CN103825100A - 天线及射频识别模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线及射频识别模组，天线包括铁氧体基体和设置在铁氧体基体内的线圈，所述的铁氧体基体外表面上设有底部电极，所述的线圈包括立体螺旋线圈和平面螺旋线圈，立体螺旋线圈产生的磁场与平面螺旋线圈产生的磁场方向相互垂直，立体螺旋线圈一端与一个底部电极电连接，立体螺旋线圈另一端与平面螺旋线圈一端连接，平面螺旋线圈另一端与一个底部电极电连接。本发明利用LTCC工艺，容易在轻轻薄短小的尺寸里三维结构中实现各中线圈结构，产生特定的磁场。本发明中的铁氧体基体采用磁导率为70~200的铁氧体粉料制成，可以有效增强磁场强度，进一步减小天线体积。

Description

天线及射频识别模组

技术领域

    本发明公开一种天线，特别是一种在射频识别***（RFID）中使用的天线及具备该天线的射频识别模组。

背景技术

    近年来，无线射频识别技术（RFID）、近距离无线通信技术（NFC）有了越来越广泛的应用。为了在移动电话、可穿戴设备等移动终端之间或移动终端与读写器之间进行通信，一种解决方案是在移动终端上装备带有通信天线的射频识别卡片（如具有NFC功能的SIM卡、SD卡）或者射频识别模组。通常情况下，该卡片装置于移动电子设备的金属卡槽内。请参看附图1至图5，图1至图3是表示装备PWB天线13的卡片11在卡槽12里的通信的形态的示意图，在图3的示例中可以看出，卡片11里的PWB天线13发射的电磁波中，大部分的磁场H与金属卡槽12正交，受到金属反射、吸收等衰减作用，其强度会大幅下降。因此，在金属卡槽12的环境下，最终获得磁场H2远远小于卡片在自由空间获得磁场H1。图4至图5是表示装备新型铁氧体天线在卡槽12里的通讯形态的示意图。在图4示例中，该天线产生平行于卡槽的磁场，磁力线从金属卡槽的缝隙中穿出，又从缝隙中回到天线，形成一个闭合的环，从而避免了磁力线与金属卡槽正交而影响信号传输。但是如图5所示，在具备该天线的移动终端20相对读写器30平行时，由于磁力线与读写器的天线所构成的角度，与读写器天线形成交链的磁场较少，可能存在无法通信的隐患。反而移动终端20相对读写器30垂直放置时，才会使大部分磁力线穿过读写器天线，问题较少，但这又不符合大多数用户的使用习惯。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的射频天线的结构限制，造成通信信号较弱，甚至无法通信的缺点，本发明提供一种新的射频天线结构以及采用该天线的射频识别模组，天线包括产生水平磁场的立体螺旋线圈和产生垂直磁场的平面螺旋线圈，其既能产生水平方向的磁场，又能产生垂直方向的磁场，可有效改善了因移动终端与读写器的读写面构成角度不同而导致通信劣化的情况。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种天线，天线包括铁氧体基体和设置在铁氧体基体内的线圈，所述的铁氧体基体外表面上设有底部电极，所述的线圈包括立体螺旋线圈和平面螺旋线圈，立体螺旋线圈产生的磁场与平面螺旋线圈产生的磁场方向相互垂直，立体螺旋线圈一端与一个底部电极电连接，立体螺旋线圈另一端与平面螺旋线圈一端连接，平面螺旋线圈另一端与一个底部电极电连接。

一种采用上述的天线制作的射频识别模组，该射频识别模组包括天线、控制芯片和射频识别芯片，天线、控制芯片和射频识别芯片以集成在一块PCB板上，PCB板上制作有连接电极。

一种采用上述的天线制作的射频识别模组，该射频识别模组包括天线、控制芯片和射频识别芯片，天线、控制芯片和射频识别芯片以集成在一块PCB板上，PCB板上连接有柔性线路板，柔性线路板上制作有连接电极。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的立体螺旋线圈包括上层金属导线、下层金属导线和金属导柱，所述的上层金属导线为一段以上的平行设置的线段构成，所述的下层金属导线为一段以上的平行设置的线段构成，上层金属导线和下层金属导线对应设置，上层金属导线和下层金属导线通过金属导柱首尾顺次连接形成立体螺旋线圈。

所述的平面螺旋线圈与上层金属导线位于同一平面内，平面螺旋线圈位于上层金属导线外侧。

所述的底部电极设有四个，四个底部电极分别设置在铁氧体基体的四个角上，与立体螺旋线圈和平面螺旋线圈连接的底部电极对角设置。

本发明的有益效果是：本发明利用LTCC工艺，容易在轻轻薄短小的尺寸里三维结构中实现各中线圈结构，产生特定的磁场。本发明中的铁氧体基体采用磁导率为70~200的铁氧体粉料制成，可以有效增强磁场强度，进一步减小天线体积。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有技术中表示具有PWB天线安装结构示意图。

