但能够通过以下对使用示例性背景的非限制性例子的讨论来了解各方面。

在示例性实施例中，设备包括具有第一回路天线和第二回路天线的天线结构。通信电路被配置成通过将rf信号施加到第一回路天线来发射rf信号。第二回路天线放置成足够接近第一回路天线，以将第二回路天线感应式地耦合到第一回路天线，并使第二回路天线响应于rf信号施加到第一回路天线而共振。第二回路天线的共振频率可被调谐成rf信号的载波频率以促进响应于第一回路天线中rf信号的施加而共振。第二回路天线的共振补充了由第一回路天线发射的电磁场。

本发明的各方面认识到，nfc装置之间的有效通信距离的限制因素是装置之间发射信号的电磁场强度。在某些实施例中，与使用较小尺寸的天线和/或使用较少能量来驱动天线的单个天线线圈相比，具有第一和第二回路天线的天线结构可用来实现相同的电磁场强度。这类实施例可尤其适用于例如移动通信装置和/或移动销售点装置的应用，这些应用会受到严格的空间限制。

因此，在以下描述中，阐述了各种具体细节来描述本文提出的具体例子。然而，本领域的技术人员应了解，在没有下文给出的全部具体细节的情况下，可实行一个或多个其它例子和/或这些例子的变化。在其它实例中，尚未详细描述熟知的特征，以免混淆对本文例子的描述。为了易于说明，不同图中可使用相同附图标记来指代相同元件或相同元件的另外实例。另外，虽然在一些情况中可在个别图中描述各方面和特征，但应了解，来自一个图或实施例的特征可与另一图或实施例的特征组合，即使该组合并未明确示出或明确描述成组合。

在一些实施例中，天线结构的第二回路天线可用作在多个通信电路之间共用的双模天线。天线的双模操作可用于各种应用。作为说明性例子，在一些实施例中，天线可用于nfc和无线充电器(wirelesspowercharging，wpc)两者。这类实施例可经得起例如与便携式装置(例如移动电话)一起实施。举例来说，无线充电实施例可包括由无线充电联盟(a4wp)设定的充电方式。各种a4wp实施例在6.78mhz下操作，这个频率相对较接近例如nfc通信中使用的13.56mhz的频率。

在示例性实施例中，设备包括具有前述第一和第二回路天线的天线结构、nfc电路和wpc电路。在第一模式中，第二回路天线被调谐成rf信号的载波信号的共振频率。nfc电路被配置成通过将rf信号施加到第一回路天线来发射rf信号。响应于rf信号施加到第一回路天线而感应式地感生第二回路天线的共振。在第二模式中，第二回路天线的共振频率被调谐成用于无线电力传输的wpc信号的频率。wpc电路被配置成将第二回路天线端处产生的ac电压转换成dc电压。

可使用各种电路和过程来调整每个回路天线的共振频率和其它特性。举例来说，如参考附图更详细地描述，可通过控制回路天线的电容(例如，使用放置于回路天线端之间的可变电容器)来调整回路天线的共振频率。类似地，可使用放置于回路天线端之间的可变电容器来调整回路天线的阻抗(例如，匹配发射器或接收器电路的阻抗)。

现在参考附图，图1示出根据本发明配置的通信系统的方框层次图。该系统包括通信电路110，该通信电路110被配置成使用多天线结构来传输数据。天线结构包括第一天线，该第一天线具有在第一对节点142和148之间的信号路径中的外回路。天线还包括第二天线，该第二天线具有在第二对节点144和146之间形成信号路径的一个或多个内回路。回路天线的共振频率(fres)由以下等式表示，

其中l是天线的总电感，且c是天线的总电容。在一些实施例中，可变电容器150可经由第二对节点144和146连接到第二天线，以促进共振频率的调谐。可调谐的共振频率(ftunable)由以下等式表示，

其中cloop是回路的电容，且cvar是可变电容器的电容。在这个例子中，通信电路被配置成经由调谐控制信号112来调整可变电容器150的电容，从而调整天线130的共振频率。

通信电路110被配置成通过将信号施加到第一天线的节点142和148来发射rf信号。第一和第二天线放置成足够接近，使得外回路120中的rf信号的ac电流包括内回路130中的rf信号的电流。因此，由天线结构辐射的电磁信号的强度增加而不会增加通信电路110驱动的信号路径(例如120)的传导性损失。以此方式，与在相同输出强度下的传统回路天线所需的天线尺寸和/或信号驱动强度相比，可以减小天线尺寸和/或信号驱动强度。例如，如图1中所描述，已经示出具有第一和第二回路天线的示例性60x50mm天线布置的模拟，以提供与具有80x50mm尺寸的传统单线圈回路天线一样的电磁场强度。

