無線通信裝置的制作方法

文檔序號:11051573
無線通信裝置的制造方法

本實用新型涉及無線通信裝置,尤其涉及近距離無線通信系統中使用的無線通信裝置。



背景技術:

射頻識別(RadioFrequencyIdentification:RFID,下文簡稱為RFID)技術是一種無接觸自動識別技術,它利用電磁波實現物品的自動識別。RFID作為費用系統、物品管理系統己得到普及。在RFID系統中,以非接觸方式來使讀寫器和RFID標簽進行無線通信,在這些器件之間收發高頻信號。讀寫器和RFID標簽分別包括:用于處理高頻信號的無線IC(Integrated Circuit:集成電路)芯片及用于發送和接收高頻信號的天線元件。

若例如是利用13.56MHz頻帶的HF頻帶RFID系統,則使用線圈天線來作為天線。并且,讀寫器側的線圈天線與RFID標簽側的線圈天線經由感應磁場進行耦合。這種RFID系統近年來也搭載在移動電話以及智能手機等中。即近場通信(NFC:Near Field Communication)系統。

近場通信又稱為近距離無線通信,是一種短距離的高頻無線通信技術,允許電子設備之間進行接觸式點對點數據傳輸交換數據。由于近場通信具有天然的安全性,因此,NFC技術被認為在手機支付等領域具有很大的應用前景。

在傳統的NFC天線應用中,通常將NFC天線輻射體、即柔性電路板設置在電池上方,同時為了減少電池對于NFC天線的負面影響,需要在柔性電路板與電池中間設置鐵氧體等導磁體。而且,為了防止天線信號被金屬殼體屏蔽,需要在金屬殼體上設置開口。

如圖1所示,線圈天線2通電后會與金屬殼體1的開口101產生電磁耦合,因此在金屬殼體1的開口101中感應出與流過線圈天線2的電流方向(虛線箭頭)相反方向(實線箭頭)的電流。沿著開口101的邊緣流過的電流由于邊緣效應而經由狹縫102的邊緣沿著金屬殼體1流動。因此,在俯視狀態下,沿著金屬殼體1的周圍流動的電流的方向與在線圈天線2中流動的電流的方向相同。因此,由金屬殼體1產生的磁場方向與由線圈天線2產生的磁場方向相同。而且,由于金屬殼體1的面積比線圈天線2大,因此能利用在金屬殼體1中流過的電流產生向大范圍擴展的磁場,通信距離得以擴大。



技術實現要素:

實用新型所要解決的技術問題

圖2是示出上述現有結構下的磁場分布的示意圖。如圖2所示,在金屬殼體1上設有開口101,以供線圈天線2產生的磁場B通過,由此來進行通常的信號傳遞。但與此同時,由于導磁體3對磁場的引導作用,會將一部分磁場引導到金屬殼體1與電路基板4之間的內部區域,形成雜散磁場Bw。該雜散磁場Bw由于金屬殼體1的屏蔽作用而無法起到信號傳遞作用。由于線圈天線2產生的磁場總量守恒,因此,磁場B隨著雜散磁場Bw的增加而相應減少,導致通信能力降低。因此,希望能盡可能減少上述雜散磁場Bw。

本實用新型為了解決上述課題而完成,其目的在于提供一種能減少導磁體引起的雜散磁場從而進一步提高通信能力的無線通信裝置。

解決技術問題所采用的技術手段

本實用新型的一種無線通信裝置包括:包含金屬區域的殼體、線圈天線、導磁體、以及電路基板,所述導磁體設置在所述線圈天線與所述電路基板之間,其特征在于,在俯視狀態下,所述線圈天線的至少一部分不與所述金屬區域重疊,在俯視狀態下,所述線圈天線劃分為至少兩個部分,該至少兩個部分中磁通量最高的一個或多個部分與所述電路基板之間設置有所述導磁體,且該至少兩個部分中磁通量最低的一個或多個部分與所述電路基板之間不設置所述導磁體。

優選為,所述至少兩個部分是俯視狀態下與所述金屬區域重疊的重疊部分以及俯視狀態下不與所述金屬區域重疊的非重疊部分,所述重疊部分以及所述非重疊部分中磁通量最低的部分與所述電路基板之間不設置所述導磁體。