图2是现有技术中表示具有PWB天线的可识别卡在自由空间里的通信形态的示意图。

图3是现有技术中表示具有PWB天线的可识别卡在金属卡槽里的通信形态的图。

图4是具有传统铁氧体天线的可识别卡在金属卡槽里通信形态的示意图。

图5是表示装备有铁氧体天线的移动终端与读写器构成不同角度时交链天线的线圈的磁通量的图。

图6是本发明天线的三维结构示意图。

图7是利用本发明天线进一步制成射频识别模组的实施方式一示意图。

图8是利用本发明天线进一步制成射频识别模组的实施方式二示意图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图6，本发明中，天线40的基体采用铁氧体材料制成，该天线采用LTCC生产工艺制作而成，铁氧体基体采用磁导率为70~200的铁氧体粉料制成，可以有效增强磁场强度，进一步减小天线体积。本实施例中，天线40在结构上可分成五层，每层均为铁氧体膜片41堆叠而成，最底层的铁氧体膜片的底部设有适于SMT的底部电极42，本实施例中，底部电极42设有四个，由于天线设计为长方体形，所以，底部电极42设置在天线40底部的四个角处，其中两个电极用于与螺旋线圈连接，另外两个电极悬空。从下至上数第二层铁氧体膜片上印刷有下层金属导线43，下层金属导线43为一段以上的平行设置的线段构成，从下至上数第四层的铁氧体膜片上印刷有上层金属导线44，上层金属导线44也是一段以上的平行设置的线段构成，上层金属导线44与下层金属导线43对应设置，上层金属导线44与下层金属导线43通过金属导柱45（金属导柱45呈圆柱形）首尾顺次相连，连接成一个立体的螺旋线圈形状，从而形成一个横向天线，立体螺旋线圈的首端通过一个金属导柱45与一个底部电极42电连接，作为输入电极。本实施例中，在第四层的铁氧体膜片上还印刷有平面螺旋线圈46，平面螺旋线圈46设置在上层金属导线44外侧，本实施例中，平面螺旋线圈46的内侧端通过一个金属导柱45与立体螺旋线圈的尾端电连接，平面螺旋线圈46的外侧端通过一个金属导柱45与一个底部电极42电连接，作为输出电极，输入电极和输出电极为两个不同的电极，本实施例中，两个电极呈对角设置。平面螺旋线圈46形成一个纵向天线，两个天线的方向相互垂直。本实施例中，平面螺旋线圈46的内侧端通过一个金属导柱45与立体螺旋线圈的尾端电连接，具体实施时，平面螺旋线圈46的内侧端也可以直接与立体螺旋线圈的尾端电连接。本实施例中，在上层金属导线44上方还覆盖有一层铁氧体膜，可以起保护电路，增强磁场的作用。

本发明在天线中实现了两个不同形式的线圈，一个以水平轴为绕制轴而制作的立体螺旋线圈，一个以垂直于天线的方向为轴绕制的平面线圈。既产生水平方向的磁场，又能产生垂直方向的磁场，有效抑制了因读取角度不同而引起通信劣化的情况。

采用本发明中的天线40可制作射频识别卡片（如NFC SIM卡或NFC SD卡）或射频识别模组。采用本发明中的天线40的射频识别模组可采用如下两种实施方式：

实施例一：请参看附图7，本实施例中，天线40和控制芯片50、射频识别芯片60及周边元件，可以集成在一块PCB板70上，各个零件通过PCB板70上的线路相互连接，可以实现完整的射频识别功能，PCB板70上制作有连接电极。该射频识别模组通过PCB板上制备的电极可以表贴在主板上面，从而可以很方便地在移动电话、可穿戴设备等移动终端实现射频识别功能。

实施例二：请参看附图8，本实施例中，天线40和控制芯片50、射频识别芯片60及周边元件，可以集成在一块PCB板70上，各个零件通过PCB板70上的线路相互连接，可以实现完整的射频识别功能，PCB板70上连接有柔性线路板80，通过柔性线路板80上设计的电极与主板相连，从而可以很方便地在移动电话、可穿戴设备等移动终端实现射频识别功能，利用此种方式，该模组可以更灵活地组装在移动终端里。

本发明利用LTCC工艺，容易在轻轻薄短小的尺寸里三维结构中实现各中线圈结构，产生特定的磁场。本发明中的铁氧体基体采用磁导率为70~200的铁氧体粉料制成，可以有效增强磁场强度，进一步减小天线体积。

Claims (6)

1.一种天线，其特征是：所述的天线包括铁氧体基体和设置在铁氧体基体内的线圈，所述的铁氧体基体外表面上设有底部电极，所述的线圈包括立体螺旋线圈和平面螺旋线圈，立体螺旋线圈产生的磁场与平面螺旋线圈产生的磁场方向相互垂直，立体螺旋线圈一端与一个底部电极电连接，立体螺旋线圈另一端与平面螺旋线圈一端连接，平面螺旋线圈另一端与一个底部电极电连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征是：所述的立体螺旋线圈包括上层金属导线、下层金属导线和金属导柱，所述的上层金属导线为一段以上的平行设置的线段构成，所述的下层金属导线为一段以上的平行设置的线段构成，上层金属导线和下层金属导线对应设置，上层金属导线和下层金属导线通过金属导柱首尾顺次连接形成立体螺旋线圈。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征是：所述的平面螺旋线圈与上层金属导线位于同一平面内，平面螺旋线圈位于上层金属导线外侧。

4.根据权利要求1或2或3所述的天线，其特征是：所述的底部电极设有四个，四个底部电极分别设置在铁氧体基体的四个角上，与立体螺旋线圈和平面螺旋线圈连接的底部电极对角设置。

5.一种采用如权利要求1至4中任意一项所述的天线制作的射频识别模组，其特征是：所述的射频识别模组包括天线、控制芯片和射频识别芯片，天线、控制芯片和射频识别芯片以集成在一块PCB板上，PCB板上制作有连接电极。

6.一种采用如权利要求1至4中任意一项所述的天线制作的射频识别模组，其特征是：所述的射频识别模组包括天线、控制芯片和射频识别芯片，天线、控制芯片和射频识别芯片以集成在一块PCB板上，PCB板上连接有柔性线路板，柔性线路板上制作有连接电极。

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