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CN106329096B - Nfc天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NFC天线，所述NFC天线包括：至少两个线圈，所述线圈彼此间隔设置且串联或并联成天线线路；至少一个基板，所述线圈设在所述基板上且相邻所述线圈通过所述基板间隔开，所述线圈在所述基板上的投影至少一部分重叠，所述基板上设有与所述天线线路相连的馈电点，所述天线线路的谐振频率为15‑30MHz。根据本发明实施例的NFC天线能够以较小的尺寸产生较高的电感，能够在金属等高损耗环境下完成通讯。

Description

NFC天线
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，具体而言，涉及一种NFC天线。
背景技术
近场通信(Near Field Communication，NFC)是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20cm距离内。相关技术中的NFC天线采用平面线圈式结构，其电感较低，在金属等高损耗环境下，由于天线的电感会急剧下降，无法完成通讯。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种NFC天线，该NFC天线能够以较小的尺寸产生较高的电感，能够在金属等高损耗环境下完成通讯。
为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种NFC天线，所述NFC天线包括：至少两个线圈，所述线圈彼此间隔设置且串联或并联成天线线路；至少一个基板，所述线圈设在所述基板上且相邻所述线圈通过所述基板间隔开，所述线圈在所述基板上的投影至少一部分重叠，所述基板上设有与所述天线线路相连的馈电点，所述天线线路的谐振频率为15-30MHz。
根据本发明实施例的NFC天线能够以较小的尺寸产生较高的电感，能够在金属等高损耗环境下完成通讯。
另外，根据本发明上述实施例的NFC天线还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述天线线路的谐振频率为15-20MHz。
根据本发明的一个实施例，相邻所述线圈通过设在所述基板上的过孔相连。
根据本发明的一个实施例，所述馈电点为两个且分别位于所述天线线路的起始端和末端。
根据本发明的一个实施例，所述基板为柔性板或刚性板。
根据本发明的一个实施例，所述线圈为印刷在所述基板上的导电油墨或银奖。
根据本发明的一个实施例，所述基板为一个且具有在所述基板的厚度方向上相对的第一表面和第二表面；所述线圈为两个且分别为第一线圈和第二线圈，所述第一线圈设在所述第一表面上，所述第二线圈设在所述第二表面上，所述第一线圈和所述第二线圈相连且在所述基板上的投影至少一部分重叠。
根据本发明的一个实施例，所述第一线圈的外端和所述第二线圈的外端相连，所述馈电点为两个且间隔开地设在所述第一表面上，两个所述馈电点中的一个与所述第一线圈的内端相连且另一个与所述第二线圈的内端相连。
根据本发明的一个实施例，所述基板的介电常数为4.0且厚度为30μm，所述第一线圈和所述第二线圈在所述基板上的投影的重叠部分的面积为34-135mm2。
根据本发明的一个实施例，所述基板的介电常数为4.3且厚度为30μm，所述第一线圈和所述第二线圈在所述基板上的投影的重叠部分的面积为32-126mm2。
附图说明
图1是根据本发明实施例的NFC天线的正面示意图。
图2是根据本发明实施例的NFC天线的背面示意图。
图3是根据本发明实施例的NFC天线的透视图。
图4是根据本发明另一个实施例的NFC天线的正面示意图。
图5是根据本发明另一个实施例的NFC天线的背面示意图。
图6是根据本发明另一个实施例的NFC天线的透视图。
图7是根据本发明实施例的NFC天线的电感谐振曲线图。
附图标记：NFC天线1、基板10、馈电点11、过孔12、第一线圈20、第二线圈30。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的NFC天线1。
如图1-图7所示，根据本发明实施例的NFC天线1包括至少一个基板10和至少两个线圈。
所述线圈彼此间隔设置且串联或并联成天线线路。所述线圈设在基板10上，相邻所述线圈通过基板10间隔开，所述线圈在基板10上的投影至少一部分重叠，基板10上设有与所述天线线路相连的馈电点11。
