CN108184333B - 组合式天线模块 - Google Patents

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Abstract

公开了一种组合式天线模块，在该组合式天线模块中，根据形成在基层片上的天线图案堆叠具有不同厚度的磁片以使该天线模块的厚度最小并且使天线性能最大化。所公开的组合式天线模块包括：第一天线图案，其形成在所述基层片的一个表面和另一表面上；第二天线图案，其形成在所述基层片的一个表面上；以及磁性元件，其堆叠在所述基层片的另一表面上，其中，所述磁性元件中与第二天线图案对应的区域的厚度比与第一天线图案的对应的区域的厚度更厚。

Description

组合式天线模块
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种组合式天线模块，更具体地涉及一种安装在便携终端中以执行近场通信、无线电能传输和电子支付的组合式天线模块。
背景技术
随着技术发展，诸如手机、PDA、PMP、导航仪和膝上电脑之类的移动终端除了提供诸如电话会谈、运动画面/音乐播放及导航之类的基本功能之外，还可以提供诸如DMB、无线上网以及设备之间的近场通信之类的附加功能。因此，移动终端具有用于诸如无线上网、蓝牙等等之类的无线通信的多个天线。
除此之外，移动终端包括用于给自身的电池无线充电的无线电能传输天线。无线电能传输天线用于在不通过直接连接电缆给移动终端充电的情况下通过天线之间的磁感应或磁共振来给电池充电。例如，无线电能传输天线可以分为磁感应式无线充电联盟(WPC，Wireless Power Consortium)和磁共振式无线充电联盟(A4WP，Alliance for WirelessPower)。
同时，使用移动终端来电子支付(诸如三星支付)的市场日益增加。因此，电子支付天线(下文中称为磁安全传输(MST)天线)和NFC天线被安装在移动终端中。
近来，正在研发将多个天线实施为一个模块的组合式天线模块。组合式天线模块是通过将诸如磁感应式无线充电联盟天线、磁共振式无线充电联盟天线、近场通信(NFC)天线和电子支付(MST)天线之类的天线集成在有限空间中而形成的一种天线。
在组合式天线模块中，由于在有限的空间中形成有各种天线，因此必需以柔性电路板(FPCB，Flexible Circuit Board)的形式将屏蔽材料与天线组合在一起。
参照图1和图2，传统的组合式天线模块包括在由聚酰亚胺(PI)制成的基层片10的上表面和下表面上的天线图案20(即，WPC、MST、NFC、A4WP等)。此时，屏蔽片30堆叠在形成在基层片10的一个表面上的天线图案20上。
然而，传统的组合式天线模块具有如下问题：由于无论天线的种类如何，都堆叠相同厚度及相同材料的屏蔽片，因此某些天线(例如NFC天线、A4WP天线)的性能较低。
发明内容
技术问题
提出本发明是为了解决上述常见问题，并且本发明的目的在于提供一种组合式天线模块，该组合式天线模块能够通过根据形成在基层片上的天线图案来堆叠具有不同厚度的磁片以在使天线模块的厚度最小的同时使所有天线的性能最大化。
技术方案
根据本发明的一个方面，组合式天线模块包括：基层片；第一天线图案，其形成在所述基层片的一个表面上并且形成在所述基层片的另一表面上；第二天线图案，其形成在所述基层片的一个表面上；以及磁性元件，其堆叠在所述基层片的另一表面上，其中，所述磁性元件形成为使得与所述第二天线图案对应的区域的厚度比与所述第一天线图案的对应的区域的厚度更厚。此时，磁性元件可以形成为使得与所述第二天线图案对应的所述区域和与所述第一天线图案对应的所述区域由不同的材料制成。
磁性元件可以包括磁片，所述磁片可以设置有插孔，所述第一天线图案***所述插孔中，并且所述磁片可以在所述基层片的另一表面上堆叠在与所述第二天线图案对应的区域上。
磁性元件还可以包括另一磁片，所述另一磁片可以堆叠在形成在所述基层片的另一表面上的第一天线图案上。此时，所述另一磁片的至少一部分可以***所述插孔中。
所述磁片的厚度可以大于或等于所述另一磁片的厚度，并且所述磁片和所述另一磁片可以由不同的材料制成。
