CN106207441A - 一种移动终端的nfc天线和移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种移动终端的NFC天线和移动终端，解决金属外壳移动终端的NFC天线辐射的部分磁场被金属外壳耦合屏蔽的技术问题。金属外壳开设有非金属区域和延伸至金属外壳边沿的第一缝隙；NFC天线包括有初级辐射环路和次级辐射环路；初级辐射环路置于金属外壳内部，次级辐射环路为位于初级辐射环路辐射方向的环绕非金属区域的金属外壳部分；在次级辐射环路上设置有位于第一缝隙的一侧并通过调谐器件接地的第一接地点和位于第一缝隙的另一侧并直接接地的第二接地点。NFC天线辐射的磁场部分从非金属区域辐射，部分基于耦合效应被金属壳体吸收后由于次级辐射环路上存在有效电流回路的调谐设计而实现耦合激发，形成同频的次级辐射源而辐射。

Description

一种移动终端的NFC天线和移动终端
技术领域
本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种移动终端的NFC天线和移动终端。
背景技术
随着金属质感手机技术的不断发展，金属材质的移动终端由于其金属的质感和光泽，逐渐被消费者追捧，已经成为高端机型的设计标配，并且开始向终端机型普及。
金属质感手机的NFC天线设计中，现有技术中的做法通常是在金属外壳上开设非金属区域，以及在金属外壳背面的非金属区域周围安装NFC天线，旨在让NFC天线辐射的能量从非金属区域辐射出去形成能量场，但由于电磁的耦合作用，金属外壳会吸收NFC天线辐射磁场在非金属区域周边形成耦合电流环路，因此，还需要采取开缝等措施切断金属机壳吸收NFC天线辐射磁场在非金属区域周边形成的耦合电流回路，才能减小耦合造成的磁场强吸收，让NFC天线辐射的能量从非金属区域辐射出去形成能量场。
但这种设计方式中，金属外壳还是耦合屏蔽了NFC天线辐射的部分磁场，从非金属区域辐射出去的磁场强较弱，这会影响到移动终端的NFC功能的性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种移动终端的NFC天线和移动终端，解决现有技术中金属外壳移动终端的NFC天线辐射的部分磁场被金属外壳耦合屏蔽的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
提出一种移动终端的NFC天线，移动终端包括金属外壳；所述金属外壳开设有非金属区域，在所述非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至所述金属外壳的边沿；所述NFC天线包括初级辐射环路和次级辐射环路；所述初级辐射环路为置于所述金属外壳内部的NFC天线本体，且使得所述非金属区域位于所述初级辐射环路的辐射方向上；所述次级辐射环路为位于所述初级辐射环路辐射方向的环绕所述非金属区域的金属外壳部分；在所述次级辐射环路上设置有第一接地点和第二接地点；所述第一接地点位于所述第一缝隙的一侧并通过调谐器件接地，所述第二接地点位于所述第一缝隙的另一侧并直接接地；其中，所述调谐器件调谐所述次级辐射环路的谐振频点与所述初级辐射环路辐射频率相同。
提出一种移动终端，包括金属外壳；所述金属外壳开设有非金属区域，在所述非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至所述金属外壳的边沿；还包括上述移动终端的NFC天线；所述NFC天线包括初级辐射环路和次级辐射环路；所述初级辐射环路为置于所述金属外壳内部的NFC天线本体；所述次级辐射环路为位于所述初级辐射环路辐射方向的环绕所述非金属区域的金属外壳部分；在所述次级辐射环路上设置有第一接地点和第二接地点；所述第一接地点位于所述第一缝隙的一侧并通过调谐器件接地，所述第二接地点位于所述第一缝隙的另一侧并直接接地；其中,所述调谐器件调谐所述次级辐射环路的谐振频点与所述初级辐射环路辐射频率相同。