图2示出根据本发明配置的通信系统的方框层次图。该系统包括在多个rx/tx前端之间共用的回路天线结构。天线结构包括第一天线250，该第一天线250具有在第一对节点270和276之间的信号路径中的外回路。天线还包括第二天线260，该第二天线260具有在第二对节点272和274之间形成信号路径的一个或多个内回路。

在这个例子中，天线结构250/260用于nfc和wpc。nfc发射器230通过nfc调谐/匹配电路240连接到外回路天线250。nfc调谐/匹配电路240调整天线的电容和/或阻抗来配置与nfc发射器230一起使用的天线。例如，调谐/匹配电路240可被配置成调整电容和/或阻抗来提高rf功率效率，同时确保电流不会超过nfc发射器230的最大额定输出电流。

nfc发射器230被配置成通过经由调谐/匹配电路240将rf信号施加到外回路天线250的节点270和276来发射rf信号。天线250和260放置成足够接近，使得外回路天线250中的rf信号的电流感应天线260的内回路中的rf信号，由此增加天线结构的rf输出。

wpc转换器电路210通过wpc调谐/匹配电路220连接到内回路天线260的节点272和274。wpc转换器电路210被配置成响应于内回路天线260中的ac电流而将节点272和274处产生的ac电压转换成dc电压。举例来说，dc电压可以通过升压式转换器或升压转换器增加到较高电压，并用来给电路供电。剩余电力可存储在电池或电容器组中稍后使用。

在这个例子中，wpc调谐/匹配电路240调整天线的电容和/或阻抗来配置用于nfc发射和wpc接收的双重目的。在第一模式中，wpc调谐/匹配电路240配置内回路天线260用于发射由nfc发射器230产生的rf信号。例如，如参考图1所讨论，内回路天线260的电容可被配置成将天线的共振频率设置成rf信号的载波频率。通过将天线260的共振频率设置成载波频率，经由将rf信号施加到外回路天线250而在内回路天线260中更有效地感应rf信号。在第二模式中，wpc调谐/匹配电路240配置内回路天线260用于wpc。例如，内回路天线260的电容可被配置成将天线的共振频率设置成用于无线电力传输的信号的载波频率。

在一些实施例中，wpc调谐/匹配电路240可根据发射工作周期在第一模式与第二模式之间进行切换。可替换的是或另外，wpc调谐/匹配电路240可响应于由nfc发射器230提供的调谐控制信号232而在第一模式与第二模式之间进行切换。举例来说，nfc发射器230可设置调谐控制信号以每当待处理新发射时在第一发射模式下操作wpc调谐/匹配电路240。在完成待处理的发射之后，nfc发射器230可设置调谐控制信号以在第二模式下操作wpc调谐/匹配电路240用于wpc。可替换的是或另外，wpc调谐/匹配电路240可相应地在第一模式与第二模式之间进行切换。

图3示出根据本发明配置的天线结构的双用nfc和wpc用途的示例性过程。在这个例子中，该过程响应于nfc发射器电路的状态而配置多天线结构的天线(例如250/260)用于nfc发射或wpc。该过程在节点300处开始。如果在该过程的状态下存在待处理的发射，那么该过程经由决策框302引导到方框304。在方框304处，电源转换器(例如210)与内回路天线(例如260)断开(例如，通过wpc调谐/匹配电路)。在方框306处，内回路天线的共振频率被调谐(例如，通过wpc调谐/匹配电路)成待发射的rf信号的载波频率。在方框308处，通过将rf信号施加到天线结构的外回路天线(例如250)来发射rf信号。如先前所述，将rf信号施加到外回路天线会在内回路天线中感应rf信号，并由此增加rf发射的信号强度。

如果在决策框302处不存在待处理的发射，那么该过程进行到方框310。在方框310处，电源转换器连接(例如通过wpc调谐/匹配电路)到内回路天线。在方框312处，内回路天线的共振频率被调谐(例如，通过wpc调谐/匹配电路)成用于无线电力传输的信号的载波频率。在方框314处，存在于内回路天线的节点处的ac电压被转换成dc电压。在这个例子中，在方框314处，dc电压也用来给电力存储装置(例如电池或电容器组)充电。