本领域的技术人员需要理解地是，不同线圈层叠后，电流的流向相同，即同是逆时针流动，或者同是顺时针流动。
根据本发明实施例的NFC天线1，通过设置至少两个线圈，且所述线圈在基板10上的投影的至少一部分重叠，这样可以调节所述线圈在基板10上的投影的重叠面积来增大电容，从而降低天线线路的谐振频率，使天线线路的谐振频率接近13.56MHz，进而使天线线路的电感在13.56MHz附近发生突变(如图7所示)，以获得较高的电感。由此，NFC天线1可以应用在金属等高损耗环境下，天线线路的电感受到影响后可以下降至正常水平，从而完成无线通讯。因此，根据本发明实施例的NFC天线1能够以较小的尺寸产生较高的电感，能够在金属等高损耗环境下完成通讯。
下面参考附图描述根据本发明具体实施例的NFC天线1。
在本发明的一些具体实施例中，如图1-图7所示，根据本发明实施例的NFC天线1包括至少一个基板10和至少两个线圈。
其中，为了保证天线线路的电感在13.56MHz附近发生突变，根据公式f＝1/[2π√(LC)]和C＝ε*ε0*S/d，调节线圈在基板10上的投影的重叠面积，从而使所述天线线路的谐振频率为15-30MHz。优选地，所述天线线路的谐振频率为15-20MHz。
具体地，相邻所述线圈通过设在基板10上的过孔12相连，馈电点11为两个，两个馈电点11分别位于所述天线线路的起始端和末端。
可选地，NFC天线1整体可以为FPC(柔性电路板)或PCB(印制电路板)，换言之，基板10为柔性板或刚性板。
当然，本发明并不限于此，所述线圈也可以为印刷在基板10上的导电油墨或银浆。
在本发明的一些具体实施例中，如图1-图6所示，基板10为一个且具有在基板10的厚度方向上相对的第一表面和第二表面，所述线圈为两个且分别为第一线圈20和第二线圈30。第一线圈20沿基板10的周向盘绕在基板10的第一表面的外周缘处，第二线圈30沿基板10的周向盘绕在基板10的第二表面的外周缘处，第一线圈20和第二线圈30相连，且第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影至少一部分重叠。
具体而言，第一线圈20的外端和第二线圈30的外端通过基板10上的过孔12相连。馈电点11为两个且间隔开地设在基板10的第一表面上，其中，一个馈电点11与第一线圈20的内端相连，另一个馈电点11通过基板10上的过孔12与第二线圈30的内端相连。
在本发明的一些具体示例中，如图1-图3所示，基板10的介电常数为4.0且厚度为30μm，第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠部分的面积为34-135mm2，以保证天线线路的谐振频率为15-20MHz。
举例而言，NFC天线1整体为FPC。基板10的长度为30mm且宽度为20mm，第一线圈20和第二线圈30均为2圈，第一线圈20和第二线圈30的线宽和线距均为0.5mm，基板10为PI(聚酰亚胺)且厚度为30um，天线线路的谐振频率为20MHz。
根据公式f＝1/[2π√(LC)]，C＝90皮法，忽略平行线间的电容，使得不同层之间的平面电容为90皮法，根据C＝ε*ε0*S/d，计算得电容为90皮法的S值为76mm2。因此将第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠面积调整为76mm2。
其中，f为天线线路的谐振频率，L为天线线路的电感，ε为基板10的介电常数4.0，ε0为真空介电常数8.85e-12F/m，S为第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠面积，d为第一线圈20和第二线圈30的间距(即基板10的厚度)。
采用网络分析仪分别测试根据本发明实施例的NFC天线1和现有NFC天线。其中，以尺寸为30x20mm、线圈圈数为4，线圈的线宽和线距均为0.5mm的现有NFC天线为测试对象。该现有天线的谐振频率为85MHz。
测得现有NFC天线在13.56MHz时电感为0.8微亨，而根据本发明实施例的NFC天线1在13.56MHz时电感为2.3微亨。
通过对比测试结果，根据本发明实施例的NFC天线1采用4圈线路就可以达到采用10圈线路的现有NFC天线的电感，因此，在电感相同的情况下，根据本发明实施例的NFC天线1的尺寸相较于现有NFC天线的尺寸可以减小3/4。此外，在金属等高损耗环境下，根据本发明实施例的NFC天线1可以用较少的圈数产生较高的电感，例如达到现有NFC天线的电感的3-6倍，受到金属等高损耗环境的影响后，电感急剧下降至正常水平，从而完成通讯功能。