本发明实施例的技术方案，其具有的技术效果或者优点是：本申请提出的移动终端的NFC天线和移动终端中，移动终端具备金属外壳，且金属外壳开设有非金属区域，在非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至金属外壳的边沿；在该结构特点的移动终端中，区别于现有金属外壳移动终端的NFC天线设计，采用初级辐射环路和次级辐射环路的形式构成基于电磁耦合激发的NFC天线。其中，初级辐射环路为置于金属外壳内部的NFC天线本体，且使得非金属区域位于初级辐射环路的辐射方向上，次级辐射环路为位于初级辐射环路辐射方向的环绕非金属区域的金属外壳部分；在次级辐射环路上设置有第一接地点和第二接地点，第一接地点位于第一缝隙的一侧并通过调谐器件接地，第二接地点位于第一缝隙的另一侧并直接接地，该调谐器件调谐次级辐射环路的谐振频点与初级辐射环路辐射频率相同。NFC天线辐射的磁场强基于耦合效应被金属壳体吸收后，基于电流的趋肤效应，会在金属外壳的非金属区域边缘形成耦合电流环路，第一缝隙切断了该耦合电流环路，辅助第一缝隙两侧的第一接地点和第二接地点实现电流环路与参考地的等效耦合电流环路，同时，调谐器件实现NFC所需频点的谐振，从而由于次级辐射环路上存在有效电流回路的调谐设计而实现了对初级辐射环路信号的耦合激发，形成与初级辐射环路辐射同频的次级辐射源，以耦合辐射形式取代现有的直接辐射形式，使得NFC天线本体的辐射强除了从非金属区域辐射出去的部分以外，其他部分通过耦合重构取代现有的辐射去耦设计，通过次级辐射环路转换为同频辐射磁场后辐射，从而提高了NFC辐射磁场强，解决了金属外壳移动终端的NFC天线辐射的部分磁场被金属外壳耦合屏蔽的技术问题，实现提高了金属外壳移动终端的NFC天线性能的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提出的NFC天线的结构设计图；
图2为本发明实施例提出的NFC天线的结构设计图；
图3为本发明实施例提出的NFC天线的结构设计剖视图；
图4为本发明实施例提出的又一NFC天线的结构设计图；
图5为本发明实施例提出的又一NFC天线的结构设计图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例是在现有金属外壳移动终端的NFC天线设计结构基础上实现对天线性能的改进，由于移动终端的金属外壳成为吸收NFC天线辐射能量场的耦合器件，为了在金属外壳设计上实现NFC天线，在金属外壳开设有非金属区域，在非金属区域边沿开设有开缝延伸至金属外壳的边沿，NFC天线辐射的磁场强在金属外壳上由于电磁耦合在非金属区域边缘形成的电流环路被开缝切断，基于此辐射去耦设计，使得NFC天线辐射的磁场能够一部分从非金属区域辐射出。
本申请实施例旨在以重构环绕非金属区域边缘与参考地之间次级耦合电流回路的方式取代现有的辐射去耦设计，使得金属外壳将NFC产生的磁场强一部分从非金属区域直接辐射，一部分被次级辐射环路吸收转化为同频磁场辐射，提高了天线辐射强度，改善天线衰减的缺陷，实现天线性能的提升。
具体的，如图1和图2所示，该NFC天线包括初级辐射环路22和次级辐射环路；初级辐射环路22为置于金属外壳内部的NFC天线本体，且使得非金属区域位于该初级辐射环路的辐射方向上；次级辐射环路为位于初级辐射环路22辐射方向的环绕非金属区域的金属外壳部分；在次级辐射环路上设置有第一接地点24和第二接地点25；第一接地点24位于第一缝隙21的一侧并通过调谐器件26接地，第二接地点25位于第一缝隙21的另一侧并直接接地，该调谐器件调谐该刺激辐射环路的谐振频点与初级辐射环路辐射频率相同。
这里的接地的参考地可以为移动终端的PCB的参考地，或者也可以为移动终端整机金属板的参考地，本申请实施例不予限制。该调谐器件旨在使次级辐射环路能够在NFC天线所需的频点谐振，例如电容或电感。
具体的，如图3所示，NFC天线主体22为NFC线圈，贴附于次级辐射环路所在金属外壳部分的内壁上，与NFC匹配电路、功放以及NFC芯片等器件（统称NFC IC 27）连接，为了使走线不与其他线路电连接，该NFC线圈采用双层跳线的方式连接NFC IC 27，图2中，NFC IC27通过移动终端PCB 23上的微带走线和两个pogo-pin连接器28分别连接到NFC线圈的两端，形成初级电磁回路。次级辐射环路上的第一接地点通过一个pogo-pin连接器28和PCB上的微带走线连接调谐器件26后连接到PCB 23的参考地上。初级辐射环路可以置于次级辐射环路横截面的投影区域内，也即，放置区域与环绕非金属区域的金属壳体部分的投影区域重叠，采取贴附于金属外壳内壁方式放置，也可以采取与金属外壳分离的方式放置；初级辐射环路的放置区域也可以与非金属区域边侧的投影区域重叠；优选与次级辐射环路横截面的投影区域重叠并贴附于金属外壳内壁放置，此时尽量保证第一缝隙在该非金属区域上的起点的投影落在该初级辐射环路上。
