CN103441334B - 一种用于非接触式通讯的天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于非接触式通讯的天线结构，包括导磁体，以及绕设于导磁体外周的电线，所述的电线与非接触通讯IC电路连接；所述的导磁体为圆柱形状。本发明由于采用圆柱状的导磁体作为天线的磁芯，使得天线的平面结构尺寸大大地缩小了，尺寸由原来大于85.5mm×54mm变成小于50mm×50mm，可以大幅缩小读卡器的尺寸，为非接触通讯产品的集成化和小型化提供了可能。另外，由于采用导磁体材料，并且导磁体直径小，可以增加电线的缠绕圈数，进而增加了磁场强度，并且磁场较为集中，有助于提高非接触通讯卡的通讯强度和可靠性，有助于异形非接触卡的应用，有助于非接触通讯产品的小型化发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线结构，更具体地说是指一种用于非接触式通讯的天线结构。
背景技术
随着人们交流的日益频繁，现金交易也越来越多，人们不得不携带大量的现金，这就给人们带来很多不必要的麻烦，一是携带大量现金带来的种种不便，二是随身携带大量现金所带来的种种风险，所以各种各样的银行卡应运而生。现存的银行卡有主要有非接触IC卡，磁条卡以及接触式IC卡三种。现在大部分非接触IC卡主要应用在小额支付或者需要简单认证的领域，例如用于公交卡，地铁卡，饭卡和门禁卡等。
非接触IC卡又称射频卡或RF卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。卡片在一定距离范围(通常为5—10mm))靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触型IC卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由RF卡接收后，与其本身的L/C产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。
现有的非接触IC卡天线，主要选用的PCB环形天线的方案，此方案成本低，易于设计与制作。
现行的非接天线方案，天线所围绕的面积比卡片的尺寸稍小一些。所以一般的读卡器为了提高可靠性，读卡器的PCB天线的面积会比卡片的尺寸稍大。一张标准的非接触卡的尺寸为85.5mm×54mm，所以现行的方案很难将读卡器的尺寸做小。由于无法将读卡器的尺寸做小，就增加了将这一功能集成到电子设备的难度。在高度集成化与非接技术越来越普遍的今天，大面积的PCB天线与产品集成化的矛盾越来越大。
因此，本发明人为此开发出一种新的天线结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于非接触式通讯的天线结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于非接触式通讯的天线结构，包括导磁体，以及绕设于导磁体外周的电线，所述的电线与非接触通讯IC电路连接；所述的导磁体为圆柱形状。
其进一步技术方案为：所述的导磁体为铁氧体。
其进一步技术方案为：所述的导磁体为二个以上；所述的电线串联于各个导磁体；每个导磁体的电线绕向相同。
其进一步技术方案为：所述的导磁体直径为8-15毫米；高度为3-8毫米；电线绕设于导磁体之后的电感为2-4uH之间。
其进一步技术方案为：所述的导磁体为一个；所述的导磁体直径为25-35毫米；高度为3-8毫米；电线绕设于导磁体之后的电感为2-4uH之间。
其进一步技术方案为：所述的电线螺旋状地缠绕于导磁体的外周。
其进一步技术方案为：所述的铁氧体为镍锌铁氧体，其电阻率为105～2×105Ω*m；所述天线结构的工作频率为10-20MHz。
其进一步技术方案为：所述的镍锌铁氧体为在13.56MHz频率时，磁导率为100以上的镍锌铁氧体。
其进一步技术方案为：所述的电线为铜线，所述铜线的直径为0.1-0.4毫米。
其进一步技术方案为：所述的铜线直径为0.25毫米。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明由于采用圆柱状的导磁体作为天线的磁芯，使得天线的平面结构尺寸大大地缩小了，尺寸由原来大于85.5mm×54mm变成小于50mm×50mm，可以大幅缩小读卡器的尺寸，为非接触通讯产品的集成化和小型化提供了可能。另外，由于采用导磁体材料，并且导磁体直径小，可以增加电线的缠绕圈数，进而增加了磁场强度，并且磁场较为集中，有助于提高非接触通讯卡的通讯强度和可靠性，有助于异形非接触卡（即RF卡）的应用，有助于非接触通讯产品的小型化发展。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明一种用于非接触式通讯的天线结构具体实施例一的示意图(四个导磁体)；
图2为本发明一种用于非接触式通讯的天线结构具体实施例二的示意图(一个导磁体)；
图3为本发明一种用于非接触式通讯的天线结构具体实施例一和具体实施例二中所选用的磁导率镍锌铁氧体的导磁率曲线图；
图4为本发明一种用于非接触式通讯的天线结构具体实施例三所采用的磁芯形状示意图（腰形的圆柱状磁芯）；
图5为本发明一种用于非接触式通讯的天线结构具体实施例四所采用的磁芯结构示意图（采用屏蔽磁场的材料将磁芯两端的磁场穿过范围缩小，以集中磁场强度和范围，使磁力线由实线状态变成虚线状态）。
附图标记
10 导磁体 20 电线
30 非接触通讯IC电路 40 铜套
50 腰形的圆柱状磁芯
