Z字形貼片式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，尤其涉及Z字形貼片式NFC天線以及包括該Z字形貼片式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)容訪問與服務(wù)。由于NFC技術(shù)的這種特殊性，近期NFC得到了越來越廣泛的重視，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CN103620869A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，通過被繞置在小尺寸的鐵氧體下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)(也即包括貼片式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)天線單體本身來講有正面作用的渦流。此夕卜，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)到最佳的狀態(tài)。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]此外，近期在中國(guó)專利CN204809410U中公布了一種基于多層磁性絕緣材料的傾斜天線繞線方式。天線線圈被分為第一，第二，第三和第四四個(gè)部分，其中第一部分在多層材料的最上層，第二部分在多層材料的最低層，第三和第四部分分別用于在左右邊上對(duì)第一和第二部分進(jìn)行連接。特別，第三和第四部分必須分布在多層磁性材料上不同層上，而且不同層之間用通孔連接，以最終達(dá)到把第一和第二部分連接到一起的目的。顯然，這種基于多層材料的天線加工方式或工藝較為復(fù)雜和繁瑣，并不適合本案中所提到的具有單層鐵氧體芯體結(jié)構(gòu)的NFC天線。
[0006]綜上所述，貼片式NFC天線無法將小尺寸與高性能結(jié)合，使用效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供Z字形貼片式NFC天線，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中由于現(xiàn)有的NFC天線無法將小尺寸與高性能相結(jié)合的問題。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]Z字形貼片式NFC天線，包括鐵氧體芯體以及NFC天線線圈，所述NFC天線線圈呈Z字形環(huán)繞所述鐵氧體芯體的外表面上，所述鐵氧體芯體為沿X軸(長(zhǎng)度，L)方向延伸的矩形條狀體，包括沿Y軸(寬度，W)方向的左側(cè)面和右側(cè)面，及沿Z軸(高度，H)方向的上側(cè)面和下側(cè)面;所述NFC天線線圈包括分別位于所述左側(cè)面、右側(cè)面、上側(cè)面和下側(cè)面的左側(cè)部、右側(cè)部、上側(cè)部和下側(cè)部;所述NFC天線線圈的上側(cè)部、下側(cè)部分別與所述X軸垂直;所述NFC天線線圈的左側(cè)部、右側(cè)部分別與所述X軸呈一定的傾斜夾角Θ，以構(gòu)成所述NFC天線線圈在Y軸方向上的投影呈Z字形。
[00?0] 進(jìn)一步地，所述NFC天線線圈的左側(cè)部、右側(cè)部分別與所述X軸呈arctan(H/L) < Θ< arctan(H/(L/2))的傾斜夾角，其中H和L為鐵氧體芯體的高度和長(zhǎng)度。
[0011]進(jìn)一步地，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側(cè)面上連接有外部電極，所述外部電極與所述NFC天線線圈連接。
[0012]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孔電極，所述過孔電極與所述NFC天線線圈連接，兩個(gè)所述過孔電極分別對(duì)應(yīng)布置在所述第一外部電極與所述第二外部電極上。
[0013]進(jìn)一步地，位于所述第一外部電極上的過孔電極設(shè)在所述第一外部電極的右端，位于所述第二外部電極上的過孔電極設(shè)在所述第二外部電極的左端。
[0014]進(jìn)一步地，所述NFC天線線圈的左側(cè)部、左側(cè)部、上側(cè)部和下側(cè)部均包括若干個(gè)平行的導(dǎo)線體，所述左側(cè)面、右側(cè)面、上側(cè)面和下側(cè)面的導(dǎo)線體依次連接，形成NFC天線線圈的轉(zhuǎn)軸方向與沿鐵氧體芯體的X軸方向有夾角(90+Θ)的纏繞。
[0015]進(jìn)一步地，所述鐵氧體芯體的所述左側(cè)面、右側(cè)面、上側(cè)面和下側(cè)面設(shè)有用于容置所述導(dǎo)線體的若干個(gè)平行的線槽，各個(gè)側(cè)面的線槽依次連接，形成轉(zhuǎn)軸方向與沿鐵氧體芯體的X軸方向有(90+Θ)夾角的軸纏繞的螺旋狀線槽體，以容置NFC天線線圈。
[0016]本發(fā)明還提供了天線系統(tǒng)，包括前述的Z字形貼片式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Z字形貼片式NFC天線位于所述金屬板上。
[0017]進(jìn)一步地，所述天線線系統(tǒng)包括多個(gè)相互串聯(lián)的Z字形貼片式NFC天線，多個(gè)相互串聯(lián)的所述Z字形貼片式NFC天線分別放置在所述金屬板上。
[0018]進(jìn)一步地，沿著長(zhǎng)度方向，所述Z字形貼片式NFC天線的內(nèi)端設(shè)在所述金屬板的正上方，所述Z字形貼片式NFC天線的外端設(shè)在所述金屬板的外部。
[0019]進(jìn)一步地，所述金屬板為矩形，所述天線系統(tǒng)包括四個(gè)相互串聯(lián)的Z字形貼片式NFC天線，四個(gè)相互串聯(lián)的所述Z字形貼片式NFC天線分別放置在所述金屬板上的四個(gè)側(cè)邊。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的Z字形貼片式NFC天線，所述鐵氧體芯體為沿X軸方向延伸的矩形條狀體;NFC天線線圈包括分別位于所述左側(cè)面、右側(cè)面、上側(cè)面和下側(cè)面的左側(cè)部、左側(cè)部、上側(cè)部和下側(cè)部;NFC天線線圈的上側(cè)部、下側(cè)部分別與所述X軸垂直;NFC天線線圈的左側(cè)部、右側(cè)部分別與所述X軸呈一定角度Θ的傾斜夾角，構(gòu)成NFC天線線圈在Y軸方向上的投影呈Z字形。從而使得Z字形貼片式NFC天線本身具有與現(xiàn)有技術(shù)不同的磁場(chǎng)分布，特別鐵氧體芯體上表面沒有繞行線圈的位置將形成垂直于上表面的磁場(chǎng)分量，這個(gè)磁場(chǎng)分量將增強(qiáng)天線系統(tǒng)的性能，達(dá)到高性能的效果；另外，NFC天線線圈環(huán)繞在鐵氧體芯體的外表面，充分利用鐵氧體芯體的空間，使得整個(gè)Z字形貼片式NFC天線尺寸較小。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的Z字形貼片式NFC天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的Z字形貼片式NFC天線的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的村田NFC貼片天線單體工作原理圖；其中A為磁場(chǎng)方向；
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的Z字形貼片式NFC天線的工作原理圖；其中A和B為磁場(chǎng)的兩個(gè)分量方向；
[0025]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中的村田NFC貼片天線系統(tǒng)工作原理圖；
[0026]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的Z字形貼片式NFC天線的天線系統(tǒng)工作原理圖；
[0027]圖7是現(xiàn)有技術(shù)中的村田NFC貼片天線系統(tǒng)示意圖；
[0028]圖8現(xiàn)有技術(shù)中的村田NFC貼片天線系統(tǒng)在Y= O截面上的二維磁場(chǎng)分布圖；
[0029]圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有一個(gè)Z字形貼片式NFC天線系統(tǒng)示意圖；<