磁性元件还可以包括另一磁片，所述另一磁片可以堆叠在第一天线图案和所述磁片上，所述第一天线图案形成在所述基层片的另一表面上。此时，所述磁片和所述另一磁片可以由不同的材料制成。
第一天线图案可以包括：第一辐射图案，其形成在所述基层片的一表面上并且形成为所述第一辐射图案在所述基层片的一表面上进行卷绕的环形；第二辐射图案，其形成在所述基层片的一表面上并且形成为所述第二辐射图案从所述第一辐射图案的一端延伸并卷绕所述第一辐射图案的环形；以及第三辐射图案，其形成在所述基层片的另一表面上并且具有连接到所述第一辐射图案的另一端的一端。
此时，第一天线图案还可以包括将所述第一辐射图案的一端连接到第三端子图案的连接图案，所述第二辐射图案的另一端可以连接到第四端子图案，并且所述第三辐射图案的另一端可以连接到第二端子图案。
第二天线图案可以形成为所述第二天线辐射图案绕所述第一天线图案的外周进行卷绕的环形。此时，所述第二天线图案的一端可以连接到第一端子图案，而所述第二天线图案的另一端可以连接到第五端子图案。
技术效果
根据本发明的组合式天线模块，在形成有磁感应式无线充电联盟天线和磁安全传输天线的区域以及形成有磁共振式无线充电联盟天线和近场通信天线的区域中使用具有不同材料和不同厚度的磁片，从而在使天线模块的厚度最小的同时使磁感应式无线充电联盟天线、磁安全传输天线、磁共振式无线充电联盟天线及近场通信天线的通信性能最大化。
除此之外，根据本发明的组合式天线模块，仅在基层片的一个表面上形成处于相对低频带的磁共振式无线充电联盟和近场通信的天线图案，以增加磁片的厚度同时使天线模块的厚度最小化，从而确保该通信性能等同于或高于现有天线的通信性能，其中现有天线在基层片的两个表面上形成处于相对低频带的磁共振式无线充电联盟和近场通信的天线图案。
附图说明
图1和图2为用于描述现有的组合式天线模块的示意图；
图3和图4为用于描述根据本发明的实施例的组合式天线模块的示意图；
图5和图6为用于解释图3的磁片的改型的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的最优选的实施例，以使本领域技术人员可以容易地实践本发明的技术思想。首先，需要注意的是，在给每个附图的元件表示附图标记时，即使在不同的附图中示出了相同的元件，该相同的元件也由相同的附图标记来表示。此外，在描述本发明的示例性实施例时，当确定对已知功能或配置的详细描述可能使本发明的要点模糊不清时，将省略该详细描述。
参照图3和图4，根据本发明的实施例的组合式天线模块包括基层片100、端子部200、第一天线图案300、第二天线图案400和磁性元件500。在该配置中，磁性元件500包括第一磁片520和第二磁片540。
基层片100被配置为由诸如聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之类的合成树脂制成的电路板(例如印制电路板(PCB)、柔性印制电路板(FPCB)等)。
端子部200包括多个端子图案，并且形成在基层片100的一个表面上。例如，端子部200可以包括第一端子图案210至第五端子图案250。此处，第一端子图案210是用于WPC天线和MST天线的端子，第二端子图案220是用于WPC天线的端子，而第三端子图案230是用于MST天线的端子。第四端子图案240和第五端子图案250是用于A4WP天线和NFC天线的端子。
第一天线图案300形成在基层片100的上表面和下表面上。第一天线图案300形成为在基层片100的一个表面上进行卷绕的环形，并且可以在基层片100的上表面和下表面上形成为相同的形状或不同的形状。此处，第一天线图案300可以具有诸如四边形、圆形和椭圆形之类的各种形状。
此时，第一天线图案300可以通过将导电材料(诸如铜箔)在基层片100的表面上图案化成环形或使用导电油墨印制成环形金属图案来形成。
第一天线图案300也可以由多次卷绕导电元件(诸如导线)的盘状线圈形成。此处，第一天线图案300也可以通过在一个表面上堆叠盘状线圈以及在另一表面上印制或图案化金属图案来形成。
第一天线图案300由磁感应式无线电能传输天线(下文中称无线充电联盟(WPC)天线)和磁安全传输天线(下文中称磁安全传输(MST)天线)来实现。
