CN207199838U - 一种基于金属环境下的双面螺旋nfc天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于金属环境下的双面螺旋NFC天线，包括：线圈，所述线圈彼此环形设置且串联或并联呈螺旋形天线；基板，所述线圈设在所述基板上，且相邻线圈通过所述基板上定位孔隔开并固定；金手指，所述金手指镶嵌于所述基板上，并与线圈的首端相连；连接器，所述连接器置于基板上，分别与金手指和线圈相互连接。根据本实用新型的双面螺旋NFC天线能够以较小的尺寸和面积产生更高的辐射效果，能够在金属及高损耗的环境中进行通讯。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信领域，具体涉及一种基于金属环境下的双面螺旋NFC天线。
背景技术
NFC技术由非接触式射频识别(RFID)演变而来，由飞利浦半导体(现恩智浦半导体公司)、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。近场通信(Near FieldCommunication,NFC)是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、ECMA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。
NFC近场通信技术是由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为13.56MHz，但是使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。目前这项技术在日韩被广泛应用，他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、***、支付卡等。
随着消费者对于金属机身的外观追求和喜爱，越来越多的产品采用金属机身。现有的NFC天线一旦遇到金属，无论是有源NFC还是无源NFC天线，电磁波会被金属屏蔽掉，因此市面上的NFC产品多数是塑料。
由于NFC天线工作于近场耦合区，工作距离较近，因此NFC天线主要用在环境较好，有利于电磁波的传播。现有的NFC天线大多用于塑料的机身，在金属环境下使用NFC目前还面临一些技术上的问题。
本实用新型的NFC天线用在金属手表里面，金属手表的外壳对于NFC的影响比较大，因此在天线的设计过程中需要考虑金属机身对于天线谐振频率的影响。
实用新型内容
本实用新型针对于市场上NFC天线的不足，提出了一种用在金属机身的NFC天线。
本实用新型的技术方案：一种基于金属环境下的双面螺旋NFC天线，其特征在于，包括：
线圈，所述线圈彼此环形设置且串联或并联呈螺旋形天线；
基板，所述线圈设在所述基板上，且相邻线圈通过所述基板上定位孔隔开并固定，所述线圈的电感取值在范围0.5～3μH；
金手指，所述金手指镶嵌于所述基板上，并与线圈的首端相连；
连接器，所述连接器置于基板上，分别与金手指和线圈相互连接。
优选的，所述线圈天线的材质为铜铂，天线的圈数在10～15范围内，每个线圈的宽度为0.1mm。
优选的，所述基板的材质为电解铜+P。
优选的，所述线圈天线并联或串联一个电容。
优选的，所述线圈天线的铜箔电镀在所述基板上。
优选的，所述连接器为连接线圈天线和金手指的微带线路。
本实用新型的有益效果：本实用新型的双面螺旋NFC天线，可以在金属环境中工作，相对于现有的天线，本实用新型辐射效果好，同时天线的面积相对小。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本实用新型一种NFC天线的正面结构图；
图2示意性示出本实用新型一种NFC天线的背面结构图；
图3示意性示出本实用新型一种NFC天线的等效电路图；
图4示意性示出本实用新型一种NFC天线的回波损耗图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
下面参考附图描述根据本实施例的NFC天线；
如图1所示，根据本实用新型的实施例的一种基于金属环境下的双面螺旋NFC天线，包括线圈200，基板100，金手指500，连接器600，和定位孔700和馈电点400。
所述线圈200彼此环形设置且串联或并联呈螺旋形天线，本实施例中，所述线圈200的圈数为15圈，每个线圈的宽度为0.1mm。
所述线圈200设在所述基板上，且相邻线圈通过所述基板上馈电点400隔开并固定，所述线圈的电感取值在范围0.5～3μH；
所述馈电点400设置均匀的基板上，如图1所示，馈电点数目为4个，两两对角线上的馈电点的连线的交点位于基板的几何中心。
所述线圈天线200的材质为铜铂，所述线圈200通过铜铂电镀在所述基板100上。
所述定位孔700设置于基板100上，用于固定NFC天线模块，如图1所示，定位孔700数目为3个，顺次连接3个定位孔呈三角形，固定于微小元器件上更加稳定。
