正交繞線型貼片式nfc天線及天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及貼片式NFC天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及正交繞線型貼片式NFC天線以及包括該正交繞線型貼片式NFC天線的天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工作頻率在13.56MHz的近場(chǎng)通訊(Near Field Communicat1n，NFC)是一種利用磁場(chǎng)感應(yīng)收發(fā)電磁波實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備之間進(jìn)行近距離通信的無(wú)線通訊技術(shù)，該技術(shù)也可被稱為是一種非接觸式的識(shí)別和互聯(lián)技術(shù)。這種技術(shù)可以為消費(fèi)者提供簡(jiǎn)單直觀的信息交換、內(nèi)容訪問(wèn)與服務(wù)。由于NFC技術(shù)的這種特殊性，近期NFC得到了越來(lái)越廣泛的重視，并且該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、PC、以及智能控件等設(shè)備中。
[0003]在傳統(tǒng)的NFC手持設(shè)備的應(yīng)用中，一般選擇將NFC天線輻射體放在電池上面，同時(shí)為了減少電池(或其他金屬材質(zhì))上產(chǎn)生的與天線本身電流方向相反的渦流對(duì)NFC天線的負(fù)面影響，需要在NFC天線線圈和電池中間放置一層能把天線線圈與電池隔離開(kāi)的鐵氧體。鐵氧體雖然能減少電池或金屬板上負(fù)面渦流的強(qiáng)度，但是并不能改變?cè)摐u流的流向，或者說(shuō)不能把該渦流變成對(duì)天線本身有增強(qiáng)作用的有效渦流。因此，為了保證NFC天線的性能，使用的NFC天線必須滿足一定的尺寸要求。由于該傳統(tǒng)NFC天線方案的天線尺寸較大，故而不能滿足手持設(shè)備小型化的需求。
[0004]為了達(dá)到減少NFC天線尺寸的目的，日本株式會(huì)社村田制作所(Murata)近期在中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)CN103620869 A中提出了一種小型的貼片式NFC天線解決方案，并且在中國(guó)發(fā)明專利CN102959800B中展示了該方案在實(shí)際通信設(shè)備中的具體應(yīng)用。與傳統(tǒng)NFC天線方案相比，該方案的最大不同之處是把傳統(tǒng)的尺寸較大的NFC天線線圈(比如典型的線圈尺寸為30mm x40mm)繞置在尺寸很小的鐵氧體芯體(鐵氧體芯體的尺寸可以小到與一般芯片的大小相同)周圍，通過(guò)被繞置在小尺寸的鐵氧體表面上的天線線圈與金屬板(或PCB板)之間進(jìn)行有效的耦合，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)天線系統(tǒng)(也即包括貼片NFC天線和金屬板)的性能。這個(gè)方案的最大好處是能在金屬板上能激發(fā)出對(duì)天線單體本身來(lái)講有正面作用的渦流。此外，雖然與傳統(tǒng)的大尺寸NFC天線方案相比，村田提出的貼片式NFC天線方案在天線尺寸方面有了巨大的改進(jìn)，但是該貼片天線有如下一個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)該天線被放置在PCB或金屬板板上時(shí)，由于天線線圈在鐵氧體上的特殊繞行方式，使得天線本身產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要方向與其在金屬板上激發(fā)的有效渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互垂直正交。這種在磁場(chǎng)方向上的相互垂直正交使得整個(gè)天線系統(tǒng)不能達(dá)到最佳匹配的狀態(tài)。綜上所述，村田所提出的傳統(tǒng)貼片式NFC天線無(wú)法將小尺寸與高性能結(jié)合，使用效果達(dá)不到最優(yōu)。因此，有必要對(duì)上面所述的貼片式NFC天線進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出一種不僅具有小尺寸而且同時(shí)具有能與在金屬板上激發(fā)的渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)到最佳匹配的高性能貼片式NFC天線。