此时，由于WPC天线使用约100kHz至300kHz的频带，因此使用第一天线图案300内侧的一部分来成形，并且由于MST天线使用约70kHz的频带，因此使用这个第一天线图案300来成形。也就是说，由于MST天线使用的频带低于WPC天线的频带，因此，需要相对较长的辐射图案。有鉴于此，第一天线图案300内侧的一部分成形为WPC天线，而整个第一天线图案300成形为MST天线。
为此，第一天线图案300包括第一辐射图案320、第二辐射图案340和第三辐射图案360。
第一天线图案300形成在基层片100的一个表面上。第一辐射图案320具有在基层片100的一个表面上进行卷绕的环形。
第一辐射图案320的一端322通过形成在基层片100上的通孔110连接到形成在基层片100的另一表面上的第三辐射图案360的一端362。第一辐射图案320的另一端324连接到形成在同一表面上的第二辐射图案340的一端342。此时，第一辐射图案320的另一端324通过连接图案280连接到第三端子图案230。
同第一辐射图案320一样，第二辐射图案340形成在基层片100的一个表面上。第二辐射图案340具有绕第一辐射图案320的外周卷绕数次的环形。第二辐射图案340具有其一端342从第一辐射图案320的另一端324延伸并且绕第一辐射图案320的外周进行卷绕的环形。此时，第二辐射图案340的另一端连接到第四端子图案240。
第三辐射图案360形成在基层片100的另一表面上。第三辐射图案360的一端362通过通孔110连接到第一辐射图案320的一端322。第三辐射图案360的另一端364通过通孔120连接到第二端子图案220。
根据以上提及的结构，第一辐射图案320和第三辐射图案360成形为WPC天线，而第一辐射图案320至第三辐射图案360成形为MST天线，以使第一天线图案300作为WPC天线和MST天线。
第二天线图案400形成在基层片100的一个表面上。第二天线图案400可以具有环形，其围绕形成在基层片100的一个表面上的第一天线图案300的外周进行卷绕。
此时，第二天线图案400可以通过将导电材料(诸如铜箔)在基层片100的表面上图案化成环形或使用导电油墨印制环形的金属图案来形成。
第二天线图案400也可以由多次卷绕导电元件(诸如导线)的盘状线圈形成。此处，第二天线图案400也可以通过在一个表面上堆叠盘状线圈以及在另一表面上印制或图案化金属图案来形成。
第二天线图案400由磁共振式无线电能传输天线(下文中称无线充电联盟(A4WP)天线)和近场通信天线(下文中称NFC天线)来实现。
此时，由于A4WP天线使用约6.78MHz的频带并且NFC天线使用约13.65MHz的频带，因此整个第二天线图案400作为A4WP天线和NFC天线。
此处，第二天线图案400的一端连接到第一端子图案210的一端，并且另一端连接到第五端子图案250，形成A4WP天线和NFC天线。
磁性元件500堆叠在基层片100的另一表面上。磁性元件500形成为使得与第一天线图案300对应的区域和与第二天线图案400对应的区域具有不同的厚度和材料。此时，优选的是，磁性元件500形成为使得与第二天线图案400对应的区域的厚度大于与第一天线图案300对应的区域的厚度。
为此，磁性元件500可以包括堆叠在与第一天线图案300对应的区域上的第一磁片520和堆叠在与第二天线图案400对应的区域上的第二磁片540。
第一磁片520堆叠在基层片100的另一表面上。也就是说，第一磁片520堆叠在基层片100的未形成第二天线图案400的另一表面上。此时，第一磁片520具有盘状，其面积仅覆盖形成第一天线图案300的区域以屏蔽由第一天线图案300生成的磁场，从而防止磁场泄漏到外侧并且将磁通量聚集在所需方向上。
因此，第一磁片520将由第一天线图案300生成的磁场聚集在一个方向上以改进WPC天线和MST天线的特性。此时，第一磁片520屏蔽预定频带的无线电信号从第一天线图案300传输时生成的磁场，从而增加了磁场沿一个方向的聚焦效应以及在预定频带工作的天线的特性。
第二磁片540堆叠在基层片100的另一表面上。也就是说，第二磁片540堆叠在基层片100的未形成第二天线图案400的另一表面上。此时，第二磁片540具有盘状，其面积仅覆盖形成第二天线图案400的区域以屏蔽由第二天线图案生成的磁场，从而防止磁场泄漏到外侧并且将磁通量聚集在所需方向上。