如图3所示，NFC线圈中的电路产生磁场强，方向指向次级辐射环路，次级辐射环路由于电磁的耦合效应会吸收NFC线圈产生的磁场强并在非金属区域边缘产生电流环路，该电流环路被第一缝隙切断，使得部分磁场基于辐射去耦原理从非金属区域辐射出来；而被切断的电流环路由于第一缝隙两侧第一接地点和第二接地点的设计，实现环绕非金属区域边缘与参考地之间的次级耦合电流环路的构建，则被金属外壳吸收的磁场强会基于电磁耦合激发再次产生磁场向外辐射，该辐射磁场频率由于调谐器件的调整而与NFC天线辐射磁场频率相同，从而形成NFC线圈的等效辐射。
上述可见，在现有金属外壳移动终端的NFC天线结构设计基础上，环绕非金属区域边缘与参考地之间次级耦合电流回路的方式取代现有的辐射去耦设计，使得金属外壳将NFC产生的磁场强一部分从非金属区域直接辐射，一部分被次级辐射环路吸收转化为同频磁场辐射，从而提高了NFC辐射磁场强，解决了金属外壳移动终端的NFC天线辐射的部分磁场被金属外壳耦合屏蔽的技术问题，实现提高了金属外壳移动终端的NFC天线性能的技术效果。
上述，采用初级辐射环路和次级辐射环路两部分构成金属外壳移动终端的NFC天线；初级辐射环路实现NFC磁场强向非金属区域和次级辐射环路的定向辐射，通过金属外壳有效回路的调谐设计实现对初级辐射环路信号的耦合激发，并形成该频率信号的次级辐射源，从而改变了现有金属外壳移动终端的NFC天线辐射原理，使得NFC辐射磁场除了从非金属区域辐射出的部分外，被金属外壳吸收的部分被次级辐射环路转化为同频磁场辐射，在现有NFC天线结构基础上提高了天线辐射强度，从而提高了天线性能。
初级辐射环路与信号源连接的天线形式可以是传统的铁氧体加FPC工艺，贴在金属外壳内壁，环绕非金属区域，并保证天线走线面积；或，初级辐射环路也可以采用耦合环路形式，采用PCB走线方式并辅助相应的绕线电感/电容等器件以达到该环路实现NFC所需工作频点谐振的目的，在PCB板形成所需电磁辐射环路；或，采用chip NFC工艺等形式形成电磁激发辐射等等，本申请实施例对初级辐射环路的工艺及设计不做具体限制。
为了提高初级辐射环路的发生磁场强，可在NFC芯片端做相应的升压措施或增加功放等装置。
作为次级辐射环路的金属外壳部分需要尽量远离其他接地或同频耦合金属器件，以增加次级辐射环路的高度，并远离电磁吸收和其他电磁干扰源。金属外壳除次级辐射环路部分在近次级辐射环路的位置多点接地减少干扰。
如图4和图5所示，为本申请一优选NFC天线设计的实施例，该NFC天线的非金属区域为与第一缝隙同宽度的第二缝隙，使的移动终端的金属外壳上仅开设一条缝隙即可，能够减少非金属区域，保留更多的金属外壳部分，提升产品的外观美感。
具体的，如图4和图5所示，NFC天线主体采用PCB板级环路设计，该PCB板可以为移动终端的主电路PCB板，由绕线电感或chip NFC 51辅助PCB板上的微带走线52连接NFC IC27构成环路，其位置环绕非金属区域最佳，或者贴近非金属区域。如图5所示，在缝隙的一侧的第一接地点由一个pogo-pin连接器连接调谐器件26连接PCB参考地，另一侧的第二接地点由一个pogo-pin连接器直接连接PCB参考地，完成了环绕缝隙区域与参考地之间次级耦合电流回路的重构。
如图3所示，NFC线圈中的电路产生磁场强，方向指向次级辐射环路，次级辐射环路由于电磁的耦合效应会吸收NFC线圈产生的磁场强并在沿缝隙边缘产生电流环路，该电流环路被缝隙切断，使得部分磁场基于辐射去耦原理从缝隙中辐射出来；而被切断的电流环路由于缝隙两侧第一接地点和第二接地点的设计，实现环绕缝隙边缘与参考地之间的次级耦合电流环路的构建，则被金属外壳吸收的磁场强会基于电磁耦合激发再次产生磁场向外辐射，该辐射磁场频率由于调谐器件的调整而与NFC天线辐射磁场频率相同，从而形成NFC线圈的等效辐射。
