基于z字形的雙環(huán)繞線式nfc天線及天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及NFC天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線以及包括該基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線的天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近期，近場通訊(Near Field Communicat1n，NFC)技術(shù)得到了越來越廣泛的重視，并且該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于手持移動(dòng)設(shè)備中。在傳統(tǒng)的NFC手持設(shè)備的應(yīng)用中，一般選擇將NFC天線輻射體放在電池上面，同時(shí)為了減少電池(或其他金屬材質(zhì))上產(chǎn)生的與天線本身電流方向相反的渦流對NFC天線的負(fù)面影響，需要在NFC天線線圈和電池中間放置一層能把天線線圈與電池隔離開的鐵氧體。為了保證NFC天線的性能，使用該設(shè)計(jì)方案的NFC天線必須滿足一定的尺寸要求。由于該傳統(tǒng)NFC天線方案的天線尺寸較大，故而不能滿足手持設(shè)備小型化的需求。
[0003]為了達(dá)到減少NFC天線尺寸的目的，日本株式會社村田制作所(Murata)近期在中國發(fā)明專利公開CN103620869A中提出了一種小型的貼片式(SMD)NFC天線解決方案，并且在中國發(fā)明專利CN102959800B中展示了該方案在實(shí)際通信設(shè)備中的具體應(yīng)用。與傳統(tǒng)NFC天線方案相比，該方案的最大不同之處是把傳統(tǒng)的尺寸較大的NFC天線線圈(比如典型的線圈尺寸為30mm x40mm)以螺旋的方式繞置在尺寸很小的鐵氧體芯體(鐵氧體芯體的尺寸可以小到與一般芯片的大小相同)周圍，形成螺線管型天線。通過把該小尺寸NFC天線單體放置在金屬板(或PCB板)上方并與之進(jìn)行有效的耦合，在金屬板上激發(fā)出有正面作用的渦流，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)天線系統(tǒng)(也即包括貼片NFC天線和金屬板)的性能。雖然與傳統(tǒng)的大尺寸NFC天線方案相比，村田提出的NFC天線方案在天線尺寸方面有了巨大的改進(jìn)，但是該貼片天線有如下一個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)該天線單體被放置在PCB或金屬板板上時(shí)，由于天線線圈在鐵氧體上的特殊繞行方式，使得天線本身產(chǎn)生磁場的主要方向與其在金屬板板上激發(fā)的有效渦流產(chǎn)生的磁場相互垂直正交。這種在磁場方向上的相互正交使得整個(gè)天線系統(tǒng)中的天線單體和金屬板不能達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)。因此，有必要對上面所述的貼片式NFC天線進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出一種不僅具有小尺寸而且同時(shí)具有能與在金屬板板上激發(fā)的渦流產(chǎn)生的磁場達(dá)到最佳匹配的高性能貼片式NFC天線。
[0004]綜上所述，目前的NFC天線無法將小尺寸與高性能結(jié)合，使用效果不佳。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的NFC天線無法將小尺寸與高性能結(jié)合的問題。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線，包括由若干層片狀鐵氧體單元層疊而成的沿XY平面延伸的鐵氧體芯體，及相互連接的兩個(gè)環(huán)繞鐵氧體芯體的NFC天線線圈的第一線圈和第二線圈，所述第一線圈沿Y軸的投影方向呈Z字形環(huán)繞所述鐵氧體芯體的外表面上，所述的第二線圈沿上下方向的Z軸螺旋纏繞;所述鐵氧體芯體的下端連接有天線絕緣層;所述天線絕緣層的下端面上連接有外部電極，包括第一外部電極和第二外部電極;所述的第一線圈的首端與第一外部電極連接，尾端與第二線圈的首端通過連接導(dǎo)體連接;所述第二線圈的尾端與外部第二電極連接；
[0008]所述第一線圈包括若干根位于底層片狀鐵氧體單元下表面的近-X軸端部的底層導(dǎo)線體，若干根位于頂層片狀鐵氧體單元上表面的近+X軸端部的頂層導(dǎo)線體，及連接底層導(dǎo)線體左端端部和頂層導(dǎo)線體左端端部的若干個(gè)左導(dǎo)線體、連接底層導(dǎo)線體右端端部和頂層導(dǎo)線體右端端部的若干個(gè)右導(dǎo)線體;所述左導(dǎo)線體由穿透于底層片狀鐵氧體單元、中間層片狀鐵氧體單元和頂層片狀鐵氧體單元的近于左端的左通孔內(nèi)的左導(dǎo)體或左導(dǎo)電孔，及布置在所述中間層片狀鐵氧體單元的近于左端的第一導(dǎo)線構(gòu)成;所述右導(dǎo)線體由穿透于底層片狀鐵氧體單元、中間層片狀鐵氧體單元和頂層片狀鐵氧體單元的近于右端的右通孔內(nèi)的右導(dǎo)體或右導(dǎo)電孔，及布置在所述中間層片狀鐵氧體單元的近于右端的的第二導(dǎo)線構(gòu)成；
