CN206282958U - 无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无线通信装置，包括金属壳体以及与所述金属壳体层叠设置并位于所述无线通信装置内侧的线圈天线，所述金属壳体上设有开孔，其特征在于，所述开孔与所述金属壳体的外沿不连通，所述开孔的宽度方向上连接有供所述金属壳体中产生的涡流在所述宽度方向上通过所述开孔的电容，所述电容与所述金属壳体的寄生电感形成谐振电路，所述线圈天线与所述金属壳体电感耦合。

Description

无线通信装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信装置，尤其涉及近距离无线通信***中使用的无线通信装置。

背景技术

射频识别(RadioFrequencyIdentification：RFID，下文简称为RFID)技术是一种无接触自动识别技术，它利用电磁波实现物品的自动识别。RFID作为费用***、物品管理***己得到普及。在RFID***中，以非接触方式来使读写器和RFID标签进行无线通信，在这些器件之间收发高频信号。读写器和RFID标签分别包括：用于处理高频信号的无线IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片及用于发送和接收高频信号的天线元件。

若例如是利用13.56MHz频带的HF频带RFID***，则使用线圈天线来作为天线。并且，读写器侧的线圈天线与RFID标签侧的线圈天线经由感应磁场进行耦合。这种RFID***近年来也搭载在移动电话以及智能手机等中。即近场通信(NFC：Near FieldCommunication)***。

近场通信又称为近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行接触式点对点数据传输交换数据。由于近场通信具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

在传统的NFC天线应用中，通常将NFC天线辐射体、即柔性电路板设置在电池上方，同时为了减少电池对于NFC天线的负面影响，需要在柔性电路板与电池中间设置铁氧体等导磁体。而且，为了防止天线信号被金属壳体屏蔽，需要在金属壳体上设置开口。

如图1所示，线圈天线2通电后会与金属壳体1的开口101产生电磁耦合，因此在金属壳体1的开口101中感应出与流过线圈天线2的电流方向(虚线箭头)相反方向(实线箭头)的电流。沿着开口101的边缘流过的电流由于边缘效应而经由狭缝102的边缘沿着金属壳体1流动。因此，在俯视状态下，沿着金属壳体1的周围流动的电流的方向与在线圈天线2中流动的电流的方向相同。因此，由金属壳体1产生的磁场方向与由线圈天线2产生的磁场方向相同。而且，由于金属壳体1的面积比线圈天线2大，因此能利用在金属壳体1中流过的电流产生向大范围扩展的磁场，通信距离得以扩大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题

然而，在上述结构中，由于狭缝102设置成与金属壳体1的外边缘连通，因此金属壳体1的结构较为脆弱，在外力作用下容易产生形变。

针对这一问题，提出了一种天线结构。如图2所示，在金属壳体1上开设有不与该金属壳体1的外边缘连通的开孔103。线圈天线2设置成在俯视状态下覆盖该开孔103的一侧(图中为下侧)。此时，线圈天线2的电流方向(粗箭头)与金属壳体1中的涡流方向(细箭头)如图中所示。具体而言，如图2所示，由于电磁感应以及边缘效应的作用，在金属壳体1中形成有两个涡流12、13。涡流12、13的电流方向如图2所示，涡流12为顺时针方向，涡流13为逆时针方向，两者的感应电动势极性相反。由此，磁场能从开孔103上被线圈天线2覆盖的部分进入，并从开孔103上未被线圈天线2覆盖的部分穿出，以便形成环路，从而进行信号传输。

然而，该结构中，如图2所示，涡流13靠近线圈天线2、即内圈部分的涡流方向与线圈天线2的电流方向相反以及外圈部分的涡流方向相反，因此该内圈部分的涡流会对信号产生削弱作用。

本实用新型为解决上述问题而完成，其目的在于降低上述内圈涡流对信号的削弱作用，进一步提高天线性能。

解决技术问题所采用的技术方案

本实用新型的无线通信装置包括金属壳体以及与所述金属壳体层叠设置并位于所述无线通信装置内侧的线圈天线，所述金属壳体上设有开孔，其特征在于，所述开孔与所述金属壳体的外沿不连通，所述开孔的宽度方向上连接有供所述金属壳体中产生的涡流在所述宽度方向上通过所述开孔的电容，所述电容与所述金属壳体的寄生电感形成谐振电路，所述线圈天线与所述金属壳体电感耦合。