[0005]近期TDK株式會(huì)社在中國(guó)的發(fā)明公布CN103633421A中公開(kāi)了一種螺旋管型天線線圈與一個(gè)平面環(huán)形線圈相互上下疊加的天線結(jié)構(gòu)。其中螺旋管天線線圈也是繞行在鐵氧體的上下兩個(gè)表面上的，但是平面環(huán)形天線線圈是基于柔性電路板(FPC)的。這種天線除了兩個(gè)天線通過(guò)端子進(jìn)行連接外，兩個(gè)天線(即螺旋管和平面環(huán)形)線圈是相互獨(dú)立的，這也是該天線系統(tǒng)的兩個(gè)天線線圈可以相互錯(cuò)位疊加的原因，而且在該設(shè)計(jì)中天線線圈所占的面積很大，特別是當(dāng)兩個(gè)線圈處于錯(cuò)位疊加時(shí)。此外，當(dāng)天線的磁場(chǎng)較大(如20_x20mm)時(shí)，其平面環(huán)形天線線圈部分的性能還可以接受，但是當(dāng)環(huán)形線圈所能占據(jù)的面積小到芯片量級(jí)(如5mmx5mm)時(shí)，該平面環(huán)形天線的性能將大幅降低，特別是線圈的匝數(shù)較多時(shí)，因?yàn)榻^大多數(shù)的面積都將被平面環(huán)形線圈所占據(jù)?；谏鲜鲈?，這種天線結(jié)構(gòu)并不適用于具有小尺寸的貼片式NFC天線系統(tǒng)。為了能把TDK中的平面環(huán)形天線線圈繞在了平行于Z軸的鐵氧體表面上，也即充分地利用了鐵氧體或天線的立體空間，有必要開(kāi)發(fā)出一種新的天線結(jié)構(gòu)，其不僅能適用于村田提出的小尺寸貼片式NFC天線的繞線形式，而且還要能對(duì)該天線系統(tǒng)的性能進(jìn)行有效的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供正交繞線型貼片式NFC天線，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，由于現(xiàn)有的NFC天線無(wú)法將小尺寸與高性能結(jié)合的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]正交繞線型貼片式NFC天線，其特征在于，包括由若干層片狀鐵氧體單元層疊而成的沿XY平面延伸的鐵氧體芯體，及正交環(huán)繞于鐵氧體芯體的NFC天線的第一線圈和第二線圈，所述第一線圈沿-X或+X軸方向螺旋纏繞，所述的第二線圈沿上下方向的+Z或-Z軸螺旋纏繞;所述鐵氧體芯體的下端連接有天線絕緣層;所述天線絕緣層的下端面上連接有外部電極，包括第一外部電極和第二外部電極;所述的第二線圈的首端與第一外部電極連接，尾端與第一線圈的首端通過(guò)連接導(dǎo)體連接;所述第一線圈的尾端與外部第二電極連接;所述第一線圈包括若干根位于底層片狀鐵氧體單元下表面或上表面的底層導(dǎo)線體，若干根位于頂層片狀鐵氧體單元上表面或下表面的頂層導(dǎo)線體，及連接底層導(dǎo)線體左端端部和頂層導(dǎo)線體左端端部的若干個(gè)左導(dǎo)線體、連接底層導(dǎo)線體右端端部和頂層導(dǎo)線體右端端部的若干個(gè)右導(dǎo)線體;所述左導(dǎo)線體由穿透于底層片狀鐵氧體單元、中間層片狀鐵氧體單元和頂層片狀鐵氧體單元的近于左端的左通孔內(nèi)的左導(dǎo)體構(gòu)成;所述右導(dǎo)線體由穿透于底層片狀鐵氧體單元、中間層片狀鐵氧體單元和頂層片狀鐵氧體單元的近于右端的右通孔內(nèi)的右導(dǎo)體構(gòu)成;所述的第二線圈包括若干個(gè)設(shè)于底層片狀鐵氧體單元上表面和中間層片狀鐵氧體單元上表面的線圈體，底層片狀鐵氧體單元的線圈體的首端與外部第一電極連接，其尾端通過(guò)設(shè)于第二層片狀鐵氧體單元側(cè)邊的豎向連接導(dǎo)體與第二層片狀鐵氧體單元的線圈體的首端連接，如此循環(huán)向上，直至最上面一個(gè)線圈體的尾端通過(guò)設(shè)于頂層片狀鐵氧體單元側(cè)邊的豎向連接導(dǎo)體與第一線圈的首端連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述天線絕緣層上設(shè)有兩個(gè)用于連接所述NFC天線線圈與所述外部電極的過(guò)孔電極，所述過(guò)孔電極與所述NFC天線線圈連接，兩個(gè)所述過(guò)孔電極分別對(duì)應(yīng)布置在所述第一外部電極與所述第二外部電極上;所述第一外部電極上的過(guò)孔電極與所述第二外部電極上的過(guò)孔電極分別與所述第一線圈連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述第二線圈是由設(shè)于所述片狀鐵氧體單元上表面和/或下表面的線圈體構(gòu)成的，同一表面設(shè)有一圈或多于一圈的線圈體;如果相鄰的表面都有線圈體時(shí)，采用錯(cuò)開(kāi)的方式布置。
[0011]進(jìn)一步地，所述豎向連接導(dǎo)體采用在通孔內(nèi)填入導(dǎo)電材料而構(gòu)成。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一線圈和所述第二線圈在左側(cè)面、右側(cè)面會(huì)重合，采用錯(cuò)開(kāi)方式布設(shè)，所述左側(cè)面、右側(cè)面的位置，所述第一線圈可以位于外側(cè)，所述第二線圈處于內(nèi)側(cè);也可以是所述第一線圈可以位于內(nèi)側(cè)，所述第二線圈處于外側(cè)。
[0013]本發(fā)明還公開(kāi)了一種天線系統(tǒng)，包括前述的正交繞線型貼片式NFC天線、基板以及金屬板，所述金屬板放置在所述基板上，所述正交繞線型貼片式NFC天線位于所述金屬板上。
[0014]進(jìn)一步地，沿著長(zhǎng)度方向，所述正交繞線型貼片式NFC天線的內(nèi)端設(shè)在所述金屬板的正上方，所述正交繞線型貼片式NFC天線的外端設(shè)在所述金屬板的外部。
[0015]進(jìn)一步地，所述正交繞線型貼片式NFC天線的內(nèi)端和外端設(shè)在都設(shè)在所述金屬板的正上方。
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