優選為,所述線圈天線的一側從所述金屬區域露出,且另一側被所述金屬區域覆蓋。

優選為,在俯視狀態下,所述線圈天線的兩側從所述金屬區域露出,中間部分被所述金屬區域覆蓋。

優選為,在俯視狀態下,所述線圈天線包圍所述金屬區域。

優選為,所述金屬區域設有開孔。

優選為,所述開孔與所述金屬區域的邊緣連通。

優選為,所述開孔由孔部以及與所述金屬區域的邊緣連通的狹縫構成。

優選為,在俯視狀態下,所述開孔與所述線圈天線至少部分重疊。

優選為,所述金屬區域的至少一部分的厚度小于其穿透深度。

優選為,所述重疊部分與所述天線線圈的面積比大于3:10,且所述導磁體僅設置于所述重疊部分與所述電路基板之間。

優選為,所述非重疊部分與所述天線線圈的面積比大于3:5,且所述導磁體僅設置于所述非重疊部分與所述電路基板之間。

實用新型效果

根據本實用新型,對于采用包含金屬區域的殼體的無線通信裝置,對至少一部分不與該金屬區域重疊線圈天線進行劃分,并且在劃分出的多個部分中磁通量最高的一個或多個部分下方設置導磁體,且不在磁通量最低的一個或多個部分下方設置導磁體,由此能夠減少因導磁體對磁場的引導作用而產生的雜散磁場,從而提高裝置的通信能力,并且能減少導磁體的用量,從而降低成本。

此外,根據本實用新型,對于線圈天線的劃分方法,無論是根據是否與金屬區域重疊來進行劃分,還是其它任意的劃分方式,無論是劃分成兩個部分,還是劃分成兩個以上的多個部分,都能正確地設置導磁體,以實現雜散磁場的降低。

此外,根據本實用新型,通過在金屬區域另行設置缺口或者使金屬區域的一部分的厚度減薄至其穿透深度以下,從而能更靈活地控制磁場的通過路徑,提高天線設置的自由度。

附圖說明

圖1是示出現有結構的金屬殼體1與線圈天線2的電流流向的示意圖。

圖2是示出現有結構的無線通信裝置的結構及其磁場分布的示意圖。

圖3是示出本實用新型的實施方式1的無線通信裝置100的結構及其磁場分布的示意圖。

圖4(a)是示出本實用新型的實施方式1的變形例的無線通信裝置100a的結構及其磁場分布的示意圖,圖4(b)是示出本實用新型的實施方式1的又一變形例的無線通信裝置100b的結構及其磁場分布的示意圖。

圖5是示出本實用新型的實施方式2的無線通信裝置200的結構及其磁場分布的示意圖。

圖6是示出本實用新型的實施方式2的變形例的無線通信裝置200a的結構及其磁場分布的示意圖。

圖7(a)是示出本實用新型的實施方式3的無線通信裝置300a的結構的俯視圖,圖7(b)是示出本實用新型的實施方式3的變形例的無線通信裝置300b的結構的俯視圖,圖7(c)是示出本實用新型的實施方式3的又一變形例的無線通信裝置300c的結構的俯視圖。

圖8(a)是示出本實用新型的實施方式4的無線通信裝置400a的結構的俯視圖,圖8(b)是示出本實用新型的實施方式4的變形例的無線通信裝置400b的結構的俯視圖。

圖9是示出本實用新型的實施方式5的無線通信裝置500的結構及其磁場分布的示意圖。

圖10是示出本實用新型的實施方式5的變形例的無線通信裝置500a的結構及其磁場分布的示意圖。

具體實施方式

下面,基于附圖對本實用新型的無線通信裝置的各實施方式及其變形例進行說明,在各圖中對相同或相當部件、部位標注相同標號來進行說明。此外,以下說明中,將無線通信裝置的背面、即殼體(或金屬殼體)一側設為上方。

《實施方式1》

圖3是示出本實用新型的實施方式1的無線通信裝置100的結構的示意圖。

參照圖3,線圈天線2是通常設置在線圈基板(柔性電路板)上的線圈,與導磁體3一同設置在金屬殼體1與電路基板4之間。金屬殼體1上形成有開口101以供線圈天線2所產生的磁場B通過。電路基板4例如由樹脂制成。在俯視狀態下,該線圈天線2至少一部分從該金屬殼體1的開口101露出,即部分重疊。換言之,在俯視狀態下,該線圈天線2至少一部分不與該金屬殼體1重疊。

本實施方式中,按照在俯視狀態下是否與金屬殼體1重疊而將線圈天線2劃分為重疊部分A2和非重疊部分A1,且非重疊部分A1的磁通量大于重疊部分A2的磁通量。并且,僅在重疊部分A2和非重疊部分A1中磁通量較大的非重疊部分A1下方設置導磁體3,而不在磁通量較小的重疊部分A2下方設置導磁體3。此處,磁通量可以通過仿真軟件、或實驗等方法測定得到。