基于上述提出的移动终端的NFC天线，本申请还提出一种移动终端，该移动终端包括金属外壳，金属外壳开设有非金属区域，在非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至金属外壳的边沿；还包括上述提出的移动终端的NFC天线。采用本案提出的NFC天线设计，基于现有技术中采用金属外壳设计的移动终端的NFC天线结构设计，基于电磁耦合激发原理，将初级辐射环路产生的辐射磁场，一部分从非金属区域辐射出，剩下部分由次级辐射环路吸收转化为同频磁场再次辐射，提高了NFC天线辐射强度。
上述，本案提出的移动终端的NFC天线以及移动终端是现有金属外壳移动终端的NFC天线设计的改进，采用重构耦合电流回路的形式取代现有的弱化去耦的方式，将金属外壳吸收的磁场辐射转化为同频磁场再次辐射出来，消除金属壳体对NFC磁场的耦合屏蔽作用，增强了天线辐射强度。相比于现有NFC天线技术，虽然在结构上保持一致，但天线辐射设计原理上本质不同。
相比于现有天线设计中为了实现去耦设计，NFC线圈必须环绕在非金属区域的周边，本设计中的初级辐射环路的位置放置相对灵活，可以环绕在非金属区域周边，也可以置于非金属区域的旁边，使得整机设计灵活度更高，天线的结构设计难度降低。且这种设计采用次级辐射环路袋体NFC天线本体作为辐射体，可以无需设计预留非金属区域磁场辐射通道，也就可以支持更薄的整机设计。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种移动终端的NFC天线，移动终端包括金属外壳；所述金属外壳开设有非金属区域，在所述非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至所述金属外壳的边沿，所述其特征在于，包括初级辐射环路和次级辐射环路；
所述初级辐射环路为置于所述金属外壳内部的NFC天线本体，且使得所述非金属区域位于所述初级辐射环路的辐射方向上；所述次级辐射环路为位于所述初级辐射环路辐射方向的环绕所述非金属区域的金属外壳部分；在所述次级辐射环路上设置有第一接地点和第二接地点；所述第一接地点位于所述第一缝隙的一侧并通过调谐器件接地，所述第二接地点位于所述第一缝隙的另一侧并直接接地；其中，所述调谐器件调谐所述次级辐射环路的谐振频点与所述初级辐射环路辐射频率相同。
2.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述初级辐射环路的放置区域与所述次级辐射环路横截面的投影区域重叠。
3.根据权利要求2所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述第一缝隙在所述非金属区域上的起点的投影落在所述初级辐射环路上。
4.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述初级辐射环路的放置区域与所述非金属区域边侧的投影区域重叠。
5.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述金属外壳除所述次级辐射环路的部分在近所述次级辐射环路的位置多点接地。
6.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述调谐器件为电容或电感。
7.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述接地的参考地为所述移动终端PCB参考地或所述移动终端整机金属板参考地。
8.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述次级辐射环路位于所述金属外壳的部分远离同频耦合金属器件。
9.根据权利要求1所述的移动终端的NFC天线，其特征在于，所述非金属区域为与所述第一缝隙同宽的第二缝隙。
10.一种移动终端，包括金属外壳；所述金属外壳开设有非金属区域，在所述非金属区域边沿开设有第一缝隙延伸至所述金属外壳的边沿；其特征在于，包括如权利要求1-9任一项权利要求所述的移动终端的NFC天线。
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