在本发明的另一些具体示例中，如图4-图6所示，基板10的介电常数为4.3且厚度为30μm，第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠部分的面积为32-126mm2，以保证天线线路的谐振频率为15-20MHz。
举例而言，NFC天线1整体为PCB。基板10的长度为30mm且宽度为20mm，第一线圈20和第二线圈30均为2圈，第一线圈20和第二线圈30的线宽和线距均为0.5mm，基板10为FR4(环氧玻璃布层压板)且厚度为30um，天线线路的谐振频率为20MHz。
根据公式f＝1/[2π√(LC)]，C＝90皮法，忽略平行线间的电容，使得不同层之间的平面电容为90皮法，根据C＝ε*ε0*S/d，计算得电容为90皮法的S值为71mm2。因此将第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠面积调整为71mm2。
其中，f为天线线路的谐振频率，L为天线线路的电感，ε为基板10的介电常数4.3，ε0为真空介电常数8.85e-12F/m，S为第一线圈20和第二线圈30在基板10上的投影的重叠面积，d为第一线圈20和第二线圈30的间距(即基板10的厚度)。
采用网络分析仪分别测试根据本发明实施例的NFC天线1和现有NFC天线。其中，以尺寸为30x20mm、线圈圈数为4，线圈的线宽和线距均为0.5mm的现有NFC天线为测试对象。该现有天线的谐振频率为85MHz。
测得现有NFC天线在13.56MHz时电感为0.8微亨，而根据本发明实施例的NFC天线1在13.56MHz时电感为2.4微亨。
通过对比测试结果，根据本发明实施例的NFC天线1采用4圈线路就可以达到采用10圈的现有NFC天线的电感，因此，在电感相同的情况下，根据本发明实施例的NFC天线1的尺寸相较于现有NFC天线的尺寸可以减小3/4。此外，在金属等高损耗环境下，根据本发明实施例的NFC天线1可以用较少的圈数产生较高的电感，例如达到现有NFC天线的电感的3-6倍，受到金属等高损耗环境的影响后，电感急剧下降至正常水平，从而完成通讯功能。
根据本发明实施例的NFC天线1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种NFC天线，其特征在于，包括：
至少两个线圈，所述线圈彼此间隔设置且串联或并联成天线线路；
至少一个基板，所述线圈设在所述基板上且相邻所述线圈通过所述基板间隔开，所述线圈在所述基板上的投影至少一部分重叠，所述基板上设有与所述天线线路相连的馈电点，所述天线线路的谐振频率为15-30MHz；
所述基板为一个且具有在所述基板的厚度方向上相对的第一表面和第二表面；
所述线圈为两个且分别为第一线圈和第二线圈，所述第一线圈设在所述第一表面上，所述第二线圈设在所述第二表面上，所述第一线圈和所述第二线圈相连且在所述基板上的投影至少一部分重叠；
所述基板的介电常数为4.0且厚度为30μm，所述第一线圈和所述第二线圈在所述基板上的投影的重叠部分的面积为34-135mm2。
2.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述天线线路的谐振频率为15-20MHz。
3.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，相邻所述线圈通过设在所述基板上的过孔相连。
4.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述馈电点为两个且分别位于所述天线线路的起始端和末端。
5.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述基板为柔性板或刚性板。
6.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述线圈为印刷在所述基板上的导电油墨或银浆。
7.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述第一线圈的外端和所述第二线圈的外端相连，所述馈电点为两个且间隔开地设在所述第一表面上，两个所述馈电点中的一个与所述第一线圈的内端相连且另一个与所述第二线圈的内端相连。
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