通過采用上述結構,與圖2所示在重疊部分A2下方也設置導磁體3的現有技術相比,由于沒有在磁通量較低的重疊部分A2下方設置導磁體3,因此,因導磁體3的引導作用而進入到金屬殼體1與電路基板4之間的內部區域的雜散磁場Bw得以減少,由于線圈天線2所產生的磁通總量守恒,因此磁場B相應增加,通信能力得以提高。而且,與圖2所示的現有技術相比,導磁體3的面積較小,成本進一步降低。

以上對按照俯視狀態下是否與金屬殼體1重疊對線圈天線2進行劃分且非重疊部分A1的磁通量大于重疊部分A2的磁通量的情況進行了說明。但在某些情況下,非重疊部分A1的磁通量可能小于重疊部分A2的磁通量。圖4(a)和圖4(b)示出此種情況下的變形例。

例如,通常在電路基板4上設置有各種電子元器件、導體圖案等。為了在電路基板4上形成上述電子元器件及導體圖案,有時會在電路基板4內或其表面殘留金屬層401。而且,由于形成有電子元器件、導體圖案等,或者為了設置供外部插接件插入的插槽,金屬層401上可能會存在缺口(以下稱為“第二開口4011”)。該情況如圖4(a)所示。此時,在無線通信裝置100a中,線圈天線2產生的磁場B能夠經由金屬層401上的第二開口4011而在內部形成環路。

此時,若按照俯視狀態下是否與金屬殼體1重疊來對線圈天線2進行劃分,則可能出現非重疊部分A1的磁通量小于重疊部分A2的磁通量的情況。該情況下,則如圖4所示,在磁通量較大的重疊部分A2下方設置導磁體3,而不在磁通量較小的重疊部分A1下方設置導磁體3。此時,由于導磁體3對磁場的引導作用,線圈天線2產生的大部分磁場、即磁場B將經由第二開口4011而從內側形成環路。由此,同樣能減少雜散磁場的產生,進而提高通信能力,并能減少導磁體面積,降低成本。

當然,即便電路基板4上沒有金屬層,根據線圈天線2的設置位置不同,例如圖4(b)的無線通信裝置100b那樣重疊部分A2的面積較大時,也可能出現非重疊部分A1的磁通量小于重疊部分A2的磁通量的情況。由于電路基板4通常由樹脂等材料制成,因此其本身不會對磁場產生阻擋,因此線圈天線2產生的磁場也能如圖4(a)所示那樣在內部形成環路。此時,與上述圖4(a)所示的無線通信裝置100a同樣,在磁通量較大的重疊部分A2下方設置導磁體3,而不在磁通量較小的重疊部分A1下方設置導磁體3即可。

為了對本實施方式的效果進行驗證,發明人設計了如下實驗。

分別制作下述三種樣品并測試其在天線線圈從金屬殼體露出的各個距離下的耦合系數:

樣品1:導磁體與天線線圈完全重疊

樣品2:導磁體僅設置于非重疊部分與電路基板之間

樣品3:導磁體僅設置于重疊部分與電路基板之間

其中,天線面積為20mm*40mm。

對上述三種樣品的耦合系數進行測量,結果如下:

此處,耦合系數是反映天線性能的綜合指標。具體而言,當發送側線圈與接收側線圈隔開一定距離時,從發送側線圈產生的磁通中,只有一部分通過接收側線圈并起到電力傳輸的作用。而到達接收側線圈的磁通越多,則線圈之間的耦合越好。上述耦合系數表示的就是該耦合程度。因此,耦合系數的數值越大,天線性能越好。

根據實驗結果可知:

(1)非重疊部分與天線線圈的面積比大于6:10時(即,天線線圈露出金屬殼體1的長度大于等于12mm),導磁體僅設置于非重疊部分與電路基板之間的結合系數要高于另外兩種狀態。

(2)非重疊部分與天線線圈的面積比小于7:10時(即,重疊部分與天線線圈的面積比大于3:10),導磁體僅設置于重疊部分與電路基板之間的結合系數要高于另外兩種狀態。

此時,再對重疊部分與非重疊部分的磁通量進行仿真,可得非重疊部分與天線線圈的面積比大于6:10時非重疊部分的磁通量要高于重疊部分,且,非重疊部分與天線線圈的面積比小于7:10時,重疊部分的磁通量要高于非重疊部分。

《實施方式2》

上述實施方式1中,對按照俯視狀態下是否與金屬殼體1重疊來對線圈天線2進行劃分的情況進行了說明,但劃分方式并不限于此,可以是任意的。本實施方式2中,線圈天線2被任意劃分成部分A1以及部分A2,其它結構與上述實施方式1相同。