[0009]所述的第二線圈包括若干個(gè)設(shè)于次底層片狀鐵氧體單元上表面，及設(shè)于中間層片狀鐵氧體單元上表面和/或下表面的線圈體，底層片狀鐵氧體單元的線圈體的一端為第二線圈的尾端，并且與外部第一電極連接;其另一端為首端，通過設(shè)于次底層上一層片狀鐵氧體單元側(cè)邊的豎向連接導(dǎo)體或?qū)щ娡着c次底層上一層片狀鐵氧體單元的線圈體的尾端連接，如此循環(huán)向上，直至最上面一個(gè)線圈體的首端通過設(shè)于頂層片狀鐵氧體單元側(cè)邊的豎向連接導(dǎo)體或?qū)щ娡着c第一線圈的尾端連接。
[0010]優(yōu)選地，所述天線絕緣層上設(shè)有兩個(gè)用于連接所述NFC天線線圈與所述外部電極的過孔電極，所述過孔電極與所述NFC天線線圈連接，兩個(gè)所述過孔電極分別對應(yīng)布置在所述第一外部電極與所述第二外部電極上;所述第一外部電極上的過孔電極、所述第二外部電極上的過孔電極分別與所述第一線圈的首端、第二線圈的尾端連接。
[0011]優(yōu)選地，所述第一線圈的左側(cè)、右側(cè)、上側(cè)和下側(cè)均包括若干個(gè)平行的導(dǎo)線體，所述左側(cè)、右側(cè)、上側(cè)和下側(cè)的導(dǎo)線體以及通孔導(dǎo)體依次連接，形成轉(zhuǎn)軸方向與沿所述鐵氧體芯體的X軸方向有(90+Θ)夾角的軸纏繞。
[0012]優(yōu)選地，所述鐵氧體芯體包括一個(gè)底層片狀鐵氧體單元、若干個(gè)中間片狀鐵氧體單元和一個(gè)頂層片狀鐵氧體單元。
[0013]優(yōu)選地，所述第一線圈和所述第二線圈在左側(cè)面、右側(cè)面會重合，采用錯(cuò)開方式布設(shè)，所述左側(cè)面、右側(cè)面的位置，所述第一線圈可以位于外側(cè)，所述第二線圈處于內(nèi)側(cè);也可以是所述第一線圈可以位于內(nèi)側(cè)，所述第二線圈處于外側(cè)。
[0014]本實(shí)用新型還提供了天線系統(tǒng)，包括前述的基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線、基板以及金屬板，所述金屬板放置在所述基板上，所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線位于所述金屬板上。
[0015]優(yōu)選地，沿著長度方向，所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線的內(nèi)端設(shè)在所述金屬板的正上方，所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線的外端設(shè)在所述金屬板的外部。但是，也可把天線的外端放置在與金屬板邊緣相重合處。
[0016]優(yōu)選地，所述天線系統(tǒng)具有若干個(gè)相互串聯(lián)的所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線，若干個(gè)相互串聯(lián)的所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線分別放置在所述金屬板上。
[0017]優(yōu)選地，所述的金屬板為矩形，所述基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線為四個(gè)，分別設(shè)于金屬板的四邊。
[0018]本實(shí)用新型還公開了基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線的加工方法，其中，所有鐵氧體芯體的XY平面上的線圈體都是通過把金屬漿料以絲網(wǎng)印刷的形式制成的，所述沿著Z方向的導(dǎo)電通孔、導(dǎo)電孔是通過在相關(guān)的各個(gè)分層上打通孔并把漿料注入通孔，最后經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的;所述的金屬漿料為金漿、銀漿或銅漿。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的基于Z字形的雙環(huán)繞線式NFC天線，采用了沿XY平面延伸的鐵氧體芯體，及在Y軸投影方向呈Z字形環(huán)繞于鐵氧體芯體的NFC天線的第一線圈和環(huán)繞于鐵氧體芯體的NFC天線的沿上下方向的Z軸螺旋纏繞的第二線圈；從而使得NFC天線線圈由于Z字形線圈的存在，NFC天線單體除了沿著線圈繞行的鐵氧體芯體長軸方向的磁場分量六-六’外，同時(shí)還產(chǎn)生具有與長軸方向(或PCB板)垂直的磁場分量Bl-Bl ’ ；第二線圈的存在也將產(chǎn)生與PCB板垂直的磁場分量B2-B2’；Z字形的第一線圈與鐵氧體上表面平行的第二線圈的“咬合式”疊加以及第一線圈和第二線圈各自產(chǎn)生的與PCB板垂直的磁場分量