图1和图2中所示的天线结构可使用各个电路来实施。在不同实施例中，图1和图2中所示的天线结构的内回路天线(例如130和260)和外回路天线(例如120和150)可使用各种天线来实施。例如，天线可实施为具有不同数量的回路或在印刷电路板或ic上具有不同布局。

图4示出符合一个或多个实施例的第一示例性天线结构。在这个例子中，天线结构包括外回路天线410和内回路天线420。内回路天线410容纳在外回路天线420的内周边内。在这个例子中，外回路天线410包括单个回路，而内回路天线420包括三个回路。在一些实施例中，内回路天线410和/或外回路天线可适用于包括另外或更少的回路。在这个例子中，天线的回路具有正方形形状。然而，天线可适用于具有其它形状的回路，包括但不限于圆形、三角形和/或矩形。举例来说，图5示出根据一个或多个实施例配置的另一示例性天线。类似于图4中所示的天线结构，该天线包括外回路天线510和内回路天线520。在这个例子中，外回路天线510包括单个矩形形状的回路。内回路天线520包括围绕在正方形形状的内回路外的两个矩形形状的回路。

技术人员将意识到如本说明书(包括权利要求)中使用的各种术语意味着本领域的平常意义，除非另外表明。举例来说，本说明书通过各种电路或线路描述和/或示出对实施所要求的公开内容有用的方面，该电路或线路可示为或使用术语，例如方框、模块、装置、系统、单元、控制器和/或其它电路类型的叙述(例如，图1和图2将电路描绘成如本文所述的互连块布置)。这类电路或线路与其它元件一起使用来例证某些实施例可如何以该形式或结构、步骤、功能、操作、活动等来执行。举例来说，在某些上述实施例中，此上下文中示出的一个或多个项表示电路(例如离散逻辑电路或(半)可编程电路)，该电路被配置和布置成用于实施如可以用图3中所示的方式执行的这些操作/活动。在某些实施例中，这类所示项表示一个或多个计算机线路(例如，微型计算机或其它cpu)，这将理解成包括存储代码(作为一组或多组指令来执行的程序)的存储器线路，该代码用于执行如(例如)参考图3所描述的过程/算法来执行相关的步骤、功能、操作、活动等。本说明书还参考并不意味着结构(“第一[类型的结构]”和“第二[类型的结构]”)的任何属性的形容词，在这种情况下，该形容词仅出于英语优先的目的用于区分一种类似名称的结构与另一种类似名称的结构(例如，“第一电路被配置成转换……”被解释为“电路被配置成转换……”)。另一方面，本说明书可参考并不会意味着结构(例如，发射器电路)的属性的形容词，在这种情况下，该形容词(例如，发射器)被修改成指代指定结构(例如，电路)的至少一部分，该部分被配置成具有/执行该属性(例如，发射器电路指代包括/执行发射属性的服务器的至少一部分)。

基于上述讨论和说明，本领域的技术人员将容易意识到的是，在不需要严格遵循本文示出和描述的示例性实施例和应用的情况下，可对各个实施例做出各种修改和变更。举例来说，如附图中所例证的方法在保留本文的实施例的一个或多个方面的情况下可包括以各种顺序执行的步骤，或可包括更少或更多步骤。这类修改不脱离本发明的各个方面的真实精神和范围，包括权利要求中所阐述的各方面。

在一些实施例中，提供了一种用于通信的方法。射频(radiofrequency，rf)信号通过以下方式传递：将rf信号施加到第一对节点，该第一对节点连接到第一天线，该第一天线在第一对节点之间提供具有至少一个回路的信号路径；以及使第二天线响应于rf信号施加到第一对节点而感应式地感生而共振。第二天线包括在第二对节点之间具有一个或多个回路的信号路径。

在一些实施例中，该方法另外包括通过调整可变电容器的电容而将第二天线的共振设置成rf信号的载波频率。可变电容器具有连接到第二对节点中的第一个节点的第一端，以及连接到第二对节点的第二个节点的第二端。

在一些实施例中，第一天线具有不同于rf信号的载波频率的共振频率。

在一些实施例中，由第一天线的信号路径所呈现的传导性损失小于由第二天线的信号路径所呈现的传导性损失。

在一些实施例中，该方法另外包括，在第一模式中：将第二天线的共振调谐成rf信号的载波频率，以及执行rf信号的通信。该方法还包括，在第二模式中：将第二天线的共振调谐成无线电力信号的载波频率；以及将第二对节点处的ac电压转换成dc电压。