圖5示出了本實施方式2的無線通信裝置200的結構。如圖5所示,本實施方式2中并不限于根據是否與金屬殼體1重疊來劃分線圈天線2,而是采用任意劃分的方式。并且,當部分A1的磁通量大于部分A2的磁通量時,則僅在磁通量較大的部分A1下方設置導磁體3,而不在磁通量較小部分A2下方設置導磁體3。相反,當部分A2的磁通量大于部分A1的磁通量時,則僅在磁通量較大部分A2下方設置導磁體3,而不在磁通量較小的部分A1下方設置導磁體3。

本實施方式對于電路基板4上設置有金屬層401的情況尤為有效。因為設計原因,例如為了形成電路圖案、或者形成存儲卡、耳機等外部插接件的插槽,金屬層401上的缺口(第二開口4011)可能不限于一個,其形狀和位置也會根據設計的不同而不同。例如圖6示出了此種情況下變形例。如圖6所示,金屬層401上形成了多個第二開口4011。此時,隨著分割線P向左或向右的推移,部分A1、A2的磁通量并不呈線性變化。因此,在確定了分割線P的位置、即部分A1和A2后,必須根據磁通量的大小來確定設置導磁體3的部分。

當然,本實施方式對于電路基板4上金屬層401所占面積較小或者不設置金屬層401的情況也同樣適用。

《實施方式3》

上述實施方式1和2中對殼體由金屬制成并且線圈天線2被劃分成兩部分的情況進行了說明。但本實用新型并不限于此。

圖7(a)~圖7(c)是表示本實施方式3的無線通信裝置300a~300b的結構的俯視圖。本實施方式中,如圖7(a)所示,殼體1a并非金屬制成,但在局部存在金屬區域M。線圈天線2的兩側從該金屬區域M露出,且中間部分被金屬區域M覆蓋。此時,例如可以根據俯視狀態下是否與金屬區域M重疊將線圈天線2劃分成部分A1~A3。之后,若通過仿真或者測量得到部分A2的磁通量最小,則不在磁通量最小的部分A2下方設置導磁體3,而在磁通量較大的部分A1和A2下方設置導磁體3,或僅在部分A1、A2中磁通量較大一方的下方設置導磁體3。由此也能減少雜散磁場的產生,并能減少導磁體3的用量。

由此可見,本實用新型并不限于金屬制的殼體,只要殼體上存在金屬區域即可。此外,本實用新型也不局限于將線圈天線2劃分為兩個部分,也可以劃分為三個或更多部分。

圖7(b)是表示本實施方式3的無線通信裝置300b的結構的俯視圖。該結構中,線圈天線2并非如上述實施方式那樣采用矩形,而是圓形線圈。該情況與圖7(a)同樣,可以根據俯視狀態下是否與金屬區域M重疊將線圈天線2劃分成部分A1~A3。之后,若通過仿真或者測量得到部分A2的磁通量最小,則不在磁通量最小的部分A2下方設置導磁體3,而在磁通量較大的部分A1和A2下方設置導磁體3,或僅在部分A1、A2中磁通量較大一方的下方設置導磁體3。由此也能減少雜散磁場的產生,并能減少導磁體3的用量。

由此可見,本實用新型不限于矩形線圈,也可以是圓形、橢圓形或者其它形狀。

圖7(c)是表示本實施方式3的無線通信裝置300c的結構的俯視圖。該結構中,線圈天線2在俯視狀態下將金屬區域M包圍。此時,例如可以根據是否與金屬區域M重疊將線圈天線2劃分成部分A1和A2。之后,若通過仿真或者測量得到部分A2的磁通量較小,則不在磁通量較小的部分A2下方設置導磁體3,而在磁通量較大的部分A1下方設置導磁體3。由此也能減少雜散磁場的產生,并能減少導磁體3的用量。

上述實施方式3、即圖7(a)~7(c)中,根據是否與金屬區域M重疊來對線圈天線2進行了劃分。但參考實施方式2可知,本實施方式3也不限于此。線圈天線2的劃分方式也可以任意指定,之后根據劃分后得到的各個部分的磁通量來確定要在下方設置導磁體3的部分以及不在下方設置導磁體3的部分即可。

《實施方式4》

圖8(a)、圖8(b)是示出本實施方式4的無線通信裝置400a、400b的結構的俯視圖。如圖8(a)所示,無線通信裝置400a中,在殼體1a的金屬區域M上設置了由開口101和狹縫102構成的與金屬區域M邊緣連通的缺口。并且,線圈天線2的至少一部分從該開口101和狹縫102構成的缺口露出。