优选为，所述开孔上设置有窄幅部，所述电容由所述窄幅部的寄生电容构成。

优选为，所述窄幅部具有弯折的形状。

优选为，所述电容为外接电容，且设置于所述金属壳体内侧，所述电容的两极分别连接到所述开孔的宽度方向的两侧。

优选为，所述无线通信装置的内部设有电路基板，所述电容设置于所述电路基板上，所述电容的两端通过导体部分别连接到所述开孔的宽度方向的两侧。

优选为，所述无线通信装置的内部设有增益线圈，所述增益线圈的两端分别通过导体部连接到所述开孔的宽度方向的两侧，所述电容由所述增益线圈与所述金属壳体之间的寄生电容以及所述增益线圈自身的寄生电容构成。

优选为，所述无线通信装置的内部设有增益金属板，所述增益金属板上设有与该增益金属板的外边缘连通的开口，所述增益金属板在所述开口的两侧通过导体部连接到所述开孔的宽度方向的两侧，所述电容由所述增益线圈与所述金属壳体之间的寄生电容构成。

优选为，还包括巴伦电路，所述巴伦电路的两个不平衡侧端子分别与所述电容的两端电连接。

优选为，所述巴伦电路的两个不平衡侧端子的其中一方接地。

优选为，所述巴伦电路的两个不平衡侧端子的其中一方经由滤波电容接地。

优选为，所述巴伦电容包括调谐电容。

优选为，所述谐振电路的谐振频率与所述线圈天线的谐振频率一致。

优选为，所述线圈天线为O型，在俯视状态下，所述线圈天线仅覆盖所述开孔的长度方向上的一侧。

优选为，所述线圈天线由彼此电连接的第一线圈和第二线圈构成，所述第一线圈覆盖所述开孔的长度方向上的一侧，所述第二线圈覆盖所述开孔的长度方向上的另一侧。

优选为，在俯视状态下，所述第一线圈与所述第二线圈的彼此靠近的两条边重叠。

优选为，所述第一线圈与所述第二线圈串联连接。

优选为，所述第一线圈与所述第二线圈并联连接。

优选为，所述线圈天线为8字形，在俯视状态下覆盖所述开孔的长度方向上的一侧和另一侧，

所述线圈天线在所述一侧和所述另一侧附近的电流绕行方向相反。

实用新型效果

根据本实用新型的无线通信装置，包括金属壳体以及与所述金属壳体层叠设置并位于所述无线通信装置内侧的线圈天线，所述金属壳体上设有不与该金属壳体的外边缘连通的开孔，所述开孔的宽度方向上连接有供所述金属壳体中产生的涡流在所述宽度方向上通过所述开孔的电容，所述电容与所述金属壳体的寄生电感形成谐振电路，所述线圈天线与所述金属壳体电感耦合，因此，能消除金属壳体上的内圈涡流(反向涡流)对天线信号的减益效果，并能利用谐振电路和电感耦合来加强线圈天线中的信号强度，提升了天线的性能。

此外，由于窄幅部具有弯折的形状，因此能进一步提高窄幅部的寄生电容和寄生电感，从而有利于降低谐振频率，达到设计需求。

此外，在采用外接电容的情况下，能容易地控制电容大小从而控制谐振频率。

此外，在利用增益线圈形成电容的情况下，能容易地通过改变增益天线4的形状、尺寸等来调整谐振频率。而在利用增益金属板形成电容的情况下，由于金属板易于加工，因此能降低成本。

此外，通过设置巴伦电路，能将金属壳体1直接用作天线的一部分，因此能进一步增强信号强度。

此外，通过在巴伦电路中进一步设置调谐电容，能通过调整调谐电容来容易地调整谐振频率。

此外，当线圈天线为8字形线圈，且在俯视状态下覆盖所述开孔的长度方向上的另一侧，所述线圈天线在所述一侧和所述另一侧附近的电流绕行方向相反时，线圈天线的绕行方向相反的两部分分别产生相反方向的磁场。与上述O型线圈相比，由于另一侧形成有绕行方向相反的线圈，因此更有利于磁场形成环路，能进一步提高天线的信号强度。

此外，在设置第一线圈和第二线圈这样的双线圈的情况下，第一线圈与第二线圈串联或并联连接，在俯视状态下，所述第一线圈与所述第二线圈的彼此靠近的两条边重叠，由此，能最大限度地利用开孔的面积，以使更多的磁场穿过，从而能进一步提高天线信号强度。