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1所示的具体实施例一，本发明一种用于非接触式通讯的天线结构，包括导磁体10，以及绕设于导磁体10外周的电线20（也即作为天线的导体），电线20与非接触通讯IC电路30连接；导磁体10为圆柱形状，导磁体采用铁氧体，并且镍锌铁氧体为在13.56MHz频率时，磁导率为100以上的镍锌铁氧体。其电阻率为105Ω*m；天线结构的工作频率为10-20MHz。从图3所示的低磁导率镍锌铁氧体的导磁率曲线图，可以看出在10MHz-20MHz频段，磁导率的实数部分μ′（代表可以转化为磁场的能量）在120以上，虚数部分μ"（代表磁场的损耗）则在10以下，即在这频段磁导率高而损耗小。这个材料的电阻率为105Ω*m，电阻率高，可以有效防止涡流损耗。电线20螺旋状地缠绕于导磁体10的外周。本实施例中，导磁体10为四个；电线20串联于各个导磁体10；每个导磁体的电线绕向相同。导磁体直径为8-15毫米；高度为3-8毫米；电线绕设于导磁体之后的电感为2-4uH之间。采用四个导磁体时，导磁体的直径与高度的比例优选2～4：1，以实现更优的非接触通讯效果。
如图2所示的具体实施例二，其中不同的是，导磁体10为一个；导磁体直径为25-35毫米；高度为3-8毫米。用来绕制的铜线不宜过细，如果过细将会导致整个天线的阻抗太大，Q值就偏小，我们选用的是直径为0.25mm的铜线。绕制的圈数由天线的电感决定，如果电感太大，会导致在调匹配时，所需要的电容太小，不方便调节，天线的电感最好是在2-4uH之间。采用单一的导磁体时，导磁体的直径与高度的比例优选4～9：1，以实现更优的非接触通讯效果。
经测试，所制作的天线，功能良好，能与非接触式IC卡进行正常通信，经过天线发出的波形完好，符合非接触式通讯的相关规范，读卡距离大于5cm。
于其它实施例中，导磁体也可以是二个、三个、五个或六个。
如图4所示的具体实施例三，本发明的天线结构所采用腰形的圆柱状磁芯50（即导磁体的形状），以集中磁场，有助于增加非接触通讯时的距离。
如图5所示的具体实施例四，本发明的天线结构采用的磁芯结构示意图（采用屏蔽磁场的材料比如二个带磁力穿孔41的铜套40将磁芯（即导磁体10A）套住，使磁通从两端的磁力穿孔41穿过，从而集中磁场，以提高其磁场的轴向距离（如图中所示，使磁力线由实线状态变成虚线状态），从而使非接触通讯的距离可以增大。
于其它实施例中，也可以采用铜套套住腰形的圆柱状磁芯（即将图4和图5的结构结合在一起），可以有更好的集中磁场作用，提高非接触通讯时的距离。
综上所述，本发明由于采用圆柱状的导磁体作为天线的磁芯，使得天线的平面结构尺寸大大地缩小了，尺寸由原来大于85.5mm×54mm变成小于50mm×50mm，可以大幅缩小读卡器的尺寸，为非接触通讯产品的集成化和小型化提供了可能。另外，由于采用导磁体材料，并且导磁体直径小，可以增加电线的缠绕圈数，进而增加了磁场强度，并且磁场较为集中，有助于提高非接触通讯卡的通讯强度和可靠性，有助于异形非接触卡（即RF卡）的应用，有助于非接触通讯产品的小型化发展。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于包括导磁体，以及绕设于导磁体外周的电线，所述的电线与非接触通讯IC电路连接；所述的导磁体为圆柱形状的磁芯，并采用屏蔽磁场的材料将磁芯套住，屏蔽磁场的材料为二个带磁力穿孔的铜套；磁通从两端的磁力穿孔穿过，集中磁场，以提高其磁场的轴向距离。
2.根据权利要求1所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的导磁体为铁氧体。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的导磁体为二个以上；所述的电线串联于各个导磁体；每个导磁体的电线绕向相同。
4.根据权利要求3所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的导磁体直径为8-15毫米；高度为3-8毫米；电线绕设于导磁体之后的电感为2-4uH之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的导磁体为一个；所述的导磁体直径为25-35毫米；高度为3-8毫米；电线绕设于导磁体之后的电感为2-4uH之间。
6.根据权利要求1所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的电线螺旋状地缠绕于导磁体的外周。
7.根据权利要求2所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的铁氧体为镍锌铁氧体，其电阻率为105～2×105Ω*m；所述天线结构的工作频率为10-20MHz。
8.根据权利要求7所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的镍锌铁氧体为在13.56MHz频率时，磁导率为100以上的镍锌铁氧体。
9.根据权利要求1所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的电线为铜线，所述铜线的直径为0.1-0.4毫米。
10.根据权利要求9所述的一种用于非接触式通讯的天线结构，其特征在于所述的铜线直径为0.25毫米。
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