所述基板100的材质为电解铜+p。其中，所述基板100的材质可以为硬质材料或柔性材料，基板100的材质还可以是PCB。
所述金手指500镶嵌于所述基板100上，并与线圈的首端相连，用于传送信号。
所述连接器600置于基板100上，分别与金手指500和线圈200相互连接，所述连接器600为连接线圈天线和金手指的微带线路，所述微带线路为铜铂线路。
优选的，所述线圈天线的材质为铜铂线路，天线的圈数在10～15范围内，每个线圈的宽度为0.1mm。
如图2所示，为NFC天线的背面结构图，即基板的结构示意图，其中基板包括两部分，不布铜部分102和布铜部分101，所述布铜部分101为沿着十字正交部分，不布铜部分102用于与天线连接。
下面参考附图描述根据本实施例的NFC天线；
图3所示为本实用新型的NFC线圈天线的等效电路图，如图3a所示，为NFC线圈天线基本电路图，RS-ant表示线圈的损耗电阻，Lant表示线圈的电感，Cant表示线圈和连接器600之间的寄生电容。
但是，要使得天线工作于13.56MHz，那么可以在天线外部并联或者串联一个电容，如图3b所示，在线圈天线外部并联一个电容，将电容c与天线线圈组成LC谐振电路，调整并联或串联电容大小使得谐振频率为工作频率13.56MHz。那么此时，通过此谐振电路，读写器可将能量传输至射频卡。
由汤姆逊公式可知，
所以，线圈天线的工作频率(谐振频率)与线圈的电感Lant、电容c有关。
天线尺寸越大，线圈的电感Lant就越大，相对的调谐电容C则需减小。在谐振频率为13.56MHz时,如果天线的电感超过5μH时，电容Cant的取值很小，这使得调谐电容的匹配变得很困难。所以，电感的取值范围在0.5～3μH，电容匹配较容易实现。优选的，所述线圈天线的电感取值范围在0.5～3μH。
具体的，相邻所述线圈通过设在基板上的定位孔700和馈电点400相连。
其中，NFC天线的设计有三点要求，一是在天线电流一定情况下，天线线圈能产生较大的磁通量，满足一定的工作距离；增大线圈的匝数和面积，能够产生较大的磁通，工作更远的距离增大线圈的匝数和面积，等效感值也随之增大，太大的感值不易于匹配感值通常设计在1-2uH左右设计时，天线的面积通常是受限的，所以通过增加匝数来满足感值和工作距离的要求。
二是足够的带宽，可以无失真地传送，用于数据调制的副载波信号，通过在天线匹配电路中串联或并联电阻来达到带宽要求。
三是功率匹配，即最小的能量损耗，最大程度利用阅读器输出的可用能量，通过匹配电路设计，达到共轭匹配，从而使得传输到天线线圈的能量最大。
本实用新型的NFC天线线圈的设计通过公式计算线圈的近似感值，对于方形和环形线圈，可以根据如下公式进行近似计算
式中，L为天线电感估计值，单位为nH；l1为一圈天线导线环的长度，单位为cm；D1为NFC线圈导线的宽度；若线圈为环形，则K＝1.07，若线圈为矩形，则K＝1.47；N为线圈匝数。
根据本实用新型的实施例，本实用新型的等效电路如如3c所示，本实用新型NFC天线采用的是双面螺旋形的，天线的线圈有15圈，每个线圈的宽度为0.1mm，天线的匹配电路并联一个5.6pF的电容，如图3c所示，箭头所示为信号的输入端。
本实用新型NFC天线在可用面积比较小的情况下，把天线的线径做的比较小，这样天线的线圈可以多做几圈，天线工作在金属环境下，需要不断的调整线圈的圈数和线径的大小来使天线尽可能的在13.56MHz处产生谐振。
图4示意性示出本实用新型一种NFC天线的回波损耗图。图4a所示为NFC天线未加匹配电容的回波损耗图，图4b所示为NFC天线加载匹配电容的回波损耗图，可以看出在加载匹配电容的情况下，在13.56MHz处产生谐振时的分贝更小。
结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (6)
1.一种基于金属环境下的双面螺旋NFC天线，其特征在于，包括：
线圈，所述线圈彼此环形设置且串联或并联呈螺旋形天线；
基板，所述线圈设在所述基板上，且相邻线圈通过所述基板上定位孔隔开并固定，所述线圈的电感取值在范围0.5～3μH；
金手指，所述金手指镶嵌于所述基板上，并与线圈的首端相连；
连接器，所述连接器置于基板上，分别与金手指和线圈相互连接。
2.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述线圈天线的材质为铜铂，天线的圈数在10～15范围内，每个线圈的宽度为0.1mm。
3.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述基板的材质为电解铜+P。
4.根据权利要求1或2所述的NFC天线，其特征在于，所述线圈天线并联或串联一个电容。
5.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述线圈天线的铜箔电镀在所述基板上。
6.根据权利要求1所述的NFC天线，其特征在于，所述连接器为连接线圈天线和金手指的微带线路。
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