附图说明

图1是表示开口102与金属壳体1的外边缘连通时的电流方向的示意图。

图2是表示开口102与金属壳体1的外边缘不连通时的电流方向的示意图。

图3是表示实施方式1的无线通信装置的天线结构的示意图。

图4是表示实施方式1的无线通信装置的天线结构的等效电路图。

图5(A)～图5(D)是表示窄幅部的其他示例的示意图。

图6是表示电容C0的变形例的示意图。

图7是表示电容C0的另一变形例的示意图。

图8是表示电容C0的另一变形例的示意图。

图9(A)和图9(B)是表示电容C0的另一变形例的示意图。

图10(A)～图10(C)是表示电容C0的另一变形例的示意图。

图11是实施方式2的无线通信装置的电路图。

图12是实施方式2的无线通信装置的变形例的电路图。

图13是实施方式2的无线通信装置的另一变形例的电路图。

图14是示出线圈天线2的变形例的俯视图。

图15是示出线圈天线2的另一变形例的立体图。

图16是示出线圈天线2的另一变形例的立体图。

图17是示出线圈天线2的另一变形例的立体图。

具体实施方式

下面，基于附图对本实用新型的无线通信装置的各实施方式及其变形例进行说明，在各图中对相同或相当部件、部位标注相同标号来进行说明。此外，以下说明中，将无线通信装置的背面、即壳体(或金属壳体)一侧设为上方。

《实施方式1》

图3是表示实施方式1的无线通信装置的天线结构的示意图。图4是表示实施方式1的无线通信装置的天线结构的等效电路图。图5(A)～图5(D)是表示窄幅部的其他示例的示意图。图6是表示电容C0的变形例的示意图。图7是表示电容C0的另一变形例的示意图。图8是表示电容C0的另一变形例的示意图。图9(A)和图9(B)是表示电容C0的另一变形例的示意图。图10(A)～图10(C)是表示电容C0的另一变形例的示意图。

如图3所示，天线通信装置包括金属壳体1、线圈天线2以及设置在金属壳体1上的开孔103。开孔103与金属壳体1的外边缘不连通。ANT1、ANT2为线圈天线2的馈电端子，与无线IC等相连。线圈天线2与金属壳体1层叠设置，并位于该无线通信装置内侧，并且该线圈天线2与金属壳体1电绝缘。

本实施方式中，在开孔103上设置了窄幅部。由于窄幅部的存在，在该窄幅部附近形成了寄生电容、即电容C0，该电容C0使得参照图2说明的涡流12、13的内圈部分能够沿所述开孔103的宽度方向通过，因此能消除涡流内圈部分对天线信号的削弱作用。

如图3所示，若将金属壳体1的上半部分的闭合环路的电感设为L1，将下半部分的闭合环路的电感设为L2，将线圈天线2的电感设为LANT，则等效电路如图4所示，电容C0与电感L1、L2形成谐振电路。并且，线圈天线2设置在金属壳体1下方且与金属壳体1电感耦合。

本实施方式中，通过设置窄幅部形成电容C0，该电容C0与金属壳体的电感L1、L2形成谐振电路，并且线圈天线2与金属壳体1电感耦合，因此能消除金属壳体1上的内圈涡流(反向涡流)对天线信号的减益效果，并能利用谐振电路和电感耦合来加强线圈天线2中的信号强度，提升了天线的性能。

窄幅部不限于图3所示，可以如图5(A)～图5(D)所示那样，具有弯折的形状。众所周知，串联谐振电路的谐振频率f＝1/(2π√LC)。若需要通过增加电容容量来降低谐振频率，除了采用图3所示的窄幅部时增加窄幅部的长度以增加寄生电容之外，还可以，通过使窄幅部具有例如图5(A)～图5(D)所示那样的弯折形状，能增大窄幅部的寄生电容和寄生电感，从而降低谐振频率，这样有利于电路参数设计。当然，只要能产生寄生电容即可，技术人员可以根据需要、例如所需寄生电容的大小来对窄幅部的形状进行任意设计。

需要注意的是，窄幅部并非必须，也可以通过其它方式来形成电容。图6是表示电容的变形例的图。如图6所示，在金属壳体1上形成了两个连接点P1、P2，且分别位于开孔103的宽度方向的两侧。作为形成电容的一个方式，例如可以在连接点P1、P2之间直接连接电容C0。在直接连接外接电容、即电容C0的情况下，能方便地通过调整外接电容的容量来调整谐振频率。或者，也可以如图7所示，将电容C0设置在无线通信装置内部的电路基板3上，并使连接点P1、P2通过导体部14、15连接到该电容C0的两端。导体部14、15可以是弹片、顶针、螺钉等具有导电性的部件。进一步而言，还可以如图8所示，连接点P1、P2通过导体部14、15连接到电容C0两端的同时，一端连接到接地端子GND。通过连接到接地端子GND，能够产生滤波效应。此外，还能根据需要在与GND之间另行设置电容来加强滤波效应。