因此，第二磁片540将由第二天线图案400生成的磁场聚集在一个方向上以改进NFC天线和A4WP天线的特性。此时，第二磁片540屏蔽预定频带的无线电信号从第二天线图案400传输时生成的磁场，从而增加了磁场沿一个方向的聚焦效应以及在预定频带工作的天线的特性。
第二磁片540设置有插孔542，第一天线图案300和第一磁片520的至少一部分***该插孔。此时，插孔542形成在与第一天线图案300形成的区域对应的位置处，并且形成为具有比第一天线图案300的面积大的面积。此处，插指的是第一磁片520完全***第二磁片540的插孔542中，或者第一磁片520的一部分***以突出。
第二磁片540的厚度形成为等于或大于第一磁片520的厚度及第一天线图案300的厚度。第二磁片540的厚度形成为等于或小于第一磁片520的厚度与第一天线图案300的厚度之和。
为此，第一磁片520和第二磁片540可以由能够屏蔽磁场的磁性材料制成。此时，第一磁片520和第二磁片540可以由相同的磁性材料或不同的磁性材料制成。
例如，第一磁片520和第二磁片540由带状片、铁氧体片、聚合物片等非晶态合金或纳米晶粒合金形成。此处，铁氧体片可以是磁烧结铁氧体片，也可以使用镍锌Ni-Zn铁氧体或锰锌Mn-Zn铁氧体。作为非晶态合金或纳米晶粒合金，可以使用铁基或钴基磁性合金。聚合物片可以由Fe-Si-Al基金属聚合物或Fe-Si-Cr基金属聚合物制成。
同时，第一磁片520和第二磁片540可以具有堆叠有由多个非晶态合金或纳米晶粒合金制成的带状片的形状。
当然，第一磁片520和第二磁片540可以分割成多个微型片以增大电阻从而抑制涡流产生，其中，该多个微型片可以设置成整体或部分在相邻微型片之间绝缘。此时，该多个微型片可以设置成约1mm至3mm的大小，并且各个微型片可以随机不规则地形成。
在被分成微型片的多个片堆叠以使第一磁片520和第二磁片540成形的情况下，由非导电材料制成的粘合层可以设置在各片之间以渗透在彼此堆叠的一对片之间，于是，粘合层可以用来使成形各片的多个微型片绝缘。此处，粘合层可以设置为粘合件或者可以设置成以施加在膜形式的衬底的一侧或两侧的粘合件形式。
第一磁片520和第二磁片540形成为具有不同厚度。也就是说，第一磁片520和第二磁片540可以针对每个天线(即，WPC、A4WP、NFC和MST)形成为具有不同的厚度以在使组合式天线模块的厚度最小的同时改进第一天线图案300和第二天线图案400的天线性能。
例如，第一磁片520可以堆叠在第一天线图案300上并且形成为具有预定的厚度，第二磁片540的厚度可以形成为等于或小于第一天线图案300的厚度和第一磁片520的厚度之和。
当频率由于表面效应而增大时，交流电集中地流入金属表面而不是流入金属内侧。在低频时，当电荷在金属内侧移动时信号移动，但在高频时，电荷沿导体表面移动。
该表面效应可以由如下公式(1)来表示。
[公式1]
Figure BDA0001639121420000091
在以上公式1中，μ表示磁导率，α表示电导率，f表示频率。
在上述公式1中，根据频率和金属部件之间的关系可以知道电流穿透了多深。由于金属部件(即磁片)越厚，损耗越小并且频率越高，趋肤深度越低，因此可以使用具有较薄厚度的金属部件。
此时，由于磁导率和共振频率成反比例关系，因此磁片的种类可以根据频率而变化。
由于WPC天线和MST天线使用低频带，因此可以使用相同材料的第一磁片520。
由于A4WP天线和NFC天线使用相同材料的第二磁片540，但是使用比WPC天线和MST天线相对更高的频带，因此使用材料与第一磁片520不同的第二磁片540。
由于第一天线图案300用作WPC天线和MST天线，因此辐射图案的厚度(即第一天线图案300的厚度)可以形成为约3.4Oz(盎司)。此时，如果第一磁片520形成为具有约0.1mm的厚度，则WPC天线和MST天线的性能可以得到保持。
相反，由于第二天线图案400用作WPC天线和MST天线，使用A4WP天线和NFC天线相对更高的频带，因此第二天线图案400可以形成为具有比第一天线图案300薄的厚度。此时，如果第二磁片540形成为具有约0.15mm的厚度，则A4WP天线和NFC天线的性能可以得到保持。