通過設置該缺口,能改變磁通量在線圈天線2內的分布情況。換言之,能通過開設缺口來改變線圈天線2內的磁通量分布,使得線圈天線2的設置具有更大的自由度。當然,缺口并不限于由開口和狹縫構成,也可以是直接與邊緣連通的矩形、圓形或其它形狀。

圖8(b)是示出無線通信裝置400b的結構的俯視圖。該無線通信裝置400b中,在金屬區域M上設置有與邊緣連通的第三開口103。線圈天線2至少一部分從金屬區域M露出。但線圈天線2并未與第三開口103重疊。雖然,線圈天線2未與第三開口103重疊,但由于線圈天線2從金屬區域M露出,因此,磁場仍然能從線圈天線2的露出部分或者穿過,或者如上述實施方式那樣,經由設置在電路基板4的金屬層401上的開口穿過。在該無線通信裝置400b中,由于第三開口103設置在線圈天線2與金屬區域M的重疊部分以外,因此可以用作存儲卡、耳機等外部插接件的插槽。且該第三開口103同時作為供磁力線通過的缺口,使得線圈天線2的設置具有更大的自由度。當然,該第三開口103也可以不設置在殼體1a上,而是設置在電路基板4的金屬層401上,該情況類似圖4(a)所示結構。

上述圖8(a)和圖8(b)所示的結構中,以帶有金屬區域M的殼體1a為例進行了說明,但對于金屬殼體1也同樣適用。

此外,上述圖8(a)和圖8(b)所示的結構中,同樣可以如上述實施方式1~3那樣對線圈天線2進行劃分,例如可以按照俯視狀態下是否與金屬區域M或金屬殼體1重疊來劃分,或者采用任意的其它劃分方式。并且在劃分得到的兩個或多個部分中,不在磁通量最低的一個或多個部分下方設置導磁體3,而僅在磁通量最高的一個或多個部分下方設置導磁體3。由此與上述實施方式同樣,能減少因導磁體3對磁場的引導作用而產生的雜散磁場,并且能減少導磁體3的用量從而降低成本。

《實施方式5》

本實施方式中,不在金屬殼體1或者殼體的金屬區域M上設置缺口,而是使金屬殼體1或金屬區域M的一部分厚度減薄至穿透深度以下。這里,穿透深度是指某種頻率的電磁波進入某種介質的穿透深度。當金屬殼體1或金屬區域M的一部分厚度減薄至穿透深度以下時,線圈天線2所產生的磁場便可穿過該減薄部分。

圖9示出本實施方式5的無線通信裝置500的結構。如圖9所示,使金屬殼體1的一部分厚度減薄至穿透深度以下,以形成減薄區域104。并且使線圈天線2的至少一部分與該減薄區域104重疊。由于該減薄區域104的厚度小于其穿透深度,因此線圈天線2所產生的磁場B能夠通過該減薄區域104從而形成環路。由此能夠與在金屬殼體1上設置缺口的情況同樣地對線圈天線2進行任意劃分,然后僅在劃分出的多個部分中磁通量最高的一個或多個部分下方設置導磁體3,且不在磁通量最低的一個或多個部分下方設置導磁體3,從而獲得與上述實施方式同樣的效果。

作為本實施方式5的變形例,如圖10所示,金屬殼體1可以由兩層不同的第一金屬層1001以及第二金屬層1002構成。該變形例中,利用刻蝕等方法將第二金屬層1002一部分去除來形成厚度在其穿透深度以下的減薄區域104,由此也能獲得與上述實施方式5相同的效果。

圖9和圖10對金屬殼體1的情況進行了說明,但對于包含金屬區域M的殼體也同樣適用,只要使金屬區域M的一部分減薄至穿透深度以下即可。

以上詳細描述了本實用新型的優選實施方式及其變形例。但應當理解為本實用新型在不脫離其廣義精神和范圍的情況下可以采用各種實施方式及變形。本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思做出諸多修改和變化。因此,凡本領域技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案,皆應屬于由本實用新型的權利要求書所確定的保護范圍內。

此外,在以上說明中,將金屬殼體1和包含金屬區域M的殼體分開進行了探討,但應當理解為金屬殼體1屬于包含金屬區域M的殼體,即,金屬區域M占殼體的比例為100%的情況。

標號說明

1 金屬殼體

101 開口

102 狹縫

2 線圈天線

3 導磁體

4 電路基板

401 金屬層

4011 第二開口

1a 殼體

M 金屬區域

103 第三開口

104 減薄區域

1001 第一金屬層

1002 第二金屬層

再多了解一些
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