还可如图9(A)、图9(B)所示，在金属壳体1与线圈天线2之间增设一增益天线4，该增益天线4的两端连接到连接点P1、P2。此时，增益天线4与金属壳体1之间产生寄生电容C01，增益天线4自身具有寄生电容C02和寄生电感。该变形例的电容C0由该寄生电容C01和寄生电容C02构成。由于设置了增益天线4，因此能容易地通过改变增益天线4的形状、尺寸等来调整谐振频率，而且由于增益天线4本身具有寄生电感，因此更有利于降低谐振频率。

此外，也可以如图10(A)～图10(C)所示，在金属壳体1与线圈天线2之间增设一增益金属板5，该增益金属板5与连接点P1、P2相连。增益金属板5上设有开口501和狭缝502，以使增益金属板5中的涡流方向与线圈天线2中的电流方向一致。增益金属板5与连接点P1、P2的连接部位位于狭缝502两侧。如图10(C)所示，该变形例中，电容C0为增益金属板5与金属壳体1之间的寄生电容。与采用增益天线4的情况相比，增益金属板5易于加工，能降低成本。

此外，优选使由电容C0与金属壳体1的电感L1、L2所形成的谐振电路的谐振频率与线圈天线2自身的谐振频率一致，从而能进一步提升信号强度。

《实施方式2》

下面对实施方式2的无线通信装置进行说明。

图11是实施方式2的无线通信装置的电路图。图12是实施方式2的无线通信装置的变形例的电路图。图13是实施方式2的无线通信装置的另一变形例的电路图。

如图11所示，本实施方式的无线通信装置与实施方式1相比，在实施方式1的基础上，在连接点P1、P2之间进一步增设巴伦电路6。巴伦电路6的两个不平衡侧端子分别与连接点P1、P2相连，平衡侧端子Tx1、Tx2例如连接到无线IC7。

在实施方式1中，通过设置电容C0来与金属壳体1自身的电感L1、L2形成谐振电路。换言之，实施方式1的金属壳体1作为谐振电路的线圈发挥作用。而在本实施方式2中，将金属壳体1的连接点P1、P2通过巴伦电路6连接到无线IC7，因而金属壳体1直接作为天线发挥作用，能进一步增强信号强度。

图12示出本实施方式的无线通信装置的变形例。该变形例中，巴伦电路6的两个不平衡侧端子(图中为P2)的其中一方接地。通过接地，能够进一步产生滤波效应。此外，还能根据需要在与GND之间另行设置电容来加强滤波效应。

图13示出本实施方式的无线通信装置的另一变形例。该变形例中，巴伦电路6内部增设了调谐电容C1。通过设置调谐电容C1，能容易地通过调整调谐电容C1来调整谐振频率。本变形例中，调谐电容C1设置在巴伦电路6的不平衡侧的接地端，但本实用新型并不限于此，也可以设置在巴伦电路6的其他端子附近，例如平衡侧端子、不平衡侧端子的非接地端等。

此外，本实施方式中，电容C0可以采用上述实施方式1中说明的任意方式来形成。也可以根据需要选择设置或不设置接地端子GND。并且，在设置了调谐电容C1的情况下，可以将电容C0去除。

《其他变形例》

在实施方式1和2中，对线圈天线2为O型的情况进行了说明，但本实用新型的线圈天线2并不限于此。

图14是示出线圈天线2的变形例的俯视图。

如图14所示，线圈天线2可以由在俯视状态下分别覆盖开孔103的长度方向上的两侧的线圈天线2A和线圈天线2B构成。并且线圈天线2A与线圈天线2B的绕行方向可以相反或者相同。F1、F2为馈电端子。在线圈天线2A与线圈天线2B的绕行方向相反时，两者为串联连接，反之，在线圈天线2A与线圈天线2B的绕行方向相同时，两者为并联连接。无论是并联连接还是串联连接，与现有技术相比，都能提高天线信号的强度。在串联连接的情况下，线圈天线2A、2B中的电流绕行方向相反，因此，更有利于磁场形成环路。

图15是示出线圈天线2的另一变形例的立体图。

如图15所示，线圈天线2A与线圈天线2B的彼此最靠近的两条边、即边a1、a2在俯视状态下重叠。此时，能最大限度地利用开孔103的面积，以使更多的磁场穿过，从而能进一步提高天线信号强度。