因此，第二磁片540形成为比第一磁片520厚。此处，如果第二磁片540的厚度比第一磁片520的厚度更厚，则组合式天线模块的厚度增加，第二天线图案400只在基层片100的下表面上形成以确保第二磁片540的厚度。
同时，参照图5和图6，第二磁片540的厚度形成为具有等于或小于第一天线图案300的厚度。第二磁片540形成为完全覆盖第二天线图案400的盘状以堆叠在基层片100的一个表面上。
第二磁片540设置有插孔542。此时，由于第二磁片540堆叠在基层片100上，所以形成在基层片100的一个表面上的第一天线图案300***第二磁片540的插孔542中。
第一磁片520形成为完全覆盖基层片100的一个表面的盘状。第一磁片520堆叠在第一天线图案300和第二磁片540的上表面上。
因此，屏蔽材料在形成第二天线图案400的区域中的厚度(即，通过对第一磁片520和第二磁片540的厚度求和得到的厚度)形成为比堆叠在第一天线图案300上的屏蔽材料的厚度(即，第一磁片520的厚度)更厚。
在上文中，已经描述了根据本发明的优选实施例，但是可以进行各种改型，并且应该理解的是，在不脱离本发明的权利要求的范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实践各种改型和变化。

Claims (11)

1.一种组合式天线模块，包括：
基层片；
第一天线图案，其形成在所述基层片的一个表面上并且形成在所述基层片的另一表面上；
第二天线图案，其形成在所述基层片的所述一个表面上；以及
磁性元件，其堆叠在所述基层片的所述另一表面上，
其中，所述磁性元件形成为使得与所述第二天线图案对应的区域的厚度比与所述第一天线图案对应的区域的厚度更厚，
其中，所述磁性元件包括磁片和另一磁片，
其中，所述磁片设置有插孔，形成在所述基层片的所述另一表面上的所述第一天线图案***所述插孔中，并且所述磁片在所述基层片的所述另一表面上堆叠在与所述第二天线图案对应的区域上，
其中，所述另一磁片堆叠在形成在所述基层片的所述另一表面上的所述第一天线图案上，且所述另一磁片***所述插孔中。
2.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述磁性元件形成为使得与所述第二天线图案对应的所述区域和与所述第一天线图案对应的所述区域由不同的材料制成。
3.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述磁片的厚度大于或等于所述另一磁片的厚度。
4.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述磁片和所述另一磁片由不同的材料制成。
5.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述另一磁片堆叠在所述第一天线图案和所述磁片上。
6.根据权利要求5所述的组合式天线模块，其中，所述磁片和所述另一磁片由不同的材料制成。
7.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述第一天线图案包括：
第一辐射图案，其形成在所述基层片的所述一个表面上并且形成为所述第一辐射图案在所述基层片的所述一个表面上进行卷绕的环形；
第二辐射图案，其形成在所述基层片的所述一个表面上并且形成为所述第二辐射图案从所述第一辐射图案的一端延伸并卷绕所述第一辐射图案的环形；以及
第三辐射图案，其形成在所述基层片的所述另一表面上并且具有连接到所述第一辐射图案的另一端的一端。
8.根据权利要求7所述的组合式天线模块，其中，所述第一天线图案还包括将所述第一辐射图案的一端连接到第三端子图案的连接图案。
9.根据权利要求8所述的组合式天线模块，其中，所述第二辐射图案的另一端连接到第四端子图案，并且所述第三辐射图案的另一端连接到第二端子图案。
10.根据权利要求1所述的组合式天线模块，其中，所述第二天线图案形成为所述第二天线图案绕所述第一天线图案的外周进行卷绕的环形。
11.根据权利要求10所述的组合式天线模块，其中，所述第二天线图案的一端连接到第一端子图案，而所述第二天线图案的另一端连接到第五端子图案。
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