图16和图17是示出线圈天线2的另一变形例的立体图。

如图16所示，线圈天线2卷绕成8字形，并同时覆盖开孔103的长度方向上的两侧。线圈天线2的电流方向如图所示。由于卷绕成8字形，因此下半部分的电流沿顺时针方向流动，上半部分的电流沿逆时针方向流动。因此，上下两部分的线圈天线2分别产生方向相反的磁场，使得磁场能够从一侧进入并从另一侧穿出，从而能形成环路，以进行信号传输。相比于O形线圈的情况，8字形线圈以相反的电流方向覆盖开孔103的长度方向上的一侧和另一侧，因此该另一侧的磁场强度得以进一步提高，从而提高了线圈天线2整体的性能。当然，8字形线圈并不限于图8所示的情况。只要能使上下两侧的线圈天线2中的电流绕行方向相反即可，例如也可以是如图17所示的线圈天线2。

在上述图14～图17所示的变形例中，电容C0均可采用上述实施方式1～2揭示的任意一种方式来形成。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式及其变形例。但应当理解为本实用新型在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本实用新型的权利要求书所确定的保护范围内。

标号说明

1 金属壳体

101 开口

102 狭缝

103 开孔

2、2A、2B 线圈天线

3 电路基板

4 增益天线

5 增益金属板

501 开口

502 狭缝

12、13 涡流

P1、P2 连接点

14、15 导体部

C0 电容

C01、C02 寄生电容

ANT1、ANT2 馈电端子

F1、F2 馈电端子

L1、L2 电感

Claims (18)

1.一种无线通信装置，包括金属壳体以及与所述金属壳体层叠设置并位于所述无线通信装置内侧的线圈天线，所述金属壳体上设有开孔，其特征在于，

所述开孔与所述金属壳体的外沿不连通，

所述开孔的宽度方向上连接有供所述金属壳体中产生的涡流在所述宽度方向上通过所述开孔的电容，

所述电容与所述金属壳体的寄生电感形成谐振电路，

所述线圈天线与所述金属壳体电感耦合。

2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述开孔上设置有窄幅部，

所述电容由所述窄幅部的寄生电容构成。

3.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于，

所述窄幅部具有弯折的形状。

4.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述电容为外接电容，且设置于所述金属壳体内侧，

所述电容的两极分别连接到所述开孔的宽度方向的两侧。

5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置的内部设有电路基板，所述电容设置于所述电路基板上，

所述电容的两端通过导体部分别连接到所述开孔的宽度方向的两侧。

6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置的内部设有增益线圈，所述增益线圈的两端分别通过导体部连接到所述开孔的宽度方向的两侧，

所述电容由所述增益线圈与所述金属壳体之间的寄生电容以及所述增益线圈自身的寄生电容构成。

7.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置的内部设有增益金属板，所述增益金属板上设有与该增益金属板的外边缘连通的开口，

所述增益金属板在所述开口的两侧通过导体部连接到所述开孔的宽度方向的两侧，

所述电容由所述增益线圈与所述金属壳体之间的寄生电容构成。

8.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

还包括巴伦电路，所述巴伦电路的两个不平衡侧端子分别与所述电容的两端电连接。

9.如权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，

所述巴伦电路的两个不平衡侧端子的其中一方接地。

10.如权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，

所述巴伦电路的两个不平衡侧端子的其中一方经由滤波电容接地。

11.如权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，

所述巴伦电容包括调谐电容。

12.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述谐振电路的谐振频率与所述线圈天线的谐振频率一致。

13.如权利要求1至12的任一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述线圈天线为O型，

在俯视状态下，所述线圈天线仅覆盖所述开孔的长度方向上的一侧。

14.如权利要求1至12的任一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述线圈天线由彼此电连接的第一线圈和第二线圈构成，

所述第一线圈覆盖所述开孔的长度方向上的一侧，所述第二线圈覆盖所述开孔的长度方向上的另一侧。

15.如权利要求14所述的无线通信装置，其特征在于，

在俯视状态下，所述第一线圈与所述第二线圈的彼此靠近的两条边重叠。

16.如权利要求14所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第一线圈与所述第二线圈串联连接。

17.如权利要求14所述的无线通信装置，其特征在于，

所述第一线圈与所述第二线圈并联连接。

18.如权利要求1至12的任一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述线圈天线为8字形，在俯视状态下覆盖所述开孔的长度方向上的一侧和另一侧，

所述线圈天线在所述一侧和所述另一侧附近的电流绕行方向相反。